材料成型技術基礎2

第二篇金屬壓力加工

MechanicalWorking壓力加工：鍛壓、塑性成形Themetalisshapedthroughplasticdeformationinsolidstatebymechanicalforcep90主要生產(chǎn)：型材Shapemetalsuchasbar,plate,sheetandsection軋制、拉拔、擠壓rolling,extrusion,drawing,pressing

毛坯、零件semi-finishedmetalorpart鍛造、沖壓

forgoing,stamping第一章金屬的塑性變形

metalplasticdeformation復習第一節(jié)塑性變形的實質(zhì)第二節(jié)塑性變形對金屬組織和力學性能的影響1.塑性變形的實質(zhì)晶體內(nèi)部：位錯滑移dislocationslip欒晶twin

多晶體：晶粒變形，晶界滑移宏觀：外力，彈性變形，塑性變形2.塑性變形對金屬組織和力學性能的影響StructureandPropertiesoftheDeformedMetals2.1常溫下塑性變形的組織和性能對組織的影響晶體缺陷增加、晶格

畸變能提高亞結(jié)構(gòu)細化晶粒拉長或破碎變形量很大時，形成變形織構(gòu)纖維組織texturestructure對性能的影響

產(chǎn)生加工硬化（冷變形強化）workhardening隨著變形程度的提高，金屬的強度和硬度提高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象原因：位錯密度增加，亞結(jié)構(gòu)細化可能產(chǎn)生各向異性產(chǎn)生內(nèi)應力變形開裂，抗腐蝕性降低去應力退火晶格嚴重畸變?yōu)樵俳Y(jié)晶提供了驅(qū)動力3.變形金屬在加熱時組織和性能的變化StructureandPropertiesoftheDeformedMetalsafterBeingHeated

金屬經(jīng)塑性變形→晶格畸變→內(nèi)能↑加熱→原子活力↑→晶格重構(gòu)→內(nèi)能↓溫度低時，回復recovery：TR=0.25~0.3TM

冷變形金屬加熱時，顯微組織變化之前，亞結(jié)構(gòu)和性能變化過程位錯運動重組，構(gòu)成亞晶界力學性能變化不大，內(nèi)應力↓↓溫度升高，再結(jié)晶re-crystallization：T0=0.4TM冷變形金屬在足夠高溫度下，通過形核與長大，以無畸變新晶粒取代變形晶粒4.熱加工與冷加工熱加工的概念：再結(jié)晶溫度以上的變形過程動態(tài)回復與動態(tài)再結(jié)晶

T<T0ColdWorking；T>T0HotWorking

熱加工的組織與性能p93

熱加工金屬的組織：再結(jié)晶組織與鑄錠相比：晶粒細化，缺陷壓合，致密度提高，性能提高熱加工后性能提高，但纖維組織可能具有各向異性Anisotropy各向異性Anisotropy平行于纖維組織的方向，抗拉強度提高，剪切強度很低垂直于纖維組織的方向，抗拉強度很低，剪切強度高問：為什么重要受力零件都采用熱加工制造？設計時應該注意什么問題？組織，性能，流線、拉應力、切應力、流線沿輪廓分布，不斷p94第三節(jié)金屬的可鍛性

MalleabilityoftheMetal什么叫可鍛性malleability？p94

金屬經(jīng)過壓力加工時，獲得優(yōu)質(zhì)制品的難易程度可鍛性的內(nèi)容金屬的塑性plasticbehaviorofthemetal

變形抗力theresistancetodeformation影響可鍛性的因素Variablesinfluencingmalleability

金屬的本質(zhì)、加工條件1.金屬本質(zhì)類型Metaltypesf.c.c＞b.c.c，鋁銅鎳＞鉻鉬鈦化學成分純金屬>合金,碳鋼>合金鋼,低碳鋼>高碳鋼金屬的組織相的組成及分布固溶體＞機械混合物＞化合物晶粒大小等軸晶＞柱狀晶；細晶粒＞粗晶粒2.加工條件

變形溫度溫度↑塑性↑變性抗力↓始鍛溫度終鍛溫度碳鋼的鍛造溫度范圍始鍛溫度:低于AE線200℃左右終鍛溫度:約800～750℃為什么？溫度↑塑性↑變性抗力↓溫度過高→過熱、過燒（晶界氧化、熔化）氧化、脫碳嚴重變形速度變形速率對塑性和變形抗力的影響1—變形抗力2—塑性為什么？變形速度＜a時加工硬化隨變形速度↑，變形抗力↑，塑性↓變形速度＞a時再結(jié)晶內(nèi)摩擦使T↑，塑性↑，變形抗力↓應力狀態(tài)用不同鍛造方法成型，應力狀態(tài)不同，拉拔—二向壓應力，一向拉應力三個方向中，壓應力的數(shù)目越多，金屬的塑性越好同號應力狀態(tài)下引起的變形抗力大于異號應力狀態(tài)下的變形抗力擠壓時的應力狀態(tài)第二章鍛造

