§ 3 压力加工工艺基础知识压力加工：
是利用金属在外力作用下所产生的塑性变形,来获得具有一定形状,尺寸和机械性能的原材料,毛坯或零件的生产方法 。 又常简称为 锻压 。
压力加工中作用在金属坯料上的外力主要有两种,冲击力 和 静压力 。
锤类设备产生冲击力，轧机与压力机设备产生静压力。
常见压力加工方法有 轧制,拉拔,
挤压,锻造 和 板料冲压 等。
§ 3.1 概 述
§ 3.1 概 述
1.轧 制利用金属坯料与轧辊接触表面的摩擦力，金属在两个回转轧辊的孔隙中受压变形使其截面积减小、长度增加的加工方法叫 轧制 (见图 3-1)。
轧制有两种 热轧 和 冷轧 方法。轧制可获得各种钢板、型材和无缝钢管等产品 (见图 3-2)。
一,压力加工的基本生产方式
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
2,拉 拔金属在拉力作用下,通过拉拔模孔使截面缩小,长度增加的加工方法叫 拉拔 (见图 3-3)。
拉拔分为 冷拔 和 热拔,在多数情况下采用冷拔以提高产品的质量和尺寸精度。
拉拔 模孔 一般选用 硬质合金 制造，以提高其几何形状的准确性和长久寿命。
拉拔 产品 主要为各种细线材、薄壁管和各种特殊几何形状的型材 (见图 3-4)，如电缆。
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
3,挤 压金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法叫 挤压,挤压主要分为两类 。
金属坯料流动方向与凸模运动方向一致的叫 正挤压 (见图 3-5-a))；
金属坯料流动方向与凸模运动方向相反的叫 反挤压 (见图 3-5-b))。
反挤压可以节省挤压力 。 挤压可以获得各种复杂截面的型材或零件 (见图 3-6)。
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
4,锻 造锻造分为 自由锻和 模锻 。它们都是通过金属体积的转移和分配来获得毛坯的加工方法。一般都在热态下进行加工。
(1) 自由锻,
是金属坯料在上、
下砧铁间受到压力产生塑性变形的加工方法 (见图 3-7)。
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
(2) 模锻,
是金属坯料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 (见图 3-8)。
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
5,冲 压金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法叫冲压。又常叫板料冲压
(见图 3-9)。
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
① 金属坯料经过压力加工后，可改善组织、提高机械性能；
② 不需要切除金属，材料利用率高，流线分布合理；
③ 产品尺寸精度高、表面光洁、刚度大，可以做到少切削甚至无切削。
④ 除自由锻外，其他压力加工容易实现机械化、
自动化，具有较高的生产率；
⑤ 塑性变形量不能太大，工件的形状不能太复杂；设备及模具投资大。
§ 3.1 概 述 二,压力加工的特点压力加工广泛应用于机械、电子、交通运输、矿山、动力装备及军工产品。
① 受力复杂的承受重载、动载的重要零件，如主轴、曲轴、传动轴、齿轮、连杆等；
② 工具、模具上的主要零件，如各种模具中的模块、导杆、拉杆等；
③ 军工机械，如炮筒、枪械及其他零件；
④ 仪器仪表上的零件及日常生活用品大多数采用冲压件；
⑤ 标准件，如螺钉、螺母、螺栓、销子等。
§ 3.1 概 述 三,压力加工的应用
1,可锻性可锻性 是指金属材料经受压力加工时获得优质零件的难易程度的一个工艺性能 。
可锻性好表明金属适合于压力加工成形；可锻性差表明金属不宜于选用压力加工成形 。
可锻性常用金属的塑性和变形抗力来衡量 。 金属材料的塑性越好,变形抗力越小,则其可锻性好,反之则差 。
金属的塑性常用金属的截面收缩率 ψ,延伸率 δ和冲击韧性 αk等表示,凡是 ψ,δ,αk值越大或镦粗时不产生裂纹的情况下变形程度越大的,其塑性越高 。
变形抗力指在变形过程中金属抵抗工具作用的力,变形抗力越小,则变形中所消耗的能量也越小 。
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素
2,影响金属可锻性的因素金属的可锻性取决于金属材料的本质 (材料的化学成分和组织 )和加工条件 (变形温度、变形速度和应力状态 )。
① 材料的化学成分一般纯金属的可锻性比其合金要好。碳钢的可锻性随着其含碳量的增加而降低。对于合金钢，随着合金元素的增加，其塑性降低、变形抗力增高，可锻性变差。
