第 7章 金属塑性成形
? 7.1 金属的塑性成形工艺基础
? 7.2 金属的锻造
? 7.3 板料冲压
? 7.4 金属的其它塑性成型方法
7.1 金属的塑性成形工艺基础
? 7.1.1 金属的塑性成形
? 7.1.2 加工硬化和再结晶
? 7.1.3 塑性变形使金属形成纤维组织
? 7.1.4 金属的可锻性
7.1.1 金属的塑性成形
? 1,块料成形
? （ 1）一次加工 这是属冶金工业领域内的原材料生产的
加工方法，可提供型材、板材、管材和线材等。其加工方
法包括轧制、挤压和拉拔。在这类成形过程中，变形区的
形状随时间是不变化的，属稳定的变形过程，适于连续的
大批量生产。
? 2,板料成形
? （ 2）二次加工 这是为机械制造工业领域内提供零件或
坯料的加工方法。这类加工方法包括自由锻和模缎，统称
为锻造。在锻造过程中，变形区随时间是不断变化的，属
非稳定性塑性变形过程，适于间歇生产。
金属塑性成形方法的种类
7.1.2 加工硬化和再结晶
回复和再结晶示意图（图中虚线为原来的晶界）
7.1.3 塑性变形使金属形成纤维组
织
螺钉的纤维组织比较
不同加工方法制成齿轮坯的纤维组
织
吊钩纤维的正确分布 曲轴纤维分布
a） 纤维被切断 b） 纤维完整分布
7.1.4 金属的可锻性
挤压时金属的应力状态 拉拔时的应力状态
碳钢的锻造温度范围低碳钢的机械性能与温度变化的关系
7.2 金属的锻造
? 7.2.1 金属的锻前加热和锻成后冷却
? 7.2.2 自由锻造
? 7.2.3 模型锻造
? 7.2.4 胎模锻造
? 7.2.5 锻压零件的结构工艺性
7.2.1 金属的锻前加热和锻成后冷
却
? 1,加热的目的
? 提高金属的塑性、降低变形抗力，使其易于流动
成形并获得良好的锻后组织。
? 2,加热的方法
? 根据热源不同可分为火焰加热法和电加热法。
? 3,锻件的冷却规范
? 锻件的冷却规范，主要是根据材料的化学成分、
组织特点、锻前状态和锻件尺寸等因素来确定合
适的冷却速度或冷却方法。
? 根据所需的冷却速度不同，常用的冷却方法有空
冷，坑（箱）冷，炉冷等。
7.2.2 自由锻造
? 1,自由锻造设备
空气锤结构图 双柱拱式蒸气锤构造及工作原理
具有三个工作缸的锻造水压机
2,自由锻造工艺
? (1) 自由锻造的工艺规程
? 自由锻造工艺规程的内容包括：绘制锻件
图，计算坯料的质量和尺寸，选择锻造工
序，确定锻造设备和吨位，确定锻造温度
范围、冷却和热处理规范，规定技术要求
和检验要求，以及编制劳动组织和工时定
额。
? 敷料 因为自由锻造只能锻制形状简单的锻件，所
以零件上的某些凹档、台阶、小孔、斜面、锥面
等都要进行适当的简化，以减少锻造的困难，提
高生产率。为了简化锻件形状而增加的金属称为
敷料。
敷料
双联齿轮的锻件图
? 计算坯料的质量和尺寸：
? 锻件的坯料质量 =锻件质量 +氧化损失 +截料
损失
? 选择锻造工序 自由锻造的基本工序有：拔
长、镦粗、冲孔、弯曲、扭转、错移、切
割等。选择锻造工序是根据锻件的形状来
确定的。
锻件分类及锻造用工序
(2)自由锻造典型工艺举例
7.2.3 模型锻造
? 与自由锻比较，模锻生产具有如下特点：
? ① 有高的生产率。
? ② 锻件尺寸精确，表面粗糙度小，因而加
工面的加工余量可以减少，以节省加工时
间、金属材料和能耗。
? ③ 可以生产形状较为复杂的锻件。
? ④ 模锻所用锻模价格较贵。
? ⑤ 需要能力较大的专用设备。
1,模锻用设备
蒸汽 — 空气模锻锤 曲柄压力机传动图
