第二章 锻压

（二）最小阻力定律
“如果物体在变形过程中其质点有向各种方 向移动的可能性时，则物体各质点向着阻力最 小的方向移动”。 金属内某一质点流动阻力最小的方向是通 过该质点向金属变形部分的周边所作的法线方 向。（如图2-8、2-9、2-10、2-11）
图2-8 不同截面金属的流动情况 a)圆形截面b)方形截面c)长方形截面
2）冲裁间隙：凹、凸模工作部分水平投 影尺寸之差称为冲裁间隙。合理的间隙值 z可按下面的经验公式确定 z=K*δ
3）凸模、凹模尺寸的确定。落料时凹模 刃口尺寸等于落料件尺寸，凸模尺寸为凹 模尺寸减去z；冲孔时凸模尺寸等于孔的 尺寸，凹模尺寸为凸模尺寸加z。 4）冲裁力计算：应用相应的计算公式来 计算
根据对坯料作用力的性质不 同。
锻锤：空气锤（100kg)和蒸汽——空气锤 (1500kg) 液压机：水压机（300t)和油压机
二、自由锻工艺规程的制订
工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程 和操作方法的工艺文件。
（一）绘制锻件图
自由锻件的锻件图是在零件图的基础上考虑 了加工余量、锻造公差，工艺余块等之后绘制 的图。 模锻件的锻件图还应考虑分模面的选择，模 锻斜度和圆角半径等。
一、锤上 模锻（蒸 汽——空 气模锻锤 如图2-20）
（一）模锻锤
上、下模分别固定在模锻锤的锤头和砧 座上。 锤头与导轨的间隙比自由锻锤的小。 模锻锤吨位选择：经验类比法、查表法
（二）锻模及锻模模镗
锻模材料性能要求及常用材料 足够强度、韧性、硬度、良好的导热、抗热 疲劳、回火稳定性和抗氧化性。 锤上模锻使用的锻模是由带燕尾的上、下 模组成，分别用镶条固定在锤头和模座上，其 接触面上所形成的空间为模膛。（单模膛模锻 如图2-21、多模膛模锻如图2-22）
（五）确定加热火次 （六）填写工艺卡（锻造工艺卡 如表2-8）
三、自由锻零件结构工艺性（表 2-9）
1、自由锻件最好采用平直、对称、 简单的形状 2、锻件上应避免带楔形、曲线形、 锥形的表面 3、不允许有小凸台、加强肋 不允许采用圆柱与圆柱相贯的锻 件结构
§2-3 模锻
（二）计算坯料的重量和尺寸 1、坯料重量：锻件重量与锻造时各种 损耗的重量之和
m坯=m锻+m烧+m芯+m切
2、坯料尺寸：由坯料重量计算坯料体 积 3、最后依选择的坯料截面尺寸确定其 长度
（三）选择变形工序
基本工序：镦粗、拔长、冲孔、芯棒拔长， 马杠扩孔、弯曲、切断、错移、扭转、锻接等。 辅助工序：切痕、压肩 修整工序：精整锻件表面外形，鼓形滚圆， 弯曲校直等。工序选择主要是根据锻件形状和 工序特点来确定：
1、制坯模膛 —用以初步改变毛坯形状，合
理分配金属。以适应锻件横截面积和形状的要 求，使金属能很好地充满模锻模膛的工序称为 制坯工序。包括拔长、滚压、压肩、弯曲、成 形等。
2、模锻模膛—
（1）预锻模膛——为改善终锻时金属的流 动条件，避免产生充填不满和折叠，使锻坯最 终成形前获取接近终锻形状的模膛。 （2）终锻模膛——最后成形用的模镗
（1）分模面的选择 （2）加工余量 （3）模锻斜度 （4）圆角半径
2、确定模锻工步：长轴类、饼块类 3、坯料计算 4、选择模锻设备 5、模锻的后续工序：（切边冲孔模）
（四）模锻零件的结构工艺性
1、应具有合理的分模面，模锻斜度和圆角半 径； 2、模锻件尺寸精度高，非配合表面设计成非 加工表面； 3、零件外形应力求简单、平直、对称、截面 相差不宜过于悬殊； 4、应避免空间，深槽、深孔及多孔结构，以 利于金属的充满模具制造和延长模具寿命。
利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方 法 与自由锻相比特点： 锻件精度高、流线组织合理、力学性能 高等优点。 生产率高、金属消耗少，能锻复杂锻件， 工人技术水平要求相对低。 缺点：锻造设备昂贵、每种锻模只能加工 一种锻件
分类：
开式模锻——两模间间隙的方向与模具运动 方向相垂直，模锻过程中间隙不断减小的模 锻方式。 闭式模锻——两模间间隙方向与模具运动方 向平行，模锻过程中，间隙大小不变化的模 锻方式。 多向模锻——在多个方向上同时进行加载 的锻造方向，它是在具有多个分模间的闭式 模膛内进行的。
