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第十章第十章锻锻 压压 压力加工 在外力作用下使金属产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能毛坯或零件的加工方法。锻压 锻造和冲压的总称 第一节 金属的塑性变形 一、金属塑性变形的实质（）单晶体的塑性变形 1.滑移 2.孪生 （二）多晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形分为晶内变形和晶间变形两种。晶内变形是指金属中每个晶粒内部的塑性变形；晶间变形是指晶粒之间的相互错动或转动。二、冷塑性变形对金属组织及性能的影响 （一）加工硬化 在冷变形过程中，随着变形程度的增加，金属材料的强度、硬度升高，塑性、韧性有所下降的现象。 （二）纤维组织 当变形程度很大时，各晶粒将显著地沿同一方向被拉长而呈细条状或纤维状，晶界变得模糊不清的晶粒组织 。三、回复与再结晶 冷塑性变形后的金属随加热温度的升高，将依次产生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。 （一）回复 将冷塑性变形后的金属加热至较低温度时，金属的显微组织变化不大，但内应力显著降低，金属的物理、化学性能逐渐恢复，强度、硬度略有降低，塑性有所回复。 （二）再结晶 当加热温度较高时，塑性变形后被拉长的晶粒将重新形核、结晶为等轴状晶粒，加工硬化现象完全消除，金属的组织和性能恢复到冷变形前的状态的过程。 纯金属的再结晶温度为：T再0.4T熔（三）晶粒长大 四、金属的热加工 （一）金属冷、热加工的区别 冷加工与热加工的界限在理论上是以再结晶温度来区别的 。（二）热加工对金属组织和性能的影响锻造流线 锻造比 y拔长=A0/A=l/l0，y镦粗=h0/h 锻压性能优劣的衡量指标 塑性和变形抗力第二节 金属的锻压性能 衡量材料在进行塑性成形过程中获得合格制件的难易程度。 金属的锻压性能主要取决于金属的本质和变形条件。 一、金属的本质（一）化学成分的影响 纯金属比合金的强度低、塑性好，锻压性能较好。 （二）金属组织的影响纯金属和单相固溶体的锻压性能好 二、变形条件（一）变形温度的影响 温度的升高，金属的塑性提高，变形抗力减小。 温度过高，组织中会出现过热、过烧，表面氧化现象严重。 （二）变形速度的影响 （三）应力状态的影响 三个方向的应力中，压应力的数目越多，金属的塑性越好；拉应力的数目越多，金属的塑性越差。同号应力状态下引起的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。 第三节 自 由 锻 一、自由锻的特点自由锻分为手工锻和机器锻两种。 手工锻的生产效率低，锤击力小，劳动强度大，只适用于小型锻件，自由锻工艺灵活，所用工具、设备简单、通用性大、成本低， 对于大型锻件，自由锻是目前唯一可行的加工方法。 二、自由锻的基本工序 基本工序、辅助工序和精整工序 （一）镦粗 使毛坯高度减小、截面积增大的锻造工序。 （二）拔长 使毛坯截面积减小、长度增加的锻造工序。 （三）冲孔 在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。 （四）错移 将坯料的一部分相对另一部分错开一段距离，但仍保持这两部分轴线平行的锻造工序。 （五）扭转 将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。 （六）弯曲 采用一定的工模具将毛坯弯成所要求的曲率或角度的锻造工序。（七）切割将坯料分成两部分或部分割开的锻造工序 。 三、自由锻工艺规程的制定 （一）绘制锻件图 计算坯料的相关参数、确定锻造工艺、设计工具和检验锻件的主要依据。 1.余块 为简化锻件形状，便于锻造，在锻件上某些难以直接锻出的部位添加的一部分金属。 2.机械加工余量 锻件上凡是需要进行切削加工的表面均应留机械加工余量。 3.锻件公差 锻件实际尺寸与其基本尺寸之间允许有一定的偏差范围即锻件公差 （二）计算坯料质量和尺寸 1.锻件坯料质量的计算m坯料=m锻件+m烧损+m料头 2.