机械制造基础项目8零件的锻压成型
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8.3.2冲压件结构分析
冲压件的结构工艺性指冲压件结构、形状、尺寸对冲压工艺的适应性。 结构工艺性好的冲压件，生产时可以减少材料的消耗，工序数目少， 模具结构简单且寿命长、产品质量稳定、操作简单等。
数控系统 机床结构
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任务8.1金属锻压性能分析
8.1.2变形后金属的组织和性能
4.金属的冷变形和热变形
金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。 在变形过程中，有冷变形强化现象而无再结晶组织。 冷变形工件没有氧化皮，可获得较高的精度、较小的表面粗糙度，强度和硬度较高。 由于冷变形金属存在残余应力和塑性差等缺点，因此常常需要中间退火，才能继续变形。
冲压是利用安装在压力机上的模具对金属或非金属材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获 得所需零件的一种压力加工方法。通常是在室温下进行的，所以又称为冷冲压。冲压件的厚度一般都 不超过3～4 mm，故也称薄板冲压。一个冲压零件通常是通过一道或几道冲压工序而制成的。 冲压基 本工序可分为分离工序和变形工序两大类。
追求卓越
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ常用金属切削机床
1 4
铣削加工
1 6
其他切削加工方法
任务8.1金属锻压性能分析
8.1.2变形后金属的组织和性能
1.塑性变形后金属的组织变化 （1）晶粒被拉长 金属发生塑性变形后,晶粒沿形变方向被拉长或压扁。当变形量很大时, 晶粒变成细条状(拉伸时), 金属中的夹杂物也被拉长, 形成纤维组织 （如图8-2所示）。
（1）胎模的种类 根据胎模的结构形式不同，胎模可分为扣模、套模和合模三种。
（2）胎模锻的工艺过程 胎模锻的工艺过程主要包括制定工艺规程、制造胎模、备料、加热、锻制及后续工 序等。
（3）胎模锻的特点及应用 胎模锻是介于自由锻和模锻之间的一种锻造方法。 胎模锻主要适用于中小批量的形状简单的中小型锻件的成形或大件的局部成形。多 在没有模锻设备的中小型工厂应用。
任务8.2零件锻造成型
8.2.1自由锻造毛坯选用 3.自由锻工艺规程的制定
自由锻工艺规程的主要内容包括：根据零件图绘制锻件图、计算坯料的质量和尺寸、确定锻造工 序、选择锻造设备、确定坯料加热规范和填写工艺卡片等。
（1）绘制锻件图 绘制时主要考虑以下几个因素：①锻件加工余量及公差。②余块。③绘制锻件图。 锻件图是工艺规程的核心内容，是锻造生产、锻件检验与验收的主要依据。 锻件图必须准确而全面反映锻件的特殊内容，如圆角、斜度等，以及对产品的技术要求，如性能、
任务8.2零件锻造成型
8.2.3锻件结构分析
锻压件结构和形状设计原则是：在满足使用性能要求的前提下，结合锻压设备和工具的 特点，锻压件结构应合理简单、锻造方便、减少材料和工时的消耗以及有利于提髙生产 率。表8-3列举了生产中锻压件结构设计时应注意的主要问题。
任务8.3零件冲压成型
8.3.1零件冲压方法选用
①由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以比较复杂； ②锻件内部的锻造流线按锻件轮廓分布，从而提髙了零件的机械性 能和使用寿命； ③锻件表面光洁、尺寸精度髙、节约材料和切削加工工时； ④生产率较髙，操作简单，易于实现机械化。
任务8.2零件锻造成型
8.2.2模锻毛坯选用
2.胎模锻 胎模锻是在自由锻锤上使用胎模生产锻件的方法，与锤上模锻不同的是胎模是不固 定在锤头和砧座上的，只是在使用时才放到锻锤的下砧铁上。
热变形是在再结晶温度以上进行的。 变形后只有再结晶组织而无冷变形强化的现象。 热变形与冷变形相比，其优点是塑性良好，变形抗力低，容易加工变形，但高温下，金属 容易产生氧化皮，所以制件的尺寸精度低，表面粗糙。
