金属压力加工工艺技术详解
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材料与金属工艺学第三篇：金属压力加工
冲 击韧度/J cm -2 延 伸率 % HB
材 料 与 金 属 工 艺
160
120 80 延 伸率 %
160 300 140 200
冲 击韧度 120 100 冷变形强化是一种不稳定现象，具有 40 0 60 80 % 40 0 20 自发回复到稳定状态的倾向。但在室 变形程度 温下不易实现。 回复温度可以消除部分加工硬化现象： T回=（0.25～0.3）T熔 再结晶温度可以完全消除加工硬化现象：T再=0.4T熔
材 料 与 金 属 工 艺
锻件若有数个简单几何体构成时，几何体间的交接处不应形成空 间曲线。
佛山科学技术学院机电系
自由锻件上不应设计出加强筋、 凸台、工字形截面或空间曲线表面。
材 料 与 金 属 工 艺
自由锻件的横截面若有急剧变化或形状复杂时，应设计成几个简单 件构成体。
佛山科学技术学院机电系
异号应力状态下，变形抗力↓
佛山科学技术学院机电系
第二章
第一节
一、自由锻
材 料 与 金 属 工 艺
锻造
锻造方法
自由锻是不用模具控制金属的塑性流动，让材料比较自由地变形 的锻造方法。有手工自由锻和机器自由锻两类。前者靠手锤和钳 子在铁砧上锻打工件，打击力来自锻工本身。后者靠锻锤（主要 是空气锤）、和钳子在砧座上锻打工件，打击力来自锻锤。 自由锻设备分为锻锤和液压机两大类。锻锤用来锻造中、小型锻 件；液压机能锻造质量达300t的锻件。
二、加工条件
1、变形温度的影响 温度过低金属的塑性不够，但温度过高，会产生过热、过烧、脱 碳和严重氧化等缺陷。
佛山科学技术学院机电系
温度/° C
38 A
固 相 线
液相 线
L L+A
材 料 与 金 属 工 艺
160
120 80 延 伸率 %
160 300 140 200
冲 击韧度 120 100 冷变形强化是一种不稳定现象，具有 40 0 60 80 % 40 0 20 自发回复到稳定状态的倾向。但在室 变形程度 温下不易实现。 回复温度可以消除部分加工硬化现象： T回=（0.25～0.3）T熔 再结晶温度可以完全消除加工硬化现象：T再=0.4T熔
材 料 与 金 属 工 艺
锻件若有数个简单几何体构成时，几何体间的交接处不应形成空 间曲线。
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自由锻件上不应设计出加强筋、 凸台、工字形截面或空间曲线表面。
材 料 与 金 属 工 艺
自由锻件的横截面若有急剧变化或形状复杂时，应设计成几个简单 件构成体。
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异号应力状态下，变形抗力↓
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第二章
第一节
一、自由锻
材 料 与 金 属 工 艺
锻造
锻造方法
自由锻是不用模具控制金属的塑性流动，让材料比较自由地变形 的锻造方法。有手工自由锻和机器自由锻两类。前者靠手锤和钳 子在铁砧上锻打工件，打击力来自锻工本身。后者靠锻锤（主要 是空气锤）、和钳子在砧座上锻打工件，打击力来自锻锤。 自由锻设备分为锻锤和液压机两大类。锻锤用来锻造中、小型锻 件；液压机能锻造质量达300t的锻件。
二、加工条件
1、变形温度的影响 温度过低金属的塑性不够，但温度过高，会产生过热、过烧、脱 碳和严重氧化等缺陷。
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温度/° C
38 A
固 相 线
液相 线
L L+A
金属压力加工工艺技术详解
第二节 金属的塑性变形
第二节 金属的塑性变形
• 金属的塑性变形，是压力加工的基础， 各种形状的锻件都是利用金属的塑性变 形来制造的。
• 因此，学习金属塑性变形的有关理论， 对改进锻造方法，提高锻件质量，降低 消耗都是十分必要的。
一、 金属塑性变形的实质
弹性变形
在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子 离开原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金 属发生变形。并引起原子位能的增高，但原子有返 回低位能的倾向。当外力停止作用后，应力消失， 变形也随之消失。如图3-1（b）所示。