坯料尺寸的计算 （三）确定锻造工序 主要内容 确定锻件成形所必需的工序、选择所用的工具、确定工序顺序和工序尺寸等。 （四）选择锻造设备1.自由锻锤 2.水压机 （五）坯料的加热及锻件冷却 1.坯料的加热 目的是提高坯料的塑性和降低变形抗力，提高金属的锻压性能， 2.锻件冷却 （1）空冷 将锻造后的锻件在空气中冷却的方法。 （2）坑冷 将锻造后的锻件放在地坑或铁箱中进行缓慢冷却的方法。 （3）炉冷 将锻造后的锻件放在一定温度的加热炉中随炉进行缓慢冷却的方法。 四、自由锻锻件的结构工艺性（一）锻件上应尽量避免锥面或斜面（二）避免曲面相交及椭圆形结构 （三）避免肋板和凸台结构 （四）合理采用组合结构 第四节 模 锻 把加热后的金属坯料放在具有一定形状的锻模模膛内，通过施加压力或冲击力，使坯料变形并充满锻模模膛，从而获得一定尺寸及形状锻件的工艺方法。 模锻的优点： 能锻出形状复杂的锻件，模锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小； 模锻件机械加工余量小，材料利用率高，因而可节省材料和切削加工工时； 模锻件的锻造流线组织分布更为合理，力学性能较好； 生产操作简单，易于实现机械化和自动化，生产效率高，锻件生产成本低。 一、锤上模锻 1-锤头 2-上模 3-飞边槽 4-下模 5-模垫 6、7、10-楔铁 8-分模面 9-模膛（一）锻模结构（二）锻模模膛 1.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。 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。 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。 切断模膛由上模与下模的角部组成的一对刃口，用来切断金属。 2.模锻模膛 预锻模膛 其作用是使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，以保证终锻时坯料容易充满模膛而成形，减少终锻模膛磨损，提高锻模的使用寿命。 终锻模膛 其作用是使坯料达到锻件的形状和尺寸要求。 （三）模锻工艺规程的制定 1.绘制模锻件图 （1）选定分模面 确定分模面的主要原则 分模面通常选在模锻件最大尺寸的截面上，以方便锻件从模膛中取出； 分模面应使模膛的深度最浅，这样有利于金属充满模膛，也便于锻件的取出和锻模的制造； 选定的分模面应使上、下锻模沿分模面处的模膛轮廓一致，以便于及时发现在安装锻模和生产过程中出现的错模现象； 分模面最好是平面，且上下锻模的模膛深度尽可能一致，以便于锻模制造； 所选分模面尽可能使锻件上所加的敷料最少，这样既可提高材料的利用率，又减少了切削加工的工作量。 （2）加工余量、锻件公差和余块 （3）确定模锻斜度 （4）圆角半径 （5）冲孔连皮 （6）确定模锻工步 轮盘类模锻件 圆形或宽度大于高度的锻件。 长轴类模锻件 常用的锻造方案有：预锻终锻；滚压预锻终锻；拔长滚压预锻终锻；拔长滚压弯曲预锻终锻等。 一般的轮盘类模锻件，采用镦粗和终锻工序。 （7）锻锤吨位的选择 （四）模锻件的结构工艺性 1.模锻件必须具有一个合理的分模面，以保证模锻件易于从锻模中取出、余块最少，锻模制造容易； 2.零件的形状力求简单、平直、对称，避免面积差别过大、薄壁、高肋、凸起等外形结构； 3.对于形状复杂的大型零件，在可能的情况下，尽量选用锻-焊结构，以减少余块，简化模锻过程。 二、胎模锻 在自由锻设备上使用简单的、可移动的非固定模具生产出模锻件的一种锻造方法。 （一）扣模 常用于非旋转体锻件的成形 （二）套模（筒模） 主要用于端面有凸台或凹坑的回转体类锻件的制坯和最终成形。 （三）合模 适用于各类锻件的终锻成形，尤其是形状复杂的非回转体类锻件。三、压力机上模锻 （一）曲柄压力机上模锻 曲柄压力机上模锻的特点： 1.在滑块的一个往复行程中即可完成一个工序的变形，生产效率高。 2.可减小模锻件的模锻斜度、加工余量和锻件公差，工件尺寸精度高。 3. 坯料变形均匀而深透，有利于提高锻件质量，适合于耐热合金、镁合金等对变形速度敏感的低塑性材料成形。 4. 因此工人的劳动条件好 （二）摩擦压力机上模锻 摩擦压力机上模锻的特点： 摩擦压力机结构简单、易制造、维修方便、使用费用低。 