§7.1鍛壓概述§7.2塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響§7.3金屬的可鍛性§7.4鍛造§7.5沖壓項(xiàng)目7鍛壓加工§7.6現(xiàn)代塑性加工與發(fā)展趨勢(shì)技能目標(biāo)1．能分析金屬的鍛造性能及影響因素，并能根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際選擇鍛壓方法，制訂簡(jiǎn)單零件的自由鍛工藝規(guī)程。2．能分析沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性。思政目標(biāo)1．以鍛造國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)為切入點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生對(duì)中國(guó)制造的自信，積極投身專業(yè)發(fā)展。2.以沖壓成形助力中國(guó)打造靚麗的高鐵名片為切入點(diǎn)，了解自主創(chuàng)新的中國(guó)智慧，激發(fā)學(xué)生的鉆研探索精神。金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的生產(chǎn)方法。

鍛壓是鍛造和沖壓的總稱，都屬于壓力加工方法。相對(duì)于鑄造成形來(lái)說(shuō)，鍛壓成形在加工過(guò)程中可壓合缺陷，細(xì)化晶粒，使零件的力學(xué)性能提高，是金屬材料不可或缺的毛坯制造工藝之一。7.1鍛壓概述1.金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)ττττ2.鍛壓方法上砥鐵下砥鐵坯料拉拔模坯料擠壓模擠壓筒坯料凸模鍛壓的缺點(diǎn)鍛件形狀不能太復(fù)雜；一般自由鍛的精度不高，模鍛的模具和設(shè)備費(fèi)用較高。3.鍛壓特點(diǎn)鍛壓的優(yōu)點(diǎn)組織致密；晶粒細(xì)化；壓合鑄造缺陷；使纖維組織合理分布。節(jié)約材料力學(xué)性能高，承載能力提高；減少零件制造中的金屬消耗（與切削加工相比）。力學(xué)性能高4.鍛壓加工的應(yīng)用

鍛壓加工廣泛用于汽車(chē)、拖拉機(jī)、宇航、軍工、電器、橋梁、建筑等領(lǐng)域。凡是承受重載荷、對(duì)強(qiáng)度和韌性要求較高的重要零件，如機(jī)器的主軸、曲軸、齒輪、連桿、炮筒、起重吊鉤等都采用鍛件作毛坯。沖壓件主要用于電器、儀表、汽車(chē)、日用品的生產(chǎn)。軋制、擠壓和拉拔主要用于各種型材、線材、板材等的生產(chǎn)。7.2塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響冷變形強(qiáng)化（加工硬化）：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。7.2.1冷變形強(qiáng)化加工硬化的后果及應(yīng)用：強(qiáng)化金屬的一個(gè)重要途徑某些冷加工工藝能夠進(jìn)行的重要途徑可提高構(gòu)件在使用過(guò)程中的安全性塑性變形時(shí)，可使進(jìn)一步加工困難目的：消除殘余應(yīng)力或恢復(fù)其某些性能（如提高塑性、韌性，降低硬度等）。過(guò)程：對(duì)冷塑性變形的金屬進(jìn)行加熱，隨著溫度的升高，依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。本質(zhì)：加熱導(dǎo)致原子擴(kuò)散。7.2.2回復(fù)及再結(jié)晶加熱溫度對(duì)冷塑性變形金屬組織和性能的影響冷變形金屬加熱時(shí)，在光學(xué)顯微組織發(fā)生改變前（即再結(jié)晶晶粒形成前）所產(chǎn)生的某些亞結(jié)構(gòu)和性能的變化過(guò)程。機(jī)理：加熱溫度不太高，原子擴(kuò)散能力較低，原子只能作短距離擴(kuò)散，使某些晶體缺陷相互抵消，導(dǎo)致缺陷數(shù)量減少，晶格畸變程度減輕。應(yīng)用：在較低溫度下加熱，使加工硬化金屬的內(nèi)應(yīng)力基本消除，同時(shí)又保持其機(jī)械性能。這叫做去應(yīng)力退火。如冷拔鋼絲，在250℃～300℃低溫加熱，以消除內(nèi)應(yīng)力使其定型。溫度：T回

