1、第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,內(nèi)容簡介：,1、對冷鍛工藝有所了解。 2、掌握冷鍛基本工序。 3、認(rèn)識冷鍛的典型設(shè)備及其工作原理。,本章對冷鍛的定義，特點(diǎn)及其發(fā)展作一簡單介紹，并重點(diǎn)對冷鍛工藝的基本工序進(jìn)行闡述，如鐓鍛、型鍛與壓印、擠壓和模鍛。,學(xué)習(xí)目的與要求：,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,是指在冷態(tài)條件下的鍛造加工，即在室溫條件下，利用安裝在設(shè)備上的模具將金屬坯料壓縮成形為具有一定形狀及一定使用性能的零件的塑性加工方法。,第一節(jié) 冷鍛的定義,冷態(tài)實(shí)際上是指再結(jié)晶溫度以下的溫度狀態(tài)，因此冷鍛指的是在金屬再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的各種體積成形。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,冷鍛包括鐓鍛、

2、模鍛、擠壓（正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓）、壓印等工藝，其中擠壓工藝的發(fā)展最為迅速。,第一節(jié) 冷鍛的定義,冷軋、冷拉、冷拔也屬于冷體積變形范疇，這類塑性變形工藝主要用于金屬板、線、管、棒等坯料的一次塑性加工，一般較少用于單個零件成形的二次塑性加工。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,冷鍛與熱鍛、粉末冶金、鑄造及切削加工相比：,第二節(jié) 冷鍛的特點(diǎn),工件精度高，強(qiáng)度性能更好； 節(jié)省原材料，且沒有因加熱而污染環(huán)境； 生產(chǎn)效率高，易實(shí)現(xiàn)自動化； 加工的綜合成本低。,已經(jīng)越來越多地用來大量生產(chǎn)軟質(zhì)金屬，低碳鋼、低合金鋼零件。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,冷鍛成形的特殊要求：,第二節(jié) 冷鍛的特點(diǎn),由于變

3、形抗力大，故要求設(shè)備噸位較大； 對模具材料要求高，模具制造復(fù)雜； 對所加工的原材料要求高； 所有毛坯往往要進(jìn)行軟化退火和表面磷皂化等潤滑處理。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第三節(jié) 冷鍛的發(fā)展,pp361自學(xué),第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的基本工序,定義：冷鐓鍛是利用冷鍛設(shè)備通過冷鍛模具對金屬坯料施加軸向壓力，使其產(chǎn)生軸向壓縮橫向增粗的冷鍛成形方法。,鐓鍛的特點(diǎn)是坯料的橫截面積增大。 根據(jù)坯料變形部位的不同以及模具工作部分形狀的不同，鐓鍛可以分為鐓粗（整體鐓鍛）、頂鐓（鐓頭）、中間鐓粗（見圖161） 螺母、螺釘、鉚釘及雙頭螺栓類零件，就是分別經(jīng)過鐓粗、鐓頭及中間鐓粗而

4、成形出來（錄像）,一、鐓鍛,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,（一）鐓粗（整體鐓鍛）,定義：使整個坯料由軸向壓縮轉(zhuǎn)為橫向擴(kuò)展的一種鐓鍛工序。,主要工藝參數(shù)： 高徑比（坯料的高度與直徑之比，是選擇和計(jì)算坯料的參數(shù)，根據(jù)體積不變條件計(jì)算，一般不大于22.5） 鐓粗率（鐓鍛前后高度變化與原始高度之比,是一種相對應(yīng)變，表示鐓粗的變形程度，查表161）,一、鐓鍛（續(xù)）,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,鐓粗常見的缺陷及其預(yù)防 軸向彎扭 原因：高徑比過大、坯料本身有彎曲、端面不平、沖頭或凹模端面傾斜 措施：分兩次進(jìn)行鐓粗，先用內(nèi)錐形上模預(yù)鐓，再成形鐓 表面折疊 表面裂紋 原因：外側(cè)金屬受切向拉應(yīng)力、材料本

