第二章锻压

1500 kg 冲击力
水压机
500-15000
1-300T
静压力
高压水
变形大、锻透深度 大、内部质量好，没 有振动，噪音小。
20MPa (200个大气压)
0.4-0.9MPa )
(4-9个大气压）
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空气锤
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双柱拱 式蒸汽 锤
水压机
蒸汽或压 缩空气
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水压机
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二 自由锻的工序
自由锻工序可分为基本工序、辅助工序及精整工序
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（二）计算坯料的重量及尺寸
坯料的质量：G 坯料 =
轴类零件
G 锻件 + G 烧损+ G 切头 + G 芯子 盘盖类零件
锻件的锻造比
坯料的尺寸
采用的变形方式
轧材: y > 1.3 钢锭: y = 2.5~5
镦粗(防弯):H/D<2.5
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(三) 选择变形工序
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1 基本工序:使金属坯料产生一定程度的塑性变形,以 达到所需形状和尺寸的工艺.如镦粗、拔长、冲孔、 弯曲、错移、扭转； 2 辅助工序:为基本工序操作方便而进行的预先变形 工序。如倒棱、压肩
3 精整工序:用以减少锻件表面缺陷而进行的工序.如 清除锻件表面凸凹不平及整形（修整鼓形、平整端面、 校直弯曲）。
(3)综上分析，金属的锻造性能是从塑性和变形抗力二
个方面的因素进行综合衡量。
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五 金属的塑性变形基本规律
1 体积不变定律 金属塑性变形前后的体积相等，即体积为常数，也 称为不可压缩定律。 2 最小阻力定律 (1)在变形过程中，如果金属质点有可能向各个不同方 向移动，则每一质点将沿着阻力最小方向移动 质点流动阻力最小方向是通过该质点指向金属变形 部分周边的法线方向。 (2)应用： 确定金属变形中质点的移动方向 控制金属坯料变形的流动方位 31 降低能耗，提高生产率。
4 锻件应避免加强筋和凸台等结构
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5 复杂件应设计成简单件构成的组合体
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作业：
1、自由锻的工序包括哪些内容？其中基本工序有哪 些？ 2、绘制自由锻锻件图要考虑哪些因素？
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※ 三 模锻
概述
利用模具使坯料变形而获得锻件。 将金属坯料置于锻模模膛内，在冲击力或压力作用 下产生塑性流动。由于模膛对金属坯料流动的限制， 从而充满模膛获得与模膛形状相同的锻件。 模锻的特点与应用 (1)生产效率高。 (2)锻件成形靠模膛控制，可锻出形状复杂、尺寸准确， 更接近于成品的锻件，且锻造流线比较完整，有利 于提高零件的力学性能和使用寿命
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1 锻件尽量避免锥体或斜面的结构
锻造这种结构必须制造专用工具,锻件成形也比 较困难,工艺过程复杂
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2 由数个简单几何体构成的锻件应避免在几何体的交接 处形成空间曲线
改成平面与圆柱,平面与平面相交
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3 锻件应避免椭圆形、工字形或其它非规则形状截面及 非规则外形
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影响金属锻造性能的因素主要有金属的本质和金 属的变形条件。 (一)金属的本质:内在因素影响 1 化学成分的影响 2 金属组织的影响 (二)变形条件 1 变形温度 金属随变形温度 的升高，塑性升高、 变形抗力降低。但是， 随加热温度的升高， 也会产生相应的缺陷， 如产生氧化、脱碳、 过热和过烧等
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y >1
镦粗：y = H0 / H
锻造比——变形程度的大小
金属材料 y 组织紧密 y 晶粒细化
拔长：y = F0 / F 形成锻造流线 （各向异性）
流线的纵向性能高于横向
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2 锻造比的确定 (1) 轧材或锻坯作为锻造坯 料 ：≥1.5 (2)用钢锭作为锻造坯料 碳素结构钢，拔长锻造比 ≥3，镦粗锻造比≥2.5； 合金结构钢，锻造比为 3～ 4 (3) 铸造缺陷严重，碳化物 粗大的高合金钢钢锭 ： 不锈钢的锻造比选为 4～6， 高速钢的锻造比选为 5 ～ 12 (4)y太大，会增加各向异性
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四 金属的锻造性能
定义：用来衡量金属材料利用锻压加工方法成形的难 易程度。用金属的塑性和变形抗力二个因素来衡量。 其是金属的重要状态属性，它决定了金属加工成形 的工艺性能和使用性能。 塑性：金属产生塑性变形而不破坏的能力。可以用 最大变形程度来表示塑性的高低。 变形抗力：金属对于产生塑性变形的外力的抵抗能 力。通常用流变应力来表示。 塑性是与组织结构密切相关的结构敏感性质。既取 决于金属的本质，还与变形条件有关。
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除采用高能高速锤外，一般压力加工方法中，随着 变形速度的增加，金属的塑性下降、变形抗力增加。
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3 变形应力状态的影响
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(1)在金属塑性变形时，其应力状态中压应力数目越
多,其塑性越好；拉应力数目越多，塑性变形相对
降低。
(2)在三向受压的应力状态下变形时，其变形抗力较三
向应力状态不同器、仪表及日用品。
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板料轧制
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轧 板
