湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 第三篇 金屬塑性加工 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 1972年在河北藁 (gao)城臺(tái)西村商代 (公元前 14世 紀(jì) )遺址中出土了一件 鐵刃銅鉞 。外刃部斷失，殘 存刃部包入銅內(nèi)約 1厘米，已全部氧化。經(jīng)鑒定， 殘刃中 沒(méi)有人工冶鐵的特征 ；鎳的分布表明 ,該刃 為 隕鐵 (隕石的一種，含鐵 80%以上，常含鎳。 )制 成，不可能用人工冶鐵獲得 ,隕鐵器雖然不是從礦 石冶煉的鐵， 但它的出現(xiàn)表明中國(guó)在公元前 14世紀(jì) 前后已能識(shí)別金屬鐵， 并能鍛打成兵刃使用。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 隕石 是來(lái)自 地球 之外的“客人”。含石量大的隕星稱為隕石，含鐵 量大的隕星稱為隕鐵。 根據(jù)隕石本身所含的化學(xué)成分的不同，大致可分為三種類型： 1.鐵隕石 ，也叫 隕鐵 ，它的主要成分是 鐵 和 鎳 ； 鐵的含量一般 在 98%以上 ,鎳的含量在 4%20%之間 ,所以很容易鑒別 .因?yàn)榈厍蛏蠜](méi)有 那種礦石能夠通過(guò)直接熔煉提供含量這么高而且成分均勻的鎳 2.石鐵隕石 ，也叫 隕鐵石 ，這類隕石較少，其中 鐵鎳與 硅酸鹽 大致各占一半； 3.石隕石 ，也叫 隕石 ，主要成分是 硅酸鹽 ，這種隕石的數(shù)目最多。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 一、 金屬的塑性成形 (塑性加工 ) 1. 塑性成形的概念 是利用金屬在 外力的作用下 所產(chǎn)生的 塑性變形 ， 使 之獲得具有一定 形狀、尺寸和力學(xué)性能 的原材料、毛 坯或零件的生產(chǎn)方法稱 塑性成形 （ 塑性加工） 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 2、條件 1） 塑性材料，低碳鋼、鋁、銅合金最好； 2） 受力作用（沖擊力、靜壓力）， 即內(nèi)部應(yīng)力大于屈服 強(qiáng)度。 滿足屈服條件： s（材料屈服強(qiáng)度）。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 、方法 (鍛造、沖壓、擠壓、軋制、拉拔等） ） 鍛造 自由鍛造 和 模膛鍛造 自 由 鍛 造 自由鍛造 金屬坯料在 上下抵鐵 間受 沖擊力 或 壓力 而變 形的加工方法。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 上砥鐵 下砥鐵 坯料 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 模 膛 鍛 造 模鍛鍛造 金屬坯料在具有一定形狀的 鍛模模 膛內(nèi)受力 而變形的加工方法。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering ） 板料沖壓 （又稱薄板沖壓和冷沖壓） 板料沖壓 金屬板料在沖模之間受壓產(chǎn)生 分離或變形 的加工 方法。 一般在室溫條件下進(jìn)行，也叫 冷沖壓 。 采用的金屬型 材、板材、鋼材和線材等原材料， 大都通過(guò) 軋制、擠壓、冷拔 等方法制成。 凡承受重載荷 的機(jī)械零件通常采用 鍛件 作毛坯。 板料沖壓 廣泛用于汽車制造、電器、儀表及日用品工業(yè)。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering ）拉拔 將金屬坯料拉過(guò) 拉拔模的 模孔而變 形的加工方法。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 金屬坯料在 一對(duì)回轉(zhuǎn)的軋 輥 的空隙中受壓變形，從而 獲得各種相應(yīng)形狀和尺寸的 產(chǎn)品。 4）軋制 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 金屬材料 在擠壓模內(nèi) 受壓被擠出 模孔而變形 的加工方法。 5） 擠壓 正擠壓 坯料 流動(dòng)方向 與凸模運(yùn)動(dòng) 方向一致 。 反擠壓 坯料 流動(dòng)方向 與凸模運(yùn)動(dòng) 方向相反。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 擠壓產(chǎn)品截面形狀圖 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 壓力加工的特點(diǎn) : 1） 機(jī)械性能好；組織致密， 2）節(jié)省材料； 3）生產(chǎn)效率高； 4）設(shè)備投資大； 5）對(duì)材料的要求嚴(yán)格。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 晶體內(nèi)部產(chǎn)生 滑移 ，晶體間也產(chǎn)生 滑移 和晶粒間發(fā)生 轉(zhuǎn)動(dòng)。 即晶體在切向力的作用 下， 晶體的一部分與另一部分沿著一定的晶 面產(chǎn)生相對(duì)滑移，從而引起晶體變形。 