4.1金屬的塑性變形4.2鍛造4.3板料沖壓4.4擠壓、軋制、拉拔4.5特種塑性加工方法4.6塑性加工零件的結(jié)構(gòu)工藝性4.7塑性加工技術(shù)新進展思考題與習題鍛壓(forging)又稱為塑性加工(plasticworking)，是對坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形，從而既改變尺寸、形狀，又改善性能的一種用以制造機器零件、工件或毛坯的成型加工方法。鍛壓是鍛造(smithing)與沖壓(stamping)的總稱。塑性加工和其他加工相比，具有以下優(yōu)點：

(1)力學性能高。金屬坯料經(jīng)鍛造后，可彌合或消除金屬鑄錠內(nèi)部的氣孔、縮孔和粗大的樹枝狀晶粒等缺陷，并能細化金屬的鑄態(tài)組織。因此，與同種材質(zhì)的鑄件相比，它具有較高的力學性能。對于承受沖擊或交變應力的重要零件(如機床主軸、齒輪、曲軸和連桿等)，應優(yōu)先采用鍛件毛坯。

(2)節(jié)約金屬。鍛造生產(chǎn)與切削加工方法相比，減少了零件在制造過程中金屬的消耗，使得材料的利用率較高。另外，金屬坯料經(jīng)鍛造后，由于力學性能(如強度)的提高，在同等受力和工作條件下可以縮小零件的截面面積，減輕重量，從而節(jié)約金屬材料。

(3)生產(chǎn)率高。鍛造與切削加工相比，其生產(chǎn)率大大提高，使得生產(chǎn)成本降低。例如，用模鍛成型內(nèi)六角螺釘，其生產(chǎn)率比用切削加工方法約提高50倍。特別是對于大批量生產(chǎn)，鍛造具有顯著的經(jīng)濟效益。

(4)適應性廣。用鍛造能生產(chǎn)出小至幾克的儀表零件，大至上噸重的巨型鍛件。

但是鍛造也受到以下幾個方面的制約，如：鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性要求較高，對形狀復雜，特別是內(nèi)腔形狀復雜的零件或毛坯難以甚至不能鍛壓成型；通常鍛壓件(主要指鍛造毛坯)的尺寸精度不高，還需配合切削加工等方法來滿足精度要求；鍛造需要重型的機器設備和較復雜的模具，模具的設計制造周期長，初期投資費用高等?？傊?，鍛造以其獨特的優(yōu)越性獲得了廣泛的應用，凡承受重載荷、對強度和韌性要求高的機器零件，如機器的主軸、曲軸、連桿、重要齒輪、凸輪、葉輪及炮筒、槍管、起重吊鉤等，通常均采用鍛件作毛坯。

在機械制造生產(chǎn)過程中，常用的鍛壓分為六類，即自由鍛(opendieforging)、模鍛(dropforging)、擠壓(extrusion)、拉拔(drawing)、軋制(rolling)、板料沖壓(punching)。它們的成型方式、所用工具(或模具)的形狀和塑性變形區(qū)的特點如圖4-1所示。圖4-1常用的鍛壓加工方法(a)自由鍛；(b)模鍛；(c)擠壓；(d)拉拔；(e)軋制；(f)沖壓4.1.1金屬塑性變形的實質(zhì)

工業(yè)上常用的金屬材料都是由許多晶粒組成的多晶體。為了便于了解金屬塑性變形的實質(zhì)，首先討論單晶體的塑性變形。

1.單晶體的塑性變形

單晶體是指原子排列方式完全一致的晶體。單晶體塑性變形有滑移和孿生兩種方式，其中滑移是主要變形方式。

1)滑移(glide)

滑移是晶體內(nèi)一部分相對于另一部分，沿原子排列緊密的晶面作相對滑動。圖4-2是單晶體塑性變形過程示意圖。4.1金屬的塑性變形圖4-2單晶體塑性變形的過程圖4-2(a)是晶體未受到外界作用時，晶格內(nèi)的原子處于平衡位置的狀態(tài)；圖4-2(b)是當晶體受到外力作用時，晶格內(nèi)的原子離開原平衡位置，晶格發(fā)生彈性的變形，此時若將外力除去，則晶格將回復到原始狀態(tài)，此為彈性變形階段；圖4-2(c)是當外力繼續(xù)增加，晶體內(nèi)滑移面上的切應力達到一定值后，晶體的一部分相對于另一部分發(fā)生滑動，此現(xiàn)象稱為滑移，此時為彈塑性變形；圖4-2(d)是晶體發(fā)生滑移后，除去外力，晶體也不能全部回復到原始狀態(tài)，這就產(chǎn)生了塑性變形。晶體在滑移面(glideplane)上發(fā)生滑移，實際上并不是整個滑移面上的所有原子同時一起移動(即剛性滑移)，而是由晶體內(nèi)的位錯運動來實現(xiàn)的。位錯的類型很多，最簡單的是刃型位錯。在切應力作用下，刃型位錯線上面的兩列原子向右作微量移動，就可使位錯向右移動一個原子間距，如圖4-3所示。當位錯不斷運動滑移到晶體表面時，就實現(xiàn)了整個晶體的塑性變形，如圖4-4所示。由于滑移是通過晶體內(nèi)部的位錯運動來實現(xiàn)的，因此它所需要的切應力比剛性滑移時小得多。圖4-3位錯的運動圖4-4刃型位錯移動產(chǎn)生滑移示意圖

2)孿生(twin)

在切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分以一定的晶面(孿生面)產(chǎn)生一定角度的切變叫孿生，如圖4-5所示。晶體中未變形部分和變形部分的交界面稱為孿生面。金屬孿生變形所需要的切應力一般高于產(chǎn)生滑移變形所需要的切應力，故只有在滑移較困難的情況下才會發(fā)生孿生。如六方晶格由于滑移系(指滑移面與滑移方向的組合)少，因此比較容易發(fā)生孿生。圖4-5晶體的孿生(a)切變前；(b)切變后

2.多晶體的塑性變形

多晶體是由很多形狀、大小和位向不同的晶粒組成的，在多晶體內(nèi)存在著大量晶界。多晶體塑性變形是各個晶粒塑性變形的綜合結(jié)果。由于每個晶粒變形時都要受到周圍晶粒及晶界的影響和阻礙，故多晶體塑性滑移時的變形抗力要比單晶體高。

在多晶體內(nèi)，單就某一個晶粒來分析，其塑性變形方式與單晶體是一樣的，此外，在多晶體晶粒之間還有少量的相互移動和轉(zhuǎn)動，這部分塑性變形為晶間變形，如圖4-6所示。圖4-6多晶體的晶間變形示意圖(a)變形前；(b)變形后在晶界上的原子由于排列不規(guī)則，晶格畸變嚴重，所以也是各種缺陷和雜質(zhì)原子富集的地方。在常溫下晶界對滑移起阻礙作用。晶粒越細，晶界越多，對塑性變形的抗力就越大，金屬的強度也就越高。同時，由于晶粒越細，在一定體積的晶體內(nèi)晶粒數(shù)目就越多，變形就可以分散到更多的晶粒內(nèi)進行，使各晶粒的變形比較均勻，不致產(chǎn)生太大的應力集中，所以細晶粒金屬的塑性和韌性均較好。

