[高等教育]锻压成形技术-模型锻造
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1模锻方法与工艺
2 锻造种类
（三）按行业应用
■柴油机锻件 柴油机是动力机械的一种，它常用来作发动机。以大
型柴油机为例，所用的锻件有汽缸盖、主轴颈、曲轴端 法兰输出端轴、连杆、活塞杆、活塞头、十字头销轴、 曲轴传动齿轮、齿圈、中间齿轮和染油泵体等十余种。
■船用锻件 船用锻件分为三大类，主机锻件、轴系锻件和舵系锻
件。主机锻件与柴油机锻件一样。轴系锻件有推力轴、 中间轴艉轴等。舵系锻件有舵杆、舵柱、舵销等。
模闭式精密模锻还可锻出垂直于锻击方向的孔或凹坑，材料 利用率平均提高20%左右； ▼毛坯在封闭的模膛内成形，变形金属处于更加强大的三向压 力状态，有利于提高金属材料的塑性和产品的力学性能； ▼可分凹模闭式精密模锻可减少甚至取消制坯工步，省去切边 和辅助工序，生产率平均可提高25%~50%。 闭式精密模锻主要问题：对于一些大中型锻件模具寿命低，需 采取多种措施逐步解决。
5 模锻件类型
（1）饼盘类
❖ 外形为圆形面，高度较小
5 模锻件类型
（2）法兰凸缘类
其外形为回转体，带有圆形或长宽尺寸相差不大的 法兰和凸缘。
5模锻件类型
（3）轴杆类
其杆部为圆形，带有圆形或非圆形头部，或中间局 部粗大的直长杆类。
（4）杯筒类
5 模锻件类型
5 模锻件类型
（5）枝芽类
包括单枝芽、多枝芽的实心和空心类锻件。
■石油化工锻件 锻件在石油化工设备中有着广泛的应用。如球形储罐的人孔、
法兰，换热器所需的各种管板、对焊法兰催化裂化反应器的整锻 筒体（压力容器），加氢反应器所用的筒节，化肥设备所需的顶 盖、底盖、封头等均是锻件。
2 锻造种类
（三）按行业应用
■矿山锻件 按设备重量计算，矿山设备中锻件的比重为12-24%。矿山设
锻压成形技术基本知识
2、塑性变形使材料的致密性提高： 金属压力加工最原始的坯料是铸锭。其内部组织
很不均匀，晶粒粗大，且存在着许多其他缺陷：如气 孔、缩松、偏析、非金属夹杂物等。将这种铸锭经热 变形，粗大的铸状晶粒被打碎后，经过再结晶，就可 形成细晶粒，同时在热变形过程中还可以将气孔、缩 松等压合在一起，使金属的致密性提高。因而使金属 的强度提高1.５～2倍，塑韧性提高得更多。
（3）变形温度
1、合金成分对可锻造性的影响： 将一 了要这起解的种 ，金 。铸使 属锭金 塑经属 性热的 变变致 形形密 的，性 规粗提律大高 ，的。 对铸合状理晶选粒用被金打属碎材后料，和经压过力再加结工晶方，法就，可正形确成设细计晶压粒力，加同工时成在形热零变件形，过 分程析中和还控可制以锻将压气件孔质、量缩，松都等是压十合分在重
锻压工艺的基本概念
金属材料的塑性与塑性变形
概 述： 因此，与铸态金属相比，其性能得到了极大的改善。 金金属属材 材料料的的可塑锻性性与与塑影性响变塑因形素性变形是锻压加工的理论基础。了解金 （1）5） 确应定力始状锻态温度属与终锻塑温度性： 变形的规律，对合理选用金属材料和 若变形量过大，会压引起力金属加的破裂工。 方法，正确设计压力加工成形零件， 分析和控制锻压件质量，都是十分重要的。 在锻造过程中，由于高温下金属表面的氧化和冷却收缩等各方面的原因，锻件精度不高、表面质量不好，加之锻件结构工艺性的制约
金属材料的塑性与塑性变形
3、塑性变形后产生纤维组织： 分布在晶界上的非金属夹杂物，在变形过程中随