② 材料的组织单相组织材料 (如纯金属及固溶体金属 )的可锻性比多相组织的好,细晶粒金属的塑性比粗晶的好,但其变形抗力较大,金属材料中的柱状晶,夹渣,偏析、疏松和气孔等铸造缺陷使其可锻性变差,
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素
③ 变形温度对于大多数金属材料,温度升高，
塑性增加，变形抗力降低,可锻性提高 (图 3-10)。
但温度过高,
会产生 过热,过烧,
脱碳和严重氧化等缺陷,反而降低可锻性，甚至使锻件报废。
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素其原因是：
(a) 温度升高,金属间的动能增加,原子间结合力减弱；
(b) 温度升高,易产生回复和再结晶 (图 3-11),消除 加工硬化 ；
(c) 有些金属材料,温度升高到一定值后,其组织由多相变为单相。
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素锻造温度系指 始锻温度 (开始锻造的温度 )和 终锻温度 (停止锻造的温度 )间的温度范围,
始锻温度和终锻温度的确定以合金状态图为依据,碳钢的始锻温度和终锻温度如图 3-12所示,始锻温度比 AE线低
200℃ 左右，终锻温度约为 800℃ 左右,
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素
④ 变形速度变形速度即单位时间内的变形程度,它对可锻性的影响是矛盾的,a) 由于变形速度的增大,回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象,金属表现出塑性下降,
变形抗力增大 (图 3-13),可锻性变坏；
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素
b) 金属再变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高 (称为 热效应现象 )。变形速度越大，热效应越明显，使金属的塑性提高，
变形抗力下降，可锻性变好。
除高速锤锻造外，一般的压力加工方法中，热效应不明显。
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素金属在变形过程中,由于加工方法不同，其经受的应力大小和性质 ( 压应力或拉应力 ) 是各不相同的 (图 3-14
和图 3-15)。
⑤ 变形应力状态
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素实践证明，三个方向中压应力的数目越多，则金属的塑性越好，但变形抗力增大；拉应力的数目越多，则金属的塑性越差，
但变形减小抗力。
综上所述,影响金属可锻性的因素比较复杂,
但只要正确选用金属材料，合理控制变形温度、
变形速度,充分发挥金属的塑性，尽可能降低变形抗力，就可获得优质的压力加工件。
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素
1,变形后的性能金属的力学性能随其内部组织的改变而发生明显的变化,
变形程度增大,金属的强度及硬度升高,
而塑性和韧性下降
(称为 加工硬化 ),见图 3-16,加工硬化是一种不稳定现象,具有自发地回复到稳定状态的倾向 (图 3-11).
二,合金变形后的性能与组织§ 3.2 压力加工基础
2,变形后的组织金属在常温下经过塑性变形后,内部组织发生了很大的变化：
① 晶粒沿变形最大的方向伸长 (图 3-17)；
② 晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；
③ 晶粒间产生碎晶。
§ 3.2 压力加工基础 二,合金变形后的性能与组织纤维组织,
铸锭在压力加工过程中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质沿变形方向被拉长，
呈纤维状，这种结构叫 纤维组织 (图 3-17,b)
纤维组织使金属的性能具有 各相异性 特征。纤维组织越明显各相异性就越明显 (在平行纤维方向上塑性和韧性提高；而垂直纤维方向塑性和韧性降低 )。
纤维组织的明显程度与金属的 变形程度 有关,变形程度越大,纤维组织越明显,压力加工过程中,常用 锻造比 YD表示变形程度：
YDB=F0/F (拔长时 )
YDD=H0/H (镦粗时 )
锻造比对锻件的力学性能有较大的影响,锻造钢锭时锻造比取 2～ 6；锻造型钢时，锻造比取 1.3～ 1.5,
§ 3.2 压力加工基础 二,合金变形后的性能与组织纤维组织的稳定性纤维组织的稳定性很高，不能用热处理的方法加以消除。只有用锻压的方法才能改变其方向和形状。为了获得具有最好力学性能的零件，在设计和制造零件时，都应使零件在工作中产生的最大正应力方向与纤维方向重合，最大切应力方向与纤维方向垂直。
并使纤维方向分布与零件的轮廓相符合，尽量使纤维组织不被切断 (见 图 3-18和 图 3-19)。
§ 3.2 压力加工基础 二,合金变形后的性能与组织