二、 金屬塑性變形實(shí)質(zhì) 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 單晶體的塑性變形 晶體的塑性變形主要是滑移和孿晶 滑移 在切應(yīng)力 的作用下， 晶體產(chǎn)生 剪切變形，即發(fā)生晶 格歪扭。 晶體的一部分與另一部分沿著一定的晶面產(chǎn)生相對(duì)滑 動(dòng)，從而產(chǎn)生塑形變形。 單晶體在切應(yīng)力的作用下的變形 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 孿晶 也叫 雙晶 。它是晶體在外力作用下，晶格的一部分相對(duì)另一 部分沿著孿晶面發(fā)生 轉(zhuǎn)動(dòng) 的結(jié)果。轉(zhuǎn)動(dòng)后以孿晶面為界面， 形成鏡像對(duì)稱。 單晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 多晶體塑性變形 主要的變形方式仍是 滑移 和 轉(zhuǎn)動(dòng)。 可以看成是組成多晶體的許多單個(gè)晶粒產(chǎn)生變形的 綜合效果。晶間也有 滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。 晶界的存在會(huì)帶來(lái)變形抗力（阻礙） 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 三、塑性變形對(duì)金屬組織性能影響 （ 1） 冷變形、熱變形、溫變形的定義 冷變形 是指在 再結(jié)晶溫度以下 的變形。變形后具有明顯的 加工硬化現(xiàn)象 (冷變形強(qiáng)化 )。 如冷擠壓、冷軋、冷沖壓等。 熱變形 是指在 再結(jié)晶溫度以上 的變形。在其變形過(guò)程中， 其加工硬化隨時(shí)被再結(jié)晶所消除。因而，在此過(guò)程中表現(xiàn) 不出加工硬化現(xiàn)象。 如熱軋、熱鍛、熱擠壓等。 溫變形 是指介于冷、熱變形之間的變形，加工硬化和再 結(jié)晶同時(shí)存在，如：溫鍛、溫?cái)D壓等。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering （ 2）冷變形后的組織與性能 鋼鐵、鋁、銅合金 室溫下 的塑性加工屬于冷加工。 組織變化的特征： 晶粒沿變形 最大方向伸長(zhǎng) ； 晶粒與 晶粒均發(fā)生扭曲 ,產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 晶粒間產(chǎn)生碎晶 。 性能變化的特征： 加工硬化 (冷變形強(qiáng)化 ) ： 隨著變形程度的增加，其強(qiáng)度和硬度 不斷提高，塑性和韌性不斷下降。 有利：強(qiáng)化金屬材料 不利：進(jìn)一步的塑性變形帶來(lái)困難 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 常溫下塑性變形對(duì)低碳鋼力學(xué)性能的影響 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 回 復(fù) 冷變形強(qiáng)化 是一種 不穩(wěn)定 的現(xiàn)象 ,將 冷變形的金屬 加熱到一定的溫度 ,因 原子的活動(dòng)能力增強(qiáng) ,使原子回到平衡位子 ,晶內(nèi)殘余應(yīng)力大大減小 -回復(fù) 由于加熱溫度 不高 ，原子所獲熱能 較少 ， 其活動(dòng)能力不強(qiáng)，只能使 晶格 的畸變程度減輕，應(yīng)力明顯下降 ， 晶粒的形狀、大小、強(qiáng)度、塑性等力學(xué) 性能也變化不大。 T回 =（ 0.250.3） T溶 （ 1538+273） T回 金屬的絕對(duì)回復(fù)溫度 T溶 金屬的絕對(duì)熔點(diǎn)溫度 如碳鋼彈簧在冷卷加工后加熱到 250 C300 C進(jìn)行回復(fù)處理。如： 工業(yè)純 鐵的 T回 為 453C。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 再結(jié)晶 當(dāng)加熱溫度達(dá)到某一值時(shí)，塑性變形狀態(tài)恢復(fù)平衡， 內(nèi) 能全部放出，能以某些碎晶或雜質(zhì)為核心形成了新的等軸 晶粒， -再結(jié)晶 .加工硬化消失。 T再 =0.4 T溶 如：純鐵的 T再 為 727C。鎢為 1475C， 銅為 473C，鋁為 373C，鋅為室溫，鉛和錫低于室溫。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 冷變形金屬加熱溫度對(duì)組織和性能變化的示意圖 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering ( ) 熱變形及其影響 1）不產(chǎn)生加工硬化 2）使組織得到改善，提高了力學(xué)性能 細(xì)化晶粒； 壓合了鑄造缺陷； 3）出現(xiàn)鍛造流線 ,金屬性能各向異性 組織致密。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 纖維組織 鑄錠在借助塑性變形進(jìn)行壓力加工時(shí)，基體金屬的晶 粒形狀和沿晶界分布的雜質(zhì)都發(fā)生了變形，它們沿著 變形 最大的方向被拉長(zhǎng)，呈纖維狀，這種結(jié)構(gòu) 纖維組織。 