图2-25 连皮形式 a)下底连皮 b)斜底连皮 c)带仓连皮
（三）锤上模锻工艺规程制订
1、绘制模锻件的锻件图（如图2-27、2-28、 2-29、2-30、2-31）
图2-28 有流线要求锻件的分模位置
图2-27 头部偏大锻件的分模位置
图2-29 模锻斜度
图2-30 圆角半径
图2-31 齿轮坯模锻锻件图
绘制自由锻件图应考虑以下因素：
1、加工余量和锻件公差
加工余量—— 锻件基本尺寸—— 锻件公差——
2、锻造余块
零件上较小的孔，狭窄的凹档或凸缘。直径 差较小而长度不大的台阶等难于锻造的地方， 通常都需填满金属，这部分金属称为锻造余 块
锻件图的绘制方法：（如图）
①锻件形状用粗实线，同时用假想线描绘 出零件的形状。 ②锻件的尺寸和公差标注在尺寸线的上面， 零件的尺寸和公差用括号标注在尺寸线的 下面或侧面。 ③图上无法标注的技术要求，如锻造温度 范围，锻造比、氧化缺陷，脱碳层深度等 以技术条件方式用文字说明。
的轮廊线相互分离的工序。 1、切断——将坯料沿不封密的曲线分离的冲 压方法。 2、冲裁——利用冲模将板料以封密的轮廊与 坯料分离的冲压方法。是冲孔和落料的总称。
1）冲裁过程分析：塌角、光亮带、断裂带 （如图2-56）
图2-56 金属板料的冲裁过程 a)弹性变形b)塑性变形c)分Βιβλιοθήκη Baidud)落下部分的放大图
1、热锻 T＞T再 2、冷锻 室温下进行的锻造工艺 3、温锻 高于室温和低于再结晶温度范 围内进行的锻造工艺 4、等温锻：温度保持恒定不变的锻造方 法
三、锻造流线和锻造比
1、锻造流线——金属的脆性杂质被打碎， 顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状 分布；塑性杂质随金属变形沿主要伸长 方向呈带状分布，锻后金属组织就具有 一定的方向性。锻造流线使金属性能呈现异
二、胎模锻
胎模是在自由锻设备上锻造模锻件时使用的模 具。常用的胎模有摔模、扣模、垫模、套模、 合模、弯曲模、跳模等。（如图2-40、2-41、 2-42、2-43、2-45）
图2-8 不同截面金属的流动情况 a)圆形截面b)方形截面c)长方形截面
图2-41 摔模 a)卡摔b)型摔c)光摔d)校正率
应用：使零件工作时，最大正应力与流线方向 重合，最大切应力与流线方向垂直，并使流线 分布与零件的轮廊相吻合，尽量不被切断。 （如图2-2、2-3）
图2-2 曲轴的流线组织分布 a)锻造曲轴b)切削加工的曲轴 图2-3 不同成形工艺齿轮的流线组织 a)棒料经切削成形b)扁钢经切削成形c) 棒料镦粗后切削后成形d)热轧成形
图2-10 在平砧上拔长时金属的流动情况 a)l>a b)l<a 图2-9 金属镦粗变形
图2-11 在V形砧或圆形砧上拔长 a)V形砧拔长b)圆形砧拔长
§2-2
自由锻——只
用简单通用性工 具，或在锻造设 备的上、下砧（抵 铁）间直接使坯料 变形获取所需的 几何形状及内部 质量的锻件。
自由锻
一、自由锻设备
§2-1
金属的锻造性能
一、金属的塑性变形概述
复习：弹性变形——弹塑性变形——弹复 塑性变形实质：滑移和孪生 加工硬化 原因：金属在塑性变形时，晶粒
发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破 碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。
再结晶、再结晶温度 晶格畸变程度 合 金含量
二、热锻、冷锻、温锻、等温锻
第二章 锻压
概述：
锻压——对坯料施加外力，使其产生 塑性变形，改变尺寸，形状及性能， 用以制造机械零件、工件或毛坯的成 形加工方法，是锻造和冲压的总称。
