第二章塑性成形

PlasticityDeformation概述§2-1塑性成形原理§2-2鍛造方法§2-3板料沖壓§2-4

其它塑性加工方法塑性加工：PlasticWorking在外力作用下，利用材料塑性，改變其形狀尺寸、組織和性能的加工方法。鍛造和沖壓主要用于生產金屬制件。軋制、拔制等主要用于生產板材、帶材、管材、型材和線材等通用性金屬材料。3概述

鍛壓：對坯料施加外力，使其產生塑性變形，改變尺寸、形狀，改善性能，用以制造機械零件、工件或毛坯的成形加工方法。是鍛造與沖壓的總稱。和軋制、拔制等都屬于塑性加工。汽車制造中有60%-70%的金屬零部件需經塑性加工成形。鍛造Forging：在加壓設備及工（模）具的作用下，使坯料或鑄錠產生局部或全部的塑性變形，以獲得一定的幾何形狀、尺寸和質量的鍛件的加工方法。是機械制造工業中提供機械零件毛坯的主要加工方法之一，廣泛應用于冶金、礦山、汽車、拖拉機、收獲機械、石油、化工、航空、航天、兵器等工業部門。塑性加工是從鍛造發展起來的鍛造是人類歷史上最為久遠的制造方式之一。鍛造是以手工作坊的生產方式延續下來的。在20世紀初，才逐漸以機械工業化的生產方式出現在鐵路、兵工、造船等行業中。這種轉變的主要標志就是使用了鍛造能力強大的機器。8石器時代，當人們從礦石中成功分離出金屬，并用它制造一些東西的時候，鍛造就已經誕生了。青銅時代的人們用這種相對較軟的金屬制造工具和武器。鐵器時代，人們學會了加熱鍛造鐵。就鍛造原理而言，那個時候用于鍛造的砧座，直到今天也沒有什么變化。春秋戰國時期，早在2500年前，祖先就已經能用鍛造方法生產各種農具和武器，并且廣泛用于生產和作戰。北宋科學家沈括在《夢溪筆談》中關于冷鍛、火鍛的記載等。1972年在河北藁城商代遺址發現在三千三百多年前鍛造的鐵刃銅鉞。（鑄鍛結合）1973年，在河南滎水縣王灣村出土東漢末年的2條鐵鏈，一條長2.4m，每個鏈環長75mm，是熟鐵經熱鍛后焊接成索的。（鍛焊結合）9商代銅制斧、斤、鑿、鋸10鍛造發展可概括為“精、省、凈”。早期手工鍛打制作成品，僅是“成形”簡單制品。精：后來用機器鍛造，可以在一定程度上通過模具控制形狀和尺寸，但主要為后續的加工制造毛坯。省：20世紀50～60年代，針對“肥頭大耳”問題，提倡發展“少無切削加工”。凈：20世紀80～90年代，明確提出“精密成形”或“精確成形”，大力發展“凈形制造”技術。11“鍛打”發展到“塑性加工”，是一個從“表象”到“本質”，從“經驗”到“規律”的漫長的認識過程。面向21世紀信息時代，塑性加工仍將是制造金屬零件的基本方式之一。據統計，全世界生產的鋼材約有75％要經過塑性加工制成成品。沖壓Stamping：通過裝在壓力機上的模具對板料施壓，使之產生分離或變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件或毛坯沖壓加工在國民經濟各領域應用范圍相當廣泛。例如，在宇航，航空，軍工，機械，農機，電子，信息，鐵道，郵電，交通，化工，醫療器具，日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。全世界的鋼材中，有60～70%是板材，其中大部分經過沖壓制成成品。我國考古發現，早在2000多年前，我國已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中國古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就就在世界領先。頭盔的制作：古代工匠用鐵皮片放在圓形的模具上敲打使其彎曲然后再加一層細鐵片，用甲釘固定。1953年，長春第一汽車制造廠在中國首次建立沖模車間；1958年，開始制造汽車覆蓋件模具。我國于20世紀60年代開始生產精沖模具。1315常用的壓力加工方法a）自由鍛b）模鍛c）板料沖壓d）擠壓e）軋制f）拉拔§2-1塑性成形原理一、塑性成形的實質

SubstanceofPlasticityDeformation1.晶內塑性變形

滑移變形SlidingDeformation：在切應力作用下，晶體一部分沿一定晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相對于另一部分產生滑動的變形方式稱為滑移。孿生變形

TwinningDeformation：在切應力作用下，晶體一部分相對于其余部分沿一定晶面及晶向產生一定角度切變引起變形2.晶界變形晶界滑動Grain-boundarySliding：在切應力作用下，晶粒沿晶界面所產生的剪切運動。晶界遷移

Grain-boundaryMigration

：晶界沿晶界法向方向的運動。3.多晶體金屬塑性變形變形復雜性：包括晶內塑性變形和晶界變形。變形抗力大：晶界阻礙滑移的作用強烈。變形不均勻：各晶粒取向不同，晶內變形量比晶界附近區變形量大。晶粒細化是降低多晶體塑性變形不均勻性的重要措施。

二、冷變形強化與再結晶1.冷變形強化ColdDeformationStrengthening在冷變形時，隨著變形程度的增加，金屬材料的所有強度指標和硬度都有所提高，但塑性有所下降的現象。原因：晶格畸變distortionoflattice作用：阻礙繼續變形，提高金屬強度指標應用：代替熱處理顯微組織特征CharacteristicsofMicrostructure：晶內微觀結構變化：晶內點缺陷增加，位錯密度提高，晶格嚴重畸變。纖維組織形成：形變量很大時，晶界遭到破壞，變得模糊不清，各晶粒被拉成細條形，呈纖維狀。形變織構：由變形引起晶粒的擇優取向，退火難以消除。2.回復與再結晶

