第二章金屬的塑性成型工藝第二章塑性加工成型

在不破壞金屬自身完整性的情況下，利用金屬在外力作用下產(chǎn)生的塑性變形來獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的原材料、毛坯或零件的成形工藝方法，稱為塑性成形（也稱壓力加工）工藝。

外力：沖擊力（錘類設備）壓力（軋機和壓力機）

金屬塑性加工成型——在外力作用下，金屬發(fā)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和機械性能的原料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法。金屬塑性加工成型的優(yōu)點：材料的利用率高，鍛造流線分布合理；齒輪流線組織和性能得到改善和提高；工件可達到較高精度；生產(chǎn)率高。壓力加工的基本工藝鍛造工藝沖壓工藝軋制工藝擠壓工藝拉拔工藝氣錘鍛打

鍛造一、扎制

——金屬坯料在二個回轉運動的軋輥之間的孔隙中受壓變形，結果坯料的截面積減少、長度增加工藝過程。

軋制生產(chǎn)所用坯料主要是金屬（鋼）錠。

軋制產(chǎn)品：各種截面形狀的型材、板材、無縫管材等。軋制生產(chǎn)概況軋制產(chǎn)品截面形狀：二、擠壓擠壓方法：正擠壓，反擠壓擠壓可獲得各種復雜截面的型材或零件.管材擠壓生產(chǎn)示意圖三、拉拔

——將金屬坯料拉過拉拔模的?？锥蛊渥冃蔚募庸し椒?。四、自由鍛

——金屬坯料在上下砧鐵間受沖擊力或壓力而變形。五、模鍛

——金屬坯料在具有一定形狀的鍛模模膛內(nèi)受沖擊力或壓力而變形。上砧鐵下砧鐵坯料freedie六、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單工序沖裁第一節(jié)塑性成型原理塑性變形改變形狀改善內(nèi)部組織提高機械性能一、

金屬塑性變形的實質金屬變形的產(chǎn)生：金屬在外力的作用下，內(nèi)部產(chǎn)生應力，該應力使原子偏離其原來的平衡位置，金屬則產(chǎn)生變形。彈性變形：如果金屬所受外力較小，當外力去掉以后，原子間的原子引力使原子恢復到原來平衡位置，變形也隨之消失，這種變形稱為彈性變形。1單晶（晶內(nèi)）的塑性變形機理晶體受外力彈性變形彈塑性變形塑性變形塑性變形：如果金屬所應力超過金屬的屈服強度，外力去除后，原子達到新的平衡狀態(tài)，金屬恢復不到原來的形狀和尺寸，產(chǎn)生永久變形，這種變形稱為塑性變形。

金屬產(chǎn)生塑性變形，從宏觀上看，金屬發(fā)生了形狀的變化；從微觀上看，原子間發(fā)生了相對移動。經(jīng)典理論認為：塑性變形實質是晶粒內(nèi)部產(chǎn)生“滑移”，無數(shù)個滑移便形成宏觀的塑性變形。滑移是通過位錯運動實現(xiàn)的。單晶體滑移變形示意圖2多晶體(實際金屬)的塑性變形金屬受外力晶內(nèi)：滑移晶間：滑動、轉動宏觀塑性變形二、

金屬塑性變形的組織和性能

在常溫下經(jīng)塑性變形后，金屬內(nèi)部組織將發(fā)生如下變化：

①晶粒沿變形最大的方向伸長；②晶格與晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應力；③晶粒間產(chǎn)生碎晶。1.冷變形塑性變形按變形時的溫度可分為冷變形和熱變形。純金屬的再結晶溫度：T再=0.4T熔點

(K)——在再結晶溫度以下的變形實例：鋁的再結晶溫度的計算：其熔點為660?C(660+273=933K)，則

T再=0.4×933=373.2(K)100?C冷變形的結果：

晶粒被扭曲、拉長，隨變形量的增大呈纖維狀，有些晶粒被破碎，造成晶格歪扭，位錯密度增大（組織變化）HB,b,,aK（性能變化），即產(chǎn)生了加工硬化?！菑娀饘俨牧系氖钟行У耐緩健＜庸び不航?jīng)塑性變形后，金屬的強度(b)、硬度(HB)升高，塑性()、韌性(aK)下降的現(xiàn)象。冷變形后加熱：變形金屬回復

再結晶（加工硬化消除）

加工硬化的消除：再結晶退火。

溫度升高到(0.25～0.3)T熔，原子獲得了熱能，熱運動就會加劇，才使原子排列回復到正常狀態(tài)，從而消除晶格扭曲，并部分消除加工硬化，這個過程稱為回復。

當溫度繼續(xù)升高到0.4T熔時，金屬原子獲得更多的熱能，開始以碎晶或雜質為核心結晶成細小而均勻的再結晶新晶粒，從而消除全部加工硬化，這個過程稱為再結晶。

在再結晶溫度以上加熱已產(chǎn)生加工硬化的金屬，使其發(fā)生再結晶而再次獲得良好的塑性，這種操作工藝稱為再結晶退火。

加工硬化:隨著塑性變形量的增加，金屬的強度和硬度逐漸升高，塑性、韌性逐漸降低的現(xiàn)象。有利：強化金屬材料不利：進一步的塑性變形帶來困難

回復溫度：T回=(0.2~0.3)T熔點(K)

加熱到回復溫度時，加工硬化部分消除；加熱到再結晶溫度時，加工硬化全部消除。

工業(yè)生產(chǎn)中，有時利用加工硬化來提高金屬的強度；有時為了提高塑性，而對變形后的金屬進行再結晶退火。溫度升高a)b)c)2.