着晶粒的拉长也被拉成长形。当变形程度足够大时， 这些夹杂物被拉成线条状。 但是拉长的晶粒可经 再结晶又变成等轴细粒状，而这些夹杂物不能改变， 就以细长线条状保留下来，形成了所谓的纤维组织。 纤维组织的化学稳定性很高，只有经过锻压才能改变 其分布方向，用热处理是不能消除或改变纤维组织形 态的。 纤维组织使金属的力学性能具有明显的方向 性，即锻件在纵向上（平行纤维方向）塑性和韧性增 加，而在横向上（垂直纤维方向）塑性和韧性降低。 但强度在不同方向上的差别不大。
很不均匀，晶粒粗大，且存在着许多其他缺陷：如气 孔、缩松、偏析、非金属夹杂物等。将这种铸锭经热 变形，粗大的铸状晶粒被打碎后，经过再结晶，就可 形成细晶粒，同时在热变形过程中还可以将气孔、缩 松等压合在一起，使金属的致密性提高。因而使金属 的强度提高1.５～2倍，塑韧性提高得更多。
（3）变形温度
1、合金成分对可锻造性的影响： 将一 了要这起解的种 ，金 。铸使 属锭金 塑经属 性热的 变变致 形形密 的，性 规粗提律大高 ，的。 对铸合状理晶选粒用被金打属碎材后料，和经压过力再加结工晶方，法就，可正形确成设细计晶压粒力，加同工时成在形热零变件形，过 分程析中和还控可制以锻将压气件孔质、量缩，松都等是压十合分在重
锻压工艺的基本概念
金属材料的塑性与塑性变形
概 述： 因此，与铸态金属相比，其性能得到了极大的改善。 金金属属材 材料料的的可塑锻性性与与塑影性响变塑因形素性变形是锻压加工的理论基础。了解金 （1）5） 确应定力始状锻态温度属与终锻塑温度性： 变形的规律，对合理选用金属材料和 若变形量过大，会压引起力金属加的破裂工。 方法，正确设计压力加工成形零件， 分析和控制锻压件质量，都是十分重要的。 在锻造过程中，由于高温下金属表面的氧化和冷却收缩等各方面的原因，锻件精度不高、表面质量不好，加之锻件结构工艺性的制约
金属材料的塑性与塑性变形
3、塑性变形后产生纤维组织： 分布在晶界上的非金属夹杂物，在变形过程中随
着晶粒的拉长也被拉成长形。当变形程度足够大时， 这些夹杂物被拉成线条状。 但是拉长的晶粒可经 再结晶又变成等轴细粒状，而这些夹杂物不能改变， 就以细长线条状保留下来，形成了所谓的纤维组织。 纤维组织的化学稳定性很高，只有经过锻压才能改变 其分布方向，用热处理是不能消除或改变纤维组织形 态的。 纤维组织使金属的力学性能具有明显的方向 性，即锻件在纵向上（平行纤维方向）塑性和韧性增 加，而在横向上（垂直纤维方向）塑性和韧性降低。 但强度在不同方向上的差别不大。
锻压成形
2
3.1
1.什么是锻压成形
概 述
金属坯料在外力作用下产生塑性变形，获得具有 一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的成形方法。
2.分类
锻造 自由锻造，简称自由锻 模型锻造，简称模锻 板料冲压（钣金加工）
锻压
冲压
3.锻压成型的主要特点及应用
1）提高金属的力学性能 晶粒细化，组织致密；
气孔、微裂纹等铸造缺陷被压合；
影响：
（1）加工硬化被再结晶消除的程度。 v＜vc时，再结晶速度起主要作用；
v ↓再结晶↑塑性↑变形抗力↓金属可锻性↑
合金钢比低碳钢塑性差，再结晶温度高，再结晶速度缓慢，不宜 在锻锤上锻打，应在变形速度低的压力机上锻造，以利于加工硬化
的消除。大锻件不易锻透，也应在压力机上锻造。
低碳钢塑性好，小件也易锻透，多采用变形速度快的锻锤锻打， 若加工硬化不能被再结晶完全消除，还可提高强度。
锻压成形
本章主要内容：
1.金属塑性变形基础
2.自由锻造
3.模型锻造
4.板料冲压
1
主要问题：
1. 为什么锻压加工能提高零件的性能?
