锻压成形

尽量提高始锻温度。 碳钢的始锻温度应低于固相线150~200oC
②终锻温度：停止锻造的温度。
终锻温度太高，停锻后晶粒会重新长大， 降低锻件力学性能； 太低，再结晶较困难，加工强化现象严重， 变形抗力太大，甚至产生锻造裂纹，也易损坏 设备和工具。碳钢在800 ℃以上（图示）。
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3.变形速度
指金属在锻压加工过程中， 单位时间内的相对变形量。
划分： 冷变形 以下 T再 以上
热变形
变形过程的区别：
①冷变形过程中产生加工硬化，变形抗力↑，Ra值较低
应用：金属材料通过冷轧、冷拔、等进行强化。
②热变形没有加工硬化，金属塑性↑变形抗力↓变形量↑ 应用：金属材料的锻造加工 影响：组织细密，成分均匀； 消除气孔、缩松等铸造缺陷； 形成纤维组织—锻造流线。 相同材料，锻件的力学性能比铸件的高
最常用的3个基本工序
切割
扭转 错移
锻接 等
1.镦粗
使坯料的高度减小而截面增大的工序称为镦粗。
完全镦粗
H
难变形锥
S
局部镦粗
H0 坯料的高径比 1 2 D0
H0 1 2 D0
单鼓形（表层金属塑性流动受限制）
H0 2 D0
形成双鼓形，不能锻透
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1.镦粗
应用：
① 是圆饼类、盘套类锻件的主要工序； ② 对高合金钢锻件，可增加锻造比，使变形 均匀，提高锻件综合力学性能。 例如：铸态高速钢制作刀具时，进行三镦三拔；
实心冲子冲 孔，最常用 3种方法：
空心冲子，用 于钢锭、孔径 >400mm大锻件
漏盘冲孔，用于板料
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4.自由锻件的结构工艺性
（1）圆饼类锻件应避免加强筋和凸台结构。
×
√
29
4.自由锻件的结构工艺性
（2）轴杆类锻件，不能加工锥形轴和相贯线为空间曲线结构。
×
√
×
√
30
3.3.3 自由锻工艺规程的制定
根据锻件的形状、锻件的工序和生产条件确定。
例如：
轴、杆类零件：镦粗、拔长
工艺规程
筒类零件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长 盘类、环类零件：镦粗（拔长及镦粗）、
冲孔（芯轴上扩孔）
自由锻实例：风动机曲轴的自由锻
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附：锻件材料及锻造加工的目的
（1）一般碳钢和低合金钢的小型锻件，原料为轧制 钢材，以成形为主要目的； （2）以轧制钢材为原料的高合金钢小型锻件和以钢 锭为原料的大中型锻件，虽也有成形要求，但更主要
WC Me% 材料的可锻性越好 例如：低碳钢比高碳钢的可锻性好； 碳素钢比合金钢的可锻性好。
（2）金相组织、结构
纯金属和单相固溶体组织，塑性好，具有良好的可锻性。 例如：紫铜比黄铜可锻性好； 钢在锻造时，一般加热到高温，获得单相奥氏体组织； 面心立方结构金属塑性好，比密排六方结构的可锻性好。
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2.变形温度
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？
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3.变形速度
（2）变形过程中的热效应。
变形过程中，部分塑性变形转化为热能，使锻件温度 升高的现象。 热效应使金属的塑性提高， 变形抗力降低，可锻性变好。 当v＞vc时，热效应起主要作用； v↑塑性↑变形抗力↓可锻性↑。
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4. 应力状态
变形区，压应力的数量愈多，塑性愈好，变形抗力增大； 拉应力的数量愈多，变形抗力小，但裂纹易扩展，塑性差。
T变越高
材料的可锻性越好 。 （有效措施） 故：锻造常在高温下进行，但温度不能过高。
钢件锻造加热常见缺陷
氧化：金属元素与炉气中氧反应产生氧化皮。
危害：合金元素烧损，锻模磨损加剧，锻件质量
防止：在真 空或非氧化 气氛中加热 或涂防氧化 涂料。
脱碳：钢件表层中碳被炉气中O2和CO2氧化