熱變形熱變形的結果：無加工硬化——加工硬化和再結晶同時進行細化晶?！T態(tài)晶粒被破碎致密組織——縮松、氣孔被壓合形成纖維組織

—雜質分布狀態(tài)被改變

所以，經(jīng)熱變形的金屬雖然沒有加工硬化，但是其機械性能仍明顯提高。(熱加工)——T加工>T再熱變形及其影響1）不產(chǎn)生加工硬化2）使組織得到改善，提高了力學性能①細化晶粒；②壓合了鑄造缺陷；3）形成纖維組織③組織致密。纖維組織

纖維組織穩(wěn)定性很高，一旦形成就不易消除。纖維組織使金屬具有各向異性，結構設計或機械加工時要注意合理應用。

設計和制造零件時，應使零件在工作中產(chǎn)生的拉應力平行于纖維組織、剪應力垂直于纖維組織，并使纖維組織分布與零件的輪廓相符合，盡量使纖維組織不被切斷。

為了獲得具有最佳力學性能的零件，應充分利用纖維組織的方向性．一般應遵循兩項原則：①使纖維分布與零件的輪廓相符合而不被切斷；②使零件所受的最大拉應力與纖維方向一致，最大切應力與纖維方向垂直。

纖維組織的利用原則存在纖維組織的金屬，具有各向異性的性質:

（1）在平行于纖維組織的方向上：材料的抗拉強度提高（2）在垂直于纖維組織的方向上：材料的抗剪強度提高

螺釘(a)中的纖維在加工時被切斷，使得在受力時產(chǎn)生的切應力平行于纖維方向，螺釘?shù)某休d能力減弱。螺釘(b)中的纖維連貫性好，纖維的分布對其受力較為有利，因此其質量較好。3、塑性變形理論及假設

1）最小阻力定律

變形過程中，某金屬質點有幾種流動方向的可能時，它將沿阻力最小的方向流動，根據(jù)這一定律，可指導工藝設計。2）塑性變形前后體積不變的假設金屬塑性變形前后的體積相等。

故坯料和鍛模模鏜尺寸可按照體積不變來進行計算，再結合最小阻力定律，可大體確定塑性成形時的金屬流動模型。

3）金屬塑性變形程度的計算

在壓力加工過程中，常用鍛造比來表示金屬坯料的變形程度。鍛造比的計算公式與變形方式有關。拔長時的鍛造比為：Y拔＝S0/S

式中，S0、S——坯料變形前、后的截面積。

鐓粗時的鍛造比為：Y鐓=H0/H

式中，H0，H——坯料變形前、后的高度。

三、金屬的可鍛性(鍛造性):

金屬材料在壓力加工時成形的難易程度。可鍛性的衡量指標:

1）塑性：材料的塑性越好，其可鍛性越好。

2）變形抗力：材料的變形抗力越小，其可鍛性越好。

衡量金屬經(jīng)受壓力加工時獲得優(yōu)質鍛件的難易程度——工藝性能。用金屬的塑性和變形抗力來綜合評定：塑性越好，變形抗力越小可鍛性越好金屬的塑性：是指固體材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。用金屬的斷面收縮率φ、伸長率δ來表示；金屬的變形抗力：是指在壓力加工過程中變形金屬作用于施壓工具表面單位面積上的壓力。變形抗力越小，則變形中消耗的能量也越少。影響可鍛性的因素：

1.金屬的本身的影響（內(nèi)因）

化學成分：不同化學成分的金屬其可鍛性不同。純金屬的可鍛性比合金好；鋼中含有形成碳化物的合金元素（例如Cr、Mo、W、V等），其可鍛性顯著下降。碳鋼的含碳量越低，可鍛性越好；

1）化學成分的影響：

2）金相組織的影響：純金屬及固溶體的可鍛性好，而碳化物的可鍛性差；晶粒細小而又均勻的組織可鍛性好。

2.加工（變形）條件的影響（外因）1）變形溫度的影響

金屬在加熱時，隨溫度的升高，金屬原子的活動能力增強，容易滑移，因而其塑性提高，變形抗力降低，可鍛性會得到明顯改善，更適合于壓力加工。注意：對鋼而言，溫度過高，可能產(chǎn)生過熱、過燒、脫碳和嚴重氧化等缺陷，甚至使鍛件報廢，因此，應嚴格控制鍛造溫度。變形溫度：T溫越高，材料的可鍛性越好。注意:若加熱溫度過高，晶粒急劇長大，金屬力學性能降低，產(chǎn)生“過熱”。后果與解決辦法：鍛造易擊碎，退火消除。