2.什么是冷变形强化(加工硬化)？工业生产中的意义？
3.纤维组织（锻造流线）及其影响 4.什么是金属的可锻性? 衡量指标？ 5.自由锻的主要设备和常用基本工序； 自由锻件图的绘制及其结构工艺性。 6.模锻件的分模面选择和结构设计应注意哪些问题？ 7.板料冲压对材料性能有何要求？设备？常用工序？
金属的塑性变形
塑性变形：材料在外力作
用下产生而外力去除后不能 恢复的那部分残留变形。
塑性加工（压力加工）：
利用塑性变形使材料成形 的加工方法的统称。
锻造
目的：（1）改善金属的组织和性能；
3.1
1.什么是锻压成形
概 述
金属坯料在外力作用下产生塑性变形，获得具有 一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的成形方法。
2.分类
锻造 自由锻造，简称自由锻 模型锻造，简称模锻 板料冲压（钣金加工）
锻压
冲压
3.锻压成型的主要特点及应用
1）提高金属的力学性能 晶粒细化，组织致密；
气孔、微裂纹等铸造缺陷被压合；
影响：
（1）加工硬化被再结晶消除的程度。 v＜vc时，再结晶速度起主要作用；
v ↓再结晶↑塑性↑变形抗力↓金属可锻性↑
合金钢比低碳钢塑性差，再结晶温度高，再结晶速度缓慢，不宜 在锻锤上锻打，应在变形速度低的压力机上锻造，以利于加工硬化
的消除。大锻件不易锻透，也应在压力机上锻造。
低碳钢塑性好，小件也易锻透，多采用变形速度快的锻锤锻打， 若加工硬化不能被再结晶完全消除，还可提高强度。
锻压成形
本章主要内容：
1.金属塑性变形基础
2.自由锻造
3.模型锻造
4.板料冲压
1
主要问题：
1. 为什么锻压加工能提高零件的性能?
2.什么是冷变形强化(加工硬化)？工业生产中的意义？
3.纤维组织（锻造流线）及其影响 4.什么是金属的可锻性? 衡量指标？ 5.自由锻的主要设备和常用基本工序； 自由锻件图的绘制及其结构工艺性。 6.模锻件的分模面选择和结构设计应注意哪些问题？ 7.板料冲压对材料性能有何要求？设备？常用工序？
金属的塑性变形
塑性变形：材料在外力作
用下产生而外力去除后不能 恢复的那部分残留变形。
塑性加工（压力加工）：
利用塑性变形使材料成形 的加工方法的统称。
锻造
目的：（1）改善金属的组织和性能；
第七章锻压成形工艺
、生产实际条件等因素有关。零件越大，形状越复杂，则 余量越大。
3)．锻件公差： 锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量
其值的大小与锻件形状、尺寸有关，并受生产具体情况的 影响。
在锻件图上，锻件的外形用粗实。 在锻件图上，用双点划线画出零件的主要轮廓形状，并在锻 件尺寸线的上方标注锻件尺寸与公差，尺寸线下方用圆括弧标 注出零件尺寸。 对于大型锻件，还必须在同一个坯料上锻造出供性能检验用 的试样来，该试样的形状与尺寸也在锻件图上表示。
锤上模锻所用设备为模锻锤 ，由它产生的冲击力使金属 变形。图7-1所示为一般工厂 中常用的蒸汽一空气模锻锤 。该种设备上运动副之间的 间隙小，运动精度高，可保 证锻模的合模准确性。模锻 锤的吨位(落下部分的重量) 为1～16 t，可锻制150kg以 下的锻件。
锤上模锻生产所用 的锻模如图所示。上模2 和下模4分别用楔铁10、 7固定在锤头1和模垫5上 ，模垫用楔铁6固定在砧 座上。上模随锤头作上 下往复运动。9为模膛， 8为分模面，3为飞边槽 。
终锻后无法加工通孔而留下的一薄层金属，称为冲孔连皮。
•二、制坯模膛
对形状复杂的模锻件,为使坯料形状基本接近模锻件形状 ，使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就必须预先在 制坯模镗内制坯，因而设制坯模膛。