5、身表面有傷痕或纖維組織粗大 措施：選用塑性好的材料、采用錐形?；虬敕忾]模鐓粗、改善端面潤滑 內(nèi)部裂紋 鼓形是鐓粗變形規(guī)律的表現(xiàn)，不應(yīng)該算缺陷 措施：改善模具與毛坯接觸面潤滑、改自由鐓粗為半封閉鐓粗、鉚鐓,一、鐓鍛（續(xù)）,（一）鐓粗（整體鐓鍛）（續(xù)）,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,（二）頂鐓（鐓頭）,定義：在坯料一端的頭部產(chǎn)生軸向壓縮、橫向擴(kuò)展的鐓鍛工序。,其變形本質(zhì)與鐓粗工序完全相同，其出現(xiàn)質(zhì)量問題的原因及預(yù)防措施也相同，但在模具工作部分的設(shè)計(jì)存在不同之處： （1）頂鐓所用凹模要有夾持好坯料不變形部分的功能，凹?？诓窟吘墤?yīng)有圓角。 （2）頂鐓外凸曲面形鐓頭件時(shí)，凸模工作部分的形狀要有相應(yīng)的

6、內(nèi)凹曲面形狀。 （3）當(dāng)頂鐓件頭部外曲面的端面粗糙度要求不高，凸模內(nèi)凹中心一般設(shè)計(jì)出氣孔；若不允許，可用預(yù)成形或機(jī)加工后再鐓。 （4）形狀復(fù)雜的頭部，應(yīng)多次頂鐓逐步成形。,一、鐓鍛（續(xù)）,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,（三）中間鐓粗,定義：坯料的中間部位產(chǎn)生軸向壓縮橫向擴(kuò)展的鐓鍛工序。,中間鐓粗工序模具工作部分設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 凹模功能及工作部分設(shè)計(jì)原則與頂鐓凹模相同。 凸模工作部分要帶有內(nèi)孔，且孔口邊緣要成圓角。 中間形狀要求較高時(shí)，應(yīng)采用半封閉式鐓鍛。 中間形狀復(fù)雜的零件鐓鍛時(shí)，應(yīng)按逐步成形多次鐓鍛的工藝方案進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。,一、鐓鍛（續(xù)）,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的

7、基本工序,定義：利用冷鍛設(shè)備通過模具對金屬坯料施加壓力使其橫向壓縮變形的冷鍛成形方法。其特點(diǎn)是坯料的橫截面變薄。由于實(shí)際生產(chǎn)中通常在鍛錘的型砧上進(jìn)行，故稱為型鍛。,根據(jù)坯料變形部位的不同，型鍛可分為： 端部拔長（使坯料的一端沿其橫向壓縮、軸向伸長） 中間壓扁（在坯料的中間部位沿其橫向壓縮而變?。?軸向伸長的壓扁 展寬壓扁,二、型鍛,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的基本工序,定義：利用冷鍛設(shè)備通過模具對金屬坯料施加壓力使其產(chǎn)生軸向壓縮、橫向不明顯擴(kuò)展的冷鍛成形方法。其特點(diǎn)是壓縮量不大，橫向變形量及總體變形量不大，但壓力很大。,根據(jù)坯料形狀以及所用模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，其分為：

8、壓花打?。ㄔ谄桨迮髁系纳?、下表面上成形出深度淺而清晰的凸凹花紋、圖案或文字符號的一種壓印工序） 壓 凹（在坯料的端面上成形出有一定深度的凹坑的壓印工序） 精 壓（為提高半成品的尺寸精度及形狀精度而進(jìn)行的輕微壓縮變形的一種壓印工序）,三、壓印,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的基本工序,冷擠壓是在冷態(tài)下，將金屬毛坯放入模具型腔內(nèi)，在強(qiáng)大的壓力和一定的速度作用下，迫使金屬從型腔中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定力學(xué)性能的擠壓件。,四、擠壓,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的基本工序,根據(jù)金屬被擠出方向與施加壓力方向的關(guān)系： 正擠壓：金屬被擠出方向與加壓方

9、向一致。（實(shí)心件正擠壓、空心件正擠壓） 反擠壓：金屬被擠出方向與加壓方向相反。 復(fù)合擠壓：正擠與反擠的復(fù)合。 徑向擠壓：金屬的流動方向與凸模軸線方向相垂直。 減徑擠壓：一種變形程度較小的變態(tài)正擠壓法，毛坯斷面僅作輕度縮減，主要用于制造直徑相差不大的階梯軸類擠壓件以及作為深孔薄壁杯形件的修整工序，或擠壓花鍵等。,（一）冷擠壓工藝分類,四、擠壓（續(xù)）,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的基本工序,正擠壓變形分析,正擠壓實(shí)心件的金屬流動網(wǎng)格圖 正擠壓時(shí)坯料大致分為： 變形區(qū)、不變形區(qū)（又分為待變形區(qū)、已變形區(qū)和死角區(qū)） 。 擠壓時(shí)變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)是三向受壓。其變形是兩向收縮、一向伸長

