压力加工(锻压)

(下料困难) (弯曲、失稳 )
3
自由锻造
辅助工序：压钳口、倒棱、压肩
• 自由锻基本工序
自由锻工序
基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切断、扭转、错移 精整工序：校直、精压 平砧拔长 锻造性能↓ V型砧拔长 锻造性能↑ 内径不变，壁厚↓，长度↑
普通拔长 拔长 芯轴拔长
变形特点：横截面↓，长度↑
目的：① 锻制长轴类锻件；② 改善材料性能
热变形时沿变形方向所形成的流线组织
• 纤维组织：
2
金属的纤维组织及锻造比
热变形时沿变形方向所形成的流线组织 热处理和再结晶无法消除 锻造比
F0 Y= F
• 纤维组织：
合理利用
拔长前坯料的横截面积 拔长后坯料的横截面积
锻造比↑ → 变形量↑，性能↑，各向异性↑ 并非越大越好
2
金属的锻造性能
进行压力加工的难易程 度
3
自由锻造
• 工具简单，实用性强，灵活性↑ • 设备所需功率↓ • 锻件精度↓（最大偏差70-80 mm） • 生产率↓，劳动强度↑
• 单件、小批量生产，特别适宜大型锻件（万吨水
压
• 特点
• 应用
机立柱，大型发电机主轴）
3
自由锻造
吨位：落下部分质量
• 自由锻设备简介
空气锤
锻锤 （冲击力） 蒸汽锤 空气—蒸汽锤 吨位：0.5～5 t 中、大型锻件


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基本内容
1 2
概述
压力加工基本理论
3 4
自由锻造 模型锻造 板料冲压
5 6
现代塑性加工技术与发展趋势
3
自由锻造
• 定义：利用冲击力或静压力使金属在上、 下砧之间产生塑性变形（自由变形） • 分类
手工锻造：劳动强度↑，生产率↓ 机器锻造：劳动强度↓，生产率↑ 小型： 空气锤（冲击力） 设备 空气－蒸汽自由锻锤（冲击力） 大、中型 水压机（静压力）
锻件显示
• • • •
4
其他设备上模锻
曲柄压力机上模锻 平锻机上模锻 摩擦压力机上模锻 精密模锻 设备滑块行程和打击能量可自由调节，设备造
价↓，一般只能进行单膛模锻
中批量生产；小型模锻件
• • • •
4
其他设备上模锻
曲柄压力机上模锻 平锻机上模锻 摩擦压力机上模锻 精密模锻
使用两套不同精度的锻模，普通锻模有飞边槽，留出精锻 余量，切下飞边后用精锻模膛进行精锻，锻件精度↑。但 需采用无氧化和少氧化加热方法，模具制造复杂
弯曲模膛
切断模膛
4
锤上模锻
• 锻模结构： 上模、下模、尾座、键槽、模 膛、起重孔 • 模膛的功用 • 飞边槽的作用 • 分模面的选择 • 设置模锻斜度、结构圆角
促使金属充满模膛(三向压应力状态) 容纳多余金属 缓冲锤击力(避免锻模直接撞击)
4
锤上模锻
• 锻模结构： 上模、下模、尾座、键槽、模 膛、起重孔 便于取出锻件 锻件最大尺寸截面处 • 模膛的功用 便于发现错模 上下模膛外形一致 • 飞边槽的作用 便于金属充型 模膛浅而宽 尽量减少余块 沿径向分布 • 分模面的选择 • 设置模锻斜度、结构圆角
弯曲锻件 拔长→压肩→拔长→弯曲
镦粗--（冲孔） 扩孔（圆环类） 压肩，芯轴拔长（圆筒类）
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基本内容
1 2
概述
压力加工基本理论
3 4
自由锻造 模型锻造 板料冲压
5 6
现代塑性加工技术与发展趋势
4
模型锻造
模型锻造，即金属在锻模内产生塑性变形（受阻变形）
• 锤上模锻 • 其他设备上模锻 • 胎膜锻（简介）
吨位： 50～100 Kg
中、小型锻件
V变 7～8 m/s
水压机 吨位：所能产生的最大压力(500～15 000 t) 大型锻件 （静压力） V变 0.1～0.3 m/s 静压成形特点：变形速度慢，锻造性能↑， 但机构庞大，造价高（供水，操纵系统）
3
自由锻造
辅助工序：压钳口、倒棱、压肩
• 自由锻基本工序
4
锤上模锻
• 锻模结构： 上模、下模、尾座、键槽、模 膛、起重孔 • 模膛的功用 • 飞边槽的作用 • 分模面的选择 • 设置模锻斜度、结构圆角
4
其他设备上模锻
曲柄压力机上模锻 平锻机上模锻 摩擦压力机上模锻 精密模锻
静压力成形，生产率↑(坯料成形在 一次完成)，锻件自动脱模(有顶出装 置)。但设备复杂 大批量生产
2
金属的锻造性能
• 变形条件