鋼材中的纖維組織 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 纖維組織的穩(wěn)定性很高，形成后， 不能用熱處理的方 法來(lái)消除，只有經(jīng)過(guò)壓力加工才能改變其方向和形狀， 在 設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)，必須遵守以下兩點(diǎn)： 使纖維方向和零件的輪廓方向相適應(yīng)而不被切斷。 使零件所受的最大 正應(yīng)力與纖維方向一致，最大切應(yīng) 力與纖維方向垂直。 壓力加工的纖維組織 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering （ 1）在 縱向（ 平行 纖維方向）上： 塑性和韌性 提高 （ 2）在 橫向（ 垂直 纖維方向）上： 塑性和韌性 降低 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 形成鍛造流線 (即纖維組織 )的 明顯程度與變形程度有關(guān) . 拔長(zhǎng)時(shí)： y拔 F0/F(橫截面積 )； 鐓粗時(shí)： y鐓 H0/H(高度比 )； H0,F0 坯料變形前的高度和橫 截面積。 H ,F 坯料變形后的高度和橫 截面積。 用 鍛造比 Y表示 變形程度 ,一般 控制在 Y=23。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 、鋼的鍛造性及其影響因素 影響因素： 金屬的本質(zhì) :合金成份、金屬組織 加工條件 : 變形溫度、 應(yīng)變速率等。 衡量鍛造性指標(biāo) 金屬塑性和變形能力。 鍛造性（可鍛性） -是材料在鍛造過(guò)程中經(jīng)受塑性 變形而不開(kāi)裂的能力 .(衡量 金屬熱態(tài)塑性變形的難易 程度 ) 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 常用金屬材料的鍛造溫度范圍 始鍛溫度： 開(kāi)始鍛造時(shí)，金屬允許加熱的 最高溫度。 終鍛溫度 ：金屬 停止鍛造 的溫度。 始鍛溫度與終鍛溫度的區(qū)間 鍛造溫度范圍 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 確定鍛造溫度范圍的依據(jù) 是合金狀態(tài)圖 對(duì)于碳素鋼，始鍛溫度在固 相線 AE以下 150C 250C， 終鍛溫度 800C左右。 碳鋼： 1200 800() 合金鋼： 1150 800() 合金工具鋼（高速鋼）： 1180 900() 不銹鋼： 1300 850() 銅合金： 900 700() 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 表 1 常用鋼材的鍛造范圍 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 應(yīng)力狀態(tài) 在外力作用下，金屬內(nèi)部各點(diǎn)的應(yīng)力，可用 主應(yīng)力狀 態(tài)圖 來(lái)表示。 不同的壓力加工方法 ， 由于變形金屬受力狀 態(tài)不同，主應(yīng)力圖一般也不相同，例如： 擠壓和模鍛時(shí)， 為三相壓應(yīng)力狀態(tài)，冷拔時(shí)，為雙向受壓一向受拉 金屬變形時(shí)的應(yīng)力狀態(tài) 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 復(fù)習(xí)題 1. 說(shuō)明金屬塑性成形的條件和方法。 2. 何謂金屬冷變形和熱變形？ 3. 同種材料金屬冷、熱變形，其組織和性能有何 差異？何謂金屬再結(jié)晶？ 4. 說(shuō)明金屬鍛造性的意義，有哪些影響因素？ 5. 什么是鍛造流線？在設(shè)計(jì)和制造零件是應(yīng)如何 分布鍛造流線？ 6. 金屬鍛造時(shí)，為什么要加熱？鋼的鍛造溫度范 圍一般應(yīng)如何表示和限制？ 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 二、鍛造方法與工藝 、自由鍛造 垂直方向 （ Z向）受力， 水平方向（ X、 Y向）自由變形。 P 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 設(shè)備 :鍛錘、蒸汽 -空氣錘 、水壓機(jī) 工具 : 平砧鐵、 V形砧等座； 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 水壓機(jī) 水壓機(jī)，噸位（靜壓力）大，大型鍛件生產(chǎn)的自由 鍛造設(shè)備。最大噸位達(dá) 3.5萬(wàn)噸。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 應(yīng)用 單件、小批量生產(chǎn) , 大型鍛件 的唯一鍛造方法； 300T 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering （ 1） 自由鍛工序 基本工序 、 輔助工序 、 精整工序 （ a） 基本工序 :使坯料實(shí)現(xiàn) 主要的變形要求 ,達(dá)到和基本達(dá)到 鍛件所需形狀和尺寸的工序 . 鐓粗 、 拔長(zhǎng) 、 沖孔 、 彎曲 、 扭轉(zhuǎn) 、 錯(cuò)移 、 切割等 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 鐓粗 ： 是 減少 坯料 高度 而 增大 其 截面積 的工序。 