10、的應(yīng)變狀態(tài)。,四、擠壓（續(xù)）,（二）冷擠壓金屬的變形分析,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的基本工序冷擠壓,反擠壓變形分析,反擠壓的金屬流動網(wǎng)格圖； 反擠壓時(shí)坯料大致分為： 已變形區(qū)、死角區(qū)、變形區(qū)、 過渡區(qū)和待變形區(qū)。,復(fù)合擠壓變形分析,復(fù)合擠壓的金屬流動網(wǎng)格圖。,四、擠壓（續(xù)）,（二）冷擠壓金屬的變形分析（續(xù)）,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的基本工序,表面折疊,定義：多余的表皮金屬被壓入毛坯表層所形成的缺陷。,四、擠壓（續(xù)）,（三）冷擠壓件的常見缺陷,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的基本工序,四、擠壓（續(xù)）,（三）冷擠壓件的常見缺

11、陷,表面折縫,定義：在變形過程中，多余的表皮金屬受阻而在其邊界處積聚，隨著變形的繼續(xù)進(jìn)行深入到材料內(nèi)部所形成的一種缺陷。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的基本工序,縮孔,定義：變形過程中變形體一些部位上產(chǎn)生較大的空洞或凹坑的一種缺陷。,四、擠壓（續(xù)）,（三）冷擠壓件的常見缺陷（續(xù)）,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的基本工序,四、擠壓（續(xù)）,（三）冷擠壓件的常見缺陷（續(xù)）,裂紋,擠壓裂紋分表面裂紋和內(nèi)部裂紋。,附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力的影響,擠壓中的附加應(yīng)力也會引起裂紋。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的基本工序,（四）擠壓變形程度,（1）斷

12、面收縮率,（2）擠壓比,（3）對數(shù)變形程度,四、擠壓（續(xù)）,冷擠壓變形程度,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的基本工序,冷擠壓許用變形程度,定義：每道冷擠壓工序能擠出合格產(chǎn)品的最大變形程度。 影響因素： 模具許用單位壓力：模具的強(qiáng)度越高、許用單位壓力越大，則許用變形程度值越大。 材料種類：被擠金屬材料強(qiáng)度越大，擠壓時(shí)變形抗力越大，則許用變形程度值就越小。 擠壓方式 模具工作部分的結(jié)構(gòu)形狀 潤滑條件,四、擠壓（續(xù)）,（四）擠壓變形程度（續(xù)）,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的基本工序,冷擠壓常用原材料,目前可供冷擠壓的金屬材料有：鉛、錫、銀、純鋁（L1L5）、

13、鋁合金（LF21、LY11、LY12、）、紫銅與無氧銅（T1、T2、T3、TU1、TU2等）、黃銅（H62、H68、等）、錫磷青銅（QSn6.5一0.1等）、鎳（N1、N2等）、鋅及鋅鎘合金、純鐵、碳素鋼（Q195、Q215、Q235、Q255、)低合金鋼（15Cr、20Cr、20MnB、 16Mn、30CrMnSiA）和不銹鋼（1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti等）。,四、擠壓（續(xù)）,（四）擠壓變形程度（續(xù)）,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第四節(jié) 冷鍛工藝的基本工序,不同材料的許用變形程度,有色金屬冷擠壓的單位壓力較小，其許用變形程度較大，pp375，表162。 黑色金屬正擠壓

14、時(shí)毛坯材料硬度與許用變形程度的關(guān)系見pp375 ，圖1624。 黑色金屬反擠壓時(shí)，毛坯材料硬度與許用變形程度的關(guān)系見pp376，圖1625。,四、擠壓（續(xù)）,（四）擠壓變形程度（續(xù)）,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第五節(jié) 冷鍛坯料的制備,毛坯的下料方法： 應(yīng)根據(jù)坯料形狀、精度要求、材料利用率及生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際條件等因素進(jìn)行選擇。,.切削 在批量不大時(shí)常用車削、銑削、鋸切法加工毛坯。 .剪切 剪切下料是在專用的棒料剪切機(jī)或沖剪機(jī)上進(jìn)行的。 .沖裁 對于板形坯料，宜用沖裁方法加工。 4.拉深、反擠壓 用于杯形毛坯加工。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第六節(jié) 冷鍛毛坯的軟化與表面處理,1.毛坯