压力加工还包括轧制、挤压、拉拨等。 压力加工的基础：塑性变形 轧制、挤压、拉拔以生产原材料为主，用于获取型材、 棒材、线材，板材及各种管材。 锻造冲压常用于生产毛坯或零件 特点：①组织致密、再结晶细化晶粒、提高力学性能 ②冲压件精度高 ③内腔形状复杂不易获取，（金属流动性不如 铸造）金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学 性能。铸造组织经过锻造方法热加工变形后由于金属 的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为 晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原 有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织 变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。
图2-40 胎模类型
§2-4
冲 压
使板料经分离或成形而得到制件的工艺 特点：
1、具有较高精度和较低的表面粗糙度。 2、强化金属、重量轻、强度、刚度较高 3、能生产形状较复杂平板件和中空类零件。 冲压件要求原材料具有良好的塑性和较低的 变形抗力。
一、冲压的基本工序
（一）分离工序 ——使冲压件与板料沿一定
图2-7 应力状态对变形抗力的影响 a)同号应力b)异号应力

4、坯料表面质量
五、金属的塑性变形规律
（一）体积不变条件
塑性变形的金属密度的变化很小，所以可认为 变形前后的体积相等。此假设称为体积不变条 件。 实际加热时、金属的氧化、脱碳、变形过程中 气孔，缩松和内部微裂纹的压合，均会使密度 略有增加，体积稍减小。 利用此可计算零件的坯料尺寸，工件间尺寸 及锻模模膛尺寸等。
A、飞边槽由飞边桥、飞边仑组成（如图2-18） 作用：（1）容纳多余金属 （2）飞边桥对流动金属有阻碍作用， 保证金属充满模膛 （3）对模具起缓冲作用，保护模具。
图2-18 开式模锻
B、冲孔连皮——带孔的模锻件在模锻时不能 直接获取透孔。 在该部位留下一层较薄金属，称为连皮。 常见三种形式：（如图2-25） 平底连皮 斜底连皮 带仓连皮
向性
2、锻造比——锻造时变形程度的一种表 示方法。 通常用变形前后截面比，长度比或高度 比来表示
拔长时
镦粗时 都是＞1的数值
锻造比对锻件的锻透程度和力学性能的影响： （1）经锻压加工、使金属组织更加致密，力学 性能提高 （2）锻造比越大，锻造流线越明显，铸造流线 不能用热处理方法消除。
图2-4 碳素钢的锻造温度范围
2、变形速度：单位时间内的变形程度（变形 速度的影响如图2-5）
图2-5 变形速度对金属锻造的影响
3、应力状态 （1）不同方法，应力状态不同（如图2-6）
图2-6 不同成形方法金属的应力状态 a)挤压b)拉拔c)自由锻镦粗
（2）应力状态对塑性、变形抗力影响（如图 2-7）
图2-21 单模膛模锻 1—砧铁 2—模座3—下模 4—上模 5— 镶条 6—锤头 7—锻造中的坯料 8—坯料 9—带飞边和连皮的锻件 10—飞边和连皮 11—锻件
图2-22 弯曲连矸的多模膛模锻 a)下模b)切边模c)工艺过程 1—检验角 2—拔长模膛 3—滚压模膛 4—终断模 膛 5—预锻模膛 6—弯曲模膛 7—原始坯料 8—拔长 9—滚压 10—弯曲 11—预锻 12—终 锻 13—飞边 14—锻件
四、金属的锻造性能
指金属经受锻压加工时成形的难易程度的工 艺性能 衡量指标：塑性、变形抗力 决定于金属的本质和变形条件 （一）金属的本质 1、化学成分：纯金属一般具有良好的锻造 工艺性能 2、金属组织：纯金属及固溶体锻造性能 好
（二）变形条件 1、变形温度：变形温度低、 金属的塑性差，变形抗力 大。 锻造温度范围—是指锻 件由始锻温度到终锻温度 的间隔。（碳素钢的锻造 温度范围如图2-4）
锻件分六大类：
轴杆类：拔长 空心类锻件：镦粗、冲孔、马杠扩孔、芯棒 拔长 饼块类锻件：镦粗、带孔件需冲孔 曲轴类锻件：拔长、错移、扭转 弯曲类锻件：拔长、弯曲 复杂形状锻件：适当工序组合
（四）选择锻造设备吨位
根据坯料的种类，重量以及锻造的基 本工序等因素结合本厂条件选取 1、经验类比法—经验类比法是在统计 分析的生产实践数据的基础上总结归纳 出的经验公式或图表来估算锻造所需设 备吨位的一种方法。 2、查表法