圖 1 鐓粗示意圖 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 拔長(zhǎng) 是使坯料 橫截面積減少 而 長(zhǎng)度增加 的 工序。見(jiàn)圖 2所示 圖 2 拔長(zhǎng)示意圖 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 沖孔 是用沖子將坯料沖出透孔和不透孔的工序。 圖 3 沖孔示意圖 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 彎曲 ：使坯料的軸線產(chǎn)生一定的曲率 扭轉(zhuǎn) : 是使坯料的一部分相對(duì)于另一部分繞其軸線旋轉(zhuǎn)一 定的角度的工序 錯(cuò)移 :是使坯料的一部分相對(duì)于另一部分平移錯(cuò)開(kāi)的工序。 切割 :是分割坯料或去除鍛件余量的工序。 （ b）輔助工序： 基本工序之前的預(yù)變形工序，如壓嵌口、 倒棱、壓肩 . （ c）精整工序： 完成 基本工序之后 ,用以 提高 鍛件尺寸及 位置精度 的工序 . 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 2)鍛件分類及基本工序方案 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 、模鏜鍛造 (錘上模鍛、曲柄壓力機(jī)上模鍛、摩擦壓力機(jī)模鍛 金屬熱坯在鍛模模鏜內(nèi) 三向壓應(yīng)力 狀態(tài)下的塑性變形。 特點(diǎn) : 鍛件精度高，鍛造曲線合理，力學(xué)性能好； 生產(chǎn)效率高，金屬消耗少； 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 應(yīng)用 : 能鍛制難以成形的復(fù)雜鍛件，如汽車連桿、前梁、 曲軸等。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 1） 模膛 的分類 (按功用不同 ) 制坯模膛：拔長(zhǎng)模膛、滾壓模膛、彎曲模膛、切斷模膛等 模鍛模膛：預(yù)鍛、終鍛 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 制坯模膛 對(duì)于形狀復(fù)雜的模鍛件 ,為了使坯料的形 狀基本 接近模鍛件 形狀 ,使金屬能合理分布和很好模鍛模 膛 (改變坯料橫截面積與形狀，為最終成形做準(zhǔn)備。 ) 包括： 拔長(zhǎng)模膛：減小橫截面積，增加長(zhǎng)度。 滾壓模膛：改變各橫截面上坯料分布，滾圓。 彎曲模膛：改變坯料軸線呈彎曲坯料。 拔長(zhǎng)模膛 滾壓模膛 彎曲模膛 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 模鍛模膛 : 預(yù)鍛模膛 ： 使坯料形狀、尺 寸更 接近終鍛形狀 的 模膛 ， 一般不設(shè)置飛邊槽。 終鍛模膛 ： 模鍛時(shí)最后成形 的模膛 ,為了使坯料形狀、 尺寸 達(dá)到 鍛件要求，故 終鍛 模膛的尺寸應(yīng)比鍛件尺寸放 一個(gè)收縮量 ,分模面四周設(shè) 有飛邊槽。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 2）鍛造模膛的結(jié)構(gòu) 鍛模 模膛 (9) 飛邊槽 (3) 橋部 倉(cāng)部 形成鍛件基本形狀和尺寸的空腔。 容納多余的金屬。 增加金屬 流動(dòng)的阻力， 促使 金屬充滿 模膛。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 3）鍛模材料 要求：高溫下具有足夠的強(qiáng)度、硬度、韌性、耐磨 性、抗熱疲勞性、回火穩(wěn)定性等 。 熱處理：淬火中溫回火（ 400500 ） 鋼種：熱作模具鋼 5CrNiMo、 4Cr5MoSiV(H11)、 4Cr5MoSiV1(H13)等。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 4）飛邊與沖孔連皮 飛邊 坯料沿 分模面 鍛擠 出來(lái)的部分 多余金屬 ，于飛 邊槽內(nèi)積聚而成 。 飛邊槽的作用： 容納多余金屬形成飛邊； 飛邊先冷卻，增加坯料流 動(dòng)阻力，便于金屬充滿模膛。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 沖孔連皮： 對(duì)于通孔鍛 件，孔的中部垂直橫截面 上下預(yù)留一薄層金屬而不 貫通，稱為沖孔連皮，以 防止上、下模的沖孔凸模 不至直接相撞。 飛邊與沖孔連皮 通過(guò)切 邊與沖孔而最終消除 。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 3、模鍛設(shè)備 模鍛錘 ： 通過(guò)壓縮空氣和高壓蒸氣推動(dòng)活塞、錘桿、鍛錘， 對(duì)坯料產(chǎn)生強(qiáng)大 沖擊力 而使坯料鍛造成形，既可用于自由 鍛，也可用于模膛鍛造 （錘上模鍛） 噸位： 以活塞、錘桿、鍛錘 質(zhì)量和表示，即： m總 m活塞 m錘桿 m錘 如 500kg空氣錘： m總 500kg 10t模鍛錘： m總 10t 鍛件的質(zhì)量較好 ， 適應(yīng)性強(qiáng) ， 可以實(shí)行多種變形工序 ， 鍛 制不同形狀的鍛件 。