金屬材料及加工工藝新編21世紀(jì)高等職業(yè)教育精品教材·裝備制造類

案例-軸類零件（要求：材料45，小批量）

使用要求：力學(xué)性能高

制坯工藝：鑄造？壓力加工

制件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：形狀較簡單。

力學(xué)性能要求高的零件通常是壓力加工制坯的，因?yàn)閴毫庸げ粌H能改變材料的形狀和尺寸，還可以改變性能。

壓力加工怎樣通過改變組織改變性能？通過什么指標(biāo)來判定材料的鍛壓性能？

能否獲得優(yōu)質(zhì)鍛件，即鍛件的質(zhì)量，和金屬材料的鍛造性能密切相關(guān)。任務(wù)引入：學(xué)習(xí)情境六鍛壓成型

任務(wù)1金屬材料的鍛造性能學(xué)習(xí)目標(biāo)：熟悉金屬壓力加工方法的特點(diǎn)掌握壓力加工生產(chǎn)的組織和性能變化熟悉影響材料鍛壓性能的因素本節(jié)重點(diǎn)：壓力加工生產(chǎn)的組織和性能變化本節(jié)難點(diǎn)：影響材料鍛壓性能的因素思政融入

：堅(jiān)守生產(chǎn)一線的大國工匠——濰柴首席技師王樹軍

王樹軍，濰柴動(dòng)力股份有限公司技師，2018年被全國總工會(huì)和中央廣播電視總臺(tái)評(píng)為“大國工匠年度人物”。作為一名濰柴子弟的王樹軍，1993年從技校畢業(yè)入職濰柴，成為一名普通的維修工

人。在二十幾年的機(jī)修時(shí)間里，王樹軍一門心思鉆研業(yè)務(wù)，始終堅(jiān)守一線的工作，他在普

通的崗位上把屬于自己的“那一件事”做出彩，用實(shí)際行動(dòng)定義了人生價(jià)值，詮釋了“工

匠精神”。他從一名維修工成長為大國工匠，并獲得了全國五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)?、全國最美職?/p>

等諸多榮譽(yù)。

工匠精神激勵(lì)廣大勞動(dòng)者立志成為高技能人才和大國工匠。大國崛起，匠心筑夢(mèng)。如

今，工匠精神的時(shí)代內(nèi)涵早已超越了工匠群體，延伸到更廣泛的行業(yè)和群體?！叭倭?/p>

行，行行出狀元?！泵總€(gè)人不管處在什么崗位，只要大力傳承弘揚(yáng)工匠精神，就能在勞動(dòng)

中體現(xiàn)價(jià)值、展現(xiàn)風(fēng)采、感受快樂。一、何謂金屬壓力加工成型工藝？

1.金屬壓力加工：2.變形基礎(chǔ)：塑性3.應(yīng)用廣泛：如在汽車中，70%的零件是鍛壓成型的，（車頂、車蓋、車門、軸、齒輪等）。因其優(yōu)點(diǎn)。最常用的加工方法是鍛造和沖壓，簡稱鍛壓。金屬壓力加工的優(yōu)點(diǎn)：①改善金屬的組織（不僅是改變形狀和尺寸），提高其機(jī)械性能；②可節(jié)約金屬材料和切削加工工時(shí)（加工后，材料的形狀和尺寸變化，但體積不變。）；③除自由鍛造外，其他壓力加工方法具有較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率；④適用范圍廣（形狀簡單，形狀復(fù)雜；一克的表針，數(shù)百噸的大軸）缺點(diǎn)：⑤需要重型設(shè)備和復(fù)雜的工模具，不能加工脆性材料；⑥勞動(dòng)條件差。注意：

1.金屬壓力加工不僅改變形狀和尺寸，還能改善金屬的組織，獲得細(xì)密的組織提高其機(jī)械性能。

2.不能加工脆性材料。

金屬壓力加工是以金屬的塑性變形為基礎(chǔ)的，在金屬的塑性變形及加熱過程中，金屬材料的內(nèi)部組織發(fā)生怎樣的變化，使得力學(xué)性能得以提高。（外部性能取決于內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)）二、塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響1．塑性變形后的組織變化

金屬在常溫下經(jīng)過塑性變形后-冷變形（﹤T再），內(nèi)部組織將發(fā)生變化：金屬在常溫下經(jīng)塑性變形，其顯微組織出現(xiàn)晶粒伸長、破碎、晶粒扭曲等特征，并伴隨著內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。金屬在塑性變形過程中，隨著變形程度的增加，強(qiáng)度和硬度提高而塑性和韌性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化（即冷變形強(qiáng)化）。加工硬化現(xiàn)象在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的意義。生產(chǎn)上常用加工硬化來強(qiáng)化金屬，提高金屬的強(qiáng)度、硬度及耐磨性，尤其是難以用熱處理強(qiáng)化的金屬材料-防銹鋁，加工硬化是唯一有效的強(qiáng)化方法。加工硬化也有其不利的一面。在冷軋薄鋼板、冷拔細(xì)鋼絲及深拉工件時(shí)，由于產(chǎn)生加工硬化，金屬的塑性降低，使進(jìn)一步冷塑性變形困難，故必須采取措施來消除加工硬化現(xiàn)象。什么措施？再結(jié)晶退火2．塑性變形后的性能變化-加工硬化三、消除加工硬化

金屬經(jīng)冷變形后,組織處于不穩(wěn)定狀態(tài),有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小,不穩(wěn)定狀態(tài)可長時(shí)間維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大。圖7.4變形金屬組織和性能的關(guān)系（1）回復(fù)

T回≈（0.25～0.30）T熔式中：T回—以熱力學(xué)溫度表示的金屬回復(fù)溫度；

T熔—以熱力學(xué)溫度表示的金屬熔點(diǎn)溫度。

（2）再結(jié)晶

T再≈0.4T熔式中：T再—以熱力學(xué)溫度表示的金屬再結(jié)晶溫度；

T熔—以熱力學(xué)溫度表示的金屬熔點(diǎn)溫度。

注意：再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。在實(shí)際生產(chǎn)中，金屬在常溫下進(jìn)行壓力加工，常安排中間再結(jié)晶退火工序，以消除加工硬化。為縮短生產(chǎn)周期，再結(jié)晶退火溫度一般比再結(jié)晶溫度高100～200℃。（3）再結(jié)晶后的晶粒長大

再結(jié)晶過程完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時(shí)間，則晶粒會(huì)產(chǎn)生明顯長大，這是一個(gè)自發(fā)的過程，是大晶粒吞并小晶粒的過程。晶粒粗大會(huì)使金屬的強(qiáng)度下降，尤其是塑性和韌性降低，使鍛造性能惡化。四、冷變形和熱變形（1）冷變形金屬在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形稱為冷變形。如鋼在常溫下進(jìn)行的冷沖壓、冷軋、冷擠壓等。在變形過程中，有加工硬化現(xiàn)象而無再結(jié)晶組織。冷變形工件沒有氧化皮，可獲得較高的公差等級(jí)，較小的表面粗糙度值，強(qiáng)度和硬度較高。由于冷變性金屬存在殘余應(yīng)力和塑性差等缺點(diǎn)，因此常常需要中間退火，才能繼續(xù)變形。（2）熱變形

熱變形是指變形溫度在再結(jié)晶溫度以上時(shí)，變形產(chǎn)生的加工硬化被隨即發(fā)生的再結(jié)晶所抵消，變形后金屬具有再結(jié)晶的等軸晶粒組織，而無任何加工硬化痕跡的現(xiàn)象。如熱鍛、熱軋、熱擠壓等。熱變形與冷變形相比，其優(yōu)點(diǎn)是塑性良好，變形抗力低，容易加工，但高溫下金屬容易產(chǎn)生氧化皮，所以制件的尺寸精度低，表面粗糙。

五．鍛造比變形的大小可用鍛造比Y來表示。鍛造比是金屬變形程度的一種表示方法，通常用變形前后的截面比、長度比或高度比來計(jì)算。熱變形中，變形程度愈大，則金屬的組織、性能改善愈明顯，變形的程度?拔長鍛造比鐓粗鍛造比式中：F0、L0、H0—變形前坯料的截面積、長度和高度；

F、L、H—變形后坯料的截面積、長度和高度。

鍛造比愈大，熱變形程度愈大，則金屬的組織、性能改善愈明顯，鍛造流線也愈明顯。鍛造流線的形成使金屬的性能呈各向異性。當(dāng)分別沿著流線方向和垂直流線方向拉伸時(shí)，前者有較高的抗拉強(qiáng)度。當(dāng)分別沿著流線方向和垂直方向剪切時(shí)，后者有較高的抗剪強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)和制造機(jī)器零件時(shí)，必須考慮鍛造流線的合理分布，使零件工作時(shí)的最大切應(yīng)力與流線方向垂直，最大拉應(yīng)力與流線方向平行，并盡量使鍛造流線與零件的輪廓相符而不被切斷。六、鍛造流線

熱變形使鍛錠中的脆性雜質(zhì)粉碎，并沿著金屬主要伸長方向呈碎粒狀分布，而塑性雜質(zhì)則隨金屬變形，并沿著主要伸長方向呈帶狀分布，金屬中的這種雜質(zhì)的定向分布通常稱為鍛造流線。a）切削加工的螺栓毛坯b）局部鐓粗加工的螺栓毛坯圖7.5螺栓的顯微組織與加工方法關(guān)系示意圖

例如，用同種材料加工螺栓，圖7.5a為采用棒料直接切削加工制造的螺栓，受橫向切應(yīng)力時(shí)使用性能好，受縱向切應(yīng)力時(shí)易損壞；若采用圖7.5b所示局部鐓粗方法制造的螺栓，則其受橫向、縱向切應(yīng)力時(shí)使用性能均好。a）

b）圖7.6鍛造曲軸和軋材切削加工曲軸的流線分布a）切削加工的曲軸b）鍛造曲軸圖7.6是鍛造曲軸和軋材切削加工曲軸的流線分布，明顯看出經(jīng)切削加工的曲軸流線易沿軸肩部位發(fā)生斷裂，流線分布不合理。曲軸毛坯的鍛造，應(yīng)采用拔長后彎曲工序，使纖維組織沿曲軸輪廓分布，這樣曲軸工作時(shí)不易斷裂。七、金屬的鍛造性能