平锻机动作图 平锻机传动系统图
平锻机上模锻过程图 平锻机上锻造的锻件
a） 外形图 b） 传动图
摩擦压力机
2,模锻锤上的模锻工艺
锤锻模的固定及单模膛模锻
飞压槽的型式 拔长模膛 滚压模膛 弯曲模膛
曲轴模锻工艺过程 锤锻模
切边模 冲孔模
? （ 3） 模锻工艺规程
? 制定模锻工艺规程包括有以下内容：
? ① 绘制模锻件图 模锻件图是设计和制造锻模，计算坯料
以及检查锻件的依据。绘制模锻件图应考虑的问题有合理
选择分模面；确定余量、公差和余块；确定模锻斜度和圆
角半径等。根据零件图绘制的模锻件图称为冷锻件图，用
以检查锻件质量。在冷锻件图的基础上增加各个尺寸的热
膨胀量绘制的模锻件图，称为热锻件图，用以制造锻模的
终锻模膛。
? ② 计算坯料尺寸。
? ③ 确定模锻工步 根据锻件类别，选择所需的制坯工步。
? ④ 选择模锻设备。
? ⑤ 确定修整及辅助工序 内容包括切边、冲孔、校正、
热处理和清理等
? （ 4） 模锻件结构的工艺性
? ① 要有一个正确合理的分模面
? ② 设计适合于模锻工艺的截面几何形状
? ③ 零件设计时尽量采用标准件
合理选择分模面
加设凸边防止错移
直线分模面
对称的截面
截面相差过大的结构
高筋的凸耳
左右件的设计
7.2.4 胎模锻造
有锁扣的锻模
7.2.5 锻压零件的结构工艺性
锻压 — 焊接联合结构
1,自由锻件的工艺性要求
a） —— 错误的 b） —— 正确的
自由锻零件的结构设计
(1) 避免曲线交接、凸台、加强筋以及椭圆和工
字型等截面。
(2) 避免截面积变化太大
2,模锻件的工艺性要求
? 考虑到模锻的工艺特点，设计零件应注意
下列要求。
? ① 模锻零件应有合理的分模面。
? ② 杆类零件的各处横截面积应较为均匀，
最小与最大截面积之比应大于 0.3~0.5。
? ③ 避免薄壁高肋以及叉形和分支。
结构设计不合理的模锻零件
7.3 板料冲压
? 7.3.1 冲压设备
? 7.3.2 板料冲压基本工序
? 7.3.3 冲模
? 7.3.4 冲压件的工艺性要求
? 板料冲压所以能被广泛应用是由于它具有
下列特点：
? ① 可以冲压形状复杂的零件而废料较少。
? ② 能保证产品具有足够高的精度和小的粗
糙度，可以满足一般互换性的要求。
? ③, 能获得重量轻，材料消耗少，强度和
刚度较高的零件。
? ④ 冲压操作简单，工艺过程便于机械化自
动化生产绿高，成本低。
7.3.1 冲压设备
平口剪和圆盘剪的刃口
单柱冲床
双动冲床传动图
7.3.2 板料冲压基本工序
? 1,落料和冲孔
冲裁变形过程 接触弹簧修改前后对比
? 2,弯曲
弯曲过程图 弯曲时的纤维方向
? 3,拉深
拉深工序图
拉深件起皱 拉深许可圆角半径
4,其它冲压工序
滚珠轴承隔离圈的冲压过程
5,冲压工艺举例
黄铜弹壳的冲压过程
7.3.3 冲模
? 1,简单冲模
? 2,连续冲模
? 3,复合冲模
7.3.4 冲压件的工艺性要求
? 1,冲裁件的形状和尺寸
? 2,弯曲件
? 3,拉深件
1,冲裁件的形状和尺寸
? ① 冲裁件形状应尽可能简单、对称、排样废料少。
? ② 除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，允
许工件有尖锐的清角外，冲裁件的外形或内孔交
角处应采用圆角过渡，避免清角。
? ③ 尽量避免冲裁件上过长的悬臂与狭槽。
? ④ 冲裁件孔与孔之间、孔与零件边缘之间的壁厚，
因受模具强度和零件质量的限制，其值不能太小。