Forging第一節(jié)鍛造方法

ForgingMethodMetalisshapedbetweensmithanvilorforgoingdiebymechanicalforce(P97)問：鍛造為什么要加熱？自由鍛SmithForging：在砧鐵之間成形模鍛DieForging：在模鍛設備上用模具成形胎膜鍛Swaging：在自由鍛設備上用胎膜成形1.自由鍛SmithForging

自由鍛特點：設備簡單生產(chǎn)率低，鍛件精度、光潔度差通用性強，單件也能生產(chǎn)只能鍛形狀很簡單的零件應用范圍廣：可鍛零件重量1kg～300T

操作技術要求高國外工業(yè)發(fā)達國家，中小型自由鍛件在其鍛件總產(chǎn)量的為20-40%自由鍛設備小型鍛件—手工鍛造，空氣錘中型鍛件—（<1500kg）蒸汽—空氣錘大型鍛件—（<300T）水壓機自由鍛工序基本工序、輔助工序、精整工序基本工序：鐓粗拔長沖孔（擴孔）彎曲扭轉(zhuǎn)錯移切割輔助工序：壓鉗口，倒棱，壓肩鍛件分類及基本工序方案盤類鍛件的主要工序為鐓粗和沖孔軸類零件：拔長、切肩和鍛臺階筒類零件：鐓粗、沖孔、在心軸上拔長環(huán)類零件：鐓粗、沖孔、在心軸上擴孔曲軸類零件：拔長、錯移、鍛臺階、扭轉(zhuǎn)彎曲類零件：拔長、彎曲2.模鍛

DieForging

定義：P98

與自由鍛的特點正好相反精度高生產(chǎn)率高（可達幾十倍）可鍛重量0.5～150kg的工件只適合大量生產(chǎn)鍛造設備錘上模鍛DropForging：蒸汽—空氣模鍛錘曲柄壓力機上模鍛摩擦壓力機上模鍛胎模鍛：用自由鍛錘2.1.錘上模鍛

DropForging蒸汽—空氣模鍛錘1、踏板2、機架3、砧座4、操縱桿與自由鍛設備原理相同，運動副間隙小，動作精度高模鍛錘的噸位：落下部分的質(zhì)量，包括錘頭、連桿、活塞噸位：1~16T鍛件重量150kg以下模鍛最重要的工裝：鍛模鍛模模膛分類鍛模模膛根據(jù)功用可分為模鍛模膛和制坯模膛模鍛模膛包括終鍛模膛、預鍛模膛常用制坯模膛有拔長模膛、滾壓模膛、彎曲模膛、切斷模膛模鍛模膛：金屬在其中發(fā)生整體變形終鍛模膛：鍛件最終成形形狀與鍛件相同尺寸放大，鋼1.5%結(jié)構(gòu)：四周設飛邊槽沖孔連皮模鍛不能直接沖出通孔，上下模之間形成沖孔連皮，去掉飛邊和沖孔連皮，得到具有通孔的模鍛件1-鍛錘2-上模3-飛邊槽4-下模5-模墊6,7,10-楔鐵8-分模面9-模膛鍛模結(jié)構(gòu)與模鍛件模鍛件用來容納多余的金屬阻擋金屬外流，強迫金屬充模緩沖作用飛邊槽的作用預鍛模膛與制坯模膛為了使金屬更容易充滿終鍛模膛，減少其磨損，提高模具壽命，有時設預鍛模膛預鍛模膛使坯料變形到接近于鍛件的形狀、尺寸圓角斜度較大，沒有飛邊槽對于形狀復雜的模鍛件，使坯料形狀基本接近鍛件，必須在制坯模膛制坯制坯模膛