金屬的鍛造性能是指材料在鍛壓加工時(shí)的難易程度。它是金屬工藝性能的一個(gè)重要指標(biāo)，通常用塑性好壞和變形抗力大小兩個(gè)指標(biāo)來衡量。若金屬材料在鍛壓加工時(shí)塑性好，變形抗力小，則鍛造性能好；反之，則鍛造性能差。金屬的鍛造性能主要取決于材料的性質(zhì)及其變形條件。在鍛壓過程中，鍛件的質(zhì)量和很多因素有關(guān)，而材料的鍛壓性能是很重要的一個(gè)影響因素。1．材料的性質(zhì)

（1）化學(xué)成分不同化學(xué)成分的金屬材料具有不同的塑性，其鍛造性能也有很大的差異。一般純金屬比合金的塑性好，變形抗力小，因此純金屬比合金的鍛造性能好；合金元素的含量越高，塑性越差，變形抗力越大，因此，低合金鋼比高合金鋼的鍛造性能好；對(duì)鋼來講，含碳量低的鋼比含碳量高的鋼塑性好，因此，低碳鋼比高碳鋼的鍛造性能好。

（2）組織結(jié)構(gòu)金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)不同，其可鍛性也不同。金屬的晶粒越細(xì)，塑性越好，但金屬變形抗力越大。金屬的組織越均勻，塑性也越好，鍛造性能好。純金屬比固溶體的鍛造性能好，金屬化合物的鍛造性能差。⑶一般來說，面心立方和體心立方結(jié)構(gòu)的金屬比密排六方結(jié)構(gòu)的金屬塑性好。金屬組織內(nèi)部有缺陷，如鑄錠內(nèi)部有疏松、氣孔等缺陷，將引起金屬的塑性下降，鍛造時(shí)易出現(xiàn)鍛裂等現(xiàn)象。2．變形條件（1）變形溫度溫度的高低直接影響金屬的鍛造性能。隨著變形溫度的升高，金屬原子的動(dòng)能增大，削弱了原子間的引力，滑移所需的應(yīng)力下降，金屬的塑性增加，變形抗力降低，鍛造性變好。但變形溫度過高，晶粒將急劇長大，從而降低了金屬材料的力學(xué)性能，這種現(xiàn)象稱為“過熱”。當(dāng)變形溫度進(jìn)一步升高到接近金屬材料的熔點(diǎn)時(shí)，金屬晶界產(chǎn)生氧化，鍛造時(shí)金屬易沿晶界產(chǎn)生裂紋，這種現(xiàn)象稱為“過燒”。過熱可通過重新加熱鍛造和再結(jié)晶使金屬恢復(fù)原來的力學(xué)性能，但過燒則導(dǎo)致金屬報(bào)廢。因此，必須將金屬的鍛造溫度控制在一定的溫度范圍內(nèi)，來保證鍛件的質(zhì)量。（2）變形速度

變形速度是指金屬在單位時(shí)間內(nèi)的變形量。它對(duì)鍛造性能有兩個(gè)方面的影響：一方面變形速度較大時(shí)，回復(fù)和再結(jié)晶不能及時(shí)克服加工硬化現(xiàn)象，金屬則表現(xiàn)出塑性下降、變形抗力增加，使金屬的可鍛性變差，因此塑性較差的材料（如銅和高合金鋼）宜采用較低的變形速度（即用液壓機(jī)而不用鍛錘）成形；另一方面變形速度很大時(shí)，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(稱為熱效應(yīng)現(xiàn)象)，變形速度越大，熱效應(yīng)越明顯，則金屬的塑性提高、變形抗力下降(圖7.7中a點(diǎn)以后)，使金屬的可鍛性變好，因此生產(chǎn)上常用高速錘鍛造高強(qiáng)度、低塑性等難以鍛造的合金。

圖7.7

變形速度對(duì)塑性及變形抗力的影響1—變形抗力曲線2—塑性變化曲線（3）變形方式（應(yīng)力狀態(tài)）

金屬的變形方式不同，它在變形時(shí)的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)也不同。實(shí)踐證明，三個(gè)方向上壓應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑性愈好；拉應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑性愈差。擠壓時(shí)，金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，金屬呈現(xiàn)良好的塑性狀態(tài)（如圖7.8）。拉拔時(shí)，坯料沿軸向受到拉應(yīng)力，其他方向?yàn)閴簯?yīng)力，這種應(yīng)力狀態(tài)的金屬塑性較差（如圖7.9）。圖7.8擠壓時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài)圖7.9拉拔時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài)八、常用工藝方法：鍛造、沖壓，簡稱鍛壓。注意：沖壓主要用于板料加工。壓力加工工藝方法選擇：軸類零件，鍛造制坯。

任務(wù)引入：

案例-軸類零件（要求：材料45，小批量）

使用要求：力學(xué)性能高

制坯工藝：鑄造？壓力加工

制件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：形狀較簡單。小批量生產(chǎn)的形狀簡單制件自由鍛制坯任務(wù)2軸類零件自由鍛學(xué)習(xí)目標(biāo)：熟悉常用金屬壓力加工方法之自由鍛2.掌握典型制件-軸類自由鍛生產(chǎn)的工藝過程3.能進(jìn)行常見軸類自由鍛零件工藝方案的確定本節(jié)重點(diǎn)：典型制件-軸類自由鍛生產(chǎn)的工藝過程本節(jié)難點(diǎn)：軸類自由鍛零件工藝方案的確定一、鍛造（俗稱打鐵）1.自由鍛造與模鍛自由鍛造特點(diǎn)：優(yōu)：工具為簡單通用工具，價(jià)格低。使用范圍廣（一克到幾百噸，尤其是特大型鍛件為唯一的方法）缺：制件精度低，生產(chǎn)率低、勞動(dòng)條件差應(yīng)用：形狀簡單、精度要求不高的單件和小批生產(chǎn)，尤其是大型鍛件模鍛優(yōu)點(diǎn)：①生產(chǎn)效率較高。模鍛時(shí)，金屬的變形在模膛內(nèi)進(jìn)行，故能較快獲得所需形狀。②能鍛造形狀復(fù)雜的鍛件，并可使金屬流線分布更為合理，提高零件的使用壽命。③模鍛件的尺寸較精確，表面質(zhì)量較好，加工余量較小。④模鍛操作簡單，勞動(dòng)強(qiáng)度低，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。缺點(diǎn)：⑴模鍛生產(chǎn)受模鍛設(shè)備噸位限制，模鍛件的質(zhì)量一般在150kg以下。⑵模鍛設(shè)備投資較大，模具加工工藝復(fù)雜、制造周期長、費(fèi)用高，工藝靈活性較差，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期較長。應(yīng)用：小型鍛件的大批生產(chǎn)鍛造種類選擇：案例要求小批量生產(chǎn)，形狀較簡單。鍛造工藝種類選擇為自由鍛。

自由鍛通?？煞譃槭止ぷ杂慑懞蜋C(jī)器自由鍛。單件生產(chǎn)，小型鍛件大、中、小型鍛件的單件和小批生產(chǎn)自由鍛工藝種類選擇：案例的自由鍛工藝種類選擇為機(jī)器自由鍛。二、軸類制件機(jī)器自由鍛工藝過程工藝過程由工序組成。自由鍛工序

自由鍛工序分為基本工序、輔助工序、精整（或修整）工序三大類。（1）基本工序鐓粗沖孔馬杠擴(kuò)孔心軸拔長彎曲切割錯(cuò)移扭轉(zhuǎn)拔長

（2）輔助工序輔助工序是為基本工序操作方便而進(jìn)行的預(yù)先變形工序。壓鉗把倒棱壓痕校正滾圓平整⑶精整（或修整）工序摔圓（4）選擇自由鍛設(shè)備常用的自由鍛設(shè)備有自由鍛錘（噸位〈5）和水壓機(jī)（噸位為500-12000）兩類。自由鍛錘通常有空氣錘（<1000kg）和蒸汽—空氣自由鍛錘（鍛件重量范圍為<1500kg）兩種。（5）確定鍛造溫度規(guī)范

鍛造溫度范圍是指始鍛溫度和終鍛溫度之間的溫度范圍。（打鐵看火候）加熱的始鍛溫度一般取固相線以下100～200℃終鍛溫度一般高于金屬的再結(jié)晶溫度50～100℃鍛造溫度范圍應(yīng)盡量選寬一些，以減少鍛造火次，提高生產(chǎn)率。部分金屬材料的鍛造溫度范圍見表7.7。部分金屬材料的鍛造溫度范圍材料類型鍛造溫度/℃始鍛終鍛10、15、20、25、30、35、40、45、50120080015CrA、16Cr2MnTiA、38CrA、20MnA、20CrMnTiA120080012CrNi3A、12CrNi4A、38CrMoAlA、25CrMnNiTiA、

30CrMnSiA、50CrVA、18Cr2Ni4WA、20CrNi3A118085040CrMnA1150800銅合金800~900650~700鋁合金450~500350~380任務(wù)：確定軸的自由鍛制坯的工藝過程。任務(wù)：確定套筒自由鍛制坯的工藝過程。鐓粗、沖孔、在芯軸上拔長、滾圓

3．自由鍛工藝規(guī)程的制定

制訂工藝規(guī)程、編寫工藝卡片是進(jìn)行自由鍛生產(chǎn)必不可少的技術(shù)準(zhǔn)備工作，是組織生產(chǎn)、規(guī)范操作、控制和檢查產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)。制訂工藝規(guī)程，必須結(jié)合生產(chǎn)條件、設(shè)備能力和技術(shù)水平等實(shí)際情況，力求技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、操作上安全，以達(dá)到正確指導(dǎo)生產(chǎn)的目的。自由鍛工藝規(guī)程主要包括繪制鍛件圖、計(jì)算坯料的質(zhì)量與尺寸、確定鍛造工序、選擇鍛造設(shè)備、確定坯料加熱規(guī)范和填寫工藝卡片等內(nèi)容。

