機械制造基礎 第十一章鍛壓

1、第十一章 鍛 壓,教 學 要 求 主 要 內 容 本 章 重 點 本 章 小 結 習 題,機械制造基礎 第十一章,,教學要求,通過教學，學生應了解金屬鍛壓的特點、分類及應用；理解金屬塑性變形的基本原理；初步掌握自由鍛造、模鍛、板料沖壓的特點、基本工序及應用； 了解其它先進鍛壓方法的原理特點及其應用。,機械制造基礎 第十一章,,主

2、要 內 容,第一節(jié) 概 述第二節(jié) 金屬的塑性變形第三節(jié) 鍛造工藝過程第四節(jié) 自由鍛造第五節(jié) 模 鍛第六節(jié) 板料沖壓第七節(jié) 其它鍛壓方法簡介,機械制造基礎 第十一章,,本 章 重 點,金屬塑性變形的基本原理；自由鍛造、模鍛、板料沖壓的特點、基本工序及應用。,機械制造基礎 第十一章,,第一節(jié) 概 述,鍛壓是對坯料施加外力，使其產生塑性變形、改變尺

3、寸形狀及改善性能，用以制造機械零件或毛坯的成形加工方法。,鍛壓加工的基本方式有：,(1) 鍛造 在加壓設備及工 (模) 具的作用下，使坯料、鑄錠產生局部或全部的塑性變形，以獲得一定幾何尺寸、形狀和質量的鍛件的加工方法，鍛造包括自由鍛造和模型鍛造。,(2) 板料沖壓 利用沖裁力或靜壓力，使金屬板料在沖模之間受壓產生分離或 成形而獲得所需產品的加工方法。,機械制造基礎 第十一章,,(

4、3) 軋制 利用軋制力 (摩擦力) ，使金屬在回轉軋輥的間隙中受壓變形而獲得所需產品的加工方法。軋制生產所用原材料主要是鋼錠，軋制產品有型鋼、鋼板、無縫鋼管等。,(4) 擠壓 利用強大的壓力，使金屬坯料從擠壓模的模孔內擠出并獲得所需產品的加工方法。擠壓的產品有各種形狀復雜的型材，機械行業(yè)還用于軸承的內、外圈加工，其效果好，經濟效益大大提高。,(5) 拉拔利用拉力 使金屬坯料從拉模孔拉出，并獲

5、得所需產品的加工方法。拉拔產品有線材、薄壁管和各種特殊幾何形狀的型材。,機械制造基礎 第十一章,,鍛壓加工的主要特點為：,(1) 能消除金屬內部缺陷，改善金屬組織，提高力學性能。金屬經壓力加工后，可以將鑄錠中氣孔、縮孔、粗晶等缺陷壓合和細化，從而提高金屬組織致密度；還可以控制金屬熱加工流線，提高零件的沖擊韌度。,(2) 具有較高的生產效率。以生產內六角螺釘為例，用模鍛成形比切削成形效率提高50倍，若采用多工位

6、冷鐓工藝，比切削成形生產率提高400倍以上。,(3) 可以節(jié)省金屬材料和切削加工工時，提高材料利用率濟效益。,(4) 鍛壓加工的適應性很強。鍛壓能加工各種形狀和各種質量的毛坯及零件，其鍛壓件的質量可小到幾克、大到幾百噸，可單件小批生產，也可以成批生產。,機械制造基礎 第十一章,,第二節(jié) 金屬的塑性變形,一、塑性變形的實質 金屬在外力作用下將產生變形，其變形的過程是隨著外力的增加，金屬由彈性變形

7、階段進入彈—塑性變形階段。其中在彈性變形階段，金屬變形是可逆的，不能用于成形加工，而彈—塑性變形階段的塑性變形部分才能用于成形加工。,(一) 單晶體的塑性變形,1．滑移 滑移是指單晶體在切應力的作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向 (稱滑移面和滑移方向) 相對另一部分產生滑動的現象。,滑移的特點： (1) 晶體未受到外力作用時晶格內原子處于平衡狀態(tài)，如圖11-1a所示。,機械制造基礎

8、 第十一章,,(2) 當晶體受到的切應力較小時，晶格將畸變產生彈性剪切變形，如圖11-1b所示。,(3) 當切應力繼續(xù)增大到某一臨界值時，晶體的上半部沿晶面I—I產生滑移，此時為彈—塑性變形，如圖11-1c所示。,(4) 晶體發(fā)生滑移后，若消除應力，晶體不能全部恢復到原始狀態(tài)，而使晶體在左右方向增加一個原子間距，這就產生了塑性變形，如圖11-1d所示。,機械制造基礎 第十一章,,2．孿生 (孿

9、晶) 晶體變形的另一種形式是孿生。其特點是晶體受切應力的作用達到一定數值時，晶體的一部分相對另一部分發(fā)生剪切變形。晶體在孿生變形時，未變形部分和變形部分的交界面稱為孿生面。變形后晶體在孿生面兩側形成鏡面分布，如圖11-2所示。,機械制造基礎 第十一章,,(二) 多晶體的塑性變形,多晶體的塑性變形一般可分為晶內變形和晶間變形兩種形式。晶粒本身的塑性變形稱晶內變形。晶粒與晶粒之間相對產生滑動或