摩擦压力机可实现轻打、重打，坯料可在一个模膛内进行多次锻打，能完成镦粗、弯曲、预锻、终锻等成形工序。 适合于锻造低塑性合金钢和有色金属（如铜合金）等。 通常只适用于单模膛锻模。 生产效率较低。 （三）平锻机上模锻 平锻机上模锻特点： 坯料都是棒料或管材，可以完成在立式锻压设备上不能锻造的某些长杆类锻件。 锻模有两个分模面，锻件出模方便，可以锻出在其它设备上难以完成的在不同方向上有凸台或凹槽的锻件。 锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小、飞边小、材料利用率高。 第五节 板料冲压 利用冲模使板料产生分离或变形，从而获得所需毛坯或零件的加工方法。 板料冲压的特点： 冲压件尺寸精度高、表面质量好、互换性好、材料利用率高。 因加工硬化的产生，使冲压件的强度和刚度好，有利于减轻结构重量。 冲压过程操作简单，易于实现机械化和自动化生产，生产效率高，成本低。 能生产出形状复杂的零件，冲压件一般不再进行切削加工，生产周期较短。 一、板料冲压的基本工序 （一）分离工序 使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。 1.剪切 使板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。 2.冲裁 利用冲模将板料按封闭轮廓进行分离的工序。 板料的分离过程 凸凹模间隙 z=m 3.修整 （二）变形工序 使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。 1.拉深 利用拉深模使板料毛坯变形成开口空心零件的工序。 拉深用的模具构造与冲裁模相似，主要区别在于工作部分凸模与凹模的间隙不同。 凸模与凹模之间的间隙z=（1.11.5）拉深系数 衡量拉深时材料变形程度的大小。m=d/D拉深系数越小，材料的变形程度越大。 2.弯曲 坯料的一部分相对于另一部分弯成一定角度或曲率的成形方法。 回弹 在弯曲结束后，由于弹性变形的恢复，会使被弯曲的角度增大的现象。 二、冲模的分类及结构（一）简单模 在冲床的一次冲程中只完成一个工序的冲模。 （二）复合模 冲床在一次冲程中，在模具的同一部位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。 （三）连续模 冲床在一次冲程中，在模具的不同部位上同时完成数道冲压工序的模具。 三、冲压件的结构工艺性1.冲裁件的结构应力求简单、对称 2.冲孔件或落料件上直线与直线、直线与曲线的连接处，均应用圆弧连接，以避免尖角处因应力集中而被冲模冲裂。 3.冲压件孔与零件边缘、孔与孔之间的距离、冲孔直径均不宜过小，以提高模具的使用寿命。 4.弯曲件形状应尽量对称，弯曲半径不能小于材料允许的最小弯曲半径，弯曲中心与端部或孔边缘之间的距离不能太小。 冲压件在设计时应考虑以下因素： 5.拉深件的设计要求形状简单、对称，高度不易过大，拉深件的圆角不能太小。6.对于形状复杂的零件，可采用冲-焊结构。 7.采用冲口工艺，以减少组合件的数量。 第六节 其他压力加工方法 一、挤压成形 金属坯料在压力作用下从挤压模的模孔挤出，从而获得零件或毛坯的加工方法。 挤压成形的特点： 挤压时金属的塑性大大提高。 挤压件的精度高，可实现少、无切削加工。 挤压时金属的变形量大，可以挤压出具有深孔、薄壁、细杆或异型截面的制件。 挤压件的力学性能较高。 挤压操作简单，易于实现机械化和自动化。 正挤压 金属从模孔中挤出部分的运动方向与凸模运动方向相同的挤压方法。 反挤压 金属从模孔中挤出部分的运动方向与凸模运动方向相反的挤压方法。 复合挤压 在挤压过程中部分金属的流动方向与凸模运动方向相同，部分金属的流动方向与凸模运功方向相反的挤压方法。 径向挤压 金属挤出部分的流动方向与凸模运动方向呈90的挤压方法。二、轧制成形 纵轧 轧辊轴线与坯料轴线相互垂直的轧制方法。 横扎 轧辊轴线与轧件轴线平行，且轧辊与轧件作相对转动的轧制方法。 斜轧 轧辊相互倾斜配置，以相同的方向旋转，轧件在轧辊的作用下反向旋转，同时还作轴向移动，即螺旋运动的轧制方法。 三、拉拔 坯料在拉力的作用下通过拉拔模模孔拉出，使其产生塑性变形而得到截面缩小长度增加的成形工艺。