金屬材料成型基礎(chǔ)4

1、 第三章第三章 金屬的塑性成形（壓力加工）金屬的塑性成形（壓力加工） 重點(diǎn)重點(diǎn)： 1）金屬塑性成形工藝原理）金屬塑性成形工藝原理 2）塑性成形工藝方法）塑性成形工藝方法 3）鍛件、沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性）鍛件、沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性 難點(diǎn)難點(diǎn)： 1）金屬塑性成形工藝原理金屬塑性成形工藝原理 2）塑性成形工藝方法塑性成形工藝方法 概概 述述 一、金屬塑性成形一、金屬塑性成形 金屬材料在金屬材料在外力外力作用下產(chǎn)生作用下產(chǎn)生塑性變形塑性變形，獲得具有一定，獲得具有一定形形 狀、尺寸和力學(xué)性能狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的生產(chǎn)方法。的毛坯或零件的生產(chǎn)方法。 二、金屬塑性成形的基本生產(chǎn)方式二、金屬塑性成形的基本

2、生產(chǎn)方式 1 1軋制軋制 2 2擠壓擠壓 3 3冷拔冷拔 上砥鐵 下砥鐵 坯料 4 4自由鍛造自由鍛造 5 5模型鍛造模型鍛造 6 6板料沖壓板料沖壓 三、塑性成形（壓力加工）的特點(diǎn)三、塑性成形（壓力加工）的特點(diǎn) 1 1力學(xué)性能高力學(xué)性能高 1 1）組織致密；）組織致密； 2 2）晶粒細(xì)化；）晶粒細(xì)化； 3 3）壓合鑄造缺陷；）壓合鑄造缺陷； 4 4）使纖維組織合理分布。）使纖維組織合理分布。 1 1）零件大小不受限制；）零件大小不受限制； 2 2）生產(chǎn)批量不受限制。）生產(chǎn)批量不受限制。 2 2節(jié)約材料節(jié)約材料 1 1）力學(xué)性能高，承載能力提高；）力學(xué)性能高，承載能力提高； 2 2）減少零件制

3、造中的金屬消耗（與切削加工相比）。）減少零件制造中的金屬消耗（與切削加工相比）。 3 3生產(chǎn)率高生產(chǎn)率高 4 4適用范圍廣適用范圍廣 1-1 1-1 金屬的塑性變形與再結(jié)晶金屬的塑性變形與再結(jié)晶 第一節(jié)第一節(jié) 金屬塑性成形工藝原理金屬塑性成形工藝原理 一、金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)一、金屬塑性變形的實(shí)質(zhì) 1. 1.單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形 1 1）滑移：）滑移： 晶體的一部分相對(duì)一部分沿一定的晶面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。晶體的一部分相對(duì)一部分沿一定的晶面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。 但實(shí)際金屬的滑移是靠位錯(cuò)的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 2 2）孿生：）孿生： 晶體的一部分相對(duì)一部分沿一定的晶面發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。晶體的一部分相對(duì)一部分

4、沿一定的晶面發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 2. 2. 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 晶內(nèi)變形晶內(nèi)變形 晶間變形晶間變形 滑移滑移 孿生孿生 滑動(dòng)滑動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) 多晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)：多晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)： 晶粒內(nèi)部發(fā)生滑移和孿生；同時(shí)晶晶粒內(nèi)部發(fā)生滑移和孿生；同時(shí)晶 粒之間發(fā)生滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)。粒之間發(fā)生滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)。 孿晶面孿晶面 孿晶面孿晶面 二、塑性變形后金屬的組織和性能二、塑性變形后金屬的組織和性能 1. 1.冷變形對(duì)金屬組織和性能的影響冷變形對(duì)金屬組織和性能的影響 1 1）組織變化的特征：）組織變化的特征： 晶粒沿變形最大方向伸長(zhǎng)；晶粒沿變形最大方向伸長(zhǎng)； 晶格與晶粒均發(fā)生畸變；晶格與晶粒均發(fā)生畸變；

5、 晶粒間產(chǎn)生碎晶。晶粒間產(chǎn)生碎晶。 2 2）性能變化的特征：）性能變化的特征： 加工硬化：加工硬化： 隨著變形程度的增加，其隨著變形程度的增加，其 強(qiáng)度和硬度不斷提高，塑強(qiáng)度和硬度不斷提高，塑 性和韌性不斷下降。性和韌性不斷下降。 有利：強(qiáng)化金屬材料有利：強(qiáng)化金屬材料 不利：進(jìn)一步的塑性變形帶來(lái)困難不利：進(jìn)一步的塑性變形帶來(lái)困難 02040 6080% 變形程度 360 320 280 240 200 160 120 80 40 700 600 500 400 300 200 100 0 220 180 160 140 120 延 伸率 % 沖 擊韌度/J cm -2 HB 強(qiáng)度極 限/MPa