=0.3T熔1.回復(fù)

冷變形金屬在一定溫度保溫后，變形組織中重新產(chǎn)生無(wú)畸變的新晶粒，性能也發(fā)生明顯變化，并完全軟化，這個(gè)過(guò)程稱為再結(jié)晶。再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力是冷變形所產(chǎn)生的儲(chǔ)存能，隨著儲(chǔ)存能的釋放，應(yīng)變能也逐漸降低。新的無(wú)畸變等軸晶粒的形成及長(zhǎng)大，使之在熱力學(xué)上變得更加穩(wěn)定。2.再結(jié)晶沒(méi)有恒定的轉(zhuǎn)變溫度。一般定義：經(jīng)過(guò)嚴(yán)重冷變形（變形度在70%以上）的金屬，保溫一小時(shí)能夠完成再結(jié)晶（>95%轉(zhuǎn)變量）的溫度。與熔點(diǎn)之間存在：T再

=0.4T熔

再結(jié)晶退火：把冷變形金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，使其發(fā)生再結(jié)晶的處理過(guò)程。

生產(chǎn)中，采用再結(jié)晶退火來(lái)消除經(jīng)冷變形加工產(chǎn)品的加工硬化和各向異性，提高其塑性。

在冷變形加工過(guò)程中間，進(jìn)行再結(jié)晶退火，可恢復(fù)塑性，便于繼續(xù)加工。再結(jié)晶溫度：再結(jié)晶的應(yīng)用：

冷變形金屬剛剛結(jié)束再結(jié)晶時(shí)的晶粒是比較細(xì)小均勻的等軸晶粒，如果再結(jié)晶后不控制其加熱溫度或時(shí)間，繼續(xù)升溫或保溫，晶粒之間便會(huì)相互吞并而長(zhǎng)大，這一階段稱為晶粒長(zhǎng)大。

晶粒長(zhǎng)大是自發(fā)過(guò)程。3.晶粒長(zhǎng)大T再冷變形熱變形以上以下

熱加工——在再結(jié)晶溫度以上的加工過(guò)程冷加工——在再結(jié)晶溫度以下的加工過(guò)程如鉛的再結(jié)晶溫度低于室溫，因此在室溫下對(duì)鉛進(jìn)行塑性加工屬于熱加工。而鎢的再結(jié)晶溫度約為1200℃，所以即使在1000℃拉制鎢絲也屬于冷加工。7.2.3冷加工和熱加工7.2.4鍛造流線與鍛造比在熱變形過(guò)程中，材料內(nèi)部的夾雜物及其它非基體物質(zhì)。沿塑性變形方向所形成的流線組織，稱為纖維（流線）組織。（1）在平行于纖維組織的方向上：材料的抗拉強(qiáng)度提高（2）在垂直于纖維組織的方向上：材料的抗剪強(qiáng)度提高鍛造比：

Y=F坯/F鍛Y=H坯/H鍛拔長(zhǎng)：鐓粗：

一般，Y=2~5時(shí)，在變形金屬中開(kāi)始形成纖維組織，縱向的強(qiáng)度、塑性和韌性提高；橫向（垂直纖維方向）同類性能下降，力學(xué)性能出現(xiàn)各向異性。Y>5時(shí)，力學(xué)性能不再提高，各向異性則進(jìn)一步增加。金屬的可鍛性是金屬材料在壓力加工時(shí)成形的難易程度?？慑懶缘暮饬恐笜?biāo)（1）塑性：（2）變形抗力：材料的塑性越好，其可鍛性越好。材料的變形抗力越小，其可鍛性越好。1.金屬的化學(xué)成分：含碳量越低，金屬的可鍛性越好；Me越低，材料的可鍛性越好。2.金屬的組織狀態(tài)：純金屬和固溶體具有良好的可鍛性。