1、拔长模膛——用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的
长度。
当模锻件沿轴向横截面积相差较大时 ，常采用这种模膛进行拔长。拔长模 膛分为开式和闭式两种.一般情况下， 把它设置在锻模的边缘处。生产中进 行拔长操作时。坯料除向前送进外并 需不断翻转。
绘制锻件图时主要考虑以下几个因素：
1)．敷料 对键槽、齿槽、退刀槽以及小孔、盲孔、台阶
等难以用自由锻方法锻出的结构，必须暂时添加一部分金 属以简化锻件的形状。为了简化锻件形状以便于进行自由 锻造而增加的这一部分金属，称为敷料，如图所示。
3)．锻件公差： 锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量
其值的大小与锻件形状、尺寸有关，并受生产具体情况的 影响。
在锻件图上，锻件的外形用粗实。 在锻件图上，用双点划线画出零件的主要轮廓形状，并在锻 件尺寸线的上方标注锻件尺寸与公差，尺寸线下方用圆括弧标 注出零件尺寸。 对于大型锻件，还必须在同一个坯料上锻造出供性能检验用 的试样来，该试样的形状与尺寸也在锻件图上表示。
锤上模锻所用设备为模锻锤 ，由它产生的冲击力使金属 变形。图7-1所示为一般工厂 中常用的蒸汽一空气模锻锤 。该种设备上运动副之间的 间隙小，运动精度高，可保 证锻模的合模准确性。模锻 锤的吨位(落下部分的重量) 为1～16 t，可锻制150kg以 下的锻件。
锤上模锻生产所用 的锻模如图所示。上模2 和下模4分别用楔铁10、 7固定在锤头1和模垫5上 ，模垫用楔铁6固定在砧 座上。上模随锤头作上 下往复运动。9为模膛， 8为分模面，3为飞边槽 。
终锻后无法加工通孔而留下的一薄层金属，称为冲孔连皮。
•二、制坯模膛
对形状复杂的模锻件,为使坯料形状基本接近模锻件形状 ，使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就必须预先在 制坯模镗内制坯，因而设制坯模膛。
1、拔长模膛——用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的
长度。
当模锻件沿轴向横截面积相差较大时 ，常采用这种模膛进行拔长。拔长模 膛分为开式和闭式两种.一般情况下， 把它设置在锻模的边缘处。生产中进 行拔长操作时。坯料除向前送进外并 需不断翻转。
绘制锻件图时主要考虑以下几个因素：
1)．敷料 对键槽、齿槽、退刀槽以及小孔、盲孔、台阶
等难以用自由锻方法锻出的结构，必须暂时添加一部分金 属以简化锻件的形状。为了简化锻件形状以便于进行自由 锻造而增加的这一部分金属，称为敷料，如图所示。
第三章锻压成形
• 根据锻件形状和锻造工序的特点确定锻 造工序。 筒类零件
锻造工序：镦粗（或拔长及镦粗），冲孔， 在芯轴上拔长。
自由锻工艺规程的制定之三
选择锻造工序
• 根据锻件形状和锻造工序的特点确定锻 造工序。 环类零件
锻造工序：镦粗（或拔长及镦粗），冲孔， 在芯轴上扩孔。
自由锻工艺规程的制定之三
选择锻造工序
锻造比的选择
• 1、坯料：轧材或锻坯；选择较小锻造比
– 锻造比大于等于1.5
• 2、坯料：钢锭；
– 碳钢：拔长比大于等于3 镦粗比大于等于2.5 – 合金钢：Y=3~4 – 高合金钢：Y=4~6 – 高速钢：Y=5~12
§3.1.5 金属的可锻性
一、金属的可锻性（锻造性能）