§ 3.2 压力加工基础 二,合金变形后的性能与组织
是利用金属在外力作用下所产生的塑性变形,来获得具有一定形状,尺寸和机械性能的原材料,毛坯或零件的生产方法 。 又常简称为 锻压 。
压力加工中作用在金属坯料上的外力主要有两种,冲击力 和 静压力 。
锤类设备产生冲击力，轧机与压力机设备产生静压力。
常见压力加工方法有 轧制,拉拔,
挤压,锻造 和 板料冲压 等。
§ 3.1 概 述
§ 3.1 概 述
1.轧 制利用金属坯料与轧辊接触表面的摩擦力，金属在两个回转轧辊的孔隙中受压变形使其截面积减小、长度增加的加工方法叫 轧制 (见图 3-1)。
轧制有两种 热轧 和 冷轧 方法。轧制可获得各种钢板、型材和无缝钢管等产品 (见图 3-2)。
一,压力加工的基本生产方式
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
2,拉 拔金属在拉力作用下,通过拉拔模孔使截面缩小,长度增加的加工方法叫 拉拔 (见图 3-3)。
拉拔分为 冷拔 和 热拔,在多数情况下采用冷拔以提高产品的质量和尺寸精度。
拉拔 模孔 一般选用 硬质合金 制造，以提高其几何形状的准确性和长久寿命。
拉拔 产品 主要为各种细线材、薄壁管和各种特殊几何形状的型材 (见图 3-4)，如电缆。
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
3,挤 压金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法叫 挤压,挤压主要分为两类 。
金属坯料流动方向与凸模运动方向一致的叫 正挤压 (见图 3-5-a))；
金属坯料流动方向与凸模运动方向相反的叫 反挤压 (见图 3-5-b))。
反挤压可以节省挤压力 。 挤压可以获得各种复杂截面的型材或零件 (见图 3-6)。
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
4,锻 造锻造分为 自由锻和 模锻 。它们都是通过金属体积的转移和分配来获得毛坯的加工方法。一般都在热态下进行加工。
(1) 自由锻,
是金属坯料在上、
下砧铁间受到压力产生塑性变形的加工方法 (见图 3-7)。
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
(2) 模锻,
是金属坯料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 (见图 3-8)。
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
5,冲 压金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法叫冲压。又常叫板料冲压
(见图 3-9)。
§ 3.1 概 述 一,压力加工的基本生产方式
① 金属坯料经过压力加工后，可改善组织、提高机械性能；
② 不需要切除金属，材料利用率高，流线分布合理；
③ 产品尺寸精度高、表面光洁、刚度大，可以做到少切削甚至无切削。
④ 除自由锻外，其他压力加工容易实现机械化、
自动化，具有较高的生产率；
⑤ 塑性变形量不能太大，工件的形状不能太复杂；设备及模具投资大。
§ 3.1 概 述 二,压力加工的特点压力加工广泛应用于机械、电子、交通运输、矿山、动力装备及军工产品。
① 受力复杂的承受重载、动载的重要零件，如主轴、曲轴、传动轴、齿轮、连杆等；
② 工具、模具上的主要零件，如各种模具中的模块、导杆、拉杆等；
③ 军工机械，如炮筒、枪械及其他零件；
④ 仪器仪表上的零件及日常生活用品大多数采用冲压件；
⑤ 标准件，如螺钉、螺母、螺栓、销子等。
§ 3.1 概 述 三,压力加工的应用
1,可锻性可锻性 是指金属材料经受压力加工时获得优质零件的难易程度的一个工艺性能 。
可锻性好表明金属适合于压力加工成形；可锻性差表明金属不宜于选用压力加工成形 。
可锻性常用金属的塑性和变形抗力来衡量 。 金属材料的塑性越好,变形抗力越小,则其可锻性好,反之则差 。
金属的塑性常用金属的截面收缩率 ψ,延伸率 δ和冲击韧性 αk等表示,凡是 ψ,δ,αk值越大或镦粗时不产生裂纹的情况下变形程度越大的,其塑性越高 。
变形抗力指在变形过程中金属抵抗工具作用的力,变形抗力越小,则变形中所消耗的能量也越小 。
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素
2,影响金属可锻性的因素金属的可锻性取决于金属材料的本质 (材料的化学成分和组织 )和加工条件 (变形温度、变形速度和应力状态 )。
① 材料的化学成分一般纯金属的可锻性比其合金要好。碳钢的可锻性随着其含碳量的增加而降低。对于合金钢，随着合金元素的增加，其塑性降低、变形抗力增高，可锻性变差。
② 材料的组织单相组织材料 (如纯金属及固溶体金属 )的可锻性比多相组织的好,细晶粒金属的塑性比粗晶的好,但其变形抗力较大,金属材料中的柱状晶,夹渣,偏析、疏松和气孔等铸造缺陷使其可锻性变差,
