《金屬工藝學(xué)(第2版)》教學(xué)講義 第14章壓力加工

課題：壓力加工基礎(chǔ)知識金屬的塑性變形

授課時數(shù)：2

教學(xué)目的、要求：

1.熟悉金屬壓力加工的實質(zhì)、特點和應(yīng)用

2.掌握金屬弼性變形的實質(zhì)、塑性變形對金屬組織和性能的影響

3.熟悉金屬加熱時變形組織的回復(fù)、再結(jié)晶

教學(xué)重點、難點：

重點：金屬塑性變形的實質(zhì)、塑性變形對金屬組織和性能的影響

難點：金屬加熱時變形組織的回復(fù)、再結(jié)晶

教學(xué)過程：

（一）復(fù)習(xí)提問

1.特種鑄造的特點

2.金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、熔模鑄造的方法、特點和

用途

（二）導(dǎo)入新課、授新課

14.1概述

一、壓力加工的實質(zhì)

金屬壓力加工是指在外力作用下，坯料產(chǎn)生塑性變形，改變形狀、尺寸，改善

性能，獲得型材、棒材、板材、線材或鍛壓件等的加工方法。

二、壓力加工的種類

主要包括軋制，擠壓、拉拔、自由鍛造、模鍛和板料沖壓等，如圖14-2所示。

其中，軋制、擠壓、拉拔主要用于生產(chǎn)型材、棒材、板材、線材，自由鍛造、模鍛

和板料沖壓又統(tǒng)稱為鍛壓，主要用于生產(chǎn)毛坯和零件。

三、壓力加工的應(yīng)用

1.在機械制造工業(yè)中，凡承受重載荷的中、小型機器零件，通常采用棒材等

原材料鍛造毛坯，然后經(jīng)切削加工成成品。

2.冶煉得到的金屬鑄錠，少部分用于鍛造大型鍛件外，大部分是由軋制、擠

壓、拉絲等方法制成型材、板材、管材、線材等。如機器的主軸、連桿、重要的齒

輪、炮筒和槍管等。

3.板料沖壓廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機制造、電器、儀表零件及日用工業(yè)品等

行業(yè)。

四、壓力加工的特點：

1.改善金屬內(nèi)部組織，提高力學(xué)性能

2.生產(chǎn)率較高

3.節(jié)省金屬材料

14.2金屬的塑性變形

一、金屬的塑性變形的實質(zhì)

金屬塑性變形過程實質(zhì)上是位錯沿著滑移面的運動過程，大量位錯運動的宏觀

表現(xiàn)就是金屬的塑性變形，位錯運動的觀點認為，晶體缺陷阻礙位錯運動，導(dǎo)致金

屬的強化產(chǎn)生冷變形強化現(xiàn)象。

二、冷變形強化（加工硬化）

隨著冷變形程度的增加，金屬材料的所有強度和硬度指標(biāo)都有所提高，但塑性、

韌性有所下降，這種現(xiàn)象稱為冷變形強化或加工硬化。

1.冷變形強化實質(zhì)

冷變形強化是由于塑性變形時，滑移面上產(chǎn)生了很多晶格位向混亂的微小碎晶

塊，滑移面附近晶格也處于強烈的歪扭狀態(tài)，產(chǎn)生了較大的應(yīng)力，增加了繼續(xù)滑移

的阻力所造成的。經(jīng)冷變形的金屬，其晶格畸變嚴重，晶粒被壓扁或拉長，甚至被

破碎成許多小晶粒。此時金屬的位錯密度很高，變形阻力加大。

2.冷變形強化在生產(chǎn)中的意義

可強化金屬材料，特別是一些不能用熱處理進行強化的金屬，如純金屬、奧氏

體不銹鋼、形變鋁合金等，都可用冷軋、冷擠、冷拔或冷沖壓等加工方法來提高其

強度和硬度。但是，冷變形強化會給金屬進一步變形帶來困難。所以常在變形工序

之間安排中間退火，以消除冷變形強化，恢復(fù)金屬塑性。

三、回復(fù)與再結(jié)晶

1.回復(fù)

