機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章鍛壓

1、第十一章 鍛 壓,教 學(xué) 要 求 主 要 內(nèi) 容 本 章 重 點 本 章 小 結(jié) 習(xí) 題,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,教學(xué)要求,通過教學(xué)，學(xué)生應(yīng)了解金屬鍛壓的特點、分類及應(yīng)用；理解金屬塑性變形的基本原理；初步掌握自由鍛造、模鍛、板料沖壓的特點、基本工序及應(yīng)用； 了解其它先進(jìn)鍛壓方法的原理特點及其應(yīng)用。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,主

2、要 內(nèi) 容,第一節(jié) 概 述第二節(jié) 金屬的塑性變形第三節(jié) 鍛造工藝過程第四節(jié) 自由鍛造第五節(jié) 模 鍛第六節(jié) 板料沖壓第七節(jié) 其它鍛壓方法簡介,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,本 章 重 點,金屬塑性變形的基本原理；自由鍛造、模鍛、板料沖壓的特點、基本工序及應(yīng)用。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,第一節(jié) 概 述,鍛壓是對坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形、改變尺

3、寸形狀及改善性能，用以制造機(jī)械零件或毛坯的成形加工方法。,鍛壓加工的基本方式有：,(1) 鍛造 在加壓設(shè)備及工 (模) 具的作用下，使坯料、鑄錠產(chǎn)生局部或全部的塑性變形，以獲得一定幾何尺寸、形狀和質(zhì)量的鍛件的加工方法，鍛造包括自由鍛造和模型鍛造。,(2) 板料沖壓 利用沖裁力或靜壓力，使金屬板料在沖模之間受壓產(chǎn)生分離或 成形而獲得所需產(chǎn)品的加工方法。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,(

4、3) 軋制 利用軋制力 (摩擦力) ，使金屬在回轉(zhuǎn)軋輥的間隙中受壓變形而獲得所需產(chǎn)品的加工方法。軋制生產(chǎn)所用原材料主要是鋼錠，軋制產(chǎn)品有型鋼、鋼板、無縫鋼管等。,(4) 擠壓 利用強(qiáng)大的壓力，使金屬坯料從擠壓模的?？變?nèi)擠出并獲得所需產(chǎn)品的加工方法。擠壓的產(chǎn)品有各種形狀復(fù)雜的型材，機(jī)械行業(yè)還用于軸承的內(nèi)、外圈加工，其效果好，經(jīng)濟(jì)效益大大提高。,(5) 拉拔利用拉力 使金屬坯料從拉?？桌觯@

5、得所需產(chǎn)品的加工方法。拉拔產(chǎn)品有線材、薄壁管和各種特殊幾何形狀的型材。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,鍛壓加工的主要特點為：,(1) 能消除金屬內(nèi)部缺陷，改善金屬組織，提高力學(xué)性能。金屬經(jīng)壓力加工后，可以將鑄錠中氣孔、縮孔、粗晶等缺陷壓合和細(xì)化，從而提高金屬組織致密度；還可以控制金屬熱加工流線，提高零件的沖擊韌度。,(2) 具有較高的生產(chǎn)效率。以生產(chǎn)內(nèi)六角螺釘為例，用模鍛成形比切削成形效率提高50倍，若采用多工位

6、冷鐓工藝，比切削成形生產(chǎn)率提高400倍以上。,(3) 可以節(jié)省金屬材料和切削加工工時，提高材料利用率濟(jì)效益。,(4) 鍛壓加工的適應(yīng)性很強(qiáng)。鍛壓能加工各種形狀和各種質(zhì)量的毛坯及零件，其鍛壓件的質(zhì)量可小到幾克、大到幾百噸，可單件小批生產(chǎn)，也可以成批生產(chǎn)。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,第二節(jié) 金屬的塑性變形,一、塑性變形的實質(zhì) 金屬在外力作用下將產(chǎn)生變形，其變形的過程是隨著外力的增加，金屬由彈性變形

7、階段進(jìn)入彈—塑性變形階段。其中在彈性變形階段，金屬變形是可逆的，不能用于成形加工，而彈—塑性變形階段的塑性變形部分才能用于成形加工。,(一) 單晶體的塑性變形,1．滑移 滑移是指單晶體在切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向 (稱滑移面和滑移方向) 相對另一部分產(chǎn)生滑動的現(xiàn)象。,滑移的特點： (1) 晶體未受到外力作用時晶格內(nèi)原子處于平衡狀態(tài)，如圖11-1a所示。,機(jī)械制造基礎(chǔ)

8、 第十一章,,(2) 當(dāng)晶體受到的切應(yīng)力較小時，晶格將畸變產(chǎn)生彈性剪切變形，如圖11-1b所示。,(3) 當(dāng)切應(yīng)力繼續(xù)增大到某一臨界值時，晶體的上半部沿晶面I—I產(chǎn)生滑移，此時為彈—塑性變形，如圖11-1c所示。,(4) 晶體發(fā)生滑移后，若消除應(yīng)力，晶體不能全部恢復(fù)到原始狀態(tài)，而使晶體在左右方向增加一個原子間距，這就產(chǎn)生了塑性變形，如圖11-1d所示。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,2．孿生 (孿

