塑性成形的特點(diǎn)與基本生產(chǎn)方式第3章塑性成形概述塑性成形：對(duì)坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形，改變形狀、尺寸及改善性能，以得到工件或毛坯的成形加工方法。

金屬塑性成形中作用在金屬坯料上的外力主要有兩種：沖擊力和壓力。錘類設(shè)備產(chǎn)生沖擊力使金屬變形，軋機(jī)和壓力機(jī)對(duì)金屬坯料施加靜壓力使金屬變形。一、塑性成形的特點(diǎn)：1.優(yōu)點(diǎn)①力學(xué)性能高；②材料利用率高；③生產(chǎn)率高；④適用范圍廣。2.缺點(diǎn)①鍛件精度不高，表面質(zhì)量不好；②勞動(dòng)條件不好。二、塑性成形的基本生產(chǎn)方式：1.鍛造2.板料沖壓3.軋制4.拉拔5.擠壓三、各種方法的適用場(chǎng)合：鍛造：生產(chǎn)各種重要的，承受重載荷的零件毛坯，如：機(jī)床主軸、齒輪、炮筒、槍管、起重機(jī)吊鉤等。沖壓：加工板料、墊圈、鉚釘、支架、合頁(yè)等。軋制、拉拔、擠壓：板材、管材和線材。1.冷變形強(qiáng)化（加工硬化）：冷變形時(shí)，隨著變形程度的增加，金屬材料的強(qiáng)度、硬度↑，塑性和韌性↓。

利弊：提高強(qiáng)度，但塑性下降，進(jìn)一步加工造成困難，需中間退火處理。純金屬、A體不銹鋼、形變鋁合金的強(qiáng)化，用冷軋、冷擠、冷拔或冷沖壓加工。常溫下塑性變形對(duì)低碳鋼力學(xué)性能的影響

加工硬化鍛造比與鍛造流線

1.鍛造流線與金屬的變形程度密切相關(guān)，鍛造流線的化學(xué)穩(wěn)定性很高。只有經(jīng)過(guò)鍛壓才能改變它的方向和形狀，用熱處理或其他方法不能消除或改變。2.鍛造流線在平行流線方向塑性和韌性↑，而在垂直流線方向上塑性和韌性↓。3.設(shè)計(jì)制造零件時(shí)，應(yīng)不破壞鍛造流線。

五、金屬的鍛造性能金屬的鍛造性能：金屬材料通過(guò)塑性加工獲得優(yōu)質(zhì)零件的難易程度。塑性變形抗力目標(biāo)：衡量指標(biāo)：塑性好

變形抗力小

影響鍛造性能的因素：(1)金屬本質(zhì)(2)變形條件細(xì)晶粒好，粗晶粒差金屬碳化物差內(nèi)部組織化學(xué)成分純金屬鍛造性能好合金差純金屬、固溶體可鍛性好1.金屬本質(zhì)的影響碳鋼，含碳量越少，鍛造性能越好硫、磷含量越少，可鍛性越好2.變形條件的影響（1）變形溫度適當(dāng)高溫利于鍛造溫度過(guò)高產(chǎn)生在始鍛與終鍛溫度之間過(guò)燒過(guò)熱脫碳氧化缺陷碳鋼的鍛造溫度（2）變形速度：雙重影響變形速度對(duì)塑性及變形抗力的影響示意圖（3）應(yīng)力狀態(tài)：壓應(yīng)力數(shù)目多，塑性好擠壓時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài)拉拔時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài)3.1.1鍛造

一、自由鍛play利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個(gè)砥鐵之間產(chǎn)生變形，從而獲得所需形狀及尺寸的鍛件。坯料不受模具限制，鍛件形狀尺寸由鍛工技術(shù)保證，對(duì)鍛工技術(shù)水平要求水平高；鍛件重量小到1KG以下，大到數(shù)百噸；用于單件、小批生產(chǎn)；生產(chǎn)大型鍛件唯一方法。3.1塑性成形方法1.自由鍛使用的設(shè)備鍛錘：空氣錘、蒸汽-空氣錘，利用沖擊力。壓力機(jī)：水壓機(jī)，利用壓力來(lái)鍛打工件。2.自由鍛工序基本工序：鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、彎曲、扭曲、錯(cuò)移等輔助工序：切肩、壓鉗口等精整工序：去氧化皮、整形等3.自由鍛的特點(diǎn)及應(yīng)用