金属经塑性变形及再结晶，可使原来存在的不均匀、晶粒粗大的组织得以改善，或者将铸 锭组织中的气孔、缩松等压合，得到更致密的再结晶组织，提高金属的力学性能。
任务8.1金属锻压性能分析
8.1.2变形后金属的组织和性能
2.塑性变形后金属的性能变化
（1）冷变形强化 金属在塑性变形过程中，随着变形程度的增加，强度和硬度提高，而塑形和韧性下降，这种现象称 为形变强化或加工硬化。
（2）产生各向异性 由于纤维组织和形变结构的形成, 使金属的性能产生各向异性。
（3）产生残余内应力 由于金属在发生塑性变形时, 金属内部变形不均匀, 位错、空位等晶体缺陷增多，金属内部会产生 残余内应力。残余内应力又分为残余拉应力和残余压应力。
（2）亚结构 金属经大的塑性变形时, 由于位错的密度增大和发生交互作用, 大量 位错堆积在局部地区, 并相互缠结, 形成不均匀的分布, 使晶粒分化 成许多位向略有不同的小晶块, 而在晶粒内产生亚晶粒（如图8-3所 示）。
（3）形变织构 在多晶体变形的过程中，每个晶粒的变形都要受到周围晶粒的约束。 为了保持变形的连续性，各个晶粒在变形时会向主形变方向转动，逐 渐趋向于与拉力轴平行，使原来紊乱的位向出现了有序化，这就形成 了晶体的择优取向，这种组织状态称为形变织构（如图8-4所示）。
任务8.2金属锻压性能分析
8.1.3金属的锻造性
金属的锻造性能是指金属经受锻压加工时成形的难易程度的工艺性能。
1.金属的本质 （1）化学成分 不同化学成分的金属，具有不同的塑性和变形抗力，锻造性能也不同。 （2）金属组织 金属内部组织结构的不同，其可锻性有较大差别。
2.金属的变形条件 （1）变形温度（2）变形速度（3）应力状态（4）坯料表面质量 3.金属的加热和锻件的冷却 （1）金属的加热 锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的间隔。 始锻温度是指开始锻造时金属表面的温度。 终锻温度是指停止锻造时金属表面的温度。 （2）锻件的冷却 锻造后锻件的冷却速度的快慢直接影响锻件的质量，冷却速度快会导致锻件的硬度偏高，且容易 开裂。要严格控制冷却速度。常用的冷却方法有以下三种： ①空冷。②坑冷。③炉冷。 一般，锻件的碳及合金元素的含量越高，形状越复杂，体积越大，冷却速度就越慢。
8.2.1自由锻造毛坯选用
2.自由锻造的基本工序 基本工序是使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状和尺寸的工艺过程，实际生产中 常用的有拔长、镦粗、冲孔、弯曲、错移、切割和扭转等。 （（（4（567）））3错）弯切扭移冲曲割 转孔 错用弯切助扭杆（使移于（使冲曲割工转，1坯指曲2坯孔）指序也）料的轴料是拔的。 可镦横是的横指长是用粗截将锻截用将于面坯造面冲坯矫积料。积头料正减的增在的分锻小一大坯弯为一件，部，料成几部。长分高上一个分度相度冲定部相增对减出的分对加于小通角的于的另的孔度锻另锻一锻或或造一造部造不形工部工分工通状序分序错序孔的，旋叫开叫的锻常转作，作工造用一拔并镦序工于定长且粗。序切的。使。，除角两主锻度部要件的分用的锻仍来料造然锻头工保造、序持角钢，平尺锭主行、的要的U冒用形锻口于弯造等制板工，造、序也多吊，可拐钩主以曲、要作轴链为和环拔连等长锻的件辅。
1.分离工序 使坯料的一部分和另一部分互相分离的工序。分离工序冲压方法有剪切、落料、冲孔和修整等。
2.变形工序 变形工序是坯料在模具作用下，当应力超过材料的屈服极限时，坯料的一部分相对于另一部分产生 塑性变形而改变其形状的加工工序。 冲压方法有弯曲、拉深、翻边、成形和收口等。
任务8.3零件冲压成型
（1）回复 当加热温度较低时，原子活动能力有所增加，已能作短距离运动，故晶格扭曲畸变程 度减轻，内应力大为降低，这种现象称为回复。
（2）再结晶 当温度继续升高，由于原子扩散能力增大，则开始以被拉长（或压扁）、破碎的晶粒 为核心结晶出新的均匀、细小的等轴晶粒，这个过程称为再结晶。
（3）晶粒长大 再结晶过程完成后，如再延长加热时间或提高加热温度，则晶粒会产生明显长大，成 为粗晶粒组织，导致材料力学性能下降，使锻造性能恶化。一般情况下晶粒长大是应 当避免发生的现象。
任务8.2零件锻造成型
8.2.1自由锻造毛坯选用
