塑性成形工藝基礎(chǔ)

材料成形工藝基礎(chǔ)第三篇

金屬塑性成型

概

述

5．模型鍛造一、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．?dāng)D壓3．拉拔4．自由鍛造6．板料沖壓上砥鐵下砥鐵坯料5．模型鍛造二、塑性成形的基本生產(chǎn)方式

1．軋制2．?dāng)D壓3．拉拔4．自由鍛造6．板料沖壓7．其他1）零件大小不受限制；2）生產(chǎn)批量不受限制。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金屬的塑性成形原理

各種壓力加工方法，都是通過(guò)對(duì)金屬材料施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)的。單晶體的塑性變形形式主要有滑移和孿晶兩種。第一章

金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)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)。ττττ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）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)。2.多晶體的塑性變形晶內(nèi)變形晶間變形滑移孿晶滑動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)多晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)：晶粒內(nèi)部發(fā)生滑移和孿晶（為主）；同時(shí)晶粒之間發(fā)生滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)（少量）。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：①晶粒沿變形最大方向伸長(zhǎng)；②晶格與晶粒均發(fā)生畸變；③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(lái)困難2.回復(fù)T回=（0.25~0.3）T熔3.再結(jié)晶T再

=（0.35~0.4）T熔T再冷變形熱變形以上以下(K)(K)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①細(xì)化晶粒；②壓合了鑄造缺陷；3）形成纖維組織③組織致密。5.纖維組織（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§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：2）變形抗力：材料的塑性越好，其可鍛性越好。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)①化學(xué)成分：Me越低，材料的可鍛性越好。②組織狀態(tài)：純金屬和單相固溶體具有良好的可鍛性。2）變形條件①變形溫度：③應(yīng)力狀態(tài)：②變形速度：塑性、變形抗力塑性變形抗力T溫越高，材料的可鍛性越好。（鍛造溫度范圍）V變?cè)叫?，材料的可鍛性越好。三向壓?yīng)力—塑性最好、變形抗力最大。三向拉應(yīng)力—塑性最差、變形抗力最小。三、金屬的變形規(guī)律1.體積不變定律2.最小阻力定律二、鍛造溫度范圍始鍛溫度：終鍛溫度：過(guò)熱、過(guò)燒

缺陷加工硬化45:1200℃~800℃第二章

金屬的塑性成形方法§2-1自由鍛造一、自由鍛設(shè)備鍛錘壓力機(jī)空氣錘蒸汽—空氣錘水壓機(jī)油壓機(jī)65~750Kg630Kg~5T落下部分總重量=活塞+錘頭+錘桿滑塊運(yùn)動(dòng)到下始點(diǎn)時(shí)所產(chǎn)生的最大壓力鍛錘噸位=壓力機(jī)噸位=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。H完全礅粗局部礅粗，S1.25≤H0/D0≤2.53.沖孔：4.彎曲：5.扭轉(zhuǎn)：6.錯(cuò)移：1.礅粗：2.拔長(zhǎng)：，SL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3）敷料2.坯料重量和尺寸的計(jì)算G坯