9、晶) 晶體變形的另一種形式是孿生。其特點是晶體受切應(yīng)力的作用達(dá)到一定數(shù)值時，晶體的一部分相對另一部分發(fā)生剪切變形。晶體在孿生變形時，未變形部分和變形部分的交界面稱為孿生面。變形后晶體在孿生面兩側(cè)形成鏡面分布，如圖11-2所示。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,(二) 多晶體的塑性變形,多晶體的塑性變形一般可分為晶內(nèi)變形和晶間變形兩種形式。晶粒本身的塑性變形稱晶內(nèi)變形。晶粒與晶粒之間相對產(chǎn)生滑動或

10、轉(zhuǎn)動稱為晶間變形。,晶內(nèi)變形方式和單晶體的塑性變形方式一樣，也是滑移和孿生。但由于多晶體的晶粒各個位向不同，因此在外力的作用下，各個晶粒產(chǎn)生滑移變形的難易程度有很大差別。,有些晶粒處于有利于滑移變形的條件，有些則不利，這主要取決于晶粒內(nèi)晶格排列的位向，晶格位向在與外力作用方向成45°的滑移平面首先產(chǎn)生滑移，因為此時剪切應(yīng)力最大，最先達(dá)到發(fā)生塑性變形所需要的臨界值，一般滑移運動到晶界止。,機(jī)械制造基礎(chǔ)

11、第十一章,,圖11-3為多晶體各晶粒間的轉(zhuǎn)動示意圖。,圖中品粒A 首先滑移，然后晶粒B，最后晶粒C。,多晶體中由于晶粒的晶格排列的位向不同，受外力的作用時，變形首先從晶格位向有利于滑移的晶粒內(nèi)開始，隨著應(yīng)力的增加，再發(fā)展到晶格位向不利于滑移的晶粒。當(dāng)滑移發(fā)展到晶界處，由于晶界處的組成結(jié)構(gòu)所致，必然受到阻礙，因此多晶體的塑性變形抗力要比同種金屬的單晶體高得多。,晶界處原子排列越紊亂，受到的阻力就越大，晶粒越細(xì)，晶界就越多，變形抗力就越

12、大，金屬的強(qiáng)度就越高。在生產(chǎn)中常采用熱處理或壓力加工的方法細(xì)化晶粒，提高金屬的性能。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,二、金屬的冷變形強(qiáng)化、回復(fù)和再結(jié)晶,(一) 金屬的加工硬化（冷變形強(qiáng)化） 金屬在低溫下進(jìn)行塑性變形時，隨著變形程度的增加，金屬的硬度和強(qiáng)度升高，而塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱為金屬的冷變形強(qiáng)化或加工硬化。,冷變形強(qiáng)化是強(qiáng)化金屬的重要途徑之一，尤其是對一些不能用熱處理強(qiáng)化的金屬材

13、料顯得特別重要，如低碳鋼、純銅、防銹鋁、鎳鉻不銹鋼等，可通過冷軋、冷擠、冷拔、冷沖壓等方法來提高金屬強(qiáng)度、硬度。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,(二) 回復(fù)與再結(jié)晶,1．回復(fù) 當(dāng)加熱溫度較低時，原子活動能力不大，只做短距離擴(kuò)散，使晶格扭曲減輕，殘余應(yīng)力顯著下降，但組織和力學(xué)性能無明顯變化。這一過程稱回復(fù)。 在生產(chǎn)中利用回復(fù)處理來保持金屬有較高強(qiáng)度和硬度的同時，還適當(dāng)提高其

14、韌性，降低內(nèi)應(yīng)力。如冷拔鋼絲卷制成彈簧后，進(jìn)行一次250～300 ℃的低溫退火。,2．再結(jié)晶 隨著加熱溫度的升高，金屬原子獲得更多能量，原子擴(kuò)散能力加大，則開始以某些碎晶或雜質(zhì)為核心，形核并長大成新的細(xì)小、均勻的等軸晶粒。這個過程稱再結(jié)晶。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,金屬經(jīng)過再結(jié)晶后，不但晶粒得到了細(xì)化，且消除了金屬由于塑性變形而產(chǎn)生的冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象，使金屬的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌

15、性升高，金屬的性能基本亡恢復(fù)到塑性變形前的狀態(tài)，如圖1l-5所示。,金屬再結(jié)晶后，若繼續(xù)加熱．將發(fā)生晶粒長大的現(xiàn)象，這是應(yīng)該防止和避免的。 金屬在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形稱冷變形，如冷軋、冷擠、冷沖壓等。金屬在冷變形的過程中，不發(fā)生再結(jié)晶，只有冷變形強(qiáng)化的現(xiàn)象，所以冷變形后金屬得到強(qiáng)化，并且獲得的毛坯和零件尺寸精度、表面質(zhì)量都很好。但冷變形的變形程度不宜過大，以免金屬產(chǎn)生破裂。,機(jī)械制造基礎(chǔ)

16、 第十一章,,金屬在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行塑性變形稱熱變形，如熱軋、熱擠、鍛造等。金屬在熱變形的過程中，既產(chǎn)生冷變形強(qiáng)化，又有再結(jié)晶發(fā)生，不過冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象會隨時被再結(jié)晶消除，所以熱變形后獲得的毛坯和零件的力學(xué)性能 (特別是塑性和沖擊韌度) 很好。,三、熱加工流線和鍛造比,(一) 熱加工流線 (鍛造流線),1．形成 在熱變形過程中，分布在金屬鑄錠晶界上的夾雜物難以發(fā)生再結(jié)晶，因此沿著金屬變形方向被拉長或壓扁，