（1）繪制鍛件圖鍛件圖是以零件圖為基礎(chǔ)，結(jié)合自由鍛工藝特點(diǎn)繪制而成的圖形，它是制定鍛造工藝過程和鍛件檢驗(yàn)的依據(jù)。鍛件圖必須全面而準(zhǔn)確的反映鍛件的特殊內(nèi)容（如圓角、斜度等），以及對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)要求（如性能、組織等）。

繪制鍛件圖時(shí)主要考慮以下幾個(gè)因素：①敷料（余塊）對(duì)難以用自由鍛方法鍛出的鍵槽、齒槽、退刀槽以及小孔、盲孔、臺(tái)階等結(jié)構(gòu)，必須暫時(shí)添加一部分金屬以簡化鍛件的形狀。為了簡化鍛件形狀以便于進(jìn)行自由鍛造而增加的這一部分金屬，稱為敷料。它將在切削加工時(shí)去除，如圖7.13所示。②鍛件余量因?yàn)樽杂慑懙腻懠话阈枰M(jìn)一步切削加工，故在零件的加工表面上應(yīng)增加供切削加工用的余量，這部分余量稱之為鍛件余量，如圖7.13所示。鍛件余量的大小與零件的材料、形狀、尺寸、批量大小、生產(chǎn)實(shí)際條件等因素有關(guān)。零件越大，形狀越復(fù)雜，則余量越大。③鍛件公差是指鍛件名義尺寸的允許變動(dòng)量，其值的大小與鍛件形狀、尺寸有關(guān)，并受生產(chǎn)具體情況的影響，通常為加工余量的1/4～1/3。圖7.13

鍛件余量及敷料

1—敷料

2—余量

自由鍛件余量和鍛件公差可查有關(guān)手冊(cè)。鋼軸自由鍛件的余量和鍛件公差。見表7.4所示。

鋼軸自由鍛件余量和鍛件公差（雙邊）（mm）

零件長度零件直徑<5050~8080~120120~160160~200200~250鍛件余量和鍛件公差<3155±26±27±28±3—

—

315~6306±27±28±39±310±311±4630~10007±28±39±310±311±412±41000~16008±39±310±311±412±413±4

在鍛件圖上，鍛件的外形用粗實(shí)線表示，為了使操作者了解零件的形狀和尺寸，在鍛件圖上用雙點(diǎn)劃線畫出零件的主要輪廓形狀，并在鍛件尺寸線的上方標(biāo)注鍛件尺寸與公差，尺寸線下方用圓括弧標(biāo)注出零件尺寸，如圖7.14所示。對(duì)于大型鍛件，還必須在同一個(gè)坯料上鍛造出供性能檢驗(yàn)用的試樣來，該試樣的形狀與尺寸也在鍛件圖上表示。圖7.14典型鍛件圖（2）計(jì)算坯料的質(zhì)量與尺寸①確定坯料的質(zhì)量自由鍛所用坯料的質(zhì)量為鍛件的質(zhì)量與鍛造時(shí)各種金屬消耗的質(zhì)量之和，可由下式計(jì)算：

G坯料=G鍛件+G燒損+G料頭式中：G坯料—坯料質(zhì)量，單位為kg；

G鍛件—鍛件質(zhì)量，單位為kg；

G燒損—坯料加熱時(shí)因表面氧化而燒損的質(zhì)量，單位為kg；第一次加熱取被加熱金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2%～3%，以后各次加熱取1.5%～2.0%；

G料頭——鍛造過程中被沖掉或切掉的那部分金屬的質(zhì)量，單位為kg；如沖孔時(shí)坯料中部的料芯，修切端部產(chǎn)生的料頭等。對(duì)于大型鍛件，當(dāng)采用鋼錠作坯料進(jìn)行鍛造時(shí)，還要考慮切掉的鋼錠頭部和尾部的質(zhì)量。

②確定坯料的尺寸坯料質(zhì)量可由鍛件圖得出。坯料尺寸應(yīng)根據(jù)坯料質(zhì)量和鍛造比確定。一般小鍛件使用棒料，大鍛件使用鋼坯或鋼錠。將坯料鍛造成鍛件，其體積基本不變，鍛件的尺寸也已由鍛件圖確定，再根據(jù)鍛件的體積，求得需要坯料的尺寸。高徑比，鍛造比是指鍛件在鍛造成形時(shí)的變形程度。鍛造比過小，達(dá)不到性能要求；過大則增大工作量，引起各向異性。只有鍛造比選擇合適時(shí)，力學(xué)性能才能提高。一般情況下，鑄錠作為坯料時(shí)，鍛造比不小于2.5～3；軋制型材作為坯料時(shí)，鍛造比選擇1.3～1.5。根據(jù)塑性加工過程中體積不變?cè)瓌t和采用的基本工序類型（如鐓粗、拔長等）的鍛造比、高度與直徑之比等計(jì)算出坯料的橫截面積、直徑或邊長等尺寸。典型鍛件的鍛造比見表7.5所示。典型鍛件的鍛造比

鍛件名稱計(jì)算部位鍛造比鍛件名稱計(jì)算部位鍛造比碳素鋼軸類鍛件最大截面2.0~2.5錘頭最大截面≥2.5合金鋼軸類鍛件最大截面2.5~3.0水輪機(jī)主軸軸身≥2.5熱軋輥輥身2.5~3.0水輪機(jī)立柱最大截面≥3.0冷軋輥輥身3.5~5.0模塊最大截面≥3.0齒輪軸最大截面2.5~3.0航空用大型鍛件最大截面6.0~8.0

（3）選擇鍛造工序自由鍛鍛造工序的選取應(yīng)根據(jù)工序特點(diǎn)和鍛件形狀來確定。一般而言，盤類零件多采用鐓粗（或拔長－鐓粗）和沖孔等工序；軸類零件多采用拔長、切肩和鍛臺(tái)階等工序。一般鍛件的分類及采用的工序見表所示。自由鍛件分類及所需鍛造工序鍛件類別圖例鍛造工序?qū)嵗P類零件鐓粗、沖孔等齒輪、法蘭等軸類零件拔長（或鐓粗－拔長）、切肩、鍛臺(tái)階等傳動(dòng)軸、主軸等筒類零件鐓粗（或拔長－鐓粗）、沖孔、在芯軸上拔長、滾圓等圓筒、套筒等鍛件類別圖例鍛造工序?qū)嵗龡U類零件拔長、壓肩、修整、沖孔等連桿等曲軸類零件拔長、錯(cuò)移、壓肩、扭轉(zhuǎn)、滾圓等曲軸、偏心軸等環(huán)類零件鐓粗、沖孔、在芯軸上擴(kuò)孔等齒圈、圓環(huán)等彎曲類零件拔長、彎曲等吊鉤、彎桿等

自由鍛成形所經(jīng)歷的工序都應(yīng)明確規(guī)定出來，寫在工藝卡片上，用以指導(dǎo)生產(chǎn)。（6）填寫工藝卡片

半軸自由鍛工藝卡示例鍛件名稱半軸圖例坯料質(zhì)量26kg坯料尺寸

130×240材料18CrMnTi火次工序圖例1

鍛出頭部拔長拔長及修整臺(tái)階拔長并留出臺(tái)階鍛出凹檔及拔長端部并修整2．鍛造加工生產(chǎn)（下料，按照工序鍛造）3．鍛件的熱處理、清理

為了消除加工硬化和改善組織，保證鍛件所要求的力學(xué)性能，一般來說對(duì)鍛件要進(jìn)行熱處理（退火和正火處理）。

鍛件的清理是為了清除鍛件表面的氧化皮。常用滾筒法、噴丸法或酸洗法進(jìn)行清理。任務(wù)引入：

案例-彎曲連桿（要求：大批量）

使用要求：力學(xué)性能高

制坯工藝：鑄造？壓力加工

制件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：形狀復(fù)雜。

任務(wù)：確定彎曲連桿的模鍛工藝過程。大批量生產(chǎn)的形狀復(fù)雜制件任務(wù)3模型鍛造

知識(shí)目標(biāo)：

掌握模型鍛造的基本工藝規(guī)程。

熟悉胎模鍛的基本工藝規(guī)程。

能力目標(biāo)：

能繪制模鍛件圖、計(jì)算坯料尺寸、選擇設(shè)備。

重點(diǎn)：

模鍛模膛的種類和功用。

難點(diǎn)：

模鍛的基本工藝規(guī)程。

一、何謂模鍛工藝？將加熱后的坯料放在模鍛設(shè)備上的鍛模模鏜內(nèi)，利用高強(qiáng)度鍛模，使金屬坯料在模膛內(nèi)受壓產(chǎn)生塑性變形，而獲得所需形狀、尺寸以及內(nèi)部質(zhì)量鍛件的加工方法稱為模鍛。在變形過程中由于模膛對(duì)金屬坯料流動(dòng)的限制，因而鍛造終了時(shí)可獲得與模膛形狀相符的模鍛件。其實(shí)質(zhì)是金屬的變形受到了鍛模模膛的限制。二、工藝特點(diǎn)與自由鍛相比，模鍛具有如下優(yōu)點(diǎn)：①生產(chǎn)效率較高。模鍛時(shí)，金屬的變形在模膛內(nèi)進(jìn)行，故能較快獲得所需形狀。②能鍛造形狀復(fù)雜的鍛件，并可使金屬流線分布更為合理，提高零件的使用壽命。③模鍛件的尺寸較精確，表面質(zhì)量較好，加工余量較小。④模鍛操作簡單，勞動(dòng)強(qiáng)度低，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。缺點(diǎn)：⑴模鍛生產(chǎn)受模鍛設(shè)備噸位限制，模鍛件的質(zhì)量一般在150kg以下。⑵模鍛設(shè)備投資較大，模具加工工藝復(fù)雜、制造周期長、費(fèi)用高，工藝靈活性較差，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期較長。因此，模鍛適合于小型鍛件的大批大量生產(chǎn)。模鍛按使用的設(shè)備不同，可分為：錘上模鍛、壓力機(jī)上模鍛和胎模鍛。三、錘上模鍛