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轧环设备
轧 辊
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压机拔长
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二、锻压加工方法的特点
1 能改善金属的组织，提高金属的机械性能； 2 提高材料的利用率和经济效益（节省材料和切削加工 工时）； 3 具有较高的劳动生产率。 4 不能获得形状复杂的锻件； 5 初次投资费用高（设备、工模具、厂房）； 6 生产现场劳动条件差。
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齿轮坯自由锻工艺过程:
下料 镦粗 垫环局部 镦粗
冲 孔
冲子冲孔
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半轴自由锻工艺
锻出头部
拔长
拔长及修 整台阶 拔长并留 出台阶 锻出凹挡 及拔长端 部并修整
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锻件图 材料: 18CrMnTi 坯料尺寸:Ф130×240 坯料重量:25kg 锻造设备:0.5T自由锻锤
(4) 选定锻造设备Equipment Choose
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二 热锻、冷锻、温锻、等温锻
冷变形 —— 再结晶温度以下的塑性变形。 热变形 —— 再结晶温度以上的塑性变形 加工硬化 冷变形 塑性材料
冲压、冷弯、冷挤、冷轧
加工硬化+再结晶 锻造、热挤、轧制
热变形
变形量大，易氧化
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三 锻造流线和锻造比
1 锻造比 代表变形程度大小。 用y表示：变形前后截面 比（拔长）或高度比（镦 粗） Y拔 = F0/F = L/L0 Y镦= F/ F0= H0/H
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晶粒位向与受力变形关系
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（二）塑性变形对金属组织和性能的影响 1 冷变形强化（加工硬化） 在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的所有 强度指标和硬度都有所提高，但塑性有所下降的现象。 产生原因：滑移面上产生了 微小碎晶，晶格畸变。（内 应力） 作用：阻碍继续变形 提高强度 加工硬化应用 代替热处理
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2 多晶体金属塑性变形 （1）变形复杂性：包括晶内塑性变形和晶间变形。
晶内变形 —— 晶粒内部的滑移变形 晶间变形 —— 晶粒间的移动和转动 （2）变形抗力大：晶界阻碍滑移的作用强烈。 （3）变形不均匀： 各晶粒取向不同，晶内变形量比晶界附近区变形量大 晶粒细化是降低多晶体塑性变形不均匀性的重要措施
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※ 一 金属的锻造性能
一 金属的塑性变形概述
（一）塑性变形的实质 金属 晶体 多晶体（实际金属） 1 单晶体的塑性变形
单晶体（理想金属）
切应力
位错
滑移面
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(1)滑移变形 ：在切应力作用下，晶体一部分沿一定 晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相对于另一部 分产生滑动的变形方式称为滑移。 (2)孪生变形 ：在切应力作用下，晶体一部分相对于 其余部分沿一定晶面及晶向产生一定角度切变引起 变形
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3 锻造流线 (1)锻造后金属组织具有方向性 脆性杂质：碎粒状或链状分布 塑性杂质：带状分布 (2)流线化程度与锻造比有关 (3)流线的存在使锻造金属的力学性能呈现明显的各 向异性。 (4)用热处理的方法不能消除锻造流线。 在设计和制造易受冲击载荷的零件时，应注意二点： (1)使零件工作时的正应力方向与流线方向重合，切应 力方向与流线方向垂直。 (2)使流线的分布与零件的外形轮廓相符合。
根据锻件的类型、材料、尺寸和质量
车间现有的设备条件。
(5) 确定锻造温度范围 始锻温度低于AE线150～250℃,碳钢的终锻温 度如图3-2所示
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三 自由锻零件结构工艺性
锻压件的结构在保证其使用性能的前提下，必须符 合锻压生产工艺的特点。 简化锻压生产工艺 提高生产效率 保证锻压件质量 降低生产成本 自由锻锻件的结构工艺性
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3 塑性变形时伴随有弹性变形的定律
变形金属的总变形是由弹性变形和塑性变形所组成
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作业:
1、锻造流线的存在对金属机械性能有何影响？在零 件设计中应注意那些问题？ 2、试述金属的锻造性能，影响金属锻造性能的因素， 提高金属锻造性能的途径？
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※ 二 自由锻
概念： 只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上下 砧间对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的 几何形状及内部质量的锻件。坯料的四周表面为自由 表面，变形不受限制，故称为自由锻。 工艺特点： 金属坯料在抵铁间受压变形时，除与上下抵铁或其 它辅助工具接触部分表面外,都是自由表面,可朝各 个方向自由流动，不受限制。 工艺灵活，所用工具简单，设备和工具的通用性强， 成本低。
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1 制坯模膛：使坯料预变形而达到合理分配，使其形 状基本接近锻件形状，以便更好地充满模锻模膛。 拔长模膛 滚压模膛 弯曲模膛 切断模膛 2 模锻模膛：分为预锻模膛和终锻模膛 (1)预锻模膛：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸， 模膛的圆角和斜度较大，没有飞边槽 (2) 终锻模膛 : 使坯料最后变形到锻件所要求的形状和 尺寸。模膛四周有飞边槽 ① 飞边槽