T变↑，锻造性能↑ 变形温度 T变 T变↑，原子的活动能力↑，滑移↑
• 影响因素
T变↑，再结晶↑，δ↑，变抗↓
T变↑，晶格类型转变
可以消除
↑变形量
尽量避免
过热：T↑，A 晶粒迅速长大（粗晶），δ↓ T变过高 过烧：T接近金属熔点 无法消除 晶粒↑↑ 氧化性气体渗入晶界，σb 、δ↓↓ 严格杜绝
• 发展概况 • 压力加工的实质及材料
条件 施加压力 形式：人工、机器 性质：静压力(水压机)冲击力(锻锤) V转↑↑ ，易产生疲劳 破坏，扭矩、弯矩↑ 铸锭（钢锭、有色金属锭）（浇注成型） 型材（轧制成型：棒材、板材、管材、型材等） 变形：小件（小齿轮，法兰盘） 变性：大件、重要件（大型发电机主轴） 产生塑性变形
• 应力状态
应力性质、大小和方向影响锻造性能 压应力↑，数值↑，锻造性能↑，反之，锻造性能↓
原因：拉应力促使晶间变形，加速晶界破坏，裂纹扩展
2
金属的锻造性能
（T C钢的锻造温度范围 始 - T终）
• 锻造温度范围的选择
• 目的：↑锻造性能（ ↑δ，↓变抗），获得再结晶组织 • 方法：以Fe-C合金状态图为基准，参照钢的塑性图、 变形抗力图、再结晶立体图综合确定 • 原则：锻造性能↑，力学性能↑ ，温度范围↑ • 温度范围
• 模锻： 锻模 → 塑性变形 • 板料冲压：模具 → 塑性变形、分离
1
概述
• • • • 改善材料的组织和性能 节省原材料 M12螺栓、冷镦210/分（自动冷镦机） M12螺母、冷镦150/分（自动冷镦机） 精度较高 生产率较高（冷镦、冷挤压） 但：锻件的复杂程度不如铸件
（具有复杂内腔的零件：箱体件、汽缸体等 铸件）
• • • •
4
其他设备上模锻
曲柄压力机上模锻 平锻机上模锻 可锻造长杆类、侧面有凸台、凹槽的锻件(锻 模有两个分模面),能锻出通孔，锻件无飞边， 摩擦压力机上模锻 精度↑。但设备造价↑ 大批量生产 精密模锻
锻件显示
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其他设备上模锻
曲柄压力机上模锻 平锻机上模锻 可锻造长杆类、侧面有凸台、凹槽的锻件(锻 模有两个分模面),能锻出通孔，锻件无飞边， 摩擦压力机上模锻 精度↑。但设备造价↑ 大批量生产 精密模锻
2
金属的锻造性能
• 变形条件
T变↑，锻造性能↑ 变形温度 T变 T变↑，原子的活动能力↑，滑移↑
• 影响因素
T变↑，再结晶↑，δ↑，变抗↓
T变↑，晶格类型转变
可以消除
↑变形量
尽量避免
过热：T↑，A 晶粒迅速长大（粗晶），δ↓ T变过高 过烧：T接近金属熔点 晶粒↑↑ 氧化性气体渗入晶界，σb 、δ↓↓
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自由锻造
辅助工序：压钳口、倒棱、压肩
• 自由锻基本工序
自由锻工序
基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切断、扭转、错移 精整工序：校直、精压
冲孔
实心冲孔：25 mm<φ<450 mm 空心冲孔：φ>450 mm ↓变形力 扩孔 长度不变，内径↑，壁厚↓
弯曲 圆角部位变形量↑
3
自由锻造
粗实线(锻件形状) 双点划线(零件形状) • 绘制锻件图 (加工余量、余块、公差) • 选择锻造工序 • 确定坯料质量和尺寸
• 自由锻工艺规程制订
3
自由锻造
• 绘制锻件图 (加工余量、余块、公差) • 选择锻造工序(表) • 确定坯料质量和尺寸
轴类和杆类锻件 拔长（截面差↓） 镦粗、拔长、压肩（截面差↑）
• 自由锻工艺规程制订
坯料质量：m坯 = m锻 + m损 盘类或空心锻件 坯料尺寸(依据锻造工序和变形程度综合确定)
2
金属的锻造性能
• 变形条件
变形速度 V变 (单位时间的变形量)
• 影响因素
一般， V变↓，锻造性能↑(V变↑，回复、再结晶来不及完成， 不能及时消除加工硬化现象）(变形速度影响)
V变< C：V变↑，锻造性能↓
V变> C：V变↑，锻造性能↑(热效应，↑金属实际温度)
注意：在高速锤上才能实现(V变>16~20 m/s)，水压机 0.1~0.3 m/s，锻锤7~8 m/s
2
金属的锻造性能
• 变形条件
T变↑，锻造性能↑ 变形温度 T变 T变↑，原子的活动能力↑，滑移↑
• 影响因素
T变↑，再结晶↑，δ↑，变抗↓
T变↑，晶格类型转变
可以消除
↑变形量
尽量避免