工藝靈活，工具簡(jiǎn)單

工藝范圍大生產(chǎn)率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、對(duì)工人技術(shù)要求高鍛件精度低、鍛件形狀簡(jiǎn)單二、模鍛在沖擊力或壓力作用下，金屬坯料在鍛模模膛內(nèi)變形從而獲得鍛件的工藝方法。二、模鍛play（一）.特點(diǎn)與自由鍛相比，模鍛具有如下優(yōu)點(diǎn)：①操作技術(shù)要求不高，但生產(chǎn)效率高；②鍛件尺寸和形狀精確，加工余量小；③能鍛造形狀較為復(fù)雜的鍛件，一般外形不必簡(jiǎn)化；

④成本高，大批量生產(chǎn)。按使用的設(shè)備不同，模鍛可分為錘上模鍛、胎膜鍛和壓力機(jī)上模鍛等。（二）.錘上模鍛（1）錘上模鍛設(shè)備：錘上模鍛所用設(shè)備有蒸汽—空氣錘、高速錘等。（2）鍛模結(jié)構(gòu)：錘上模鍛所用的鍛模都由上模和下模組成。如圖所示。（2）鍛模結(jié)構(gòu)1-錘頭2-上模3-飛邊槽4-下模5-模墊6、7、10-緊固楔鐵8-分模面9-模膛（3）模膛分類模膛模鍛模膛制坯模膛拔長(zhǎng)模膛終鍛模膛預(yù)鍛模膛滾壓模膛彎曲模膛切斷模膛終鍛模膛預(yù)鍛模膛預(yù)鍛模膛與終鍛模膛區(qū)別是：前者的圓角和斜度較大，沒(méi)有飛邊槽，精度低拔長(zhǎng)模膛作用：減少坯料某部分的橫截面積，增加長(zhǎng)度。滾壓模膛作用：減少坯料某部分的橫截面積，增加另一部分橫截面積。彎曲模膛作用：用于使坯料彎曲。切斷模膛作用：靠上、下模的角部組成一對(duì)刀口切斷金屬。（三）、胎模鍛在自由鍛設(shè)備上使用簡(jiǎn)單鍛模（胎模）來(lái)生產(chǎn)模鍛件。模膛不是固定在鍛錘上，設(shè)備簡(jiǎn)單，適于中小廠。1、與自由鍛相比，胎膜鍛件有如下特點(diǎn)：①操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)率高；②鍛件形狀準(zhǔn)確，尺寸精度較高，因而，鍛件敷料少，機(jī)械加工余量少；③鍛件內(nèi)部組織致密，纖維分布更符合性能要求。（三）、胎模鍛2、與模鍛相比，胎膜模鍛又有如下特點(diǎn)：①胎膜模鍛不需采用昂貴設(shè)備，且擴(kuò)大了自由鍛設(shè)備的生產(chǎn)范圍；②胎膜鍛可以局部成形，故可用較小設(shè)備鍛制較大的模鍛件；③胎膜鍛鍛模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，成本低。

但胎膜鍛件的尺寸精度不如模鍛件高，生產(chǎn)率較低，模具壽命短，胎膜鍛適合于中小批量的鍛件生產(chǎn)中。3.胎模鍛的種類（1）扣模：來(lái)生產(chǎn)長(zhǎng)桿，非回轉(zhuǎn)體鍛件。（2）套筒模：鍛模為圓筒形，生產(chǎn)齒輪、法蘭、盤等。（4）合模：由上模和下模組成。精密模鍛play

鍛壓生產(chǎn)線play塑性成形作業(yè)一1.自由鍛和模鍛的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍有什么不同？2.預(yù)鍛模膛和終鍛模膛的作用是什么？二者在結(jié)構(gòu)上有何區(qū)別？