是金属材料在压力加工时成形的难易程度。 1 . 可锻性的衡量指标 1）塑性： 材料的塑性越好，其可锻性越好。 是指压力加工过程中变形金属作用于施压 2）变形抗力： 工具表面单位面积上的压力，材料的变形 抗力越小，其可锻性越好。 2 . 影响可锻性的因素 1）金属的本质 ①化学成分：Me越低，材料的可锻性越好。
锻造流线的应用
• 锻造流线 各向异性 纵向大于横向
应用:设计和制造零件时
σmax∥纤维方向
τmax⊥纤维方向
纤维方向与轮廓相吻
§3.1.4 塑性变形对组织 和性能的影响
利用锻造流线实例
螺钉的锻造流线 组织比较图
不同加工方法制造 齿轮的锻造流线组织
• 3、锻造比：锻造前后金属坯料的横截面 积之比[或长度（高度）之比]。分为拔长 比和镦粗比。一般用拔长比来表示。 • 拔长比 Y拔=F0/F • Y拔=L0/L • 镦粗比 Y镦=F/ F0 • Y镦=H0/ H
冷变形强化的原因是：在塑性变形过程中，在滑 移面上产生了许多晶格方向混乱的微小碎晶， 滑移面附近的晶格也产生了畸变，增加了继续 滑移的阻力，使继续变形困难。
锻造工序：镦粗（或拔长及镦粗），冲孔， 在芯轴上拔长。
自由锻工艺规程的制定之三
选择锻造工序
• 根据锻件形状和锻造工序的特点确定锻 造工序。 环类零件
锻造工序：镦粗（或拔长及镦粗），冲孔， 在芯轴上扩孔。
自由锻工艺规程的制定之三
选择锻造工序
锻造比的选择
• 1、坯料：轧材或锻坯；选择较小锻造比
– 锻造比大于等于1.5
• 2、坯料：钢锭；
– 碳钢：拔长比大于等于3 镦粗比大于等于2.5 – 合金钢：Y=3~4 – 高合金钢：Y=4~6 – 高速钢：Y=5~12
§3.1.5 金属的可锻性
一、金属的可锻性（锻造性能）
是金属材料在压力加工时成形的难易程度。 1 . 可锻性的衡量指标 1）塑性： 材料的塑性越好，其可锻性越好。 是指压力加工过程中变形金属作用于施压 2）变形抗力： 工具表面单位面积上的压力，材料的变形 抗力越小，其可锻性越好。 2 . 影响可锻性的因素 1）金属的本质 ①化学成分：Me越低，材料的可锻性越好。
锻造流线的应用
• 锻造流线 各向异性 纵向大于横向
应用:设计和制造零件时
σmax∥纤维方向
τmax⊥纤维方向
纤维方向与轮廓相吻
§3.1.4 塑性变形对组织 和性能的影响
利用锻造流线实例
螺钉的锻造流线 组织比较图
不同加工方法制造 齿轮的锻造流线组织
• 3、锻造比：锻造前后金属坯料的横截面 积之比[或长度（高度）之比]。分为拔长 比和镦粗比。一般用拔长比来表示。 • 拔长比 Y拔=F0/F • Y拔=L0/L • 镦粗比 Y镦=F/ F0 • Y镦=H0/ H
冷变形强化的原因是：在塑性变形过程中，在滑 移面上产生了许多晶格方向混乱的微小碎晶， 滑移面附近的晶格也产生了畸变，增加了继续 滑移的阻力，使继续变形困难。
模型锻造的工艺特点
模型锻造的工艺特点
1.热加工加工方法
锻造是一种热加工加工方法，这意味着原材料需要经过加热处理才能形成所需的物理形态。
加热可以增加材料的塑性和可变形性，使之更容易塑形成所需的形态。
2.增加密度和强度
模型锻造可以通过挤压和压缩等方式增加材料的密度和强度。
在锻造过程中，原材料被有针对性地加工形成所需形态，同时也会产生变形和重塑，增加了材料的密度和强度。
3.成形精度高
锻造过程具有非常高的成形精度，因为锻造是一种有针对性的加工方法，可以精确地控制形态和尺寸，相比较其他的加工方法，模型锻造可以做到更高的精度。
4.耐腐蚀性能优良
锻造所形成的材料，其表面平整、工件成形完美、尺寸精度较高，同时内部空隙也很少，这使得它具有更高的耐腐蚀性能，尤其是在制造船舶、化工、压力容器等对耐腐蚀性能要求较高的行业中应用广泛。
5.适用性广泛
