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文檔簡介

第3篇壓力加工

第1章金屬壓力加工的基本原理

§1.1壓力加工概述

一、什么叫壓力加工?

1、定義:利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形,來獲得具有一定形狀,尺寸和力學(xué)性能的原材料,毛坯或零件的生

產(chǎn)方法,稱為壓力加工。

2、材料要求:塑性好(碳鋼,合金鋼,有色金屬)

二、壓力加工的基本生產(chǎn)方式

1、軋制2、擠壓3、拉拔

§1.2金屬塑性變形后組織和性能的變化

一、什么叫塑性變形?

1、定義:當(dāng)外力增大到使金屬的內(nèi)應(yīng)力超過該金屬的屈服極限以后,外力停止作用,金屬的變形也并不消失,這種變形

稱為塑性變形。

2、加工硬化:

定義:隨著塑性變形程度增大,金屬的強(qiáng)度及硬度升高,而塑性和韌性下降的現(xiàn)象,稱為加工硬化。

§1.3材料的可鍛性

一、什么叫可鍛性?

1、定義:進(jìn)行壓力加工的難易程度

2、兩點(diǎn):①塑性好一可鍛性好②變形抗力越小一可鍛性好

二、可鍛性的影響

1、可鍛性好,容易變形,耗能低—質(zhì)量高。

可鍛性不好,抗力大一耗能高一易產(chǎn)生缺陷三、影響可鍛性因素分析

1、金屬成分:-1?塑性t—可鍛性t;純金屬一可鍛性t;合金元素越多-*■可鍛性(

2,金屬的組織:

固溶體-可鍛性T,金屬化合物一可鍛性I;單晶體一可鍛性t,多晶體一可鍛性1

3、變形條件:

①變膨溫度:T變t,T變過高一熱應(yīng)力;過熱一粗晶;過燒一破碎

②變形速度:不要過大,變形速度過大一變形抗力增大,可鍛性變壞

③應(yīng)力狀況:在三向壓應(yīng)力下變形,對提高金屬的塑性變形最為有利

四、提高可鍛性的措施

1、合理選擇材料與變形形式

2、合理的選擇變形溫度

T始----不產(chǎn)生缺陷盡量高

T終----不產(chǎn)生缺陷盡量低

例如:碳鋼的始鍛溫度和終鍛溫度如下:

(1)變形溫度的影響

碳鋼鍛造溫度范圍

83.1.7濟(jì)AW全層應(yīng)力佚態(tài)a3.1.8枚被時金屬應(yīng)力利益

第2章鍛造

2.1自由鍛造

自由鍛造是利用沖擊力或壓力使金屬在上錘、下砧之間產(chǎn)生塑性變形,從而得到所需鍛件的鍛造方法。

金屬坯料在受力變形時,除打擊方向外,其他方向的流動基本不受限制。而鍛件形狀和尺寸主要由鍛工的操作技術(shù)來控

制。

只用簡單的通用性工具,或在鍛造設(shè)備的上下砧間對坯料施加外力,使坯料產(chǎn)生變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量

的鍛件。坯料的四周表面為自由表面,變形不受限制,故稱為自由鍛。

1、特點(diǎn):金屬坯料在抵鐵間受壓變形時,可朝各個方向自由流動,不受限制。工藝靈活,所用工具簡單,設(shè)備和工具的

通用性強(qiáng),成本低。自由鍛鍛件精度較低,加工余量較大,生產(chǎn)率低,其形狀和尺寸主要由操作者的技術(shù)來控制。

2、應(yīng)用:一般只適合于單件、小批量生產(chǎn)。自由鍛也是鍛制大型鍛件的唯一方法。

自由鍛工藝規(guī)程的制定1、繪制鍛件圖2、確定變形工藝3、計(jì)算坯料質(zhì)量及尺寸4、選擇鍛造設(shè)備和工具5、確定鍛造

溫度范圍和加熱、冷卻及熱處理規(guī)范6、提出鍛件技術(shù)要求及險(xiǎn)收要求7、填寫工藝卡等。

計(jì)算坯料質(zhì)量及尺寸

原材料:RawMaterial

坯:Billet

鍛件:Forging

G坯=G鍛+G損=G鍛+G燒+G切(或G芯)

坯料在加熱和鍛造過程中損耗皆(q)的計(jì)修

燒損量G?=Ki-G?沖孔芯料損耗G?=&H料頭損耗G.(kg)

型式煤爐K,=2*5%?4%實(shí)心沖子沖孔K,=l.18?1.57IS形截iBG?=a.5~1.8)D?