要指出的一點是，在塑性變形過程中一定有彈性變形存在，當外力去除后，彈性變形部分將恢復，稱“彈復”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象對鍛件的變形和質(zhì)量有很大影響，必須采取工藝措施以保證產(chǎn)品質(zhì)量。4.1.2塑性變形對金屬組織及性能的影響

金屬的塑性變形可在不同的溫度下產(chǎn)生，由于變形時溫度不同，塑性變形將對金屬組織和性能產(chǎn)生不同的影響，主要表現(xiàn)在以下兩個方面。

1.加工硬化(或冷變形強化)

金屬在塑性變形中隨變形程度增大，金屬的強度、硬度升高，而塑性和韌性下降(圖4-7)。其原因是由于滑移面上的碎晶塊和附近晶格的強烈扭曲，增大了滑移阻力，使繼續(xù)滑移難以進行。這種隨變形程度增加，強度、硬度升高而塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化(workhardening)。在生產(chǎn)中，可以利用加工硬化來強化金屬性能；但加工硬化也使進一步的變形困難，給生產(chǎn)帶來一定麻煩。在實際生產(chǎn)中，常采用加熱的方法使金屬發(fā)生再結(jié)晶，從而再次獲得良好塑性。這種工藝操作叫再結(jié)晶退火(recrystallizationannealing)。圖4-7冷變形強化

2.回復(restoring)及再結(jié)晶(recrystallization)

冷變形強化是一種不穩(wěn)定現(xiàn)象，具有自發(fā)地回復到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向，但在室溫下，這種回復不易實現(xiàn)。當將金屬加熱至其熔化溫度的0.2～0.3倍時，晶粒內(nèi)扭曲的晶格將恢復正常，內(nèi)應力減少，冷變形強化部分消除，這一過程稱為回復，如圖4-8(b)所示?；貜蜏囟葹?/p>

T回＝(0.2～0.3)T熔

式中，T回為金屬的回復溫度(K)；T熔為金屬的熔點(K)。圖4-8金屬的回復和再結(jié)晶示意圖(a)塑性變形后的組織；(b)金屬回復后的組織；(c)再結(jié)晶組織當溫度繼續(xù)升高至其熔化溫度的0.4倍時，金屬原子獲得更多的熱能，開始以某些碎晶或雜質(zhì)為核心結(jié)晶成新的晶粒，從而消除全部冷變形強化現(xiàn)象。這一過程稱為再結(jié)晶，如圖4-8(c)所示。再結(jié)晶溫度為

T再＝0.4T熔

式中，T再為金屬的再結(jié)晶溫度(K)。

3．冷變形(colddeformation)和熱變形(hotdeformation)

金屬的塑性變形一般分為冷變形和熱變形兩種。在再結(jié)晶溫度以下的變形叫冷變形。變形過程中無再結(jié)晶現(xiàn)象，變形后的金屬只具有冷變形強化現(xiàn)象。所以在變形過程中變形程度不宜過大，以避免產(chǎn)生破裂。冷變形能使金屬獲得較高的硬度和低的表面粗糙度，生產(chǎn)中常用冷變形來提高產(chǎn)品的表面質(zhì)量和性能。

在再結(jié)晶溫度以上的變形叫熱變形。其間，再結(jié)晶速度大于變形強化速度，則變形產(chǎn)生的強化會隨時因再結(jié)晶軟化而消除，變形后金屬具有再結(jié)晶組織，從而消除冷變形強化痕跡。因此，在熱變形過程中，金屬始終保持低的塑性變形抗力和良好的塑性，塑性加工生產(chǎn)多采用熱變形來進行。

4．纖維組織(fibroustissue)

金屬壓力加工最原始的坯料是鑄錠，鑄錠經(jīng)熱變形后，其內(nèi)部的氣孔、縮松等被鍛合，使組織致密，晶粒細化，機械性能提高。同時，存在于鑄錠中的非金屬化合物夾雜，隨著晶粒的變形被拉長，在再結(jié)晶時，金屬晶粒形狀改變，而夾雜沿著被拉長的方向保留下來，形成了纖維組織。變形程度愈大，形成纖維組織愈明顯。

纖維組織使金屬在性能上具有方向性，對金屬變形后的質(zhì)量也有影響。纖維組織的穩(wěn)定性很高不能用熱處理方法加以消除，只能在熱變形過程中改變其分布方向和形狀。因此，在設計和制造零件時，應使零件工作時的最大正應力與纖維方向重合，最大切應力與纖維方向垂直，并使纖維沿零件輪廓分布而不被切斷，以獲得最好的機械性能。4.1.3金屬的鍛造性能

金屬的鍛造性能(forgingperformance)是指金屬經(jīng)受塑性加工時成型的難易程度。金屬的鍛造性能好，表明該金屬適于采用塑性加工方法成型。

金屬的鍛造性能常用金屬的塑性和變形抗力來綜合衡量，塑性越好，變形抗力越小，則金屬的鍛造性能越好；反之，則金屬的鍛造性能較差。金屬的鍛造性能取決于金屬的本質(zhì)和變形條件。

1.金屬的本質(zhì)

1)化學成分

一般純金屬的鍛造性能好于合金。碳鋼隨碳量分數(shù)的增加，鍛造性能變差。合金元素的加入會劣化鍛造性，合金元素的種類越多，含量越高，鍛造性越差。因此，碳鋼的鍛造性好于合金鋼；低合金鋼的鍛造性好于高合金鋼。另外，鋼中硫、磷含量較多也會使鍛造性能變差。

2)金屬組織

金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不同，其鍛造性能也有很大差別。純金屬與固溶體具有良好的鍛造性能，而碳化物的鍛造性能差。鑄態(tài)柱狀組織和粗晶結(jié)構(gòu)不如細小而又均勻的晶粒結(jié)構(gòu)的鍛造性能好。

2．變形條件

1)變形溫度

隨著溫度升高，金屬原子的動能升高，易于產(chǎn)生滑移變形，從而改善了金屬的鍛造性能。故加熱是塑性加工成型中很重要的變形條件。

對于鋼而言，當加熱溫度超過ACm或A線時，其組織轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏膴W氏體，鍛造性能大大提高。因此，適當提高變形溫度對改善金屬的鍛造性能有利。但溫度過高，會使金屬產(chǎn)生氧化、脫碳、過熱等缺陷，甚至使鍛件產(chǎn)生過燒而報廢，所以應該嚴格控制鍛造溫度范圍。鍛造溫度范圍是指始鍛溫度(開始鍛造的溫度)與終鍛溫度(停止鍛造的溫度)間的溫度范圍。它的確定以合金狀態(tài)圖為依據(jù)。例如，碳鋼的鍛造溫度范圍如圖4-9所示，始鍛溫度比ae線低200℃左右，終鍛溫度約為800℃。終鍛溫度過低，金屬的冷變形強化嚴重，變形抗力急劇增加，使加工難以進行，若強行鍛造，將導致鍛件破裂并報廢。而當始鍛溫度過高時，則會造成過熱、過燒等缺陷。圖4-9鍛造溫度