當(dāng)加熱溫度不高時,原子的擴散能力很低，冷變形金屬的顯微組織無顯著變化,

只能消除一些晶格畸變，使內(nèi)應(yīng)力明顯減小，強度、硬度略有下降，塑性、韌性有

所回升。這種變化過程稱為回復(fù)。

2.再結(jié)晶

當(dāng)加熱溫度較高時，原子的活動能力增大，冷變形金屬的顯微組織將發(fā)生明顯

的變化。由破碎、拉長或壓扁的晶粒將轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌木鶆蚣毿〉牡容S晶粒，從而消除

了加工硬化和內(nèi)應(yīng)力，力學(xué)性能得到恢復(fù)。這一過程稱為再結(jié)晶。

再結(jié)晶是在一定的溫度范圍內(nèi)進行的，開始產(chǎn)生再結(jié)晶現(xiàn)象的最低溫度，通常

稱為再結(jié)晶溫度。

再結(jié)晶過程完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度，或保溫時間過長，則會發(fā)生晶粒長

大現(xiàn)象，使晶粒變粗、力學(xué)性能變壞，故應(yīng)正確掌握再結(jié)晶退火的加熱溫度和保溫

時間。

3.冷變形和熱變形

（1）冷變形

再結(jié)晶溫度以下的變形稱為冷變形。

冷變形過程中只衣冷變形強化而無回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象。冷變形時變形抗力大，

變形量不宜過大，以免產(chǎn)生裂紋。因變形是在低溫下進行，無氧化脫碳現(xiàn)象，故可

獲得較高的尺寸精度和表面質(zhì)量。

（2）熱變形

再結(jié)晶溫度以上的變形稱為熱變形。

熱變形后的金屬具有再結(jié)晶組織而不存在冷變形強化現(xiàn)象，因為冷變形強化被

加熱時發(fā)生的再結(jié)晶過程消除。

從金屬學(xué)的觀點劃分冷、熱加工的界限是再結(jié)晶溫度。在再結(jié)晶以上溫度進行

的塑性變形加工，稱為熱加工；在再結(jié)晶溫度以下進行的塑性變形加工，稱為冷加

工。

（三）課堂練習(xí)

略

（四）歸納小結(jié)

1.金屬壓力加工的實質(zhì)、特點和應(yīng)用

2.金屬塑性變形的實質(zhì)、塑性變形對金屬組織和性能的影響

3.金屬加熱時變形組織的回復(fù)、再結(jié)晶

（五）課堂作業(yè)