10、轉動稱為晶間變形。,晶內變形方式和單晶體的塑性變形方式一樣，也是滑移和孿生。但由于多晶體的晶粒各個位向不同，因此在外力的作用下，各個晶粒產生滑移變形的難易程度有很大差別。,有些晶粒處于有利于滑移變形的條件，有些則不利，這主要取決于晶粒內晶格排列的位向，晶格位向在與外力作用方向成45°的滑移平面首先產生滑移，因為此時剪切應力最大，最先達到發(fā)生塑性變形所需要的臨界值，一般滑移運動到晶界止。,機械制造基礎

11、第十一章,,圖11-3為多晶體各晶粒間的轉動示意圖。,圖中品粒A 首先滑移，然后晶粒B，最后晶粒C。,多晶體中由于晶粒的晶格排列的位向不同，受外力的作用時，變形首先從晶格位向有利于滑移的晶粒內開始，隨著應力的增加，再發(fā)展到晶格位向不利于滑移的晶粒。當滑移發(fā)展到晶界處，由于晶界處的組成結構所致，必然受到阻礙，因此多晶體的塑性變形抗力要比同種金屬的單晶體高得多。,晶界處原子排列越紊亂，受到的阻力就越大，晶粒越細，晶界就越多，變形抗力就越

12、大，金屬的強度就越高。在生產中常采用熱處理或壓力加工的方法細化晶粒，提高金屬的性能。,機械制造基礎 第十一章,,二、金屬的冷變形強化、回復和再結晶,(一) 金屬的加工硬化（冷變形強化） 金屬在低溫下進行塑性變形時，隨著變形程度的增加，金屬的硬度和強度升高，而塑性、韌性下降，這種現象稱為金屬的冷變形強化或加工硬化。,冷變形強化是強化金屬的重要途徑之一，尤其是對一些不能用熱處理強化的金屬材

13、料顯得特別重要，如低碳鋼、純銅、防銹鋁、鎳鉻不銹鋼等，可通過冷軋、冷擠、冷拔、冷沖壓等方法來提高金屬強度、硬度。,機械制造基礎 第十一章,,(二) 回復與再結晶,1．回復 當加熱溫度較低時，原子活動能力不大，只做短距離擴散，使晶格扭曲減輕，殘余應力顯著下降，但組織和力學性能無明顯變化。這一過程稱回復。 在生產中利用回復處理來保持金屬有較高強度和硬度的同時，還適當提高其

14、韌性，降低內應力。如冷拔鋼絲卷制成彈簧后，進行一次250～300 ℃的低溫退火。,2．再結晶 隨著加熱溫度的升高，金屬原子獲得更多能量，原子擴散能力加大，則開始以某些碎晶或雜質為核心，形核并長大成新的細小、均勻的等軸晶粒。這個過程稱再結晶。,機械制造基礎 第十一章,,金屬經過再結晶后，不但晶粒得到了細化，且消除了金屬由于塑性變形而產生的冷變形強化現象，使金屬的強度、硬度下降，塑性、韌

15、性升高，金屬的性能基本亡恢復到塑性變形前的狀態(tài)，如圖1l-5所示。,金屬再結晶后，若繼續(xù)加熱．將發(fā)生晶粒長大的現象，這是應該防止和避免的。 金屬在再結晶溫度以下進行的塑性變形稱冷變形，如冷軋、冷擠、冷沖壓等。金屬在冷變形的過程中，不發(fā)生再結晶，只有冷變形強化的現象，所以冷變形后金屬得到強化，并且獲得的毛坯和零件尺寸精度、表面質量都很好。但冷變形的變形程度不宜過大，以免金屬產生破裂。,機械制造基礎

16、 第十一章,,金屬在再結晶溫度以上進行塑性變形稱熱變形，如熱軋、熱擠、鍛造等。金屬在熱變形的過程中，既產生冷變形強化，又有再結晶發(fā)生，不過冷變形強化現象會隨時被再結晶消除，所以熱變形后獲得的毛坯和零件的力學性能 (特別是塑性和沖擊韌度) 很好。,三、熱加工流線和鍛造比,(一) 熱加工流線 (鍛造流線),1．形成 在熱變形過程中，分布在金屬鑄錠晶界上的夾雜物難以發(fā)生再結晶，因此沿著金屬變形方向被拉長或壓扁，

17、呈帶狀和鏈狀被保留下來，這樣就形成熱加工流線(亦稱纖維組織)。 熱加工流線的存在，使金屬的力學性能出現了方向性，即縱向 (平行流線方向) 的強度、塑性顯著高于橫向 (垂直流線方向) 。 變形程度越大，熱加工流線越明顯，性能上的差別就越大 。,機械制造基礎 第十一章,,2．合理分布 在制造和設計受沖擊載荷的零件時，要充分考慮鍛造流線的分布對金屬性能的影響。