危害：工件表层WC ，强度、硬度、耐磨性
棒料切削
厚板切削
圆钢镦粗后切削
精锻成形
锻造曲轴
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课堂练习：
如图所示为一钢制拖钩，可以用下
列方法制造：铸造、锻造、板料切割，
其中，以哪种方法制得的拖钩拖重能力 最大？解释其原因。
答：锻造。 原因：
（1）细化晶粒、改善组织，提高力学性能；
（2）压合缩孔、缩松、气孔等铸造缺陷；
（3）使纤维组织不被切断，并沿制件外形合理分布。
工具简单，通用性强，成本低；
灵活性大，但锻件表面质量差，生产率低。
应用：适于单件、小批、各种大小锻件的生产。
例如：水轮机主轴、曲轴、连杆等。
3.3.1 自由锻设备
空气锤：65~1000Kg 锻锤 630Kg~5t 蒸汽—空气锤： 水压机 压力机 油压机
金属在锻锤冲击 力下变形
使金属在静压力下变 形，变形速度低。
原则：锻造前后坯料体积不变。
坯料重量计算
m坯料 = V坯料×ρ坯料 m坯料 = m锻件+ m料头+ m芯料+ m烧损
尺寸的计算：
坯料尺寸取决于工艺过程中第一道工序的性质。
例如：第一道工序为镦粗，则坯料的高径比应在1.25～2.5之间；
第一道工序为拔长，则按锻件的最大截面积和锻造比等考虑。
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3. 锻造工序的选择
使纤维组织合理分布。 2）节约材料，减少切削加工工时 力学性能好，承载能力提高； 与切削加工相比，减少零件制造中的金属消耗。 3）模锻生产率高，适应性强 4）缺点：不能生产形状复杂的毛坯或零件。
应用：主要用于轴类、连杆、齿轮、炮筒、枪管、吊钩、
飞机和汽车零件等力学性能要求高的重要零件。
4
3.2
连杆
3.2.1
塑性变形的实质
金属的塑性变形
主要形式— 滑移 滑移：指在切应力作用下，晶体
的一部分沿一定的晶面和
晶向相对于另一部分发生
滑动位移的现象。
滑移的结果在晶体表面形成台阶； 孪生的结果使孪生面两侧晶体呈镜面对称。
3.2.2 塑性变形对金属组织和性能的影响
1.加工硬化
加工 硬化
加工硬化现象 加工硬化的利弊及应用
冷变形金属随变形度↑ ，强度、硬度↑， 塑性、韧性↓
是不能热处理强化金属材料的重要强化手段，如防锈铝合金 可提高构件在使用过程中的安全性
塑性↓ 变形抗力↑ 使 进一步加工变得困难，如冷拉钢丝
加工硬化现象，可采用再结晶退火消除！
2.回复和再结晶— 冷变形金属的软化过程 回复：
在加热温度不高时，冷变形金属原子扩散， 残余内应力↓↓ ，强度硬度、塑性韧性基本不变。
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4. 纤维组织—锻造流线 定义：铸锭内部存在的非金属夹杂物，在轧制或锻
造过程中，随晶粒的变形方向被拉长呈纤维分布；在再 结晶时，变形的晶粒恢复为细小等轴晶，而夹杂物依然
沿被拉长的方向保留下来，称为纤维组织（图3-7）。
热变形流线
吊钩中的锻造流线
4. 纤维组织—锻造流线 影响： （图示）
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。
应用：去应力退火。目的是消除残余应力。
再结晶：
加热温度较高时，金属原子扩散能力↑↑，
图3-5
形成新的无畸变等轴晶，晶格结构不变，加工硬化消除 强度硬度降低↓，塑性韧性提高↑
应用：再结晶退火，目的是消除加工硬化，
加热温度为（T再＋100～200 ℃）
8
加热温度对冷变形金属组织和性能的影响
9
3.冷变形和热变形
1.锻件图的绘制
锻件图是计算坯料、确定变形工艺、设计工具和检验锻件的依据。
零件图
加工余量 锻造公差 余块
锻件图 锻造公差
=（1/3~1/4）余量
锻件的最小尺寸
大于
零件的名义尺寸
余块（敷料）：
为简化锻件和锻造工艺，在锻件上某些部位 附加的大于加工余量的那部分金属。
1-余块（紫红） 2-加工余量
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2.坯料重量和尺寸的计算
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；
模锻锤的吨位：
以锤头落下部分的质量标定， 主要根据模锻件的质量大小选用。 优点：打击速度快（6～8m/s），行程不