利用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形，从而获得所需形状、 尺寸和力学性能的锻件的成形过程，称为自由锻造（又称自由锻）。 1.自由锻造的设备
自由锻所用的设备有空气锤、蒸汽-空气 锤和水压机。工作原理如图8-6所示。
任务8.2零件锻造成型
数控系统
机床结构
机械制造基础
主讲人：
编码器
目录
1
熟悉金属材料的性能
2
认识非合金钢
3
选用钢的热处理方法
4
合金钢的选用
5
其他常用工程材料选用
6
典型零件的选材与热处理工艺
7
零件的铸造加工
8
零件的锻压成型
目录
9
零件的焊接加工
1 1
金属切削原理分析
1 3
车削加工
1 5
磨削加工
1 0
机械加工常用刀具选用
1 2
任务8.1金属锻压性能分析
8.1.2变形后金属的组织和性能
3.回复与再结晶 常温下原子活动能力弱，恢复过程很难进行。加热会提高原子的活动能力，促进由不 稳定状态恢复到稳定状态过程的进行，加热温度由低到高，变形金属将相继发生回复、 再结晶和晶粒长大三个阶段的变化，当然这三个阶段并非是截然分开的（如图8-5所 示）。
组织等。
（2）坯料质量和尺寸计算
（3）选择锻造工序 根据不同类型的锻件选择不同的锻造工序。见表。
任务8.2零件锻造成型
8.2.1自由锻造毛坯选用 4.典型自由锻件的锻造工艺示例
任务8.2零件锻造成型
8.2.2模锻毛坯选用
模锻是在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形，而获得所需 形状、尺寸以及内部质量的锻件的加工方法。模锻按使用设备的不同，可分为锤上模锻、胎膜锻、压 力机上模锻。 1.锤上模锻 锤上模锻是在自由锻基础上最早发展起来的一种模锻生产方法，是在模锻设备（主要是蒸汽-空气锤） 上将上、下模块分别固紧在锤头与砧座上，将加热透的金属坯料放入下模型腔中，借助于上模向下的 冲击作用，迫使金属在锻模型糟中塑性流动和填充，从而获得与型腔形状一致的锻件。 （（（（5(13）2）4）））模锻模分模锻模锻模锻特斜面工点度序及、应圆用角半径
冲压件的结构工艺性指冲压件结构、形状、尺寸对冲压工艺的适应性。 结构工艺性好的冲压件，生产时可以减少材料的消耗，工序数目少， 模具结构简单且寿命长、产品质量稳定、操作简单等。
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任务8.1金属锻压性能分析
8.1.2变形后金属的组织和性能
4.金属的冷变形和热变形
金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。 在变形过程中，有冷变形强化现象而无再结晶组织。 冷变形工件没有氧化皮，可获得较高的精度、较小的表面粗糙度，强度和硬度较高。 由于冷变形金属存在残余应力和塑性差等缺点，因此常常需要中间退火，才能继续变形。
冲压是利用安装在压力机上的模具对金属或非金属材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获 得所需零件的一种压力加工方法。通常是在室温下进行的，所以又称为冷冲压。冲压件的厚度一般都 不超过3～4 mm，故也称薄板冲压。一个冲压零件通常是通过一道或几道冲压工序而制成的。 冲压基 本工序可分为分离工序和变形工序两大类。
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1 6
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任务8.1金属锻压性能分析
8.1.2变形后金属的组织和性能
1.塑性变形后金属的组织变化 （1）晶粒被拉长 金属发生塑性变形后,晶粒沿形变方向被拉长或压扁。当变形量很大时, 晶粒变成细条状(拉伸时), 金属中的夹杂物也被拉长, 形成纤维组织 （如图8-2所示）。
（1）胎模的种类 根据胎模的结构形式不同，胎模可分为扣模、套模和合模三种。
（2）胎模锻的工艺过程 胎模锻的工艺过程主要包括制定工艺规程、制造胎模、备料、加热、锻制及后续工 序等。