略

課題：鍛造工藝

授課時數(shù)：2

教學(xué)目的、要求：

1.了解鍛造比和鍛造流線及其對鍛件質(zhì)量的影響

2.了解金屬的可鍛性及其影響因素

3.熟悉坯料加熱過程中產(chǎn)生的缺陷，能合理地確定加熱規(guī)范

4.掌握自由緞的基本工序

5.基本掌握錘上模鍛、胎模鍛造工藝方法

教學(xué)重點、難點：

重點：自由緞的基本工序、零件的結(jié)構(gòu)工藝性

難點：壞料加熱過程中產(chǎn)生的缺陷、確定加熱規(guī)范

教學(xué)過程：

（一）復(fù)習(xí)提問

1.金屬壓力加工的實質(zhì)、特點和應(yīng)用

2.金屬塑性變形的實質(zhì)、塑性變形對金屬組織和性能的影響

3.金屬加熱時變形組織的回復(fù)、再結(jié)晶

（二）導(dǎo)入新課、授新課

14.3鍛造工藝

一、鍛造流線與鍛造比

1.鍛造流線

鍛造時，金屬的脆性雜質(zhì)被打碎，順著金屬的主要伸長方向呈碎粒狀或鏈狀分

布；塑性雜質(zhì)隨著金屬變形，沿主要伸長方向呈帶狀分布。這種熱鍛后的金屬組織

具有一定的方向性，通常稱為鍛造流線。

鍛造流線的特點：化學(xué)穩(wěn)定性很高，只有經(jīng)過鍛壓才能改變它的方向和形狀,

用熱處理或其它方法都不能消除或改變。

鍛造流線的合理分布：使零件工作時的正應(yīng)力與流線方向?致，切應(yīng)力與沆線

方向垂直，能夠充分發(fā)揮材料的潛力。使流線的分布與零件外輪廓相符而不被切斷,

是鍛件成形工藝設(shè)計的一條原則。

2.鍛造比

鍛造比是指被鍛造工件在變形前后的截面面積比、長度比或高度比，通常用符

號y表示。鍛造生產(chǎn)中，金屬變形程度用鍛造比表示。

當(dāng)鍛造比y=2時，原始鑄態(tài)內(nèi)部組織得到緊密化，鍛件各個方向的力學(xué)性能

均有顯著提高。

當(dāng)y=2?5時，鍛件組織中的流線明顯，呈各向異性，力學(xué)性能沿流線方向略

有提高，但垂直于流線方向卻開始下降。

當(dāng)y>5時，金屬組織的緊密程度和晶粒細化度均達到極限，鍛件在沿流線方

向的力學(xué)性能不再提高，而沿垂直于流線方向的力學(xué)性能急劇下降。

因此，以鋼錠為坯料進行鍛造時.，應(yīng)按零件的力學(xué)性能要求選擇鍛造比。對于

主要在流線方向受力的零件（如拉桿等），選擇的鍛造比應(yīng)稍大一些；對于主要在

垂直于流線方向受力的零件（如吊鉤等），鍛造比選取2?2.5即可。若用鋼材為坯

料進行鍛造，因鋼材在軋制過程中已經(jīng)產(chǎn)生了流線，一般不考慮鍛造比。

二、金屬的可鍛性及其影響因素

金屬的鍛造性能是指金屬經(jīng)受壓力加工時成形的難易程度。

金屬良好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，則差。

影響鍛造性能的兩個因素：金屬的本質(zhì)和變形條件

1.金屬的本質(zhì)

⑴化學(xué)成分純金屬一般都具有良好的可鍛性，其鍛造性能優(yōu)于合金，金屬

中合金元素的含量越多，成分越復(fù)雜，其鍛造性能越差。

⑵組織結(jié)構(gòu)金屬的組織結(jié)構(gòu)不同，可鍛性也不同。純金屬及單相固溶體（如

奧氏體）具有良好的鍛造性能。合金中金屬化合物相增多會使其鍛造性能迅速惡化。

細晶粒組織的鍛造性能優(yōu)于粗晶粒組織。

2.變形條件

⑴變形溫度在一定的溫度范圍內(nèi)，金屬材料隨著溫度的升高，金屬的塑性

增加，變形抗力減小。

⑵變形速度變形速度是指單位時間內(nèi)的變形程度。若變形速度增大，回復(fù)

和再結(jié)晶來不及克服冷變形強化現(xiàn)象，使塑性下降，變形抗力增加，可鍛性變差。

⑶應(yīng)力狀態(tài)金屬在擠壓變形時，呈三向受壓狀態(tài)，表現(xiàn)出良好的塑性；在

拉拔時則呈二向受壓一向受拉的狀態(tài)，鍛造性能下降。實踐證明，三個方向中壓應(yīng)

力數(shù)目愈多，鍛造性能愈好，拉應(yīng)力數(shù)目愈多，鍛造性能愈差。

三、金屬的加熱

1.加熱目的

提高金屬的塑性，降低變形抗力，以改善其可鍛性，獲得良好的鍛后組織。

2.鍛造溫度范圍

鍛造溫度范困是指鍛件由始鍛溫度到終鍛溫度之間的溫度間隔。

(1)始鍛溫度

始鍛溫度是指開始鍛造的溫度，也是允許的最高加熱溫度。這一溫度不宜過

高，否則可能造成過熱和過燒；但也不宜過低，因為過低則使鍛造溫度范圍縮小，

縮短鍛造操作時間，增加鍛造過程的加熱次數(shù)。

確定原則：在不出現(xiàn)過熱、過燒的前提下，盡量提高始鍛溫度。

(2)終鍛溫度

終鍛溫度是指停止鍛造的溫度。這一溫度過高，易形成粗大晶粒，降低力學(xué)性

能；終鍛溫度過低，則塑性顯著降低，變形困難，容易產(chǎn)生冷變形強化。

確定原則：在鍛造結(jié)束前，保證金屬還具有足夠的塑性以及鍛造后能獲得再結(jié)