? ⑤冲裁件的孔径因受冲孔凸模强度和刚度的限制，
不宜太小，否则凸模容易折断和压弯。
冲裁件形状对工艺性的影响示例
冲裁件的结构工艺性 弯曲件的冲孔位置
? 2,弯曲件
? ① 弯曲件的弯曲半径不宜过大和过小。
? ②弯曲件的形状与尺寸应尽可能对称、高度也不
应相差太大。
? ③ 保证弯曲件直边平直的直边高度不应小于，否
则需先压槽或加高直边（弯曲后切掉）。
? ④ 带孔的板料在弯曲时，如果孔位位于弯曲变形
区内，则孔的形状会发生畸变。
? ⑤当图 7-3-29所示弯曲件在弯曲时，为防止交接
处应力集中而产生撕裂，可预先冲裁卸荷孔或切
槽，也可以将弯曲线移动一段距离，以离开尺寸
突变处。
? ⑥ 弯曲件尺寸的标注应考虑工艺性。弯曲件尺寸
标注不同，会影响冲压工序的安排。
压槽后进行弯曲
弯曲件形状对弯曲过程的影响
带缺口的弯曲件
弯曲件直边高度 直边侧面带斜边的弯曲件
弯曲件的孔边距 防止孔变形的措施
防止弯曲边交接处应力集中的措施
（ a）可先落料冲孔后弯曲 （ b）、（ c）弯曲后冲孔
尺寸标注与工艺的关系
? 3,拉深件
? ① 拉深件高度尽可能小，以便能通过 l~2次拉深工序成形。
? ② 拉深件的形状尽可能简单、对称，避免尖底形，以保证
变形均匀。
? ③ 有凸缘的拉深件，最好满足,而且外轮廓与直壁断
面最好形状相似。
? ④ 拉深件的圆角半径尽可能大些。
? ⑤ 由于拉深件各部位的料厚有较大变化，所以对零件图上
的尺寸应明确标注是外壁尺寸还是内壁尺寸，不能同时标
注内外尺寸。
? ⑥ 由于拉深件有回弹，所以零件横截面的尺寸公差一般都
在 ITl3级以下。
? ⑦ 多次拉探的零件对外表面或凸缘的表面，允许有拉探过
程中所产生的印痕和口部的回弹变形，但必须保证精度在
公差之内。
? ⑧ 拉深件的材料应具有良好的成形性能。
成双组合拉深
7.4 金属的其它塑性成型方法
? 7.4.1 零件的轧制
? 7.4.2 零件的挤压
? 7.4.3 精密模锻
? 7.4.4 多向模锻
? 7.4.5 锻压新工艺技术简介
7.4.1 零件的轧制
? 1,辊锻轧制
? 2,辗环轧制
? 3,轧制齿轮
1,辊锻轧制
2,辗环轧制
3,轧制齿轮
7.4.2 零件的挤压
? 1,零件的挤压方式
? 挤压过程：
? 落料表面 → 表面清理 → 镦粗预成形 → 软化退火
→ 磷化润滑 → 反挤压成形 → 软化退火 → 磷化润
滑 → 正挤压成形
? 2,冷挤压
? 金属在室温下进行挤压称为冷挤压。
? 3,温挤压
? 一般认为把金属坯料加热到 100~800后进行挤压，
称为温挤压。
挤压方式
核心套壳的冷挤压成形工作
冷挤压零件
纯铝零件的挤压
凿岩机钎套的温挤压工艺图
7.4.3 精密模锻
? 精密模锻是在一般模锻基础上逐步发用起
来的 — 种少无切削加工新工艺，与一般模
锻相比，它能获得表面质量好，机械加工
余量少和尺寸精度较高的锻件，从而能提
高材料利用率。
? 目前，精密成形主要应用于两个方面：
? 1,精化毛坯
? 2,精锻零件
7.4.4 多向模锻
多向模锻过程示意图
典型的多向模锻件
? 多向模锻属于闭式模锻。它实质上是以挤
压为主，挤压和模锻复合成形的工艺。其
变形过程也可分为三个变形阶段。第 I 阶段
是基本成形阶段，第 II 阶段是充满阶段，
第 III 阶段是形成飞边阶段。
三通管接头的成形过程图
7.4.5 锻压新工艺技术简介
? 1,超塑性成型
? 2,粉末锻造
? 3,高能率成型