回復Recovery：將冷變形后的金屬加熱到一定溫度（約0.25～0.30T熔）后，使原子回復到平衡位置，因此，晶內殘余應力大大減小。

再結晶Recrystallization：塑性變形后金屬被拉長了的晶粒重新生核、結晶，變為等軸晶粒。再結晶溫度:某種金屬產生再結晶現象的最低溫度，約0.4T熔。再結晶過程：形核、聚集長大再結晶組織：無畸變的細小等軸晶粒，但仍然保持與變形晶粒相同的晶格結構作用：消除內應力；降低變形抗力；改變力學性能，增加塑性。晶粒長大GrainGrowth冷變形金屬在完成再結晶后，繼續升溫或延長保溫時間使晶界上的彌散質點溶解，失去對晶粒長大的阻礙作用，晶界移動的結果使一些晶粒尺寸縮小以至于消失，另一些晶粒尺寸增大，形成粗大晶粒，導致力學性能惡化。動態回復和動態再結晶

DynamicRecoveryandDynamicRecrystallization在塑性變形過程中發生的，而不是在變形停止后發生的回復或再結晶熱加工：在再結晶溫度以上所進行的塑性變形加工過程。三、鍛造比與鍛造流線

ForgingRatioandForgingFlowLine

1.鍛造比ForgingRatio

：代表變形程度大小。用y表示：變形前后截面比（拔長）或高度比（鐓粗）Y拔

=F0/F=L/L0

Y鐓=F/F0=H0/H

軋材或鍛坯作為鍛造坯料：≥1.5用鋼錠作為鍛造坯料：碳素結構鋼，拔長鍛造比≥3，鐓粗鍛造比≥2.5；合金結構鋼，鍛造比為3～4鑄造缺陷嚴重，碳化物粗大的高合金鋼鋼錠：不銹鋼的鍛造比選為4～6，高速鋼的鍛造比選為5～12y太大，會增加各向異性。鍛造比的確定2.鍛造流線

鍛造后金屬組織具有方向性脆性雜質：碎粒狀或鏈狀分布塑性雜質：帶狀分布流線化程度與鍛造比有關流線的存在使鍛造金屬的力學性能呈現明顯的各向異性。用熱處理的方法不能消除鍛造流線。四、金屬的鍛造性能鍛造性能：塑性與變形抗力是金屬的重要狀態屬性，它決定了金屬加工成形的工藝性能和使用性能。塑性Plasticity：是一種在某種給定載荷下,材料產生永久變形的材料特性。可以用最大變形程度來表示塑性的高低。變形抗力ResistanceofDeformation：金屬對于產生塑性變形的外力的抵抗能力。單位面積上對變形的阻力。通常用流變應力來表示。

1.內在因素影響化學成分的影響金屬組織的影響2.外在因素影響變形應力狀態的影響變形溫度的影響變形速率的影響

五、塑性成形基本規律1.體積不變定律VolumeConstance

金屬塑性變形前后的體積相等，即體積為常數，也稱為不可壓縮定律。2.臨界切應力定律

CriticalShearStress

晶體滑移的驅動力是外力在滑移系上的分切應力。只有當滑移系上分切應力(τ)達到一定值時，則該滑移系才能開動。τ=（F/S）COSΦ·COSλ

3.最小阻力定律LeastResistance

在變形過程中，如果金屬質點有可能向各個不同方向移動，則每一質點將沿著阻力最小方向移動。質點流動阻力最小方向是通過該質點指向金屬變形部分周邊的法線方向。應用：確定金屬變形中質點的移動方向控制金屬坯料變形的流動方位降低能耗，提高生產率。§2-2鍛造

DieForging一、鍛造簡介鍛件特點與鑄件相比，金屬經過鍛造加工后能改善其組織結構和力學性能，力學性能高于同材質的鑄件。鑄造組織經過鍛造方法熱加工變形后，使原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變為晶粒較細、大小均勻的等軸晶組織，使鋼錠內原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實和焊合，其組織變得更加緊密。能保證金屬纖維組織的連續性，使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致，可保證零件具有良好的力學性能與長的使用壽命。鍛件是金屬被施加壓力，通過固態塑性變形，獲得要求的形狀和性能的物件，因此其形狀復雜性受限。40應用：形狀教簡單，強韌性要求高的制件如汽輪發電機軸、轉子、葉輪、葉片、護環、大型水壓機立柱、高壓缸、軋鋼機軋輥、內燃機曲軸、連桿、齒輪、軸承、以及國防工業方面的火炮等重要零件，均采用鍛造生產。從某種意義上說，鍛件的年產量，模鍛件在鍛件總產量中所占的比例，以及鍛造設備大小和擁有量等指標，在一定程度上反映了一個國家的工業水平。鍛造材料：主要是各種成分的碳素鋼和合金鋼，其次是鋁、鎂、銅、鈦等及其合金。坯料的原始狀態有：棒料等：中小型鍛件都用圓形或方形棒料作為坯料。只要合理控制加熱溫度和變形條件，不需要大的鍛造變形就能鍛出性能優良的鍛件。鑄錠：僅用于大型鍛件。必須通過大的塑性變形將柱狀晶破碎為細晶粒，將疏松壓實，才能獲得優良的金屬組織和機械性能。坯料的原始狀態(繼)：金屬粉末：經壓制和燒結成的粉末冶金預制坯在熱態下經無飛邊模鍛可制成粉末鍛件。粉末鍛件精度接近于一般模鍛件；內部組織均勻，沒有偏析，可用于制造小型齒輪等工件。粉末價格遠高于一般棒材的價格，在生產中的應用受到一定限制。液態金屬：對澆注在模膛的液態金屬施加靜壓力，使其在壓力作用下凝固、結晶、流動、塑性變形和成形，可獲得所需形狀和性能的模鍛件。鍛造Forging：在加壓設備及工（模）具的作用下，使坯料或鑄錠產生局部或全部的塑性變形，以獲得一定的幾何形狀、尺寸和質量的鍛件的加工方法。工（模）具一般作直線運動。應用：形狀簡單，強韌性要求高的制件鍛造后，成分均勻，組織致密，晶粒細化，強韌性提高。固態成形，制件形狀受限制。二、自由鍛