錘上模鍛是將上模固定在錘頭上，下模緊固在模墊上，通過隨錘頭作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的上模，對(duì)置于下模中的金屬坯料施以直接鍛擊，來獲取鍛件的鍛造方法。是我國當(dāng)前模鍛生產(chǎn)中應(yīng)用最多的一種鍛造方法。模鍛工作示意圖如圖7.15所示。圖7.15模鍛工作示意圖1—砧鐵2—模座3—下摸4—上模5—楔鐵6—錘頭7、10—坯料8—連皮9—毛邊11—鍛件圖7.16模鍛錘（1）鍛模

根據(jù)模膛功用不同，鍛模可分為模鍛模膛和制坯模膛兩類。

①模鍛模膛可分為預(yù)鍛模膛和終鍛模膛兩種。預(yù)鍛模膛作用：使外形較為復(fù)雜的鍛件坯料先變形到接近鍛件的外形與尺寸。目的：合理分配坯料各部分的體積，避免折迭的產(chǎn)生，并有利于金屬的流動(dòng)，易于充滿模膛，同時(shí)可減小終鍛模膛的磨損，延長鍛模的使用壽命。和終鍛模膛的主要區(qū)別是前者的圓角半徑和模鍛斜度較大，高度較大，一般不設(shè)飛邊槽。對(duì)于形狀簡單或批量不大的模鍛件可不設(shè)置預(yù)鍛模膛。

終鍛模膛作用:使金屬坯料最終變形到所要求的形狀與尺寸。注意：1.由于模鍛需要加熱后進(jìn)行，鍛件冷卻后尺寸會(huì)收縮，所以終鍛模膛的尺寸應(yīng)比實(shí)際鍛件尺寸放大一個(gè)收縮量。鋼鍛件的收縮量可取1.5%。2.模膛四周設(shè)飛邊槽，鍛造時(shí)部分金屬先進(jìn)入飛邊槽形成毛邊，毛邊很薄最早固化，用以增加金屬從模膛中流出的阻力，促使金屬充滿整個(gè)模膛，同時(shí)容納多余的金屬，另外還可以起到緩沖作用，減弱對(duì)上下模的打擊，防止鍛模開裂。飛邊槽在鍛后利用壓力機(jī)上的切邊模去除。

3.對(duì)于有通孔的鍛件，由于不可能靠上、下模的凸起部分把金屬完全擠壓掉，故終鍛后在孔內(nèi)留下一薄層金屬，稱為沖孔連皮(如圖7.17)。把沖孔連皮和飛邊沖掉后，才能得到有通孔的模鍛件。圖7.17齒輪坯模鍛件圖1-毛邊2-模鍛斜度3-加工余量4-不通孔5-凹圓角6-凸圓角7-分模面8-沖孔連皮9-零件

②制坯模膛對(duì)于形狀復(fù)雜的模鍛件，為了使坯料基本接近模鍛件的形狀，以便模鍛時(shí)使金屬合理分布，并很好地充滿模膛，必須預(yù)先在制坯模膛內(nèi)制坯。制坯模膛有以下幾種：

a)拔長模膛減小坯料某部分的橫截面積，以增加其長度。操作時(shí)一邊送料一邊反轉(zhuǎn)。拔長模膛分為開式和閉式兩種，如圖7.18所示（a為開式，b閉式）。a）開式b）閉式圖7.18

拔長模膛a）開式

b）閉式圖7.19

滾壓模膛b)滾壓模膛減小坯料某部分的橫截面積，以增大另一部分的橫截面積，使金屬坯料能夠按模鍛件的形狀來分布。操作時(shí)需不斷反轉(zhuǎn)坯料。分為開式和閉式兩種，如圖7.19所示（a為開式，b閉式）。c)彎曲模膛使坯料彎曲，如圖7.20a所示。坯料可直接或先經(jīng)其他工步后再放入彎曲模膛進(jìn)行彎曲變形。a）彎曲模膛b）切斷模膛圖7.20

彎曲模膛a）彎曲模膛b）切斷模膛圖7.20

切斷模膛d)切斷模膛在上模與下模的角部組成一對(duì)刃口，用來切斷金屬，如圖7.20b所示。可用于從坯料上切下鍛件或從鍛件上切下鉗口，也可用于多件鍛造后分離成單個(gè)鍛件。

根據(jù)鍛件的復(fù)雜程度，鍛模可設(shè)計(jì)成單膛鍛模和多膛鍛模兩種。對(duì)于形狀簡單的鍛件，在鍛模上只需一個(gè)終鍛模膛，即鍛?？稍O(shè)計(jì)成單膛鍛模；對(duì)于形狀復(fù)雜的鍛件，根據(jù)需要可在鍛模上安排多個(gè)模膛，即鍛模可設(shè)計(jì)成多膛鍛模。制坯模膛在兩邊，預(yù)鍛、終鍛模膛在中間。

（2）模鍛工藝規(guī)程的制定模鍛工藝規(guī)程的制定主要包括繪制模鍛件圖、計(jì)算坯料尺寸、確定模鍛工步、選擇鍛造設(shè)備、確定鍛造溫度范圍及安排修整工序等。

①繪制模鍛件圖模鍛件圖是設(shè)計(jì)和制造鍛模、計(jì)算坯料以及檢驗(yàn)?zāi)ｅ懠囊罁?jù)，根據(jù)零件圖繪制模鍛件圖時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題。a)分模面上下鍛模的分界面。分模面關(guān)系到鍛件成型、出模及材料利用率等問題，選擇合適的分模面應(yīng)按以下原則進(jìn)行：保證模鍛件能從模膛中順利取出，并使鍛件形狀盡可能與零件形狀相同，如圖7.22所示，若選a-a面為分模面，則無法從模膛中取出鍛件；應(yīng)使零件上所加的敷料最少，如圖7.22所示，若將b-b面選作分模面，零件中間的孔不能鍛出，其敷料最多，既降低了材料的利用率，又增加了切削加工工作量，另外，模膛太深，金屬不易充滿模膛，所以該面不宜選作分模面；應(yīng)使上下模沿分模面的模膛輪廓一致，以便在安裝鍛模和生產(chǎn)中容易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)?，F(xiàn)象，如圖7.22所示，若選c-c面為分模面，則不容易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)模；最好使分模面為一個(gè)平面，并使上下鍛模的模膛深度基本一致，差別不宜過大，以便于均勻充型。按上述原則綜合分析，該模鍛件的分模面應(yīng)選在最大截面尺寸上。如圖7.22所示的d-d面為最合理的分模面。圖7.22分模面比較圖b)加工余量和鍛件公差模鍛件加工余量和公差比自由鍛小得多。一般余量為1～4mm，公差為±0.3～3mm。其具體數(shù)值可查相關(guān)手冊(cè)。

c)模鍛斜度為便于從模膛中取出鍛件，模鍛件上平行于錘擊方向的表面必須具有斜度，稱為模鍛斜度，如圖7.23所示。外斜度α值一般取5°～10°，內(nèi)斜度β值為7°～15°。模鍛斜度與模膛深度和寬度有關(guān)，通常模膛深度與寬度的比值（h／b）較大時(shí)，模鍛斜度取較大值。d)模鍛圓角半徑為使金屬容易充滿模膛，避免模鍛內(nèi)尖角處產(chǎn)生裂紋，減緩鍛模外尖角處的磨損，提高鍛模的壽命，在模鍛件上所有平面的交角處均需做成圓角過渡，此過渡處稱為鍛件的圓角，如圖7.24所示。鋼的模鍛件外圓角半徑r取1.5～12mm，內(nèi)圓角半徑R比外圓角半徑r大2～3倍。

上述各參數(shù)確定后，便可繪制鍛件圖，圖7.25為齒輪坯模鍛件圖。圖中雙點(diǎn)劃線為零件輪廓外形，分模面選在鍛件高度方向的中部。由于零件輪輻部分不加工，故無加工余量。圖中內(nèi)孔中部的兩條直線為沖孔連皮切掉后的痕跡。圖7.25齒輪坯模鍛件圖②計(jì)算坯料尺寸包括鍛件質(zhì)量、飛邊質(zhì)量、連皮質(zhì)量、鉗口料頭質(zhì)量以及燒損質(zhì)量。通常，飛邊占鍛件質(zhì)量的20～25%；燒損質(zhì)量約占鍛件和飛邊質(zhì)量總和的2.5～4%。

③確定模鍛工序模鍛工序主要是根據(jù)鍛件的形狀與尺寸來確定的。模鍛件按形狀可分為兩大類：長軸類零件（例如臺(tái)階軸、曲軸、連桿、彎曲搖臂等）與盤類零件（例如齒輪、法蘭盤等）。

長軸類模鍛件常用的工序有拔長、滾壓、彎曲、預(yù)鍛和終鍛等。當(dāng)坯料的橫截面積大于鍛件最大橫截面積時(shí)，可選用拔長工序；當(dāng)坯料的橫截面積小于鍛件最大橫截面積時(shí)，應(yīng)采用拔長和滾壓工序，拔長和滾壓時(shí)，坯料沿軸線方向流動(dòng)，金屬體積重新分配，使坯料的各橫截面積與鍛件相應(yīng)的橫截面積近似相等；當(dāng)鍛件的軸線為曲線時(shí)，還應(yīng)選用彎曲工序。對(duì)于小型長軸類鍛件，為了減少鉗口料和提高生產(chǎn)率，常采用一根棒料上同時(shí)鍛造數(shù)個(gè)鍛件的鍛造方法，因此應(yīng)利用切斷工序，將鍛好的工件分離。對(duì)于形狀復(fù)雜、終鍛成形困難的鍛件，還需選用預(yù)鍛工序，最后在終鍛模膛中模鍛成形，如圖7.26所示。圖7.26長軸類鍛件