6、 強(qiáng)度極 限 布氏硬度 延 伸率 % 沖 擊韌度 2. 2. 溫度對(duì)冷變形后金屬組織和性能的影響溫度對(duì)冷變形后金屬組織和性能的影響 T回 回 =(0.25 0.3)T熔熔 3 3）再結(jié)晶）再結(jié)晶T再 再 =( 0.350.4)T熔熔 (K) (K) 1)1)回復(fù)回復(fù) 組織：與冷變形后基本形同組織：與冷變形后基本形同 性能：僅物理性能改變性能：僅物理性能改變 組織：恢復(fù)到冷變形前的狀態(tài)組織：恢復(fù)到冷變形前的狀態(tài) 性能：加工硬化消除性能：加工硬化消除 3. 3. 熱變形及其影響熱變形及其影響 1 1）不產(chǎn)生加工硬化）不產(chǎn)生加工硬化 2 2）使組織得到改善，提高了力學(xué)性能）使組織得到改善，提高了力學(xué)

7、性能 細(xì)化晶粒；細(xì)化晶粒； 壓合了鑄造缺陷；壓合了鑄造缺陷； 組織致密。組織致密。 T T再 再冷變形冷變形熱變形熱變形 以上以上以下以下 發(fā)生了動(dòng)態(tài)恢復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生了動(dòng)態(tài)恢復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 3 3）形成纖維組織）形成纖維組織 在熱變形過(guò)程中，材料內(nèi)部的夾雜物及其它非基體物質(zhì)。沿在熱變形過(guò)程中，材料內(nèi)部的夾雜物及其它非基體物質(zhì)。沿 塑性變形方向所形成的流線組織，稱為纖維（流線）組織。塑性變形方向所形成的流線組織，稱為纖維（流線）組織。 （1 1）在）在平行平行于纖維組織的方向上：材料的于纖維組織的方向上：材料的抗拉強(qiáng)度提高抗拉強(qiáng)度提高 （2 2）在垂直于纖維組織的方向上：材料的）在垂直于纖維

8、組織的方向上：材料的抗剪強(qiáng)度提高抗剪強(qiáng)度提高 第二節(jié)第二節(jié) 金屬塑性成形工藝方法金屬塑性成形工藝方法 2-1 2-1 自由鍛造自由鍛造 一、自由鍛設(shè)備一、自由鍛設(shè)備 鍛錘鍛錘 壓力機(jī)壓力機(jī) 空氣錘空氣錘 蒸汽蒸汽空氣錘空氣錘 水壓機(jī)水壓機(jī) 油壓機(jī)油壓機(jī) 65750Kg 630Kg5T 落下部分總重量落下部分總重量 = = 活塞活塞+ +錘頭錘頭+ +錘桿錘桿 滑塊運(yùn)動(dòng)到下始點(diǎn)時(shí)所產(chǎn)生的最大壓力滑塊運(yùn)動(dòng)到下始點(diǎn)時(shí)所產(chǎn)生的最大壓力 鍛錘噸位鍛錘噸位 = = 壓力機(jī)噸位壓力機(jī)噸位 = = 二、自由鍛基本工序二、自由鍛基本工序 基本工序基本工序 完成鍛件基本變形和成形的工序。完成鍛件基本變形和成形的工

9、序。 H 完全礅粗 局部礅粗 ，S S 1.25 H0/D0 2.5 3. 3. 沖孔：沖孔： 4. 4. 彎曲：彎曲： 5. 5. 扭轉(zhuǎn)：扭轉(zhuǎn)： 6. 6. 錯(cuò)移：錯(cuò)移： 1. 1. 礅粗：礅粗： 2. 2. 拔長(zhǎng)：拔長(zhǎng)： ，S S L L 芯軸拔長(zhǎng) 芯軸擴(kuò)孔 2-2 2-2 模型鍛造模型鍛造 模型鍛造模型鍛造 將金屬坯料放在具有一定形狀的模鍛模膛將金屬坯料放在具有一定形狀的模鍛模膛 內(nèi)受壓、變形，獲得鍛件的方法。內(nèi)受壓、變形，獲得鍛件的方法。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）生產(chǎn)率高；）生產(chǎn)率高； 2 2）鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量高；）鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量高； 3 3）材料利用率高；）材料利用率高