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素
③ 变形温度对于大多数金属材料,温度升高，
塑性增加，变形抗力降低,可锻性提高 (图 3-10)。
但温度过高,
会产生 过热,过烧,
脱碳和严重氧化等缺陷,反而降低可锻性，甚至使锻件报废。
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素其原因是：
(a) 温度升高,金属间的动能增加,原子间结合力减弱；
(b) 温度升高,易产生回复和再结晶 (图 3-11),消除 加工硬化 ；
(c) 有些金属材料,温度升高到一定值后,其组织由多相变为单相。
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素锻造温度系指 始锻温度 (开始锻造的温度 )和 终锻温度 (停止锻造的温度 )间的温度范围,
始锻温度和终锻温度的确定以合金状态图为依据,碳钢的始锻温度和终锻温度如图 3-12所示,始锻温度比 AE线低
200℃ 左右，终锻温度约为 800℃ 左右,
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素
④ 变形速度变形速度即单位时间内的变形程度,它对可锻性的影响是矛盾的,a) 由于变形速度的增大,回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象,金属表现出塑性下降,
变形抗力增大 (图 3-13),可锻性变坏；
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素
b) 金属再变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高 (称为 热效应现象 )。变形速度越大，热效应越明显，使金属的塑性提高，
变形抗力下降，可锻性变好。
除高速锤锻造外，一般的压力加工方法中，热效应不明显。
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素金属在变形过程中,由于加工方法不同，其经受的应力大小和性质 ( 压应力或拉应力 ) 是各不相同的 (图 3-14
和图 3-15)。
⑤ 变形应力状态
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素实践证明，三个方向中压应力的数目越多，则金属的塑性越好，但变形抗力增大；拉应力的数目越多，则金属的塑性越差，
但变形减小抗力。
综上所述,影响金属可锻性的因素比较复杂,
但只要正确选用金属材料，合理控制变形温度、
变形速度,充分发挥金属的塑性，尽可能降低变形抗力，就可获得优质的压力加工件。
§ 3.2 压力加工基础 一,可锻性及其影响因素
1,变形后的性能金属的力学性能随其内部组织的改变而发生明显的变化,
变形程度增大,金属的强度及硬度升高,
而塑性和韧性下降
(称为 加工硬化 ),见图 3-16,加工硬化是一种不稳定现象,具有自发地回复到稳定状态的倾向 (图 3-11).
二,合金变形后的性能与组织§ 3.2 压力加工基础
2,变形后的组织金属在常温下经过塑性变形后,内部组织发生了很大的变化：
① 晶粒沿变形最大的方向伸长 (图 3-17)；
② 晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；
③ 晶粒间产生碎晶。
§ 3.2 压力加工基础 二,合金变形后的性能与组织纤维组织,
铸锭在压力加工过程中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质沿变形方向被拉长，
呈纤维状，这种结构叫 纤维组织 (图 3-17,b)
纤维组织使金属的性能具有 各相异性 特征。纤维组织越明显各相异性就越明显 (在平行纤维方向上塑性和韧性提高；而垂直纤维方向塑性和韧性降低 )。
纤维组织的明显程度与金属的 变形程度 有关,变形程度越大,纤维组织越明显,压力加工过程中,常用 锻造比 YD表示变形程度：
YDB=F0/F (拔长时 )
YDD=H0/H (镦粗时 )
锻造比对锻件的力学性能有较大的影响,锻造钢锭时锻造比取 2～ 6；锻造型钢时，锻造比取 1.3～ 1.5,
§ 3.2 压力加工基础 二,合金变形后的性能与组织纤维组织的稳定性纤维组织的稳定性很高，不能用热处理的方法加以消除。只有用锻压的方法才能改变其方向和形状。为了获得具有最好力学性能的零件，在设计和制造零件时，都应使零件在工作中产生的最大正应力方向与纤维方向重合，最大切应力方向与纤维方向垂直。
并使纤维方向分布与零件的轮廓相符合，尽量使纤维组织不被切断 (见 图 3-18和 图 3-19)。
§ 3.2 压力加工基础 二,合金变形后的性能与组织
§ 3.2 压力加工基础 二,合金变形后的性能与组织
