《壓力加工方法》

1、第12章 金屬壓力加工方法12.1 鍛造 利用沖擊力或壓力使金屬在抵鐵間或鍛模中產(chǎn)生變形，從而得到所需形狀及尺寸的鍛件的方法稱為鍛造。12.1.1 自由鍛 自由鍛是利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩抵鐵之間產(chǎn)生變形，從而得到所需形狀及尺寸的鍛件的方法。整理課件 自由鍛可分為手工鍛造和機器鍛造兩種，前者只能生產(chǎn)小型鍛件，后者是自由鍛造的主要方式。自由鍛具有以下特點： 所用工具簡單，通用性強，靈活性大，因此適合單件小批生產(chǎn)鍛件。 精度差，生產(chǎn)率低，工人勞動強度大，對工人技術水平要求高。 自由鍛可生產(chǎn)不到1 kg的小鍛件，也可生產(chǎn)300 t以上的重型鍛件，適用范圍廣，對大型鍛件，自由鍛是惟一的鍛造方法。

2、整理課件(1)自由鍛設備 常用的自由鍛設備有空氣錘、蒸汽-空氣錘和液壓機三種。 空氣錘是利用電動機驅動并由空氣帶動錘頭工作的鍛造設備。 蒸汽-空氣錘是利用蒸汽或壓縮空氣帶動錘頭工作的。其工作原理與空氣錘相同，但其結構較空氣錘復雜，噸位稍大，適用于鍛造中小型鍛件。整理課件(2)自由鍛工序1)基本工序：是使金屬產(chǎn)生塑性變形，以達到所需形狀和尺寸的工序。如鐓粗、拔長、沖孔等。2)輔助工序：為基本工序操作方便而進行的預變形工序。如壓鉗口、壓棱邊等。3)精整工序：完成基本工序之后，為提高鍛件尺寸和位置精度的工序。如滾圓、校正等。整理課件12.1.2 模鍛 模鍛是把金屬坯料放在具有一定形狀的鍛模模膛內(nèi)受壓

3、變形而獲得鍛件的方法。 與自由鍛相比，模鍛具有以下特點：可鍛出形狀比較復雜的鍛件，且模鍛件質(zhì)量好；節(jié)約金屬；生產(chǎn)率高；對工人技術水平要求較低，勞動強度也較低。設備投資大，工藝靈活性不如自由鍛。整理課件模鍛按所用設備的類型不同，可以分為錘上模鍛、胎模鍛、曲柄壓力機上模鍛、平鍛機上模鍛和摩擦壓力機上模鍛等。(1)錘上模鍛1)模鍛錘錘上模鍛所用的設備主要是蒸汽-空氣模鍛錘。2)鍛模鍛模是由上模和下模兩部分組成，如圖12.5所示。整理課件整理課件 模膛根據(jù)其功用的不同，可分為模鍛模膛、制坯模膛和切斷模膛三大類。模鍛模膛預鍛模膛 其作用是使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，這樣在進行終鍛時，金屬容易充滿

4、模膛而獲得鍛件所要求的尺寸。終鍛模膛 其作用是使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸，因此它的形狀應和鍛件的形狀相同。整理課件制坯模膛：有拔長模膛、滾擠模膛、成型模膛、彎曲模膛、鐓粗臺和壓扁臺等。切斷模膛 根據(jù)模鍛件的復雜程度不同，所需變形的模膛數(shù)量不等，可將鍛模設計成單膛鍛?；蚨嗵佩懩?。整理課件(2)胎模鍛 胎模鍛是在自由鍛設備上使用胎模生產(chǎn)模鍛件的方法。 胎模鍛與自由鍛相比，能提高鍛件質(zhì)量，節(jié)省金屬材料，提高生產(chǎn)率，降低鍛件成本等。整理課件(3)曲柄壓力機上模鍛 曲柄壓力機上模鍛的特點是：鍛件精度高、生產(chǎn)率高、節(jié)省金屬；無震動，噪音小，勞動條件好，容易實現(xiàn)機械化自動化；模具制造簡單，更換容