• 金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生 变化：
⑴ 晶粒沿最大变形的方向伸长； ⑵ 晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力； ⑶ 晶粒产生碎晶。
二、塑性变形对金属组织和性能影响
1.加工硬化
• 金属的力学性能 随内部组织变形 程度的增加，强 度和硬度上升， 而塑性、韧性下 降(如图3-4)，这 种现象被称为加 工硬化（或冷作 硬化）
（二）加工条件
⒈变形温度的影响
温度↑→原子的运动能力↑→容易滑移→塑性↑，变 形抗力↓，可锻性改善。
若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降 低，这种现象称为“过热”。已过热工件可通过锻 造，控制冷却速度，热处理，使晶粒细化。
若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间 的结合，使金属失去塑性，坯料报废，一击便碎， 无法挽回。这一现象称为“过烧”。
金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度。
不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止 锻造的温度称终锻温度。
锻造温度：
• 始锻温度：碳钢比AE线低200C°左右 • 终锻温度：800C°过低难于锻造 ，若强
行锻造，将导致锻件破裂报废。
金属工艺学(热)压力加工
4. 胎模锻 是在自由锻设备上使用 胎膜生产模锻件的工艺 方法。 胎膜种类：扣模、筒模 和合模
第二节 锻造工艺规程的制订
一、绘制锻件图 考虑内容： 1 敷料、余量和公差 为了简化零件的形状和结构，便于锻造而增加的一部分金属， 称为敷料。 在零件的加工表面上为切削加工而增加的尺寸，称为余量。 锻件公差是锻件名义 尺寸的允许变动量。
（4）应避免深孔或多孔结构。 （5）模锻件的整体结构应力求简单。
作业： 111页 （2）、（3）、（5）、（9）、（11）
第二节 锻造工艺规程的制订
2 分模面 上下锻模在模锻件上的分界面。 确定原则： （1）应保证模锻件能从模膛中取出来。 （2）应保证制成锻模后，上下两模沿分模面的模膛轮廓一致。 （3）应选在使模膛深度最浅的位置上。 （4）应使零件上所加敷料最少。 （5）最好是一个平面。
第二节 锻造工艺规程的制订
第一节 锻造方法
1. 自由锻工序 分为基本工序、辅助工序和精整工序 （1）基本工序 使金属坯料实现主要的变形要求，达到或 基本达到锻件所需尺寸和形状的工序。 镦粗 使坯料高度减小、横截面积增大的工序 拔长 使坯料横截面积减小、长度增大的工序 冲孔 使坯料具有通孔或盲孔的工序 弯曲 使坯料轴线产生一定曲率的工序 扭转 使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定 角度的工序 错移 使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序 切割 是分割坯料或去除锻件余量的工序 （2）辅助工序 是指进行基本工序之前的预变形工序。 （3）精整工序 完成基本工序后，提高锻件尺寸及位置精 度的工序。
金属工艺学（热）
(完整版)金属工艺学(压力加工)
在设计时应使零件工作时的正应力方向与纤维方向应一致，纤维的分布与零 件的外形轮廓应相符合。
锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力。 曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴 工作时不易断裂。
第三节 金属的可锻性
金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难 易程度的工艺性能。
转体锻件。
第二节 锻造工艺规程的制订
一、绘制锻件图
锻件图是以零件图为基础，结 合锻造工艺特点绘制而成。
1.敷料、余量及公差
敷料:为了简化零件的形状和 结构、便于锻造而增加的 部分金属。
加工余量：在零件的加工表面 上，为切削加工而增加的 尺寸。
锻件公差:是锻件名义尺寸允 许的变动量。金工动画\锻 件图.exe
二、常用的压力加工方法：
a）轧制 b）挤压 c）拉拔 d）自由锻 e）板料冲压 f）模锻
金工动画\压力加工\视 频\挤压.avi
金工动画\压力加工\视频\镦粗.avi