若加熱溫度接近熔點，晶界氧化破壞了晶粒間的結合，金屬失去塑性而報廢，這種現(xiàn)象稱為“過燒”。

金屬鍛造加熱時允許的最高溫度稱為始鍛溫度。停止鍛造時的溫度稱終鍛溫度。鍛造溫度：是指始鍛溫度與終鍛溫度之間的溫度。圖3-16碳鋼的鍛造溫度范圍

過燒是指加熱溫度過高，被鍛金屬的晶界因含合金元素或雜質量高、熔點低而先發(fā)生熔化的現(xiàn)象。鍛造時即發(fā)生開裂，故一定不能過燒。鍛造溫度范圍是指始鍛溫度（開始鍛造的溫度）和終鍛溫度（停止鍛造的溫度）間的范圍。變形抗力塑性變形速度c塑性、變形抗力

在一般的壓力加工中，由于變形速度較低，隨著變形速度的增加，回復和再結晶不能及時克服加工硬化，金屬的塑性下降、變形抗力增大，可鍛性變差（速度極大時除外，如高速錘等設備的鍛造中）。2）變形速度的影響

變形速度即單位時間內(nèi)的變形程度。它對金屬鍛造性的影響可分為兩個階段(見圖)。

金屬在經(jīng)受不同方法變形時，其產(chǎn)生的應力性質和大小是不同的。實踐證明，三個方向的應力中，壓應力數(shù)目越多，則金屬的塑性越好；拉應力數(shù)目越多，金屬的塑性越差。3）應力狀態(tài)的影響結論：金屬受壓應力數(shù)目，可鍛性。三向壓應力—塑性最好、變形抗力最小。三向拉應力—塑性最差、變形抗力最大。四.金屬的超塑性

——指材料在低載荷作用下，其拉伸延伸率超過100%的現(xiàn)象。結構超塑性超塑性的分類：

——金屬經(jīng)熱處理后獲得晶粒直徑在5μm以下的超細晶粒，在一定的溫度和極低的變形速度條件下，即可獲得超塑性。相變超塑性

——利用金屬在相變點發(fā)生相變或同素異構轉變時反復均勻拉伸，即可獲得超塑性。第二節(jié)鍛造方法鍛壓成形工藝可分為：自由鍛造成形（也稱自由鍛）模膛鍛造成形（也稱模鍛）一.自由鍛的特點和應用

1、自由鍛的概念

利用沖擊力或靜壓力使金屬在上下兩個抵鐵之間產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀及尺寸的鍛件。又可分為手工自由鍛（已逐漸被淘汰）和機器自由鍛。

鍛造的概念：利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個抵鐵間或鍛模中變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛件的工藝方法，是金屬零件的重要成型方法之一。free2、自由鍛的基本目的

經(jīng)濟地獲得所需的形狀、尺寸和內(nèi)部質量的鍛件。

鍛件的類型有大型和中小型鍛件。小型鍛件以成形為主，大型鍛件（尤其是重要件）和特殊鋼以改善內(nèi)部質量為主。鋼錠經(jīng)過鍛造，粗晶被打碎，非金屬夾雜物及異相質點被分散，內(nèi)部缺陷被鍛合，致密程度高，流線分布合理，綜合力學性能大大提高。3、自由鍛特點

優(yōu)點：使用工具簡單、通用，生產(chǎn)周期短，靈活

性大使用范圍廣。特別適合單件、小批生

產(chǎn)，而且是大型鍛件唯一的鍛造方法。

缺點：生產(chǎn)效率低，對工人的操作技術要求高，

工人勞動強度大，鍛件精度差，后續(xù)機加

工余量大。特點：①設備的通用性好、工具簡單；②自由鍛操作技術要求高、生產(chǎn)率低；③鍛件形狀簡單、加工余量大、精度低；④可鍛小到不足1公斤，大可到幾百噸大型件，且大型鍛件的組織致密、力學性能好；自由鍛主要用于單件、小批量生產(chǎn)，且是生產(chǎn)大型和特大型鍛件的唯一方法。

4、自由鍛設備：鍛錘壓力機空氣錘蒸汽—空氣錘水壓機油壓機65~750Kg630Kg~5T落下部分總重量=活塞+錘頭+錘桿滑塊運動到下始點時所產(chǎn)生的最大壓力鍛錘噸位=壓力機噸位=根據(jù)對坯料施加外力的性質不同，分為鍛錘和液壓機。

鍛錘是利用沖擊力使金屬坯料變形，由于產(chǎn)生沖擊力能力有限，只用來鍛造中、小型鍛件。例如：空氣錘、蒸汽—空氣自由鍛錘。

液壓機是利用產(chǎn)生的壓力使金屬坯料變形。其中水壓機可產(chǎn)生很大的壓力，可鍛造重達300噸的鍛件。是重型機械廠鍛造生產(chǎn)的主要設備。5萬噸水壓機

2007年10月1日，我國第一臺16000噸級水壓機在德陽二重集團完成第一次熱負荷試車。它的投產(chǎn)將改變我國超大型鍛件依賴進口的局面。一個重150噸的大型鋼錠在水壓機16000噸壓力的作用下翻轉、拔長、變形，10分鐘內(nèi)就完成了工藝規(guī)定的變形要求，成功實現(xiàn)熱負荷試車。這臺水壓機由中國二重集團設計、制造，具有完全自主知識產(chǎn)權。新聞鏈接300多噸重的大型鍛件——汽輪發(fā)電機主軸方錠方錠圓錠鍛造用鋼錠及型材鍛造圓鋼鋁型材銅型材自由鍛造鍛件類型二.自由鍛工序

基本工序、輔助工序和精整工序。1.