盤類模鍛件常選用鐓粗、終鍛等工序。鍛造過程中，坯料軸線方向與錘擊方向相同，金屬沿高度、寬度、長度方向同時(shí)流動(dòng)。對(duì)于形狀簡單的盤類零件，可只選用終鍛工序成形。對(duì)于形狀復(fù)雜，有深孔或有高筋的鍛件，則應(yīng)增加鐓粗、預(yù)鍛等工序。盤類零件如圖7.27所示。圖7.27盤類零件圖

④修整工序

模鍛后，還須經(jīng)過一系列修整工序，以保證和提高模鍛件質(zhì)量。修整工序包括以下內(nèi)容：

a)切邊與沖孔模鍛件一般都帶有飛邊及連皮，須在壓力機(jī)上進(jìn)行切除。切邊模由活動(dòng)凸模和固定凹模組成，如圖7.28a所示。凸模工作面的形狀與鍛件上部外形相符，凹模的通孔形狀與模鍛件在分模面上的輪廓一樣。沖孔模的凹模作為鍛件的支座，沖孔連皮從凹模孔中落下，如圖7.28b所示。圖7.28切邊模與沖孔模b)校正在切邊及其他工序中都可能引起模鍛件的變形，因此，對(duì)于許多鍛件，特別是形狀復(fù)雜的鍛件在切邊及沖孔后還應(yīng)該進(jìn)行校正。校正可在終鍛模膛（熱校正）或?qū)ｉT的校正模（冷校正）內(nèi)進(jìn)行。

c)熱處理目的是消除模鍛件的過熱組織或加工硬化組織，使模鍛件具有所需的力學(xué)性能。常用的熱處理方式為正火或退火。

d)清理為了提高模鍛件的表面質(zhì)量，改善模鍛件的切削加工性能，模鍛件需要進(jìn)行表面清理，去除在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氧化皮、所沾油污及其他表面缺陷等。任務(wù)實(shí)施：確定彎曲連桿的模鍛工藝過程。

知識(shí)拓展：

案例-法蘭盤（要求：材料45）

使用要求：力學(xué)性能較高

制坯工藝：鑄造？壓力加工

制件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：形狀較復(fù)雜。

任務(wù)：確定法蘭盤的胎模鍛工藝過程。四、胎模鍛

胎模是一種不固定在鍛造設(shè)備上的模具，結(jié)構(gòu)較簡單，制造容易。胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上用胎模生產(chǎn)模鍛件的工藝方法，因此胎模鍛兼有自由鍛和模鍛的特點(diǎn)。特點(diǎn)：胎模鍛（與自由鍛相比）具有生產(chǎn)效率高，鍛件尺寸精度高，表面粗糙度值小，敷料少，節(jié)約金屬等優(yōu)點(diǎn)。（與模鍛相比）具有成本低，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。但胎模鍛的鍛件精度和生產(chǎn)率不如錘上模鍛高，胎模壽命短。胎模鍛造適用于中、小批量小型鍛件生產(chǎn)，特別適合于沒有模鍛設(shè)備的工廠。胎模種類很多，常用的胎模結(jié)構(gòu)主要有扣模、套筒模和合模三種類型。(通常下模放在下抵鐵上，然后放入坯料，合上上模)圖7.34胎模的結(jié)構(gòu)a）扣模b）、c）套筒模d）合模

1．扣模用來對(duì)坯料進(jìn)行全部或局部扣形，主要生產(chǎn)桿狀非回轉(zhuǎn)體鍛件，也可為合模鍛造制坯，生產(chǎn)過程中坯料不轉(zhuǎn)動(dòng)(圖7.34a)。

2．套筒模套筒模呈套筒形，有開式和閉式兩種。主要用于鍛造齒輪、法蘭盤等回轉(zhuǎn)體類鍛件(圖7.34b、c)。(墊鐵沖頭)3．合模通常由上模和下模兩部分組成(圖7.34d)。合模成型時(shí)的多余金屬流入飛邊槽，為了使上下模吻合及不使鍛件產(chǎn)生錯(cuò)模，經(jīng)常用導(dǎo)柱等定位。合模多用于生產(chǎn)形狀較復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)體鍛件，如連桿、叉形件等。

胎模鍛的工藝過程主要包括工藝規(guī)程的制定、胎模的制造、備料、加熱、鍛制及后續(xù)工序等。圖7.35為一個(gè)法蘭盤胎模鍛制過程。胎模選用套筒模，它由模筒、模墊和沖頭組成。原始坯料加熱后，先用自由鍛鐓粗，然后將模墊和模筒放在下砧鐵上，再將鐓粗的坯料平放在模筒中，壓上沖頭后終鍛成形，最后將連皮沖掉，得到鍛件。圖7.35

法蘭盤胎模鍛造a）鍛件圖b）下料、加熱c）鐓粗d）終鍛成形e）沖掉連皮1—模墊

2—模筒3、6—鍛件

4—沖頭

5—沖子7—連皮確定法蘭盤的胎模鍛工藝過程五、壓力機(jī)上模鍛

用于模鍛生產(chǎn)的壓力機(jī)有曲柄壓力機(jī)、平鍛機(jī)和摩擦壓力機(jī)等。（1）曲柄壓力機(jī)上模鍛曲柄壓力機(jī)上模鍛是一種比較先進(jìn)的模鍛方法。曲柄壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖7.30所示。曲柄壓力機(jī)上的動(dòng)力是電動(dòng)機(jī)，通過減速和離合器裝置帶動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，使滑塊沿導(dǎo)軌作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。下模塊固定在工作臺(tái)上，上模塊則裝在滑塊下端，隨著滑塊的上下運(yùn)動(dòng)，就能進(jìn)行鍛造。鍛模分別安裝在滑塊的下端和工作臺(tái)上。圖7.30曲柄壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)原理簡圖1—電動(dòng)機(jī)2—小皮帶輪3—飛輪4—傳動(dòng)軸5—小齒輪6—大齒輪7—圓盤摩擦離合器8—曲柄9—連桿10—滑塊11—上頂出機(jī)構(gòu)12—上頂桿13—楔形工作臺(tái)14—下頂桿15—斜楔16—下頂出機(jī)構(gòu)17—帶式制動(dòng)器18—凸輪

與錘上模鍛相比，曲柄壓力機(jī)模鍛具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①作用于坯料上的鍛造力是靜壓力，而不是沖擊力，因此，工作時(shí)振動(dòng)和噪音小，勞動(dòng)條件好。

②坯料的變形速度較低，有利于低塑性材料的鍛造，對(duì)于如耐熱合金、鎂合金等不適于在錘上鍛造的材料，可在壓力機(jī)上鍛造。

③鍛造時(shí)滑塊的行程不變，每個(gè)變形工步在滑塊的一次行程中即可完成，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，具有很高的生產(chǎn)率。

④滑塊運(yùn)動(dòng)精度高，并有鍛件頂出裝置，使鍛件的模鍛斜度、加工余量和鍛造公差小，鍛件精度高。曲柄壓力機(jī)上模鍛的主要缺點(diǎn)是設(shè)備費(fèi)用高，僅適合于大批量生產(chǎn)；對(duì)坯料的加熱質(zhì)量要求高，不允許有過多的氧化皮；由于在鍛造過程中滑塊的行程不變，因而，不能進(jìn)行拔長，滾壓等工步的操作。（2）平鍛機(jī)上模鍛

平鍛機(jī)又稱臥式鍛造機(jī)，它沿水平方向?qū)ε髁鲜┘渝懺靿毫ΑD7.31為平鍛機(jī)工作原理示意圖。平鍛機(jī)啟動(dòng)前，將棒料放在固定凹模6的型槽中，并由前擋料板4定位，以確定棒料的變形部分長度L0。在鍛壓過程中，由平鍛機(jī)的曲柄凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)下列順序工作：在主滑塊前進(jìn)過程中，活動(dòng)凹模7迅速進(jìn)入夾緊狀態(tài)，在Lp部分將棒料夾緊；前擋板4退去；凸模（沖頭）3與熱毛坯接觸，并使其產(chǎn)生塑性變形直至充滿型槽為止。當(dāng)機(jī)器回程時(shí)，各部分的運(yùn)動(dòng)順序是：沖頭從凹模中退出；活動(dòng)凹?；貜?fù)原位；沖頭回復(fù)原位，從凹模中取出鍛件。

圖7.31平鍛機(jī)工作原理示意圖1—曲柄2—主滑塊3—凸模4—前擋料板5—坯料

6—固定凹模7—活動(dòng)凹模8—加緊滑塊9—側(cè)滑塊

平鍛機(jī)上模鍛的工藝特點(diǎn)：①擴(kuò)大了模鍛范圍。鍛造過程中坯料水平放置，坯料都是棒料或管材，并且只進(jìn)行局部（一端）加熱和局部變形加工。因此，可以完成在立式鍛壓設(shè)備上不能鍛造的某些長桿類鍛件，也可用長棒料連續(xù)鍛造多個(gè)鍛件，還可以進(jìn)行切飛邊、切斷和彎曲等工步。②鍛模有兩個(gè)分模面，鍛件出模方便，可以鍛出在其它設(shè)備上難以完成的在不同方向上有凸臺(tái)或凹槽的鍛件。③鍛件尺寸精確，表面粗糙度值小。④節(jié)省金屬，材料利用率高。⑤效率高，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，勞動(dòng)條件也較好。⑥對(duì)非回轉(zhuǎn)體及中心不對(duì)稱的鍛件較難鍛造⑦需配備對(duì)棒料局部加熱的專用加熱爐。⑧設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、投資大，僅適合于鍛件的大批量生產(chǎn)。目前平鍛機(jī)已廣泛用于大批量生產(chǎn)汽門、汽車半軸、環(huán)類鍛件等。（3）摩擦壓力機(jī)上模鍛

