《授課教案》第三篇 金屬塑性成形(壓力加工)3

1、教案首頁課程名稱 ：金屬材料成形基礎(chǔ) 任課教師：徐曉峰第三篇 金屬塑性成形 （壓力加工） 計(jì)劃學(xué)時(shí)： 8教學(xué)目的和要求：本篇主要介紹了壓力加工的基本原理、各種壓力加工方法及壓力加工 先進(jìn)工藝； 學(xué)完本篇要求學(xué)生了解并掌握壓力加工的基本原理、各種壓力加工方法、零件的結(jié)構(gòu)工藝性和鍛件及沖壓件工藝設(shè)計(jì)。重點(diǎn)：重點(diǎn)為壓力加工的基本原理和各種壓力加工方法。 難點(diǎn)：難點(diǎn)為各種壓力加工方法和壓力加工基本原理。思考題：1 鍛件與鑄件相比，最顯著的優(yōu)點(diǎn)是什么？機(jī)器上的重要零件應(yīng)選用何種制件做毛坯？為什么？2 何為加工硬化？如何消除或利用它？3 金屬可鍛性的衡量指標(biāo)是什么？其主要影響因素有哪些？4 鍛造前對(duì)坯料加

2、熱的目的是什么？加熱溫度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么缺陷？5 自由鍛工藝規(guī)程包括哪些內(nèi)容？如何繪制自由鍛件圖？需要考慮哪些因素？6 成批生產(chǎn)外徑為40mm、內(nèi)徑為20mm、厚度為2mm的墊圈時(shí)，應(yīng)選用何種模具結(jié)構(gòu)才能保證孔與外圓的同軸度？為什么？第三篇 金屬塑性成型概 述一、金屬塑性成形（壓力加工）金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的生產(chǎn)方法。二、塑性成形的基本生產(chǎn)方式1軋制 ；2擠壓；3拉拔；4自由鍛造；5模型鍛造；6板料沖壓上砥鐵下砥鐵坯料三、塑性成形（壓力加工）的特點(diǎn)1力學(xué)性能高1）組織致密；2）晶粒細(xì)化；3）壓合鑄造缺陷；4）使纖維組織合理分布。2節(jié)約材

3、料1）力學(xué)性能高，承載能力提高；2）減少零件制造中的金屬消耗（與切削加工相比）。3生產(chǎn)率高4適用范圍廣1）零件大小不受限制；2）生產(chǎn)批量不受限制。第一章 金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)§1 金屬的塑性成形原理一、金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)1.單晶體的塑性變形1）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)。2）孿晶：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)?；?. 多晶體的塑性變形多晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)：晶內(nèi)變形晶粒內(nèi)部發(fā)生滑移和孿晶；同時(shí)晶粒之間發(fā)生滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)。孿晶晶間變形滑動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)二、塑性變形后金屬的組織和性能1.冷變形及其影響1）組織變化的特征：晶粒沿變形最大方向伸長(zhǎng)；晶格與晶粒均發(fā)

4、生畸變；晶粒間產(chǎn)生碎晶。2）性能變化的特征：加工硬化：隨著變形程度的增加，其強(qiáng)度和硬度不斷提高，塑性和韌性不斷下降。有利：強(qiáng)化金屬材料。不利：進(jìn)一步的塑性變形帶來困難。2. 回復(fù)T回 = （0.250.3）T熔 （K）3. 再結(jié)晶T再 = （0.350.4）T熔 （K）冷變形以下以上熱變形T再4 . 熱變形及其影響1）不產(chǎn)生加工硬化2）使組織得到改善，提高了力學(xué)性能 細(xì)化晶粒； 壓合了鑄造缺陷； 組織致密。3）形成纖維組織5 . 纖維組織 塑性變形時(shí)所形成的雜質(zhì)帶。使材料性能具有了方向性。（1）在平行于纖維組織的方向上：材料的抗拉強(qiáng)度提高（2）在垂直于纖維組織的方向上：材料的抗剪強(qiáng)度提高