OpenDieforging概念：只用簡單的通用性工具，或在鍛造設備的上下砧間對坯料施加外力，使坯料產生變形而獲得所需的幾何形狀及內部質量的鍛件。

自由鍛造時，除與上、下砧鐵接觸的金屬部分受到約束外，金屬坯料朝其它各個方向均能自由變形流動，不受外部的限制，故無法精確控制變形的發展。分類：錘上自由鍛：中小鍛件液壓機上自由鍛：大型鍛件特點：金屬坯料在抵鐵間受壓變形時，可朝各個方向自由流動，不受限制。工藝靈活，所用設備和工具簡單、通用性強，成本低。鍛件精度較低，加工余量較大，生產率低，其形狀和尺寸主要由操作者的技術來控制。應用一般只適合于單件、小批量生產。自由鍛也是鍛制大型鍛件的唯一方法。自由鍛生產過程坯料的加熱鍛造溫度范圍：從始鍛溫度到終鍛溫度的溫度區間始鍛溫度：材料適于鍛造的最高溫度終鍛溫度：各種材料允許進行鍛造的最低溫度。加熱方式煤爐加熱：多采用反射爐油爐加熱：多采用室式爐電爐加熱：多采用箱式電阻爐或感應電爐自由鍛錘空氣錘的噸位：以其工作活塞、錘桿和上抵鐵等落下部位的質量表示。自由鍛變形工序

基本工序下料Cropping鐓粗Compression拔長Drawingout沖孔Punching彎曲Bending切割Cutting扭轉Twisting錯移Offset輔助工序倒棱Chamfering壓肩Necking壓痕Indentation精整工序鐓粗：使坯料截面增大、高度減小坯料的高徑比應不大于2.5~3。坯料端面平整，并與坯料的中心線垂直。出現鐓歪、鐓彎或出現雙鼓形應及時矯正。局部鐓粗時采用的漏盤，上口應加工有圓角，孔壁要有3°～5°的斜度。拔長：使坯料長度增加、橫截面減小坯料沿抵鐵寬度方向送進，每次送進量以抵鐵寬度的0.3~0.7倍為宜。拔長過程中要不斷翻轉坯料，壓下量要適當。鍛制臺階或凹檔時，要壓制壓肩。拔長時要修整，沿抵鐵方向送進沖孔：在坯料上沖出透孔或盲孔的工序。沖孔前應先鐓粗。應先試沖。保持沖子軸線與錘桿中心線平行。透孔采用雙面沖孔法沖出。沖孔孔徑要小于坯料直徑的1/3.自由鍛件的變形工藝選擇依據：主要取決于鍛件的形狀特征，還要考慮尺寸、技術要求以及自由鍛變形工序特點。自由鍛工藝規程的制定繪制鍛件圖確定變形工藝計算坯料質量及尺寸選擇鍛造設備和工具確定鍛造溫度范圍和加熱、冷卻及熱處理規范提出鍛件技術要求及驗收要求填寫工藝卡等。1.繪制鍛件圖ForgingDrawing

在零件圖的基礎上，考慮加工余量、鍛造公差和余塊，并結合自由鍛工藝特點而繪制成的加工余量AllowanceforFinish鍛造公差Tolerance工藝余塊ExcessMetal2.確定變形工序

FormingProcessDetermination

依據：鍛件的形狀特征、尺寸、技術要求以及自由鍛變形工序特點。基本工序下料Cropping鐓粗Compression拔長Drawingout沖孔Punching彎曲Bending切割Cutting扭轉Twisting錯移Offset輔助工序倒棱Chamfering壓肩Necking壓痕Indentation精整工序3．計算坯料質量及尺寸

WeightandDimensionCalculationofblank

原材料：RawMaterial坯：Billet，Blank鍛件：ForgingG坯=G鍛+G損=G鍛+G燒+G切（或G芯）(1)盤類鍛件Pan，HollowForging：鐓粗方式坯料的高徑比應滿足H0/D0=1.25～2.5D計=(0.8-1.0)V坯1/3