17、呈帶狀和鏈狀被保留下來，這樣就形成熱加工流線(亦稱纖維組織)。 熱加工流線的存在，使金屬的力學(xué)性能出現(xiàn)了方向性，即縱向 (平行流線方向) 的強(qiáng)度、塑性顯著高于橫向 (垂直流線方向) 。 變形程度越大，熱加工流線越明顯，性能上的差別就越大 。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,2．合理分布 在制造和設(shè)計受沖擊載荷的零件時，要充分考慮鍛造流線的分布對金屬性能的影響。

18、 合理的熱加工流線方向的分布是：零件工作時最大正應(yīng)力與流線方向平行，最大切應(yīng)力與流線方向垂直；熱加工流線沿著零件輪廓分布不被切除則更為合理。,圖11-6所示為三種鍛壓件鍛造流線分布。從圖中可以看出，用模鍛成形曲軸(圖11-6a)，用彎曲成形吊鉤(圖11-6b)，用局部鐓粗成形螺釘(圖11-6c)，其熱加工流線是沿零件輪廓分布的，適應(yīng)零件受力情況，因此以上三種零件熱加工流線分布是合理的。,機(jī)械制造基礎(chǔ)

19、 第十一章,,(二) 鍛造比 鍛造比是表示金屬變形程度大小的—個參數(shù)。具體計算如下： y拔長 = S0／S y鐓粗 = H0／H式中 S0、S —— 拔長前、后金屬坯料的橫截面積； H0、H —— 鐓粗前、后金屬坯料的高度；

20、 鍛造比越大，熱變形程度也越大，熱加工流線也越明顯，其金屬組織、性能改善越明顯。,但鍛造比過大，金屬的力學(xué)性能增加不明顯，還會增加金屬的各向異性，鍛造比過小時性能又達(dá)不到要求。因此，碳素結(jié)構(gòu)鋼取y = 2～3，合金結(jié)構(gòu)鋼取y = 3～4．對某些高合金鋼為了擊碎粗大碳化物，并使其細(xì)化和分散，應(yīng)采取較大的鍛造比，如高速鋼取y = 5～12，不銹鋼取y = 4～6。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,四、金屬的

21、可鍛性 金屬的可鍛性取決于金屬的性質(zhì)和外界加工條件。,(—) 金屬性質(zhì),1．化學(xué)成分 金屬的化學(xué)成分不同，其可鍛性也不同。如純金屬的可鍛性比合金的好，而鋼的可鍛性隨著鋼中含碳量的增加，塑性下降，變形抗力增大，可鍛性變差。鋼中的合金元素越高，其可鍛性越差。,2．組織狀態(tài) 金屬的組織狀態(tài)不同，其可鍛性也不同。單一固溶體比金屬化合物的塑性高，變形抗力小，可鍛性好；同樣單一固溶體組織，晶格類型不

22、同可鍛性也不同，奧氏體比鐵素體的可鍛性好；奧氏體、鐵素體的可鍛性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于滲碳體，因此滲碳體不宜鍛壓加工；粗晶結(jié)構(gòu)比細(xì)晶結(jié)構(gòu)的可鍛性差。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,(二) 外界加工條件,1．變形溫度 金屬加熱溫度的升高，原子間結(jié)合力削弱，動能增高，有利于金屬滑移變形，金屬的可鍛性得到改善。,1一變形抗力曲線 2一塑性變化曲線,2．變形速度 變形速度是指金屬在單位時間內(nèi)的變形量。變形速

23、度對金屬的塑性及變形抗力的影響如圖11-7 所示。在臨界變形速度 C之前，隨著變形速度的增加，金屬的塑性下降，變形抗力增加。在臨界變形速度 C之后，消耗于金屬塑性變形的能量轉(zhuǎn)化為熱能，即熱效應(yīng)。由于熱效應(yīng)的作用，使金屬溫度升高，塑性上升，變形抗力減小，金屬易鍛壓加工。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,3．應(yīng)力狀態(tài) 擠壓時金屬三個方向承受壓應(yīng)力，如圖11-89a所示。在壓應(yīng)力的作用下，金屬呈現(xiàn)出很高的

24、塑性。拉拔時金屬呈兩向壓應(yīng)力和一向拉應(yīng)力狀態(tài)，如圖11-8b所示。拉應(yīng)力易使金屬內(nèi)部的缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中，增加金屬破裂傾向，表現(xiàn)出金屬的塑性下降。,三向應(yīng)力狀態(tài)中的壓應(yīng)力數(shù)越多，金屬的塑性越好；拉應(yīng)力數(shù)目越多，其塑性越差。因此，合理選用金屬材料和創(chuàng)造有利的變形條件，是提高金屬塑性，降低變形抗力，提高其可鍛性的最基本條件，這樣才能以較小的能量消耗獲得高質(zhì)量的鍛壓件。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,第三

25、節(jié) 鍛造工藝過程,一、加熱,(一) 鍛造溫度范圍的確定 鍛造溫度范圍是指鍛件由開始鍛造溫度 (稱始鍛溫度) 到停止鍛造溫度 (稱終鍛溫度) 的間隔。 碳鋼始鍛溫度和終鍛溫度的確定主要依據(jù)鐵碳合金狀態(tài)圖，如圖11-9所示。,(1) 始鍛溫度的確定。在不出現(xiàn)過熱、過燒等加熱缺陷的前提下，應(yīng)盡量提高始鍛溫度，使金屬具有良好可鍛性。始鍛溫度一般控制在固相線以下150～250℃。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章