拔長模膛：某部截面↓，長度↑滾壓模膛：某部截面↓，另一部分↑彎曲模膛：彎曲桿類零件切斷模膛：切斷金屬拔長模膛和滾壓模膛滾壓模膛拔長模膛一般布置在模具的邊上，用來減小坯料某部分的截面積，增加該部分的長度拔長操作時，坯料送進加翻轉(zhuǎn)坯料長度不變，改變不同部位截面積變滾壓操作時，坯料只翻轉(zhuǎn)，不送進鍛件截面相差較大時，用閉式結(jié)構(gòu)彎曲和切斷模膛彎曲和切斷模膛彎曲模膛：用于彎曲的桿類模鍛件，彎曲坯料切斷模膛：用于坯料上切下鍛件，鍛件上切下鉗口，或者多件鍛造時分離鍛件還有鐓粗、成形和壓扁模膛彎曲連桿鍛造過程鍛?？梢灾挥幸粋€模膛，稱為單膛鍛模多膛鍛模在一副鍛模上有2個以上模膛彎曲連桿的鍛模為多膛鍛模2.2曲柄壓力機上模鍛200t～12000t

造價高，適合中小件的大批量生產(chǎn)工作條件好生產(chǎn)效率高鍛件精度高模具結(jié)構(gòu)：鑲塊式(p102,fig3-20)坯料表面氧化皮不易清除不適合拔長和滾壓工步1電動機23皮帶輪4傳動軸56齒輪7離合器15制動器8910曲柄連桿滑塊11楔形工作臺13楔鐵12下頂桿16凸輪14頂料連桿2.3.摩擦壓力機上模鍛噸位：350t～1000t造價低，用途廣泛特點：滑塊行程不固定：有一定沖擊螺桿螺母傳動：滑塊速度低模具結(jié)構(gòu)：靈活多樣承受偏心載荷能力差，只適合單膛模鍛適合中小鍛件的小中批量生產(chǎn)5電動機6皮帶3飛輪4摩擦盤1螺桿2螺母7滑塊8,9導軌10機座2.4.胎膜鍛

Swaging

在自由鍛設備上用可移動的簡單模具生產(chǎn)模鍛件與自由鍛比：生產(chǎn)率高，加工余量小，精度高與模鍛相比：設備簡單，模具成本低，生產(chǎn)率低，精度低，勞動條件差胎模：制造成本低，不用固定，易損壞只適合沒有模鍛設備的工廠，中小批量生產(chǎn)胎膜結(jié)構(gòu)扣模

筒模

合模

next扣模與合模合模由上下模組成，有導柱和導鎖定位，適合與鍛造形狀復雜的、精度要求較高的非回轉(zhuǎn)體鍛件扣模主要用于對坯料進行局部或全部變形筒模筒模主要鍛造盤類鍛件：齒輪、法蘭盤等設計為組合結(jié)構(gòu)，用于較為復雜的胎膜鍛件組合筒模常見結(jié)構(gòu)鑲塊筒模帶墊塊的筒模雙半模筒模第二節(jié)鍛造工藝規(guī)程的制定鍛件生產(chǎn)過程：零件圖→鍛件圖→鍛造方法→鍛造工藝1.繪制鍛件圖鍛件圖：以零件為基礎，結(jié)合鍛造工藝特點繪制繪制鍛件圖應該考慮的內(nèi)容包括：敷料、余量及公差分模面模鍛斜度鍛模圓角半徑?jīng)_孔連皮等1.1敷料、余量及公差敷料—為簡化鍛件形狀和結(jié)構(gòu)增加的一部分金屬例如一些溝槽、相差不大的臺階等余量—為切削加工，在加工面上增加的尺寸0.4～5mm，與鍛件尺寸、加工精度有關公差—鍛件尺寸允許的變動量，±0.3～3mm與鍛件大小，模具精度，設備狀態(tài)有關對于自由鍛件，確定敷料、余量及公差后，就可以繪制鍛件圖對于模鍛件，還需要考慮分模面、模鍛斜度、圓角半徑、沖孔連皮等自由鍛造鍛件圖1.2分模面分模面—上下鍛模在鍛件上的分界面（1）出模：應保證模鍛件能從模膛中取出（2）模具安裝：上下模膛外形一致（3）金屬充模：模膛具有最淺深度（4）敷料（余塊）最少（5）模具加工和使用：分模面盡可能為平面分形面的選擇示例