18、 合理的熱加工流線方向的分布是：零件工作時最大正應力與流線方向平行，最大切應力與流線方向垂直；熱加工流線沿著零件輪廓分布不被切除則更為合理。,圖11-6所示為三種鍛壓件鍛造流線分布。從圖中可以看出，用模鍛成形曲軸(圖11-6a)，用彎曲成形吊鉤(圖11-6b)，用局部鐓粗成形螺釘(圖11-6c)，其熱加工流線是沿零件輪廓分布的，適應零件受力情況，因此以上三種零件熱加工流線分布是合理的。,機械制造基礎

19、 第十一章,,(二) 鍛造比 鍛造比是表示金屬變形程度大小的—個參數。具體計算如下： y拔長 = S0／S y鐓粗 = H0／H式中 S0、S —— 拔長前、后金屬坯料的橫截面積； H0、H —— 鐓粗前、后金屬坯料的高度；

20、 鍛造比越大，熱變形程度也越大，熱加工流線也越明顯，其金屬組織、性能改善越明顯。,但鍛造比過大，金屬的力學性能增加不明顯，還會增加金屬的各向異性，鍛造比過小時性能又達不到要求。因此，碳素結構鋼取y = 2～3，合金結構鋼取y = 3～4．對某些高合金鋼為了擊碎粗大碳化物，并使其細化和分散，應采取較大的鍛造比，如高速鋼取y = 5～12，不銹鋼取y = 4～6。,機械制造基礎 第十一章,,四、金屬的

21、可鍛性 金屬的可鍛性取決于金屬的性質和外界加工條件。,(—) 金屬性質,1．化學成分 金屬的化學成分不同，其可鍛性也不同。如純金屬的可鍛性比合金的好，而鋼的可鍛性隨著鋼中含碳量的增加，塑性下降，變形抗力增大，可鍛性變差。鋼中的合金元素越高，其可鍛性越差。,2．組織狀態(tài) 金屬的組織狀態(tài)不同，其可鍛性也不同。單一固溶體比金屬化合物的塑性高，變形抗力小，可鍛性好；同樣單一固溶體組織，晶格類型不

22、同可鍛性也不同，奧氏體比鐵素體的可鍛性好；奧氏體、鐵素體的可鍛性遠遠高于滲碳體，因此滲碳體不宜鍛壓加工；粗晶結構比細晶結構的可鍛性差。,機械制造基礎 第十一章,,(二) 外界加工條件,1．變形溫度 金屬加熱溫度的升高，原子間結合力削弱，動能增高，有利于金屬滑移變形，金屬的可鍛性得到改善。,1一變形抗力曲線 2一塑性變化曲線,2．變形速度 變形速度是指金屬在單位時間內的變形量。變形速

23、度對金屬的塑性及變形抗力的影響如圖11-7 所示。在臨界變形速度 C之前，隨著變形速度的增加，金屬的塑性下降，變形抗力增加。在臨界變形速度 C之后，消耗于金屬塑性變形的能量轉化為熱能，即熱效應。由于熱效應的作用，使金屬溫度升高，塑性上升，變形抗力減小，金屬易鍛壓加工。,機械制造基礎 第十一章,,3．應力狀態(tài) 擠壓時金屬三個方向承受壓應力，如圖11-89a所示。在壓應力的作用下，金屬呈現出很高的

24、塑性。拉拔時金屬呈兩向壓應力和一向拉應力狀態(tài)，如圖11-8b所示。拉應力易使金屬內部的缺陷處產生應力集中，增加金屬破裂傾向，表現出金屬的塑性下降。,三向應力狀態(tài)中的壓應力數越多，金屬的塑性越好；拉應力數目越多，其塑性越差。因此，合理選用金屬材料和創(chuàng)造有利的變形條件，是提高金屬塑性，降低變形抗力，提高其可鍛性的最基本條件，這樣才能以較小的能量消耗獲得高質量的鍛壓件。,機械制造基礎 第十一章,,第三

25、節(jié) 鍛造工藝過程,一、加熱,(一) 鍛造溫度范圍的確定 鍛造溫度范圍是指鍛件由開始鍛造溫度 (稱始鍛溫度) 到停止鍛造溫度 (稱終鍛溫度) 的間隔。 碳鋼始鍛溫度和終鍛溫度的確定主要依據鐵碳合金狀態(tài)圖，如圖11-9所示。,(1) 始鍛溫度的確定。在不出現過熱、過燒等加熱缺陷的前提下，應盡量提高始鍛溫度，使金屬具有良好可鍛性。始鍛溫度一般控制在固相線以下150～250℃。,機械制造基礎 第十一章