三、压力加工的特点 （1）改善金属的组织、提高力学性能。 （2）材料的利用率高。 （3）较高的生产率。 （4）毛坯或零件的精度较高。 钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力 加工。可用作承受冲击或交变应力的重要零 件，但不能加工脆性材料（如铸铁）。
可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。金属的可锻性取决于金属 的本质和加工条件。
一、 金属的本质
1.化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性
越好。 2.金属组织的影响
纯金属及单相固溶体比金属化合物的可锻性好;细小的 晶粒粗晶粒 好；面心立方晶格比体心立方晶格好 。
二、加工条件
1.变形温度的影响 热变形可锻性提高.但温度过高将发生过热、过烧、脱
锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力。 曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴 工作时不易断裂。
第三节 金属的可锻性
金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难 易程度的工艺性能。
转体锻件。
第二节 锻造工艺规程的制订
一、绘制锻件图
锻件图是以零件图为基础，结 合锻造工艺特点绘制而成。
1.敷料、余量及公差
敷料:为了简化零件的形状和 结构、便于锻造而增加的 部分金属。
加工余量：在零件的加工表面 上，为切削加工而增加的 尺寸。
锻件公差:是锻件名义尺寸允 许的变动量。金工动画\锻 件图.exe
二、常用的压力加工方法：
a）轧制 b）挤压 c）拉拔 d）自由锻 e）板料冲压 f）模锻
金工动画\压力加工\视 频\挤压.avi
金工动画\压力加工\视频\镦粗.avi
三、压力加工的特点 （1）改善金属的组织、提高力学性能。 （2）材料的利用率高。 （3）较高的生产率。 （4）毛坯或零件的精度较高。 钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力 加工。可用作承受冲击或交变应力的重要零 件，但不能加工脆性材料（如铸铁）。
可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。金属的可锻性取决于金属 的本质和加工条件。
一、 金属的本质
1.化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性
越好。 2.金属组织的影响
纯金属及单相固溶体比金属化合物的可锻性好;细小的 晶粒粗晶粒 好；面心立方晶格比体心立方晶格好 。
二、加工条件
1.变形温度的影响 热变形可锻性提高.但温度过高将发生过热、过烧、脱
第三篇金属压力加工
1.金属本质的影响
(1)化学成分 金属的化学成分不同锻造性能也 不同，一般情况下，纯金属比合金好。合金成 分越复杂，锻造性能越差。例如，纯铁、低碳 钢、高碳钢它们的锻造性能是依次下降的。 (2)金属的组织 合金呈单相固溶体组织时，具 有良好的锻造性能。而金属具有化合物组织时， 锻造性能差。 晶粒的粗细对锻造性能也有影响。铸态组织晶 粒粗大，塑性差，锻造钢锭时，应先轻打，待 晶粒细化后再重打，以免打裂。晶粒越细，塑 性越好，故锻造性能也越好。
第三篇金属 压力加工
概述
一. 什么是压力加工 靠外力使金属材料产生塑性变形而得到 预定形状与性能的制件（毛坯或零件）的加 工方法。 外力—— 冲击力：锤类 静压力：压力机 各类钢和大多数有色金属及其合金都具有一 定的塑性，因此，都能在热态或冷态下进行 压力加工。 应用广泛：运输工具96%； 汽车拖拉机95%； 航天、航空90%； 农用机械工业80%。
第一章 金属塑性变形 §1 金属塑性变形的实质
具有一定塑性的金属材料，在外力 作用下变形的过程是随着应力的增加由 弹性变形阶段进入弹性-塑性变形阶段 的。在弹性变形阶段，若应力消除，变 形也随之消失。进入弹性-塑性变形阶 段后，即使应力消除，变形也不能完全 消失，消失的只是弹性变形部分，而另 一部分被保留下来，这部分变形就是塑 性变形。
第二章 锻造
利用冲击力或压力使金属在抵铁间 或锻模中变形，从而获得所需形状和尺 寸的锻件，这类工艺方法称为锻造。锻 造是金属零件的重要成型方法之一，它 能保证金属零件具有较好的力学性能， 以满足使用要求。