7.3金屬的可鍛性7.3.1金屬的內(nèi)在因素7.3.2金屬的變形條件1.變形溫度：3.應(yīng)力狀態(tài)：2.變形速度：塑性、變形抗力塑性變形抗力T溫越高，材料的可鍛性越好。V變?cè)叫?，材料的可鍛性越好。三向壓?yīng)力—塑性最好、變形抗力最大。三向拉應(yīng)力—塑性最差、變形抗力最大。始鍛溫度：過(guò)熱、過(guò)燒

缺陷終鍛溫度：加工硬化7.4鍛造

在沖擊力或靜壓力的作用下，使熱錠或熱坯產(chǎn)生局部或全部的塑性變形，獲得所需形狀、尺寸和性能的鍛件的加工方法稱為鍛造。鍛造方法包括自由鍛、模鍛、胎膜鍛。7.4.1自由鍛造借助鍛壓設(shè)備上下砧塊的壓力使坯料成形的壓力加工方法，在鍛造過(guò)程中，金屬沿垂直于作用力的方向上自由變形。自由鍛的優(yōu)點(diǎn)：（1）自由鍛靈活性大，工具簡(jiǎn)單且通用性強(qiáng)，生產(chǎn)周期短，成本低。（2）可鍛造各種重量的鍛件，對(duì)大型鍛件，它是唯一方法。（3）自由鍛比模鍛所需的設(shè)備噸位小。自由鍛的缺點(diǎn)：（1）鍛件的形狀和尺寸完全靠鍛工的操作技術(shù)來(lái)保證，尺寸精度低，加工余量大，材料消耗多。（2）鍛件形狀比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，只適用于單件或小批量生產(chǎn)。1.自由鍛設(shè)備鍛錘壓力機(jī)空氣錘蒸汽—空氣錘水壓機(jī)油壓機(jī)65~750Kg630Kg~5T落下部分總重量=活塞+錘頭+錘桿滑塊運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)時(shí)所產(chǎn)生的最大壓力鍛錘噸位=壓力機(jī)噸位=基本工序—完成鍛件基本變形和成形的工序。H完全礅粗局部礅粗，S1.25≤H0/D0≤2.5（3）沖孔：（4）彎曲：（5）扭轉(zhuǎn)：（6）錯(cuò)移：（1）礅粗：（2）拔長(zhǎng)：，

SL2.自由鍛基本工序自由鍛基本工序模型鍛造—將金屬坯料放在具有一定形狀的模鍛模膛內(nèi)受壓、變形，獲得鍛件的方法。特點(diǎn)：1）生產(chǎn)率高；2）鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量高；3）材料利用率高；4）可鍛造形狀較復(fù)雜的零件；5）模具成本高、設(shè)備昂貴；6）鍛件不能任意大。一般不得超過(guò)150kg。7.4.2模型鍛造

模鍛按其鍛造設(shè)備的不同，又分為錘上模鍛、壓力機(jī)模鍛和平鍛機(jī)模鍛等。鍛模模膛飛邊槽橋部倉(cāng)部—形成鍛件基本形狀和尺寸的空腔?！菁{多余的金屬?！黾咏饘倭鲃?dòng)的阻力，促使金屬充滿模膛。鍛模一般是整體多用楔塊定位，一般不用螺栓，容易松動(dòng)。1.鍛模結(jié)構(gòu)與模膛模膛模鍛模膛制坯模膛終鍛模膛預(yù)鍛模膛延伸模膛滾壓模膛彎曲模膛切斷模膛2.模膛的分類7.4.3胎模鍛利用自由鍛設(shè)備在活動(dòng)模具上生產(chǎn)模鍛件的方法。1.扣模2.筒模3.合模應(yīng)用：沒(méi)有模鍛設(shè)備的中、小型鍛件的批量生產(chǎn)。7.4.4鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性1.自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性（1）盡量避免圓錐面、斜面過(guò)渡，而改用圓柱面、平面過(guò)渡。（2）避免兩曲面截交，至少保證有一平面。（3）盡量避免內(nèi)側(cè)出現(xiàn)凸凹面，應(yīng)改為整體實(shí)心。（4）避免出現(xiàn)加強(qiáng)筋，采用其他加固方法。2.模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性