26、,,(2) 終鍛溫度的確定。 終鍛溫度過高，停止鍛造后金屬的晶粒還會繼續(xù)長大，鍛件的力學性能也隨之下降；終鍛溫度過低，金屬再結晶進行得不充分，加工硬化現象嚴重，內應力增大，甚至導致鍛件產生裂紋。 亞共析鋼的終鍛溫度一般控制在GS線以下兩相區(qū) (A + F ) ；而過共析鋼終鍛溫度控制在PSK線以上50～70℃，以便通過反復鍛打擊碎網狀二次滲碳體。,(二)金屬在加熱時易產生的缺陷,1．氧化、脫碳

27、鋼加熱到一定溫度后，表層的鐵和爐氣中的氧化性氣體(02、C02、H20、SO2、)發(fā)生化學反應，使鋼料表層形成氧化皮(鐵的氧化物FeO、Fe304、Fe203)，這種現象稱為氧化。大鍛件表層脫落下來的氧化鐵皮厚度可達7～8mm，鋼在加熱過程中因生成氧化皮而造成的損失，稱為燒損。,機械制造基礎 第十一章,,每次加熱時的燒損量可達金屬質量的1％～3％。氧化鐵皮的硬度很高，可能被壓入金屬表層，影響鍛件質量和模

28、具的壽命。因此，要盡量縮短加熱時間或在還原性爐氣中加熱。 鋼加熱到高溫時，表層中的碳被爐氣中的O2、C02等氧化或與氫產生化學作用，生成CO或甲烷而被燒掉。這種因鋼在加熱時表層碳量降低的現象稱為脫碳。,脫碳的鋼，使工件表面變軟，強度和耐磨性降低。鋼中碳的質量分數越高，加熱時越易脫碳。,減少脫碳的方法是：,（1）采取快速加熱；（2）縮短高溫階段的加熱時間，對加熱好的坯料盡快出爐鍛造；（3）加熱前在坯料表面涂上保護涂層。,

29、機械制造基礎 第十一章,,2．過熱、過燒,過熱是指金屬加熱溫度過高，加熱時間過長而引起晶粒粗大的現象。過熱使鋼坯的可鍛性和力學性能下降，必須通過退火處理來細化晶粒以消除過熱組織，不能進行退火處理的鋼坯可通過反復鍛打來改善晶粒度。,當鋼加熱到接近熔點溫度并停留過長時，爐內氧化性氣體將滲入粗大的奧氏體晶界，使晶界氧化或局部熔化的現象稱為過燒。過燒破壞了晶粒間的結合，極易脆裂，使鋼不能鍛造。過燒的鋼無法補救，只有報廢

30、。,二、鍛造成形,金屬加熱后，就可鍛造成形，根據鍛造時所用的設備、工模具及成形方式的不同，可將鍛造成形分為自由鍛成形、模鍛成形和胎模鍛成形等。,機械制造基礎 第十一章,,三、冷卻、檢驗與熱處理,鍛件冷卻的方式為： 空冷、爐冷、坑冷。 冷卻方式要根據材料的化學成分、鍛件形狀特點和截面尺寸等因素確定，鍛件的形狀越復雜、尺寸越大，冷卻速度應越慢。,1、低、中碳鋼和低合金結構鋼的小型鍛件均采用空冷；2

31、、高碳高合金鋼 (Crl2等) 應采用隨爐冷卻的方式； 3、合金結構鋼 (40Cr、35SiMn) 在坑中、箱中用砂子、石棉灰 爐灰覆蓋冷卻。,鍛后的零件或毛坯要按圖樣技術要求進行檢驗。經檢驗合格的鍛件，最后進行熱處理。,1、結構鋼鍛件采用退火或正火處理；2、工具鋼鍛件采用正火加球化退火處理；3、對于不再進行最終熱處理的中碳鋼或合金結構鋼鍛件可進行調質處理。,機械制造基礎 第十一章,,第四節(jié)

32、 自由鍛造,一、自由鍛造的特點及設備,(1) 改善組織結構，提高力學性能。通過煅打，金屬內部粗晶結構被打碎；氣孔、縮孔、裂紋等缺陷被壓合，提高了致密性，金屬的纖維流線在鍛件截面上合理分布，提高了金屬的力學性能。 (2) 成本低，經濟性合理。鍛壓設備、工具通用性好，生產準備周期短，便于更換產品。 (3) 工藝靈活，適用性強。鍛件質量可以從1kg～300t，是鍛造大型鍛件的唯一方法。 (

33、4) 鍛件尺寸精度低。鍛件的形狀、尺寸精度取決于技術工人的水平。,自由鍛主要用于單件小批、形狀不太復雜、尺寸精度要求不高的鍛件及一些大型鍛件的生產。,機械制造基礎 第十一章,,2．自由鍛設備,自由鍛設備分兩類：一類是產生沖擊力的設備，如空氣錘和蒸汽一空氣錘；另一類是產生靜壓力的設備，如水壓機等。,(1) 空氣錘?？諝忮N的結構簡單，操作靈活，維修方便。由于受壓縮缸和工作缸大小的限制，空氣錘噸位較小，錘擊能力也小