摩擦壓力機(jī)是靠飛輪旋轉(zhuǎn)、滑塊向下運(yùn)動(dòng)所積蓄的能量使坯料變形而實(shí)現(xiàn)鍛造的，如圖7.32所示。摩擦壓力機(jī)屬于鍛錘鍛壓設(shè)備，有一定的沖擊作用，滑塊行程和沖擊能量都可自由調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)輕打、重打，坯料在一個(gè)模膛內(nèi)可以多次鍛擊，因而適應(yīng)性好，不僅能滿足模鍛各種主要成形工序的要求，還可以進(jìn)行彎曲、熱壓、切飛邊、沖連皮及精壓、校正等工序。必要時(shí)，還可作為板料沖壓的設(shè)備使用。

摩擦壓力機(jī)的飛輪慣性大，單位時(shí)間內(nèi)的滑塊運(yùn)行速度低，鍛擊頻率低，金屬變形過程中的再結(jié)晶可以充分進(jìn)行。適合于再結(jié)晶速度慢的低塑性合金鋼和有色金屬的模鍛。但也因此生產(chǎn)率較低。由于采用摩擦傳動(dòng)，摩擦壓力機(jī)的傳動(dòng)效率低，因而，設(shè)備噸位的發(fā)展受到限制，通常不超過10000KN。圖7.32摩擦壓力機(jī)傳動(dòng)圖1—螺桿2—螺母3—飛輪4—圓輪5—傳動(dòng)帶6—電動(dòng)機(jī)7—滑塊8—導(dǎo)軌9—機(jī)架10—機(jī)座

摩擦壓力機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、性能廣泛、造價(jià)低、使用維護(hù)方便，適用于小型鍛件的批量生產(chǎn)（如圖7.33所示），是中、小型工廠普遍采用的鍛造設(shè)備。近年來，許多工廠還把摩擦壓力機(jī)與自由鍛錘、輥鍛機(jī)、電鐓機(jī)等組成流水線，承擔(dān)模鍛錘、平鍛機(jī)的部分模鍛工作，有效地?cái)U(kuò)大了它的使用范圍。圖7.33摩擦壓力機(jī)上模鍛件曲柄壓力機(jī)、平鍛機(jī)和摩擦壓力機(jī)工藝特點(diǎn)的比較見表7.9。鍛造方法設(shè)備類型工藝特點(diǎn)應(yīng)用名稱構(gòu)造特點(diǎn)曲柄壓力機(jī)上模鍛曲柄壓力機(jī)工作時(shí)，滑塊行程固定，無震動(dòng)，噪音小，合模準(zhǔn)確，有頂出裝置，設(shè)備剛度好

金屬在模膛中一次成形，氧化皮不易除掉，終鍛前常采用預(yù)鍛工步，不宜拔長、滾壓，可進(jìn)行局部鐓粗，鍛件精度較高，模鍛斜度小，生產(chǎn)率高，適合短軸類鍛件

大批大量生產(chǎn)平鍛機(jī)上模鍛平鍛機(jī)滑塊水平運(yùn)動(dòng)，行程固定，具有互相垂直的兩組分模面，無頂出裝置，合模準(zhǔn)確，設(shè)備剛度好擴(kuò)大了模鍛范圍，金屬在模膛中一次成形，鍛件精度較高，生產(chǎn)率高，材料利用率高，適合于鍛造帶頭的桿類和有孔的各種合金鍛件，對(duì)非回轉(zhuǎn)體及中心不對(duì)稱的鍛件較難鍛造大批大量生產(chǎn)摩擦壓力機(jī)上模鍛摩擦壓力機(jī)滑塊行程可控，帶有頂料裝置，機(jī)架受沖擊力，每分鐘行程次數(shù)少，傳動(dòng)效率低特別適合于鍛造低塑性合金鋼和非鐵金屬；簡化了模具的設(shè)計(jì)與制造，同時(shí)可鍛造更復(fù)雜的鍛件；承受偏心載荷能力差；可實(shí)現(xiàn)輕、重打，能進(jìn)行多次鍛打，還可進(jìn)行彎曲、精壓、切飛邊、沖連皮、校正等工序，生產(chǎn)率低中、小型鍛件的小批和中批生產(chǎn)a）b）圖7.36

軸類鍛件結(jié)構(gòu)a)工藝性差的結(jié)構(gòu)b)工藝性好的結(jié)構(gòu)六、自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性（1）避免錐體或斜面結(jié)構(gòu)（2）避免非平面交接如圖7.37a所示的圓柱面與圓柱面相交，鍛件成形十分困難。改成如圖7.37b所示的平面相交，消除了空間曲線，使鍛造成形容易。a）b）圖7.37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)（3）避免加強(qiáng)筋、工字形、橢圓形或其他非規(guī)則截面及外形如圖7.38a所示的鍛件結(jié)構(gòu)，難以用自由鍛方法獲得，若采用特殊工具或特殊工藝來生產(chǎn)，會(huì)降低生產(chǎn)率，增加產(chǎn)品成本。改成如圖7.38b所示的結(jié)構(gòu)，消除了加強(qiáng)筋，使鍛造成型容易。a）b）圖7.38非規(guī)則截面鍛件結(jié)構(gòu)a)工藝性差的結(jié)構(gòu)b)工藝性好的結(jié)構(gòu)（4）避免各種小凸臺(tái)及叉形件內(nèi)部的臺(tái)階如圖7.39a所示的鍛件結(jié)構(gòu)，用自由鍛方法難以獲得，若采用特殊工藝會(huì)增加產(chǎn)品成本。改成如圖7.39b所示的結(jié)構(gòu)，消除了凸臺(tái)，使鍛造成形容易。a）b）圖7.39盤類及叉形鍛件結(jié)構(gòu)a)工藝性差的結(jié)構(gòu)b)工藝性好的結(jié)構(gòu)（5）合理采用組合結(jié)構(gòu)鍛件的橫截面積有急劇變化或形狀較復(fù)雜時(shí)，可設(shè)計(jì)成由數(shù)個(gè)簡單件構(gòu)成的組合體，如圖7.40所示。每個(gè)簡單件鍛造成形后，再用焊接或機(jī)械聯(lián)接方式構(gòu)成整體零件。圖7.40復(fù)雜鍛件結(jié)構(gòu)a)工藝性差的結(jié)構(gòu)b)工藝性好的結(jié)構(gòu)2．模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性

為了便于模鍛件生產(chǎn)和降低成本，設(shè)計(jì)模鍛零件時(shí)，模鍛件的形狀應(yīng)保證其能從模膛中順利取出和容易充滿模膛，并根據(jù)模鍛特點(diǎn)和工藝要求，使其結(jié)構(gòu)符合下列原則。（1）模鍛零件應(yīng)具有合理的分模面、模鍛斜度和圓角半徑。（2）由于模鍛的精度較高，表面粗糙度值較低，因此零件的配合表面可留有加工余量；非配合面因一般不需要加工而不需留加工余量。（3）零件的外形應(yīng)力求簡單、平直、對(duì)稱，盡量避免零件截面間差別過大，或具有薄壁、高筋等不良結(jié)構(gòu)，以保證金屬容易充滿模膛、減少加工工序。一般說來，零件的最小截面與最大截面之比不要小于0.5。如圖7.41a所示零件的凸緣太薄、太高，中間下凹太深，金屬不易充型。如圖7.41b所示零件過于扁薄，薄壁部分金屬在模鍛時(shí)容易冷卻，不易充滿模膛，對(duì)保護(hù)設(shè)備和鍛模也不利。如圖7.41c所示零件有一個(gè)高而薄的凸緣，不僅難以充型，而且鍛模的制造和鍛件的取出都很困難。改成如圖7.41d所示形狀則較易鍛造成形。（4）應(yīng)盡量避免有窄槽、深孔或多孔結(jié)構(gòu)?？讖叫∮?0mm或孔深大于直徑兩倍時(shí)，鍛造困難。（5）對(duì)于復(fù)雜鍛件，為減少敷料，簡化模鍛工藝，在可能條件下，應(yīng)采用鍛造—焊接或鍛造—機(jī)械聯(lián)接組合工藝，如圖7.42所示。圖7.42鍛-焊結(jié)構(gòu)模鍛件a）鍛件b）焊合件

任務(wù)引入：

精度高，復(fù)雜曲面，薄壁。

案例-托架（要求：材料，批量）

制件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：薄壁金屬制件

成型工藝：沖壓加工

任務(wù)：確定托架沖壓加工的工藝過程。如圖所示托架，已知零件材料為08鋼，年產(chǎn)量為一萬件，要求表面無劃傷，孔不能變形。制定該零件的工藝過程。任務(wù)3板料沖壓知識(shí)目標(biāo)：掌握板料沖壓的特點(diǎn)2.熟悉沖壓的基本工序

3.了解常用沖壓設(shè)備的工作原理和沖壓模具的基本結(jié)構(gòu)能力目標(biāo)：能進(jìn)行常見沖壓件工藝方案的確定2.能描述典型沖壓件生產(chǎn)工藝過程本節(jié)重點(diǎn)：典型制件沖壓工藝方案的確定本節(jié)難點(diǎn)：典型沖壓件生產(chǎn)工藝過程一、何謂沖壓加工成型工藝？

注意：1.冷沖壓（<4mm）熱沖壓（8～10mm）

在機(jī)械制造業(yè)中，利用沖模在壓力機(jī)（或沖床）上使板料分離或變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件的加工方法稱為板料沖壓。板料沖壓的坯料厚度一般小于4mm，通常在常溫下進(jìn)行，故又稱為冷沖壓，簡稱沖壓。當(dāng)板料厚度超過8～10mm時(shí)，才用熱沖壓。2.應(yīng)用：廣泛板料沖壓是機(jī)械制造中的重要加工方法之一，必須依賴于沖壓模具才能實(shí)現(xiàn)，成本問題，適用于大批量生產(chǎn)，目前廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、火箭、儀表、輕工及日用品等。舉例汽車應(yīng)用。圖7.43沖壓件二、板料沖壓的特點(diǎn)