5、易，節(jié)省貴重的模具材料；具有良好的導向裝置和自動頂件機構，因此鍛件的余量、公差和模鍛斜度都比錘上模鍛的?。慌髁媳砻嫔系难趸げ灰妆磺宄?，影響表面質(zhì)量；行程和壓力不能隨意調(diào)節(jié)，不宜用于拔長、滾擠等工序；設備造價高。整理課件整理課件(4)摩擦壓力機上模鍛 摩擦壓力機上模鍛的特點是：具有模鍛錘(滑塊行程不固定)和曲柄壓力機(變形速度低)雙重的工作特性，工藝用途廣；備有頂出裝置，可鍛或擠壓帶長桿鍛件，也可實現(xiàn)小模鍛斜度、無模鍛斜度和小余量、無余量的精密模鍛工藝；設備簡單、維修方便、成本低、勞動條件好；但螺桿和滑塊間是非剛性聯(lián)接，承受偏心載荷能力較差，一般只適于單模膛模鍛；導軌對滑塊的導向不夠精確，所

6、以要求較高的鍛模其上下模之間需有導向裝置；生產(chǎn)率低，能量消耗較大。整理課件(5)平鍛機上模鍛 平鍛機工作原理和曲柄壓力機相同，只因為滑塊是在水平方向運動，故稱為平鍛機。整理課件平鍛機上模鍛的特點是：可鍛出在鍛錘上或曲柄壓力機上難于鍛出的鍛件，如長桿一端帶法蘭的實心或空心的鍛件(汽車半軸類)、帶通孔的鍛件(滾動軸承套圈類)、具有兩個凸緣的鍛件(汽車倒車齒輪類)等，還可進行切毛邊、切斷、彎曲、熱精壓等工序；生產(chǎn)率高，每小時可生產(chǎn)400900件；鍛件尺寸精度高，表面光潔；整理課件節(jié)省金屬，鍛件毛邊小，甚至沒有。無沖孔連皮，無外壁斜度。因此材料利用率可達85%95%。平鍛機的造價較高，只適用于成批、大

7、量生產(chǎn)。對于非回轉體及中心不對稱的鍛件較難鍛造。 因此，平鍛機上模鍛適用于需要多次鐓粗成形的鍛件，鐓粗部位可在棒料的端部或中部，特別適用長棒料的頭部鐓粗件、深孔形件、長管鐓粗件，以及具有復雜內(nèi)腔和外形的套筒類鍛件。整理課件12.1.3 鍛造工藝規(guī)程的制訂 編制工藝規(guī)程主要包括以下內(nèi)容：繪制自由鍛件圖、確定坯料的重量和尺寸、確定鍛造工序、選擇鍛造設備、確定鍛造溫度范圍和加熱次數(shù)、確定熱處理規(guī)范、提出鍛件的技術要求和檢驗要求、填寫工藝卡片等。(1)繪制鍛件圖 鍛件圖是指在零件圖的基礎上，考慮鍛造工藝特點而繪制成的圖樣。整理課件1)余量、敷料和鍛件公差 為保證鍛件的尺寸精度和表面粗糙度，在零件的加工

8、表面而增加的金屬稱為機械加工余量。具體數(shù)值結合生產(chǎn)的實際條件查表確定。 敷料是為了簡化鍛件形狀，便于鍛造而附加上去的一部分金屬。也稱為余塊。 鍛件公差是鍛件名義尺寸上下允許的偏差，一般約為加工余量的1/41/3。整理課件2)分模面的選擇 分模面即上下模在鍛件上的分界面。要保證鍛件能從模膛順利取出。應使上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致，以便及時發(fā)現(xiàn)錯?，F(xiàn)象。應選在使模膛深度最淺的位置上，以便金屬充滿模膛，也有利于鍛模的制造。應使零件上所加的敷料最少。分模面最好為平面，上下模的深淺應相當，以利鍛模的制造。整理課件整理課件4)圓角半徑 為了使金屬容易充滿模膛，增大鍛件強度，避免鍛模內(nèi)尖角處產(chǎn)生裂紋，提

9、高鍛模使用壽命，在模鍛件上所有兩平面的交角處均需做成圓角。3)模鍛斜度 模鍛件的側面，即平行于錘擊方向的表面必須有斜度，以便于鍛件從模膛中取出。整理課件(2)坯料的重量和尺寸計算坯料重量可按下式計算：G坯料坯料質(zhì)量；G鍛件鍛件質(zhì)量；G燒損加熱時坯料表面氧化而燒損的質(zhì)量。 第一次加熱時取被加熱金屬的2%3%； 以后各次加熱取1.5%2%；G料頭在鍛造過程中沖掉或切掉的金屬的質(zhì)量。如沖孔時坯料中部的料芯，修切端部產(chǎn)生的料頭等。整理課件12.2 板 料 沖 壓 板料沖壓是利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形，從而獲得毛坯或零件的壓力加工方法。 板料沖壓的特點是：可以沖壓出形狀復雜的零件，且廢料較少。產(chǎn)品具有