15、的軟化 在冷鍛之前及工序之間，大都需對毛坯或半成品進(jìn)行軟化熱處理，其目的是減小材料的硬度和強(qiáng)度，提高塑性，得到良好的金相組織，以利于冷鍛變形的進(jìn)行。 2.坯料的表面處理與潤滑 潤滑對冷鍛是非常重要的。冷鍛時(shí)摩擦不僅影響到金屬的變形及擠壓件的質(zhì)量，而且也直接影響到單位擠壓力的大小、模具的壽命。所以要采用良好且可靠的潤滑方法。 冷擠壓的毛坯進(jìn)行表面處理可獲得下列效果：降低毛坯與模具間的外摩擦阻力；避免毛坯表面與模具直接摩擦而引起的粘結(jié)現(xiàn)象；提高擠壓件的表面質(zhì)量，提高模具的壽命；減低擠壓時(shí)的變形力及變形功的消耗。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第七節(jié) 冷鍛力的確定,一、壓力行程曲線,第一階段(鐓

16、粗與充滿階段) 是材料充滿凹模型腔的過程。 第二階段（穩(wěn)定擠壓階段） 沖頭繼續(xù)下壓，材料不斷地從穩(wěn)定變形區(qū)往?？字袛D出。 第三階段（非穩(wěn)定變形階段） 由于變形材料的厚度變得很小了，變形遍及與沖頭端面相連的整個毛坯，金屬變形異常困難，這時(shí)擠壓力急劇增大 。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第七節(jié) 冷鍛力的確定,二、影響單位冷鍛力的因素,擠壓金屬的力學(xué)性能：強(qiáng)度指標(biāo)和硬化指數(shù)越大，材料變形抗力也越大。,2. 變形程度：如15號鋼，正擠壓單位壓力隨變形程度的增加而增加；反擠壓單位壓力存在有最低點(diǎn)。,3. 變形方式：某些零件的成形加工，往往可以采用兩種不同的方式。如桿形件，既可以采用正擠壓成形，也可

17、采用反擠壓成形（如圖），杯形件也是如此。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第七節(jié) 冷鍛力的確定,二、影響單位冷鍛力的因素（續(xù)）,.模具幾何形狀 模具的幾何形狀對單位擠壓力影響很大，尤其是正擠壓凹模形狀和反擠壓凸模的形狀，對單位擠壓力的影響更大。,.坯料的相對高度 它反映了工件與模具間的摩擦阻力關(guān)系 。,.潤滑 摩擦愈大，單位擠壓力愈大。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第七節(jié) 冷鍛力的確定,三、冷鍛力的計(jì)算,公式計(jì)算法 PP390 圖算法 PP394 查表法 PP402,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第七節(jié) 冷鍛力的確定,四、冷擠壓機(jī)的選用,1)冷擠壓工藝所需的壓力應(yīng)當(dāng)?shù)陀谒x擇壓力機(jī)

18、的名義噸位 2)要求有較大的能量。因冷擠壓的力-行程圖接近矩形，所需變形能量較大。 3)要求有較好的剛性與導(dǎo)向精度。壓力機(jī)的剛性與導(dǎo)向精度影響冷擠壓模具上下模的同軸度與垂直度，影響模具壽命。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第七節(jié) 冷鍛力的確定,四、冷擠壓機(jī)的選用（續(xù)）,4)最好有超載保險(xiǎn)裝置。 5)最好在壓力機(jī)上備有頂出裝置。 6)可以采用冷擠壓壓力機(jī)（機(jī)械傳動或液壓傳動的）、通用機(jī)械壓力機(jī)、通用液壓機(jī)進(jìn)行冷擠壓生產(chǎn)，也可以在摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行冷擠壓。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第八節(jié) 冷擠壓的工藝設(shè)計(jì),一、冷擠壓的結(jié)構(gòu)工藝性分析,對稱性(如圖） 斷面積差（如圖） 斷面的合理過渡（如