34、。空氣錘噸位一般在40kg～1000kg，常用噸位范圍為65kg～750kg。鍛錘噸位是指落下部分(錘頭、錘桿、活塞和上抵鐵等)的質量。自由鍛錘噸位的選擇主要根據鍛件材料、形狀和尺寸的大小。 (2) 水壓機。水壓機是在靜壓力下使坯料產生塑性變形，工作平穩(wěn)，噪聲小，工作條件好；能產生數萬kN壓力，鍛透深度大；變形速度慢，有利于獲得金屬再結晶組織，改善了鍛件的內部組織。 水壓機的缺點是設備龐大，結構復雜，價格昂

35、貴。,機械制造基礎 第十一章,,二、自由鍛造的基本工序 自由鍛造工序分三類，即輔助工序、基本工序和精整工序。 自由鍛工序簡圖見下表。,,機械制造基礎 第十一章,,機械制造基礎 第十一章,,三、自由鍛造工藝規(guī)程,1．繪制鍛件圖,鍛件圖是在零件圖的基礎上，考慮自由鍛造工藝特點而繪制成的，它是鍛造生產和檢驗的依據。,(1)

36、 余量。自由鍛件尺寸精度和表面質量較差，零件的加工表面應根據其尺寸精度的要求留有相應的加工余量，如圖11-10a所示。 (2) 余塊。為簡化鍛件形狀，在其難以鍛造的部分增加一部分金屬，增加的這部分金屬稱余塊，如圖11-10a所示。,機械制造基礎 第十一章,,(3) 鍛件公差。鍛件最大尺寸與基本尺寸之差稱上偏差；鍛件最小尺寸與基本尺寸之差稱下偏差；上下偏差之代數差稱鍛件差，通常為加工余量的1／

37、4～1／3。 在確定好余量、余塊、公差之后，便可以繪制鍛件圖。圖11-10b為臺階軸鍛件圖，鍛件外部形狀用粗實線表示，零件的輪廓形狀用雙點劃線表示，在尺寸線上面標出鍛件基本尺寸與公差，零件尺寸加上括號標在尺寸線下面。 教材中表11-4列出了臺階軸類的加工余量和鍛造公差。 2．坯料質量和尺寸計算 坯料質量和尺寸可按教材所列公式或相關手冊中的

38、公式進行計算。,機械制造基礎 第十一章,,3．確定鍛造工序 根據自由鍛工藝特點及鍛件的結構特征，確定采用一個或多個工序的最佳組合。 各類自由鍛件采用的鍛造工序見下表。,機械制造基礎 第十一章,,機械制造基礎 第十一章,,4．選用鍛造設備及噸位 選用鍛造設備及噸位的依據是鍛件的尺寸 和質量，同時還要考 慮現有

39、的設備條件，具體可參照教材中表 11-7選用。 5．確定鍛造溫度范圍 可參照教材中表11-2確定鍛造溫度范圍。 6．填寫工藝卡片 工藝卡片是指導生產和技術檢驗的重要文件。表11-8為自由鍛典型工藝實例。,機械制造基礎 第十一章,,表11-8 臺階軸的自由鍛工藝卡,機械制造基礎 第十一章,

40、,機械制造基礎 第十一章,,四、自由鍛造鍛件的結構工藝性,自由鍛造鍛件結構設計的原則是：除滿足使用性能要求外，還要考慮自由鍛造的設備、工具及工藝特點，盡量使鍛件外形簡單，易于鍛造,自由鍛造鍛件結構工藝性見下表。,機械制造基礎 第十一章,,機械制造基礎 第十一章,,第五節(jié) 模 鍛 一、概述 利用模具使毛坯變形而獲得鍛件的鍛造方法稱

41、為模鍛。因金屬坯料是在模膛內產生變形的，因此獲得的鍛件與模膛的形狀相同。 (一) 模鍛的特點 (1) 生產效率高，—般比自由鍛高數倍。 (2) 鍛件尺寸精度高，加工余量小，從而節(jié)約金屬材料和切削加工的工時。 (3) 能鍛造形狀復雜的鍛件。 (4) 熱加工流線較合理，大大提高了零件的力學性能和使用壽命。 (5) 操作過程簡單，易于實現機械化，工人勞動強度低。,機械制造基礎

42、 第十一章,,模鍛只適用于中、小型鍛件的大批量生產。 (二) 常用模鍛方法 1．錘上模鍛 錘上模鍛是在模鍛錘上進行的模鍛。錘上模鍛可進行鐓粗、拔長、滾擠、彎曲、成形、預鍛和終鍛等各變形工步的操作，錘擊力量大小可在操作時進行調整控制，以完成各種形狀模鍛件的生產，如圖11-11所示。,機械制造基礎 第十一章,,錘上模鍛使用的設備主要是