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 熱模鍛壓力機(jī) 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 噸位 滑塊運(yùn)行到接近下死點(diǎn) 所產(chǎn)生的最大壓力。 東風(fēng)公司鍛造廠用于熱模鍛的 曲柄壓力機(jī)的噸位有 2000t、 4000t、 8000t。 最大噸位為 12000t(1200MN)。 優(yōu)點(diǎn) 鍛造成形原于靜壓力，無(wú)震動(dòng)，噪音小； 金屬在模膛中流動(dòng)稍緩，有利于成形和獲 得良好的力學(xué)性能； 生產(chǎn)效率高，鍛件質(zhì)量好。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 摩擦壓力機(jī) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 投資少 工藝適應(yīng)性廣 中小型鍛件 ,小 批或中批生產(chǎn) 飛 輪 螺 桿 滑 塊 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 平鍛機(jī) 即臥式曲柄壓力機(jī)，主 滑塊為水平直線運(yùn)動(dòng)。 主 要用于鍛造帶凸緣 的長(zhǎng)軸類鍛件（汽車 半軸）、環(huán)形鍛件 （軸承套圈，雙聯(lián)齒 輪鍛件等）。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 胎膜鍛造 在 自由鍛設(shè)備 上采用可 移動(dòng)模具 生 產(chǎn)模鍛件的鍛造方法 . 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 扣模：用來(lái)對(duì)坯料進(jìn)行全部或局部扣形，以生產(chǎn) 長(zhǎng)桿非回轉(zhuǎn)體鍛件。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 筒模 ：主要用于鍛造齒輪、法蘭盤等盤類鍛件。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 常用鍛造方法的比較 見(jiàn) P118表 3-2 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 4、自由鍛造工藝規(guī)程的制訂 ）繪制自由鍛件圖 在零件中放上 機(jī)械加工 余量，規(guī)定鍛件 鍛造公差， 追加工藝 余塊（ 簡(jiǎn)化形狀， 便于成形），用 雙點(diǎn)畫線 表示 零件 輪廓。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering ）計(jì)算坯料重量及尺寸 G坯 G鍛 G燒損 G料頭 燒損率：油爐 2% 3% 煤氣爐 1.5% 2.5% 電阻爐 1% 1.5% 3）確定鍛造溫度范圍 碳鋼 始鍛溫度： 1200 終鍛溫度： 800 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 4）確定變形工序 鐓粗、拔長(zhǎng)、彎曲、沖孔等。根據(jù)零件不同而不同。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 5）編寫鍛造工藝卡 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 5、模鍛工藝設(shè)計(jì) ）繪制模鍛件圖 鍛模設(shè)計(jì)的依據(jù) 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 確定分模面上、下鍛模的分界面 原則： 選擇鍛件最大水平投影面，應(yīng)使上、下兩模沿分 模面的模膛輪廓一致，模膛深度最淺且沿分模面對(duì)稱且平 面分模 ,分模面應(yīng)使零件上所加的敷料最少 .便于取模；便 于檢查上下模是否錯(cuò)位；有利于金屬充滿模膛；減少敷料； 簡(jiǎn)化模具制造。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 鍛件最大水平投影 面要保證模鍛件能 從模膛中取出 上下兩模沿分模面 的 模 膛 輪 廓 一 致 分模面能使模膛深 度最淺 分模面應(yīng)使零件上 所 加 的 敷 料 最 少 分模面為平面 d d 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 追加加工余量、工藝余塊，規(guī)定鍛件公差。 加工余量： 1 4mm; 公差： 0.3 3mm 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 模鍛斜度 為了使鍛件從模膛中取出 ,鍛件與模膛側(cè)壁接觸部 分需要帶一定的 斜度 -模鍛斜度 一般外壁斜度 1取 5、 7、 10、 12。內(nèi)壁斜 度 2比外壁斜度 1大 2 5。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 模鍛 圓角半經(jīng) 在模鍛件中所有兩平面的交角處均需做成圓角 -模鍛圓角 ， 其作用是 :使金屬充滿模膛 ,提高鍛件的使用壽命 ,同時(shí)增大鍛件 的強(qiáng)度 . 模鍛件的外圓 r角取 1. 512mm，內(nèi)圓角 R比外圓角半經(jīng) r大 23倍。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering ）選定模鍛工步，確定鍛模模膛。 