第十一章 锻压

工程材料及成型基础
第十一章 锻 压
安徽机电职业技术学院
焊接教研
第一节 锻压加工工艺基础
第二节 常用锻造方法
主要内容
第三节 板料冲压 第四节 锻压新工艺及发展趋势
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基本概念
锻压的概念
对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及改善性 能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成型加工方法。
锻压是锻造和冲压的总称
1、自由锻的分类、特点及应用 自由锻的适应性强，灵活性大，生产周期短，成本 低。缺点是锻件尺寸精度低，加工余量大，金属材料消 耗多，生产率低，劳动强度大、条件差，要求操作者的 技术水平较高。 自由锻适合于单件、小批和大型锻件的生产。
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2、自由锻设备
１）自由锻常用设备
蒸汽—空气锤
常用吨位为1—5吨，用 于锻造中型锻件，是模 锻的主要设备。
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绘制锻件图 坯料质量和尺寸的计算 自由锻的工艺规程 主要有以下内容 选择锻造工序 选择锻造设备
选择坯料加热、锻件冷却和热 处理方法
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锻件图
• 锻件图是根据零件图绘制的。 • 自由锻件的锻件图是在零件图的基础上考虑了工艺余块、 加工余量、锻造公差等之后绘制的图。模锻件的锻件图还 应考虑分模面的选择、模锻斜度和圆角半径等。
一副完整的冲模应由工作零
件、定位零件、卸料零件、导向 零件、基础零件及紧固零件六大 部分组成。
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冲压模具：分简单模、连续模和复合模三种。
1、简单模 ：简单模在冲床一次行程中只完成一道工序 。

1—模柄
2 —上模板 3 —凸模
4 —压板
5 —凹模
6 —下模板
7—压板
8 —卸料板 9 —导板
10 —定位销 11 —套筒 12 —导柱
1）生产率高、易于机械化，可成批大量生产；
2）锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小，可以减少机械加工 余量和余块的数量，节省金属材料和加工工时。 缺点：
模具费用昂贵，需要能力较大的专用设备，只有在大批大 量生产时采用模锻才是经济合理的，模锻件的重量一般在 150kg以下。
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模锻分类
模锻
压力机 上模锻
变形速度与变形抗力和塑性的关系示意图
•1-变形抗力曲线；2-塑性变化曲线
(4)变形速度
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(5)应力状态 压应力数目越多，塑性越好；拉应力数目越多，塑性越差； 应力状态对于变形抗力的影响为：同号应力状态下的变形抗力大 于异号状态下的变形抗力。所以，在选择变形方法时，对于塑性 高的金属，变形时出现拉应力有利于减少能量消耗；对于塑性低 的金属应尽量采用三向压应力以增加塑性，防止裂纹。
变形工序
是坯料的一部分相对余量一部分产生塑性 变形而不破裂的工序。
如弯曲、拉深、翻边、成形等。
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（一）分离工序
1、剪切 用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工 序。
2、落料和冲孔：将板料按封闭轮廓分离的工序。 落料：被分离的部分为成品或坯料，周边是废 料； 冲孔：被分离的部分为废料，而周边是带孔的 成品。
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2）连续冲模
连续冲模在冲床一次行程中，按着一定顺序，在模具的不同位置上，同 时完成数道冲压工序 。
连续冲模示意图
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3）复合冲模
• 复合冲模在冲床一次行程中，在模具的同一位置上，完成 两道以上冲压工序； • 适用于产量大、精度高的冲压件。
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二、板料冲压的基本工序
分离工序
将坯料的一部分和另一部分分开的工序。 如落料、冲孔、修整、剪切等。 板料冲压 基本工序
锤上模锻
胎模锻
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一、锤上模锻
• 锤上模锻是较为常用的模锻方法，所用设 备主要是蒸汽-空气模锻锤。 • 单模槽模锻 • 多模槽模锻
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模锻模膛可分为预锻膛和终锻模膛。
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弯曲连杆模锻过程动画演示教学
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二、胎模锻
胎模锻是介于自由锻与模锻之间的锻造方法。 胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一 种锻造方法。所用模具称为胎膜。 胎模锻一般先用自由锻 制坯，再在胎膜中最后成形 。 与自由锻相比，胎模锻生产率和锻件尺寸精度高、表 面粗糙度值小、节省金属材料、锻件成本低。 与模锻相比，胎模制造简单，成本低，使用方便；但 所需锻锤规格和操作者劳动强度大，生产率和锻件尺寸精 度不如锤上模锻高。
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正挤压空心件动画
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反挤压动画
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复合挤压动画
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二、金属的可锻性
金属的可锻性是指金属锻压变形难易程度的一种工艺 性能。 可锻性常用塑性和变形抗力两个指标来综合衡量。 塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性越好。
塑性用δ和ψ来表示。
变形抗力：是指塑性变形是金属反作用于工具上的力。
2、计算坯料质量与尺寸
•坯料的质量：锻件的重量与锻造时各种金属损耗的重量之和，可按下式进行计算：