10、；4 4）可鍛造形狀較復(fù)雜的零件；）可鍛造形狀較復(fù)雜的零件； 5 5）模具成本高、設(shè)備昂貴；）模具成本高、設(shè)備昂貴； 6 6）鍛件不能任意大。）鍛件不能任意大。一般不得超過(guò)一般不得超過(guò)150kg150kg。 一、錘上模鍛一、錘上模鍛 （一）錘上模鍛設(shè)備（一）錘上模鍛設(shè)備 蒸汽蒸汽空氣模鍛捶空氣模鍛捶 應(yīng)用：形狀較復(fù)雜的中小型鍛件的成批、大量生產(chǎn)。應(yīng)用：形狀較復(fù)雜的中小型鍛件的成批、大量生產(chǎn)。 （二）鍛模結(jié)構(gòu)（二）鍛模結(jié)構(gòu) 鍛模鍛模 模膛模膛 飛邊槽飛邊槽 橋部橋部 倉(cāng)部倉(cāng)部 形成鍛件基本形狀和尺寸的空腔。形成鍛件基本形狀和尺寸的空腔。 容納多余的金屬。容納多余的金屬。 增加金屬流動(dòng)的阻力，促使

11、金屬充滿模膛。增加金屬流動(dòng)的阻力，促使金屬充滿模膛。 （三）模膛的分類（三）模膛的分類 模膛模膛 模鍛模膛模鍛模膛 制坯模膛制坯模膛 終鍛模膛終鍛模膛 預(yù)鍛模膛預(yù)鍛模膛 延伸模膛延伸模膛 滾壓模膛滾壓模膛 彎曲模膛彎曲模膛 切斷模膛切斷模膛 （四）鍛模工藝規(guī)程的制定（四）鍛模工藝規(guī)程的制定 1. 1. 繪制鍛件圖繪制鍛件圖 1 1）分模面的選擇）分模面的選擇 分模面應(yīng)選在鍛件的分模面應(yīng)選在鍛件的最大截面處最大截面處； 分模面的選擇應(yīng)使模膛分模面的選擇應(yīng)使模膛淺而對(duì)稱淺而對(duì)稱； 分模面的選擇應(yīng)使鍛件上所分模面的選擇應(yīng)使鍛件上所加敷料最少加敷料最少； 分模面應(yīng)最好是分模面應(yīng)最好是平直面平直面。 a

12、a cc dd b b 2)2)確定加工余量、公差和敷料確定加工余量、公差和敷料 加工余量：加工余量：14mm14mm 公差：公差：0.33mm0.33mm 3 3）設(shè)計(jì)模鍛斜度）設(shè)計(jì)模鍛斜度 外壁斜度：外壁斜度：57 57 0 0 內(nèi)壁斜度：內(nèi)壁斜度：712 712 0 0 4 4）設(shè)計(jì)模鍛圓角）設(shè)計(jì)模鍛圓角 外圓角：外圓角：r = 1.512mmr = 1.512mm 內(nèi)圓角：內(nèi)圓角：R=R=（2323）r r 5 5）確定沖孔連皮）確定沖孔連皮 2. 2. 確定模鍛工序確定模鍛工序 1 1）基本工序）基本工序 圓盤類零件：鐓粗圓盤類零件：鐓粗 預(yù)鍛預(yù)鍛 終鍛終鍛 長(zhǎng)桿類零件：制坯長(zhǎng)桿類零

13、件：制坯 預(yù)鍛預(yù)鍛 終鍛終鍛 2 2）修正工序）修正工序 切邊；沖孔； 校正； 熱處理；清理。 汽車凸輪軸汽車凸輪軸 工序：拔長(zhǎng)、滾擠、預(yù)鍛、終鍛、切邊。工序：拔長(zhǎng)、滾擠、預(yù)鍛、終鍛、切邊。 2-3 2-3 板料沖壓板料沖壓 利用沖模對(duì)金屬板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形獲利用沖模對(duì)金屬板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形獲 得所需零件的工藝方法。得所需零件的工藝方法。 冷沖壓冷沖壓： t 8 mm 拖拉機(jī)：拖拉機(jī)：400400多個(gè)。多個(gè)。 三米收割機(jī)：三米收割機(jī)：10001000多個(gè)。多個(gè)。 一、沖壓設(shè)備一、沖壓設(shè)備 1. 1. 剪床：剪床： 2. 2. 沖床：沖床： 下料設(shè)備下料設(shè)備 1 1）

14、斜刃剪）斜刃剪 2 2）平刃剪）平刃剪 3 3）圓盤剪）圓盤剪 沖壓設(shè)備沖壓設(shè)備 1 1）開式?jīng)_床）開式?jīng)_床 2 2）閉式?jīng)_床）閉式?jīng)_床 二、沖壓基本工序及變形特點(diǎn)二、沖壓基本工序及變形特點(diǎn) （一）分離工序（一）分離工序 使坯料的一部分相對(duì)另一部分產(chǎn)生分離的工序。使坯料的一部分相對(duì)另一部分產(chǎn)生分離的工序。 （沖孔、落料、修正、剪切、切邊等）（沖孔、落料、修正、剪切、切邊等） 1. 1. 沖裁（落料、沖孔）沖裁（落料、沖孔） 1 1）沖裁的變形過(guò)程）沖裁的變形過(guò)程 彈性變形階段彈性變形階段 塑性變形階段塑性變形階段 斷裂、分離階段斷裂、分離階段 塑性變形階段塑性變形階段 彈性變形階段彈性變形階段

