第1页：第三章 锻压概述
0 概述——锻压：是锻造与冲压的总称。锻造 Forging；冲压 Stamping。
锻压生产的特点：（1）产品力学性能好；（2）节省材料：靠塑性变形成形，材料利用率高。
第2页：
第3页：3.1 金属塑性变形的实质
3.1 金属的塑性变形与再结晶——一、金属的塑性变形：1、塑性变形的实质：
- 单晶体：位错运动
- 多晶体：晶内滑移、晶粒间的滑移和转动
第4页：加工硬化
2、塑性变形对金属组织和性能的影响——1）加工硬化：随着变形程度增大，金属的强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象。
第5页：回复与再结晶
2）回复和再结晶：
- 回复
- 加热温度较低时，加工硬化得到部分消除。
- 再结晶
- 加热到更高温度时，加工硬化完全消失，形成新的等轴晶粒。
第6页：加工硬化与退火的应用
- 加工硬化：可强化金属性能；但使进一步变形困难，给生产带来麻烦。
- 回复：冷拉钢丝卷制的弹簧进行低温退火，保持冷拉钢丝强度，消除冷卷弹簧时产生的内应力。
- 再结晶：冷轧、拉拔、冲压过程中进行再结晶退火，消除加工硬化。
第7页：冷变形与热变形的判别
3）冷变形和热变形：以再结晶温度为界，在再结晶温度以下进行的变形为冷变形，以上为热变形。
例题：金属钨的熔点为 3380℃，试计算钨在 1100℃ 时的变形属热变形还是冷变形。
注：按再结晶温度约为 0.4 倍熔点（热力学温度）估算，钨的再结晶温度约 1188℃，高于 1100℃，故钨在 1100℃ 的变形属冷变形。源文件未给出计算结果，此处按标准判据补充。
第8页：纤维组织
4）纤维组织：金属塑性变形时，晶粒和杂质沿变形方向被拉长，形成纤维状组织，使材料的力学性能呈现方向性，沿纤维方向的性能优于垂直方向。
第9页：二、金属的可锻性
二、金属的可锻性：
- 1、可锻性指标：塑性指标（δ、ψ、ak）与变形抗力指标（σb、HB）。
- 2、可锻性的影响因素：（1）金属本质（内在因素）；（2）加工条件（外在因素）。
第10页：变形温度对可锻性的影响
① 变形温度：图 4-7 为碳钢的锻造温度范围。注意事项：温度过高将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷，甚至使锻件报废。
- 过热
- 钢加热超过一定温度时，奥氏体晶粒会迅速长大，形成粗大晶粒（可通过多次锻造及热处理消除）。
- 过烧
- 钢长时间在高温炉内的氧化介质中加热，会由于炉气中的氧渗入金属内部，使晶界氧化，晶粒之间失去联结力（无法消除）。
第11页：变形速度对可锻性的影响
② 变形速度（应变速率）：单位时间内的变形程度，即应变对时间的导数，量纲 1/s。
- 变形速度增大时：变形抗力↑、塑性↓，可锻性↓。
- 在热效应充分起作用时：塑性↑、变形抗力↓，可锻性↑。
图 4-5 为变形速度对塑性及变形抗力的影响。
第12页：应力状态对可锻性的影响
- 应力状态对塑性的影响：受力物体压应力的数目越多，金属的塑性越好；拉应力的数目越多，金属的塑性越差。
- 应力状态对变形抗力的影响：同号应力状态下，变形抗力大；异号应力状态下，变形抗力小。
工程上常以塑性指标为主来考虑应力状态对可锻性的影响。图 4-6 a 为挤压时金属应力状态，图 4-6 b 为拉拔时金属应力状态。
第13页：三、锻造工艺
三、锻造工艺：锻造按所用设备和工装的不同，分为自由锻与模锻两大类，以下分别介绍其工艺特点、设备与工序。
第14页：3.2 自由锻的特点与设备
- 自由锻
- 利用冲击力或压力使金属在上、下砧（两个抵铁）之间产生塑性变形，从而得到所需锻件的锻造方法。
- 1、特点：（1）金属流动自由；（2）形状、尺寸精度由操作者操作技术保证；（3）生产率、产品精度较低；（4）通用性强。
- 2、自由锻设备：（1）锻锤：空气锤用于 150 公斤以下小型锻件，蒸汽－空气锤用于小于 1500 公斤锻件；（2）压力机：主要是水压机，可锻造质量达 500t 锻件，常用于大型和巨型锻件。
第15页：自由锻的工序分类
3、自由锻工序：
- 基本工序