5、67;2 金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)一、金屬的可鍛性是金屬材料在壓力加工時(shí)成形的難易程度。1 . 可鍛性的衡量指標(biāo)1）塑性：材料的塑性越好，其可鍛性越好。2）變形抗力：材料的變形抗力越小，其可鍛性越好。2 . 影響可鍛性的因素1）金屬的本質(zhì)化學(xué)成分：Me越低，材料的可鍛性越好。組織狀態(tài)：純金屬和固溶體具有良好的可鍛性。2）變形條件變形溫度：T溫越高，材料的可鍛性越好。變形速度：V變?cè)叫?，材料的可鍛性越好。?yīng)力狀態(tài)：三向壓應(yīng)力 塑性最好、變形抗力最大。 三向拉應(yīng)力 塑性最差、變形抗力最大。二、鍛造溫度范圍始鍛溫度：過熱、過燒 缺陷終鍛溫度：加工硬化45: 1200800三、金屬的變形規(guī)律1. 體積不變

6、定律2. 最小阻力定律第二章 金屬的塑性成形方法§2-1 自由鍛造一、自由鍛設(shè)備65750Kg空氣錘鍛錘630Kg5T蒸汽空氣錘水壓機(jī)壓力機(jī)油壓機(jī)鍛錘噸位 =落下部分總重量 = 活塞+錘頭+錘桿。壓力機(jī)噸位 =滑塊運(yùn)動(dòng)到下始點(diǎn)時(shí)所產(chǎn)生的最大壓力。二、自由鍛基本工序基本工序 完成鍛件基本變形和成形的工序。1. 礅粗：H減??；F增大。1.25H0/D02.52. 拔長(zhǎng)：F減?。籐增大。3. 沖孔：4. 彎曲：5. 扭轉(zhuǎn)：6. 錯(cuò)移：三、自由鍛工藝規(guī)程的制定1. 鍛件圖的繪制1）機(jī)械加工余量2）公差：（1/31/4）余量3）敷料2. 坯料重量和尺寸的計(jì)算G坯 = （1+k）G鍛K 消耗系數(shù)

7、G坯 = G鍛+G料頭+G芯料+G燒拔長(zhǎng)：Y=F坯/F鍛 鐓粗：Y=H坯/H鍛 1.25H0/D02.5所以： 圓截面坯料：所以：長(zhǎng)軸類鍛件：3 . 鍛造工序的選擇軸、桿類零件：鐓粗、拔長(zhǎng)筒類零件：鐓粗、沖孔、在芯軸上拔長(zhǎng)盤類、環(huán)類零件：鐓粗（拔長(zhǎng)及鐓粗）、沖孔（芯軸上擴(kuò)孔）4 . 鍛造溫度范圍及加熱火次的確定5 . 鍛造設(shè)備的選擇6 . 確定工時(shí) 7 . 填寫工藝卡四、自由鍛件結(jié)構(gòu)工藝性1. 避免斜面和錐度2. 避免曲面相交3. 避免加強(qiáng)筋和凸臺(tái)4. 采用組合工藝§2-2 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內(nèi)受壓、變形，獲得鍛件的方法。特點(diǎn)：1）生產(chǎn)率高；2）鍛

8、件的尺寸精度和表面質(zhì)量高；3）材料利用率高；4）可鍛造形狀較復(fù)雜的零件；5）模具成本高、設(shè)備昂貴；6）鍛件不能任意大。一般不得超過150kg。一、錘上模鍛（一）錘上模鍛設(shè)備：蒸汽空氣模鍛捶（二）鍛模結(jié)構(gòu)增加金屬流動(dòng)的阻力，促使金屬充滿模膛。鍛模模膛飛邊槽橋部：形成鍛件基本形狀和尺寸的空腔。倉部：容納多余的金屬。（三）模膛的分類終鍛模膛模鍛模膛預(yù)鍛模膛模膛延伸模膛滾壓模膛制坯模膛彎曲模膛切斷模膛（四）鍛模工藝規(guī)程的制定1. 繪制鍛件圖1）分模面的選擇分模面應(yīng)選在鍛件的最大截面處；分模面的選擇應(yīng)使模膛淺而對(duì)稱；分模面的選擇應(yīng)使鍛件上所加敷料最少；分模面應(yīng)最好是平直面。2)確定加工余量、公差和敷料加