26、,,(2) 終鍛溫度的確定。 終鍛溫度過高，停止鍛造后金屬的晶粒還會繼續(xù)長大，鍛件的力學(xué)性能也隨之下降；終鍛溫度過低，金屬再結(jié)晶進(jìn)行得不充分，加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，內(nèi)應(yīng)力增大，甚至導(dǎo)致鍛件產(chǎn)生裂紋。 亞共析鋼的終鍛溫度一般控制在GS線以下兩相區(qū) (A + F ) ；而過共析鋼終鍛溫度控制在PSK線以上50～70℃，以便通過反復(fù)鍛打擊碎網(wǎng)狀二次滲碳體。,(二)金屬在加熱時易產(chǎn)生的缺陷,1．氧化、脫碳

27、鋼加熱到一定溫度后，表層的鐵和爐氣中的氧化性氣體(02、C02、H20、SO2、)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使鋼料表層形成氧化皮(鐵的氧化物FeO、Fe304、Fe203)，這種現(xiàn)象稱為氧化。大鍛件表層脫落下來的氧化鐵皮厚度可達(dá)7～8mm，鋼在加熱過程中因生成氧化皮而造成的損失，稱為燒損。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,每次加熱時的燒損量可達(dá)金屬質(zhì)量的1％～3％。氧化鐵皮的硬度很高，可能被壓入金屬表層，影響鍛件質(zhì)量和模

28、具的壽命。因此，要盡量縮短加熱時間或在還原性爐氣中加熱。 鋼加熱到高溫時，表層中的碳被爐氣中的O2、C02等氧化或與氫產(chǎn)生化學(xué)作用，生成CO或甲烷而被燒掉。這種因鋼在加熱時表層碳量降低的現(xiàn)象稱為脫碳。,脫碳的鋼，使工件表面變軟，強(qiáng)度和耐磨性降低。鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，加熱時越易脫碳。,減少脫碳的方法是：,（1）采取快速加熱；（2）縮短高溫階段的加熱時間，對加熱好的坯料盡快出爐鍛造；（3）加熱前在坯料表面涂上保護(hù)涂層。,

29、機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,2．過熱、過燒,過熱是指金屬加熱溫度過高，加熱時間過長而引起晶粒粗大的現(xiàn)象。過熱使鋼坯的可鍛性和力學(xué)性能下降，必須通過退火處理來細(xì)化晶粒以消除過熱組織，不能進(jìn)行退火處理的鋼坯可通過反復(fù)鍛打來改善晶粒度。,當(dāng)鋼加熱到接近熔點溫度并停留過長時，爐內(nèi)氧化性氣體將滲入粗大的奧氏體晶界，使晶界氧化或局部熔化的現(xiàn)象稱為過燒。過燒破壞了晶粒間的結(jié)合，極易脆裂，使鋼不能鍛造。過燒的鋼無法補(bǔ)救，只有報廢

30、。,二、鍛造成形,金屬加熱后，就可鍛造成形，根據(jù)鍛造時所用的設(shè)備、工模具及成形方式的不同，可將鍛造成形分為自由鍛成形、模鍛成形和胎模鍛成形等。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,三、冷卻、檢驗與熱處理,鍛件冷卻的方式為： 空冷、爐冷、坑冷。 冷卻方式要根據(jù)材料的化學(xué)成分、鍛件形狀特點和截面尺寸等因素確定，鍛件的形狀越復(fù)雜、尺寸越大，冷卻速度應(yīng)越慢。,1、低、中碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的小型鍛件均采用空冷；2

31、、高碳高合金鋼 (Crl2等) 應(yīng)采用隨爐冷卻的方式； 3、合金結(jié)構(gòu)鋼 (40Cr、35SiMn) 在坑中、箱中用砂子、石棉灰 爐灰覆蓋冷卻。,鍛后的零件或毛坯要按圖樣技術(shù)要求進(jìn)行檢驗。經(jīng)檢驗合格的鍛件，最后進(jìn)行熱處理。,1、結(jié)構(gòu)鋼鍛件采用退火或正火處理；2、工具鋼鍛件采用正火加球化退火處理；3、對于不再進(jìn)行最終熱處理的中碳鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼鍛件可進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,第四節(jié)

32、 自由鍛造,一、自由鍛造的特點及設(shè)備,(1) 改善組織結(jié)構(gòu)，提高力學(xué)性能。通過煅打，金屬內(nèi)部粗晶結(jié)構(gòu)被打碎；氣孔、縮孔、裂紋等缺陷被壓合，提高了致密性，金屬的纖維流線在鍛件截面上合理分布，提高了金屬的力學(xué)性能。 (2) 成本低，經(jīng)濟(jì)性合理。鍛壓設(shè)備、工具通用性好，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，便于更換產(chǎn)品。 (3) 工藝靈活，適用性強(qiáng)。鍛件質(zhì)量可以從1kg～300t，是鍛造大型鍛件的唯一方法。 (

33、4) 鍛件尺寸精度低。鍛件的形狀、尺寸精度取決于技術(shù)工人的水平。,自由鍛主要用于單件小批、形狀不太復(fù)雜、尺寸精度要求不高的鍛件及一些大型鍛件的生產(chǎn)。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,2．自由鍛設(shè)備,自由鍛設(shè)備分兩類：一類是產(chǎn)生沖擊力的設(shè)備，如空氣錘和蒸汽一空氣錘；另一類是產(chǎn)生靜壓力的設(shè)備，如水壓機(jī)等。,(1) 空氣錘?？諝忮N的結(jié)構(gòu)簡單，操作靈活，維修方便。由于受壓縮缸和工作缸大小的限制，空氣錘噸位較小，錘擊能力也小