2)變形速度

變形速度即單位時間內(nèi)的變形程度，它對金屬鍛造性能的影響是復雜的。正由于變形程度增大，回復和再結(jié)晶不能及時克服冷變形強化現(xiàn)象，因此金屬表現(xiàn)出塑性下降、變形抗力增大，鍛造性能變壞。另一方面，金屬在變形過程中，消耗于塑性變形的能量有一部分轉(zhuǎn)化為熱能，使金屬溫度升高，這是金屬在變形過程中產(chǎn)生的熱效應現(xiàn)象。變形速度越大，熱效應現(xiàn)象越明顯，這使得金屬的塑性提高，變形抗力下降，鍛造性能也越好。如圖4-10所示，當變形速度在b和c附近時，變形抗力較小，塑性較高，鍛造性能較好。圖4-10變形速度對塑性及變形抗力的影響在一般塑性加工方法中，由于變形速度較低，熱效應不顯著。目前采用高速錘鍛造、爆炸成型等工藝來加工低塑性材料，可利用熱效應現(xiàn)象來提高金屬的鍛造性能，此時對應變形速度為圖4-10的c點附近。

3)應力狀態(tài)

金屬在經(jīng)受不同的方法進行變形時，所產(chǎn)生的應力大小和性質(zhì)是不同的。例如，擠壓變形時(圖4-11)金屬為三向受壓狀態(tài)；而拉拔時(圖4-12)金屬為兩向受壓、一向受拉的狀態(tài)。圖4-11三向受壓圖4-12兩向受壓實踐證明，在三個方向中壓應力的數(shù)目越多，金屬的塑性越好；拉應力的數(shù)目越多，金屬的塑性越差；而同號應力狀態(tài)下引起的變形抗力大于異號應力狀態(tài)下的變形抗力。當金屬內(nèi)部存在氣孔、小裂紋等缺陷時，在拉應力作用下缺陷處易產(chǎn)生應力集中，缺陷必將擴展，甚至達到破壞而使金屬失去塑性。壓應力使金屬內(nèi)部摩擦增大，變形抗力亦隨之增大，但壓應力使金屬內(nèi)部原子間距減小，使缺陷不易擴展，故金屬的塑性會增高。

綜上所述，金屬的鍛造性能既取決于金屬的本質(zhì)，又取決于變形條件。在塑性加工過程中，要力求創(chuàng)造最有利的變形條件，充分發(fā)揮金屬的塑性，降低變形抗力，使功耗最少，變形進行得充分，從而達到加工目的。4.2.1自由鍛

利用簡單工具和開放式模具(砧塊)直接使金屬坯料變形而獲得鍛件的工藝方法，稱自由鍛造。自由鍛造時，金屬僅有部分表面與工具或砧塊接觸，其余部分為自由變形表面，鍛件的形狀尺寸主要由人工操作來控制。適應性強，適用于各種大小的鍛件生產(chǎn)，而且是大型鍛件的唯一鍛造方法。由于采用通用設備和工具，故費用低，生產(chǎn)準備周期短。但自由鍛造的生產(chǎn)率低，工人勞動強度大，鍛件的精度差，加工余量大，因此自由鍛件在鍛件總量中所占的比重隨著生產(chǎn)技術(shù)的進步而日趨減少。自由鍛造也是大型鍛件的主要生產(chǎn)方法，在重型的冶金機械、動力機械、礦山機械、粉碎機械、鍛壓機械、船舶和機車制造工業(yè)中占有重要的地位。4.2鍛造自由鍛造分為手工鍛和機器自由鍛兩種。手工鍛是靠手掄鐵錘鍛打金屬使之成形，是最簡單的自由鍛。它是一種古老的鍛造工藝，在某些零星修理或農(nóng)具配件行業(yè)中仍然存在，但正逐漸被淘汰。機器自由鍛是在鍛錘或水壓機上進行。錘上自由鍛時金屬變形速度快，可以較長時間保持金屬的鍛造溫度，有利于鍛出所需要的形狀。錘上自由鍛主要用軋制或鍛壓過的鋼材作為坯料，用于生產(chǎn)小批量的中小型鍛件。水壓機上自由鍛的鍛壓速度較慢，金屬變形深入鍛坯內(nèi)部，主要用于鋼錠開坯和大鍛件(幾噸以上)制造，如冷、熱軋輥，低速大功率柴油機曲軸，汽輪發(fā)電機和汽輪機轉(zhuǎn)子，核電站壓力殼筒體和法蘭等，鍛件質(zhì)量可達250噸。

1．自由鍛設備及工具

自由鍛最常用的設備有空氣錘、蒸汽—空氣錘和水壓機。通常幾十千克的小鍛件采用空氣錘，兩噸以下的中小型鍛件采用蒸汽一空氣錘，大鍛件則應在水壓機上鍛造。自由鍛工具主要有夾持工具(圖4-13(a))、襯墊工具(圖4-13(b))、支持工具(鐵砧)等。圖4-13自由鍛工具(a)夾持工具；(b)襯墊工具

2．自由鍛基本工序

自由鍛的工序可分為三類：基本工序(使金屬產(chǎn)生一定程度的變形，以達到所需形狀和尺寸的工藝過程)、輔助工序(為使基本工序操作便利而進行的預先變形工序，如壓鉗口、壓棱邊等)、精整工序(用以減少鍛件表面缺陷，提高鍛件表面質(zhì)量的工序，如整形等)。

自由鍛造的基本工序有鐓粗、拔長、沖孔、切割、扭轉(zhuǎn)、彎曲等。實際生產(chǎn)中最常用的是鐓粗、拔長和沖孔三種。

1)鐓粗(heading)

鐓粗是在外力作用方向垂直于變形方向，使坯料高度減小而截面積增大的工序，如圖4-14(a)。若使坯料的部分截面積增大，叫做局部鐓粗，如圖4-14(b)、(c)、(d)所示。鐓粗主要用于制造高度小、截面大的工件(如齒輪、圓盤、法蘭等盤形鍛件)的毛坯或作為沖孔前的準備工序以及增加金屬變形量，提高內(nèi)部質(zhì)量的預備工序，也是提高鍛造比為下一步拔長的預備工序。

完全鐓粗時，坯料應盡量用圓柱形，且長徑比不能太大，端面應平整并垂直于軸線，鐓粗時的打擊力要足，否則容易產(chǎn)生彎曲、凹腰、歪斜等缺陷。圖4-14鐓粗和局部鐓粗

2)拔長(pulling)

拔長是縮小坯料截面積增加其長度的工序。拔長是通過反復轉(zhuǎn)動和送進坯料進行壓縮來實現(xiàn)的，是自由鍛生產(chǎn)中最常用的工序。拔長包括平砧拔長(圖4-15)、帶芯軸拔長(圖4-16(a))、芯軸上擴孔(圖4-16(b))。平砧拔長主要用于制造各類方、圓截面的軸、桿等鍛件。帶芯軸拔長及芯軸上擴孔主要用于制造空芯件，如炮筒、圓環(huán)、套筒等。圖4-15平砧拔長圖4-16帶芯軸拔長及芯軸上擴孔(a)芯軸上拔長；(b)芯軸上擴孔拔長時要不斷送進和翻轉(zhuǎn)坯料，以使變形均勻，每次送進的長度不能太大，避免坯料橫向流動增大，影響拔長效率。