粉末冶金制品的压制过程
? 7.1 金属的塑性成形工艺基础
? 7.2 金属的锻造
? 7.3 板料冲压
? 7.4 金属的其它塑性成型方法
7.1 金属的塑性成形工艺基础
? 7.1.1 金属的塑性成形
? 7.1.2 加工硬化和再结晶
? 7.1.3 塑性变形使金属形成纤维组织
? 7.1.4 金属的可锻性
7.1.1 金属的塑性成形
? 1,块料成形
? （ 1）一次加工 这是属冶金工业领域内的原材料生产的
加工方法，可提供型材、板材、管材和线材等。其加工方
法包括轧制、挤压和拉拔。在这类成形过程中，变形区的
形状随时间是不变化的，属稳定的变形过程，适于连续的
大批量生产。
? 2,板料成形
? （ 2）二次加工 这是为机械制造工业领域内提供零件或
坯料的加工方法。这类加工方法包括自由锻和模缎，统称
为锻造。在锻造过程中，变形区随时间是不断变化的，属
非稳定性塑性变形过程，适于间歇生产。
金属塑性成形方法的种类
7.1.2 加工硬化和再结晶
回复和再结晶示意图（图中虚线为原来的晶界）
7.1.3 塑性变形使金属形成纤维组
织
螺钉的纤维组织比较
不同加工方法制成齿轮坯的纤维组
织
吊钩纤维的正确分布 曲轴纤维分布
a） 纤维被切断 b） 纤维完整分布
7.1.4 金属的可锻性
挤压时金属的应力状态 拉拔时的应力状态
碳钢的锻造温度范围低碳钢的机械性能与温度变化的关系
7.2 金属的锻造
? 7.2.1 金属的锻前加热和锻成后冷却
? 7.2.2 自由锻造
? 7.2.3 模型锻造
? 7.2.4 胎模锻造
? 7.2.5 锻压零件的结构工艺性
7.2.1 金属的锻前加热和锻成后冷
却
? 1,加热的目的
? 提高金属的塑性、降低变形抗力，使其易于流动
成形并获得良好的锻后组织。
? 2,加热的方法
? 根据热源不同可分为火焰加热法和电加热法。
? 3,锻件的冷却规范
? 锻件的冷却规范，主要是根据材料的化学成分、
组织特点、锻前状态和锻件尺寸等因素来确定合
适的冷却速度或冷却方法。
? 根据所需的冷却速度不同，常用的冷却方法有空
冷，坑（箱）冷，炉冷等。
7.2.2 自由锻造
? 1,自由锻造设备
空气锤结构图 双柱拱式蒸气锤构造及工作原理
具有三个工作缸的锻造水压机
2,自由锻造工艺
? (1) 自由锻造的工艺规程
? 自由锻造工艺规程的内容包括：绘制锻件
图，计算坯料的质量和尺寸，选择锻造工
序，确定锻造设备和吨位，确定锻造温度
范围、冷却和热处理规范，规定技术要求
和检验要求，以及编制劳动组织和工时定
额。
? 敷料 因为自由锻造只能锻制形状简单的锻件，所
以零件上的某些凹档、台阶、小孔、斜面、锥面
等都要进行适当的简化，以减少锻造的困难，提
高生产率。为了简化锻件形状而增加的金属称为
敷料。
敷料
双联齿轮的锻件图
? 计算坯料的质量和尺寸：
? 锻件的坯料质量 =锻件质量 +氧化损失 +截料
损失
? 选择锻造工序 自由锻造的基本工序有：拔
长、镦粗、冲孔、弯曲、扭转、错移、切
割等。选择锻造工序是根据锻件的形状来
确定的。
锻件分类及锻造用工序
(2)自由锻造典型工艺举例
7.2.3 模型锻造
? 与自由锻比较，模锻生产具有如下特点：
? ① 有高的生产率。
? ② 锻件尺寸精确，表面粗糙度小，因而加
工面的加工余量可以减少，以节省加工时
间、金属材料和能耗。
? ③ 可以生产形状较为复杂的锻件。
? ④ 模锻所用锻模价格较贵。
? ⑤ 需要能力较大的专用设备。
1,模锻用设备
蒸汽 — 空气模锻锤 曲柄压力机传动图