基本工序

(7種)：鐓粗、拔長、沖孔、切割、彎曲、扭轉、錯移鐓粗：是使坯料高度減小、橫截面積增大的工序。適于餅塊、盤套類鍛件的生產(chǎn)。拔長：是使坯料橫截面積減小、長度增大的工序。適于軸類、桿類鍛件的生產(chǎn)。沖孔：是使坯料具有通孔或盲孔的工序。彎曲：是使坯料軸線產(chǎn)生一定曲率的工序。扭轉：是使坯料的一部分相對于另一部分繞其軸線產(chǎn)生一定角度的工序。錯移：是使坯料的一部分相對于另一部分平移錯開的工序。補充說明：鍛套筒和圓環(huán)屬于拔長；非直線（非平面）切離和劈開屬于切割；沖孔不限圓形。2.輔助工序：壓鉗口，壓棱邊，壓肩等，是在基本工序之前的預變形工序。3.精整工序：清除鍛件表面凸凹不平，整形等以提高鍛件的尺寸及位置精度等的工序，在基本工序之后進行。鍛件分類及基本工序方案見表3-1。(1)盤類零件：墩粗、沖孔(2)軸類零件：拔長、切肩、墩臺階(3)筒類零件：墩粗、沖孔、在芯軸上拔長(4)曲軸類零件：拔長、錯移、墩臺階、扭轉(5)彎曲類零件：拔長、彎曲2013、4、10三、模型鍛造模型鍛造的概念：

金屬坯料在沖擊力或壓力作用下，在鍛模模膛內(nèi)變形，從而獲得鍛件的方法。是使加熱到鍛造溫度的金屬坯料在鍛模模膛內(nèi)一次或多次承受沖擊力或壓力的作用，而被迫流動成形以獲得鍛件的壓力加工方法。die模型鍛造和自由鍛相比，其優(yōu)缺點如下：1、模型鍛造的特點及應用范圍優(yōu)點：①生產(chǎn)效率高（幾倍~幾十倍）；

由于金屬在模膛內(nèi)變形，其流動受到模壁的限制，因而：

②鍛件尺寸精度高，機加工余量??；③可鍛造形狀較復雜的鍛件；④可實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，節(jié)省金屬材料，降低成本；⑤操作簡單，易于實現(xiàn)機械化、自動化。6）模鍛件內(nèi)部組織致密，纖維分布合理。缺點：

①不能鍛造大件

(<150kg)；

②設備、模具價格昂貴。應用：僅適用于小型鍛件的大批量生產(chǎn)。常用的模鍛方法有：錘上模鍛——鍛模錘頭一起運動，沖擊力，可以多次鍛打成形。壓力機上模鍛—鍛?；瑝K一起運動，靜壓力，一次成形。

錘上模鍛所用設備有蒸汽-空氣錘、無砧座錘、高速錘等。一般工廠主要使用蒸汽-空氣錘，其噸位為10～160T，可鍛造0.5～150kg的鍛件。

壓力機上模鍛常用設備有曲柄壓力機、摩擦壓力機和平鍛機、模鍛水壓機等。2、錘上模鍛

錘上模鍛采用的設備為模鍛錘。一般工廠常采用的是蒸汽-空氣模鍛錘。模鍛錘的噸位為1~16噸，可鍛制150kg以下的鍛件。錘上模鍛常用的雙拱蒸汽錘35000噸鍛壓機在鍛造3.1m長的鋁鍛件

是由上模和下模兩部分組成。上下模合在一起，中間部分形成完整的模膛。鍛模上有分模面和飛邊槽。鍛模模膛—形成鍛件基本形狀和尺寸的空腔。飛邊槽—增加金屬流動的阻力，促使金屬充滿模膛，同時容納多余的金屬。鍛模:

模膛的分類(按功能)模膛模鍛模膛制坯模膛終鍛模膛預鍛模膛拔長模膛滾壓模膛彎曲模膛切斷模膛

模膛：上下鍛模圍成的內(nèi)腔。

(1)

模鍛模膛模鍛模膛分為終鍛模膛和預鍛模膛：①終鍛模膛的結構特點:——是使金屬在其中發(fā)生整體變形

是鍛件最終成形的地方，其形狀與鍛件的形狀相同，但必須考慮一個收縮量；另外終鍛模膛沿模膛四周有飛邊槽。模鍛不能直接鍛出具有通孔的鍛件，對于該類鍛件，應留有沖孔連皮。錘上模鍛生產(chǎn)所用的鍛模——終緞模膛：

飛邊槽的作用：強迫充填：使金屬能夠充滿模膛的角落、邊沿容納多余金屬緩沖作用：減輕上下模膛分模面之間的打擊

帶有沖孔連皮和飛邊的模鍛件：連桿的鍛造過程②預鍛模膛的結構特點

其沒有飛邊槽；其圓角和斜度較大。對于形狀簡單或批量不大的模鍛件可以不設預鍛模膛。預鍛模膛的作用：基本成形，接近鍛件形狀、尺寸；減少坯料對終鍛模膛的磨損，提高其使用壽命；避免終鍛時充不滿缺陷，提高鍛件質量。(2)制坯模膛