（1）模鍛件的形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單對(duì)稱，盡量使鍛件容易地充滿模膛并從模膛中順利取出。

（2）模鍛零件必須具有一個(gè)合理的分模面，以保證鍛件易于鍛造，并且輔料最少，如圖所示。

（3）盡量避免有高的突起、薄壁以及深的凹陷。這些結(jié)構(gòu)不易充型，難以鍛造。利用沖模對(duì)金屬板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形獲得所需零件的工藝方法。冷沖壓：t<8mm7.5沖壓剪床：沖床：下料設(shè)備1）斜刃剪2）平刃剪3）圓盤(pán)剪沖壓設(shè)備1）開(kāi)式?jīng)_床2）閉式?jīng)_床沖壓設(shè)備

沖床用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩大類基本沖壓工序，即分離工序和變形工序，是沖壓的基本設(shè)備。7.5.1沖壓的特點(diǎn)

（1）可生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件，材料的利用率高，一般可達(dá)70—80%。

（2）零件精度高、表面粗糙度低、互換性好。

（3）零件的強(qiáng)度高、剛度好。

（4）適應(yīng)性強(qiáng)，金屬及非金屬均可用沖壓方法加工，零件可大可小。

（5）操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高，便于機(jī)械化和自動(dòng)化。

（6）模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，不適于單件小批量生產(chǎn)，只有大批量生產(chǎn)才能充分體現(xiàn)其優(yōu)越性。

沖壓廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)、拖拉機(jī)、航空、電器儀表、家電及國(guó)防制造業(yè)中，特別在大批量生產(chǎn)中占有極其重要的地位。7.5.2分離工序使坯料的一部分相對(duì)另一部分產(chǎn)生分離的工序。（沖孔、落料、修正、剪切、切邊等）1.沖裁（落料、沖孔）1）沖裁的變形過(guò)程①?gòu)椥宰冃坞A段②塑性變形階段③斷裂、分離階段塑性變形階段彈性變形階段斷裂分離階段使坯料沿封閉輪廓分離的工序。12341塌角區(qū)2光亮帶區(qū)3剪裂帶區(qū)4毛刺2）沖裁模設(shè)計(jì)及沖裁工藝特點(diǎn)①凸凹模要具有鋒利的刃口②凸凹模間隙要合理Z雙邊間隙Z=（5%~10%）t③凸凹模刃口尺寸要正確落料：以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)D凹

=d落D凸=D凹

-ZD凸

=d孔D凹=D凸

+Z沖孔：以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)④排樣要合理排樣：沖裁件在板料上的布置方式。有接邊排樣少無(wú)接邊排樣123）沖裁力k—安全系數(shù)（1.3）L—沖裁件周邊長(zhǎng)度（mm）

—

坯料的抗剪強(qiáng)度（N/mm2）t—坯料厚度（mm）（N）3.修整利用修整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。

