工程材料第八章

3.压力机上的模锻 (1)摩擦压力机上的模锻 •工作原理简介 •特点: 1)滑块行程不固定且速度低 2）变形速度低，适宜锻塑性低些 的金属
3）承受偏心载荷能力差，适用于 单膛锻模
4）适合中小型锻件的小批量和中 批量生产
（2）曲柄压力机上模锻 •工作原理简介 •特点： 1）滑块行程固定，有良 好的导向装置和顶件机构 2）其工作性质是静压力
超塑性是指金属或合金在特定条件下（低
1.摔模 根据用途有多种摔模，如用于压痕称为卡摔；用于制坯称为 型摔；用于整径称为光摔；用于校正整形称为校正摔等，摔模 均用于回转体锻件。 2. 扣模 扣模分单扇扣模和双扇扣模。用于非回转体类锻件的局部扣 形，也可为合模制坯。 3. 套模 有开式套模和闭式套模两种。开式套模多用于法兰，齿轮类 锻件，或为闭式套模制坯，取件时一般要翻转180度；闭式套 模常用于回转体锻件，有时也用于非回转体锻件。
内壁斜度β应比外壁斜 度α大一级 内圆角半径R 是外圆角半径r 的 2 － 3倍
3.3.4.2 模锻工步的确定及模膛种类的选择
模锻工步主要根据模锻件的形状和尺寸来确定。模锻件按形状 分为两大类： 长轴类锻件，如台阶轴、曲 轴、连杆、弯曲摇臂等(图8-12)； 一般为拔长、滚挤、预锻、弯曲、 预锻、终锻成型。
③热处理 ：为了消除模锻件的过热组织或加工硬化组织， 使模具具有所需的力学性能。模锻件的热处理一般是正火或 退火。
④清理：为了提高模锻件的表面质量，改善模锻件的切削 加工性能，模锻件需要进行表面处理，去处在生产过程中形 成的氧化皮，所沾油物及其他表面缺陷。
（二）胎模锻造--在自由锻设备上得到模锻件的方法。常用的 胎模有摔模、扣模、垫模、套模、合模、弯曲模、跳模等。
▲冲压常用设备：剪床和冲床等。
剪床为冲床备料，将板料切成条料，以供下一步的冲 压工序用。而冲压加工主要在各类冲床上进行，制成所需形 状和尺寸的成品零件。
冲压基本工序：包括分离工序和变形工序
（一）分离工序
1．切断 将材料沿不封闭的曲线分离的冲压方法称为切断。主要用 于将板料切成具有一定宽度的条料，为成形工序的备料工序。 2．冲裁 利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的冲压方法称为 冲裁，冲裁是落料和冲孔的总称。 3．精密冲裁 用压边圈使板料冲裁区处于静液压作用下，抑制剪裂纹的 发生，实现塑性变形分离的冲裁方法称为精密冲裁。 4．切口 将材料沿不封闭的曲线部分地分离开，其分离部分的材料 发生弯曲，此种冲压方法称为切口。
盘类模锻件，如齿轮、法兰 盘等(图8-13)。一般为镦粗、预锻、 终锻成型。 模锻工步确定以后，再根据 已确定的工步选择相应的制坯模 膛和模锻模膛。
3）修整工序 ：坯料在锻模内制成模锻件后,还须经过一系 列修整工序 ,以保证和提高锻件质量。
①切边和冲孔： 刚锻制成的模锻件，一般都带有飞边和连 皮，须在压力机上将其切除。 ②校正：在切边及其他工序中都可能引起锻件变形。因此 对许多锻件，特别是形状复杂的模锻件在切边后还需进行校 正
8.1.2 模锻
利用模具使毛坯在模膛内变形的锻造方法称为模锻。
模锻的优点:
•生产效率高 •尺寸精确,加工余量小 •可锻造复杂的锻件,如 •用自由锻来生产,则必须 •加大量敷料来简化形状. •可节省金属材料
模锻生产的应用:小型零件的大批量生产
按设备类型可分为锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等 1.锤上模锻 (1)锻模结构
3.胀形:使局部坯料厚度变薄形成零件的工序
(1)平板坯料胀形
(2)管坯胀形
(3)球体胀形
(4)拉形
4.翻边: 是在成形坯料的平面或曲面部分上使板料沿一定 的曲线翻成垂直边缘的冲压方法.翻边的种类较多,常用的 是圆孔翻边. 外缘翻边：和拉深过程相似； 内孔翻边：孔径扩大，同时弯出筒形边的冲压工艺。注意 翻边高度不能太大，否则需多次翻边，且中间要进行退火。