=（1+k）G鍛G坯

=G鍛+G料頭+G芯料+G燒K—消耗系數(shù)（1/3~1/4）余量Y=F坯/F鍛Y=H坯/H鍛拔長(zhǎng)：鐓粗：1.25≤H0/D0≤2.5圓截面坯料：所以：長(zhǎng)軸類(lèi)鍛件：3.鍛造工序的選擇軸、桿類(lèi)零件：鐓粗、拔長(zhǎng)盤(pán)類(lèi)、環(huán)類(lèi)零件：鐓粗（拔長(zhǎng)及鐓粗）、沖孔（芯軸上擴(kuò)孔）筒類(lèi)零件：鐓粗、沖孔、在芯軸上拔長(zhǎng)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(xiě)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(guò)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)鍛模模膛飛邊槽橋部倉(cāng)部—形成鍛件基本形狀和尺寸的空腔?！菁{多余的金屬?！黾咏饘倭鲃?dòng)的阻力，促使金屬充滿模膛。（三）模膛的分類(lèi)模膛模鍛模膛制坯模膛終鍛模膛預(yù)鍛模膛延伸模膛滾壓模膛彎曲模膛切斷模膛（四）鍛模工藝規(guī)程的制定模鍛工藝規(guī)程：指導(dǎo)模鍛件生產(chǎn)、規(guī)定操作規(guī)范、控制和檢測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)。主要內(nèi)容包括：1.繪制鍛件圖1）分模面的選擇①分模面應(yīng)選在鍛件的最大截面處；②分模面的選擇應(yīng)使模膛淺而對(duì)稱(chēng)；③分模面的選擇應(yīng)使鍛件上所加敷料最少；④分模面應(yīng)最好是平直面。⑤分模面使上下膜膛輪廓一致。2)確定加工余量、公差和敷料加工余量：1~4mm公差：0.3~3mm3）設(shè)計(jì)模鍛斜度（3°、5°、7°、10°、12°）外壁斜度：5°、7°內(nèi)壁斜度：大一級(jí)4）設(shè)計(jì)模鍛圓角外圓角：r=1.5~12mm內(nèi)圓角：R=（2~3）r5）確定沖孔連皮2.確定模鍛工序1）基本工序圓盤(pán)類(lèi)零件：鐓粗預(yù)鍛終鍛長(zhǎng)桿類(lèi)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(chēng)、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。應(yīng)用：沒(méi)有模鍛設(shè)備的中、小型鍛件的批量生產(chǎn)。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?！?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<8mm拖拉機(jī)：400多個(gè)。三米收割機(jī)：1000多個(gè)。原材料：低碳鋼、高塑性合金鋼、鋁合金、銅合金、鎂合金等。一、沖壓設(shè)備1.剪床：2.沖床：下料設(shè)備1）斜刃剪2）平刃剪3）圓盤(pán)剪沖壓設(shè)備1）開(kāi)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）1）沖裁的變形過(guò)程①?gòu)椥宰冃坞A段②塑性變形階段③斷裂、分離階段塑性變形階段彈性變形階段斷裂分離階段使坯料沿封閉輪廓分離的工序。12341塌角區(qū)2光亮帶區(qū)3剪裂帶區(qū)4毛刺2）沖裁模設(shè)計(jì)及沖裁工藝特點(diǎn)①凸凹模要具有鋒利的刃口②凸凹模間隙要合理Z雙邊間隙Z=（5%~10%）t③凸凹模刃口尺寸要正確落料：以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)D凹

=d落D凸=D凹

-ZD凸

=d孔D凹=D凸

+Z沖孔：以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)123）沖裁力k—安全系數(shù)（1.3）L—沖裁件周邊長(zhǎng)度（mm）

—

坯料的抗剪強(qiáng)度（N/mm2）t—坯料厚度（mm）（N）④排樣要合理排樣：沖裁件在板料上的布置方式。有接邊排樣少無(wú)接邊排樣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-IT7Ra=1.6-0.8цm（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。（拉深、彎曲、翻邊、成形等）D1.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。1）拉深變形過(guò)程ddh2）拉深廢品①拉裂（拉穿）②起皺3）拉深模設(shè)計(jì)及工藝特點(diǎn)①凸凹模的工作部分必須具有一定的圓角；r凹=10tr凸=（0.6-1）r凹②凸凹模間隙要合理Z=（1.1-1.2）tZ—單邊間隙③控制拉深系數(shù)（m）m=d/D=（0.5-0.8）D=100d=20；h=42d1=55d2=3232/55=0.58d3=2020/32=0.628④設(shè)置壓邊圈⑤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)①變形區(qū)域主要在圓角部位；②外層金屬受拉應(yīng)力，內(nèi)層金屬受壓應(yīng)力。2）彎曲缺陷彎裂3）彎曲工藝特點(diǎn)①?gòu)澢霃?/p>

r≥rmin=（0.25-1）t；②毛刺應(yīng)位于內(nèi)側(cè)；③彎曲線應(yīng)盡量與坯料纖維方向垂直；④“回彈”問(wèn)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4.旋壓三、沖模的分類(lèi)及結(jié)構(gòu)1.簡(jiǎn)單沖模2.連續(xù)沖模3.復(fù)合沖模沖床在一次行程中只完成一個(gè)沖壓工序。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。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①?zèng)_裁件的形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)，有利于材料的合理利用；②應(yīng)避免細(xì)長(zhǎng)槽和細(xì)長(zhǎng)臂結(jié)構(gòu)；

③沖裁件的內(nèi)外轉(zhuǎn)角處，應(yīng)盡量避免尖角。工序圓弧角最小圓角半徑黃銅、紫銅、鋁低碳鋼合金鋼落料0.24×t0.35×t0.30×t0.50×t0.45×t0.70×t沖孔0.20×t0.45×t0.35×t0.60×t0.50×t0.90×t沖裁件最小圓角半徑④沖裁件孔的尺寸2）對(duì)彎曲件的要求①?gòu)澢男螤顟?yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)，并考慮材料纖維方向；②彎曲半徑不能小于材料允許的最小彎曲半徑；

③彎曲高度H>2t。④帶孔件的彎曲：3）對(duì)拉深件的要求①?gòu)澢男螤?/p>