板料沖壓是利用裝在沖床上的設(shè)備（沖模）使板料產(chǎn)生分離或變形的一種塑性成形方法。它主要用于加工板料（10mm以下，包括金屬及非金屬板料）類零件,故稱為板料沖壓。3.1.2板料沖壓1、概念概述2.設(shè)備play沖壓常用的設(shè)備有剪床和沖床等。剪床沖床沖壓設(shè)備3.板料沖壓的特點(diǎn)①生產(chǎn)率高（靠模具設(shè)備成形，操作簡(jiǎn)便，易實(shí)現(xiàn)“兩化”）②可成形復(fù)雜形狀的制件,而且廢料少，材料利用率高③制件尺寸精度高、表面質(zhì)量好、互換性好,不需機(jī)加工④制件強(qiáng)度高、剛性好、重量輕⑤加工成本低⑥沖模制造復(fù)雜，成本高

將沖壓件與板料按要求的輪廓線分離的工序，如剪切、落料、沖孔。落料和沖孔總稱為沖裁。1、分離工序分離工序：落料、沖孔、切斷、切口變形工序：彎曲、拉深、翻邊、成形一.板料沖壓的基本工序沖裁變形過(guò)程演示①?gòu)椥宰冃坞A段②塑性變形階段③斷裂階段（1）沖裁變形的特點(diǎn)及應(yīng)力分析（2）沖裁件斷裂面①蹋角帶②光亮帶：表面光滑,斷面質(zhì)量最好。③剪裂帶：表面粗糙,略帶斜度。④毛刺：微裂紋出現(xiàn)時(shí)產(chǎn)生,沖頭繼續(xù)下行時(shí)被拉長(zhǎng)。(3)整修外緣修整內(nèi)孔修整切斷用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進(jìn)行分離的工序。切口

材料沿不封閉曲線部分地分離開(kāi)，其中分離部分的材料彎曲的工序。1）.變形特點(diǎn)及應(yīng)力分析①靠近曲率中心一側(cè)（內(nèi)層）：切向受壓應(yīng)力，產(chǎn)生壓縮變形；②遠(yuǎn)離曲率中心一側(cè)（外層）：切向受拉應(yīng)力，產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形。③中性層不變（切向應(yīng)力為0）。2.彎曲利用彎曲模使工件軸線彎成一定角度和曲率的工序。①回彈（彈復(fù)）

當(dāng)外力去除后,毛坯的塑性變形保留下來(lái),而彈性變形完全消失,使其形狀和尺寸都發(fā)生與加載時(shí)變形方向相反的變化。這種現(xiàn)象稱為回彈。措施：加強(qiáng)肋，增加剛度；根據(jù)回彈角，設(shè)計(jì)彎曲模。2）.彎曲時(shí)容易出現(xiàn)的問(wèn)題

②裂紋

板料越厚，內(nèi)彎曲半徑越小，拉應(yīng)力越大，越容易彎裂。故變形程度不能過(guò)大，rmin=(0.25～1)t。彎曲線與材料的纖維線垂直時(shí),允許的rmin較??；若彎曲線與纖維線平行（重合）時(shí),則易開(kāi)裂。2）.彎曲時(shí)容易出現(xiàn)的問(wèn)題平板材料通過(guò)塑性變形而制成的中空筒形零件的工序。3.拉深拉深毛坯凸緣部分材料逐漸轉(zhuǎn)移到筒壁部分的過(guò)程。1）.拉深變形過(guò)程及應(yīng)力分析（1）拉深工藝特點(diǎn)：

凸模與凹模和沖裁時(shí)不同,轉(zhuǎn)角處為圓角，且Z≥t(料厚)。一般Z=(1.1～1.2)t。（2）應(yīng)力及變形分析：①直壁部分（高度為Ｈ）：變形區(qū)；

②底部（直徑為ｄ）：不變形區(qū)。

③直壁部分應(yīng)力狀態(tài)：切向受壓,徑向受拉。1）.拉深變形過(guò)程及應(yīng)力分析筒壁與筒底之間的過(guò)渡圓角處壁厚減薄的最嚴(yán)重，是拉深件中最薄弱的部位。1）.拉深變形過(guò)程及應(yīng)力分析①起皺、失穩(wěn)