平锻机动作图 平锻机传动系统图
平锻机上模锻过程图 平锻机上锻造的锻件
a） 外形图 b） 传动图
摩擦压力机
2,模锻锤上的模锻工艺
锤锻模的固定及单模膛模锻
飞压槽的型式 拔长模膛 滚压模膛 弯曲模膛
曲轴模锻工艺过程 锤锻模
切边模 冲孔模
? （ 3） 模锻工艺规程
? 制定模锻工艺规程包括有以下内容：
? ① 绘制模锻件图 模锻件图是设计和制造锻模，计算坯料
以及检查锻件的依据。绘制模锻件图应考虑的问题有合理
选择分模面；确定余量、公差和余块；确定模锻斜度和圆
角半径等。根据零件图绘制的模锻件图称为冷锻件图，用
以检查锻件质量。在冷锻件图的基础上增加各个尺寸的热
膨胀量绘制的模锻件图，称为热锻件图，用以制造锻模的
终锻模膛。
? ② 计算坯料尺寸。
? ③ 确定模锻工步 根据锻件类别，选择所需的制坯工步。
? ④ 选择模锻设备。
? ⑤ 确定修整及辅助工序 内容包括切边、冲孔、校正、
热处理和清理等
? （ 4） 模锻件结构的工艺性
? ① 要有一个正确合理的分模面
? ② 设计适合于模锻工艺的截面几何形状
? ③ 零件设计时尽量采用标准件
合理选择分模面
加设凸边防止错移
直线分模面
对称的截面
截面相差过大的结构
高筋的凸耳
左右件的设计
7.2.4 胎模锻造
有锁扣的锻模
7.2.5 锻压零件的结构工艺性
锻压 — 焊接联合结构
1,自由锻件的工艺性要求
a） —— 错误的 b） —— 正确的
自由锻零件的结构设计
(1) 避免曲线交接、凸台、加强筋以及椭圆和工
字型等截面。
(2) 避免截面积变化太大
2,模锻件的工艺性要求
? 考虑到模锻的工艺特点，设计零件应注意
下列要求。
? ① 模锻零件应有合理的分模面。
? ② 杆类零件的各处横截面积应较为均匀，
最小与最大截面积之比应大于 0.3~0.5。
? ③ 避免薄壁高肋以及叉形和分支。
结构设计不合理的模锻零件
7.3 板料冲压
? 7.3.1 冲压设备
? 7.3.2 板料冲压基本工序
? 7.3.3 冲模
? 7.3.4 冲压件的工艺性要求
? 板料冲压所以能被广泛应用是由于它具有
下列特点：
? ① 可以冲压形状复杂的零件而废料较少。
? ② 能保证产品具有足够高的精度和小的粗
糙度，可以满足一般互换性的要求。
? ③, 能获得重量轻，材料消耗少，强度和
刚度较高的零件。
? ④ 冲压操作简单，工艺过程便于机械化自
动化生产绿高，成本低。
7.3.1 冲压设备
平口剪和圆盘剪的刃口
单柱冲床
双动冲床传动图
7.3.2 板料冲压基本工序
? 1,落料和冲孔
冲裁变形过程 接触弹簧修改前后对比
? 2,弯曲
弯曲过程图 弯曲时的纤维方向
? 3,拉深
拉深工序图
拉深件起皱 拉深许可圆角半径
4,其它冲压工序
滚珠轴承隔离圈的冲压过程
5,冲压工艺举例
黄铜弹壳的冲压过程
7.3.3 冲模
? 1,简单冲模
? 2,连续冲模
? 3,复合冲模
7.3.4 冲压件的工艺性要求
? 1,冲裁件的形状和尺寸
? 2,弯曲件
? 3,拉深件
1,冲裁件的形状和尺寸
? ① 冲裁件形状应尽可能简单、对称、排样废料少。
? ② 除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，允
许工件有尖锐的清角外，冲裁件的外形或内孔交
角处应采用圆角过渡，避免清角。
? ③ 尽量避免冲裁件上过长的悬臂与狭槽。
? ④ 冲裁件孔与孔之间、孔与零件边缘之间的壁厚，
因受模具强度和零件质量的限制，其值不能太小。