一類是 長(zhǎng)軸類 零件，如臺(tái)階軸、曲軸、 連桿 、彎曲搖臂等。 一般常采用 拔長(zhǎng)、滾壓、彎曲、預(yù)鍛和終鍛等工步。 模鍛件按 形狀 可分為兩大類： 根據(jù)鍛件的 形狀 和 尺寸 來(lái)確定。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 另一類為 盤類 (短軸類 )模鍛件，如 齒輪、 法蘭 盤等。一般常采用 鐓粗、預(yù)鍛和終鍛 等工步。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering ）計(jì)算坯料重量 追加 20% 25%的飛邊與沖孔連皮 。 6）鍛造生產(chǎn)自動(dòng)線 ）確定后續(xù)工序 切邊、沖孔、校正、熱處理及 表面氧化皮清理等。 ）選擇鍛造設(shè)備 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 6、鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝性要點(diǎn)（選講） 零件結(jié)構(gòu)要符合鍛造工藝性要求，使之結(jié)構(gòu)合理，鍛造 方便、節(jié)約金屬、保證鍛件質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率。 自由鍛件： 1）自由鍛件 設(shè)計(jì)要避免 錐體和斜面 結(jié)構(gòu) ； 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 2）鍛件由數(shù)個(gè)簡(jiǎn)單幾何體構(gòu)成時(shí)，幾何體的交接 處不應(yīng)保留空間 相貫曲線 ； a）加工困難 應(yīng)改為： b ) 平面與圓 柱、平面與平 面相連接使鍛 造成形容易。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 3）自由鍛鍛件上不允許設(shè)計(jì)出加強(qiáng)筋、凸臺(tái)、工字 形截面和空間無(wú)規(guī)則曲面形狀； 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 4）鍛件 橫截面積有急劇變化或 形狀較復(fù)雜時(shí)，可設(shè)計(jì)成 幾個(gè)簡(jiǎn)單件構(gòu)成的組焊或裝配結(jié)構(gòu)； 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 模鍛件： 1）有一個(gè)合理的分模面； 2）外形力求簡(jiǎn)單、平直和上下對(duì)稱； 3）對(duì)垂直于分模面的非加工表面應(yīng)設(shè)計(jì)出 模鍛斜度 和 鍛造圓角。 4) 設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免 深孔 和 多孔 結(jié)構(gòu) 零件上有四個(gè)相同的孔不能鍛出，只能用機(jī)械加工成形。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 5） 避免薄壁、高筋、局部凸起等結(jié)構(gòu)。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 5）在可能條件下，應(yīng)采用鍛 焊組合工藝， 以簡(jiǎn)化鍛造工藝 和降低制造成本。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 復(fù)習(xí)題 1. 自由鍛造和模膛鍛造有何區(qū)別？各自說(shuō)明工序或工步的 安排。 2. 模膛鍛造中，選用鍛模材料有何性能要求？常用何種材 料和熱處理工藝？ 3. 鍛造（包括自由鍛造和模膛鍛造）一般用到那些設(shè)備？ 如何確定鍛錘和壓力機(jī)的噸位？ 4. 編制自由鍛造工藝包含哪些內(nèi)容？ 5. 編制模膛鍛造工藝包含哪些內(nèi)容？ 6. 舉例說(shuō)明如何選擇鍛模分模面。分析飛邊槽和沖孔連皮 的作用。 7. 東風(fēng)公司鍛造廠在鍛造生產(chǎn)自動(dòng)線上生產(chǎn)汽車前梁鍛件 的鍛造工步是如何安排的，試以工步流程布置圖予以說(shuō) 明。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 三、 沖壓 是利用沖模使板料產(chǎn)生 分離或變形 的加 工方法，通常在冷態(tài)下進(jìn)行，又稱 冷沖壓 。 1. 特點(diǎn)： 沖壓出 形狀復(fù)雜 的零件，廢料較少。 沖壓加工出來(lái)的產(chǎn)品具有 足夠高的精度 和 較低表面粗糙度 互換性好。 能獲得 質(zhì)量輕、強(qiáng)度和剛度較高 的零件。 操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)效率高，工藝過(guò)程 便于 機(jī)械化和自動(dòng)化 。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 板料 : 要求塑性好，低碳鋼 、 鋁、銅、鎂合金等。 厚度一般不超過(guò) 10mm，表面無(wú)傷痕。 典型材料 車身 08Al 車架 16Mn 供應(yīng)狀態(tài) 卷料（沖壓前開(kāi)卷） 2. 