43、蒸汽一空氣模鍛錘，如圖11-12所示。 蒸汽一空氣模鍛錘的左右立柱上安裝有較高精度的導軌1，錘頭與導軌之間的間隙比自由鍛錘小，且機架2直接與砧座3相連接，使錘頭運動精確，保證上、下模對準，工作時比自由鍛錘的剛度大，精度高，用于大批量生產各種中、小型模鍛件。 模鍛錘常用0.5～0.9MPa的蒸汽和壓縮空氣驅動。錘頭的打擊速度為6～9m／s，打擊能量的大小由蒸汽壓力和改變錘頭的提升高度或進氣量的多少進行控制。

44、 蒸汽一空氣模鍛錘的噸位為1～16t，模鍛件質量為0.5kg～150kg，各種不同噸位的模鍛錘所能鍛制的模鍛件見教材表11-10。,機械制造基礎 第十一章,,鍛模結構與模膛種類： (1) 鍛模結構。鍛模由兩部分組成，如圖11-13所示。上模固定在錘頭上，下模固定在底座上，上下模合攏后，內部形成模膛，構成鍛件形狀。 (2) 模膛的種類。模膛可分為單模膛和多模膛。 單模膛形狀與鍛件基

45、本相同，因鍛件的冷卻收縮，模膛尺寸應比鍛件尺寸大一個金屬收縮量，鋼件收縮量可取1.5％。 在模膛的四周設有飛邊槽。飛邊槽的作用有三個：①容納多余的金屬；② 有利于金屬充滿模膛；③緩和上、下模間的沖擊，延長模具的壽命。 單模膛用于形狀比較簡單的鍛件。,機械制造基礎 第十一章,,對于形狀復雜的鍛件；為提高生產率，在一副鍛模上設置幾個模腔，這類模膛稱為多模膛，圖11-14所示為彎曲連桿在多模膛內的模

46、鍛過程。多模膛用于截面相差大或軸線彎曲的軸(桿)類鍛件及形狀不對稱的鍛件。多模膛由拔長模膛、滾壓模膛、彎曲模膛、預鍛模膛、終鍛模膛等組成。 　 2．壓力機上模鍛 　 （1）摩擦壓力機模鍛。摩擦壓力機是利用摩擦傳動的，故稱摩擦壓力機?！∑鋰嵨皇且曰瑝K到達最下位置時所產生的壓力來表示的，一般不超過10000KN（350t～1000t）。,機械制造基礎

47、 第十一章,,它的特點是： ①工藝適應性強，可滿足不同變形要求的鍛件，如鐓粗、成形、彎曲、預鍛、終鍛、切邊、校正等； ②滑塊速度低（0.5m/s），鍛擊頻率低（3～42次/min），易于鍛造低塑性材料，有利于金屬再結晶的充分進行，但生產效率低，適用于單模膛模鍛； ③摩擦壓力機結構簡單，造價低，維護方便，勞動條件好，是中小型工廠普遍采用的鍛造設備。 摩擦壓力機模鍛適用于小型鍛件的批量生產，

48、尤其是常用來鍛造帶頭的桿類小鍛件，如鉚釘、螺釘等。 （2）曲柄壓力機模鍛。曲柄壓力機又稱熱模鍛壓力機，其噸位的大小也是以滑塊接近最下位置時所產生的壓力來表示，一般不超過120000KN（200t～12000t）。,機械制造基礎 第十一章,,它的特點是：①金屬坯料是在靜壓力下變形的，無振動，噪聲小，勞動條件好；②鍛造時滑塊行程固定不變，鍛件一次成形，易實現機械化和自動化，生產效率高；③壓力機上有推桿裝置能把

49、鍛件推出模鏜，因此減小了模膛斜度；④設備的剛度大，導軌與滑塊間隙小，裝配精度高，保證上下模面精確對準，故鍛件精度高；⑤由于滑塊行程固定不變，因此不能進行拔長、滾擠等工序操作。 曲柄壓力機的設備費用高，結構較復雜，僅適用大批生產的模鍛件。 (3) 平鍛機模鍛。平鍛機屬于曲柄壓力機類設備，與普通曲柄壓力機的主要區(qū)別在于，平鍛機具有兩個滑塊 (主滑塊和夾緊滑塊) ，彼此是在同一水平面沿相互垂直方向作往復運動進

50、行鍛造的，故取名平鍛機或臥式鍛造機。,機械制造基礎 第十一章,,平鍛機的噸位以凸模最大壓力來表示，一般不超過31500kN (50t～3150t) 。 平鍛機模鍛的特點是： ①平鍛機具有兩個分型面，可鍛出其它設備難以完成的兩個方向上帶有凹孔或凹槽的鍛件； ②可鍛出長桿類鍛件和進行深沖孔及深穿孔，也可用長棒進行連續(xù)鍛造多個鍛件； ③生產效率高，鍛件尺寸精確，表面光潔，節(jié)約金屬(模