晶組織的前提下，終鍛溫度應(yīng)低些。

3.燒損與脫碳

鋼料在加熱過程中因氧化鐵皮脫落而造成的損失，稱為燒損。

鋼料在加熱過程中，其表層因氧化而損失通常稱為脫碳。

加熱時必須控制溫度、時間和爐氣成分，防止出現(xiàn)嚴重的氧化燒損及脫碳現(xiàn)象。

4.過熱與過燒

過熱是指將金屬加熱到過高溫度或高溫下保持時間過長而引起晶粒粗大的現(xiàn)

象。過熱的坯料鍛造性能不好，鍛出的鍛件的力學(xué)性能也差。生產(chǎn)中常常采用退火

熱處理將鋼的過熱組織細化。

過燒是指加熱溫度超過始鍛溫度過多，使晶粒邊界出現(xiàn)氧化及熔化的現(xiàn)象°過

燒金屬的塑性完全喪失，一鍛即碎。過燒是一種無法挽救的加熱缺陷。

生產(chǎn)中必須嚴格控制加熱溫度和保溫時間，以防止過熱和過燒。

四、鍛造成形

1.自由鍛

自由鍛是指只用簡單的通用性工具，或在鍛造設(shè)備的上、下砧間直接使坯料變

形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量鍛件的鍛造方法。

特點：

（1）金屬流動自由

（2）形狀、尺寸精度由操作者操作技術(shù)保證

（3）生產(chǎn)率、產(chǎn)品精度較低

（4）通用性強，小到大型、巨型鍛件都可以生產(chǎn)，特別在重型機械制造中特

別重耍。

自由鍛工序：分為基本工序、輔助工序和精整工序。

（1）基本工序是使金屬材料產(chǎn)生一定程度的塑性變形，以達到所需形狀和

尺寸的工藝過程，包括徽粗、拔長、沖孔、擴孔、彎曲、切割、扭轉(zhuǎn)和錯移等。

（2）輔助工序是為基本工序操作方便而進行的預(yù)先變形工序，如壓鉗口、

壓肩、倒棱等。

（3）精整工序是修整鍛件的最后尺寸和形狀，消除表面的不平和歪扭，使

其達到所要求的工序，如校正、滾圓等。

2.模鍛

在高強度金屬鍛模上預(yù)先制出與鍛件形狀一致的模膛，使坯料在模膛內(nèi)受壓變

形的鍛造方法。

（1）模鍛特點與自由鍛相比）

①生產(chǎn)率較高

②鍛件尺寸精確，加工余量小

③可鍛出形狀復(fù)雜鍛件

④材料利用率高

（2）模鍛設(shè)備：模鍛錘、模鍛壓力機

（3）鍛模結(jié)構(gòu)：包括上、下模，模膛，分模面

r預(yù)鍛模膛:使壞料變形到接近鍛件的形狀和尺寸。在進行終鍛時,

金屬容易充滿終鍛模膛。減小終鍛模膛磨損，延長壽

①模鍛模膛<命，無飛邊槽，斜度、圓角大。

、終鍛模膛：使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸，模膛形

狀應(yīng)和鍛件的形狀相同：鍛件冷卻時耍收縮，終鍛模

膛的尺寸應(yīng)比鍛件尺寸放大一個收縮量。

有飛邊槽，斜度、圓角小。

②制坯模膛：形狀復(fù)雜的模鍛件，使金屬能合理分布，接近鍛件形狀，更容易

地充滿模膛。

3.胎模鍛

胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用可移動模具生產(chǎn)模鍛件的鍛造方法。

（I）胎模鍛特點：

①與自由鍛相比，生產(chǎn)率高，鍛件精度高；

②與模鍛相比，不需要專用模鍛設(shè)備，鍛模制造容易，工藝靈活，

③工人勞動強度較高，生產(chǎn)效率較低，模具壽命短。

（2）胎模的構(gòu)造：

由上下模組成。下模有兩個導(dǎo)銷，上模有兩個導(dǎo)銷孔，借以套在導(dǎo)銷上，保證

上下模對準(zhǔn)。工作時，下模放在鍛錘的下抵鐵上，把經(jīng)過自由鍛初步成型的鍛件坯

料置于模膛中，然后合上上模進行鍛壓，使坯料在模膛內(nèi)變形。

4.鍛后處理

（1）確定冷卻方法

鍛件熱鍛成形后，通常要根據(jù)其化學(xué)成分、尺寸、形狀復(fù)雜程度等來確定相應(yīng)