第一节 锻造方法
一.自由锻 1.自由锻工艺
自由锻造是将加热好的金属坯料在锻造设备的上、 下砧铁之间，在冲击力或压力的作用下，发生塑性变形 而获得锻件的锻造方法。 自由锻根据使用设备和锻造力的性质不同，分为锤上自 由锻和压力机上自由锻。锻锤产生冲击力使金属变形， 压力机产生静压力使金属变形。锤上自由锻适于锻造 0.5～1吨以下的中小型锻件，压力机上自由锻适于锻造 大型锻件。自由锻使用简单的通用性设备，不需要造价 昂贵的专用模具，可以锻造从几十克到几百吨的锻件， 但是其锻件的尺寸精度低，加工余量大，材料消耗多， 而且生产率低，劳动条件差，劳动强度大。只有在单件 或小批量生产的条件下采用自由锻才是合理的。此外， 对于同一锻件自由锻需要的变形力比模锻小得多，因此 对于大型锻件自由锻几乎是唯一的锻造方法，它在重型 机械制造中具有重要的地位。
第三篇金属压力加工
• 上述理论所描述的滑移运动，相当于滑移上下两部分晶 体彼此以刚性整体作相对运动。要实现这种滑移所需的 外力要比实际测得的数据大几千倍，这说明实际晶体结 构及其塑性变形并不完全如此。
近代物理学证明，实际晶体内部存在大最缺陷。其中，以 位错（图3-2a对金属塑性变形的影响最为明显。由于位 错的存在，部分原子处于不稳定状态。在比理论值低得 多的切应力作用下，处于高能位的原子很容易从一个相 对平衡的位置上移动到另一个位置上（图3-2b），形成 位错运动。位错运动的结果，就实现了整个晶体的塑性 变形（图3-2c）。
4、多晶体的塑性变形：金属都是由大量微小晶粒组成的 多晶体。其塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个 晶粒产生变形（称为晶内变形）的综合效果。 由于构成晶体的晶粒位向不同，还有晶界的阻碍，在其滑 移，变形时，分先后次序逐批进行。同时晶间的滑动和转 动（称为晶间变形）。如图，每个晶粒内部都存在许多滑 移面，因此整块金属的变形量可以比较大。低温时，多晶 体的晶间变形不可过大，否则将引起金属的破坏。
（2）拉拔 金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。
（3） 挤压 金属坯料在挤压模内被挤出模也而变形的加工方法。
（4） 锻造 金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的方法。
（5）板料冲压 金属板料在冲模间受外力作用而产生分离或变形 的加工方法。
• 一般常用的金属型材、板材、管材和线材等原材料，大都是通过 轧制、挤压、拉拔等方法制成的。机械制造业中的许多毛坯或零 件，特别是承受重载荷的机件，如机床的主轴、重要齿轮、连杆、 炮管和枪管等，通常采用锻件作毛坯。板料冲压广泛用于汽车、 电器、仪表零件及日用品工业等方面。
2、变形速度的影响 变形速度即单位时间的变形程度。 （1）随着变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服 冷变形强化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大 （图3-9中a点以左），可锻性变差。
近代物理学证明，实际晶体内部存在大最缺陷。其中，以 位错（图3-2a对金属塑性变形的影响最为明显。由于位 错的存在，部分原子处于不稳定状态。在比理论值低得 多的切应力作用下，处于高能位的原子很容易从一个相 对平衡的位置上移动到另一个位置上（图3-2b），形成 位错运动。位错运动的结果，就实现了整个晶体的塑性 变形（图3-2c）。
4、多晶体的塑性变形：金属都是由大量微小晶粒组成的 多晶体。其塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个 晶粒产生变形（称为晶内变形）的综合效果。 由于构成晶体的晶粒位向不同，还有晶界的阻碍，在其滑 移，变形时，分先后次序逐批进行。同时晶间的滑动和转 动（称为晶间变形）。如图，每个晶粒内部都存在许多滑 移面，因此整块金属的变形量可以比较大。低温时，多晶 体的晶间变形不可过大，否则将引起金属的破坏。
（2）拉拔 金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。
（3） 挤压 金属坯料在挤压模内被挤出模也而变形的加工方法。
（4） 锻造 金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的方法。
（5）板料冲压 金属板料在冲模间受外力作用而产生分离或变形 的加工方法。