(2)軸類鍛件Axostyle：拔長方式坯料截面積應滿足：F坯≥y·Fmax采用圓截面坯料時,D計≥y1/2Dmax

(3)齒輪軸類GearShaft：4.選定鍛造設備EquipmentChoose鍛件的類型、材料、尺寸和質量車間現有的設備條件。5．確定鍛造溫度范圍自由鍛鍛件的結構工藝性自由鍛只限于使用簡單、通用工具成形，因而自由鍛件外形結構的復雜程度受到很大限制。在設計自由鍛鍛件時，除滿足使用性能要求外，還應考慮鍛造時是否可能，是否方便和經濟，即零件結構要符合自由鍛的工藝性要案例：臺階軸自由鍛工藝過程三、模鍛和胎膜鍛1.模鍛DieForging：利用模具使坯料變形而獲得鍛件。在模鍛設備上，利用高強度鍛模，使金屬坯料在模膛內受壓產生塑性變形，而獲得所需形狀、尺寸以及內部質量鍛件的加工方法稱為模鍛。在變形過程中由于模膛對金屬坯料流動的限制，因而鍛造終了時可獲得與模膛形狀相符的模鍛件。彎曲連桿鍛模（下模）與模鍛工序1—拔長模膛2—滾擠模膛3—終鍛模膛4—預鍛模膛5—彎曲模膛

80優點：生產效率高。可鍛出形狀復雜、尺寸準確，更接近于成品的鍛件。鍛件表面質量好，節約材料和切削加工工時。操作簡便，質量易于控制，易實現機械化、自動化。缺點受模鍛設備噸位限制，模鍛件的質量一般在150kg以下。需要專門的模鍛設備，要求功率大、剛性好、精度高，設備投資大，能量消耗大。鍛模制造工藝復雜，制造成本高、周期長。應用：適用于大批量或較大批量生產的條件錘上模鍛

DieForging

鍛模結構制坯模膛Blocker：使坯料預變形而達到合理分配，使其形狀基本接近鍛件形狀，以便更好地充滿模鍛模膛。模鍛模膛DieCavityofDieforging：使坯料變形到鍛件所要求的形狀和尺寸。預鍛模膛BlockingImpression和終鍛模膛FinishImpression:對于形狀復雜、精度要求較高、批量較大的鍛件，還要分為預鍛模膛和終鍛模膛。錘上模鍛工藝規程設計模鍛件圖計算坯料尺寸確定變形工步設計鍛模選擇模鍛設備確定加熱規范模鍛后續工序(1)設計模鍛件圖ForgingDrawing選擇分模面DiePartingArea確定加工余量及公差ForgingTolerance依據：零件的形狀尺寸和鍛件的精度等級，或鍛錘的噸位確定模鍛斜度DraftAngle：依據為模膛尺寸確定模鍛圓角半徑RadiumofFillet外圓角：使金屬易于充滿模膛

r=加工余量+零件圓角半徑內圓角：減少鍛造時金屬流動的摩擦阻力

R=（2-3）r沖孔連皮Recess：通孔難以鍛出孔徑d=30～80mm時，厚度S=4～8mm。當孔徑d<25mm或沖孔深度h>3d時,只在沖孔處壓出凹穴。齒輪坯模鍛件圖

技術要求1.高度公差：+1.5-0.752.未注圓角半徑R=2.53.尺寸按交點注4.熱處理硬度HBS228

(2)確定坯料尺寸

V坯=(V鍛

+V飛+V連)(1+K)1)盤類鍛件Brachyaxis：一般鐓粗制坯和終鍛成形。

D計＝1.08(V坯/m)1/3

m—坯料的高徑比

2)軸類鍛件MacroAxis：一般拔長、滾擠制坯。D坯＝1.13(k?Fmax)1/3

k—模膛系數：不制坯或有拔長工步時,k=1；有滾擠工步時，k=0.7~0.85。(3)確定變形工步

(4)鍛后工序切邊Trimming、沖孔PunchingWard校正Sizing熱處理HeatTreatment清理Cleaning精壓Coining：提高鍛件精度和降低表面粗糙度平面精壓：用來獲得模鍛件某些平行平面的精確尺寸。體積精壓：用以提高模鍛件所有尺寸的精度和表面質量精壓后模鍛件的尺寸精度公差可達±0.10~0.25mm，表面粗糙度Ra值為1.25~0.63μm。一般不再進行切削加工。熱模鍛壓力機上模鍛

DieForgingonDropPress

曲柄壓力機（簡稱曲柄壓力機）曲柄壓力機:CrankPress楔式熱模鍛壓力機。特點：工作時震動和噪音小，勞動條件大為改善。便于實現機械化和自動化，且具有很高的生產率。鍛件的精度高，其公差、余量和模鍛斜度比錘上模鍛小。變形應逐步進行。設備結構復雜，造價高，而且由于滑塊的行程和壓力不能在鍛造過程中調節，因而不能進行拔長、滾壓等制坯工步，必須配備制坯工步的專用設備。平鍛機上模鍛

DieForgingonUpsettingMachine

平鍛機上模鍛過程

1-固定凹模2-活動凹模3-沖頭4-擋板5-坯料

平鍛機鍛造的鍛件示例

主要以局部鐓粗為主，也可進行壓肩、沖孔、彎曲和切斷等工步。最適合的鍛件是帶頭部的半軸類和有孔（通孔或不通孔）的鍛件。簡單鍛件只需一個工步完成。復雜鍛件，坯料可按順序放入幾個模膛中逐步變形而獲得鍛件。