10、足夠高的精度和較低的表面粗糙度值，沖壓件互換性好。能獲得重量輕、材料消耗少、強度和剛度都較高的零件。沖壓操作簡單，工藝過程便于機械化和自動化，生產(chǎn)率很高，故零件成本低。沖模制造復雜、成本高，手工操作時不安全。整理課件12.2.1 沖壓設備1)剪床 剪床的用途是將板料切成一定寬度的條料，以供下一步?jīng)_壓工序之用。在生產(chǎn)中常用的剪床有斜刃剪(剪切寬而薄的條料)、平刃剪(剪切窄而厚的板料)和圓盤剪(剪切長的條料或帶料)等。2)沖床 除剪切工作外，沖壓工作主要在沖床上進行。沖床有開式和閉式兩種。整理課件12.2.2 沖壓基本工序 板料沖壓的基本工序又分為分離工序和變形工序兩大類。 分離工序是使坯料的一部

11、分與另一部分相互分離的工序。典型的分離工序有：沖孔、落料、切斷、切邊等。 變形工序是使坯料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工序。典型的變形工序有拉深、彎曲、翻邊、脹形等。整理課件整理課件整理課件 三大沖壓工序沖裁、彎曲和拉深。 沖裁是將板料按封閉的輪廓線分離的工序，包括落料和沖孔兩種工序。 彎曲是將坯料的一部分相對另一部分彎成一定角度的工序。 拉深是使平板坯料變成中空形狀零件的工序。整理課件1)沖裁沖裁變形過程：彈性變形階段、塑性變形過程、斷裂分離三個階段。整理課件凸凹模間隙 沖裁模工作零件(凹模、凸模)刃口的尺寸之差。記為Z，是一個雙邊間隙。沖裁斷面形狀 由圓角帶、光亮帶和斷裂帶三部

12、分組成。整理課件2)彎曲 彎曲是將坯料的一部分相對另一部分彎成一定角度的工序。 板料越厚，內(nèi)彎曲半徑r越小，則拉應力越大，越容易彎裂。為防止彎裂，應限制最小彎曲半徑，一般rmin=(0.251)(為金屬板料厚度)。 在彎曲結束后，由于彈性變形的恢復，板料略微彈回一點，使彎曲件的角度增大，此現(xiàn)象稱為回彈。 一般回彈角為010。因此，在設計彎曲模時，必須使模具的角度比成品件角度小一個回彈角，以保證成品件的彎曲角度符合要求。整理課件3)拉深 拉深是使平板坯料變成中空形狀零件的工序。 從拉深過程中可以看出，拉深件主要受拉應力作用。當拉應力值超過材料的強度極限時，拉深件將被拉裂甚至拉穿。凸凹模的邊緣應制

13、成圓角。對鋼拉深件，取r凹=10(為板厚)，r凸=(0.61)r凹。凸凹模之間應有一定的間隙。一般取單邊間隙c=(1.11.2)。間隙過小，模具與拉深件間的摩擦力增大，易拉穿工件和擦傷工件表面，且降低模具壽命。間隙過大，又容易使拉深件起皺，影響拉深件的尺寸精度。整理課件整理課件拉深系數(shù)m=d/d0不能太小，一般取m=0.50.8。潤滑為了減少摩擦、降低拉深件壁部的拉應力和減小模具的磨損，拉深時通常要加潤滑劑或對坯料進行表面處理。 有些空心的回轉體件還可用旋壓法來制造。旋壓是在專用旋壓機上進行。整理課件12.2.3 沖模沖?？煞譃楹唵文?、連續(xù)模和復合模三種。(1)簡單模：在沖床的一次沖程中，只完

14、成一道工序的沖模稱為簡單模。 (2)連續(xù)模：在沖床的一次沖程中，在模具的不同位置上同時完成數(shù)道工序的模具稱為連續(xù)模。(3)復合模：在沖床的一次沖程中，在模具同一部位同時完成數(shù)道工序的模具稱為復合模。整理課件整理課件整理課件整理課件12.3 零件的軋制、擠壓和拉拔12.3.1 零件的軋制軋制是生產(chǎn)板材、型材和管材的主要方法。根據(jù)軋輥軸線與坯料軸線所交的角度不同，軋制可分為縱軋、橫軋、斜軋和楔橫軋等四大類。1)縱軋縱軋是軋輥軸線與坯料軸線互相垂直的軋制方法，也稱為輥鍛，目前輥鍛成形適用于以下三種類型的鍛件：整理課件扁斷面的長桿件，如扳手、活動扳手和鏈環(huán)等。帶有不變形的頭部，而沿長度方向上橫截面積遞