• 一般常用的金属型材、板材、管材和线材等原材料，大都是通过 轧制、挤压、拉拔等方法制成的。机械制造业中的许多毛坯或零 件，特别是承受重载荷的机件，如机床的主轴、重要齿轮、连杆、 炮管和枪管等，通常采用锻件作毛坯。板料冲压广泛用于汽车、 电器、仪表零件及日用品工业等方面。
2、变形速度的影响 变形速度即单位时间的变形程度。 （1）随着变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服 冷变形强化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大 （图3-9中a点以左），可锻性变差。
第三篇金属压力加工
A．使高碳钢晶粒细化提高强度； B．使高碳钢获得优良的表 面质量；
C．打碎高碳钢内部的网状碳化物。
•
• 6-3 应用题 • 1．钨的熔点为3380℃，铅的熔点为327℃，试计算钨及铅的再结
晶温度。钨在900℃进行变形，铅在室温（20℃）进行变形，试判 断它们属于何种变形。 • T回=0.3T熔点（K) (3380+273) ×0.3 =3653 ×0.3 = 1096（823 ℃） • T再 =0.4T熔点（K) (3380+273) ×0.4 =3653 ×0.4 = 1461（1188 ℃） • T回（823 ℃）＜ 900℃＜ T再（1188 ℃）所以为温变形
件。在压力加工过程中，要力求创造最有利的加工条件，提高塑 性，降低变形抗力。
•
• 6-1 判断题
• 1．压力加工是利用金属产生塑性变形获得零件或毛坯的一种方法 。在塑性变形的过程中，理论上认为金属只产生形状的变化而其 体积是不变的。
• 2．把低碳钢加热到1200℃时进行锻造，冷却后锻件内部晶粒将沿 变形最大的方向被拉长并产生碎晶。如将该锻件进行再结晶退火 ，便可获得细晶组织。
• 6．塑性是金属可锻性中的一个指标。压力加工时，可以改变变形 条件；但不能改变金属的塑性。
•
• 7．冷变形不仅能改变金属的形状，而且还能强化金属，使其强度 、硬度升高。冷变形也可以使工件获得较高的精度和表面质量。
• 8．某一批锻件经检查，发现由于纤维组织分布不合理而不能应用 。若对这批锻件进行适当的热处理，可以使锻件重新得到应用。
•
第二章 常用金属的锻造性能
§2-1 金属的锻造性能及其影响因素
一、可锻性概念 • 金属的锻造性能，是指金属材料在压力加工时获得优质产品难易程度的
金属压力加工(1---2章)
第二节金属压力加工成型的方法：1减少质量的成型方法：由大质量的金属上面去除一部分质量而获得一定形状及尺寸的工件。
属于这种方法的有：车，刨，末，钻等金属切缺加工；把金属局部去掉的才冲裁与剪切、气割与电切；把金属制品放在酸或碱的溶液中蚀刻成花纹等蚀刻加工。
2 增加质量的成型方法：由小质量的金属逐渐积累成大质量的产品。
属于这种方法的有铸造、电解沉积，焊接与铆接，烧结与胶结。
3 质量保持不变的成型方法：金属本身不分离出多余质量，也不积累增加质量的成型方法。
这种方法是利用金属的塑性，对金属施加一定的外力作用使金属产生塑性变形，改变其形状和性能而获得所要求的产品。
轧制、锻造、冲压、拉拔、挤压。
优点：（1）因为是无屑加工，故可节省金属。
除工艺原因所造成的废料以外，加工过程本身是不会造成废料的。
（2）金属塑性变形过程中使其内部组织以及之相关联的物理、机械等性能得到改善。
（3）产量高，能量消耗少，成本低，适于大量生产。
缺点：（1）对要求形状复杂，尺寸精确，表面十分光洁的加工产品尚不及金属切削加工方法。
但由于压力加工方法的产量高、性能好、成本低，故一些要求不特别高的工件有取而代之的趋势。
（2）该方法仅能适用于生产具有塑性的金属，在成本上和形状复杂程度方面远不如铸造方法。
大多数压力加工方法的设备庞大，加工薄而细和批量少的产品，成本也较高。
4 组合的成型方法：几种成型方法联合使用。
如无锭轧制称液态铸轧方法，是铸造与轧制方法的联合；辊锻加工是轧制和锻造方法的联合。
第三节金属压力加工：是对具有塑性的金属施加外力作用使其产生塑性变形，改变金属形状、尺寸和性能而获得所要求的产品的一种加工方法。
主要方法有轧制、锻造、冲压、拉拔和挤压等。
轧制（金属压力加工的最广泛的方法）：指金属通过旋转的轧辊缝隙进行塑性变形过程。
轧制方式：纵轧、横轧和斜轧。
纵轧：金属在相互平行且旋转方向相反的轧辊缝隙间进行塑性变形，而金属的进行方向与轧辊轴线垂直。
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金属压力加工技术
