第10章锻压成形锻件质量与成本分析4锻压成形基础1锻件的结构工艺性32常用的锻压成形方法
10.1锻压成形基础锻压是锻造和冲压的总称，是对坯料施加外力，使其发生塑性变形，改变形状、尺寸和改善性能的加工成形方法。锻压加工有如下特点：①可消除缺陷和改善力学性能，从而提高零件的性能。②与切削加工相比，锻压加工可节约金属材料与加工工时。③大部分锻压方法都有较高的生产率。④锻件精度较高。⑤锻压应用范围较广。
10.1.1锻压的基本生产方式锻压的基本生产方式主要包含轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻和冲压。①轧制。轧制是指材料在旋转轧棍的压力作用下，产生连续塑性变形，获得要求的截面形状并改变其性能的加工方法，如图10-1所示。②挤压。挤压是指坯料在压应力作用下，使横截面积增加、长度减小，成为所需制品的加工方法，如图10-2所示。
③拉拔。拉拔是指材料在牵引力作用下通过模孔拉出，使横截面积减小、长度增加，成为所需制品的加工方法，如图10-3所示。④自由锻。自由锻是指使用简单的通用工具或锻造设备直接使坯料变形，获得所需制品的加工方法，如图10-4所示。图10-3拉拔示意图图10-4自由锻
⑤模锻。模锻是指利用锻模使坯料变形而获得锻件的加工方法，如图10-5所示。⑥冲压。冲压是指使坯料经分离或成形而成为所需制品的加工方法，如图10-6所示。图10-5模锻图10-6冲压
10.1.2金属的锻造性能金属的锻造性能是指金属在锻造加工时获得优质锻件的难易程度，又称可锻性。可锻性好，表示金属容易进行锻压加工变形；可锻性差，表示金属不适宜锻压加工，应考虑其他成形方法。金属的塑性变形、冷变形金属的回复过程、锻造流线与锻造比对金属的可锻性影响很大。
1．金属的塑性变形塑性变形是指材料在去除外力后会产生一部分永久变形，即不能完全恢复的变形。塑性变形对金属的组织和性能影响很大。因此，在考虑金属的锻造性能时塑性变形是重要因素之一。金属的塑性变形是金属晶体内部的大量位错运动的宏观体现，如图10-7所示。
（a）未变形（b）位错运动（c）塑性变形图10-7塑性变形示意图
2．回复、再结晶与晶粒长大对冷变形后的金属进行加热，能使金属恢复到原来的稳定状态。随着加热温度的升高，组织和性能变化可分为回复、再结晶和晶粒长大3个阶段。冷变形金属加热时组织和性能的变化如图10-8所示。
图10-8冷变形金属加热时组织和性能的变化
1）回复加热冷变形后的金属时，当金属原子恢复到平衡位置，使晶格畸变减轻和晶内残余应力大大降低，但不改变晶粒形状的变化就是回复。回复温度的计算（10-1）式中，T回——金属的回复温度，K；T熔——金属的熔点，K。
2）再结晶当加热温度超过回复温度后，冷变形过程中严重畸变的区域重新生核（再结晶核心），直至新的等轴晶核完全替代变形晶粒，这个过程称为再结晶。金属的最低再结晶温度可用下式计算：（10-2）式中，T再——金属的最低再结晶温度，K；T熔——金属的熔点，K。
3）晶粒长大Q如果加热温度过高或者加热时间过长，细小的等轴晶核又会长成粗大晶粒，形成粗晶组织，使金属的力学性能降低，这个现象称为晶粒长大。为避免晶粒长大的发生，应该严格控制加热的温度和时间。
3．锻造流线与锻造比1）锻造流线在锻造时，金属的脆性材料被打碎，顺着金属的主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性，通常称为锻造流线。锻造流线可使金属性能呈各向异性。合理的锻造流线能有效地提高锻造性能，所以，在设计零件时，需要考虑到锻造流线的分布。
2）锻造比锻造比是金属热变形时的变形程度。锻造比通常用变形前后的截面比、长度比或高度比来表示。锻造时，在一定范围内，金属的力学性能随着锻造比的升高而增强。
10.1.3坯料的加热与锻件的冷却1．坯料的加热锻造前加热坯料是为了获得单相的奥氏体组织。奥氏体组织具有良好