的冷卻方法。

（2）進行質(zhì)量檢特

鍛件冷卻后應(yīng)進行質(zhì)量檢驗，鍛件合格后應(yīng)進行去應(yīng)力退火或正火或球化退

火，為切削加工做準(zhǔn)備。變形較大的鍛件應(yīng)矯正，技術(shù)條件允許焊補的鍛件缺陷應(yīng)

進行焊補。

（三）課堂練習(xí)

略

（四）歸納小結(jié)

1.鍛造比和鍛造流線及其對鍛件質(zhì)量的影響

2.金屬的可鍛性及其影響因素

3.坯料加熱過程中產(chǎn)生的缺陷，確定加熱規(guī)范

4.自由緞的基本工序

5.錘上模鍛、胎模鍛造工藝方法

（五）課堂作業(yè)

略

課題：自由鍛工藝過程設(shè)計簡介鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性

授課時數(shù)：2

教學(xué)目的、要求：

1.熟悉自由鍛的工藝過程設(shè)計

2.熟悉自由鍛件、模鍛件的設(shè)計要求

教學(xué)重點、難點：

重點：自由鍛的工藝過程設(shè)計內(nèi)容

難點：自由鍛件的設(shè)計要求

教學(xué)過程：

（一）復(fù)習(xí)提問

1.鍛造比和鍛造流線及其對鍛件質(zhì)量的影響

2.坯料加熱過程中產(chǎn)生的缺陷

3.自由緞的基本工序

（二）導(dǎo)入新課、授新課

14.4自由鍛工藝過程設(shè)計簡介

自山鍛工藝設(shè)計包括繪制鍛件圖、計算坯料的質(zhì)量和尺寸、確定變形工序、選

擇鍛造設(shè)備、確定鍛造溫度范圍及鍛后處理規(guī)范等內(nèi)容。

一、繪制鍛件圖

鍛件圖是在零件圖的基礎(chǔ)上考慮機械加工余量、鍛件公差、工藝余塊等因素繪

制的圖樣。鍛件圖是鍛造生產(chǎn)、鍛件檢驗與驗收的主要依據(jù)，圖中用粗實線表示鍛

件外形，用雙點劃線表示零件的外形。

1.鍛件加工余量及公差

鍛件加工余量是指鍛件成形時為保證機械加工后獲得所需精度和表面質(zhì)量，而

允許保留的多余金屬，。鍛件公差是指規(guī)定的鍛件尺寸的允許變動量。鍛件的加工

余量及其公差可根據(jù)JB4249—86有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定。

2.余塊

余塊是指在鍛件的某些部位添加一部分的金屬，以簡化鍛件的外形。增設(shè)余塊

便于鍛件成形，但增加了切削加工的金屬消耗量和工時。因此，是否添加工藝余塊

應(yīng)根據(jù)實際情況綜合考慮。

二、坯料質(zhì)量和尺寸的計算

1.坯料質(zhì)量

坯料質(zhì)量二鍛件質(zhì)量+氧化損失+截料損失。

（1）鍛件質(zhì)量可超鍛件圖的尺寸計算；

（2）金屬氧化損失的大小與加熱爐的種類有關(guān)；

（3）截料損失是指沖孔、切頭、修正鍛件形狀等截去的金屬，一般用鋼材作

坯料時，截料損失通?？扇″懠|(zhì)量的2%?4%,鋼錠作坯料，鋼錠頭部、尾部被

切除的金屬也都應(yīng)計入截料損失。

2.坯料尺寸

確定坯料尺寸時，應(yīng)滿足鍛造比要求，并考慮選用的鍛造工序?qū)ε髁铣叽绲南?/p>

制，按第一鍛造工序為鍛粗還是拔長，根據(jù)有關(guān)公式初步算出坯料的直徑或邊長,

還應(yīng)根據(jù)鋼材的標(biāo)準(zhǔn)尺寸加以修正，再計算出壞料的尺寸。

三、確定鍛造變形工序

確定鍛造變形工序的主要依據(jù)是鍛件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、技術(shù)要求和生產(chǎn)批量