沖壓所用的材料，不僅要滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，還應(yīng)當(dāng)滿足沖壓工藝的要求和沖壓后續(xù)工序的加工要求（如切削加工、焊接、電鍍等）。沖壓常用原材料有低碳鋼、奧氏體不銹鋼、銅或鋁及其合金等具有塑性的金屬材料，也可以是膠木、云母、纖維板、皮革等非金屬材料。板料沖壓具有以下特點(diǎn)：①可沖出形狀復(fù)雜的零件，廢料較少，材料利用率高。②沖壓件的尺寸精確，表面粗糙度值小，質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，一般不再進(jìn)行機(jī)械加工，即可作為零件使用。③金屬薄板經(jīng)過沖壓塑性變形并產(chǎn)生冷變形強(qiáng)化，使沖壓件具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高和剛性好的優(yōu)點(diǎn)。④沖壓生產(chǎn)操作簡單，生產(chǎn)率高，工藝過程易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。⑤沖模是沖壓生產(chǎn)的主要工藝裝備，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，制造費(fèi)用相對(duì)較高，故沖壓在大批量生產(chǎn)條件下采用才能降低產(chǎn)品成本。

板料沖壓是機(jī)械制造中的重要加工方法之一，沖壓不僅能夠制造尺寸很小的精密儀表零件，還能夠制造諸如汽車大梁、壓力容器封頭一類的大型零件和復(fù)雜形狀的零件。占全世界鋼產(chǎn)量60～70%以上的板材、管材及其他型材，其中大部分經(jīng)過沖壓制成成品。沖壓在汽車、拖拉機(jī)、機(jī)械、家用電器、日常用品、電機(jī)、儀表、航空航天、兵器等制造中，都有廣泛的應(yīng)用。三、沖壓設(shè)備

沖壓設(shè)備主要有剪床和沖床兩大類。

1.剪床剪床是完成剪切工序，把板料切成需要寬度的條料以供沖壓工序使用的主要設(shè)備。剪床的外形及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖7.44所示。電動(dòng)機(jī)1通過帶輪使軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過齒輪傳動(dòng)及離合器3使曲軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，于是帶有刀片的滑塊5便上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行剪切工作。6為工作臺(tái)，7是滑塊制動(dòng)器。圖7.44剪床1—電動(dòng)機(jī)2—軸3—離合器4—曲軸5—滑塊6—工作臺(tái)7—滑塊制動(dòng)器

剪床通常有平口剪床、斜口剪床和圓盤剪床三種類型。（1）平口剪床上刀刃與下刀刃平行，所需剪力較大，板料剪切后平整度高，常用于窄板材料的剪切。（2）斜口剪床上刀刃相對(duì)于平行的下刀刃傾斜6°～8°，所需剪力較小，板料剪切后易彎曲，常用于寬板材料的剪切。（3）圓盤剪床剪切時(shí)，坯料被慢慢地送入反向轉(zhuǎn)動(dòng)的兩刀片之間，板料剪切后易彎曲，常用于長帶料的剪切。2．沖床

沖床是進(jìn)行沖壓加工的主要設(shè)備，按其床身結(jié)構(gòu)不同，有開式和閉式兩種類型。按其傳動(dòng)方式不同，有機(jī)械式?jīng)_床與液壓壓力機(jī)兩大類。沖床的主要技術(shù)參數(shù)是以公稱壓力來表示的，公稱壓力是以沖床滑塊在下止點(diǎn)前工作位置所能承受的最大工作壓力來表示的。我國常用開式?jīng)_床的規(guī)格為63～2000kN，閉式?jīng)_床的規(guī)格為1000～5000kN。圖7.45所示為小型開式機(jī)械式?jīng)_床的工作原理及傳動(dòng)示意圖。

電動(dòng)機(jī)4帶動(dòng)帶傳動(dòng)減速裝置，并經(jīng)離合器8將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳給曲軸7，曲軸7和連桿5則把傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)固定上模的滑塊11沿床身導(dǎo)軌2作上下運(yùn)動(dòng)，完成沖壓動(dòng)作。沖床啟動(dòng)后，在未踩下腳踏板12時(shí)，離合器8處于分離位置，此時(shí)，皮帶輪9空轉(zhuǎn)，曲軸7不動(dòng)。當(dāng)踩下腳踏板12時(shí)，離合器8處于結(jié)合位置，把皮帶輪9和曲軸7連接起來，使曲軸7跟著旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滑塊11連續(xù)上下動(dòng)作。抬起腳后，腳踏板12升起，滑塊11便在制動(dòng)器6的作用下，自動(dòng)停止在最高位置上。圖7.45沖床的工作原理及傳動(dòng)示意圖1—工作臺(tái)2—導(dǎo)軌3—床身4—電動(dòng)機(jī)5—連桿6—制動(dòng)器7—曲軸8—離合器9—皮帶輪10—傳動(dòng)帶11—滑塊12—腳踏板13—拉桿四、沖模

沖模是沖壓加工中的主要工藝裝備。沖模按組合方式可分為單工序模（簡單沖模）、級(jí)進(jìn)模（連續(xù)沖模）、組合模（復(fù)合沖模）三種。

（1）單工序模在一個(gè)沖壓行程中只完成一道工序的沖模，如圖7.46所示。此種模具結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，適用于小批量生產(chǎn)。圖7.46單工序模1—凸模2—凹模3—上模板4—下模板5—模柄6—凸模固定板7—凹模固定板8—卸料板9—導(dǎo)料板10—擋料銷11—導(dǎo)套12—導(dǎo)柱

（2）級(jí)進(jìn)模是把兩個(gè)(或更多個(gè))單工序模聯(lián)在模板上而成，在一個(gè)沖壓行程中同時(shí)完成多道工序的沖模，如圖7.47所示。級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)率較高，加工零件精度高，適用于大批量生產(chǎn)。圖7.47級(jí)進(jìn)模1—沖孔凸模2—落料凸模3—卸料板4—凹模5—導(dǎo)正銷6—上模固定板7—固定擋料銷8—工件9—廢料10—坯料11—沖孔凹模12—落料凹模

（3）組合模在一次行程中，坯料在沖模中只經(jīng)過一次定位，可同時(shí)完成兩個(gè)以上沖壓工序的沖模。如圖7.48所示。組合模生產(chǎn)效率高，加工零件精度高，適用于大批量生產(chǎn)。圖7.48組合模1—彈性壓邊圈2—拉深凸模3—落料、拉深凸凹模4—落料凹模5—頂件板沖壓模具的組成及各部分作用：①凹模與凸模部分凸模又稱沖頭，它與凹模共同作用，使板料分離或變形完成沖壓過程的零件，是沖模的主要工作部分。②定位、送料部分使條料或半成品在模具上定位、沿工作方向送進(jìn)的零部件。主要有擋料銷、導(dǎo)正銷、導(dǎo)料銷、導(dǎo)料板等。③卸料及壓料部分防止工件變形，壓住模具上的板料及將工件或廢料從模具上卸下或推出的零件。主要有卸料板、頂件器、壓邊圈、推板、推桿等。④模架部分由上下模板、導(dǎo)柱和導(dǎo)套組成。上模板用以固定凸模、模柄等零件，下模板則用以固定凹模、送料和卸料構(gòu)件等。導(dǎo)套和導(dǎo)柱分別固定在上、下模板上，用以保證上、下模對(duì)準(zhǔn)。五、冷沖壓基本工序1.沖壓工序沖孔、落料沖孔、剖切1）分離工序（1）沖孔：用沖孔模沿封閉輪廓沖裁工件或毛坯，沖下部分為廢料。（2）落料：用落料模沿封閉輪廓沖裁板料或條料，沖下部分為制件。（3）切斷：用剪刃或模具切斷板料或條料的部分周邊，并使其分離。（4）切口：用切口模將部分材料切開，但并不使它完全分離，切開部分材料發(fā)生彎曲。（5）切邊：用切邊模將坯件邊緣的多余材料沖切下來。（6）剖切：用剖切模將坯件(彎曲件或拉深件)剖成兩部分或幾部分。（7）整修：用整修模去掉坯件外緣或內(nèi)孔的余量，以得到光滑的斷面和精確的尺寸。外緣整修內(nèi)孔整修2）塑性變形工序（1）彎曲：把平面毛坯料制成具有一定角度和尺寸要求的一種塑性成形工藝。壓彎：用彎曲模將平板(或絲料、桿件)毛坯壓彎成一定尺寸和角度，或?qū)⒁褟澕鬟M(jìn)一步彎曲。

（2）拉深是將一定形狀的平板毛坯通過拉深模沖壓成各種形狀的開口空心件；或以開口空心件為毛坯通過拉深，進(jìn)一步使空心件改變形狀和尺寸的冷沖壓加工方法。拉深過程如圖7.56所示。原始直徑為D的板料，經(jīng)拉深后變成外徑為d的杯形零件。圖7.56拉深過程1—沖頭2—壓板3—凹模4—工件

拉深工藝可分為不變薄拉深和變薄拉深兩種，不變薄拉深件的壁厚與毛坯厚度基本相同，工業(yè)上應(yīng)用較多，變薄拉深件的壁厚則明顯小于毛坯厚度。拉深可以制造筒形、階梯形、球形及其它復(fù)雜形狀的薄壁零件。

拉深件最容易產(chǎn)生的缺陷是拉裂和起皺（如圖7.57所示）。拉裂產(chǎn)生的最危險(xiǎn)的部位是側(cè)壁與底部的過渡圓角處。起皺是拉深時(shí)坯料的法蘭部分受到切向壓應(yīng)力的作用，使整個(gè)法蘭產(chǎn)生波浪形的連續(xù)彎曲現(xiàn)象。為防止出現(xiàn)廢品，必須采取以下措施：a）b）圖7.57拉深廢品a）拉裂b）起皺①拉深模具的工作部分加工成圓角，r凹=10δ，r凸=(0.6～1)r凹，δ為材料厚度。②合理控制凸、凹模的間隙，Z=（1.1～1.5）δ。③正確選擇拉深系數(shù)。拉深系數(shù)一般不小于0.5～0.8，塑性好的材料可取下限值。④拉深前在工件上涂潤滑劑。⑤用壓邊圈將工件壓住，以防止起皺。