1.a-a2.c-c3.b-b4.b-b1.3模鍛斜度模鍛件在錘擊方向必須有斜度模鍛斜度比鑄件大，錘上鍛模一般取5～15°模鍛斜度與模膛寬度和深度有關h/b越大，α越大α內(nèi)＞α外2°~5°1.4模鍛圓角半徑和沖孔連皮模鍛圓角半徑有利于充型，減小應力集中，提高模具壽命外圓角半徑1.5～2mm，內(nèi)圓角半徑2～3mm沖孔連皮模鍛無法直接鍛出通孔，沖孔連皮沖孔連皮的厚度由鍛件孔徑?jīng)Q定φ20～80mm的孔，沖孔連皮厚4～8mm齒輪坯模鍛件圖1分模面2加工余量、公差、敷料3模鍛斜度5沖孔連皮4圓角半徑（沒有注明圓角半徑都取R=2.5mm）2.坯料重量和尺寸的計算坯料重量G坯料=G鍛件+G燒損+G料頭G鍛件→由鍛件體積算出G燒損→與加熱次數(shù)有關坯料的尺寸根據(jù)坯料重量和幾何尺寸確定與選用的鍛造工序有關、考慮鍛造比settingratio碳鋼，拔長鍛造比≧3，鐓粗鍛造比≧2.5合金鋼為3~4，對軋材取1.3～1.5應用鐓粗工序：H/D<2.5,太大易彎3.制定鍛造工序（工步）怎么鍛（鍛造工序）主要看零件是什么樣的對于自由鍛件，P98,table3-1

對于長軸類模鍛件如臺階軸、曲軸、連桿彎曲搖臂等鍛件的長度遠大于寬度主要鍛造工步包括拔長、滾壓、預鍛和終鍛對于截面變化不大的模鍛件，不用滾壓用其他方法制坯，只需預鍛和終鍛對于小鍛件，一模鍛幾件，要有切斷工序長軸類模鍛件盤類鍛件：例如齒輪、法蘭盤等對于盤類鍛件（短軸類模鍛件）主要工步為鐓粗、預鍛和終鍛形狀簡單的鍛件，只需鐓粗和終鍛4.鍛造工藝規(guī)程中的其它內(nèi)容（1）根據(jù)合金確定始鍛及終鍛溫度（2）確定加熱規(guī)范（加熱溫度、保溫時間）（3）選擇鍛造設備（4）輔助工序（校正，切飛邊、沖孔連皮）第三節(jié)鍛件結(jié)構(gòu)的工藝性1.自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性避免具有錐體或斜面的結(jié)構(gòu)避免形成空間曲線不應有加強筋、凸臺工字型或空間曲面形表面復雜零件采用組合法2.模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性避免具有錐體或斜面的結(jié)構(gòu)鍛件有數(shù)個幾何體構(gòu)成時，避免形成空間曲線，改成平面與圓柱體、平面與平面相接自由鍛件上不應有加強筋、凸臺、工字型或空間曲面形表面截面急劇變化或形狀復雜的零件，應設計成幾個簡單模鍛件的組合體自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性小結(jié)應具有合理的分模面，保證鍛件取出。敷料最少，鍛模易制造與分模面垂直的非加工面上要有模鍛斜度，非加工面必須用圓角過渡模鍛件結(jié)構(gòu)應力求簡單、平直和對稱，保證金屬充模，減少鍛造工序為保證充模模鍛件截面積不要急劇變化避免扁而薄的結(jié)構(gòu)避免高而薄凸緣避免深孔（h/2d）或多孔結(jié)構(gòu)鍛件形狀復雜時用組合工藝避免深孔（h/2d）或多孔結(jié)構(gòu)當鍛件形狀復雜時要考慮組合工藝模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性小結(jié)應具有合理的分模面，保證鍛件取出。敷料最少，鍛模易制造與分模面垂直的非加工面上要有模鍛斜度，非加工面必須用圓角過渡模鍛件結(jié)構(gòu)應力求簡單、平直和對稱，保證金屬充模，減少鍛造工序避免深孔（h/2d）或多孔結(jié)構(gòu)當鍛件形狀復雜時要考慮組合工藝第三章板料沖壓SheetStamping廣泛應用于汽車、拖拉機、飛機、導彈、兵器、儀器儀表、家電和日用品的生產(chǎn)特點薄壁復雜零件零件精度高，粗糙度低，質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好具有形變強化作用，零件強度、剛度好設備自動化程度高，操作簡單，生產(chǎn)率高，零件成本低沖壓模具結(jié)構(gòu)復雜，制造成本高，只適合大批量生產(chǎn)什么叫沖壓？StampingPartingorshapingthesheetmetalbymechanicalforcewithtools利用模具加壓，使板料分離或變形的加工方法常用金屬板料低碳鋼，不銹鋼，高塑性合金鋼，銅鋁鎂合金等<8mm的板,冷沖壓>8mm或材料塑性差,熱沖壓沖壓生產(chǎn)基本工序：分離，變形