進行選擇。

四、選擇鍛造設(shè)備

1.主要設(shè)備：

空氣錘、蒸汽一空氣錘、水壓機等

2.設(shè)備選用

選用時主要根據(jù)鍛件材料、質(zhì)量和尺寸，及鍛件的基本工序進行選擇。鍛件質(zhì)

量小于100kg時，可選擇空氣錘；鍛件質(zhì)量在100-1000kg時，可選擇蒸汽一空

氣錘；鍛件質(zhì)量在1000kg以上時，可選擇水壓機。

五、確定鍛造溫度范圍鍛后處理規(guī)范

坯料的鍛造溫度主要根據(jù)坯料的材料、技術(shù)要求和實際生產(chǎn)條件確定。鍛造后

冷卻方式的選擇要根據(jù)鍛件的材質(zhì)、尺寸、形狀及技術(shù)要求等進行。

14.5鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性

鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性.是指所設(shè)計的鍛件在滿足使用性能要求的前提下鍛造成形

的難易程度。

一、自由鍛件的設(shè)計要求

設(shè)計自由鍛件零件的主要原則是：在滿足使用性能要求的條件下，應(yīng)使鍛件形

狀簡單，易于鍛造。

⑴形狀簡單鍛，牛的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)盡量簡單，避免和斜面的結(jié)構(gòu)

（2）避免加凸臺、強肋、工字形截面例如，圖14-23a所示有凸臺的底座鍛造

困難；

⑶避免曲面交接由多個簡單幾何體構(gòu)成的鍛件，幾何體的交接處應(yīng)為空間

曲線。

⑷避免截面尺寸的急劇變化鍛件截面尺寸變化劇烈，鍛造過程中局部變形

大，結(jié)構(gòu)工藝性差。改成由幾個簡單件構(gòu)成的組合體，將復(fù)雜件變成幾個簡單件,

使鍛造工藝化難為易。

二、模鍛件的設(shè)計要求

根據(jù)模鍛特點和工藝要求，模鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)符合下列原則：

⑴設(shè)計時應(yīng)考慮要于金屬充滿模膛，便于鍛件出模，便于制模及有利于延長

鍛模壽命等。

⑵模鍛件應(yīng)具有合理的分模面、模鍛斜度和圓角。

（3）鍛件的外形力求簡單、平直、對稱，避免截面差過大、薄壁、高肋和高臺

等結(jié)構(gòu)。

（4）應(yīng)避免窄溝、深槽、深孔及多孔結(jié)構(gòu)。

⑸對復(fù)雜鍛件，在條件許可下，可用鍛一焊組合結(jié)構(gòu)，以簡化工藝。

（三）課堂練習(xí)

略

（四）歸納小結(jié)

1.自由鍛的工藝過程設(shè)計內(nèi)容

2.自山鍛件、模鍛件的設(shè)計要求

（五）課堂作業(yè)