锻造工艺适用于各种类型和形状的材料，包括铸造、锻造之后的材料等，还可以通过在锻造过程中利用多种不同的工具和设备来形成所需的物理形态，提高了材料的生产和加工的灵活性和适应性。
模锻
模型锻造3.3.2 模型锻造模型锻造包括模锻和镦锻，它是将加热或不加热的坯料置于锻模模膛内，然后施加冲击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的锻造成形过程。
一、模型锻造成形过程特征模型锻造时坯料是整体塑性成形，坯料三向受压。
坯料放于固定锻模模膛中，当动模作合模运动时（一次或多次），坯料发生塑性变形并充满模膛，随后，模锻件由顶出机构顶出模膛。
热成形要求被成形材料在高温下具有较好的塑性，而冷成形则要求材料具有足够的室温塑性。
热成形过程主要是模锻，可生产各种形状的锻件，锻件形状仅受成形过程、模具条件和锻造力的限制。
热成形模锻件的精度和表面品质除锻模的精度和表面品质外，还取决于氧化皮的厚度和润滑剂等，一般都符合要求，但要得到零件配合面最终精度和表面品质还须再进行精加工（如车削、铣削、刨削等）；冷成形件则可获得较好的精度（0.2mm）与表面品质，几乎可以不再进行或少进行机械加工。
模锻可使用多种锻压设备（蒸汽锤、机械压力机、液压机、卧式机械镦锻机等），所需设备要根据生产量和实际采用的成形过程来选择。
模锻广泛用于飞机、机车、汽车、拖拉机、军工、轴承等制造业中，最常见的零件是齿轮、轴、连杆、杠杆、手柄等。
但模锻常限于150kg以下的零件。
由于锻模造价高，制造周期长，故模型锻造仅适宜于大批量生产。
二、模锻过程模锻生产过程的流程如下：1、绘制模锻件图模锻件图（又叫模锻过程图）是生产过程中各个环节的指导性技术文件。
在制订模锻件图时应考虑的因素有：（1）分模面分模面指上、下锻模在锻件上的分界面。
锻件分模面选择的好坏直接影响到锻件的成形、锻件出模、锻模结构及制造费用、材料利用率、切边等一系列问题。
在制订模锻件图时，须遵照下列原则确定分模面位置。
①要保证模锻件易于从模膛中取出。
故通常分模面选在模锻件最大截面上。
②所选定的分模面应能使模膛的深度最浅。
这样有利于金属充满模膛，便于锻件的取出和锻模的制造。
③选定的分模面应能使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，这样在安装锻模和生产中发现错模现象时，便于及时调整锻模位置。
第六章锻压成形技术
一、金属塑性变形的实质 压力加工的实质是在外力的作用下， 压力加工的实质是在外力的作用下，是金属产 生塑性变形的方法。 生塑性变形的方法。 1、单晶体金属的塑性变形 、 单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解 单晶体受力后， 正应力和切应力。 为正应力和切应力。正应力只能引起弹性变 形及解理断裂。 形及解理断裂。只有在切应力的作用下金属 晶体才能产生塑性变形。 晶体才能产生塑性变形。
再结晶也是一个晶核形成和长大的过程， 再结晶也是一个晶核形成和长大的过程，但不 是相变过程， 是相变过程，再结晶前后新旧晶粒的晶格类型 和成分完全相同。 和成分完全相同。
由于再结晶后组织的复原，因而 由于再结晶后组织的复原， 金属的强度、硬度下降，塑性、 金属的强度、硬度下降，塑性、 韧性提高，加工硬化消失。 韧性提高，加工硬化消失。
如拉伸时，滑移面上的外力 分解为正应力 分解为正应力σ和 如拉伸时，滑移面上的外力P分解为正应力 和 切应力τ。 切应力 。
• 正应力只能引起弹性变形及解理断裂 正应力只能引起弹性变形及解理断裂