（3）成形通過板料的局部變形來改變毛坯的形狀和尺寸的工序的總稱，如翻邊、膨脹、縮口等①翻邊將工件上的孔或邊緣翻出豎立或有一定角度的直邊成形方法，如圖7.58所示。圖7.58翻邊

②脹形利用模具使空心件或管狀件由內(nèi)向外擴(kuò)張，獲得所需形狀和尺寸零件的成形方法，如圖7.59所示。圖7.59脹形1—凸模2—凹模3—工件4—橡膠5—外套6—墊塊③縮口利用模具將預(yù)先拉深好的空心件或管狀件的口部直徑縮小的局部成形方法，如圖7.60所示。圖7.60縮口④起伏成形平板毛坯或制件在模具的作用下，產(chǎn)生局部凸起（或凹下）的成形方法，如圖7.61所示。圖7.61起伏成形⑷卷邊：用卷邊模將條料端部按一定半徑卷成圓形。編制如圖所示圓筒體沖壓工藝。圖7.73筒體零件圖筒體拉伸工藝過程卡片

任務(wù)實(shí)施：如圖所示托架，已知零件材料為08鋼，年產(chǎn)量為一萬件，要求表面無劃傷，孔不能變形。制定該零件的工藝過程?；竟ば?yàn)槁淞?、沖孔、彎曲三種

托架冷沖壓工藝卡片汽車消音器沖壓工藝卡片知識(shí)拓展：

板料沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性

板料沖壓件的設(shè)計(jì)不僅要保證良好的使用性能，而且也應(yīng)具有良好的工藝性能，以提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本及保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1．沖裁件結(jié)構(gòu)工藝性指沖裁件結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸對(duì)沖裁工藝的適應(yīng)性。主要包括以下方面。（1）沖裁件的形狀應(yīng)力求簡單、對(duì)稱，盡可能采用規(guī)則形狀，如圓形、矩形等。在排樣時(shí)要有利于合理利用材料，盡可能提高材料的利用率。如圖7.62所示。同時(shí)應(yīng)避免長槽與細(xì)長懸臂結(jié)構(gòu)，如圖7.63所示，否則制造模具困難。a）不合理b）合理圖7.62零件形狀與材料利用率的關(guān)系圖7.63長槽與細(xì)長懸臂結(jié)構(gòu)（2）沖裁件轉(zhuǎn)角處應(yīng)盡量避免尖角，以圓角過渡。一般在轉(zhuǎn)角處應(yīng)有半徑R≥0.25t（t為板厚）的圓角，以避免尖角處應(yīng)力集中被沖模沖裂和減小角部模具的磨損。（3）對(duì)孔的最小尺寸及孔距間的最小距離等，也都有一定限制。對(duì)沖裁件的有關(guān)尺寸要求如圖7.64所示。圖7.64沖裁件的有關(guān)尺寸

（4）沖裁件的尺寸精度要求應(yīng)與沖壓工藝相適應(yīng)，其合理經(jīng)濟(jì)精度為IT9～I(xiàn)T12，較高精度沖裁件可達(dá)到IT8～I(xiàn)T10。采用整修或精密沖裁等工藝，可使沖裁件精度達(dá)到IT6～I(xiàn)T7，但成本也相應(yīng)提高。2．彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性如圖7.65所示，設(shè)計(jì)彎曲件時(shí)應(yīng)考慮以下幾方面：（1）彎曲件的彎曲半徑r不應(yīng)小于材料允許的最小彎曲半徑rmin，并應(yīng)考慮材料纖維方向，以避免彎裂。但彎曲半徑r也不宜過大,否則會(huì)造成回彈量過大,使彎曲件精度不易保證。（2）彎曲件形狀應(yīng)盡量對(duì)稱，以防止在彎曲時(shí)發(fā)生工件偏移。（3）直邊過短不易彎曲成形，應(yīng)使彎曲件的直邊高H＞2t（t為板厚）。（4）彎曲帶孔的工件時(shí)，孔的位置應(yīng)在變形區(qū)以外，孔與彎曲變形區(qū)的距離L≥(1.5～2)t。（5）多向彎曲時(shí)，為避免角部畸變，應(yīng)先沖工藝孔或切槽。3．拉深件的結(jié)構(gòu)工藝性拉深件的有關(guān)尺寸要求如圖7.66所示，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下幾個(gè)方面：圖7.66拉深件的尺寸要求（1）拉深件的形狀應(yīng)力求簡單、對(duì)稱，以便使拉伸次數(shù)減少，容易成形。拉深件的形狀有回轉(zhuǎn)體形、非回轉(zhuǎn)體對(duì)稱形和非對(duì)稱空間形三類，其中以回轉(zhuǎn)體形，尤其是直徑不變的杯形件最易拉深，模具制造也方便。（2）盡量避免直徑小而深度大，否則不僅需要進(jìn)行多次拉深，而且容易出現(xiàn)廢品。（3）拉深件的底部與側(cè)壁，凸緣與側(cè)壁應(yīng)有足夠的圓角；拉深件底部或凸緣上的孔邊到側(cè)壁的距離要合理，最小允許半徑和距離如圖7.66所示。否則容易出現(xiàn)廢品和增加成本。另外，帶凸緣拉深件的凸緣尺寸要合理，不宜過大或過小，否則會(huì)造成拉深困難或?qū)е聣哼吶κプ饔?。?）不要對(duì)拉深件提出過高的精度或表面質(zhì)量要求。拉深件直徑方向的經(jīng)濟(jì)精度一般為IT9～I(xiàn)T10，經(jīng)整形后精度可達(dá)到IT7～I(xiàn)T6，拉深件的表面質(zhì)量一般不超過原材料的表面質(zhì)量。

典型零件沖壓工藝示例

1．制定沖壓工藝規(guī)程的步驟制訂沖壓工藝規(guī)程是進(jìn)行零件沖壓生產(chǎn)必不可少的技術(shù)準(zhǔn)備工作，是組織生產(chǎn)、規(guī)范操作、控制和檢查產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)。制訂工藝規(guī)程，必須結(jié)合實(shí)際情況，在滿足零件全部技術(shù)要求前提下，達(dá)到生產(chǎn)率高，成本低，勞動(dòng)條件好。（1）分析沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性；（2）擬訂沖壓工藝方案；（3）毛坯形狀、尺寸和下料方式的確定；（4）沖壓工序的性質(zhì)、順序與數(shù)目的確定：①對(duì)于有孔或切口的平板零件，當(dāng)采用單工序模沖裁時(shí)，一般應(yīng)先落料后沖孔（或切口）；當(dāng)采用級(jí)進(jìn)模沖裁時(shí)，則應(yīng)先沖孔（或切口）后落料。②對(duì)于多角彎曲件，當(dāng)采用簡單彎模分次彎曲成形時(shí)，應(yīng)先彎外角，后彎內(nèi)角。③對(duì)于孔位于變形區(qū)（或靠近變形區(qū)）或孔與基準(zhǔn)面有較高的要求時(shí)，必須先彎曲，后沖孔；對(duì)于孔位于變形區(qū)外或孔與基準(zhǔn)面的要求不高時(shí)，應(yīng)先沖孔，后彎曲。④對(duì)于有孔或缺口的拉深件，一般應(yīng)先拉深，后沖孔（或缺口）。對(duì)于帶底孔的拉深件，當(dāng)孔徑要求不高時(shí)，可先沖孔，后拉深；當(dāng)?shù)卓滓筝^高時(shí)，一般應(yīng)先拉深后沖孔，也可先沖孔，后拉深，再?zèng)_切底孔邊緣達(dá)到要求。⑤對(duì)于旋轉(zhuǎn)體復(fù)雜拉深件，一般是按由大到小的順序進(jìn)行拉深，或先拉深大尺寸的外形，后拉深小尺寸的內(nèi)形；對(duì)于非旋轉(zhuǎn)體復(fù)雜拉深件，則應(yīng)先拉深小尺寸的內(nèi)形，后拉深大尺寸的外形。⑥壓平、修整、切邊等工序，應(yīng)分別安排在沖裁、彎曲和拉深之后進(jìn)行。（5）確定模具類型與結(jié)構(gòu)形式；根據(jù)擬定的沖壓工藝方案選用沖模類型，并進(jìn)一步確定沖模各零部件的具體結(jié)構(gòu)形式。（6）選擇沖壓設(shè)備根據(jù)沖壓工序的性質(zhì)選定設(shè)備類型，根據(jù)沖壓工序所需沖壓力和模具尺寸的大小來選定沖壓設(shè)備的技術(shù)規(guī)格。（7）編寫沖壓工藝文件。2．典型零件沖壓工藝示例例1：如圖7.67所示托架，已知零件材料為08鋼，年產(chǎn)量為一萬件，要求表面無劃傷，孔不能變形。制定該零件的沖壓工藝過程。圖7.67托架解：（1）分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性該件φ10孔內(nèi)裝有心軸，4-φ5孔與機(jī)身連接，為保證良好的裝配條件，5個(gè)孔的公差均為IT9，精度要求較高。選用08鋼冷軋板塑性好，各彎曲半徑大于最小彎曲半徑，各孔都可以沖出，不需要修整。因此，該件可以用沖壓加工成形。（2）擬定工藝方案從零件結(jié)構(gòu)分析，該件所需基本工序?yàn)槁淞?、沖孔、彎曲三種。其中彎曲工藝方案有三種，如圖7.68所示。a）b）c）圖7.68托架彎曲工藝方案

該零件的沖壓工藝方案有以下幾種：工藝方案一：復(fù)合沖φ10孔與落料；彎兩邊外角和中間兩45°角；彎中間兩角；沖4-φ5孔，如圖7.69所示。其優(yōu)點(diǎn)是：模具簡單，制造周期短，投產(chǎn)快，壽命長；彎曲回彈容易控制，尺寸和形狀準(zhǔn)確