對于形狀復雜的模鍛件，為了使坯料形狀接近模鍛件形狀，使金屬能合理分布和很好的充滿模鍛模膛，就必須在制坯模膛中制坯。制坯模膛的分類：使坯料基本接近鍛件形狀；減輕對模鍛模膛的磨損。制坯模膛的作用：拔長模膛滾壓模膛彎曲模膛切斷模膛制坯模膛拔長模膛：

用來減小坯料某部分的橫截面積，以增加該部分的長度。滾壓模膛：

在坯料長度基本不變的前提下用它來減小坯料某部分的橫截面積，以增加另一部分的橫截面積。彎曲模膛：用來彎曲坯料以制作彎曲類桿類模鍛件。切斷模膛：其上模和下模的角部組成一對刃口，用來切斷金屬。單件鍛造時，用來下料或切除鍛件上的鉗口；多件鍛造時，用來分離單個鍛件。連桿的鍛造過程多膛鍛模：在一副鍛模上具有兩個以上模膛的鍛模。1-切斷模膛2-滾壓模膛3-預鍛模膛4-終鍛模膛鍛造彎曲連桿模鍛件變形的三個階段：(3)金屬在終鍛模膛內(nèi)的變形過程形成飛邊，充滿模膛——飛邊槽完成強迫充填變形量小，變形力激增鍛足階段——變形量很小，變形力最大鐓粗階段——金屬到達飛邊槽橋口為止變形量大，變形力小四、胎模鍛——胎模鍛是在自由鍛設備上使用胎模生產(chǎn)模鍛件的方法。

一般采用自由鍛方法制坯，然后在胎模中最后成形。故胎模鍛兼有自由鍛和模鍛的特點。1、胎模鍛的特點

(1)和自由鍛相比：

①

操作簡便，生產(chǎn)率高；

②

鍛件尺寸精度高，形狀復雜，敷料少，加工余量?。?/p>

(2)和模鍛相比：

①胎模鍛不需昂貴設備，使用自由鍛設備即可；

②

工藝、操作靈活，可以局部成形，小設備可鍛大鍛件；

③

模具結構簡單，制造容易，可降低鍛件成本。缺點：鍛件尺寸精度不如模鍛件，工人勞動強度大，胎模易損壞，生產(chǎn)率不夠高。適用場合：胎模鍛適合于沒有模鍛設備的中、小型工廠中，鍛件的中、小批量生產(chǎn)。2、胎模的種類和結構

(1)扣模：用來對坯料進行全部或局部扣形，以生產(chǎn)長桿非回轉體鍛件。鍛造過程中坯料不轉動。

(2)套筒模：鍛造齒輪、法蘭盤等盤類鍛件。組合筒模由于有兩個半模結構，可鍛出形狀更復雜的胎模鍛件。筒模a)整體筒模b)鑲塊筒模c)帶墊塊筒模1-筒模；2-右半模；3-沖頭；4-左半模；5-鍛件組合筒模(3)合模：由上模和下模組成，并具有導向結構，可生產(chǎn)形狀復雜、精度較高的非回轉體鍛件。合模常用鍛造方法的比較見P117，表2-12。

除錘上模鍛外，還有壓力機上模鍛。

壓力機上模鍛所用設備：摩擦壓力機，曲柄壓力機，平鍛機，模鍛水壓機五、其它設備上的模鍛平鍛機上模鍛冷鐓鍛件第三節(jié)鍛造工藝規(guī)程的制定鍛造工藝過程的制定內(nèi)容包括：

1)依據(jù)零件圖繪制鍛件圖

2)計算坯料重量和尺寸

3)確定變形工藝和鍛造比

4)合理選用鍛造設備

5)確定鍛造溫度范圍、加熱和冷卻規(guī)范

6)確定熱處理規(guī)范

7)填寫工藝卡片錘上模鍛成形的工藝過程：切斷坯料→加熱坯料→模鍛→切除模鍛件的飛邊→校正模鍛件→熱處理→表面清理→檢驗→入庫存放

一.繪制鍛件圖1自由鍛鍛件圖的繪制——在零件圖上考慮以下因素繪成：鍛件公差——鍛件名義尺寸的允許變動量鍛件余量——在零件的加工表面為切削加工而增加的尺寸。零件越復雜，尺寸越大，余量越大。敷料(工藝余塊)——為簡化形狀和結構以便于鍛造而加上的部分。不能任意添加，要可切削，少費料。鍛件的余量和公差確定分模面的原則：2

模鍛鍛件圖的繪制

（1）余量、公差、敷料：加工余量：1~4mm公差：0.3~3mm要保證模鍛件能順利脫模：選在最大截面處；要便于安裝和檢驗，保證鍛件輪廓一致；使模膛深度最淺，以便于充型、脫模、制造；使鍛件敷料最少；最好是一個平面，上下模膛深度基本一致。下圖以一具體模鍛件為例確定分模面的選?。海?）分模面——是指上下鍛模在模鍛件上的分界面。分模面d-d合理例題：請確定下列模鍛件的合理分模面位置。（3）模鍛斜度