IT9-IT7Ra=1.6-0.8цm2.剪切

剪切是使板料沿直線或不封閉輪廓相互分離的工序，通常作為備料工序。所用設(shè)備主要為剪床。D使坯料在凸模的作用下壓入凹模，獲得空心體零件的沖壓工序。1）拉深變形過(guò)程ddh1.拉深7.5.3變形工序使坯料的一部分相對(duì)一部分產(chǎn)生位移而不被破壞的工序。（拉深、彎曲、翻邊、成形等）①拉裂（拉穿）②起皺3）拉深模設(shè)計(jì)及工藝特點(diǎn)①凸凹模的工作部分必須具有一定的圓角；r凹=10tr凸=（0.6-1）r凹②凸凹模間隙要合理Z=（1.1-1.2）tZ—單邊間隙2）拉深廢品③控制拉深系數(shù)（m）m=d/D=（0.5-0.8）D=100d=20；h=42d1=55d2=3232/55=0.58d3=2020/32=0.628④設(shè)置壓邊圈⑤涂潤(rùn)滑油將平直板料彎成一定的角度或圓弧的工序。1）彎曲的變形特點(diǎn)①變形區(qū)域主要在圓角部位；②外層金屬受拉應(yīng)力，內(nèi)層金屬受壓應(yīng)力。2）彎曲缺陷彎裂回彈2.彎曲3）彎曲工藝特點(diǎn)①?gòu)澢霃絩≥rmin=（0.25-1）t；②毛刺應(yīng)位于內(nèi)側(cè)；③彎曲線應(yīng)盡量與坯料纖維方向垂直；④“回彈”問(wèn)題a）設(shè)計(jì)補(bǔ)償角b）對(duì)工件進(jìn)行退火c）設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋3.翻邊在帶孔的平坯料上用擴(kuò)孔的方法獲得凸緣的工序。4.脹形脹形是將拉伸件軸線方向上局部厚度變薄、直徑擴(kuò)大形成零件的成形工序。1.對(duì)沖裁件的要求（1）沖裁件的形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱，以便于排樣和減少?gòu)U料。應(yīng)避免長(zhǎng)槽與細(xì)長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)，否則制造模具困難。（2）沖裁件的內(nèi)、外轉(zhuǎn)角處，應(yīng)以圓弧連接，以避免尖角處應(yīng)力集中被沖模沖裂。（3）沖裁件的尺寸要考慮板厚。沖孔時(shí)，孔徑不得小于板厚，孔與孔、孔與邊界間的距離不能太小。7.5.4沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性2.對(duì)拉深件的要求（1）拉深件外形應(yīng)簡(jiǎn)單、對(duì)稱、容易成型；不宜直徑小而深度大，以便盡量減少拉深次數(shù)，減少所需模具數(shù)量，拉深件的最小允許半徑如圖所示。（2）拉深件的底部與側(cè)壁，凸緣與側(cè)壁應(yīng)有足夠的圓角，否則易拉裂。（3）拉深件的壁厚變薄量一般要求不應(yīng)超出拉伸工藝壁厚變化的規(guī)律（最大變薄率約在10%～18%左右）。3.對(duì)彎曲件的要求（1）彎曲件形狀應(yīng)盡量對(duì)稱，彎曲半徑不能小于材料允許的最小彎曲半徑，并應(yīng)考慮材料纖維方向，以免成型過(guò)程中彎裂。（2）彎曲邊過(guò)短不易彎成型，故應(yīng)使彎曲直邊高度H大于2倍板厚t，如圖所示。（3）彎曲帶孔件時(shí)，為避免孔的變形，孔的邊緣距彎曲中心應(yīng)有的距離L應(yīng)大于1.5～2倍的板厚，如圖所示。當(dāng)L過(guò)小時(shí)，可在彎曲線上沖工藝孔，如對(duì)零件孔的精度要求較高，則應(yīng)彎曲后再?zèng)_孔。7.6現(xiàn)代塑性加工與發(fā)展趨勢(shì)7.6.1現(xiàn)代塑性加工方法1.高速高能成形

一種在極短時(shí)間內(nèi)釋放高能量而使金屬變形的成形方法。

與常規(guī)成形方法相比，高速高能成形具有模具簡(jiǎn)單、零件精度高、表面質(zhì)量好、可提高材料的塑性變形能力以及利于采用復(fù)合工藝等特點(diǎn)。

（1）爆炸成形

爆炸成形是利用爆炸物質(zhì)在爆炸瞬間釋放出巨大的化學(xué)能，對(duì)金屬毛坯進(jìn)行加工的高速高能成形方法。