主要内容：
一、金属塑性成形的概念 二、压力加工的基本生产方式 三、压力加工的特点
第一节 概述
一、金属塑性成形（压力加工）的概念
压力加工——金属材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 零件的生产方法。
• 利用外力使金属发生塑性变形，这是区别于其它工艺 方法的不同之处。
使金属坯料在回转轧辊的间隙中，靠摩擦力的作用， 得以连续进行轧辊而变形的加工方法，称为轧制。
轧制所用的坯料主要是钢锭。
在轧制过程中，金属坯料截面变小，长度增加，从 而获得各种形状的原材料。
• 在旋转的轧辊间改变钢锭，钢坯形状的 压力加工过程叫轧钢。
• 轧钢的目的与其他压力加工一样，一方 面是为了得到需要的形状，例如：钢板， 带钢，线材以及各种型钢等；另一方面 是为了改善钢的内部质量，我们常见的 汽车板、桥梁钢、锅炉钢、管线钢、螺 纹钢、钢筋、电工硅钢、镀锌板、镀锡 板，包括火车轮都是通过轧钢工艺加工 出来的。
• 因此，用于压力加工的金属材料必须具有良好的塑性。 • 大多数钢和有色金属及其合金都具有一定的塑性，可
以在不同温度下进行压力加工。 • 生铁和脆性有色金属不能进行压力加工。
二、压力加工的基本生产方式
1．轧制
2．挤压
4．自由锻造 5．模型锻造
1.轧制
3．拉拔 6．板料冲压 轧辊和金属坯料
间产生的摩擦力
位错：沿滑移面旧原子对破坏，新原子对形成，如 图3-2所示。
• 多晶体的塑性变形（晶内和晶间变形） • 晶内变形：外力作用下，某一晶粒的塑性变形。 • 晶间变形：晶粒之间的相互位移或转动。在外力作用
1.轧制
轧辊 坯料
轧制示意图
2.挤压
1—凸模 2—挤压筒 3—金属坯料 4—挤压模
3.拉拔
拉拔模
坯料
4.自由锻
上砥铁
坯料 下砥铁
5.模锻
6.板料冲压
• 压力加工的六种基本生产方式：轧制、挤压、 拉拔、自由锻、模锻和板料冲压。
• 其中轧制、挤压、拉拔主要用于生产金属型材、 板材、管材、线材等原材料。
三、压力加工的特点
（1）改善金属的组织、提高力学性能
金属材料经压力加工后，其组织、性能都得到改善和提 高，塑性加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树 枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可 使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金 属的力学性能。在零件设计时，若正确选用零件的受 力方向与纤维组织方向，可以提高零件的抗冲击性能。
（2）材料的利用率高
金属塑性成形主要是靠金属的体积重新分配，而不需要 切除金属，因而材料利用率高。
（3）较高的生产率
塑性成形加工一般是利用压力机和模具进行成形 加工的，生产效率高。例如，利用多工位冷镦 工艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效 提高约400倍以上。
（4）毛坯或零件的精度较高
应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削 加工。例如，精密锻造的伞齿轮齿形部分可不 经切削加工直接使用，复杂曲面形状的叶片精 密锻造后只需磨削便可达到所需精度。
• 自由锻和模锻用来制造机器零件或毛坯。
• 凡承受重载荷的机器零件，通常需采用锻件做 毛坯，再经过切削加工而成，如：机器的主轴、 连杆、重要齿轮、炮筒和枪管等。
• 板料冲压则广泛用于汽车制造、电器、仪表零 件及日用品工业等方面。
• 压力加工与铸造都是获得毛坯件的方法
• 但是压力加工与铸造方法相比，也有不 足之处，如：不能获得形状较为复杂的 零件。
轧辊
坯料
轧制示意图 槽钢和角钢
3
4
6
9
各种型钢示意图
1—圆钢；2—方钢；3— 扁钢；4—角钢；5—丁字 钢；6—工字钢；7—槽钢； 8—钢轨；9—Z字钢
二、压力加工的基本生产方式
2.挤压
• 将金属坯料放在模具内，用强大的压力，从一端的模 孔中挤出而变形的加工方法，称为挤压。
• 在挤压过程中，金属坯料的截面依照模孔的形状减小， 长度增加，从而获得各种形状复杂的等截面型材或零 件。适合于加工低碳钢、有色金属及其合金。
4.自由锻
将金属坯料放在抵铁间受冲击力或压力而变形的加 工方法，称为自由锻。
上抵铁
坯料
下抵铁
自由锻示意图
5.模锻
将金属坯料放在具有一定形状的锻模膛内，受冲击 力或压力而变形的加工方法，称为模锻。