34、?？諝忮N噸位一般在40kg～1000kg，常用噸位范圍為65kg～750kg。鍛錘噸位是指落下部分(錘頭、錘桿、活塞和上抵鐵等)的質(zhì)量。自由鍛錘噸位的選擇主要根據(jù)鍛件材料、形狀和尺寸的大小。 (2) 水壓機(jī)。水壓機(jī)是在靜壓力下使坯料產(chǎn)生塑性變形，工作平穩(wěn)，噪聲小，工作條件好；能產(chǎn)生數(shù)萬kN壓力，鍛透深度大；變形速度慢，有利于獲得金屬再結(jié)晶組織，改善了鍛件的內(nèi)部組織。 水壓機(jī)的缺點是設(shè)備龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂

35、貴。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,二、自由鍛造的基本工序 自由鍛造工序分三類，即輔助工序、基本工序和精整工序。 自由鍛工序簡圖見下表。,,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,三、自由鍛造工藝規(guī)程,1．繪制鍛件圖,鍛件圖是在零件圖的基礎(chǔ)上，考慮自由鍛造工藝特點而繪制成的，它是鍛造生產(chǎn)和檢驗的依據(jù)。,(1)

36、 余量。自由鍛件尺寸精度和表面質(zhì)量較差，零件的加工表面應(yīng)根據(jù)其尺寸精度的要求留有相應(yīng)的加工余量，如圖11-10a所示。 (2) 余塊。為簡化鍛件形狀，在其難以鍛造的部分增加一部分金屬，增加的這部分金屬稱余塊，如圖11-10a所示。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,(3) 鍛件公差。鍛件最大尺寸與基本尺寸之差稱上偏差；鍛件最小尺寸與基本尺寸之差稱下偏差；上下偏差之代數(shù)差稱鍛件差，通常為加工余量的1／

37、4～1／3。 在確定好余量、余塊、公差之后，便可以繪制鍛件圖。圖11-10b為臺階軸鍛件圖，鍛件外部形狀用粗實線表示，零件的輪廓形狀用雙點劃線表示，在尺寸線上面標(biāo)出鍛件基本尺寸與公差，零件尺寸加上括號標(biāo)在尺寸線下面。 教材中表11-4列出了臺階軸類的加工余量和鍛造公差。 2．坯料質(zhì)量和尺寸計算 坯料質(zhì)量和尺寸可按教材所列公式或相關(guān)手冊中的

38、公式進(jìn)行計算。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,3．確定鍛造工序 根據(jù)自由鍛工藝特點及鍛件的結(jié)構(gòu)特征，確定采用一個或多個工序的最佳組合。 各類自由鍛件采用的鍛造工序見下表。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,4．選用鍛造設(shè)備及噸位 選用鍛造設(shè)備及噸位的依據(jù)是鍛件的尺寸 和質(zhì)量，同時還要考 慮現(xiàn)有

39、的設(shè)備條件，具體可參照教材中表 11-7選用。 5．確定鍛造溫度范圍 可參照教材中表11-2確定鍛造溫度范圍。 6．填寫工藝卡片 工藝卡片是指導(dǎo)生產(chǎn)和技術(shù)檢驗的重要文件。表11-8為自由鍛典型工藝實例。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,表11-8 臺階軸的自由鍛工藝卡,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,

40、,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,四、自由鍛造鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性,自由鍛造鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則是：除滿足使用性能要求外，還要考慮自由鍛造的設(shè)備、工具及工藝特點，盡量使鍛件外形簡單，易于鍛造,自由鍛造鍛件結(jié)構(gòu)工藝性見下表。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,第五節(jié) 模 鍛 一、概述 利用模具使毛坯變形而獲得鍛件的鍛造方法稱

41、為模鍛。因金屬坯料是在模膛內(nèi)產(chǎn)生變形的，因此獲得的鍛件與模膛的形狀相同。 (一) 模鍛的特點 (1) 生產(chǎn)效率高，—般比自由鍛高數(shù)倍。 (2) 鍛件尺寸精度高，加工余量小，從而節(jié)約金屬材料和切削加工的工時。 (3) 能鍛造形狀復(fù)雜的鍛件。 (4) 熱加工流線較合理，大大提高了零件的力學(xué)性能和使用壽命。 (5) 操作過程簡單，易于實現(xiàn)機(jī)械化，工人勞動強(qiáng)度低。,機(jī)械制造基礎(chǔ)

42、 第十一章,,模鍛只適用于中、小型鍛件的大批量生產(chǎn)。 (二) 常用模鍛方法 1．錘上模鍛 錘上模鍛是在模鍛錘上進(jìn)行的模鍛。錘上模鍛可進(jìn)行鐓粗、拔長、滾擠、彎曲、成形、預(yù)鍛和終鍛等各變形工步的操作，錘擊力量大小可在操作時進(jìn)行調(diào)整控制，以完成各種形狀模鍛件的生產(chǎn)，如圖11-11所示。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,錘上模鍛使用的設(shè)備主要是