锻造轴杆件的基本工序是拔长，但对于截面尺寸相差大的 铸件，为满足锻造比的要求，则需采取镦粗一拔长工序。 （2）空心类锻件： 包括各种圆环、齿圈、轴承环和各种圆 筒、缸体、空心轴等。 锻造空心件的基本工序有镦粗、冲孔、马杠扩孔、芯棒拔 长等。 （3）盘套类锻件： 包括各种圆盘、叶轮、齿轮、模块等。特 点是横向尺寸大于高度尺寸或相近。基本工序是镦粗，其中带 孔的件需冲孔。 （4）曲轴类锻件：包括单拐和多拐的各种曲轴, 其基本工序有 拔长、错移和扭转。 （5）弯曲类锻件：包括各种具有弯曲轴线的锻件，如吊钩、 弯杆、曲柄、轴瓦盖等，基本工序是拔长、弯曲。 （6）复杂形状锻件 ：包括阀体、叉杆、十字轴等，锻造难度 大，应根据锻件形状特点，采用适当工序组合锻造。
2 分类 按凸模和金属流动方向的不同分类 • 正挤压 • 反挤压 • 复合挤压 • 径向挤压 • 静液挤压
8.3.2
轧制成形
1 轧制的生产应用与特点
2 轧制的种类
(1)纵轧 轧辊轴线与坯料轴线垂直,包括各种型材轧制、 辊锻轧制、辗环轧制等
A、辊锻轧制：
应用于生产：扁断面长杆件 叶片类零件 连杆成形辊锻
+0.3mm- +3mm之间，用时可查有关手册。 （3）模锻斜度 模锻斜度不包括在加工余量内，一般取5°、7°、10°、12° 等标准值。锻件的内壁斜度应比外壁斜度值大一级。 （4）圆角半径 钢的模锻件外圆角半径取1mm-6mm，内圆角半径是外圆角半径的 3-4倍。模膛深度越深，圆角半径取值越大。
对于具有通孔的锻件，由于不可能靠上、下 模的突起部 分把金属完全挤压掉，故终锻后在孔内留下一薄层金属，称 为冲孔连皮。只有把冲孔连皮和飞边冲掉后，才能得到有通 孔的模锻件。 预锻模膛和终锻模膛的区别是前者的圆角和斜度较 大，没有飞边槽。
制坯模膛
拔长模膛——用来减小坯料某部 分的横截面积，以增加该部分的长度。
4）极限拉深系数：保证危险断面不被拉裂的最小拉深 系数，一般取0.5-0.8。坯料塑性差选上限，塑性好 可选下限 （5）拉深次数：受极限拉深系数的限制，所需要的拉深 不能一次完成而需要分几次逐步成形，这次数就称 为拉深次数。 （6）拉深件的成形质量问题：破裂和起皱 a.凹凸模圆角半径设计不合理；b. 凹凸模间隙不合理 c. 拉深系数过小；d. 模具表面精度和润滑条件差。
第八章 塑性加工
塑性加工：利用金属材料在外力作用下所产生的塑性变形，获 得所需产品的加工方法。由于这种外力多数情况下是以压力的 形式出现的，因此也称为压力加工。
塑性变形是压力加工的基础，凡具有一定塑性的金属如钢及大 多数有色金属，均可进行压力加工。 塑性加工的特点: 1.可实现无屑加工，从而能大大节省材料。 2.容易实现机械化和自动化，生产效率高。 塑性加工常用的方法： 自由锻、模锻、板料冲压、轧制、挤压、拉拨等
加工用的金属。
3）锻件公差 锻件公差是锻件名义 尺寸的允许变动量。其值的大小 根据锻件形状、尺寸并考虑到生产的具体情况加以选取。
2)坯料质量及尺寸计算
m坯料=m锻件+m烧损+m料头
m烧损--加热时坯料表面氧化烧损的质量；与所用加热设备 类型等因素有关，可参考相关资料； m锻件 –锻件质量； m料头 --锻造中被切掉的金属质量。 坯料尺寸 ：根据计算出的坯料重量即可计算杯料的体积， 最后依据选择的坯料截面尺寸确定其长度。 3）选择锻造工序 工序的选择主要是根据锻件的形状和工序的特点来确定。一般 可将锻件分为六大类: （1）轴杆类锻件 ：包括各种圆形截面实心轴，如传动轴、轧 辊、立柱、拉杆等，还有矩形、方形、工字形截面的杆件如摇 杆、杠杆、推杆、连杆等。
2.弯曲: 将板料、型材或管材在弯矩作用下弯成具有一定曲 率和角度的制件的成形方法称为弯曲。
1）弯曲变形特点 ① 变形区域主要在圆角部位； ② 外层金属受拉应力，内层金属受压应力。 2）弯曲缺陷：弯裂 3）弯曲工艺特点 ①弯曲半径 r≥rmin=（0.25-1）t ； ② 毛刺应位于内侧； ④ “回弹”问题 “回弹现象”：由于弹性变形，材料弯曲结束和外去除后， 制件的弯曲角度和模具角度不一致的现象。 补偿措施：设计模具时，考虑回弹角度； 制件精度要求高时，加一次校正工序；
B、辗环轧制 （2）横轧 轧辊轴线与坯料轴线平行
（3）斜轧 轧辊轴线与坯料轴线交叉成一定 角度
8.3.3 拉拨成形
是将金属坯料通过拉拨模的模孔而使之变 形的塑性加工方法