下模 坯料
上模
模锻示意图
6.板料冲压
将板材放在冲模之间，使其受压产生切离或变形的 加工方法，称为板料冲压。
塑性变形
内应力超过金属的屈服点后，外力停止作用后，金 属的变形并不完全消失。如图3-1（c）（d）所示。
滑移面
在切向应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分， 沿着一定的晶面产生相对滑移，该面称为滑移面。
位错运动引起塑性变形
近代物理学证明，晶体不是在滑移面上，原子并不 是整体的刚性运动而是以位错引起金属塑性变形。
第二节 金属的塑性变形
第二节 金属的塑性变形
• 金属的塑性变形，是压力加工的基础， 各种形状的锻件都是利用金属的塑性变 形来制造的。
• 因此，学习金属塑性变形的有关理论， 对改进锻造方法，提高锻件质量，降低 消耗都是十分必要的。
一、 金属塑性变形的实质
弹性变形
在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子 离开原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金 属发生变形。并引起原子位能的增高，但原子有返 回低位能的倾向。当外力停止作用后，应力消失， 变形也随之消失。如图3-1（b）所示。
1—凸模
2—挤压筒
3—金属坯料
4—挤压模
a正挤压b反挤压Fra bibliotek3.拉拔
将金属坯料通过模孔拉出而变形的加工方法， 称为拉拔。
拉拔主要用于制造各种细线材、薄壁管和各 种特殊几何形状的型材。
拉拔模
坯料
拉拔示意图
拉拔产品截面形状图
• 拉拔所获得的产品具有较高的精度与表 面光洁度，故亦常用于对轧制件（棒料、 管材）的再加工，以提高产品质量。低 碳钢和大多数有色金属及其合金都可以 经拉拔成形。
• 用途：承受冲击或交变应力的重要零件（如机 床主轴、齿轮、曲轴、连杆等），都应采用锻 件毛坯加工。所以压力加工在机械制造、军工、 航空、轻工、家用电器等行业得到广泛应用。 例如，飞机上的塑性成形零件的质量分数占 85%；汽车，拖拉机上的锻件质量分数约占 60%~80%。
• 缺点：不能加工脆性材料（如铸铁）和形状特 别复杂（特别是内腔形状复杂）或体积特别大 的零件或毛坯。
主要内容：
一、金属塑性成形的概念 二、压力加工的基本生产方式 三、压力加工的特点
第一节 概述
一、金属塑性成形（压力加工）的概念
压力加工——金属材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 零件的生产方法。
• 利用外力使金属发生塑性变形，这是区别于其它工艺 方法的不同之处。
使金属坯料在回转轧辊的间隙中，靠摩擦力的作用， 得以连续进行轧辊而变形的加工方法，称为轧制。
轧制所用的坯料主要是钢锭。
在轧制过程中，金属坯料截面变小，长度增加，从 而获得各种形状的原材料。
• 在旋转的轧辊间改变钢锭，钢坯形状的 压力加工过程叫轧钢。
• 轧钢的目的与其他压力加工一样，一方 面是为了得到需要的形状，例如：钢板， 带钢，线材以及各种型钢等；另一方面 是为了改善钢的内部质量，我们常见的 汽车板、桥梁钢、锅炉钢、管线钢、螺 纹钢、钢筋、电工硅钢、镀锌板、镀锡 板，包括火车轮都是通过轧钢工艺加工 出来的。
• 因此，用于压力加工的金属材料必须具有良好的塑性。 • 大多数钢和有色金属及其合金都具有一定的塑性，可
以在不同温度下进行压力加工。 • 生铁和脆性有色金属不能进行压力加工。
二、压力加工的基本生产方式
1．轧制
2．挤压
4．自由锻造 5．模型锻造
1.轧制
3．拉拔 6．板料冲压 轧辊和金属坯料
间产生的摩擦力
位错：沿滑移面旧原子对破坏，新原子对形成，如 图3-2所示。
• 多晶体的塑性变形（晶内和晶间变形） • 晶内变形：外力作用下，某一晶粒的塑性变形。 • 晶间变形：晶粒之间的相互位移或转动。在外力作用
1.轧制
轧辊 坯料
轧制示意图
2.挤压
1—凸模 2—挤压筒 3—金属坯料 4—挤压模
3.拉拔
拉拔模
坯料
4.自由锻
上砥铁
坯料 下砥铁
5.模锻
6.板料冲压
• 压力加工的六种基本生产方式：轧制、挤压、 拉拔、自由锻、模锻和板料冲压。
• 其中轧制、挤压、拉拔主要用于生产金属型材、 板材、管材、线材等原材料。
三、压力加工的特点
（1）改善金属的组织、提高力学性能