43、蒸汽一空氣模鍛錘，如圖11-12所示。 蒸汽一空氣模鍛錘的左右立柱上安裝有較高精度的導(dǎo)軌1，錘頭與導(dǎo)軌之間的間隙比自由鍛錘小，且機(jī)架2直接與砧座3相連接，使錘頭運動精確，保證上、下模對準(zhǔn)，工作時比自由鍛錘的剛度大，精度高，用于大批量生產(chǎn)各種中、小型模鍛件。 模鍛錘常用0.5～0.9MPa的蒸汽和壓縮空氣驅(qū)動。錘頭的打擊速度為6～9m／s，打擊能量的大小由蒸汽壓力和改變錘頭的提升高度或進(jìn)氣量的多少進(jìn)行控制。

44、 蒸汽一空氣模鍛錘的噸位為1～16t，模鍛件質(zhì)量為0.5kg～150kg，各種不同噸位的模鍛錘所能鍛制的模鍛件見教材表11-10。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,鍛模結(jié)構(gòu)與模膛種類： (1) 鍛模結(jié)構(gòu)。鍛模由兩部分組成，如圖11-13所示。上模固定在錘頭上，下模固定在底座上，上下模合攏后，內(nèi)部形成模膛，構(gòu)成鍛件形狀。 (2) 模膛的種類。模膛可分為單模膛和多模膛。 單模膛形狀與鍛件基

45、本相同，因鍛件的冷卻收縮，模膛尺寸應(yīng)比鍛件尺寸大一個金屬收縮量，鋼件收縮量可取1.5％。 在模膛的四周設(shè)有飛邊槽。飛邊槽的作用有三個：①容納多余的金屬；② 有利于金屬充滿模膛；③緩和上、下模間的沖擊，延長模具的壽命。 單模膛用于形狀比較簡單的鍛件。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,對于形狀復(fù)雜的鍛件；為提高生產(chǎn)率，在一副鍛模上設(shè)置幾個模腔，這類模膛稱為多模膛，圖11-14所示為彎曲連桿在多模膛內(nèi)的模

46、鍛過程。多模膛用于截面相差大或軸線彎曲的軸(桿)類鍛件及形狀不對稱的鍛件。多模膛由拔長模膛、滾壓模膛、彎曲模膛、預(yù)鍛模膛、終鍛模膛等組成。 　 2．壓力機(jī)上模鍛 　 （1）摩擦壓力機(jī)模鍛。摩擦壓力機(jī)是利用摩擦傳動的，故稱摩擦壓力機(jī)?！∑鋰嵨皇且曰瑝K到達(dá)最下位置時所產(chǎn)生的壓力來表示的，一般不超過10000KN（350t～1000t）。,機(jī)械制造基礎(chǔ)

47、 第十一章,,它的特點是： ①工藝適應(yīng)性強(qiáng)，可滿足不同變形要求的鍛件，如鐓粗、成形、彎曲、預(yù)鍛、終鍛、切邊、校正等； ②滑塊速度低（0.5m/s），鍛擊頻率低（3～42次/min），易于鍛造低塑性材料，有利于金屬再結(jié)晶的充分進(jìn)行，但生產(chǎn)效率低，適用于單模膛模鍛； ③摩擦壓力機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，造價低，維護(hù)方便，勞動條件好，是中小型工廠普遍采用的鍛造設(shè)備。 摩擦壓力機(jī)模鍛適用于小型鍛件的批量生產(chǎn)，

48、尤其是常用來鍛造帶頭的桿類小鍛件，如鉚釘、螺釘?shù)取?（2）曲柄壓力機(jī)模鍛。曲柄壓力機(jī)又稱熱模鍛壓力機(jī)，其噸位的大小也是以滑塊接近最下位置時所產(chǎn)生的壓力來表示，一般不超過120000KN（200t～12000t）。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,它的特點是：①金屬坯料是在靜壓力下變形的，無振動，噪聲小，勞動條件好；②鍛造時滑塊行程固定不變，鍛件一次成形，易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化，生產(chǎn)效率高；③壓力機(jī)上有推桿裝置能把

49、鍛件推出模鏜，因此減小了模膛斜度；④設(shè)備的剛度大，導(dǎo)軌與滑塊間隙小，裝配精度高，保證上下模面精確對準(zhǔn)，故鍛件精度高；⑤由于滑塊行程固定不變，因此不能進(jìn)行拔長、滾擠等工序操作。 曲柄壓力機(jī)的設(shè)備費用高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，僅適用大批生產(chǎn)的模鍛件。 (3) 平鍛機(jī)模鍛。平鍛機(jī)屬于曲柄壓力機(jī)類設(shè)備，與普通曲柄壓力機(jī)的主要區(qū)別在于，平鍛機(jī)具有兩個滑塊 (主滑塊和夾緊滑塊) ，彼此是在同一水平面沿相互垂直方向作往復(fù)運動進(jìn)

50、行鍛造的，故取名平鍛機(jī)或臥式鍛造機(jī)。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,平鍛機(jī)的噸位以凸模最大壓力來表示，一般不超過31500kN (50t～3150t) 。 平鍛機(jī)模鍛的特點是： ①平鍛機(jī)具有兩個分型面，可鍛出其它設(shè)備難以完成的兩個方向上帶有凹孔或凹槽的鍛件； ②可鍛出長桿類鍛件和進(jìn)行深沖孔及深穿孔，也可用長棒進(jìn)行連續(xù)鍛造多個鍛件； ③生產(chǎn)效率高，鍛件尺寸精確，表面光潔，節(jié)約金屬(模