材料 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 剪板機(jī) （ 剪成條料 ）、 沖床 、 液壓機(jī)等。 如： 40廠 2000T（噸位） 作用于板料的最大靜壓力。 44廠 、 41廠 4000T（噸位） 作用于板料的最大靜壓力。 3. 設(shè)備 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 是使坯料的一部分與另一部分相互 分離 的工序。包括： 落料、沖孔、切斷、修整等。 落料和沖孔 落料 被分離的部分為工件，周邊為廢料。 沖孔 被分離的部分為廢料，周邊為成品。 4、 沖壓生產(chǎn)的基本工序 1) 分離工序 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 沖裁變形過(guò)程 共分三個(gè)階段： a. 彈性變形階段 坯料產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲和拉伸變形，此時(shí)的內(nèi)應(yīng)力 低于 屈服點(diǎn)。 b.塑性變性階段 坯料內(nèi)應(yīng)力 達(dá)到 屈服點(diǎn)，材料開(kāi)始產(chǎn)生 塑性變形 ，隨著凸模的不斷壓下， 變形區(qū)的材料加工硬化加劇，直至坯料內(nèi)部達(dá)到 強(qiáng)度極限 ，材料內(nèi)部形成 微裂紋。 c. 斷裂分離階段 凸模下行，已形成的上下裂紋不斷向坯料內(nèi)部擴(kuò)展，上下 裂紋相遇 時(shí)， 坯料被 斷裂分離。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 材料的塑性越好，光亮帶寬， 反之，剪切帶愈寬。 沖裁件的斷面 C 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 凸凹模 (沖裁模 )間隙 ： 是指沖裁加工時(shí)凸模和凹模之間的 橫 向間隙 。用 “ C” 表示。 C0 凸、凹模間合理間隙（雙邊間隙和）一般取板厚的 1%左右。 間隙既不能 過(guò)大 , 也不能 太小， 關(guān)系到產(chǎn)品 尺寸精度 ，也影 響模具 使用壽命。 C D凹 D凸 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 凸凹模間隙不僅嚴(yán)重影響 沖裁的斷面質(zhì)量 ，而且影 響 模具壽命 。 間隙 應(yīng)控制在一個(gè) 合理的范圍之內(nèi) ，使 所得到的上下裂紋能夠基本重合于一條線。 間隙 過(guò)大 ，材料中的拉應(yīng)力增大， 塑性變形 階段 結(jié) 束 較早。 沖裁件被撕開(kāi) ,邊緣粗糙 . 間隙 過(guò)小 時(shí)，材料中拉應(yīng)力成分減小，壓應(yīng)力增強(qiáng)， 裂紋 產(chǎn)生受到 抑制 。 間隙也是影響 模具壽命 的最主要的因素。沖裁過(guò)程 中，凸 模 與被沖的孔之間、凹模與落料件之間均有摩 擦， 間隙越小摩擦力越嚴(yán)重 。 正確選擇合理間隙對(duì)沖裁生產(chǎn)是至關(guān)重要的。選用 時(shí)主要考慮 沖裁件斷面質(zhì)量和模具壽命 這兩個(gè)因素。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 間隙小影響模具的 壽命 ,間隙小 ,模具壽命 降低 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 選取間隙的方法： 1）查表法 2）計(jì)算法 C=m m-與材質(zhì)及坯料有關(guān)的系數(shù)。 -坯料厚度 在生產(chǎn)中，對(duì)于低碳鋼、鋁合金、銅合金，取 Z=C=(0.060.1) ;高碳鋼 Z=C=(0.080.12) 。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 凸、凹模 刃口尺寸 取決于 沖裁件尺寸和 沖模間隙 落料模 （ D凸、 D凹） 凹模刃口尺寸等于工件尺寸，即： D凹 D件； D凸 D件 Z（間隙） 凸、凹模刃口尺寸 (凸凹模要具有鋒利的刃口 ) 注意：落料件與孔徑有公差時(shí)， D凹（落料）取 工件最小極限尺寸（ D ）； d凸（沖孔）取孔的 最大極限尺寸（ d+）。 沖孔模 （ d凸、 d凹） 以孔徑先定凸模尺寸，即： d凸 d孔； d凹 d孔 Z（間隙） Z/2 D凹 D凸 d 凸 d凹 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 沖裁力（ F）的計(jì)算 對(duì)于平刃沖模 F KLd 式中 F 沖裁力（ N）； L 沖裁周邊長(zhǎng)度（ mm）； d 板材厚度（ mm）； 抗剪強(qiáng)度； K 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取 K。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 排樣 即沖裁件在板料或條 料件上的合理排列，以 提高材料利用率。 排樣分為無(wú)搭邊排樣 和有搭邊排樣。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 修整 利用整修模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬， 切掉剪裂帶和毛刺。提高其 尺寸精度降低表面粗糙度。 