模鍛件上平行于錘擊方向（垂直于分模面）的表面必須具有一定的斜度，以便于從模膛中取出鍛件。一般取值為5。~12。，而且內(nèi)壁的斜度應比外壁的大。錘擊方向外壁斜度：5~7°內(nèi)壁斜度：7~12°（4）模鍛圓角

模鍛件上所有兩平面的交角均需做成圓角。外圓角的取值一般為1.5~12mm，內(nèi)圓角應比外圓角大2~3倍。外圓角：r=1.5~12mm內(nèi)圓角：R=（2~3）r（5）沖孔連皮

當模鍛件的孔徑D>25mm時，應將孔形鍛出，由于模鍛不能鍛出通孔，則在孔中留出沖孔連皮，當孔徑D為25~80mm時，其厚度取為4~8mm。模鍛件圖繪制實例：10°5°R8二.坯料質量及尺寸計算

G鍛件——

按鍛件圖名義尺寸計算

G燒損——首次加熱取(2~3%)G鍛件,以后每次加熱，取(1.5~2.0%)G鍛件

G料頭——

(2~4%)G鍛件（鍛鋼件）1坯料質量G坯料=G鍛件+G燒損+G料頭2坯料尺寸的計算●根據(jù)坯料重量和幾何形狀確定；●坯料的橫截面尺寸的確定與第一基本工序有關；●還必須考慮鍛造比。拔長：F0=Fm×y

式中：F0——坯料截面積

Fm——鍛件最大截面積

y——鍛造比，y=F0/Fm碳素鋼錠：取y=2.5~3碳素鋼軋材：y=1.3~1.5合金鋼的鍛造比要適當減小。（為什么？）鐓粗：坯料高度H0

/坯料直徑D0

2.5；否則容易鐓彎，出現(xiàn)夾層。但為了防止坯料過短下料困難，H0>1.25D0。

鐓粗時的鍛造比：y=H0/Hm

例題：鍛造比常用來表示什么？拔長與鐓粗時的鍛造比用什么來表示？如原始坯料長150mm，拔長到450mm，鍛造比是多少？y=F0/Fm根據(jù)鍛造前后體積不變假設1.長軸類模鍛件三、確定模鍛工步——根據(jù)鍛件形狀和尺寸確定拔長、滾壓、彎曲、預鍛和終鍛。長桿類零件：制坯→預鍛→終鍛此類鍛件在鍛造過程中，錘擊方向垂直于鍛件的軸線。常用工序：

對于小型長軸類鍛件，為了減少鉗口料和提高生產(chǎn)率，常采用一根棒料同時鍛造出幾個鍛件的方法，此時應增設切斷工步。

有些模鍛件可選用周期軋制材料作坯料，可省去拔長、滾壓等工步。2.盤類模鍛件鐓粗、預鍛、終鍛等工步彎曲連桿模鍛過程

3.模鍛的修整工序

(1)切邊、沖孔：切去飛邊，沖掉沖孔連皮；

(3)熱處理：正火(低碳鋼與低合金鋼)或退火(高碳鋼、工具鋼和軸承鋼)；

(4)清理：去除表面氧化皮，毛刺，油污等。

(2)校正：校正變形；第四節(jié)鍛件的結構工藝性

設計鍛造成形的零件，除必須滿足使用性能外，還應滿足鍛造工藝要求。合理的鍛件結構應使：鍛造工藝簡單、節(jié)約金屬、保證鍛件質量、生產(chǎn)率高。

從以下方面考慮改進鍛件結構，以提高工藝性能：

1.零件外形力求簡單——對于結構復雜的零件,應采用工藝余塊來簡化結構，多余的金屬鍛造后切削掉。但余塊太多時浪費金屬，耗費切削工時，不宜多用。一.自由鍛件的結構工藝性2.自由鍛件應盡量避免錐體、斜面結構——應盡量用圓柱體代替錐體，用水平面代替斜面。

3.鍛件外表面應避免曲線交接——即鍛件若由幾個簡單幾何體構成時，幾何體間的交接處不應形成空間曲線。

應改成平面與圓柱、平面與平面相交的結構，這樣交線為直線或圓，使鍛造成型容易。

4.避免凸臺、加強筋、工字形截面或空間曲線形表面

去掉加強筋、凸臺應改為凹坑或小孔形式，用余塊簡化，自由鍛后再切削加工。5.避免截面突變(a)工藝性差的結構(b)工藝性好的結構復雜結構件

——對于截面急劇變化或形狀復雜的結構可分成幾個簡單件構成的組合體。即每個簡單鍛件成形后，再用焊接或機械連接方式構成整體。

例題：指出下圖所示自由鍛件結構不合理之處。試修改不合理部位(重畫圖)。二.模鍛件的結構工藝性（設計原則）

1.

模鍛件必須具有一個合理的分模面——易于取出鍛件，敷料少，鍛模易制造。

2.由于模鍛件的尺寸精度高，表面粗糙度低，因此零件上只有與其它機件配合的表面應根據(jù)要求設計成加工表面，而其它表面應設計成非加工表面。非加工表面——模鍛件上只有與其它機件配合的表面才需進行機械加工，其它表面均應設計為非加工表面。20α2>α1

模鍛件上與分模面垂直的非加工表面應設計出模鍛斜度。R>r

模鍛件上兩個非加工表面形成的角（包括內(nèi)角和外角）都應按模鍛圓角設計。

3.