σ↓伸长量↓ σ→O，变形恢复； σ↓伸长量↓，σ→O，变形恢复； 伸长量 σ↑伸长量 伸长量↑ 原子间结合力时，拉断。 σ↑伸长量↑，σ＞原子间结合力时，拉断。 正应力σ只能使晶体产生弹性变形和断裂， 正应力σ只能使晶体产生弹性变形和断裂，不 能使晶体产生塑性变形。 能使晶体产生塑性变形。 • 切应力作用使晶格发生弹性歪扭 切应力作用使晶格发生弹性歪扭 τc（临界切应力），τ↓变形量 ），τ↓变形量↓ τ→O， τ＜τc（临界切应力），τ↓变形量↓，τ→O， 变形恢复； 变形恢复； τc，发生滑移，产生永久塑性变形。 τ＞τc，发生滑移，产生永久塑性变形。 只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。 只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。
锻 压 成 形讲义
锻压成形1）了解锻压的生产主要过程及其工艺特点。
2）熟悉自由锻的基本工序及应用范围，了解胎模锻和模锻生产。
：锻压是锻造和冲压两者的合称。
锻造分为自由锻和模锻两类，都是制造受载大的重要零件所用的热加工方法;冲压则主要是指利用模具制造薄板零件的冷加工方法。
：(一) 锻压成形基础知识一、锻压成形原理锻压是在外力作用下使金属材料产生塑性变形，从而获得具有预期形状尺寸和机械性能的毛坯、型材、或零件的加工方法。
塑性变形（Plastic Deformation）的定义是物质-包括流体及固体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。
简单来说又称为“永久变形”，指外力拆除之后不能回复的变形。
金属塑性变形的流动规律：金属的塑性变形是通过内部质点的流动实现的。
掌握金属变形的规律，才能合理制定工艺规程，正确使用锻造工艺，达到预期变形效果。
1，最小阻力定律定律内容：在塑性变形中，当金属质点有向几个方向移动的可能是，它首先向阻力最小的方向流动。
2，体积不变定律定律内容：V后=V前。
定律依据：金属塑性变形的过程实际是通过金属流动而使坯料体积进行再分配的过程，因而遵循体积不变定律。
应用在锻件尺寸计算所需原始材料的尺寸。
3，弹—塑性变形共存定律物体在产生塑性变形之前必须先产生弹性变形，在塑性变形阶段也伴随着弹性变形打产生，总变形量为弹性变形和塑性变形之和。
塑性变形是锻压成形的基础。
大多数钢和有色金属及合金都有一定的塑性，因此，它们均可在热态或常温下进行锻压成形。
金属锻压成形在机械制造、汽车、拖拉机、仪表、电子、造船、冶金及国防等工业中都有着广泛的应用。
以汽车为例，汽车上70％左右的零件是利用锻压加工成形的。
二、锻压成形的主要方法锻压成形的主要方式有以下几种。
1．锻造将金属坯料加热到高温状态后，，放在上下砧铁或模具间，并在外力作用下（冲击力或静压力）产生塑性变形的方法称为锻造(如图1)。
第六章 锻压成形技术
• 用金相显微镜观察被拉伸的金属单晶体试样表面 时，可以见到试样的表面有许多呈一定角度阶梯 状的互相平行的线条，这些平行的线条称为滑移 带。 • 一个滑移带实际上是由一束平行滑移线组成。晶 体的塑性变形就是众多大小不同的滑移带的综合 效果的宏观上的体现。 • 晶体在滑移过程中并未改变晶体的结构，仅是晶 体在切应力的作用下，一部分沿着某一滑移面上 的某一晶向相对于另一部分发生滑动。
二、冷塑性变形对金属性能的影响
• 1.加工硬化 • 加工硬化是金属在塑性变形过程中，随着 亚晶粒的增多和位错密度的增加，位错间 的交互作用增强，位错滑移发生困难，使 金属塑性变形的抗力增大，其强度和硬度 显著升高，塑性和韧性下降。也称形变强 化或冷作硬化。