IT6-IT7 Ra = 1.6-0.8 m 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering )變形工序 使坯料的一部分相對(duì)另一部分產(chǎn)生位移而 不被破 壞 的工序。 包括 ：拉深、翻邊、彎曲、 成形等 汽車車身覆蓋件主要由這四大成形工序完成。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 拉深 意義 在拉深模中 使平板件 受力成形為 空心 立體件。 拉深過(guò)程 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering m 拉深變形后的制件直徑與坯料直徑之比， 即 : m D件 D坯 如果總的拉深系數(shù)小于極限 拉深系數(shù)，則需多次拉深才能 最終成形。 總的拉深系數(shù)等于各次拉深 系數(shù)的乘積。 變形量控制 拉深系數(shù) m 一般極限拉深系數(shù)?。?mmin 0.50.8（低碳鋼板） m越 小，一次拉深變形量大。 m越大（ 2 ，若 H（ 1.52） t ,當(dāng) L過(guò)小時(shí)可在彎曲線上沖工藝 孔。對(duì)于零件孔的精度要求較高，則應(yīng)彎曲后在再 沖孔。 彎曲件孔邊距離 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering （ 3） 對(duì)拉深件的要求 拉深件外形應(yīng)簡(jiǎn)單 、 對(duì)稱 ， 且不宜太高 。 以便使 拉深次數(shù)盡量少 ， 并容易成形 。 拉深件的圓角半徑 如圖所示 。 否則 ， 應(yīng)增加整形工序 。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering （ 4） 改進(jìn)結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化工藝及節(jié)省材料 1) 采用沖焊結(jié)構(gòu) 對(duì)于形狀復(fù)雜的 沖壓件 、 可先分別 沖制若干個(gè)簡(jiǎn)單件 ， 然后再焊接成整體 件 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 2) 采用沖口工藝 ， 以減少組合件數(shù)量 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 3) 在使用性能不變的情況下，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化 拉深件結(jié)構(gòu)，以便減少工序，節(jié)省材料， 降低成本。 如消聲器后蓋零件結(jié)構(gòu)，通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)，材料減少 50。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 4) 沖壓件的精度和表面質(zhì)量 一般精度為： 落料 不大于 IT10，沖孔不大于 IT9，彎曲件不大于 IT10 IT9 。 拉深件高度尺寸精度為 IT10IT8，直徑尺寸精度為 IT10IT9， 整形工序后的尺寸精度為 IT7IT6， 拉深件直徑尺寸精度為 IT9 IT8。 一般對(duì)沖壓件表面所提出的要求，盡可能不要高于原材 料所具有的表面質(zhì)量，否則要增加切削加工的工序，使 產(chǎn)品成本大為提高。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 、沖壓模分類及結(jié)構(gòu) (選講 ) 簡(jiǎn)單沖模 簡(jiǎn)單模 （單工序模） 一套模具完成一道工序。模具 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，適用于 沖裁件的小批量生產(chǎn)。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 級(jí)進(jìn)模（連續(xù)模） 壓機(jī)一次行程中，在模具不同工位同時(shí)完成多道沖壓 工序。 級(jí)進(jìn)模（連續(xù)模） 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 復(fù)合模 壓機(jī)一次行程中，在模具同一工位完成多到工序（兩道 以上）的沖壓模具。一般講，凸模中有凹模，（凸凹模） 凹模內(nèi)安裝有凸模。 本章最后請(qǐng)看幾個(gè)車身覆蓋件的沖壓生產(chǎn)片段錄 象 落料拉深復(fù)合模 湖北汽車工業(yè)學(xué)院材料工程系 Department of Materials En gineering 復(fù)習(xí)題 1. 板料沖壓有何生產(chǎn)特點(diǎn)？對(duì)原材料供應(yīng)有什么要求？ 2. 沖壓基本工序分為哪兩類？何謂沖裁？ 3. 如何決定板料沖孔和落料的凸、凹模尺寸和合理間隙值？ 4. 說(shuō)明板料落料前的合理排樣的經(jīng)濟(jì)意義和排樣方法。 5. 汽車生產(chǎn)中，用于板料變形的工序有哪幾種？分別分析 這幾種變形工序的意義。 6. 重點(diǎn)說(shuō)明板料彎曲和拉深工序的質(zhì)量控制參數(shù)與要求 。 7. 沖壓模結(jié)構(gòu)分為哪幾類？分別介紹其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。