金属材料经压力加工后，其组织、性能都得到改善和提 高，塑性加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树 枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可 使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金 属的力学性能。在零件设计时，若正确选用零件的受 力方向与纤维组织方向，可以提高零件的抗冲击性能。
（2）材料的利用率高
金属塑性成形主要是靠金属的体积重新分配，而不需要 切除金属，因而材料利用率高。
（3）较高的生产率
塑性成形加工一般是利用压力机和模具进行成形 加工的，生产效率高。例如，利用多工位冷镦 工艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效 提高约400倍以上。
（4）毛坯或零件的精度较高
应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削 加工。例如，精密锻造的伞齿轮齿形部分可不 经切削加工直接使用，复杂曲面形状的叶片精 密锻造后只需磨削便可达到所需精度。
• 自由锻和模锻用来制造机器零件或毛坯。
• 凡承受重载荷的机器零件，通常需采用锻件做 毛坯，再经过切削加工而成，如：机器的主轴、 连杆、重要齿轮、炮筒和枪管等。
• 板料冲压则广泛用于汽车制造、电器、仪表零 件及日用品工业等方面。
• 压力加工与铸造都是获得毛坯件的方法
• 但是压力加工与铸造方法相比，也有不 足之处，如：不能获得形状较为复杂的 零件。
轧辊
坯料
轧制示意图 槽钢和角钢
3
4
6
9
各种型钢示意图
1—圆钢；2—方钢；3— 扁钢；4—角钢；5—丁字 钢；6—工字钢；7—槽钢； 8—钢轨；9—Z字钢
二、压力加工的基本生产方式
2.挤压
• 将金属坯料放在模具内，用强大的压力，从一端的模 孔中挤出而变形的加工方法，称为挤压。
• 在挤压过程中，金属坯料的截面依照模孔的形状减小， 长度增加，从而获得各种形状复杂的等截面型材或零 件。适合于加工低碳钢、有色金属及其合金。
4.自由锻
将金属坯料放在抵铁间受冲击力或压力而变形的加 工方法，称为自由锻。
上抵铁
坯料
下抵铁
自由锻示意图
5.模锻
将金属坯料放在具有一定形状的锻模膛内，受冲击 力或压力而变形的加工方法，称为模锻。
下模 坯料
上模
模锻示意图
6.板料冲压
将板材放在冲模之间，使其受压产生切离或变形的 加工方法，称为板料冲压。
塑性变形
内应力超过金属的屈服点后，外力停止作用后，金 属的变形并不完全消失。如图3-1（c）（d）所示。
滑移面
在切向应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分， 沿着一定的晶面产生相对滑移，该面称为滑移面。
位错运动引起塑性变形
近代物理学证明，晶体不是在滑移面上，原子并不 是整体的刚性运动而是以位错引起金属塑性变形。
第二节 金属的塑性变形
第二节 金属的塑性变形
• 金属的塑性变形，是压力加工的基础， 各种形状的锻件都是利用金属的塑性变 形来制造的。
• 因此，学习金属塑性变形的有关理论， 对改进锻造方法，提高锻件质量，降低 消耗都是十分必要的。
一、 金属塑性变形的实质
弹性变形
在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子 离开原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金 属发生变形。并引起原子位能的增高，但原子有返 回低位能的倾向。当外力停止作用后，应力消失， 变形也随之消失。如图3-1（b）所示。
1—凸模
2—挤压筒
3—金属坯料
4—挤压模
a正挤压b反挤压Fra bibliotek3.拉拔
将金属坯料通过模孔拉出而变形的加工方法， 称为拉拔。
拉拔主要用于制造各种细线材、薄壁管和各 种特殊几何形状的型材。
拉拔模
坯料
拉拔示意图
拉拔产品截面形状图
• 拉拔所获得的产品具有较高的精度与表 面光洁度，故亦常用于对轧制件（棒料、 管材）的再加工，以提高产品质量。低 碳钢和大多数有色金属及其合金都可以 经拉拔成形。
• 用途：承受冲击或交变应力的重要零件（如机 床主轴、齿轮、曲轴、连杆等），都应采用锻 件毛坯加工。所以压力加工在机械制造、军工、 航空、轻工、家用电器等行业得到广泛应用。 例如，飞机上的塑性成形零件的质量分数占 85%；汽车，拖拉机上的锻件质量分数约占 60%~80%。
• 缺点：不能加工脆性材料（如铸铁）和形状特 别复杂（特别是内腔形状复杂）或体积特别大 的零件或毛坯。