51、鍛斜度小或沒有斜度)； ④平鍛機可完成切邊、剪料、彎曲、熱精壓等聯合工序不需另外配壓力機。 平鍛機造價高，鍛前需清除氧化皮，對非回轉體及中心不對稱的鍛件制造困難，平鍛機模鍛適用于大批量生產帶頭部的桿類和有孔的鍛件以及在其它設備上難以鍛出的鍛件，如汽車半軸、倒車齒輪等。,機械制造基礎 第十一章,,3．胎模鍛 胎模鍛是在自由鍛設備上使用簡單的不固定模具 (胎模) 生產鍛件的工藝方法。

52、 按照胎模結構形式，常用胎膜可分為以下幾種： 1) 摔模。適用于鍛造回轉體軸類鍛件，如圖11-15a所示。 2) 扣模。適用于生產非回轉體的扣形件和制坯，如圖11-15b所示。,機械制造基礎 第十一章,,3) 套筒模。適用于生產回轉體盤類鍛件，如齒輪、法蘭盤等，如圖11-15c、d所示。 4) 合模。適用于生產形狀復雜的非回轉體鍛件，如連桿及叉類

53、件，如圖11-15e所示。 胎模鍛與自由鍛相比可獲得形狀較為復雜、尺寸較為精確的鍛件，可節(jié)約金屬，提高生產效率。 與其它模鍛相比，胎模鍛具有模具簡單、便于制造、不需要昂貴的模鍛設備等優(yōu)點。 胎膜鍛生產效率低，鍛件質量也不如其它的模鍛，工人勞動強度大，鍛模的壽命低，因此這種模鍛方法適用于中、小批量生產，它在沒有模鍛設備的工廠中應用較為普遍。,機械制造基礎

54、 第十一章,,二、模鍛工藝規(guī)程 (一) 繪制模鍛件圖 1．確定分模面 分模面是上、下模在鍛件上的分界面，分模面的選擇對鍛件質量、模具加工、工步安排和金屬材料的消耗都有很大影響。 確定分模面遵循的原則： (1) 要保證模鍛件能從模膛中順利取出。一般情況下，分模面應選在鍛件最大尺寸的截面上。圖11-16所示零件中a-a面不符合這

55、一原則。 (2) 在模鍛過程中不易發(fā)生錯模現象。圖11-16中c-c面不符和這一原則。,機械制造基礎 第十一章,,(3) 分模面應選在使模膛深度最淺的位置上，以利于金屬充滿模膛。圖11-16中b-b面不符和這一原則。 (4) 分模面最好是平直面，上、下模膛一致，以利于鍛模加工。 按上述原則分析可知，圖11-16所示零件中，以小d面作為分模面最為合理。,2．確定加工余量與鍛造公差

56、 一般余量為1～4mm，公差為±0.3～3mm。具體數值可查有關手冊。 3．確定模鍛斜度 為便于金屬充滿模膛及從模膛中取出鍛件，鍛件上與分模面垂直的表面均應增設一定斜度，此斜度稱為模鍛斜度，如圖11-17所示。α表示外斜度，β表示內斜度。,機械制造基礎 第十一章,,模鍛斜度大小與模膛尺寸有關，模膛深度與寬度比值(h／b) 增大時，模鍛斜度應取較大值。通常外斜度α一般取7

57、76;，特殊情況下可取5°或10°，內斜度盧比外斜度大，一般取10°，特殊情況 可用7°、12°或15°。,4．確定圓角半徑 鍛件上的凸角半徑為外圓角半徑γ=1.5～12mm，凹角半徑為內圓角半徑R，如圖11-18所示。外圓角半徑(r1、r2)的作用是避免鍛模在熱處理時和模鍛過程中因產生應力集中造成開裂，內圓角半徑 (Rl、R2)為外圓角半徑的2～3倍，內圓角的作用是

58、使金屬易于流動充滿模膛，避免產生折疊，防止模膛壓塌變形。,機械制造基礎 第十一章,,圓角半徑的確定：外圓角半徑r = 加工余量+零件上相應處的圓 角半徑；內圓角半徑R = (2～3)r。 制造模具時，為便于選用標準工具，圓角半徑應選1、1.5、3、4、5、6、8、10、12、15、20、30等標準數值。,5．沖孔連皮 錘上模鍛不能直接鍛出通孔，孔內必須留有一定厚度的金屬層，稱為沖孔連皮，

59、鍛后在壓力機上沖除，如圖11-19所示。 沖孔連皮不能太薄以免損壞鍛模。 連皮厚度與孔徑有關，當孔徑d = 30～80mm時，沖孔連皮厚度δ在4～8mm；孔徑d為30mm以下時，一般不鍛出孔。,機械制造基礎 第十一章,,各參數確定后，便可繪制模鍛件圖，其繪圖的方法與自由鍛件圖相同。,圖11-20所示為齒輪坯模鍛件圖，圖中雙點劃線為零件輪廓外形，分模面選在鍛件高度方向中部，零件輪輻部