防止：加壓邊圈（控制變形程度）。②拉穿合理的凸凹模圓角；合理的凸凹模間隙；合理的拉深系數(shù)；潤(rùn)滑。

2）.拉深缺陷及廢品拉深壓邊拉深系數(shù)拉深系數(shù)：拉深變形后制件的直徑與其毛坯直徑之比稱為拉深系數(shù)，用m表示。保證危險(xiǎn)斷面不被拉裂的拉深系數(shù)的最小值又稱為極限拉深系數(shù)，一般極限拉深系數(shù)取0.5-0.8。坯料塑性差選上限值，塑性好可選下限值。

翻邊是將零件的孔邊緣或外邊緣在模具作用下，翻成豎立邊緣的一種沖壓工藝方法。翻邊翻邊脹形零件

脹形是利用壓力將直徑較小的筒形零件或錐形零件由內(nèi)向外膨脹成為直徑較大的凸出曲面零件，或者在板材上形成剛性的筋條的一種塑性成形工藝方法。脹形3.1.4

其它塑性成形方法

擠壓成形

軋制成形拉拔成形3.2塑性成形工藝設(shè)計(jì)3.2.1自由鍛工藝規(guī)程的制訂3.2.2模鍛工藝規(guī)程制訂（一）根據(jù)零件圖繪制鍛件圖（1）機(jī)械加工余量（2）鍛造公差（3）敷料（余塊）3.2.1自由鍛工藝規(guī)程的制訂鍛件圖中：鍛件外形——粗實(shí)線描繪零件主要形狀——雙點(diǎn)劃線描繪（二）坯料重量和尺寸的計(jì)算G坯=（1+k）G鍛G坯=G鍛+G切+G芯料+G燒K—消耗系數(shù)（1）坯料質(zhì)量（2）坯料尺寸計(jì)算出坯料的體積，然后根據(jù)基本工序的類型和鍛造比計(jì)算坯料的橫截面積，最后再確定坯料的長(zhǎng)度尺寸。（三）確定變形工序（1）盤類件:鐓粗（拔長(zhǎng)、鐓粗）、沖孔（2）軸類件:拔長(zhǎng)（鐓粗、拔長(zhǎng)）、切肩、鍛臺(tái)階（3）筒類件:鐓粗（拔長(zhǎng)、鐓粗）、沖孔、心軸上拔長(zhǎng)（4）環(huán)類件:鐓粗（拔長(zhǎng)、鐓粗）、沖孔、心軸上擴(kuò)孔（5）彎曲件:拔長(zhǎng)（鐓粗、拔長(zhǎng)）、彎曲（6）曲軸類件:拔長(zhǎng)（鐓粗、拔長(zhǎng)）、錯(cuò)移、鍛臺(tái)階、扭轉(zhuǎn)（四）選擇鍛造設(shè)備（五）確定鍛造溫度范圍和加熱火次（六）熱處理及鍛件后續(xù)熱處理（七）編寫工藝卡片（八）估算鍛件價(jià)格及成本（一）根據(jù)零件圖繪制鍛件圖（1）確定分模面(分型面)分模面：上下鍛模在模鍛件上的分界面。①分模面應(yīng)選在鍛件的最大截面處；②分模面的選擇應(yīng)使模膛淺而對(duì)稱；③分模面的選擇應(yīng)使鍛件上所加敷料最少；④分模面應(yīng)最好是平直面。3.2.2模鍛工藝規(guī)程制訂x√xx分模面的選擇比較（2）確定加工余量、公差、余塊、沖孔連皮余量：1~4mm公差：±(0.3~3)mm沖孔連皮：模鍛件孔徑d>25mm，通常取連皮厚度4~8mm（3）設(shè)計(jì)模鍛斜度