螺旋壓力機上模鍛

DieForgingonFlyPress

利用飛輪旋轉所積蓄的能量轉化成金屬的變形能進行鍛造。摩擦螺旋壓力機：機械摩擦傳動液壓螺旋壓力機：液壓傳動。摩擦螺旋壓力機摩擦壓力機鍛造特點具有鍛錘和壓力機雙重工作特性。行程速度0.5~1.0m/s，介于模鍛錘和曲柄壓力機之間。有一定的沖擊作用，且滑塊行程和打擊能量可控，與鍛錘相似。坯料變形中的抗力由封閉框架承受，有壓力機的特點。工藝適用性好：既可完成鐓粗、成形、彎曲、預鍛、終鍛等成形工序，又可進行校正、精整、切邊、沖孔等后續工序的操作。

承受偏心載荷的能力差，一般只進行單模膛鍛造。由于打擊速度比鍛錘低，較適合要求變形速度低的有色合金的模鍛。壓力機工作臺下裝有頂出裝置，很適合于模鍛帶有頭部和桿部的回轉體小鍛件。有效機械效率低，生產率不高，噸位較小摩擦壓力機鍛造鍛件2.胎模鍛胎模是一種不固定在鍛造設備上的模具，結構較簡單，制造容易。胎模鍛是在自由鍛設備上用胎模生產模鍛件的工藝方法，因此胎模鍛兼有自由鍛和模鍛的特點。適合于中、小批量生產小型多品種的鍛件,特別適合于沒有模鍛設備的工廠。3.模鍛件結構工藝性模鍛件的結構在保證其使用性能的前提下，必須符合鍛造生產工藝的特點。簡化鍛造生產工藝提高生產效率保證鍛件質量降低生產成本模鍛件結構工藝性：模鍛件應具有合理分模面，以保證鍛件易從鍛模中取出，且余塊最少，鍛模制造方便。鍛件上與分模面垂直的表面，應設計有模鍛斜度。非加工表面所形成的交角都應按模鍛圓角設計。零件外形力求簡單，平直和對稱，尤其應避免零件截面間尺寸差別過大，或具有薄壁、高筋、凸起等結構，以利于金屬充滿模膛和減少工序。模鍛件應盡量避免窄溝、深槽和深孔、多孔結構，以便于模具制造和延長鍛模壽命。形狀復雜的模鍛件應采用鍛焊結構，以減少余塊，簡化模鍛工藝。2-3板料沖壓

Stamping112概述沖壓件的特點：與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強的特點。可制出其他方法難于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采用精密模具，工件精度可達微米級，且重復精度高、規格一致，可以沖壓出孔窩、凸臺等。原材料：必須具有足夠的塑性金屬板料：低碳鋼、高塑性的合金鋼、不銹鋼、銅、鋁、鎂及其合金等。非金屬材料：石棉板、硬橡膠、皮革、絕緣紙、纖維板等。113板料沖壓的特點及應用

可制造其他加工方法難以加工或無法加工的形狀復雜薄壁零件；沖壓件尺寸精度高，表面光潔，質量穩定，互換性好，一般不再進行機械加工即可裝配使用；生產率高，操作簡便，成本低，工藝過程易實現機械化和自動化；可利用冷變形強化提高零件的力學性能；沖壓模具結構較復雜，加工精度要求高，制造費用大，因此，板料沖壓適用于大批量生產。1141.板料沖壓的基本工序

分離工序CuttingProcess:使沖壓件與板料沿一定的輪廓線相互分離的工序。成形工序FormingProcess：除分離工序外，使坯料塑性變形，獲得所需要形狀、尺寸的制件的沖壓工序。115沖裁

Blanking使板料沿封閉輪廓線分離的工序，包括落料與沖孔。落料Blanking：沖下部分是工件，得到沖壓件的外形。沖孔Punching：沖下部分是廢料，得到沖壓件上的孔。116(1)沖裁變形過程

受力：縱向壓力、橫向擠壓力、摩擦力。變形：剪切外，還有拉伸、彎曲和橫向擠壓等變形。117圓角帶Rollover光亮帶BurnishZone斷裂帶fracture毛刺burr118(2)沖裁間隙

指凸、凹模刃口同位尺寸之縫隙的距離，用c表示單面間隙。對沖裁過程及沖裁件斷面質量具有重要影響。還影響到模具壽命和沖裁力的大小。119120間隙合理時，上下剪切裂紋會基本重合，獲得工件斷面較光潔，毛刺最小。合理沖裁單面間隙值c按經驗公式確定：

c=mt

t：沖裁板料厚度，mm；

m：與材料性能及板厚有關的系數，通常（3~8）%，間隙過小，上下剪切裂紋向外錯開，在沖裁件斷面上會形成毛刺和迭層；間隙過大，材料中拉應力增大，塑性變形階段過早結束，裂紋向里錯開，不僅光亮帶小，毛刺和斷裂帶均較大。121122123(3)凸、凹模刃口尺寸的確定

凸模Punch凹模Die模具間隙DieClearance124彎曲Bending利用模具或其他工具將坯料一部分相對另一部分彎曲成一定的角度和圓弧的變形工序。1-中性層2-凸模3-凹模125變形區：外層：受切向拉力作用，發生伸長變形。為最危險部位。內層：受切向壓力作用，發生壓縮變形中性層NeutralLine：切向應力或切向應變為零，位于板料中心部位相對彎曲半徑（r/t）：表示彎曲變形程度坯料越厚，彎曲半徑越小，其變形程度越大。最小相對彎曲半徑rmin/t≥（0.25~1.0）。材料塑性好，相對彎曲半徑可小些。126回彈SpringBack：當外力去掉后，塑性變形保留下來，而彈性變形部分則恢復，從而使坯料產生與彎曲變形方向相反的變形。影響因素：材料的力學性能、板料厚度、彎曲形狀、相對彎曲半徑以及彎曲力的大小等。措施：利用回彈規律，在設計彎曲模時，使模具角度與工件角度差一個回彈角。增加校正工序。127拉深Drawing利用模具將已落料的平面板坯壓制成各種開口空心零件，或將已制成的開口空心件毛坯，制成其他形狀空心零件的一種變形工藝，又稱拉延。128(1)拉深過程