51、鍛斜度小或沒有斜度)； ④平鍛機(jī)可完成切邊、剪料、彎曲、熱精壓等聯(lián)合工序不需另外配壓力機(jī)。 平鍛機(jī)造價高，鍛前需清除氧化皮，對非回轉(zhuǎn)體及中心不對稱的鍛件制造困難，平鍛機(jī)模鍛適用于大批量生產(chǎn)帶頭部的桿類和有孔的鍛件以及在其它設(shè)備上難以鍛出的鍛件，如汽車半軸、倒車齒輪等。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,3．胎模鍛 胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用簡單的不固定模具 (胎模) 生產(chǎn)鍛件的工藝方法。

52、 按照胎模結(jié)構(gòu)形式，常用胎膜可分為以下幾種： 1) 摔模。適用于鍛造回轉(zhuǎn)體軸類鍛件，如圖11-15a所示。 2) 扣模。適用于生產(chǎn)非回轉(zhuǎn)體的扣形件和制坯，如圖11-15b所示。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,3) 套筒模。適用于生產(chǎn)回轉(zhuǎn)體盤類鍛件，如齒輪、法蘭盤等，如圖11-15c、d所示。 4) 合模。適用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)體鍛件，如連桿及叉類

53、件，如圖11-15e所示。 胎模鍛與自由鍛相比可獲得形狀較為復(fù)雜、尺寸較為精確的鍛件，可節(jié)約金屬，提高生產(chǎn)效率。 與其它模鍛相比，胎模鍛具有模具簡單、便于制造、不需要昂貴的模鍛設(shè)備等優(yōu)點。 胎膜鍛生產(chǎn)效率低，鍛件質(zhì)量也不如其它的模鍛，工人勞動強(qiáng)度大，鍛模的壽命低，因此這種模鍛方法適用于中、小批量生產(chǎn)，它在沒有模鍛設(shè)備的工廠中應(yīng)用較為普遍。,機(jī)械制造基礎(chǔ)

54、 第十一章,,二、模鍛工藝規(guī)程 (一) 繪制模鍛件圖 1．確定分模面 分模面是上、下模在鍛件上的分界面，分模面的選擇對鍛件質(zhì)量、模具加工、工步安排和金屬材料的消耗都有很大影響。 確定分模面遵循的原則： (1) 要保證模鍛件能從模膛中順利取出。一般情況下，分模面應(yīng)選在鍛件最大尺寸的截面上。圖11-16所示零件中a-a面不符合這

55、一原則。 (2) 在模鍛過程中不易發(fā)生錯?，F(xiàn)象。圖11-16中c-c面不符和這一原則。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,(3) 分模面應(yīng)選在使模膛深度最淺的位置上，以利于金屬充滿模膛。圖11-16中b-b面不符和這一原則。 (4) 分模面最好是平直面，上、下模膛一致，以利于鍛模加工。 按上述原則分析可知，圖11-16所示零件中，以小d面作為分模面最為合理。,2．確定加工余量與鍛造公差

56、 一般余量為1～4mm，公差為±0.3～3mm。具體數(shù)值可查有關(guān)手冊。 3．確定模鍛斜度 為便于金屬充滿模膛及從模膛中取出鍛件，鍛件上與分模面垂直的表面均應(yīng)增設(shè)一定斜度，此斜度稱為模鍛斜度，如圖11-17所示。α表示外斜度，β表示內(nèi)斜度。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,模鍛斜度大小與模膛尺寸有關(guān)，模膛深度與寬度比值(h／b) 增大時，模鍛斜度應(yīng)取較大值。通常外斜度α一般取7

57、76;，特殊情況下可取5°或10°，內(nèi)斜度盧比外斜度大，一般取10°，特殊情況 可用7°、12°或15°。,4．確定圓角半徑 鍛件上的凸角半徑為外圓角半徑γ=1.5～12mm，凹角半徑為內(nèi)圓角半徑R，如圖11-18所示。外圓角半徑(r1、r2)的作用是避免鍛模在熱處理時和模鍛過程中因產(chǎn)生應(yīng)力集中造成開裂，內(nèi)圓角半徑 (Rl、R2)為外圓角半徑的2～3倍，內(nèi)圓角的作用是

58、使金屬易于流動充滿模膛，避免產(chǎn)生折疊，防止模膛壓塌變形。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,圓角半徑的確定：外圓角半徑r = 加工余量+零件上相應(yīng)處的圓 角半徑；內(nèi)圓角半徑R = (2～3)r。 制造模具時，為便于選用標(biāo)準(zhǔn)工具，圓角半徑應(yīng)選1、1.5、3、4、5、6、8、10、12、15、20、30等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。,5．沖孔連皮 錘上模鍛不能直接鍛出通孔，孔內(nèi)必須留有一定厚度的金屬層，稱為沖孔連皮，

59、鍛后在壓力機(jī)上沖除，如圖11-19所示。 沖孔連皮不能太薄以免損壞鍛模。 連皮厚度與孔徑有關(guān)，當(dāng)孔徑d = 30～80mm時，沖孔連皮厚度δ在4～8mm；孔徑d為30mm以下時，一般不鍛出孔。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,各參數(shù)確定后，便可繪制模鍛件圖，其繪圖的方法與自由鍛件圖相同。,圖11-20所示為齒輪坯模鍛件圖，圖中雙點劃線為零件輪廓外形，分模面選在鍛件高度方向中部，零件輪輻部