15、 斷裂分離階斷裂分離階 段段 使坯料沿封閉輪廓分離的工序。使坯料沿封閉輪廓分離的工序。 1 1 2 2 3 3 4 4 1 1塌角區(qū)塌角區(qū) 2 2光亮帶區(qū)光亮帶區(qū) 3 3 剪裂帶區(qū)剪裂帶區(qū) 4 4毛刺毛刺 2 2）沖裁模設(shè)計(jì)及沖裁工藝特點(diǎn)）沖裁模設(shè)計(jì)及沖裁工藝特點(diǎn) 凸凹模要具有鋒利的刃口凸凹模要具有鋒利的刃口 凸凹模間隙要合理凸凹模間隙要合理 Z Z 雙邊間隙雙邊間隙Z = （5%10%）t 凸凹凸凹模刃口尺寸要正確模刃口尺寸要正確 落料：以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)落料：以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn) D凹 凹 = d落落 D凸 凸= D凹凹 - Z D凸 凸 = d孔孔 D凹 凹 = D凸凸 + Z 沖孔：以凸模為

16、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)沖孔：以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 排樣要合理排樣要合理 排樣：沖裁件在板料上的布置方式。排樣：沖裁件在板料上的布置方式。 有接邊排樣有接邊排樣 少無(wú)接邊排樣少無(wú)接邊排樣 1 2 （二）變形工序（二）變形工序 使坯料的一部分相對(duì)一部分產(chǎn)生位移而不被破壞的工序。使坯料的一部分相對(duì)一部分產(chǎn)生位移而不被破壞的工序。 （拉深、彎曲、翻邊、成形等）（拉深、彎曲、翻邊、成形等） 1 . 1 . 拉深拉深 D 2 dD h 使坯料在凸模的作用下壓入凹模，使坯料在凸模的作用下壓入凹模， 獲得空心體零件的沖壓工序。獲得空心體零件的沖壓工序。 1 1）拉深變形過(guò)程）拉深變形過(guò)程 d d d h h 2 2）拉深廢品）

17、拉深廢品 拉裂（拉穿）拉裂（拉穿） 起皺起皺 3 3）拉深模設(shè)計(jì)及工藝特點(diǎn)）拉深模設(shè)計(jì)及工藝特點(diǎn) 凸凹模的工作部分必須具有一定的圓角；凸凹模的工作部分必須具有一定的圓角； r r凹 凹=(6 =(610)t r10)t r凸 凸= =（ （0.60.61 1）r r凹 凹 凸凹模間隙要合理凸凹模間隙要合理 Z =Z =（1.1-1.21.1-1.2）t t Z Z 單邊間隙單邊間隙 控制拉深系數(shù)（控制拉深系數(shù)（mm） m = d/D =m = d/D =（0.5-0.80.5-0.8） D=100d=20；h=42 d1=55d2=32 32/55=0.5832/55=0.58 d3=20 2

18、0/32=0.62820/32=0.628 設(shè)置壓邊圈設(shè)置壓邊圈 涂潤(rùn)滑油涂潤(rùn)滑油 2. 2. 彎曲彎曲 將平直板料彎成一定的將平直板料彎成一定的 角度或圓弧的工序。角度或圓弧的工序。 1 1）彎曲的變形特點(diǎn)）彎曲的變形特點(diǎn) 變形區(qū)域主要在圓角部位；變形區(qū)域主要在圓角部位； 外層金屬受拉應(yīng)力，內(nèi)層金屬受壓應(yīng)力。外層金屬受拉應(yīng)力，內(nèi)層金屬受壓應(yīng)力。 2 2）彎曲缺陷）彎曲缺陷 彎裂彎裂回彈回彈 3 3）彎曲工藝特點(diǎn)）彎曲工藝特點(diǎn) 彎曲半徑彎曲半徑 rrrrmin min= =（ （0.25-10.25-1）t t ； 毛刺應(yīng)位于內(nèi)側(cè)；毛刺應(yīng)位于內(nèi)側(cè)； 彎曲線應(yīng)盡量與坯料纖維方向垂直；彎曲線應(yīng)盡量與坯料纖維方向垂直； “ “回彈回彈”問(wèn)題問(wèn)題 a a）設(shè)計(jì)補(bǔ)償角）設(shè)計(jì)補(bǔ)償角 b b）對(duì)工件進(jìn)行）對(duì)工件進(jìn)行退火退火 c c）設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋）設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋 3. 3. 翻邊、成形翻邊、成形 1 1）翻邊）翻邊 在帶孔的平坯料上在帶