外壁斜度：5～70內(nèi)壁斜度：7～120

（4）設(shè)計(jì)模鍛圓角外圓角：r=1.5～12mm內(nèi)圓角：R=（2～3）r

例：繪制齒輪坯模鍛件圖零件圖確定分模面確定加工余量設(shè)計(jì)模鍛斜度設(shè)計(jì)模鍛圓角鍛件圖中：鍛件外形——粗實(shí)線描繪零件主要形狀——雙點(diǎn)劃線描繪（二）確定模鍛工步（1）圓盤類零件：鐓粗預(yù)鍛終鍛（2）長(zhǎng)桿類零件：制坯預(yù)鍛終鍛（三）坯料計(jì)算

方法同自由鍛

（四）選擇模鍛設(shè)備

由噸位選擇模鍛錘

（五）安排修整工序（1）切邊和沖孔（2）校正（3）熱處理（3）清理（5）精壓3.3

沖壓工藝設(shè)計(jì)

3.3.1沖裁工藝設(shè)計(jì)

3.3.2彎曲工藝設(shè)計(jì)

3.3.3拉深工藝設(shè)計(jì)3.3.4沖壓模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介3.3.1沖裁工藝設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：沖裁件結(jié)構(gòu)工藝性分析；凸凹模間隙確定；凸凹模具設(shè)計(jì)；沖裁力計(jì)算；排樣設(shè)計(jì)等。1.凸凹模間隙模具間隙大小直接影響沖裁件的質(zhì)量、沖裁力大小和模具壽命間隙合適：上下裂紋自然匯合，沖裁件斷口表面平整、毛刺小，且沖裁力小。間隙過(guò)大：上下裂紋不重合，致使斷口光亮帶變窄，圓角和剪裂帶斜度增大，毛刺大而厚，很難去除；間隙過(guò)?。荷舷铝鸭y也不重合，因產(chǎn)生二次剪切而形成兩個(gè)光亮帶，斷口較光潔，但端面出現(xiàn)擠長(zhǎng)的薄毛刺，而且模具刃口極易磨損鈍化，降低模具壽命。間隙對(duì)裂紋重合的影響1.凸凹模間隙模具間隙大小的確定：

表3.8；或公式：z=mt2.凸凹模刃口尺寸的確定

由沖裁過(guò)程可知，落料件的尺寸是由凹模刃口尺寸決定的，沖孔件的尺寸則是由沖孔凸模尺寸決定的。①落料模

凹模刃口尺寸=落料件尺寸凸模刃口尺寸=凹模刃口尺寸-凸凹模間隙②沖孔模凸模刃口尺寸=沖孔件尺寸凹模刃口尺寸=凸模刃口尺寸+凸凹模間隙4.沖裁件的排樣3.沖裁力的計(jì)算F=KLtΓ3.3.3拉深工藝設(shè)計(jì)1.毛坯尺寸計(jì)算面積不變?cè)瓌t計(jì)算2.拉深系數(shù)的選擇拉深系數(shù)：拉深變形后制件的直徑與其毛坯直徑之比稱為拉深系數(shù)，用m表示。保證危險(xiǎn)斷面不被拉裂的拉深系數(shù)的最小值又稱為極限拉深系數(shù)，一般極限拉深系數(shù)取0.5-0.8。坯料塑性差選上限值，塑性好可選下限值。表3.123.拉深次數(shù)的確定拉深次數(shù)：受極限拉深系數(shù)的限制，所需要的拉深不能一次完成而需要分幾次逐步成形，這次數(shù)就稱為拉深次數(shù)。（1）沖模的結(jié)構(gòu)組成和作用

一副完整的沖模應(yīng)由工作零件、定位零件、卸料零件、導(dǎo)向零件、基礎(chǔ)零件及緊固零件六大部分組成。（2）沖模的種類

按照沖模完成的工序性質(zhì)可分為沖孔模、落料模、彎曲模、拉深模等，按其工序的組合程度又可分為簡(jiǎn)單模、連續(xù)模和復(fù)合模三大類。3.3.4沖模的分類與構(gòu)造play簡(jiǎn)單模演示連續(xù)模.swf演示復(fù)合模演示3.4塑性成形加工件的結(jié)構(gòu)工藝性自由鍛件的結(jié)構(gòu)