為使金屬易于充滿模膛和減少鍛造工序，模鍛件外形力求簡單、平直和對稱——模鍛件截面間差別不能太大，避免薄壁、高筋或凸起等結構。模鍛件的最小和最大截面面積之比應滿足以下條件：

4.

盡量避免窄溝、深槽或多孔結構①當孔的直徑

D≥30mm時，應該鍛出;②模鍛件應避免孔深大于孔徑2倍的孔。20

5.

復雜件可采用鍛—焊組合工藝以減少工藝余塊，簡化模鍛工藝。

例題：指出下圖所示模鍛件結構不合理之處。試修改不合理部位(重畫圖)。結構不合理之處：(1)模鍛斜度與圓角；(2)壁厚差太大，輪輻部分壁太??；(3)齒輪的齒鍛不出來，必須用機加工，未考慮敷料；(4)未考慮沖孔連皮。1-沖孔連皮；2-飛邊2013、4、17第四節(jié)板料沖壓板料沖壓1）可以沖壓出形狀復雜的零件，廢料少；2）產(chǎn)品精度、表面質量高，互換性好；3）沖壓件質量輕，耗材少，強度、剛度較高；4）沖壓操作簡單，便于機械化自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，成本低。1

板料沖壓的特點：——利用沖模和沖壓設備使板料產(chǎn)生分離或變形的加工方法。常溫下進行，所以又叫冷沖壓。2

適用范圍1）材料：

——原材料必需有足夠的塑性，如低碳鋼、銅合金、鋁合金、鎂合金及塑性好的高合金鋼；其形狀為板料、條料或帶料。2）規(guī)模：大批量生產(chǎn)3

常用設備剪板機（剪床）沖床4

基本工序

分離和變形工序金屬板材的生產(chǎn)——軋制拖拉機：400多個三米收割機：1000多個沖壓設備1.剪床：2.沖床：下料設備1）斜刃剪2）平刃剪3）圓盤剪沖壓設備1）開式?jīng)_床2）閉式?jīng)_床1.分離工序

——是使坯料的一部分相對于另一部分相互分離的工序。如落料、沖孔、切斷和修整等。落料和沖孔：統(tǒng)稱為“沖裁”，是使坯料按封閉輪廓分離的工序。一.沖壓基本工序——分離、變形二大類切斷：沿不封閉輪廓線分離。落料和沖孔的區(qū)別在于：落料：沖落部分為成品，周邊是廢料；沖孔：是為了獲得帶孔的沖裁件，沖落部分為廢料。(1)

沖裁分離過程

沖裁時板料的變形和分離過程對沖裁件質量有很大的影響。其過程可分為三個階段。彈性變形階段→塑性變形階段→斷裂分離階段

沖裁出的工件斷面分為四個特征區(qū)，分別為圓角帶（塌角）、光亮帶、剪裂帶和毛刺。有的把剪裂帶和毛刺特征區(qū)合并為一個區(qū)。。圓角帶是刃口剛壓入材料時，刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長的結果，材料硬度越低，圓角帶越大；光亮帶是材料受擠壓形成的垂直、光亮的斷面部分，塑性越好，光亮帶越大；斷裂帶是裂紋擴展形成的撕裂面，斷面粗糙且有斜度。沖裁區(qū)應力與應變情況a-塌角b-光亮帶c-剪裂帶d-毛刺

沖裁出的工件斷面分為四個特征區(qū)，分別為塌角、光亮帶、剪裂帶和毛刺。圓角帶是刃口剛壓入材料時，刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長的結果，材料硬度越低，塌角越大；光亮帶是材料受擠壓形成的垂直、光亮的斷面部分，塑性越好，光亮帶越大；剪裂帶是裂紋擴展形成的撕裂面，斷面粗糙且有斜度。毛刺是在形成微裂紋時形成的，當凸模繼續(xù)下行時已形成的毛刺被拉長，并殘留在沖裁件上。

光亮帶、剪裂帶、圓角帶和毛刺等四個部分在整個斷面上的比例隨材料的性能、厚度、間隙、模具結構等沖裁條件的不同而變化。精沖件的斷面垂直，表面平整，零件精度可達4~2級，表面粗糙度值達到0.8~0.4μm。(2)

凸凹模間隙

ZZ=mss

——

板厚m——與板料性能及厚度有關的系數(shù)低碳鋼：

m=0.06~0.09高碳鋼：

m=0.08~0.12銅、鋁合金：

m=0.06~0.10

板厚越大，m取值應越大。——即凹模和凸模工作部分的水平投影尺寸之差。當板料較薄時，m可取如下數(shù)據(jù)：Z/2

設計落料模時，取凹模作為設計基準，然后根據(jù)間隙確定凸模尺寸。設計沖孔模時，取凸模作為設計基準，然后根據(jù)間隙確定凹模尺寸。斷面特點:斷面上形成第二光亮帶缺點:①增大了沖裁力、卸料力和推件力，加劇了凸、凹模的磨損，縮短了模具壽命。②板料在過小間隙沖裁時受到擠壓而產(chǎn)生壓縮變形，所以沖裁件的尺寸略有變化:

落料件的外形尺寸增大；沖孔件的孔腔尺寸縮小。

（4）凸、凹模間隙

凸、凹模的間隙不僅嚴重影響沖裁件的斷面品質，而且影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。1)間隙過小缺點：因彈性回復而使落料件的外形尺寸縮小，沖孔件的內(nèi)腔尺寸增大，品質較差。2)間隙過大斷面特點：切斷面光亮帶減小，圓角帶與錐度增大，形成厚大的拉長毛刺。優(yōu)點：推件力與卸料力減小，甚至為零，材料對凸、凹模的摩擦作用大大減弱，所以模具壽命較長。應用:對于批量較大而公差又無特殊要求的沖裁件，可適當采用“大間隙”沖裁。

當間隙合理時，沖裁力、卸料力和推件力適中，模具有足夠長的壽命。這時光亮帶占板厚的l／2～l／3，圓角帶、斷裂帶和錐度均很小。零件的尺寸幾乎與模具一致，完全可以滿足使用要求。(3)間隙合理合理的間隙值可查表選?。畬_裁件品質要求較高時，可將表中數(shù)據(jù)減小l／3。（3）凸、凹模刃口尺寸的確定

在沖裁件尺寸的測量和使用中，都是以光亮帶的尺寸為基準的。

設計落料模：以凹模作為設計基準。D凹

=d落，D凸=D凹

-Z注意：落料凹模基本尺寸應取工件尺寸公差范圍內(nèi)的最小尺寸。12

落料件尺寸會隨凹模刃口磨損而增大，因此，加工凹模刃口時取落料件公差范圍的最小尺寸；沖孔件尺寸會隨凸模刃口磨損而減小，因此，加工凸模刃口時取靠近孔的公差范圍的最大尺寸。思考題：用Φ50mm沖孔模具來生產(chǎn)Φ50mm的落料件能否保證落料件的精度？為什么？

設計沖孔模：以凸模刃口作設計基準。

D凸=d孔，D凹=D凸+Z注意：沖孔凸?；境叽鐟」ぜ叽绻罘秶鷥?nèi)的最大尺寸。(4)

沖裁力P(N)的計算F=kLSτ式中

L——沖裁周邊長度(mm)S——板料厚度(mm)τ——材料抗剪強度(MPa)，一般τ=0.8σbk

——

系數(shù)，一般可取1.3

計算沖裁力是為了合理選擇沖壓設備和設計模具，沖壓的噸位必須大于沖裁力，否則會導致設備超載而損壞。平刃沖模的沖裁力F可按下式計算：(5)

沖裁件的排樣有搭邊排樣(圖a,b,c)無搭邊排樣(圖d）排樣是指落料件在條料、帶料或板料上合理布置的方法。排樣合理可使廢料最少，材料利用率高。(6)

修整

是利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬，去掉剪裂帶和毛刺，提高沖裁件的尺寸精度和表面精度。2.變形工序

——

是使坯料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移而不破壞的工序。

如:拉深，彎曲，翻邊，脹形等。(1)

彎曲彎曲產(chǎn)品

——是將坯料的一部分相對于另一部分彎曲成一定角度的沖壓加工方法。被彎材料可是板料、型材或管料。最小彎曲半徑

rmin=(0.25~1)δ（δ為金屬板料厚度）

板料彎曲時，內(nèi)側受壓縮，外側受拉伸，當拉應力超過板料σb時，會出現(xiàn)裂紋。彎曲產(chǎn)品彎曲時要注意板料的纖維組織方向——合理應用?；貜棳F(xiàn)象，回彈角：0~10o

纖維組織方向與彎曲線盡可能垂直(2)

拉深

——是利用拉深模具使沖裁后得到的平板坯料變形成開口空心零件的工序。①拉深過程

把直徑為D的平板坯料放在凹模上，在凸模的作用下，坯料被拉入凸模和凹模的間隙中，形成筒形拉深件。深深深深圖2-62圓筒件拉深過程變形最大位置

在變形過程中，周邊部分受切向壓應力，厚度略有增加；徑向受拉應力，使板料連續(xù)拉入凹模，形成筒壁。凹模圓角處材料除受徑向拉伸外，同時有塑性彎曲，減薄最嚴重。凸模下的板料形成筒底，為傳力區(qū)，厚度基本不變。深受切向壓應力區(qū)，厚度增加徑向受拉應力區(qū)，板料厚度減薄筒底為傳力區(qū)，厚度基本不變②拉深件質量影響因素拉深中的廢品主要是拉穿與起皺。影響拉深件質量的主要因素凸凹模的圓角半徑：r凹=10s，

r凸=(0.6~1)r凹

拉深模的工作部分不能是鋒利的刃口，必須作成一定的圓角。圓角半徑過小，容易出現(xiàn)板料拉穿。對于鋼的拉深件：凸凹模間隙：

Z=(1.1~1.2)s

其間隙遠比沖裁模大。間隙過小，模具與拉深件之間的摩擦力增大，易拉穿工件和擦傷工件表面。間隙過大，容易使工件起皺。

m=d/D

拉深件直徑d與坯料直徑D的比值稱為拉深系數(shù)，是衡量拉深變形程度的指標。拉深系數(shù)

m的值越小，表明拉深件直徑越小，金屬的變形量越大，工件越容易破裂。因此，拉深系數(shù)應大于極限拉深系數(shù)。