金屬的塑性成形

1,第三章金屬的塑性成形,2,一、工藝基礎(chǔ),1、本質(zhì)利用固態(tài)金屬的塑性，使其受力，改變形狀、尺寸并改善組織，性能，獲得所需形狀、尺寸和可靠性能的毛坯或零件。,3,2、條件）塑性材料。低碳鋼、鋁、銅合金最好；）受力塑性變形、滿足屈服條件：s（材料屈服強(qiáng)度）。,4,、方法）鍛造自由鍛造和模膛鍛造,自由鍛造,模膛鍛造,5,）板料沖壓（又稱薄板沖壓和冷沖壓）,6,）冷拔和冷鐓,7,）軋制、擠壓等,8,、組織和性能,）冷變形后的組織與性能鋼鐵、鋁、銅合金在室溫下的塑性加工屬于冷加工。特點(diǎn)：脆性碳化物晶粒破碎，固溶體晶粒被拉長(zhǎng)，強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，出現(xiàn)冷變形強(qiáng)化且各向異性；伴隨有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。,9,）加熱時(shí)冷變形金屬的組織與性能的改變,條件：加熱溫度高于再結(jié)晶溫度，即：TT再（0.50.7）T熔（K）。,出現(xiàn)再結(jié)晶，原子重新排列。此稱熱變形。,10,性能變化：去除殘余內(nèi)應(yīng)力；消除加工硬化（冷變形硬化）；恢復(fù)良好塑性；為進(jìn)一步冷加工變形創(chuàng)造條件；,組織變化：形成鍛造流線，即纖維組織，凸顯性能各向異性。,11,拔長(zhǎng)時(shí)（軸、桿類(lèi)零件）Y拔F0/F(橫截面積比)；鐓粗時(shí)（輪、餅類(lèi)零件）Y鐓H0/H(高度比)。,前提：滿足一定變形量的要求。,變形量：用鍛造比Y表示,一般控制在Y=23。,應(yīng)用：鍛造纖維圍繞零件外形連續(xù)分布而不被切斷,12,、鋼的鍛造性及其影響因素,影響因素：合金成份、原晶體形態(tài)、變形溫度、變形速度等。,鍛造性衡量指標(biāo)：金屬塑性和變形抗力。,鍛造性是衡量金屬熱態(tài)塑性變形的難易程度。,13,常用金屬材料的鍛造溫度范圍（始鍛溫度終鍛溫度）,碳鋼：1200800()合金鋼：1150800()合金工具鋼（高速鋼）：1180900()不銹鋼：1300850()鋁合金：480380()銅合金：900700(),14,復(fù)習(xí)題,說(shuō)明金屬塑性成形的條件和方法。何謂金屬冷變形和熱變形？同種金屬材料分別經(jīng)過(guò)冷、熱變形，其組織和性能有何差異？何謂金屬再結(jié)晶？說(shuō)明金屬鍛造性的意義，有哪些影響因素？什么是鍛造流線（即）？在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)應(yīng)如何分布鍛造流線？金屬鍛造時(shí)，為什么要加熱？鋼的鍛造溫度大致限制在什么范圍內(nèi)？,15,二、鍛造方法與工藝,、自由鍛造垂直方向（Z向）受力；水平方向（X、Y向）自由變形。,16,設(shè)備：空氣錘、蒸汽空氣錘；,工具：平砧鐵、V形砧等；,17,工序：鐓粗、拔長(zhǎng)、彎曲、沖孔、切斷等；,18,應(yīng)用：?jiǎn)渭?、小批量生產(chǎn),大型鍛件的唯一鍛造方法；,19,、模膛鍛造金屬熱坯在鍛模模膛內(nèi)三向壓應(yīng)力狀態(tài)下的塑性變形。,特點(diǎn)：鍛件精度高，鍛造曲線合理，力學(xué)性能好；生產(chǎn)效率高；金屬消耗少。,20,應(yīng)用：能鍛制難以形成的復(fù)雜鍛件，如汽車(chē)連桿、前梁、曲軸等。,21,）鍛模材料要求：高溫下具有足夠的強(qiáng)度、硬度、韌性耐磨性、抗熱疲勞性、回火穩(wěn)定性等。,熱處理：淬火中溫回火（400500）,鋼種：熱作模具鋼CrNiMo4Cr5MoSiV(H11)4Cr5MoSiV1(H13)等。,工作溫度：400600,、鍛模,22,2）功能模膛上下模腔封閉時(shí)所構(gòu)成的模膛，每個(gè)鍛模模膛完成一定功能。,23,制坯模膛改變坯料橫截面積與形狀，為最終成形做準(zhǔn)備。包括：拔長(zhǎng)模膛：減小橫截面積，增加長(zhǎng)度。滾壓模膛：改變各橫截面上坯料分布，滾圓。