过热：T↑，A 晶粒迅速长大（粗晶），δ↓ T变过高 过烧：T接近金属熔点 晶粒↑↑ 氧化性气体渗入晶界，σb 、δ↓↓
自由锻设备 ＋ 胎模
4
锤上模锻
组织不均匀，有残余应力
• 实质
金属在模膛内成形，变形阻力大，变形不均匀
变形抗力↑，↑T终 ↑外力
晶粒粗大
锻制中、小件
应用：成批、大批量生产；中、小型锻件
锻后热处理
（退火、正火、调质）
4
锤上模锻
• 锻模结构： 上模、下模、尾座、键槽、模 膛、起重孔 • 模膛的分类和功用 • 飞边槽的作用 • 分模面的选择 • 设置模锻斜度、结构圆角
不产生过热、过烧
T始：AE—150～200℃ T终： 750～800℃
T始尽量高，T终尽量低 (↑锻造性能，↑锻造时间，↓加热火次)
不产生加工硬化（再结晶组织），否则，晶粒粗大，内应力↑
2
金属的变形规律
体积不变定律 金属材料变形前后的体 积相等（忽略体积收缩） 最小阻力定律 金属的流动方向 沿 变形阻力最小方向
大批量生产
• • • •
4
胎膜锻
扣模 非回转体锻件 筒模 回转体盘类件 合模 复杂非回转体锻件
• 胎模分类
• 特点： 介于自由锻与模锻之间 • 与锤上模锻的主要区别：
设备不同 锻模不同 锤上模锻 模锻锤 固定于设备上 胎模锻 自由锻锤 自由搬动
• 应用：中、小批量生产；中、小型锻件
• 压力加工的特点
• 压力加工的应用
• 承受重载、使用要求高的机器零件，薄板件，日用品
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பைடு நூலகம்
基本内容
1 2
概述
压力加工基本理论
3 4
自由锻造 模型锻造 板料冲压
5 6
现代塑性加工技术与发展趋势
2
压力加工基本理论
• 金属的纤维组织及锻造比 • 金属的锻造性能（可锻性） • 金属的变形规律
2
金属的纤维组织及锻造比
自由锻工序
基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切断、扭转、错移
精整工序：校直、精压
镦粗
平砧镦粗 垫环镦粗（整体变形，坯料直径 > 垫环内径，齿轮） 局部镦粗（局部变形，坯料直径 < 套筒内径，螺钉）
变形特点：横截面↑，高度↓ 目的：① 锻制盘类件；② 冲孔前的预备工序 1.25< H/D <2.5 (镦粗规则)
4
锤上模锻
• 锻模结构： 上模、下模、尾座、键槽、模 膛、起重孔 • 模膛的分类和功用 • 飞边槽的作用 终锻模膛 有飞边槽，与零件形状完全相同 模锻模膛 • 分模面的选择 预锻模膛 无飞边槽，与零件形状相近 模膛 • 设置模锻斜度、结构圆角 拨长模膛 横截面积↓，长度↑
滚压模膛 制坯模膛 ↓某一部分横截面积，↑另一部分横截面积
• 衡量指标
• 塑性：金属材料产生塑性变形而不破坏的能力(表 征塑性变形的能力) • 变形抗力：对塑性变形的阻力(表征塑性变形的难
易程度)
δ↑， 锻造性能↑，不易开裂(微观：容易产生滑移) 变形抗力↓，锻造性能↑
2
金属的锻造性能
晶格畸变，变形抗力↑ (多相组织) 化学成分 组织状态 锻造性能↓ Ｃ化物，δ↓，HB↑
• 影响因素
• 金属的本质
纯金属的可锻性 > 合金
固溶体的可锻性 > 化合物
单相组织，δ↑
化合物：HB↑, δ↓，脆性↑，锻造性能↓，呈网状分布时，δ↓↓
低Ｃ钢的可锻性 > 高碳钢 含Ｃ量↑，HB↑，δ、αk ↓，变形抗力↑
晶粒大小影响锻造性能（粗晶组织 < 细晶组织、锻轧组织）
晶粒越细，δ↑，强度↑,但变形抗力↑ （冲裁时，晶粒过细 模具崩刃） 钢的铸态组织晶粒粗大，其锻造性能 < 锻轧、细晶组织
第二篇 材料成形工艺基础
电子教案
压力加工（锻压）
第二章
西北工业大学
基本内容
1 2
概述
压力加工基本理论
3 4
自由锻造 模型锻造 板料冲压
5 6
现代塑性加工技术与发展趋势
1
概述
历史悠久 公元前14世纪的商代 兵器生产(1972年出土铁韧铜钺) 技艺高超 (湖北江陵楚墓：越王勾践的宝剑；秦始皇陵：合金钢锻制的 宝剑，外硬心韧)
材料 实质
1
概述
• 轧制：轧辊 → 塑性变形 → 型材 • 挤压： 挤压模 → 塑性变形 → 型材
正挤压（金属流动方向与挤压凸模运动方向一致） 反挤压（金属流动方向与挤压凸模运动方向相反）
• 压力加工的基本生产方式
• 拉拔：拉拔模 → 塑性变形 (线材、薄壁管) • 自由锻：锻锤 → 塑性变形
锻造