60、分不加工，故不留加工余量，內(nèi)孔中部兩直線為沖孔連皮切掉后的痕跡。,(二) 確定模鍛工步,依據(jù)鍛件形狀的復(fù)雜程度確定模鍛的工步，然后根據(jù)已確定的工步設(shè)計模膛 (見圖11-14) 。,長軸類模鍛件常選用拔長、滾壓、彎曲、預(yù)鍛和終鍛等工步。盤類模鍛件常選用鐓粗、終鍛等工步。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,(四) 選用模鍛設(shè)備噸位(見表11-10) (五) 修整工序 修整工序包括切邊、沖孔、

61、校正、熱處理、清理等。 三、模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性 設(shè)計模鍛件時應(yīng)使結(jié)構(gòu)符合以下原則： (1) 應(yīng)具備一個合理的分模面，以便易于從鍛模中取出鍛件。 (2) 在鍛件上與分模面垂直的非加工表面，應(yīng)設(shè)模鍛斜度。 (3) 應(yīng)盡量使鍛件外形簡單、平直、對稱，避免薄壁、高肋等結(jié)構(gòu)。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,圖11-21a所示的零

62、件，凸緣太薄、太高，兩個凸緣之間又形成較深凹槽；圖11-21b所示的零件扁而薄，鍛造時金屬易冷卻，不易充滿模膛，對保護(hù)設(shè)備和鍛模也不利；圖11-21c所示的零件有一個高而薄的凸緣，使鍛模的制造和取出鍛件都很困難。,(4)應(yīng)避免窄槽、深槽、多孔、深孔等結(jié)構(gòu)。 (5)應(yīng)采用鍛接組合工藝來減少余塊，以簡化模鍛工藝，如圖11-22所示。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,第六節(jié) 板料沖壓

63、 板料沖壓是利用裝在壓力機(jī)上的模具對金屬板料加壓，使其產(chǎn)生分離或變形，從而獲得毛坯或零件的一種加工方法。 板料沖壓的坯料都是厚度在1～2mm以下的金屬板料，而且沖壓時一般不需加熱，故又稱薄板沖壓或冷沖壓，簡稱冷沖或沖壓。 板料沖壓的特點： 1) 能壓制其它加工工藝難以加工或不能加工的形狀復(fù)雜的零件。 2) 沖壓件的尺寸精度高，表面粗糙度較小，互換性強(qiáng)，可直接裝配使用。

64、 3) 沖壓件的強(qiáng)度高，剛度好，重量輕，材料的利用率高。 4) 板料沖壓操作簡便，易于實現(xiàn)機(jī)械化、自動化，生產(chǎn)效率高。 板料沖壓適用于大批量生產(chǎn)。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,一、板料沖壓的基本工序 按板料的變形方式，可將沖壓基本工序分為分離和變形兩大類。 分離工序是使坯料的一部分相對另一部分產(chǎn)生分離；變形工序是使坯料的一部分相對另部分產(chǎn)生位移而

65、不破壞。 　　 1．沖裁 使坯料沿著封閉的輪廓線產(chǎn)生分離的工序，稱為沖裁。　　包括沖孔、落料，二者的變形過程和模具結(jié)構(gòu)都是相同的。不同的是，對于沖孔來講，板料上沖出的孔是產(chǎn)品，沖下來的部分是廢料，而落料工序沖下來的部分為產(chǎn)品，剩余板料或周邊板料是廢料。 　 沖裁的變形過程如圖11-23所示，板料在凸、凹模之間沖裁分離的變形過程可分為如下三個階段：,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,

66、,(1) 彈性變形階段　　凸模壓縮板料，產(chǎn)生局部彈性拉深與彎曲變形。 　 (2) 塑性變形階段　　當(dāng)材料的內(nèi)應(yīng)力超過屈服極限時，便開始塑性變形，并引起加工硬化。在拉應(yīng)力的作用下，應(yīng)力集中的刃口附近出現(xiàn)裂紋，此時沖裁力最大。 (3) 斷裂分離階段。 隨著凸凹模刃口繼續(xù)壓人，上下裂紋迅速延伸，相遇重合，板料斷裂分離。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,沖裁時，由于板料各部分

67、變形性質(zhì)和外觀特征的不同，將沖裁斷面分為塌角、光亮帶、剪裂帶和毛刺四部分，如圖11-24所示。,光亮帶是在變形開始階段，凹凸模刃口附近擠壓板料表面形成的，斷面平整，尺寸精度比較高；　　剪裂帶是由于微裂紋繼續(xù)擴(kuò)展形成傾斜的粗糙面；　　塌角是變形區(qū)的材料由于產(chǎn)生彎曲變形所致；　　毛刺是材料出現(xiàn)斷裂時產(chǎn)生的尖刺。,機(jī)械制造基礎(chǔ) 第十一章,,影響沖裁件質(zhì)量的主要因素是沖裁間隙?！　≡诤侠淼臎_裁間隙范圍內(nèi)，上、下

68、裂紋能自然會合，光亮帶約占板厚的1／3左右，沖裁件斷面質(zhì)量處于最佳狀態(tài)?！　￠g隙過大，上下裂紋錯開形成雙層斷裂層，光亮帶變小，斷面粗糙，毛刺增大；　 間隙過小，上下裂紋邊不重合，光亮帶較大，毛刺也較大，斷面質(zhì)量差，同時模具刃口易磨損，使用壽命大大降低。 合理的沖裁間隙應(yīng)為材料厚度的6％～15％。厚板與塑性低的金屬應(yīng)選上限值，薄板或塑性高的金屬應(yīng)選下限值。 設(shè)計沖裁模時應(yīng)注意：沖孔模—凸模的刃口尺寸等