略

課題：板料沖壓其他壓力加工方法簡介

授課時數(shù)：2

教學(xué)目的、要求：

1.熟悉板料沖壓的特點和基本工序：即分離工序和變形工序。

2.了解先進壓力加工方法及發(fā)展趨勢。

教學(xué)重點、難點：

板料沖壓的特點、基本工序

教學(xué)過程：

（一）復(fù)習(xí)提問

1.自由鍛的工藝過程設(shè)計內(nèi)容

2.自由鍛件、模鍛件的設(shè)計要求

（二）導(dǎo)入新課、授新課

14.6板料沖壓

一、概述

1.板料沖壓：利用模具使板料產(chǎn)生分離或成形的加工方法。（一般板料厚度

V4mm，不需加熱，亦稱冷沖壓。8?10mm以上時，熱沖壓）

2.特點：

（I）零件形狀復(fù)雜，廢料少。

（2）產(chǎn)品精度高，互換性好

（3）產(chǎn)品質(zhì)量小，材料消耗少，強度、剛度高

（4）操作簡單，生產(chǎn)率高，成本低

3.沖壓設(shè)備：

（1）剪床：下料用設(shè)備，將板料剪成一定寬度的條料，以供沖壓之用。

（2）沖床：實現(xiàn)沖壓工序，制成所需形狀和尺寸的產(chǎn)品的設(shè)備，最大噸位可達

40000kNo

二、沖壓的基本工序

沖壓的基本工序可分為分離工序和成形工序兩大類

1.分離工序

使坯料的一部分相對另一部分發(fā)生分離的工序。

沖裁：使坯料沿封閉輪廓分離的工序；

落料：制坯工序，被分離部分為成品，周邊是廢料沖孔：加工工序，被分離部

分是廢品，周邊是成品。

(I)沖裁變形過程：

三個階段：

①彈性變形階段

沖頭接觸板料后，繼續(xù)向下運動的初始階段，使板料產(chǎn)生彈性壓縮、拉伸與彎

曲等變形，這時沖頭略擠入材料，板料另一側(cè)也略擠入凹?？?。隨著沖頭的繼續(xù)壓

入，板料中的應(yīng)力迅速增大，達到彈性極限。此時，凸模(沖頭)處的材料略有彎

曲,凹模上的材料則向上翹。凸、凹模之間的間隙越大，彎曲和上翹越明顯。

②塑性變形階段

沖頭繼續(xù)壓入，壓力增加，板料中的應(yīng)力值達到屈服極限時，則產(chǎn)生塑性變形,

即進入塑性變形階段。隨著沖頭擠入材料的深度逐漸增大，塑性變形程度逐漸增大,

材料內(nèi)部的拉應(yīng)力和彎矩都增大，位于凸凹模刃口處的材料硬化加劇，出現(xiàn)微裂紋,

塑性變形階段結(jié)束。此階段除剪切變形外，還存在彎曲和拉伸變形。間隙越大，彎

曲和拉伸也越大。

③斷裂分離階段

沖頭繼續(xù)壓入，已形成的上、下微裂紋逐漸擴大并向材料內(nèi)延伸，像楔形那樣

發(fā)展，當(dāng)上、下裂紋相遇重合時，材料被剪斷分離。

沖裁件斷裂面有明顯的區(qū)域特征

光亮帶：沖頭擠壓列入所形成的光滑表面，斷面質(zhì)量最佳

剪裂帶：剪裂帶，是材料在剪斷分離時所形成的斷裂帶，表面粗糙

(2)凸凹模間隙

間隙過大：斷面質(zhì)量差，光亮帶小一些，剪裂帶和毛刺均較大

間隙過小：斷面質(zhì)量好，光亮帶增大，但毛刺也增大，模具磨損嚴重，壽命受

影響。

合理選擇模具間隙，主要考慮沖裁件斷面質(zhì)量和模具壽命這兩個主耍的因素。

一般說來，當(dāng)對沖裁件斷面質(zhì)量要求較高時，應(yīng)選取較小的間隙值，而當(dāng)沖裁件的

質(zhì)量要求不高時，則應(yīng)可能地加大間隙值，以利于提高沖模的壽命。

2.成形工序

成形工序是指將板料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工序，如

彎曲、拉深、翻邊、脹形、縮口及擴口等工序。

(1)彎曲彎曲是指將板料、型材或管材在彎矩作用下彎成具有一定曲率和角

度的成形方法。

①分類：V形彎曲、U形彎曲

②最小彎曲半徑：rmin:(0.25-1)S

③坯料纖維方向：與彎曲線垂直

④回彈：回彈角0°?10°

(2)拉深拉深是指變形區(qū)在拉、壓應(yīng)力作用下，使板料(或淺的空心壞)成形

為空心件（或深的空心件）的加工方法，

①原理（圓筒形件的拉深）：利用模具使平板坯料變成開口空心零件的成形工

序。

②過程：在凸模作用下，板料產(chǎn)生塑性變形，被拉入凸模和凹模的間隙中，

形成空心零件。

特點：i法蘭普分向內(nèi)收縮（毛坯變化圖）

ii板厚基本不變。

iii壓邊力以法蘭不起皺為準(zhǔn)

iv模具間隙Z=（1.1?1.2）s

③拉深系數(shù)：m=d/D

其中：d-拉深件直徑（中性層）

D一拉深前毛坯直徑

m意義：i拉深系數(shù)是衡量變形程度的指標(biāo)m越小，變形程度越大

ii確定拉深成形成功與否的判據(jù)