彎曲模膛：改變坯料軸線呈彎曲坯料。,拔長(zhǎng)模膛,滾壓模膛,彎曲模膛,24,成形模膛（模鍛模膛）預(yù)鍛模膛：使坯料形狀、尺寸更接近鍛件，一般不設(shè)置飛邊槽。終鍛模膛：最終變形到所需要的外形與尺寸，分模面四周設(shè)有飛邊槽。,25,）飛邊與沖孔連皮飛邊坯料沿分模面鍛擠出來(lái)的部分多余金屬，于飛邊槽內(nèi)積聚而成。飛邊槽的作用：容納多余金屬形成飛邊；飛邊先冷卻，增加坯料流動(dòng)阻力，便于金屬充滿模膛。,26,沖孔連皮：對(duì)于通孔鍛件，孔的中部垂直橫截面上下預(yù)留一薄層金屬而不貫通，稱為沖孔連皮，以防止上、下模的沖孔凸模不至直接相撞。,飛邊與沖孔連皮通過(guò)切邊與沖孔而至終消除。,27,、模鍛設(shè)備,模鍛錘：通過(guò)壓縮空氣和高壓蒸氣推動(dòng)活塞、錘桿、鍛錘，對(duì)坯料產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊而使坯料鍛造成形，既可用于自由鍛，也可用于模膛鍛造。,噸位：以活塞、錘桿、鍛錘質(zhì)量和表示，即：m總m活塞m錘桿m錘如500kg空氣錘：m總500kg10t模鍛錘：m總10t,28,熱模鍛壓力機(jī),29,噸位：滑塊運(yùn)行到接近下死點(diǎn)所產(chǎn)生的最大壓力。東風(fēng)公司鍛造廠用于熱模鍛的曲柄壓力機(jī)的噸位有2000t、4000t、8000t。最大噸位為12000t(1200MN)。,優(yōu)點(diǎn)：鍛造成形原于靜壓力，無(wú)震動(dòng)，噪音小；金屬在模膛中流動(dòng)稍緩，有利于成形和獲得良好的力學(xué)性能；生產(chǎn)效率高，鍛件質(zhì)量好。,30,平鍛機(jī)即臥式曲柄壓力機(jī)，主滑塊為水平直線運(yùn)動(dòng)。,主要用于鍛造帶凸緣的長(zhǎng)軸類(lèi)鍛件（汽車(chē)半軸）、環(huán)形鍛件（軸承套圈，雙聯(lián)齒輪鍛件等）。,31,水壓機(jī)噸位（靜壓力）大，大型鍛件生產(chǎn)的自由鍛造設(shè)備。最大噸位達(dá)3.5萬(wàn)噸。,32,、自由鍛造工藝,）繪制鍛件圖在零件圖中放上加工余量，規(guī)定鍛件尺寸公差，追加工藝余塊（簡(jiǎn)化形狀，便于成形），用雙點(diǎn)畫(huà)線表示零件輪廓。,33,）計(jì)算坯料及尺寸G坯G鍛G燒損G料損燒損率：油爐2%3%；煤氣爐1.5%2.5%；電阻爐1%1.5%。,3）確定鍛造溫度范圍碳鋼：始鍛溫度1200；終鍛溫度800。,34,4）確定變形工序鐓粗、拔長(zhǎng)、彎曲、沖孔等。依零件不同而不同。,35,36,5）編寫(xiě)鍛造工藝卡（以帶中心孔的盤(pán)類(lèi)鍛件例）,37,38,、模鍛工藝與鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),）繪制模鍛件圖鍛模設(shè)計(jì)的依據(jù),39,設(shè)計(jì)內(nèi)容：確定分模面上、下鍛模的分界面原則：選擇鍛件最大水平投影面，模膛深度淺且沿分模面對(duì)稱。,40,追加加工余量、工藝余塊，規(guī)定鍛件公差。設(shè)計(jì)模鍛斜度和鍛造圓角。,41,）選定模鍛工步，確定鍛模模膛。,一類(lèi)是長(zhǎng)軸類(lèi)零件，如臺(tái)階軸、曲軸、連桿、彎曲搖臂等。一般常采用拔長(zhǎng)、滾壓、彎曲、預(yù)鍛和終鍛等工步。,模鍛件按形狀可分為兩類(lèi)：,根據(jù)鍛件的形狀和尺寸來(lái)定。,42,另一類(lèi)為盤(pán)類(lèi)鍛件，如齒輪、法蘭盤(pán)等。一般常采用鐓粗、預(yù)鍛和終鍛等工步。,43,6）鍛造生產(chǎn)自動(dòng)線,）確定后續(xù)工序切邊、沖孔、校正、熱處理及表面氧化皮清理等。,）選擇鍛造設(shè)備。,44,7、鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝性要點(diǎn),零件結(jié)構(gòu)要符合鍛造工藝性要求，使之結(jié)構(gòu)合理，鍛造方便、節(jié)約金屬、保證鍛件質(zhì)量和能夠提高生產(chǎn)效率。