（3）胎模锻的特点及应用 胎模锻是介于自由锻和模锻之间的一种锻造方法。 胎模锻主要适用于中小批量的形状简单的中小型锻件的成形或大件的局部成形。多 在没有模锻设备的中小型工厂应用。
任务8.2零件锻造成型
8.2.1自由锻造毛坯选用 3.自由锻工艺规程的制定
自由锻工艺规程的主要内容包括：根据零件图绘制锻件图、计算坯料的质量和尺寸、确定锻造工 序、选择锻造设备、确定坯料加热规范和填写工艺卡片等。
（1）绘制锻件图 绘制时主要考虑以下几个因素：①锻件加工余量及公差。②余块。③绘制锻件图。 锻件图是工艺规程的核心内容，是锻造生产、锻件检验与验收的主要依据。 锻件图必须准确而全面反映锻件的特殊内容，如圆角、斜度等，以及对产品的技术要求，如性能、
任务8.2零件锻造成型
8.2.3锻件结构分析
锻压件结构和形状设计原则是：在满足使用性能要求的前提下，结合锻压设备和工具的 特点，锻压件结构应合理简单、锻造方便、减少材料和工时的消耗以及有利于提髙生产 率。表8-3列举了生产中锻压件结构设计时应注意的主要问题。
任务8.3零件冲压成型
8.3.1零件冲压方法选用
①由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以比较复杂； ②锻件内部的锻造流线按锻件轮廓分布，从而提髙了零件的机械性 能和使用寿命； ③锻件表面光洁、尺寸精度髙、节约材料和切削加工工时； ④生产率较髙，操作简单，易于实现机械化。
任务8.2零件锻造成型
8.2.2模锻毛坯选用
2.胎模锻 胎模锻是在自由锻锤上使用胎模生产锻件的方法，与锤上模锻不同的是胎模是不固 定在锤头和砧座上的，只是在使用时才放到锻锤的下砧铁上。
热变形是在再结晶温度以上进行的。 变形后只有再结晶组织而无冷变形强化的现象。 热变形与冷变形相比，其优点是塑性良好，变形抗力低，容易加工变形，但高温下，金属 容易产生氧化皮，所以制件的尺寸精度低，表面粗糙。
金属经塑性变形及再结晶，可使原来存在的不均匀、晶粒粗大的组织得以改善，或者将铸 锭组织中的气孔、缩松等压合，得到更致密的再结晶组织，提高金属的力学性能。
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8.1.2变形后金属的组织和性能
2.塑性变形后金属的性能变化
（1）冷变形强化 金属在塑性变形过程中，随着变形程度的增加，强度和硬度提高，而塑形和韧性下降，这种现象称 为形变强化或加工硬化。
（2）产生各向异性 由于纤维组织和形变结构的形成, 使金属的性能产生各向异性。
（3）产生残余内应力 由于金属在发生塑性变形时, 金属内部变形不均匀, 位错、空位等晶体缺陷增多，金属内部会产生 残余内应力。残余内应力又分为残余拉应力和残余压应力。
（2）亚结构 金属经大的塑性变形时, 由于位错的密度增大和发生交互作用, 大量 位错堆积在局部地区, 并相互缠结, 形成不均匀的分布, 使晶粒分化 成许多位向略有不同的小晶块, 而在晶粒内产生亚晶粒（如图8-3所 示）。
（3）形变织构 在多晶体变形的过程中，每个晶粒的变形都要受到周围晶粒的约束。 为了保持变形的连续性，各个晶粒在变形时会向主形变方向转动，逐 渐趋向于与拉力轴平行，使原来紊乱的位向出现了有序化，这就形成 了晶体的择优取向，这种组织状态称为形变织构（如图8-4所示）。
任务8.2金属锻压性能分析
8.1.3金属的锻造性
金属的锻造性能是指金属经受锻压加工时成形的难易程度的工艺性能。
1.金属的本质 （1）化学成分 不同化学成分的金属，具有不同的塑性和变形抗力，锻造性能也不同。 （2）金属组织 金属内部组织结构的不同，其可锻性有较大差别。
2.金属的变形条件 （1）变形温度（2）变形速度（3）应力状态（4）坯料表面质量 3.金属的加热和锻件的冷却 （1）金属的加热 锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的间隔。 始锻温度是指开始锻造时金属表面的温度。 终锻温度是指停止锻造时金属表面的温度。 （2）锻件的冷却 锻造后锻件的冷却速度的快慢直接影响锻件的质量，冷却速度快会导致锻件的硬度偏高，且容易 开裂。要严格控制冷却速度。常用的冷却方法有以下三种： ①空冷。②坑冷。③炉冷。 一般，锻件的碳及合金元素的含量越高，形状越复杂，体积越大，冷却速度就越慢。