3)沖孔(punching)

沖孔是利用沖頭在坯料上沖出通孔或不通孔的工序。一般鍛件通孔采用實心沖頭雙面沖孔(圖4-17)，先將孔沖到坯料厚度的2/3～3/4深，取出沖子，然后翻轉(zhuǎn)坯料，從反面將孔沖透。主要用于制造空心工件，如齒輪坯、圓環(huán)和套筒等。沖孔前坯料須鐓粗至扁平形狀，并使端面平整，沖孔時坯料應經(jīng)常轉(zhuǎn)動，沖頭要注意冷卻。沖孔偏心時，可局部冷卻薄壁處，再沖孔校正。

對于厚度較小的坯料或板料，可采用單面沖孔，如圖4-18所示。圖4-17雙面沖孔

圖4-18單面沖孔4.2.2模鍛

模鍛(dropforging)是利用模具使毛坯變形而獲得鍛件的鍛造方法。模鍛時坯料在模具模膛中被迫塑性流動變形，從而獲得比自由鍛質(zhì)量更高的鍛件。

與自由鍛相比，模鍛具有鍛件精度高，流線組織合理，力學性能高等優(yōu)點，而且生產(chǎn)率高，金屬消耗少，并能鍛出自由鍛難以成型的復雜鍛件。因此，在現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)中廣泛采用模鍛。但模鍛需用鍛造能力大的設備和價格昂貴的鍛模，而且每種鍛模只能加工一種鍛件，所以不適合于單件、小批量生產(chǎn)。另外，受設備噸位限制，模鍛件不能太大，一般質(zhì)量不超過150kg。

根據(jù)模鍛設備不同，模鍛可分為錘上模鍛、胎模鍛、壓力機上模鍛等。

1.錘上模鍛

錘上模鍛是指在蒸氣/空氣錘、高速錘等模鍛錘上進行的模鍛，其鍛模由開有模鏜的上下模兩部分組成，如圖4-19所示。模鍛時把加熱好的金屬坯料放進下模1的模膛中，開啟模鍛錘，錘頭4帶動上模2錘擊坯料，使其充滿模膛而形成鍛件。圖4-19錘上固定模鍛造坫形狀較復雜的鍛件往往需要用幾個模膛使坯料逐步變形，最后在終鍛模膛中得到鍛件的最終形狀。圖4-20所示為鍛造連桿用多膛鍛模示意圖。坯料經(jīng)拔長、滾壓、彎曲三個模膛制坯，然后經(jīng)預鍛和終鍛模膛制成帶有飛邊的鍛件，再在切邊模上切除飛邊即得合格鍛件。圖4-20多膛模鍛示意圖

2．胎模鍛

胎模鍛(blocker-typeforging)是在自由鍛設備上使用胎模生產(chǎn)模鍛件的工藝方法。通常用自由鍛方法使坯料初步成型，然后將坯料放在胎模模腔中終鍛成型。胎模一般不固定在錘頭和砧座上，而是用工具夾持，平放在鍛錘的下砧上。

胎模鍛雖然不及錘上模鍛生產(chǎn)率高，精度也較低，但它靈活，適應性強，不需昂貴的模鍛設備，所用模具也較簡單。因此，一些生產(chǎn)批量不大的中小型鍛件，尤其在沒有模鍛設備的中小型工廠中，廣泛采用自由鍛設備進行胎模鍛造。

胎模按其結(jié)構(gòu)分為扣模、套筒模(簡稱筒模)及合模三種類型。

(1)扣模。如圖4-21所示，用于非回轉(zhuǎn)體鍛件的扣形或制坯。

(2)筒模。為圓筒形鍛模，主要用于鍛造齒輪、法蘭盤等回轉(zhuǎn)體盤類鍛件。形狀簡單的鍛件，只用一個筒模就可進行生產(chǎn)(圖4-22)。對于形狀復雜的鍛件，則需要組合筒模，以保證從模內(nèi)取出鍛件(圖4-23)。圖4-21扣模圖4-22筒模

圖4-23組合筒模

(3)合模。合模通常由上模、下模組成，依靠導柱、導鎖定位，使上、下模對中，如圖4-24所示。合模主要用于生產(chǎn)形狀較復雜的非回轉(zhuǎn)體鍛件，如連桿、叉形鍛件等。

利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形，以獲得零件的加工方法稱為板料沖壓。板料沖壓通常在室溫下進行，故稱冷沖壓；只有當板料厚度超過8～10mm時才采用熱沖壓。板料沖壓具有下列特點：

(1)可以沖壓出形狀復雜的零件，廢料較少。

(2)產(chǎn)品具有足夠高的精度和較低的表面粗糙度，互換性能好。

(3)能獲得質(zhì)量輕、材料消耗少、強度和剛度較高的零件。

(4)沖壓操作簡單，工藝過程便于實現(xiàn)機械化自動化，生產(chǎn)率高，故零件成本低。圖4-24合模但沖模制造過程復雜，模具材料及制作成本高，只有大批量生產(chǎn)才能充分顯示其優(yōu)越性。沖壓工藝廣泛應用于汽車、飛機、農(nóng)業(yè)機械、儀表電器、輕工和日用品等工業(yè)部門。

板料沖壓所用的原材料要求在室溫下具有良好的塑性和較低的變形抗力。常用的金屬材料有低碳鋼、高塑性低合金鋼、銅、鋁、鈦及其合金的金屬板料、帶料等。還可以加工非金屬板料，如紙板、絕緣板、纖維板、塑料板、石棉板、硅橡膠板等。4.3板料沖壓4.3.1板料沖壓基本工序

沖壓生產(chǎn)中常用的設備有剪床和沖床等。剪床用來把板料剪切成一定寬度的條料，以供下一步的沖壓工序用。沖床用來實現(xiàn)沖壓工序，制成所需形狀和尺寸的成品零件。沖壓生產(chǎn)的基本工序有分離工序和變形工序兩大類。

1.分離工序

分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序，如切斷、落料、沖孔和修整等。

1)沖裁

沖裁是使坯料按封閉輪廓分離的工序，主要用于落料和沖孔。落料時，沖下的部分為成品，剩下部為廢料；沖孔則相反，沖下的部分為廢料，剩下部分為成品，如圖4-25所示。圖4-25沖裁示意圖(a)落料；(b)沖孔

2)切斷

切斷是用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進行分離的工序。剪刃安裝在剪床(或稱剪板機)上；而沖模是安裝在沖床上，多用于加工形狀簡單、精度要求不高的平板零件或下料。

3)修整

當零件精度和表面質(zhì)量要求較高時，在沖裁之后，常需進行修整。修整是利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔去除一薄層金屬，以消除沖裁件斷面上的毛刺和斜度，使之成為光潔平整的切面。如圖4-26所示。圖4-26修整工序簡圖