- 使金属产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状及尺寸的工艺过程：下料（Cropping）、镦粗（Compression）、拔长（Drawing out）、冲孔（Punching）、弯曲（Bending）、切割（Cutting）、扭转（Twisting）、错移（Offset）。
- 辅助工序
- 为基本工序操作方便而进行的预先变形工序：倒棱（Chamfering）、压肩（Necking）、压痕（Indentation）。
- 精整工序
- 为减少锻件表面缺陷而进行的工序。
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第18页：自由锻工艺规程的制定
4、自由锻工艺规程的制定：
- （1）绘制锻件图：① 敷料、② 余量、③ 公差。
- （2）坯料质量及尺寸计算：质量计算式中 G烧损 为加热时坯料表面氧化而烧损的质量；第一次加热时取被加热金属的 2%～3%，以后各次加热取 1.5%～2%。
- （3）选择锻造工序。
图 4-17 a 为锻件敷料，图 4-17 b 为锻件余量。
第19页：（3）选择锻造工序
（3）选择锻造工序：应根据锻件的形状、尺寸和技术要求，参照典型工艺确定工序组合，以下分别给出轴类与盘类锻件的工艺实例。
第20页：轴类锻件工艺举例
轴类锻件工艺举例：压肩 → 一端拔长 → 局部镦粗 → 侧面滚圆 → 拔长至所需长度 → 修光、校正。
第21页：盘类锻件举例：减速器中间齿轮
盘类锻件举例：减速器中的中间齿轮，该齿轮材料为 45 钢，生产数量为 50 件。由于批量小，采用自由锻造，制定工艺规程如下。
第22页：1）绘制齿轮锻件图
1）绘制锻件图：齿轮的齿形、端面凹槽孔及键槽都不锻出，添加余块以简化锻件外形；从有关手册中查出锻件余量和公差，画出齿轮锻件图。
第23页：2）选择齿轮锻造工序
2）选择锻造工序：加热毛坯 → 镦粗至锻件高度 → 滚圆 → 用冲子两面冲孔 → 带冲头滚圆 → 校正孔径 → 平墩断面。
第24页：5、自由锻件结构工艺性
5、自由锻件结构工艺性：自由锻件应避免复杂形状，尽量用简单几何体组合，具体设计原则见后页。
第25页：自由锻件结构工艺性要求
5、自由锻件结构工艺性：
- （1）形状应尽量平直、简单、对称，尽量用平面、圆柱面组成，避免锥体和斜面结构。
- （2）相贯线避免复杂空间曲线。
- （3）避免加强筋、小凸台、复杂截面或空间曲面。
- （4）凹槽、小孔等不易锻出的部分，可添敷料，以便锻造。
- （5）锻件横截面有急剧变化或形状较复杂时，设计成由几个简单件构成的组合体，采用锻－焊结合或锻－机械连接结合工艺。
注：源文件前一页将「敷料」写作「辅料」，此处按锻造术语统一为「敷料」。
第26页：第6次课重点：金属的塑性变形
一、金属的塑性变形（第6次课重点内容）：
- 1、塑性变形的实质：单晶体为位错；多晶体为晶内滑移、晶粒间的滑移和转动
- 2、塑性变形对金属组织和性能的影响：加工硬化、回复与再结晶、纤维组织
第27页：第6次课重点：可锻性
可锻性（第6次课重点内容）：
- （1）金属本质（内在因素）：化学成分与组织状态
- （2）加工条件（外在因素）：变形温度（图4-7 碳钢的锻造温度范围）、变形速度（图4-5 变形速度对塑性及变形抗力的影响）、应力状态（图4-6 a 挤压时金属应力状态、图4-6 b 拉拔时金属应力状态）
第28页：第6次课重点：自由锻
自由锻（第6次课重点内容）：利用冲击力或压力使金属在上、下砧之间产生塑性变形，通用性强，适于单件小批量生产与大型锻件；设备包括空气锤、蒸汽－空气锤和水压机。
第29页：第6次课重点（续）
第6次课重点内容（续）：自由锻工序分为基本工序、辅助工序和精整工序；自由锻件结构应力求简单、平直、对称，便于锻造与后续加工。
第30页：3.3 模锻的特点与设备
- 模锻
- 在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形的锻造方法。
- 模锻特点（与自由锻相比）：① 生产率较高；② 锻件尺寸精确，加工余量小；③ 可锻出形状复杂锻件；④ 材料利用率高。
- 模锻设备：模锻锤、模锻压力机。
第31页：锤上模锻的锻模结构