129變形過程：凸模底部金屬不變形底部以外環形部分變形后形成側壁應力分布底部：徑向和切向拉應力側壁：單向軸向拉應力環形區：徑向拉應力和切向壓應力壁厚變化側壁上部壁厚最大靠近底部圓角附近壁厚最小，最易破裂130(2)拉深件的主要質量問題

主要缺陷：起皺Wrinkles：凸緣區，切向壓應力最大拉裂：筒形件底部圓角附近。該區附近材料變形大，且壁厚減薄最嚴重。131防止措施限制拉深系數DrawingCoefficience：m=d/D0

d—拉深后的工件直徑，mm；

D0—拉深前坯料直徑，mm。

極限拉伸系數：保證危險面不被拉裂的拉深系數的最小值。低碳鋼板的極限拉深系數132133拉深凸、凹模工作部分必須作成圓角。凹模圓角半徑Rd=（5~20）t凸模圓角半徑RP≤Rd

控制凸模和凹模之間的間隙c=（1.1~1.5）t

采用有壓邊圈進行拉深。采用潤滑，以降低拉深件壁部的拉應力，提高模具壽命。134成形Forming使板料或半成品改變局部形狀的工序。(1)翻邊Flanging：將工件的內孔或外緣翻成豎立邊緣的沖壓工序。135136(2)脹形Bulging：脹形是利用局部變形使半成品部分內徑脹大的沖壓成形工藝。137138(3)起伏Raising，Embossing：

利用局部變形使坯料壓制出各種形狀的凸起或凹陷的沖壓工藝，多用于薄板零件上制出筋條、文字、花紋等。1392.沖壓技術的新發展

140快速模具制造技術覆蓋件主要沖模：具有尺寸大、形狀和結構復雜等特點。拉延模：保證制成合格覆蓋件最主要的裝備。其作用是將平板狀毛料經過拉延工序使之成型為立體空間工件。修邊模：用于將拉延件的工藝補充部分和壓料凸緣的多余料切除，為翻邊和整形準備條件。修邊模修邊往往兼沖孔。翻邊模：是將半成品工件的一部分材料相對另一部分材料發生翻轉。141覆蓋件模具的成套性：以汽車產品為例，其一是指全車模具的成套性；其二是指某個覆蓋件所需若干模具的成套性。142快速模具制造技術以CAD/CAM技術為基礎，將大型汽車車身模具分成平面組件和曲面組件，并采用專用裝備實現這些組件的快速制造，然后用專用裝備實現模具組件的組焊。工程應用實例表明，上述技術的綜合運用可顯著縮短汽車車身模具設計制造的周期，降低成本，并保證中小批量生產的品質要求。143144

模塊式沖壓

模塊化模具設計：將車身零件根據其結構特征進行分類，然后對同類零件的模具進行模塊化分解，并建立相應的模塊化設計數據庫以提高設計效率，同時為設計制造過程的并行化提供便利。模塊式沖壓的特點：在沖壓成形過程中可快速更換組合模具以提高生產效率；由于具有帶材的供帶和矯帶裝置，可省卻另設上料下料工序；實現了大工件的不停機加工；既能獨立又能成系列的控制組合沖模動作，能連續進行沖壓加工；沖模具有可編程和柔性特點。突出優點在于把柔性與高效生產有機結合。柔性的含義較廣，如沖壓件的幾何形狀的多種要求，只要通過自由編程就可獲得，體現了加工形狀的柔性。又如既適用大批量單品種沖壓件的生產，更對小批量多品種加工發揮優勢，也表現出柔性。145

亞毫米沖壓

沖壓加工成形技術是影響汽車車身制造水平的關鍵因素之一。美國專家曾在一條汽車裝配線上對50多個個案進行實地分析表明，造成車身尺寸誤差變動的諸多原因中，沖壓件本身尺寸造成的積累誤差占23%，其主要原因是傳統的基于經驗和原有工藝基礎上低水平上的模具設計與制造。美國:1993~1995年“2mm計劃”，1996~1998年的“接近零沖壓計劃”。146亞毫米沖壓：是指汽車車身沖壓件的精度控制在0～1.0mm的范圍內。該項目是一個以提高沖壓質量和制造技術為目標的綜合項目。與“2mm工程”都是20世紀90年代后期美國汽車界開展的大型研究項目。“2mm工程”就是把車身裝配尺寸變動量控制在2mm之內（原先為8mm誤差范圍）。“2mm工程”和“亞毫米沖壓”兩項目現已先后完成，正在美國三大汽車制造公司推廣應用，取得了許多有益的成果，沖壓成本大幅下降，獲得日益增長的經濟效益和社會效益，并逐步向其他國家推廣應用。

147沖壓過程自動監控

沖壓過程引起工件質量發生變化的原因主要有凹凸沖模的磨損、裂紋及沖模錯位等，這些微小變化可由高分辯率的位移傳感器和沖壓力傳感器進行跟蹤檢測。現代沖壓技術的重要特點之一是對沖壓過程進行自動監控以保護沖壓件的質量。在亞毫米沖壓項目的自動檢測和監控中，其研究成果包括有：沖壓過程的特征分析在線傳診斷和檢測系統；高速和非接觸的沖壓件測量系統；沖模維護的科學預測系統；沖壓成形關鍵參數的在線調節和補償系統等。148特種沖壓成形技術