(a)外緣修整；(b)內(nèi)孔修整

2．變形工序

變形工序是使板料的一部分相對其另一部分在不破裂的情況下產(chǎn)生位移的工序，如彎曲、拉深、成型和翻邊等。

1)彎曲

彎曲是使坯料的一部分相對于另一部分彎成一定角度的工序?？衫孟鄳哪＞甙呀饘侔辶蠌澇筛鞣N所需的形狀，如圖4-27所示。圖4-27彎曲件示意圖

2)拉深

拉深是使平板坯料變形成為空心零件的工序。用拉深方法可以制成筒形、階梯形、錐形、球形、方盒形及其他不規(guī)則形狀的零件。圖4-28為幾種拉深件示意圖。

拉深過程如圖4-29所示，把直徑為D的平板坯料放在凹模上，在凸模作用下，板料被拉入凸、凹模的間隙中，形成空心件。當工件直徑d與坯料直徑D相差較大時，往往需多次拉深完成。d與D的比值(m＝d/D)稱為拉伸系數(shù)。圖4-28拉深件示意圖圖4-29拉深過程板料沖壓還可完成翻邊、脹形等其他工序。

3．沖壓件工藝過程舉例

在利用板料制造各種零件時，各種工序的選擇、工序順序的安排以及各工序應用次數(shù)的確定，都以產(chǎn)品零件的形狀和尺寸，每道工序中材料所允許的變形程度為依據(jù)。圖4-30所示為汽車消音器零件的沖壓工序。由于消音器筒口直徑與坯料直徑相差較大。根據(jù)坯料所允許的變形程度需三次拉深成型；零件底部的翻邊孔徑較大，只能在拉深后再沖孔，若先沖孔則拉深難以進行。筒底和外緣都可一次翻邊成型。圖4-30沖壓過程舉例4.3.2沖壓模具

沖壓模具簡稱沖模(punchdie)，是沖壓生產(chǎn)中必不可少的模具。沖模結(jié)構(gòu)合理與否對沖壓件質(zhì)量、沖壓生產(chǎn)的效率及模具壽命等都有很大的影響。沖?；旧峡煞譃楹唵螞_模、連續(xù)沖模和復合沖模三種。

1．簡單沖模

在沖床的一次行程中只完成一道工序的沖模為簡單沖模。圖4-31所示為落料用的簡單沖模。凹模2用壓板7固定在下模板4上，下模板用螺栓固定在沖床的工作臺上，凸模1用壓板6固定在上模板3上，上模板則通過模柄5與沖床的滑塊連接。因此，凸?？呻S滑塊作上下運動。為了使凸模向下運動能對準凹?？?，并在凸凹模之間保持均勻間隙，通常采用導柱12和套筒11的結(jié)構(gòu)。條料在凹模上沿兩個導板9之間送進，碰到定位銷10為止。凸模向下沖壓時，沖下的零件(或廢料)進入凹?？?，而條料則夾住凸模并隨凸模一起回程向上運動。條料碰到卸料板8時(固定在凹模上)被推下，這樣，條料繼續(xù)在導板間送進。重復上述動作，沖下第二個零件。圖4-31簡單沖模

2．連續(xù)沖模

沖床的一次行程中，在模具不同部位上同時完成數(shù)道沖壓工序的模具，稱為連續(xù)沖模(圖4-32)。工作時，定位銷2對準預先沖出的定位孔，上模向下運動，凸模1進行落料，凸模4進行沖孔。當上?；爻虝r，卸料板6從凸模上推下殘料。這時再將坯料7向前送進，執(zhí)行第二次沖裁。如此循環(huán)進行，每次送進距離由擋料銷控制。圖4-32連續(xù)沖模

3.復合沖模

沖床的一次行程中，在模具同一部位上同時完成數(shù)道沖壓工序的模具，稱為復合模(圖4-33)。復合模的最大特點是模具中有一個凸凹模1。凸凹模的外圓是落料凸模刃口，內(nèi)孔則成為拉深凹模。當滑塊帶著凸凹模向下運動時，條料首先在凸凹模1和落料凹模4中落料。落料件被下模當中的拉深凸模2頂住，滑塊繼續(xù)向下運動時，凹模隨之向下運動進行拉深。頂出器5和卸料器3在滑塊的回程中將拉深件9推出模具。復合模適用于產(chǎn)量大、精度高的沖壓件。圖4-33落料及拉深復合模4.4.1擠壓

擠壓(extrusion)是使坯料在擠壓筒中受強大的壓力作用而變形的加工方法。具有如下特點：

(1)擠壓時金屬坯料在三向壓應力狀態(tài)下變形，因此可提高金屬坯料的塑性。擠壓材料不但有鋁、銅等塑性較好的有色金屬，而且碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼及工業(yè)純鐵等也可以用擠壓工藝成型。在一定的變形量下某些高碳鋼，甚至高速鋼等也可進行擠壓。

4.4擠壓、軋制、拉拔

(2)可以擠壓出各種形狀復雜、深孔、薄壁、異型斷面的零件。

(3)零件精度高，表面粗糙度低。一般加工后的尺寸精度為IT6～IT7，表面粗糙度為Ra3.2～0.4，從而可達到少屑、無屑加工的目的。

(4)零件的力學性能好。擠壓變形后零件內(nèi)部的纖維組織是連續(xù)的，基本沿零件外形分布而不被切斷，從而提高了零件的力學性能。

(5)節(jié)約原材料，材料利用率可達70%，生產(chǎn)率也很高，可比其他鍛造方法高幾倍。

擠壓按擠壓模出口處的金屬流動方向和凸模運動方向的不同，可分為以下四種。

(1)正擠壓：擠壓模出口處的金屬流動方向與凸模運動方向相同(圖4-34)。

(2)反擠壓：擠壓模出口處的金屬流動方向與凸模運動方向相反(圖4-35)。圖4-34正擠壓圖4-35反擠壓

(3)復合擠壓：擠壓過程中，在擠壓模的不同出口處。一部分金屬的流動方向與凸模運動方向相同，而另一部分金屬流動方向與凸模方向相反(圖4-36)。

(4)徑向擠壓：擠壓模出口處的金屬流動方向與凸模運動方向成90°(圖4-37)。

除了上述擠壓方法外，還有一種靜液擠壓方法(圖4-38)。靜液擠壓時凸模與坯料不直接接觸，而是給液體施加壓力(壓力可達3000個大氣壓以上)，再經(jīng)液體傳給坯料，使金屬通過凹模而成型。靜液擠壓由于在坯料側(cè)面無一般擠壓產(chǎn)生的摩擦，因此變形較均勻，可提高一次擠壓的變形量。擠壓力也較其他擠壓方法小10%～50%。圖4-36復合擠壓圖4-37徑向擠壓圖4-38靜液擠壓靜液擠壓可用于低塑性材料，如鈹、鉭、鉻、鉬、鎢等金屬及其合金的成型。對常用材料可采用大變形量(不經(jīng)中間退火)一次擠成線材和型材。靜液擠壓法已用于擠制螺旋齒輪(圓柱斜齒輪)及麻花鉆等形狀復雜的零件。