9、工余量：14mm；公差：0.33mm3）設(shè)計(jì)模鍛斜度外壁斜度：57 0；內(nèi)壁斜度：712 0。4）設(shè)計(jì)模鍛圓角外圓角：r = 1.512mm；內(nèi)圓角：R=（23）r5）確定沖孔連皮2. 確定模鍛工序1）基本工序圓盤類零件：鐓粗 預(yù)鍛 終鍛長(zhǎng)桿類零件：制坯 預(yù)鍛 終鍛2）修正工序切邊；沖孔；校正；熱處理；清理。（五）模鍛件結(jié)構(gòu)工藝性1. 易于從鍛模中取出鍛件；2. 零件的外形應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱、平直；3. 避免薄壁、高筋、凸起等結(jié)構(gòu)；4. 避免設(shè)計(jì)深孔、多孔結(jié)構(gòu)；5. 采用鍛焊組合工藝。二、胎模鍛造利用自由鍛設(shè)備在活動(dòng)模具上生產(chǎn)模鍛件的方法。1. 扣模2. 筒模3. 合模應(yīng)用：沒有模鍛設(shè)備的中、小

10、型鍛件的批量生產(chǎn)。§3 板料沖壓利用沖模對(duì)金屬板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形獲得所需零件的工藝方法。冷沖壓：t < 8 mm拖拉機(jī)：400多個(gè)；三米收割機(jī)：1000多個(gè)。一、沖壓設(shè)備1. 剪床：下料設(shè)備1）斜刃剪；2）平刃剪；3）圓盤剪2. 沖床：沖壓設(shè)備1）開式?jīng)_床；2）閉式?jīng)_床二、沖壓基本工序及變形特點(diǎn)（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（沖孔、落料、修正、剪切、切邊等）。1. 沖裁（落料、沖孔）使坯料沿封閉輪廓分離的工序。1）沖裁的變形過程彈性變形階段塑性變形階段斷裂、分離階段43彈性變形階段斷裂分離階段21塑性變形階段剪裂帶區(qū)；3光亮帶區(qū)；2塌角區(qū)；

11、1毛刺42）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； 凸凹模間隙要合理；Z 雙邊間隙；Z = （5%10%）t凸凹模刃口尺寸要正確；落料：為制得件2。以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。1D凹 = d落；D凸= D凹 - Z沖孔：為制得件1。以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。D凸 = d孔；D凹 = D凸 + Z 排樣要合理2排樣：沖裁件在板料上的布置方式。a）有接邊排樣；b）少無接邊排樣。3）沖裁力： （N）L 沖裁件周邊長(zhǎng)度（mm）；K 安全系數(shù)（1.3）；t 坯料的抗剪強(qiáng)度（N/mm2）。t 坯料厚度（mm）；2 . 修正利用修正模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬，切掉剪裂帶和毛刺。提高其尺寸精度降低表面粗糙度

12、。IT9-IT7 Ra = 1.6-0.8 mm（二）變形工序使坯料的一部分相對(duì)另一部分產(chǎn)生位移而不被破壞的工序（拉深、彎曲、翻邊、成形等）。1拉深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。2）拉深廢品 拉裂（拉穿）； 起皺3）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；r凹=10t r凸=（0.6-1）r凹。 凸凹模間隙要合理Z =（1.1-1.2）t；Z 單邊間隙 控制拉深系數(shù)（m）；m = d/D =（0.5-0.8） 設(shè)置壓邊圈 涂潤(rùn)滑油2. 彎曲將平直板料彎成一定的角度或圓弧的工序。1）彎曲的變形特點(diǎn) 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

13、壓應(yīng)力2）彎曲缺陷：彎裂3）彎曲工藝特點(diǎn)彎曲半徑 rrmin=（0.25-1）t ； 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； “回彈”問題：a）設(shè)計(jì)補(bǔ)償角；b）對(duì)工件進(jìn)行退火；c）設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋。3. 翻邊、成形1）翻邊在帶孔的平坯料上用擴(kuò)孔的方法獲得凸緣的工序。2）成形包括：起伏、脹形、壓印等。三、沖模的分類及結(jié)構(gòu)1. 簡(jiǎn)單沖模沖床在一次行程中只完成一個(gè)沖壓工序。2. 連續(xù)沖模沖床在一次行程中在不同的工位同時(shí)只完成兩個(gè)以上的沖壓工序。3. 復(fù)合沖模沖床在一次行程中在同一工位同時(shí)完成兩個(gè)以上的沖壓工序。四、沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性1. 沖壓方法對(duì)結(jié)構(gòu)工藝性的要求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； 應(yīng)避免細(xì)長(zhǎng)槽和細(xì)長(zhǎng)臂結(jié)構(gòu)； 沖裁件的內(nèi)外轉(zhuǎn)角