現代汽車沖壓件的技術要求朝著結構復雜、分塊尺寸增大、相關的零部件較多、承載能力變大和內應力限制嚴格等方向發展。這要求并促進特種沖壓成形技術如液壓成形、精密成形、爆炸成形、旋壓成形、無模成形、激光成形和電磁成形技術的發展。149液壓式或注入彈性體式的成形技術，其高壓形成過程一般包括：有效介質如冰的膨脹或彈性體壓入使內部壓罰極慢增長的過程；流體靜罰的骨高壓形成過程；極端壓力如爆炸的動態過程等。介質可以是無定形的固體、液體或氣體，在系統中介質可依據要加工的形狀作任意變化，履行凸模功能，所以介質可等同于一個萬能模具。液壓式內高壓成形技術與其他沖壓成形技術相比，有幾個明顯優點：在成形過程中可一次加工出如車橋、頂蓋板、門框等大型復雜的三維幾何形狀的工件；因為液體在成形過程中冷卻作用，使工件被“冷變形強化”，獲得比一般沖壓加工更高的工件強度，這使得允許采用更薄的板材，使工件更輕量化；工件外表板面只與壓力液體接觸，加壓過程較平緩，零部件成形變化均勻，可獲得勻稱的壓力分布，并能獲得平滑外表面；有的沖模和工具費用可下降40%，特別降低了凸型零件加工的節拍時間較短，約為0.1～0.5min，這在特種成形工藝中是較短的，可實現批量生產。150電磁成形工藝：當線圈通入交流電時，數微秒內建立起磁場，使金屬工件尤其是導電率強的銅鋁材質感生出電流，感生電流又將受到磁場力作用，使工件產生張力與凹模吻合而迅速成形。當線圈在工件內時，電磁力將使工件外脹成形；當線圈平面平行于板件放置時，電磁力將使工件拉伸成形。電磁成形工藝源于20世紀60年代核裂變研究的成果，是目前頗有前途的另一種新型加工手段。電磁成形技術系一種非接觸成形工藝，其突出優點:加工成形迅速，工效高；常用于金屬與非金屬的連接，可取代粘接或焊接；不耗脯助材料如潤滑油脂等，有利環境保護。151沖壓生產線沖壓自動生產線由主機和附設機構組成。主機是指完成沖壓工序的各類壓力機和必要的其他加工機床。附設機構是完成自動線各種輔助工作所需的機械裝置和檢測裝置，主要包括折垛裝置、上料裝置、下料裝置、翻轉器、工件傳送裝置、檢測和聯鎖保護裝置。壓力機以單次行程規范工作，由自動化系統控制著生產線上各臺壓力機在什么時候沖壓和各工序間的工件運動。從整條生產線上傳出的工件是按一定的節拍連續不斷地運動。152由六臺壓力機組成，1臺雙動壓力機作為拉延用，5臺壓力機作為成形、沖孔、修邊等工序用。這種形式的排列有利于安排生產，生產率較高，通常每小時可生產600～700個零件，既可以剛性聯系，也可以柔性聯系。如果聯機控制，全線只需要2～3人操作。

153三、其他塑性加工方法1541.精密模鍛PrecisionDieForging在普通模鍛設備上，裝置高精度鍛模，采用合理成形工藝，直接鍛出所需要的產品零件。汽車差速錐齒輪精密模鍛件

尺寸精度可達IT12~IT15表面粗糙度值Ra可達3.2~1.6μm

155工藝特點：選擇合理成形工藝，精確計算原始坯料尺寸，嚴格按坯料質量下料，否則會增大鍛件尺寸的偏差，降低精度；采用無氧化或少氧化加熱法，減少氧化皮，提高鍛件尺寸精度和表面質量；制造高精度的鍛模，一般精鍛模膛的精度要比鍛件精度高兩級；模鍛時要有較好的潤滑和冷卻鍛模的條件；精密模鍛一般都在剛度大、精度較高的模鍛設備上進行，且應有頂件裝置，如摩擦壓力機、熱模鍛壓力機和高速錘等。1562.擠壓成形

ExtrusingForming使金屬坯料在壓力作用下自擠壓模的模孔中擠出而獲得零件或毛坯的加工方法。正擠壓：擠壓時，金屬流動方向與凸模運動方向相同。反擠壓：擠壓時，金屬流動方向與凸模運動方向相反。復合擠壓：擠壓時，坯料一部分金屬流動方向與凸模運動方向相同，另一部分則相反。徑向擠壓：擠壓時，金屬流動方向與凸模運動方向成90°。157冷擠壓：金屬坯料在室溫下的擠壓成形。冷擠壓零件表面光潔，精度較高。一般尺寸精度可達IT6~IT7，表面粗糙度值Ra為1.6~0.2μm，成為一種有效的少、無切削加工工藝。熱擠壓：坯料在一般熱鍛溫度范圍內進行。變形抗力小，塑性好，允許每次變形程度較大，但產品表面粗糙度高，尺寸準確度較低。廣泛用于冶金部門生產鋁、銅、鎂及其合金的型材和管材。目前也用于機器零件和毛坯的生產。溫擠壓介于冷擠壓和熱擠壓之間的擠壓方法。比冷擠壓的變形抗力小，較容易變形。與熱擠壓相比，坯料氧化脫碳少，可提高擠壓件的尺寸精度和表面質量，表面粗糙度Ra值可達6.5~3.2μm。158工藝特點：