擠壓是在專用擠壓機上進行的(有液壓式、曲軸式、肘桿式等)，也可在經(jīng)適當改進后的通用曲柄壓力機或摩擦壓力機上進行。4.4.2軋制

軋制(rolling)方法除了生產(chǎn)型材、板材和管材外，近年來也用于生產(chǎn)各種零件，所以在機械制造業(yè)中得到了越來越廣泛的應用。零件的軋制具有生產(chǎn)率高、質(zhì)量好、成本低，并可大量減少金屬材料消耗等優(yōu)點。

根據(jù)軋輥軸線與坯料軸線方向的不同，軋制分為縱軋、橫軋、斜軋等幾種。

1．縱軋

縱軋是軋輥軸線與坯料軸線互相垂直的軋制方法，包括各種型材軋制、輥鍛軋制、輾環(huán)軋制等。

1)輥鍛軋制

輥鍛軋制是把軋制工藝應用到鍛造生產(chǎn)中的一種新工藝。輥鍛是使坯料通過裝有圓弧形模塊的一對相對旋轉(zhuǎn)的軋輥時受壓而變形的生產(chǎn)方法(圖4-39)。它既可作為模鍛前的制坯工序，也可直接輥鍛鍛件。目前，成型輥鍛適用于生產(chǎn)以下三種類型的鍛件：

(1)扁斷面的長桿件，如扳手、活動扳手、鏈環(huán)等。圖4-39輥鍛示意圖(2)帶有不變形頭部而沿長度方向橫截面面積遞減的鍛件，如葉片等。葉片輥鍛工藝和鐵削舊工藝相比，材料利用率可提高4倍，生產(chǎn)率要提高2.5倍，而且葉片質(zhì)量大為提高。

(3)連桿成型輥鍛。國內(nèi)已有不少工廠采用輥鍛方法鍛制連桿，生產(chǎn)率高，簡化了工藝過程，但鍛件還需用其他鍛壓設備進行精整。

2)輾環(huán)軋制

輾環(huán)軋制是用來擴大環(huán)形坯料的外徑和內(nèi)徑，從而獲得各種環(huán)狀零件的軋制方法(圖4-40)。圖中驅(qū)動輥1由電動機帶動旋轉(zhuǎn)，利用摩擦力使坯料5在驅(qū)動輥1和芯輥2之間受壓變形。驅(qū)動輥還可由油缸推動作上下移動，改變1、2兩輥間的距離，使坯料厚度逐漸變小、直徑增大。導向輥3用以保持坯料正確運送。信號輥4用來控制環(huán)件直徑。當環(huán)坯直徑達到需要值與輥4接觸時，信號輥旋轉(zhuǎn)傳出信號，使輥1停止工作。圖4-40輾環(huán)軋制示意圖用這種方法生產(chǎn)的環(huán)類件，其橫截面可以是各種形狀，如火車輪箍、軸承座圈、齒輪及法蘭等。

2．橫軋

橫軋是軋輥軸線與坯料軸線互相平行的軋制方法，如齒輪軋制等。

齒輪軋制是一種無屑或少屑加工齒輪的新工藝。直齒輪和斜齒輪均可用熱軋法制造(圖4-41)。在軋制前將毛坯外緣加熱，然后將帶齒形的軋輪1做徑向進給，迫使軋輪與毛坯2對輾。在對輾過程中，毛坯上一部分金屬受壓形成齒谷，相鄰部分的金屬被軋輪齒部“反擠”而上升，形成齒頂。圖4-41熱軋齒輪示意圖

3．斜軋

斜軋亦稱螺旋斜軋。它是軋輥軸線與坯料軸線相交一定角度的軋制方法，如鋼球軋制(圖4-42(a))、周期軋制(圖4-42(b))、冷軋絲杠等。

螺旋斜軋采用兩個帶有螺旋型槽的軋輥，它們互相交叉成一定角度，并做同方向旋轉(zhuǎn)，使坯料在軋輥間既繞自身軸線轉(zhuǎn)動，又向前進，同時受壓變形獲得所需產(chǎn)品。

螺旋斜軋鋼球(圖4-42(a))使棒料在軋輥間螺旋型槽里受到軋制，并被分離成單球。軋輥每轉(zhuǎn)一周即可軋制出一個鋼球。軋制過程是連續(xù)的。

螺旋斜軋可以直接熱軋帶螺旋線的滾刀及冷軋絲杠等。圖4-42螺旋斜軋4.4.3拉拔

拉拔(drawing)是將金屬坯料通過拉拔模的?？资蛊渥冃蔚乃苄约庸し椒?圖4-43)。

拉拔過程中坯料在拉拔模內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，通過拉拔模后，坯料的截面形狀和尺寸與拉拔模?？壮隹谙嗤?。因此，改變拉拔模?？椎男螤詈统叽?，即可得到相應的拉拔成型的產(chǎn)品。

目前的拉拔形式主要有線材拉拔、棒料拉拔、型材拉拔和管材拉拔。圖4-43拉拔示意圖線材拉拔主要用于各種金屬導線，工業(yè)用金屬線以及電器中常用的漆包線的拉制成型。此時的拉拔也稱為“拉絲”。拉拔生產(chǎn)的最細的金屬絲直徑可達0.01?mm以下。線材拉拔一般要經(jīng)過多次成型，且每次拉拔的變形程度不能過大，必要時要進行中間退火，否則將使線材拉斷。

拉拔生產(chǎn)的棒料可有多種截面形狀，如圓形、方形、矩形、六角形等。

型材拉拔多用于特殊截面或復雜截面形狀的異形型材(圖4-44)生產(chǎn)。異形型材拉拔時，坯料的截面形狀與最終型材的截面形狀差別不宜過大。差別過大時，會在型材中產(chǎn)生較大的殘余應力，導致裂紋以及沿型材長度方向上的形狀畸變。

管材拉拔以圓管為主，也可拉制橢圓形管、矩形管和其他截面形狀的管材。管材拉拔后管壁將增厚。當不希望管壁厚度變化時，拉拔過程中要加芯棒。需要管壁厚度變薄時，也必須加芯棒來控制壁管的厚度(圖4-45)。

拉拔模在拉拔過程中會受到強烈的摩擦，生產(chǎn)中常采用耐磨的硬質(zhì)合金(有時甚至用金剛石)來制做，以確保其精度和使用壽命。圖4-44拉拔型材截面形狀圖4-45管材拉拔(a)不加芯棒；(b)加芯棒4.5.1超塑性成型

超塑性(superplasticity)是指金屬或合金在特定條件下，極低的形變速率(ε＝10－2～10－4l/S)、一定的變形溫度和均勻的細晶粒度(晶粒平均直徑為0.2～5μm)條件下，其相對延伸率δ超過100%的特性，如鋼超過500%、鈦超過300%、鋅鋁合金超過1000%。

超塑性狀態(tài)下的金屬在拉伸變形過程中不產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，變形應力可比常態(tài)下金屬的變形力低百分之幾十。因此該金屬極易成型，可采用多種工藝方法制出復雜零件。