19、圖） 錐形（如圖） 斷面形狀階梯形（如圖） 避免細(xì)小深孔件 擠壓的壓余厚度不宜過小,否則會使單位擠壓力急劇增大，并且會產(chǎn)生缺陷（如縮孔）。 （如圖）,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第八節(jié) 冷擠壓的工藝設(shè)計(jì),二、冷擠壓工藝方案的制定,1冷擠壓件圖的制訂 確定冷擠壓和進(jìn)一步加工的工藝基準(zhǔn)。 對于不經(jīng)機(jī)械加工的部位，不加余量，應(yīng)按零件圖的技術(shù)要求直接給出公差，而對于需進(jìn)行機(jī)械加工的部位，應(yīng)按冷擠壓可以達(dá)到的尺寸精度給出公差。 確定擠壓完成后多余材料的排除方式。 按照零件的技術(shù)要求及冷擠壓可能達(dá)到的精度，確定表面粗糙度等級和形位公差值 。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第八節(jié) 冷擠壓的工藝設(shè)計(jì)

20、,二、冷擠壓工藝方案的制定（續(xù)）,2制定冷擠壓工藝方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 擠壓件尺寸越大，所需設(shè)備噸位增大，采用冷擠壓加工困難性增加。 擠壓件形狀越復(fù)雜，變形程度越大，所需冷擠壓工序數(shù)目就越多。 擠壓件可達(dá)精度和表面粗糙度有一定限度，增加修整工序可提高擠壓件精度。 擠壓件材料影響擠壓難度、許用變形程度。 擠壓件費(fèi)用是一項(xiàng)綜合指標(biāo)，往往是決定工藝方案是否合理、可行的關(guān)鍵因素。 擠壓件的批量大時(shí)可以使總的成本降低。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第八節(jié) 冷擠壓的工藝設(shè)計(jì),三、冷擠壓工藝方案分析制定案例,1軸類零件圖：當(dāng)軸類零件不超過材料的許用變形程度時(shí)，一般用一次正擠壓成形完成。 2具有階梯內(nèi)孔零

21、件 ：圖示零件成形基本分為兩道反擠壓：第一次反擠孔（），第二次再反擠小孔（） 3 深孔薄壁零件(圖） 4. “山”形件 （圖） 5. 花鍵軸擠壓圖,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第九節(jié) 冷擠壓模具設(shè)計(jì),一、典型的冷擠壓模具,正擠壓模具 反擠壓模具,錄像資料 冷擠壓活塞銷 冷拉縫紉機(jī)送布牙 熱擠壓氧氣瓶,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第九節(jié) 冷擠壓模具設(shè)計(jì),二、冷擠壓的凸凹模設(shè)計(jì),冷擠壓凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 正擠壓（實(shí)心件、空心件）凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(如圖）,反擠壓凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(如圖） ）臺底式有利于金屬流動，是最常用的一種結(jié)構(gòu)型式 ）錐底式有利于金屬流動，多用于深孔件的擠壓 ）平底式雖然不利

22、于金屬流動，但當(dāng)擠壓件要求孔底必須為平底時(shí)，則應(yīng)采用平底式凸模。,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第九節(jié) 冷擠壓模具設(shè)計(jì),二、冷擠壓的凸凹模設(shè)計(jì)（續(xù)）,冷擠壓凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： ）凹模的形式（如圖） 整體式和組合式（預(yù)應(yīng)力組合和分割型組合） 。 ）正擠壓凹模（如圖） 凹模入口角 凹模工作帶長度 凹模的過渡部分均用圓角連接； )反擠壓凹模（如圖）,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,謝謝 本課程到此結(jié)束！,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,冷擠壓的基本工藝類型 a）實(shí)心件正擠壓 b）空心件正擠壓 c）反擠壓 d）復(fù)合擠壓,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,徑向擠壓,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,減徑擠壓,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,擠壓花鍵,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,正擠壓變形的網(wǎng)格示意圖 a）變形前 b）理想變形 c）理想潤滑時(shí)的變形 d）實(shí)際變形,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,反擠壓的變形網(wǎng)格 a）開始狀態(tài) b ）穩(wěn)定變形狀態(tài) c）終了狀態(tài),第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,復(fù)合擠壓變形的網(wǎng)格圖,第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序,第九章 冷鍛工藝概述及其