擠壓時金屬坯料處于三向壓應力狀態下變形，因此可提高金屬坯料的塑性，有利于擴大金屬材料的塑性加工范圍。可擠壓出各種形狀復雜、深孔、薄壁和異型截面的零件，且零件尺寸精度高，表面質量好，尤其是冷擠壓成形。零件內部的流線基本沿零件外形分布且連續，有利于提高零件的力學性能。生產率較高，一般可比其它鍛造方法提高幾倍。最好在專用的擠壓機（液壓式、曲軸式、肘桿式）上進行，也可在適當改進后的通用曲柄壓力機和摩擦壓力機上進行。159純鐵底座零件，采用一次冷擠壓成形，與原來采用棒料經切削加工方法制造相比，節約材料90%，生產率提高30倍。1603.軋制成形RollForming生產型材、板材和管材的主要加工方法。已越來越廣泛地用于機器零件或毛坯的制造。與一般鍛壓加工方法相比較，具有生產率高、產品質量好、成本低，并可大大減少金屬消耗等優點。161輥鍛成形

扁截面的長桿件，如各類扳手和鏈環等。帶有頭部、沿長度方向橫截面積遞減的鍛件。如渦輪機葉片，與銑削成形工藝相比，生產率提高2.5倍，材料利用率可提高4倍。連桿。效率高，簡化了工藝過程，但鍛件還要用其他鍛壓設備進行精整。使坯料通過裝有扇形模塊的一對相對旋轉的軋輥時，受壓而變形的工藝方法。

一般在輥鍛機上進行，既可作為模鍛前的制坯工序，也可直接輥鍛鍛件。

162螺旋斜軋成形

軋輥軸線與坯料軸線相交一定角度的軋制方法。軋制形狀呈周期性變化的毛坯或各種零件。

163橫軋成形

使坯料在兩軋輥摩擦力帶動下作相反方向旋轉的軋制方法。可軋制直齒輪，也可軋制斜齒輪。由于被軋制的鍛件內部流線與齒形輪廓一致，故可提高齒輪的力學性能和工作壽命。

164楔橫軋成形

利用兩個外表面鑲有楔形凸塊，并作同向旋轉的平行軋輥對坯料進行軋制的工藝方法。主要用于加工階梯軸、錐形軸等各種對稱的零件或毛坯。165166四、現代塑性加工方法167（1）具有更高生產率，機械化、自動化程度大大提高；（2）鍛壓件的形狀更接近零件形狀，從而實現少、無切削加工；（3）適應新型材料及加工工藝的要求。1681.

超塑性成形

SuperplasticityDeformation超塑性Superplasticity：在特定的組織結構和變形條件下，金屬可呈現極高的塑性，其延伸率可達百分之百，甚至達百分之一千到幾千，而不發生破壞的能力。169主要特點：成形時呈現良好的流動性，填充性好，可充滿模膛，易成形，制件尺寸精度高；變形抗力小，使難變形材料容易塑性成形，例如，GCr15軸承合金在700OC超塑性變形抗力為3MPa；流變應力對應變速率變化非常敏感，通常金屬超塑性變形的應變速率處在10-4～10-2范圍；進入穩定階段后，不呈現冷變形強化現象，可承受大的變形而不破壞，形狀復雜制件可以一次成形。

170超塑性變形機理

晶粒轉動可調節晶粒應變，引起晶界遷移，同時擴散過程使晶界遷移有足夠高的速度，從而使三叉晶界處孔隙得以愈合。晶界遷移和擴散蠕變的調節改變晶粒形狀位置，使晶界滑動能繼續進行。兩個橫向排列的晶粒互相接近并接觸，使其兩旁的原來相鄰的兩個晶粒被擠開，出現晶粒的換位，從而使多晶體在應力方向上產生了較大的伸長變形量。晶界變形量占了總變形量的絕大部分，晶界并未產生開裂，晶內變形量很少，晶粒保持等軸狀或等軸化，而不被拉長。擴散調節的晶界滑移機制:晶界滑移伴隨著晶粒的轉動171與冷熱變形的組織結構不一樣，超塑性變形后，晶粒的等軸形狀幾乎保持不變是顯微組織的主要特征之一。超塑性變形不產生彈性殘余應力。172超塑性分類：

結構超塑性：具有直徑小于10μm的微細晶粒的金屬材料，在一定的恒溫（T=0.5Tm)和一定低應變速率下進行拉伸變形時獲得的超塑性。又稱為恒溫超塑性或微細晶粒超塑性。晶粒細化程度；共析和共晶合金比較容易獲得細化晶粒及均勻組織狀態，易于實現超塑性。相變超塑性（動態超塑性）：具有固態相變的金屬在相變溫度附近進行加熱與冷卻循環，反復發生相變或同素異構轉變，同時在低應力下進行變形，可產生極大延伸性的現象。特點：變形中伴隨相變所表現出來的超塑性。173金屬超塑性成形工藝應用：

獲得形狀復雜，尺寸精密的零件；對部分難成形金屬零件加工具有特殊重要的意義。174(1)超塑性氣壓成形以壓縮氣體為動力，使處于超塑性狀態下的金屬材料等溫熱脹，以產生大變形量來生產零件的一種工藝。175(2)超塑性拉深成形

單次拉深的最大杯深與杯的直徑比大于11，