目前常用的超塑性成型材料主要是鋅鋁合金、鋁基合金、鈦合金及高溫合金。4.5特種塑性加工方法圖4-46超塑性板料拉深(a)拉深過程；(b)工件

1．超塑性成型工藝的應用

(1)板料沖壓。如圖4-46所示，零件直徑d0較小，但高度H很高。選用超塑性材料可以一次拉深成型，質(zhì)量很好，零件性能無方向性。圖4-46(a)為拉深成型示意圖。

(2)板料氣壓成型。如圖4-47所示，超塑性金屬板料放于模具內(nèi)，把板料與模具一起加熱到規(guī)定溫度，向模具內(nèi)充入壓縮空氣或抽出模具內(nèi)的空氣形成負壓，板料將貼緊在凹?；蛲鼓Ｉ?，獲得所需形狀的工件。該方法可加工的板料厚度為0.4～4mm。圖4-47板料氣壓成型

(a)凹模內(nèi)成型；(b)凸模上成型

(3)擠壓和模鍛。高溫合金及鈦合金在常態(tài)下塑性很差，變形抗力大，不均勻變形引起各向異性的敏感性強，用通常的成型方法較難成型，材料損耗極大，致使產(chǎn)品成本很高。如果在超塑性狀態(tài)下進行模鍛，就可完全克服上述缺點，節(jié)約材料，降低成本。

2．超塑性模鍛工藝特點

超塑性模鍛工藝具有以下特點：

(1)擴大了可鍛金屬材料種類。如過去只能采用鑄造成型的鎳基合金，現(xiàn)在則可以進行超塑性模鍛成型。

(2)金屬填充模膛的性能好，可鍛出尺寸精度高、機械加工余量小甚至不用加工的零件。

(3)能獲得均勻細小的晶粒組織，零件力學性能均勻一致。

(4)金屬的變形抗力小，可充分發(fā)揮中、小設備的作用。4.5.2高能率成型

高能率成型(high-energyrateforming)是一種在極短時間內(nèi)釋放高能量而使得金屬變形的成型方法，主要包括爆炸成型、電液成型和電磁成型等幾種形式。

1．爆炸成型

爆炸成型(explosionforming)是利用爆炸物質(zhì)在爆炸瞬間釋放出巨大的化學能對金屬坯料進行加工的高能率成型方法。

爆炸成型時，爆炸物質(zhì)的化學能在極短時向內(nèi)轉(zhuǎn)化為周圍介質(zhì)(空氣或水)中的高壓沖擊波，并以脈沖波的形式作用于坯料，使其產(chǎn)生塑性變形并以一定速度貼模，從而完成整個成型過程。沖擊波對坯料的作用時間為微秒級，僅占坯料變形時間的一小部分。這種高速變形條件，使爆炸成型的變形機理及過程與常規(guī)沖壓加工有著根本性的差別。爆炸成型裝置如圖4-48所示。圖4-48爆炸拉深裝置爆炸成型的主要特點如下：

(1)模具簡單，僅用凹模即可，節(jié)省模具材料，降低成本。

(2)簡化設備。一般情況下，爆炸成型無需使用沖壓設備，生產(chǎn)條件簡化。

(3)能提高材料的塑性變形能力，適用于塑性差的難成型材料。

(4)適于大型零件成型。用常規(guī)方法加工大型零件，往往受到模具尺寸和設備廠作臺面的限制，而爆炸成型不需專用設備，且模具及工裝制造簡單，周期短，成本低。

爆炸成型目前主要用于板材的拉深、脹形、校形等成型工藝。此外還常用于爆炸焊接、表面強化、管件結(jié)構(gòu)的裝配、粉末壓制等方面。2．電液成型

電液成型(electro-hydraulicforming)是利用液體中強電流脈沖放電所產(chǎn)生的強大沖擊波對金屬進行加工的高能率成型方法。

電液成型裝置的基本原理如圖4-49所示。該裝置由兩部分組成，即充電回路和放電回路。充電回路主要由升壓變壓器1、整流器2及充電電阻3組成。放電回路主要由電容器4、輔助間隙5及電極9組成。來自網(wǎng)路的交流電經(jīng)升壓變壓器及整流器后變?yōu)楦邏褐绷麟姴⑾螂娙萜?充電。當充電電壓達到所需值后，點燃輔助間隙，高壓電瞬時加到兩放電電極所形成的主放電間隙上，并使主間隙擊穿，產(chǎn)生高壓放電，在放電回路中形成非常強大的沖擊電流，結(jié)果在電極周圍介質(zhì)中形成沖擊波及液流沖擊而使金屬坯料成型。圖4-49電液成型原理圖電液成型除了具有模具簡單、零件精度高、能提高材料塑性變形能力等特點外，與爆炸成型相比，電液成型時能量易于控制，成型過程穩(wěn)定，操作方便，生產(chǎn)率高，便于組織生產(chǎn)。

電液成型主要用于板材的拉深、脹形、翻邊、沖裁等。

3．電磁成型

電磁成型(electromagneticforming)是利用脈沖磁場對金屬坯料進行塑性加工的高能率成型方法。電磁成型裝置原理如圖4-50所示。通過放電磁場與感應磁場的相互疊加，產(chǎn)生強大的磁場力，使金屬坯料變形。與電液成型裝置原理比較可見，除放電元件不同外，其他都是相同的。電液成型的放電元件為水介質(zhì)中的電極，而電磁成型的放電元件為空氣中的線圈。

電磁成型除具有一般的高能成型特點外，還無需傳壓介質(zhì)，可以在真空或高溫條件下成型，能量易于控制，成型過程穩(wěn)定，再現(xiàn)性強，生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)機械化和自動化。

電磁成型典型工藝主要有管坯脹形(圖4-51(a))、管坯縮頸(圖4-51(b))及平板坯料成型(圖4-51(c))。此外，在管材的縮口、翻邊、壓印、剪切及裝配、聯(lián)接等方面也有較多應用。圖4-50電磁成型裝置原理圖圖4-51電磁成型典型加工方法(a)管坯脹形；(b)管坯縮頸；(c)平板坯料成型4.5.3液態(tài)模鍛

液態(tài)模鍛是將一定量的液態(tài)金屬直接注入金屬模膛，隨后在壓力的作用下，使處于熔融或半熔融狀態(tài)的金屬液發(fā)生流動并凝固成型，同時伴有少量塑性變形，從而獲得毛坯或零件的加工方法。

液態(tài)模鍛典型工藝流程如圖4-52所示。一般分為金屬液和模具準備、澆注、合模施壓以及開模取件四個步驟。液態(tài)模鍛工藝的主要特點如下：

(1)成型過程中，液態(tài)金屬自始至終承受等靜壓，在壓力下完成結(jié)晶凝固。

(2)已凝固金屬在壓力作用下產(chǎn)生塑性變形，使制件外表面緊貼模膛，保證尺寸精度。

(3)液態(tài)金屬在壓力作用下，凝固過程中能得到強制補縮，比壓鑄件組織致密。

(4)成型能力高于固態(tài)金屬熱模鍛，可成型形狀復雜的鍛件。圖4-52液態(tài)模鍛工藝流程(a)熔化；(b)澆注；(c)加壓；(d)頂出適用于液態(tài)模鍛的材料非常多，不僅有鑄造合金，而且變形合金，有色金屬及黑色金屬的液態(tài)模鍛也已大量應用。