固定，可以根据需要按轻、重、快、 慢锤击锻件；可在一个锻模的不同 模膛内实现镦粗、拔长、滚压、弯 曲、预锻、终锻等工步。
缺点：震动大，无顶出锻件装臵，不适于
特点： 1）纤维分布合理，模锻件性能好；
2）锻件的尺寸精度，表面质量高； 3）材料利用率高，节省金属，生产率高； 4）可锻造形状较复杂的零件； 5）锻模加工复杂，成本高； 6）锻件不能任意大，一般不得超过150kg。 只适于中、小型锻件的批量生产。
1. 设备
3.4.1 锤上模锻
在模锻锤上模锻，设备为蒸汽—空气模锻锤。
挤压成形时应力状态
拉拔成形时应力状态
挤压成形时，三向受压应力，适于塑性较差的材料。 拉拔成形时，二向受压，一向受拉，适于塑性好的材料。
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3.3 自由锻造
定义：
利用砥铁和一些简单工具，使被加热的金属坯料变形，
获得一定尺寸、形状、性能锻件的成形方法，简称自由锻。
特点：
锻造比大，对锻件组织和性能有较大改善；
Cr12钢制作冷作模具时，反复锻造加工。
26
2.拔长
使坯料横截面缩小而长度增加的工序。
L ，S
例：
坯料
应用：是轴杆类、筒类锻件的主要工序。
下料 切肩 拔长一端 摔圆 拔长另一端 摔圆
镦粗 冲孔 芯轴拔长 锻件
曲轴坯拔长
筒形件的锻造工序
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3.冲孔
利用冲子在坯料上冲出通孔或盲孔的工序。
应用：各种带孔、空心锻件，如齿轮坯、圆筒等。
锻锤吨位= 落下部分总重量 = 活塞+锤头+锤杆 压力机吨位= 滑块运动到下始点时所产生的最大压力
应用：锻锤变形速度高，适于小、中型锻件；压力机变形速
度低，适于大钢锭、大锻件和可锻性差的合金钢。
3.3.2 自由锻基本工序
基本工序
以改变坯料的形状为主，同时改善锻件的力学性能的工序。 镦粗
拔长
冲孔 弯曲
过热：加热温度过高或高温停留时间过长，造成晶粒粗大
危害：钢件的强度、塑性、冲击韧性 。再次热处理补救。
过烧：加热温度接近固相线并停留时间过长，奥氏体晶界氧化
甚至局部熔化。一旦产生，只能报费。
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锻造温度
始锻温度
锻造加工
终锻温度
确定：根据合金状态图。 原则：
①始锻温度，在不出现过热和过烧前提下，
的是保证锻件的力学性能。
例如：高合金工具钢的锻件（W18Cr4V、 Cr12MoV等），为击碎钢锭组织粗大网状碳化物，要 求有较大的锻造比，则必须采用多次反复镦拔的工艺。 自由锻与其它锻造方法相比，锻造比大，对金属 材料组织和性能有很大改善。
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3.4 模型锻造
简称模锻，是利用模具使坯料变形，充满 模具模膛，获得锻件的锻造方法。
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；
（2）获得所需尺寸、形状的产品。
分类：冷变形和热变形加工。
生产实例：锻造、冲压、挤压、拉拔等。
高强度螺栓
使金属的力学性能具有各向异性。
平行于纤维组织方向，
塑性、韧性好；
垂直于纤维组织方向，
塑性、韧性差；
热处理不能消除纤维组织，
只能通Biblioteka Baidu锻造加工来改变。 例如：高速钢的反复锻造加工， 目的是消除粗大碳化物。
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应用：
在设计和制造零件时，要利用纤维组织的合理分 布，使流线方向与零件的轮廓线相符合，提高零件的 力学性能和使用寿命。 举例：热轧成形齿轮、锻造曲轴，流线方向与轮廓一致，寿命提高。
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3.2.3 金属的可锻性及其影响因素
可锻性及衡量指标
定义：
金属在锻压成形时，获得优质锻件的难易程度。
衡量指标：
① 塑性：材料的塑性越好 可锻性越好
② 变形抗力：材料的变形抗力越小
可锻性越好
主要影响因素
化学成分、金相组织、
变形温度、变形速度、应力状态等
1. 化学成分和金相组织
（1）化学成分