拉拨有：线材拉拨、棒料拉拨、型材拉拨、 管材拉拨、异形材拉拨等
管材拉拨示意图
8.4 特种塑性加工方法 8.4.1 超塑性成形
二、成形工序
1．拉深（拉延）： （1）拉伸过程：利用模具使板料变形区在一拉一压的应力状态作 用下，成形为空心件（深的空心件）而厚度基本不变的加工方法称 为拉深，也叫拉延。 （2）拉深系数（m）：拉深变形后制件的直径与毛坯直径之比。 （3）m的意义：是衡量拉伸变形程度的指标。 m↓→d↓，变形程度越大，坯料拉入凹模越困难。
锻模模膛及其功用 1 预锻模膛
预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的形 状和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻模膛。同时减少 了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。对于形状 简单或批量不大的模锻件可以不设置预锻模膛。
2. 终锻模膛
终锻模膛的作用是：是使坯料最后变形到锻件所要求的 形状和尺寸，因此它的形状应和锻件的形状相同。 但因锻件 冷却时要收缩，终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩 量。钢件收缩量取1.5%。沿模膛四周有飞边槽，用以增加金 属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余 的金属。
翻边工艺简介
8.2.3冲压模具
1.简单冲模
2.连续冲模
3.复合冲模
8.3 挤压、轧制、拉拨成形
8.3.1 挤压成形 1 概述 挤压是使坯料在挤压筒中受强大的压力作用而 变形的加工方法。
挤压为三向压应力状态
可挤出各种形状复杂、孔深、薄壁和异形断面的
零件 零件精度高，表面粗糙度低 零件力学性能好 节约材料、生产效率高
人工自由锻只能生产小型锻件，生产率低。机器锻则是自 由锻的主要生产方法。
根据对坯料作用力的性质不同，自由锻设备可分为产生冲 击力的锻锤和产生静压力的液压机两大类。 锻锤：（空气锤，蒸汽—空气锤 液压机：（水压机）
1.自由锻工序：
基本工序、辅助工序、精整工序
2.自由锻工艺规程的制订 (1).绘制锻件图：1)敷料、2)锻件余量、3)锻件公差 1)敷料.为了简化锻件形状，便于进行锻造而增加的一部分金属。 2）锻件余量 由于自由锻锻件的 尺寸精度低、表面质量较差，需 再经切削加工制成成品零件，所以， 应在零件的加工表面上增加供切削
8.1 自由锻
是利用冲击力或
压力使金属在上
下两个抵铁之间
产生塑性变形，
从而得到所需锻 件的锻造方法。
自由锻成形示意图
• 自由锻的特点及应用
1）设备通用性大、操作工具简单； 2）锻件质量范围大，＜1Kg，＞几十吨，在重型机器制造业 有重要地位； 3）生产效率低，劳动强度大，适宜小批量生产。 • 自由锻分人工锻和机器锻。
3）可对杆件头部进行局 部镦粗
4）为一次成型，不宜拨 长和滚压工步。
8.2 板料冲压成形 •利用冲模使板料产生分离或成形的加工方法,这种加 工方法通常是在冷态下进行的,又叫冷冲压
板料冲压的特点: 1)可冲出形状复杂的零件,废料较少 2)有足够的精度和表面质量 3)能获得质轻,耗料少、强刚度高的的零件 4）易操作，效率高
滚压模膛——用来减小坯料某 部分的横截面积，以增大另一部分 的横截面积。主要是使金属按模锻 件形状来分布。
弯曲模膛——对于弯曲的杆类模锻件，需用弯曲模 膛来弯曲坯料。
切断模膛——上模与下模的角部组成的一对刀口， 用来切断金属。
(3)制订模锻工艺规程 1)制订模锻件图 模锻锻件图是制造和检验终锻模膛的依据。这是以零件图为基 础，考虑了分模面的选择、加工总余量、公差、余块、模锻斜度和 圆角半径等绘制的。 ①分模面 •要方便锻件取出 •要使分模面上下模膛 轮廓一致 •要使敷料为最少 •要使分模面为一平面， 上下深度基本一致 （2）加工余量、模锻公差和工艺余块 模锻件的加工余量和公差比自由锻件小得多，其数值根据锻件大 小形状和精度等级有所不同，一般余量为1mm-4mm，公差为