液態(tài)模鍛適用于各種形狀復雜、尺寸精確的零件制造，在工業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛。如活塞、炮彈引信體、壓力表殼體、波導彎頭、汽車油泵殼體、摩托車零件等鋁合金零件；齒輪、蝸輪、高壓閥體等銅合金零件；鋼法蘭、鋼彈頭、鑿巖機缸體等碳鋼、合金鋼零件。4.5.4粉末鍛造

粉末鍛造通常是指將粉末燒結(jié)的預成型坯經(jīng)加熱后，在閉式模中鍛造成零件的成型工藝方法。它是將傳統(tǒng)的粉末冶金和精密鍛造結(jié)合起來的一種新工藝，并兼有兩者的優(yōu)點?？梢灾迫∶芏冉咏牧侠碚撁芏鹊姆勰╁懠?，克服了普通粉末冶金零件密度低的缺點。使粉末鍛件的某些物理和力學性能達到甚至超過普通鍛件的水平。同時，又保持了普通粉末冶金少屑、無切屑工藝的優(yōu)點。通過合理設計預成型坯和實行少、無飛邊鍛造，具有成型精確，材料利用率高，鍛造能量消耗少等特點。圖4-53粉末鍛造的基本工藝過程粉末鍛造的目的是把粉末預成型坯鍛造成致密的零件。目前，常用的粉末鍛造方法有粉末鍛造、燒結(jié)鍛造、鍛造燒結(jié)和粉末冷鍛幾種，其基本工藝過程如圖4-53所示。粉末鍛造在許多領域都得到了應用，特別是在汽車制造業(yè)中的應用更為突出。表4-1給出了適于粉末鍛造工藝生產(chǎn)的汽車零件。表4-1適用于粉末鍛造工藝生產(chǎn)的汽車零件4.6.1自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性

設計自由鍛零件時，除滿足使用性能要求外，還必須考慮自由鍛設備和工具的特點，使鍛件的結(jié)構(gòu)符合自由鍛的工藝性，以達到便于鍛造、節(jié)約金屬，保證質(zhì)量、提高生產(chǎn)率的目的。

(1)鍛件上具有錐體或斜面結(jié)構(gòu)，必須使用專用工具，鍛造成型也比較困難，應盡量避免，如圖4-54所示。4.6塑性加工零件的結(jié)構(gòu)工藝性圖4-54錐體或斜面的結(jié)構(gòu)

(a)工藝性差的結(jié)構(gòu)；(b)工藝性好的結(jié)構(gòu)

(2)鍛件由幾個簡單幾何體構(gòu)成時，幾何體的交接處不應形成空間曲線，如圖4-55(a)所示結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)鍛造成型極為困難，應改成平面與圓柱、平面與平面相接(圖4-55(b))。

(3)自由鍛件上不應設計加強筋、凸臺、工字型截面或空間曲線形表面(圖4-56(a))，這種結(jié)構(gòu)難以用自由鍛方法獲得，可改成圖4-56(b)所示結(jié)構(gòu)。

(4)鍛件的橫截面積有急劇變化或形狀較復雜時(圖4-57(a))，應設計成由幾個簡單件構(gòu)成的組合體。每個簡單件鍛制成型后，再用焊接或機械連接方式構(gòu)成整個零件(圖4-57(b))。圖4-55桿類鍛件結(jié)構(gòu)

(a)工藝性差的結(jié)構(gòu)；(b)工藝性好的結(jié)構(gòu)圖4-56盤類鍛件結(jié)構(gòu)(a)工藝性差的結(jié)構(gòu)；(b)工藝性好的結(jié)構(gòu)圖4-57形狀復雜鍛件(a)工藝性差的結(jié)構(gòu)；(b)工藝性好的結(jié)構(gòu)4.6.2沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性

沖壓件結(jié)構(gòu)應具有良好的工藝性能，以減少材料消耗和工序數(shù)目，延長模具壽命，提高生產(chǎn)率，降低成本，并保證沖壓質(zhì)量。所以，沖壓件設計時，要考慮以下原則。

1.對沖裁件的要求

(1)落料件的外形和沖孔件的孔形應力求簡單、規(guī)則、對稱，排樣力求廢料最少。如圖4-58所示，圖(b)較圖(a)合理，材料利用率較高。圖4-58零件形狀便于合理排樣

(a)形狀不對稱，浪費材料；(b)形狀對稱，材料利用率高

(2)應避免長槽與細長懸臂結(jié)構(gòu)。圖4-59所示的落料件結(jié)構(gòu)工藝性差，模具制造困難，壽命低。

(3)沖孔及外緣凸凹部分尺寸不能太小，孔與孔以及孔與零件邊緣距離不宜過近，如圖4-60所示。圖4-59不合理的沖裁件結(jié)構(gòu)圖4-60沖孔件尺寸與板料厚的關系

2．對彎曲件的要求

(1)彎曲件形狀應盡量對稱，彎曲半徑不能太小，彎曲邊不宜過短，拐彎處離孔不宜太近。如圖4-61所示，彎曲時，應使零件的垂直壁與孔中心線的距離k＞r＋d/2，以防孔變形；彎曲邊高H應大于板厚的2倍(H＞2t)，過短不易彎成。

(2)應注意材料的纖維方向，盡量使坯料纖維方向與彎曲線方向垂直，以免彎裂，如圖4-62所示。圖4-61彎曲件上孔的位置和邊高圖4-62彎曲時的纖維方向

3．對拉深件的要求

(1)拉深件外形應簡單、對稱，且不宜太高，以減少拉伸次數(shù)并易于成型。

(2)拉深件轉(zhuǎn)角處圓角半徑不宜太小，最小許可半徑rmin與材料的塑性和厚度等因素有關，如圖4-63所示。

4．改進結(jié)構(gòu)，簡化工藝，節(jié)省材料

(1)對于形狀復雜的沖壓件，可先分別沖出若干個簡單件，再焊成整體件，如圖4-64所示。

(2)采用沖口工藝減少組合件，如圖4-65所示。圖4-63拉深件最小許可半徑圖4-64沖壓焊接結(jié)構(gòu)圖4-65沖口工藝的應用(a)鉚接結(jié)構(gòu)；(b)沖壓結(jié)構(gòu)

1．發(fā)展省力成型工藝

塑性加工工藝相對于鑄造、焊接工藝有產(chǎn)品內(nèi)部組織致密、力學性能好且穩(wěn)定的優(yōu)點。但是傳統(tǒng)的塑性加工工藝往往需要大噸位的壓力機，重型鍛壓設備的噸位已達萬噸級，相應的設備重量及初期投資非常大。實際上，塑性加工也并不是沿著大工件—大變形力—大設備—大投資這樣的邏輯發(fā)展下去的。

省力