,自由鍛件：1）自由鍛件設(shè)計(jì)要避免錐體和斜面結(jié)構(gòu)；,45,2）鍛件由數(shù)個(gè)簡(jiǎn)單幾何體構(gòu)成時(shí)，幾何體的交接處不應(yīng)保留空間相貫曲線；,46,3）自由鍛鍛件上不允許設(shè)計(jì)出加強(qiáng)筋、凸臺(tái)、工字形截面和空間無(wú)規(guī)則曲面形狀；,47,4）鍛件形狀較復(fù)雜時(shí)，可設(shè)計(jì)成幾個(gè)簡(jiǎn)單件構(gòu)成的組焊或裝配結(jié)構(gòu)；,48,模鍛件：,1）有一個(gè)合理的分模面；2）外形力求簡(jiǎn)單、平直和上下對(duì)稱；3）對(duì)垂直于分模面的非加工表面應(yīng)設(shè)計(jì)出模鍛斜度和鍛造圓角。,49,4）避免薄壁、高筋、局部凸起等結(jié)構(gòu)。,50,5）在可能條件下，應(yīng)采用鍛焊組合工藝，以簡(jiǎn)化鍛造工藝和降低制造成本。,51,復(fù)習(xí)題,自由鍛造和模膛鍛造有何區(qū)別？分別說(shuō)明其一般工序或工步的安排。模膛鍛造中，對(duì)鍛模材料有何性能要求？一般選用哪些材料和熱處理工藝？鍛造（包括自由鍛造和模膛鍛造）要用到哪些設(shè)備?如何確定鍛錘和壓力機(jī)的噸位？4.編制自由鍛造工藝包含哪些內(nèi)容？,52,編制模膛鍛造工藝包含哪些內(nèi)容？舉例說(shuō)明如何選擇鍛模分模面。分析飛邊槽和沖孔連皮的作用。7.東風(fēng)公司鍛造廠在鍛造生產(chǎn)自動(dòng)線上生產(chǎn)汽車(chē)前梁等鍛件的鍛造工步是如何安排的?試以工步流程布置框圖予以說(shuō)明。8.分析鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝性。請(qǐng)?jiān)诮滩幕騾⒖紩?shū)中自選典型圖例加以說(shuō)明和改進(jìn)創(chuàng)新（至少五例）。,53,三、板料沖壓（錄象）,前提：塑性良好的薄板容易成形，可以沖壓成復(fù)雜空間立體零件，且省料、省力，產(chǎn)品精度高，表面質(zhì)量好。,54,板料要求：低碳鋼、鋁、銅、鎂合金等。厚度一般不超過(guò)10mm，表面無(wú)傷痕。設(shè)備：剪板機(jī)（剪成條料）、沖床、液壓機(jī)等。,55,沖壓基本工序,）金屬板料的分離過(guò)程沖裁模的凸模（頭）與凹模都有鋒利刃口。兩者間有間隙。,、分離工序（沖裁）包括落料和沖孔。分別在落料和沖孔模中進(jìn)行。,分兩類(lèi)：一類(lèi)是分離工序；一類(lèi)是變形工序。,56,板料分離過(guò)程三階段：彈性變形階段；塑性變形階段，出現(xiàn)微裂紋；斷裂分離階段。,板料分離斷口有：塌角（圓形）、光亮帶、斷裂帶與毛刺四個(gè)區(qū)域。光亮帶（垂直斷面）所占板厚比例通常是1/21/3。該比例越大，表明零件尺寸精度越高。,57,）沖裁模間隙：凸、凹模間合理間隙（雙邊間隙和）一般取板厚的1%左右。間隙既不能太小，也不能過(guò)大。關(guān)系到產(chǎn)品尺寸精度，也影響模具使用壽命。,Z/2,D凹,D凸,58,落料模（D凸、D凹）凹模刃口尺寸等于工件外形尺寸。即：D凹D件；D凸D件Z（間隙）。,）凸、凹?；境叽?59,沖孔模（d凸、d凹）以孔徑先定凸模尺寸。即：d凸d孔；d凹d孔Z（間隙）。,注意：落料件與孔徑有公差時(shí)，D凹（落料）取工件最小極限尺寸（D）；d凸（沖孔）取孔的最大極限尺寸（d+）。,60,）沖裁力（F）的計(jì)算對(duì)于平刃沖模FKLS式中F沖裁力（N）；L沖裁周邊長(zhǎng)度（mm）；S板材厚度（mm）；抗剪強(qiáng)度（MPa或N/mm2）；K經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取K。,61,）排樣即沖裁件在板料或條料件上的合理排列，以提高材料利用率。排樣分為無(wú)搭邊排樣和有搭邊排樣。,62,、變形工序包括彎曲、拉深、翻邊和局部成形等。汽車(chē)車(chē)身覆蓋件主要由這四大成形工序完成。