60、分不加工，故不留加工余量，內孔中部兩直線為沖孔連皮切掉后的痕跡。,(二) 確定模鍛工步,依據鍛件形狀的復雜程度確定模鍛的工步，然后根據已確定的工步設計模膛 (見圖11-14) 。,長軸類模鍛件常選用拔長、滾壓、彎曲、預鍛和終鍛等工步。盤類模鍛件常選用鐓粗、終鍛等工步。,機械制造基礎 第十一章,,(四) 選用模鍛設備噸位(見表11-10) (五) 修整工序 修整工序包括切邊、沖孔、

61、校正、熱處理、清理等。 三、模鍛件的結構工藝性 設計模鍛件時應使結構符合以下原則： (1) 應具備一個合理的分模面，以便易于從鍛模中取出鍛件。 (2) 在鍛件上與分模面垂直的非加工表面，應設模鍛斜度。 (3) 應盡量使鍛件外形簡單、平直、對稱，避免薄壁、高肋等結構。,機械制造基礎 第十一章,,圖11-21a所示的零

62、件，凸緣太薄、太高，兩個凸緣之間又形成較深凹槽；圖11-21b所示的零件扁而薄，鍛造時金屬易冷卻，不易充滿模膛，對保護設備和鍛模也不利；圖11-21c所示的零件有一個高而薄的凸緣，使鍛模的制造和取出鍛件都很困難。,(4)應避免窄槽、深槽、多孔、深孔等結構。 (5)應采用鍛接組合工藝來減少余塊，以簡化模鍛工藝，如圖11-22所示。,機械制造基礎 第十一章,,第六節(jié) 板料沖壓

63、 板料沖壓是利用裝在壓力機上的模具對金屬板料加壓，使其產生分離或變形，從而獲得毛坯或零件的一種加工方法。 板料沖壓的坯料都是厚度在1～2mm以下的金屬板料，而且沖壓時一般不需加熱，故又稱薄板沖壓或冷沖壓，簡稱冷沖或沖壓。 板料沖壓的特點： 1) 能壓制其它加工工藝難以加工或不能加工的形狀復雜的零件。 2) 沖壓件的尺寸精度高，表面粗糙度較小，互換性強，可直接裝配使用。

64、 3) 沖壓件的強度高，剛度好，重量輕，材料的利用率高。 4) 板料沖壓操作簡便，易于實現機械化、自動化，生產效率高。 板料沖壓適用于大批量生產。,機械制造基礎 第十一章,,一、板料沖壓的基本工序 按板料的變形方式，可將沖壓基本工序分為分離和變形兩大類。 分離工序是使坯料的一部分相對另一部分產生分離；變形工序是使坯料的一部分相對另部分產生位移而

65、不破壞。 　　 1．沖裁 使坯料沿著封閉的輪廓線產生分離的工序，稱為沖裁?！　“_孔、落料，二者的變形過程和模具結構都是相同的。不同的是，對于沖孔來講，板料上沖出的孔是產品，沖下來的部分是廢料，而落料工序沖下來的部分為產品，剩余板料或周邊板料是廢料。 　 沖裁的變形過程如圖11-23所示，板料在凸、凹模之間沖裁分離的變形過程可分為如下三個階段：,機械制造基礎 第十一章,

66、,(1) 彈性變形階段　　凸模壓縮板料，產生局部彈性拉深與彎曲變形。 　 (2) 塑性變形階段　　當材料的內應力超過屈服極限時，便開始塑性變形，并引起加工硬化。在拉應力的作用下，應力集中的刃口附近出現裂紋，此時沖裁力最大。 (3) 斷裂分離階段。 隨著凸凹模刃口繼續(xù)壓人，上下裂紋迅速延伸，相遇重合，板料斷裂分離。,機械制造基礎 第十一章,,沖裁時，由于板料各部分

67、變形性質和外觀特征的不同，將沖裁斷面分為塌角、光亮帶、剪裂帶和毛刺四部分，如圖11-24所示。,光亮帶是在變形開始階段，凹凸模刃口附近擠壓板料表面形成的，斷面平整，尺寸精度比較高；　　剪裂帶是由于微裂紋繼續(xù)擴展形成傾斜的粗糙面；　　塌角是變形區(qū)的材料由于產生彎曲變形所致；　　毛刺是材料出現斷裂時產生的尖刺。,機械制造基礎 第十一章,,影響沖裁件質量的主要因素是沖裁間隙。　　在合理的沖裁間隙范圍內，上、下

68、裂紋能自然會合，光亮帶約占板厚的1／3左右，沖裁件斷面質量處于最佳狀態(tài)?！　￠g隙過大，上下裂紋錯開形成雙層斷裂層，光亮帶變小，斷面粗糙，毛刺增大；　 間隙過小，上下裂紋邊不重合，光亮帶較大，毛刺也較大，斷面質量差，同時模具刃口易磨損，使用壽命大大降低。 合理的沖裁間隙應為材料厚度的6％～15％。厚板與塑性低的金屬應選上限值，薄板或塑性高的金屬應選下限值。 設計沖裁模時應注意：沖孔?！鼓５娜锌诔叽绲?/p>