第一節(jié)分離工序parting定義(p114)Theprocesssplittingonepartfromtheotherpartofsheetmetal工序沖裁piercing—使板料按封閉輪廓分離的工序剪斷shearing—使板料按不封閉輪廓分離的工序一般使用剪床修整：用修整模刃口的刮削作用，切掉沖裁件上的剪裂帶和毛刺，提高沖裁件的精度，降低粗糙度單邊修整量為板料厚度的10%(大間隙落料)或8%(小間隙落料)修整量過大或板厚超過3mm，可分多次修整修整模的間隙（單邊）0.001～0.01或負值落料及沖孔（又稱沖裁）落料—被分離部分是成品，周邊是廢料blanking沖孔—被沖落部分是廢料，周邊是成品punching1.沖裁變形過程彈性變形階段→塑性變形階段→斷裂分離階段2.凹凸模間隙凹凸模間隙影響沖裁件斷口質(zhì)量、沖裁件尺寸精度、模具壽命和卸料力、推件力、沖裁力間隙合理，凹凸模刃口沖裁產(chǎn)生的裂紋重合工件斷面光潔，毛刺少間隙大工件被拉斷，邊緣粗糙沖裁件尺寸精度較低間隙小上下裂紋向外錯開，形成毛刺和迭層模具與板料的摩擦嚴重，模具壽命下降卸料力、推件力、沖裁力大3.凹凸模刃口尺寸的確定沖孔模凸模作設計基準，然后根據(jù)間隙確定凹模尺寸考慮磨損，凸模尺寸靠近孔公差范圍內(nèi)的最大尺寸落料模保證凹模的尺寸，根據(jù)間隙確定凸模尺寸考慮磨損，取最小極限尺寸間隙選取原則當沖裁件斷面質(zhì)量要求較高時，選取較小間隙；反之取較大間隙間隙大小與板料厚度有關c=m?t4.沖裁件的排樣blanklayout落料件在板料上布置方法合理排樣可以提高材料的利用率有2種排樣類型無搭邊排樣用一個落料件的邊做另一個落料件的邊緣材料利用率高毛刺不在同一平面尺寸不容易準確有搭邊排樣尺寸準確毛刺在同一平面材料消耗多第二節(jié)變形工序1.拉深

Drawing(or)Cupping變形工序板料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂拉深Drawing(or)Cupping

彎曲bending

翻邊f(xié)langing

成形forming板料形成開口空心零件的工序拉深過程底面不變形，只傳遞拉力筒壁受拉應力，厚度減小兩者過渡部分，拉薄得最嚴重影響拉深質(zhì)量的因素凹凸模的圓角半徑

r凹=10δ；r凸=(0.6~1)r凹；太小，易拉穿凹凸模的間隙C=(1.1～1.2)δ過小,摩擦大易擦傷工件表面,降低模具壽命過大，拉深件起皺拉深系數(shù)：拉深件直徑與坯料直徑的比值m=d/D；m≮0.5～0.8

過小，易拉穿，起皺；過大，變形強化效果差，不經(jīng)濟潤滑條件拉深缺陷

拉斷材料塑性模具結(jié)構(gòu)拉深工藝

起皺毛坯相對厚度模具拉深系數(shù)用壓邊圈解決旋壓壓邊圈對于小批量的空心回轉(zhuǎn)體零件、厚板件和大型容器的封頭，常采用旋壓成型不需要復雜的沖模，變形力較小，但生產(chǎn)率低2.彎曲bending在板料被彎曲一定角度或曲率半徑過程中內(nèi)側(cè)受壓，外側(cè)受拉板料越厚，曲率半徑越小，越容易彎裂彎曲注意事項注意補償板料回彈彎曲后彈性變形恢復，回彈角0～10°為了防止彎裂

最小彎曲半徑rmin=（0.25～1）δ

彎曲時，彎取線垂直于板料的纖維方向3.翻邊f(xié)langing

翻邊是在帶孔的平坯料上用擴孔的方法獲得凸緣的工序翻邊孔的直徑超過允許值，孔的邊緣會破裂允許值用翻邊系數(shù)衡量K0=d0/dd0：翻邊前的內(nèi)孔尺寸d：翻邊后的孔徑尺寸翻遍模凸模圓角半徑為板厚的4~9倍

凸緣高度大時，先拉深→后沖孔→再翻邊4.成形forming利用局部變形使坯料或半成品改變形狀的工序第三節(jié)沖模簡介