,63,）彎曲：彎曲在彎曲模中進(jìn)行。以彎曲角和彎曲半徑r表示彎曲變形量的大小。,坯料外層為拉伸變形，內(nèi)層為壓縮變形，中部為中性層，應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)榱恪?64,最小彎曲半徑rmin決定于板料厚度和板材塑性大小，可?。簉min（0.11）S,卸料（工件自模中托起）后，工件彎曲角增大，即出現(xiàn)回彈。模具設(shè)計(jì)時(shí)，要補(bǔ)償回彈角，即：式中：工件彎曲角；模具角；,S板厚，/mm,65,彎曲軸線與板料纖維流向垂直。,66,）拉深意義：在拉深模中使平板件受力成形為空心立體件。,67,m：拉深變形后的制件直徑d件與坯料直徑D坯之比。即：md件D坯,變形量控制拉深系數(shù)m,一般極限拉深系數(shù)?。簃min0.50.8（低碳鋼板）m越小，一次拉深變形量大。m越大（1），則拉深變形量小。,68,如果總的拉深系數(shù)小于極限拉深系數(shù)，則需多次拉深才能最終成形。,69,凸凹模間隙取Z（1.11.2）S（板厚）/mm。,拉深模的結(jié)構(gòu)參數(shù),凸、凹模為圓角，不得為鋒利刃口。取R凹（515）S（板厚）/mm；R凸（0.61）R凹/mm；,70,壓邊拉深時(shí)通常要對(duì)板料邊緣進(jìn)行壓邊，凹模內(nèi)需要潤(rùn)滑。,71,拉深廢品及缺陷,起皺,拉裂,72,變形量用翻邊系數(shù)K控制，即K0d0/D式中d0預(yù)制孔徑（先沖孔得到）/mm；D翻邊后孔徑/mm。,）翻邊,使帶有預(yù)制孔的坯料沿孔口周?chē)鸲@得凸緣的工序。,73,）局部變形包括脹形、旋壓、壓肋、壓花（字）等。,74,旋壓,壓肋,75,3、沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性,（1）對(duì)沖裁件的要求,沖裁件的形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱，有利于材料的合理利用，同時(shí)應(yīng)避免長(zhǎng)槽與細(xì)長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)，否則模具制造困難。沖裁件的內(nèi)外轉(zhuǎn)角處，也要圓弧連接，避免尖角。,76,（2）對(duì)彎曲件的要求,彎曲件形狀應(yīng)盡量對(duì)稱，彎曲半徑不能小于材料允許的最小彎曲半徑，并考慮材料纖維方向，以免成形過(guò)程中彎裂。,77,（3）對(duì)拉深件的要求,拉深件外形應(yīng)簡(jiǎn)單、對(duì)稱，且不宜太高。以便使拉深次數(shù)盡量少，并容易成形。拉深件的圓角半徑如圖所示。應(yīng)滿足：rds，R2s，r35。否則，應(yīng)增加整形工序。,78,（4）改進(jìn)結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化工藝及節(jié)省材料,1)采用沖焊結(jié)構(gòu),對(duì)于形狀復(fù)雜的沖壓件、可先分別沖制若干個(gè)簡(jiǎn)單件，然后再焊接成整體件,79,2)采用沖口工藝，以減少組合件數(shù)量,80,3)在使用性能不變的情況下，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化拉深件結(jié)構(gòu)，以便減少工序，節(jié)省材料，降低成本。,如消聲器后蓋零件結(jié)構(gòu)，通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)，材料減少50。,81,4、沖壓模分類(lèi)及結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)單模（單工序模）,82,級(jí)進(jìn)模（連續(xù)模）壓機(jī)一次行程中，在模具不同工位同時(shí)完成多道沖壓工序。,83,復(fù)合模壓機(jī)一次行程中，在模具中心同一位置完成多道工序（兩道以上）的沖壓模具。一般講，凸模中有凹模（凸凹