8.2.1自由锻造毛坯选用
2.自由锻造的基本工序 基本工序是使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状和尺寸的工艺过程，实际生产中 常用的有拔长、镦粗、冲孔、弯曲、错移、切割和扭转等。 （（（4（567）））3错）弯切扭移冲曲割 转孔 错用弯切助扭杆（使移于（使冲曲割工转，1坯指曲2坯孔）指序也）料的轴料是拔的。 可镦横是的横指长是用粗截将锻截用将于面坯造面冲坯矫积料。积头料正减的增在的分锻小一大坯弯为一件，部，料成几部。长分高上一个分度相度冲定部相增对减出的分对加于小通角的于的另的孔度锻另锻一锻或或造一造部造不形工部工分工通状序分序错序孔的，旋叫开叫的锻常转作，作工造用一拔并镦序工于定长且粗。序切的。使。，除角两主锻度部要件的分用的锻仍来料造然锻头工保造、序持角钢，平尺锭主行、的要的U冒用形锻口于弯造等制板工，造、序也多吊，可拐钩主以曲、要作轴链为和环拔连等长锻的件辅。
1.分离工序 使坯料的一部分和另一部分互相分离的工序。分离工序冲压方法有剪切、落料、冲孔和修整等。
2.变形工序 变形工序是坯料在模具作用下，当应力超过材料的屈服极限时，坯料的一部分相对于另一部分产生 塑性变形而改变其形状的加工工序。 冲压方法有弯曲、拉深、翻边、成形和收口等。
任务8.3零件冲压成型
（1）回复 当加热温度较低时，原子活动能力有所增加，已能作短距离运动，故晶格扭曲畸变程 度减轻，内应力大为降低，这种现象称为回复。
（2）再结晶 当温度继续升高，由于原子扩散能力增大，则开始以被拉长（或压扁）、破碎的晶粒 为核心结晶出新的均匀、细小的等轴晶粒，这个过程称为再结晶。
（3）晶粒长大 再结晶过程完成后，如再延长加热时间或提高加热温度，则晶粒会产生明显长大，成 为粗晶粒组织，导致材料力学性能下降，使锻造性能恶化。一般情况下晶粒长大是应 当避免发生的现象。
任务8.2零件锻造成型
8.2.1自由锻造毛坯选用
利用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形，从而获得所需形状、 尺寸和力学性能的锻件的成形过程，称为自由锻造（又称自由锻）。 1.自由锻造的设备
自由锻所用的设备有空气锤、蒸汽-空气 锤和水压机。工作原理如图8-6所示。
任务8.2零件锻造成型
数控系统
机床结构
机械制造基础
主讲人：
编码器
目录
1
熟悉金属材料的性能
2
认识非合金钢
3
选用钢的热处理方法
4
合金钢的选用
5
其他常用工程材料选用
6
典型零件的选材与热处理工艺
7
零件的铸造加工
8
零件的锻压成型
目录
9
零件的焊接加工
1 1
金属切削原理分析
1 3
车削加工
1 5
磨削加工
1 0
机械加工常用刀具选用
1 2
任务8.1金属锻压性能分析
8.1.2变形后金属的组织和性能
3.回复与再结晶 常温下原子活动能力弱，恢复过程很难进行。加热会提高原子的活动能力，促进由不 稳定状态恢复到稳定状态过程的进行，加热温度由低到高，变形金属将相继发生回复、 再结晶和晶粒长大三个阶段的变化，当然这三个阶段并非是截然分开的（如图8-5所 示）。
组织等。
（2）坯料质量和尺寸计算
（3）选择锻造工序 根据不同类型的锻件选择不同的锻造工序。见表。
任务8.2零件锻造成型
8.2.1自由锻造毛坯选用 4.典型自由锻件的锻造工艺示例
任务8.2零件锻造成型
8.2.2模锻毛坯选用
模锻是在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形，而获得所需 形状、尺寸以及内部质量的锻件的加工方法。模锻按使用设备的不同，可分为锤上模锻、胎膜锻、压 力机上模锻。 1.锤上模锻 锤上模锻是在自由锻基础上最早发展起来的一种模锻生产方法，是在模锻设备（主要是蒸汽-空气锤） 上将上、下模块分别固紧在锤头与砧座上，将加热透的金属坯料放入下模型腔中，借助于上模向下的 冲击作用，迫使金属在锻模型糟中塑性流动和填充，从而获得与型腔形状一致的锻件。 （（（（5(13）2）4）））模锻模分模锻模锻模锻特斜面工点度序及、应圆用角半径