• 金属的加工硬化现象的有利之处是，它可以作为 一种提高金属强度、硬度和耐磨性的重要手段之 一，尤其是对一些不能用热处理强化的材料显得 更为重要， • 加工硬化还能使金属各部分相继发生塑性变形， 使变形更加均匀 • 加工硬化还可以提高构件在使用过程中的安全性。 • 加工硬化也有不利的一面，如使材料在冷轧时的 动力消耗增大，也给金属继续变形造成困难。因 此，在金属的冷变形和加工过程中，必须进行中 间热处理来消除加工硬化现象。
• 通过对单晶体试样拉伸变形的分析，我们 可将滑移变形的要点总结如下： • 滑移只能在切应力的作用下发生。（正应 力只能引起弹性变形或断裂）使晶体开始 滑移的最小切应力称为临界切应力，用τκ表 示。 • 影响晶体临界切应力的因素主要有金属的 类型、成分、温度和变形速度等。
• 2.滑移系 • 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶 向发生。一个滑移面和该面上的一个滑移 方向构成一个滑移系。Fcc和Bcc有12个滑 移系。Hcp有3个滑移系。 • 相同的滑移系数量下，滑移方向数量多更 易滑移。
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2）胎模的种类： 胎模按照结构型式不同可分为：
（1）摔模
（2）拼分套模
（3）切边模
（4）弯曲模
生产上常用的模锻方法与设备
这里介绍生产中常用的三种模锻工艺以及它的特点与应用：
【锤上模锻】
【热模锻压力机上模锻】
【热模锻的特点】
【平锻机上模锻】
【平锻机在生产上的应用】
模锻模膛
模锻模膛：
模锻是在模膛内成形的，而且锻模的设计、制造费用
也比较高。本节介绍模锻模膛的结构与曲轴模锻的过程：
【模锻模膛的结构】
【曲轴模锻的过程】
模锻工艺规程的指定
制定模锻工艺规程： 工艺规程的内容包括：绘制模锻件图、坯料计算确
定锻造工步、选择锻造设备等。 1、绘制模锻件图： 1)确定分型面：以零件最大截面处为分型面
【零件图】
【实物图】
2)确定模锻件的起模斜度与圆角
【模锻件】
【模锻件实物图】
3）确定锻件加工余量和公差
【E/dr锻模结构分析】
材成型技术基础
锻压成形技术（三）
童幸生 2004年8月
模型锻造
模锻与模锻的主要特点 生产上常用的模锻方法与设备 模锻模膛 模锻工艺规程的指定 胎模锻造
模锻与模锻的主要特点
模锻： 模型锻造是在锻压机器动力作用下，使坯
料在锻模模膛内被迫塑性流成形，从而获得 与模膛形状相符的锻件，简称模锻。
模锻与自由锻相比具有以下特点： （1）生产率高、可锻造形状较复杂、尺寸精确和表
面较光洁的锻件，因而机械加工余量小，材料利用率 高， 成本较低；而且可使锻件的金属纤维组织分布更 为合理，进一步提高了零件的使用寿命。
（2）模锻设备投资大，锻模成本高，生产准备同期 长，模锻件的质量受到模锻设备吨位的限制，一般在 150 kg以下。因此，模锻适用于大批量生产中小型锻 件。在汽车、拖拉机、飞机和动力机械等工业中，得 到广泛应用。据统 计，在一些工业发达国家，生产的 模锻件占锻件总质量的70%以上。
2、坯料计算、确定锻造工步、选择锻造设备查锻造 工艺手册。
胎模锻造
胎模锻： 胎模锻是在自由锻设备上采用不与上、下砧相接的活动
模具成型的方法称为胎模锻。它是介于自由锻与模锻之间 的锻造工艺方法。
1）胎模锻的特点及应用： 胎模锻与自由锻相比，可获得形状较复杂、尺寸较为精
确的锻件，节省了金属，提高了生产率。与模锻相比，可 利用自由锻设备组织各类锻件生产，胎模制造较简便。但 胎模锻件的尺寸精度低于锤上模锻；另外，劳动生产率、 模具寿命等方面均低于模锻。胎模锻适用于中小批生产， 它在没有模锻设备的工厂应用较为普遍。