15、減的鍛件，如葉片等。連桿成形輥鍛。2)橫軋橫軋是軋輥軸線與坯料軸線相互平行的軋制方法。橫軋可以制造直齒輪、斜齒輪和人字齒輪。齒輪精度可達89級，齒面粗糙度Ra在3.2m左右。3)斜軋斜軋是軋輥軸線與坯料軸線在空間相交一定角度的軋制方法。整理課件4)楔橫軋圖12.37為楔橫軋示意圖。楔橫軋適用于大量生產(chǎn)，熱軋各種成形階梯軸毛坯。12.3.2 零件的擠壓擠壓是用強大的壓力作用于放在模具中的金屬坯料，使金屬產(chǎn)生巨大的塑性變形，由?？谆蛲?、凹?？p隙中擠出，從而獲得型材、管材或零件的方法。按照擠壓時金屬流動方向和凸模運動方向不同，擠壓方法可分為以下四種，如表12.3。整理課件整理課件零件擠壓工藝具有以下

16、特點：擠壓時金屬坯料處于三向受壓狀態(tài)，可提高金屬坯料的塑性，因而適合于擠壓的材料品種多?？芍瞥鲂螤顝碗s、深孔、薄壁和異型斷面的零件。擠壓零件的精度可達IT7IT6，表面粗糙度值可達Ra0.43.2m，從而可達到少、無切屑加工的目的。擠壓變形后，零件內(nèi)部的纖維組織基本上是沿零件外形分布而不被切斷，從而提高了零件的力學性能。節(jié)省原材料。整理課件12.3.3 零件的拉拔拉拔是將金屬坯料從拉模的模孔中拉出而使坯料變形的加工方法，如圖12.38所示。坯料通過形狀及尺寸逐漸變化的?？祝瑱M截面減小，長度增加。拉拔一般在常溫下進行，故又稱冷拉。12.4 壓力加工新工藝簡介12.4.1 精密模鍛精密模鍛是在普通

17、模鍛設備上鍛造出形狀復雜、高精度鍛件的鍛造工藝。整理課件保證精密模鍛的措施：要精確計算原始坯料的尺寸，嚴格按質(zhì)量下料。否則會增大鍛件尺寸公差，降低精度。精細地清理坯料表面，除凈坯料表面的氧化皮、脫碳層及其他缺陷等。采用無氧化或少氧化加熱法，盡量減少坯料表面形成的氧化皮。精鍛模膛的精度必須比鍛件精度高兩級。精鍛模應有導柱、導套結構，以保證合模準確。精鍛模上應開有排氣小孔，以減小金屬的變形阻力，更好地充滿模膛。整理課件模鍛進行中要很好地冷卻鍛模和進行潤滑。精密模鍛一般都要在剛度大、運動精度高的設備(如曲柄壓力機、摩擦壓力機、高速錘等)上進行，它具有精度高、生產(chǎn)率高、成本低等優(yōu)點。12.4.2 超塑

18、性成形超塑性是指某種金屬或合金在特定條件下，即低的形變速率(10-210-4/s)和一定的變形溫度(約為熔點的一半)，以及一定的晶粒度(一般為晶粒平均直徑為0.25 m)，其相對伸長率超過100%以上的特性。整理課件金屬超塑性的現(xiàn)象可簡要的歸納為四句話：大延伸、無縮頸、小應力、易成形。1)超塑性的種類動態(tài)超塑性(相變超塑性或環(huán)境超塑性)。靜態(tài)超塑性(細晶粒超塑性或恒溫超塑性)。2)超塑性成形工藝的應用板料沖壓板料氣壓成形整理課件圖12.41 超塑性板料沖壓整理課件圖12.42 板料氣壓成形整理課件擠壓和模鍛3)超塑性模鍛的工藝特點擴大了可鍛金屬材料的種類。金屬填充模膛性能良好。能獲得均勻細小的晶粒組織。金屬的變形抗力小，可充分發(fā)揮中、小設備的作用。12.4.3 高速高能成型整理課件高速高能成型有多種加工形式，其共同特點是在極短的時間內(nèi)，將化學能、電能、電磁能和機械能傳遞給被加工的金屬材料，使之迅速成型。1)高速錘成型高速錘成型是利用14 MPa的高壓氣體的短時間突然