m坯=m锻+m烧+m芯+m切
式中 m坯--坯料重量； m锻--锻件重量； m烧--加热时坯料表面氧化烧损的重量，与所用加热设 备类型等因素有关，可参考相关资料； m芯--冲孔时的芯料重量； m切--锻造中被切掉的金属重量。 •坯料尺寸： 根据计算出的坯料重量即可计算杯料的体积，最后依据选择的坯料截 面尺寸确定其长度。
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• 对横截面尺寸相差很大或形状复杂的零件，应尽可能分别 对其进行锻造，然后用螺纹连接。 • 如下图：螺纹连接
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二、模
锻
模锻概念：是在高强度金属锻模上预先制出于锻件形状一致 的模膛，使坯料在模膛内受压变形，由于模膛对金属坯料流 动的限制，因而锻造终了时能得到和模膛形状相符的锻件。
模锻与自由锻相比，具有以下特点： 优点：
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2、锻压的特点
(1)改善金属组织、提高力学性能
(2)节约金属材料
(3)较高的生产率
（4）锻压主要生产承受重载荷零件的毛坯，如机器中的
主轴、齿轮等，但不能获得形状复杂的毛坯或零件。
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3、锻压的基本生产方式
轧制
模锻
自由锻
锻压
板料冲压 拉拔
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挤压
自由锻录像
各种锻压形式示意图
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正挤压动画
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第三节 板料冲压
板料冲压通常在室温下进行，所以又称冷冲压， 简称冲压。 冲压的特点是不需要对毛坯加热，是节约能源的 加工方法；生产操作简单，生产率高，易实现自动化 和机械化；可以制造形状复杂零件，废料较少；冲压 件结构轻巧，强度、刚度和尺寸精度较高，质量稳定， 互换性好。 其缺点是冲压模具结构复杂，精度要求高，制造 费用高。 冲压只有在大批量生产条件下，才能充分显示优 越性。
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锻件图的绘制方法：
1）锻件的形状用粗实线，同时用假想线（双点划线）描绘出零件的 形状。 2）锻件的尺寸和公差标注在尺寸线的上面，零件的尺寸和公差用括 号标注在尺寸线的下面或侧面。 3）图上无法标注的技术要求，如锻造温度范围、锻造比、氧化缺陷、 脱碳层深度等以技术条件方式用文字说明。
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3、选择锻造工序
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半轴自由锻工艺卡
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自由锻锻件结构工艺性
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三、自由锻锻件结构工艺性
• 1、零件结构应尽可能简单、对称、平直； • 2、应避免零件上的锥形、楔形结构； • 3、不允许有小凸台（可用沉头孔代替）；
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三、自由锻锻件结构工艺性
• 4、零件上不允许有加强筋； • 5、应避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交；
液压机
常用吨位为5~150 吨，用于锻造大型 锻件，是大型锻件 的唯一设备。
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空气锤
常用吨位为65—750千 克，用于锻造小型锻 件。
2）自由锻常用工具
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二、自由锻工艺规程的制订
工艺规程是指导生产的基本技术文件。
设计自由锻零件时，必须考虑锻 造工艺是否方便、经济和可能；
编制自由锻工
艺规程应遵循 零件的形状应尽量简单和规则。 （零件的结构不合理，将使锻造 操作困难，降低生产率和造成金 属的浪费）
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3、翻边
使带孔坯料孔口周围获得凸缘的工序。 内孔翻边和外缘翻边。（动画演示）
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4、成形
• 利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序成 为成型。
翻边 成形 胀形 起伏
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三、板料冲压件的结构工艺性
1、落料和冲孔工序对零件的要求 （1）零件的孔形应尽量简单对称，尽量采用圆形、矩形 等规则图形，应避免长槽和细长悬臂零件，使排样时的废 料降低到最少。
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冲压设备
• 冲压常用的设备有剪床和冲床等。
剪床
动画：剪床工作原理
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冲床：冲床将完成除剪切以外的其他冲压工作。
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一、冲压模具
冲压模具是实现坯料分离 或变形的工艺装备，工作时必须 保证冲出合格的制件，同时能适
动画演示
应生产规模的需要，还应使模具
制造及维修方便，操作简单、安 全可靠。
（1）弯曲半径不宜小于最小弯曲半径，以免弯裂。 Rmin≥（0.2～0.8）δ（顺着坯料的纤维方向弯曲） 或Rmin≥（0.4～1.2）δ（垂直坯料的纤维方向弯曲）。（2） 弯曲边不能过短，一般h＞2δ。否则难以获得形状准确的工 件。 （3）如果弯曲附近有孔时，应使孔的位置离开弯曲变形区， 否则孔容易变形。
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1、胎模的结构及应用
胎膜不固定在锤头和砧座上，需要时放在下砧铁上。 按其结构可大致分为扣模、合模和套筒模三种主要类型。
１）扣模 用来对坯料进行全部或局部口形， 主要生产杆状非回转体锻件。
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