制定拉深工藝時必須使實際拉深系數(shù)大于極限拉深系數(shù)mmm（保證危險斷面不

被拉裂的拉深系數(shù)的最小值）。mmin與材料性質(zhì)、板料相對厚度（5/D）和拉深次數(shù)有

關(guān)，一般取nimin=0.55?0.8。

多次拉深：

當(dāng)實際拉深系數(shù)（極限拉深系數(shù)）常采用多次拉深工藝，多次拉深過

程中加工硬化現(xiàn)象嚴重。為保證坯料具有足夠的塑性，生產(chǎn)中坯料經(jīng)過一兩次拉深

后，應(yīng)安排工序間的退火處理。其次，在多次拉深中，拉深系數(shù)應(yīng)一次比一次略大

些，確保拉深件質(zhì)量，使生產(chǎn)順利進行?？偫钕禂?shù)等于每次拉深系數(shù)的乘積。

④拉深件的成形質(zhì)量問題

I破裂：多發(fā)生在直壁與底部的過渡圓角處。

n起皺：多發(fā)生在拉深件的法蘭部分。凹模入口區(qū)壓邊力過小，相對厚度S./D,

拉深系數(shù)m過小。

三、沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性

沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性，是指所設(shè)計的沖壓件在滿足使用性能要求的條件下沖

壓成形的難易程度。

設(shè)計時應(yīng)考慮如下因素：

⑴沖裁件的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、對稱，盡量采用規(guī)則形狀，并應(yīng)便于合理排樣

（沖裁件在板料或帶料上的布置方法），以減小廢料。

⑵彎曲件形狀應(yīng)盡量對稱，彎曲半徑不能小于材料許可的最小彎曲半徑；彎

邊尺寸不宜過短，彎邊直線高度應(yīng)大于板厚的兩倍；孔的位置與彎曲半徑圓心處應(yīng)

相隔一定的距離，以避免彎曲時孔的變形；還應(yīng)考慮材料的流線方向，以免彎裂。

⑶拉深件外形應(yīng)笥單、對稱，不要過深，應(yīng)有結(jié)構(gòu)圓角，以減少拉深件的成

形難度、拉深次數(shù)和模具制造難度。

14.7其他壓力加工方法簡介

一、精密模鍛

精密模鍛是在一般模鍛設(shè)備上鍛造形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的鍛件的一種

先進模鍛工藝方法。

工藝特點：使用普通的模鍛設(shè)備進行鍛造。一般采用預(yù)鍛和終鍛兩套鍛模，

對形狀簡單的鍛件也可用一套鍛模。鍛造時;先使用粗模鍛造。留有().1?1.2mm

的精鍛余量。精鍛模膛的精度?般要比鍛件精度高兩級，精鍛模有導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，以保

證合模準(zhǔn)確。為排除模膛中的氣體，減少金屬流動阻力，容易充滿模膛，在凹模上

應(yīng)開設(shè)排氣孔。鍛件公差、余量約為普通鍛件的1/3,Ra值為3.2?0.8um,尺寸

精度可達±0.2mm,實現(xiàn)了少、無切削加工。

產(chǎn)品：如精密模鍛錐齒輪、葉片等。

二、高速錘鍛造

高速錘鍛造是利用高壓氣體(壓力為14MPa的空氣或氮氣)在極短時間內(nèi)突然

膨脹釋放高能量，推動錘頭和框架系統(tǒng)作高速相對運動，對壞料進行懸空對擊的工

藝方法。

工藝特點：高速錘打擊速度高，約為20m/s(一般模鍛錘為6?7m/s),坯料變

形時間極短，約為0.001?().002s,因此變形熱效應(yīng)大，金屬