第三篇金屬塑性成形壓力加工

1、河南工程學院教案首頁課程名稱：金屬材料成形基礎(chǔ)任課教師：郝少祥第三篇 金屬塑性成形（壓力加工）計劃學時： 8教學目的和要求：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 先進工藝； 學完本篇要求學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。重點：重點為壓力加工的基本原理和各種壓力加工方法。難點：難點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)點是什么？機器上的重要零件應(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是什么？其主要影響因素有哪些？4 鍛造前對坯料

2、加熱的目的是什么？加熱溫度過高時會產(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，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1力學性能高1）組織致密；2）晶粒細化；3）壓合鑄造缺陷；4）使纖維組織合理分布。2節(jié)約

3、材料1）力學性能高，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、金屬塑性變形的實質(zhì)1.單晶體的塑性變形1）滑移：晶體的一部分相對一部分沿一定的晶面發(fā)生相對滑動。2）孿晶：晶體的一部分相對一部分沿一定的晶面發(fā)生相對轉(zhuǎn)動?；?. 多晶體的塑性變形多晶體塑性變形的實質(zhì)：晶內(nèi)變形晶粒內(nèi)部發(fā)生滑移和孿晶；同時晶粒之間發(fā)生滑移和轉(zhuǎn)動。孿晶晶間變形滑動轉(zhuǎn)動二、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；晶格與晶粒均

4、發(fā)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，其強度和硬度不斷提高，塑性和韌性不斷下降。有利：強化金屬材料。不利：進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，提高了力學性能細化晶粒； 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：材料的抗拉強度提高（2）在垂直于纖維組織的方向上：材料的抗剪強度提高§

5、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成形的難易程度。1 . 可鍛性的衡量指標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變越小，材料的可鍛性越好。應(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. 體積不變定律2.

6、 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蒸汽空氣錘水壓機壓力機油壓機鍛錘噸位 =落下部分總重量 = 活塞+錘頭+錘桿。壓力機噸位 =滑塊運動到下始點時所產(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?。籉增大。1.25H0/D02.52. 拔長：F減?。籐增大。3. 沖孔：4. 彎曲：5. 扭轉(zhuǎn)：6. 錯移：三、自由鍛工藝規(guī)程的制定1. 鍛件圖的繪制1）機械加工余量2）公差：（1/31/4）余量3）敷料2. 坯料重量和尺寸的計算G坯 = （1+k）G鍛K 消耗系數(shù)G坯 =

7、 G鍛+G料頭+G芯料+G燒拔長：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：長軸類鍛件：3 . 鍛造工序的選擇軸、桿類零件：鐓粗、拔長筒類零件：鐓粗、沖孔、在芯軸上拔長盤類、環(huán)類零件：鐓粗（拔長及鐓粗）、沖孔（芯軸上擴孔）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 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. 避免加強筋和凸臺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：1）生產(chǎn)率高；2）鍛件的尺寸

8、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、公差和敷料加工余量：

9、14mm；公差：0.33mm3）設(shè)計模鍛斜度外壁斜度：57 0；內(nèi)壁斜度：712 0。4）設(shè)計模鍛圓角外圓角：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)力求簡單、對稱、平直；3. 避免薄壁、高筋、凸起等結(jié)構(gòu)；4. 避免設(shè)計深孔、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、小型鍛件的

10、批量生產(chǎn)。§3 板料沖壓利用沖模對金屬板料施加壓力，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：400多個；三米收割機：1000多個。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（一）分離工序使坯料的一部分相對另一部分產(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)；1毛刺4

11、2）沖裁模設(shè)計及沖裁工藝特點 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)計基準。1D凹 = d落；D凸= D凹 - Z沖孔：為制得件1。以凸模為設(shè)計基準。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 沖裁件周邊長度（mm）；K 安全系數(shù)（1.3）；t 坯料的抗剪強度（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。IT9

12、-IT7 Ra = 1.6-0.8 mm（二）變形工序使坯料的一部分相對另一部分產(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)計及工藝特點 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 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2）

13、彎曲缺陷：彎裂3）彎曲工藝特點彎曲半徑 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)計補償角；b）對工件進行退火；c）設(shè)計加強筋。3. 翻邊、成形1）翻邊在帶孔的平坯料上用擴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. 簡單沖模沖床在一次行程中只完成一個沖壓工序。2. 連續(xù)沖模沖床在一次行程中在不同的工位同時只完成兩個以上的沖壓工序。3. 復(fù)合沖模沖床在一次行程中在同一工位同時完成兩個以上的沖壓工序。四、沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性1. 沖壓方法對結(jié)構(gòu)工藝性的要求1）對沖裁件的要求 沖裁件的形狀應(yīng)力求簡單、對稱，有利于材料的合理利用； 應(yīng)避免細長槽和細長臂結(jié)構(gòu)； 沖裁件的內(nèi)外轉(zhuǎn)