? ⑤冲裁件的孔径因受冲孔凸模强度和刚度的限制，
不宜太小，否则凸模容易折断和压弯。
冲裁件形状对工艺性的影响示例
冲裁件的结构工艺性 弯曲件的冲孔位置
? 2,弯曲件
? ① 弯曲件的弯曲半径不宜过大和过小。
? ②弯曲件的形状与尺寸应尽可能对称、高度也不
应相差太大。
? ③ 保证弯曲件直边平直的直边高度不应小于，否
则需先压槽或加高直边（弯曲后切掉）。
? ④ 带孔的板料在弯曲时，如果孔位位于弯曲变形
区内，则孔的形状会发生畸变。
? ⑤当图 7-3-29所示弯曲件在弯曲时，为防止交接
处应力集中而产生撕裂，可预先冲裁卸荷孔或切
槽，也可以将弯曲线移动一段距离，以离开尺寸
突变处。
? ⑥ 弯曲件尺寸的标注应考虑工艺性。弯曲件尺寸
标注不同，会影响冲压工序的安排。
压槽后进行弯曲
弯曲件形状对弯曲过程的影响
带缺口的弯曲件
弯曲件直边高度 直边侧面带斜边的弯曲件
弯曲件的孔边距 防止孔变形的措施
防止弯曲边交接处应力集中的措施
（ a）可先落料冲孔后弯曲 （ b）、（ c）弯曲后冲孔
尺寸标注与工艺的关系
? 3,拉深件
? ① 拉深件高度尽可能小，以便能通过 l~2次拉深工序成形。
? ② 拉深件的形状尽可能简单、对称，避免尖底形，以保证
变形均匀。
? ③ 有凸缘的拉深件，最好满足,而且外轮廓与直壁断
面最好形状相似。
? ④ 拉深件的圆角半径尽可能大些。
? ⑤ 由于拉深件各部位的料厚有较大变化，所以对零件图上
的尺寸应明确标注是外壁尺寸还是内壁尺寸，不能同时标
注内外尺寸。
? ⑥ 由于拉深件有回弹，所以零件横截面的尺寸公差一般都
在 ITl3级以下。
? ⑦ 多次拉探的零件对外表面或凸缘的表面，允许有拉探过
程中所产生的印痕和口部的回弹变形，但必须保证精度在
公差之内。
? ⑧ 拉深件的材料应具有良好的成形性能。
成双组合拉深
7.4 金属的其它塑性成型方法
? 7.4.1 零件的轧制
? 7.4.2 零件的挤压
? 7.4.3 精密模锻
? 7.4.4 多向模锻
? 7.4.5 锻压新工艺技术简介
7.4.1 零件的轧制
? 1,辊锻轧制
? 2,辗环轧制
? 3,轧制齿轮
1,辊锻轧制
2,辗环轧制
3,轧制齿轮
7.4.2 零件的挤压
? 1,零件的挤压方式
? 挤压过程：
? 落料表面 → 表面清理 → 镦粗预成形 → 软化退火
→ 磷化润滑 → 反挤压成形 → 软化退火 → 磷化润
滑 → 正挤压成形
? 2,冷挤压
? 金属在室温下进行挤压称为冷挤压。
? 3,温挤压
? 一般认为把金属坯料加热到 100~800后进行挤压，
称为温挤压。
挤压方式
核心套壳的冷挤压成形工作
冷挤压零件
纯铝零件的挤压
凿岩机钎套的温挤压工艺图
7.4.3 精密模锻
? 精密模锻是在一般模锻基础上逐步发用起
来的 — 种少无切削加工新工艺，与一般模
锻相比，它能获得表面质量好，机械加工
余量少和尺寸精度较高的锻件，从而能提
高材料利用率。
? 目前，精密成形主要应用于两个方面：
? 1,精化毛坯
? 2,精锻零件
7.4.4 多向模锻
多向模锻过程示意图
典型的多向模锻件
? 多向模锻属于闭式模锻。它实质上是以挤
压为主，挤压和模锻复合成形的工艺。其
变形过程也可分为三个变形阶段。第 I 阶段
是基本成形阶段，第 II 阶段是充满阶段，
第 III 阶段是形成飞边阶段。
三通管接头的成形过程图
7.4.5 锻压新工艺技术简介
? 1,超塑性成型
? 2,粉末锻造
? 3,高能率成型
粉末冶金制品的压制过程