1、锤上模锻——图 4-19 锤上锻模：1—锤头，2—上模，3—飞边槽，4—下模，5—模垫，6、7、10—楔铁，8—分模面，9—模膛。
第32页：
第33页：2、胎模锻与胎模类型
- 胎模锻
- 在自由锻设备上，使用胎模生产模锻件的加工方法。
- 扣模：用于非回转体锻件的扣形或制坯。
- 筒模：主要用于回转体盘类锻件（如齿轮）。
- 合模：主要用于生产形状较复杂的非回转体锻件，如连杆、叉形锻件等。
第34页：
第35页：3、模锻件结构工艺性
3、模锻件结构工艺性：
- （1）合理的分模面。
- （2）模锻件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计有模锻斜度；非加工表面所形成的交角都应按模锻圆角设计。
- （3）模锻件外形力求简单、平直和对称，尤其应避免模锻件截面相差过大，或有薄壁、高筋、凸起等结构。
- （4）结构允许时，避免窄沟、深槽和深孔、多孔结构。
- （5）采用锻－焊结构，以减少敷料、简化模锻工艺。
第36页：3.4 板料冲压成形概述
- 板料冲压
- 利用模具使板料产生分离或成形的加工方法。
- 特点：（1）零件形状复杂，废料少；（2）产品精度高，互换性好；（3）产品质量小，材料消耗少，强度、刚度高；（4）操作简单，生产率高，成本低。
- 冲压设备：（1）剪床；（2）冲床。
- 冲压工序：分离工序和变形工序两大类。
第37页：一、分离工序
一、分离工序：
- 1、冲裁：使坯料沿封闭轮廓分离的工序。
- 2、剪切（切断）：利用剪刃或模具使坯料沿不封闭轮廓线分离的工序。
- 3、修整：切除冲裁断面的粗糙层，提高断面精度与表面质量的工序。
第38页：二、变形工序：弯曲成形
二、变形工序——1、弯曲成形：将板料在模具作用下弯成一定角度和形状的冲压工序，应控制最小弯曲半径以防弯裂，并注意回弹。
第39页：2、拉深成形
2、拉深成形：利用模具将平板坯料变为开口空心件的冲压工序，图 4-29 为拉深工序示意。拉深时应控制拉深系数，防止起皱和拉裂。
第40页：3、胀形
3、胀形：利用坯料局部厚度变薄形成零件的成形工序，包括平板坯料胀形、管坯胀形、球体胀形和拉形。
第41页：4、翻边
4、翻边：在坯料的平面或曲面部分上，使坯料沿一定的曲线翻成竖直边缘的冲压方法。本页给出翻边工序示意。
第42页：汽车消音器零件的冲压过程
本页为汽车消音器零件的冲压过程示意，展示落料、拉深、冲孔、翻边等多道工序的组合应用，建议对照原课件图示补充各工序的顺序与模具形式。
第43页：
第44页：三、冲模的结构与分类
三、冲模的结构与分类：冲模按其工序组合程度可分为简单模、连续模和复合模，按导向与卸料方式又有多种结构形式；源文件未展开具体文字，建议对照原课件图示补充。
第45页：内孔外缘翻边模
本页为内孔外缘翻边模的结构示意，展示在同一副模具上完成内孔翻边与外缘翻边的复合成形方式，建议对照原课件图示补充模具零件的名称与作用。
第46页：
第47页：1、对冲裁件的要求
四、冲压件结构工艺性——1、对冲裁件的要求：
- ① 落料件的外形和冲孔件的孔形应力求简单、对称，尽可能采用规则几何形状；同时应尽量避免长槽与细长悬臂结构。
- ② 直线与直线、曲线与直线的交接处，均应用圆弧连接。
- ③ 冲裁件排样，尽量提高材料利用率。
第48页：2、对弯曲件的要求
2、弯曲件：
- ① 形状应尽量对称，r>rmin，并考虑材料纤维方向。
- ② 弯曲边的平直部分 H>2δ；弯曲边过短时，需先留出适当的余量以增大 H，弯好后再切去多余材料。
- ③ 弯曲带孔件时，为避免孔的变形，孔边距 L>(1.5~2)δ。
第49页：3、对拉深件的要求与冲压件厚度
3、对拉深件的要求：
- ① 外形应简单、对称，且高度不宜太高，以便减少拉深次数。
- ② 拉深件应有合理的圆角半径。
4、冲压件的厚度：在强度、刚度允许的条件下，应尽可能采用较薄的材料来制作零件，以减少金属的消耗；对局部刚度不够的地方，可采用加强筋措施，以实现以薄代厚。
第50页：第7次课重点：模锻
模锻（第7次课重点内容）：图 4-19 锤上锻模——模锻是在高强度金属锻模的模膛内使坯料受压变形的锻造方法，生产率高、锻件尺寸精确、加工余量小、材料利用率高。