油爐K-2%?3%空心沖子沖孔K.-6.16

煤氣爐&=1.5%?45%給環(huán)沖孔34.33-4.71矩形裁面q=(22~236)B*?&

U:</——沖孔直徑(拇),H——坯料高度(dm);Dr-W頭部分直徑(dm),

B——切頭部分寞度(dm),Hi——切頭1?分離度(&).

自由鍛基本工序名稱、操作規(guī)則及其應(yīng)用

定義例操作規(guī)則應(yīng)用

1.坯料原

始高度h.

1.用于制造高

1.像粗:使與直役d.

度小枚面積

坯料高度減之比<26,

i大的工件,如

小.橫籟面■■、一■以免發(fā)生愎

1國盤、齒輪

積增大的工1b)的Eg彎

序2.鐐粗面應(yīng)

2.增加以后拔

2.局部鍛粗垂直于軸線

長時的獻(xiàn)透

:對坯料的1.玨料應(yīng)繞

3

比.

某一部分進(jìn)其本身軸戰(zhàn)

UUHnwin?iin」i】3.沖孔前徽平

行的儂粗經(jīng)常旋轉(zhuǎn).

苜坯料端面

使其均勻變

(d)展平像粗彩

定義圖例操作規(guī)則應(yīng)用

1.撥長:使坯

料的橫截面積

1.經(jīng)常翻轉(zhuǎn)

減小而長度增1.用于制

坯料,以免

加的工序造長而截

9打得過扁造

2.芯棒撥長:面積小的

成彎折、翹

減小空心坯料{1^1工件,如

的壁厚和外徑(a)撥長曲軸.拉

撥2.每次送進(jìn)

尺寸,增加長桿,軸等

畏量不能太大

度的工序2.制造長

.以免影響

3.芯軸上獷孔於d軸類空心

延伸率,但

:減小空心坯料醯*■—件,地藥.

也不能太小

的壁諄.增加內(nèi)(b)芯樟接長(c)芯披LT孔圄環(huán)、套

,一般/=(

徑和外柱,以筒等

0.4-0.8)b

芯軸代替下砧

一1L1.沖孔面應(yīng)先供平,

使沖子能垂直放在坯料

1.用于制

端面上;

造空心件,

2.沖孔時,坯料應(yīng)經(jīng)

如齒輪毛坯.

沖孔:(a)實(shí)心沖頭沖孔常轉(zhuǎn)動,沖子要經(jīng)常冷

圓環(huán)等

在坯料邦;

142.鍛件質(zhì)

上沖出3.沖子沖到離坯料底

*fF量要求高的

孔透孔或面的距高Ah=15-

大工件,可

不透孔20%h時,應(yīng)將坯料翻

用空心沖子

的工序轉(zhuǎn),然后再將孔沖出;

(b)空心沖頭沖孔去掉質(zhì)量較

4.d<25inin的孔一般.

低的鋅錠中

不沖出;

一―----0心部分.

07/川比々15.對直徑大于450mm

的孔,可用空心沖子沖<

(c)板料沖孔孔.1

______________1

名稱定義困例操作規(guī)則B.用

彎曲處的坯料1.俄制彎尚

—9”

彎曲:截面會略有縮型零件,如

采用一定^2小,同時截面形V形板等.

的工模具P狀也有變化,因2.可以使流

將坯料彎(a)彎曲此,如果鍛件要線方向符合

成規(guī)定外保持截面積不鍛件的外形

影的被造變,則應(yīng)在彎曲而不被割斷,

工序筠前fij先進(jìn)行局鍛件質(zhì)量好,

部敦粗(見圖a)如吊鉤等

(b)胎膜中彎曲

)

自由鍛鍛件的分類及鍛造用基本工序

類別圖例鍛造工藝方案實(shí)例

1.報(bào)長

傳動軸、

圓截面2.傲粗-拔長

q-r^)OU齒輪軸

軸類3.局部壁粗—

拔長)

方截面.1

同上連桿等

桿類8=-6n5==t^

\

類別圖例鍛造工藝方案實(shí)例

1.綠粗-沖孔、

2.保粗-沖孔、

環(huán)

空心類-擴(kuò)孔、

3.鉞粗-沖孔、

-芯軸上拔長

齒輪、圓

做粗或盤葉輪、

餅塊類

含O局部鎖粗模塊軸頭

1

類別圖例鍛造工藝方案實(shí)例

吊鉤、

先進(jìn)行軸桿類

彎曲類飛軸瓦、

O工序-彎曲

彎桿等

I

1.拔長-錯移

9/(單拐曲軸)各種曲

曲軸類2.拔長-錯移軸、偏

-扭轉(zhuǎn)(多拐心軸等

曲軸)

齒輪坯鍛造工藝卡

1、折疊

折疊是指塑性加工時將坯料已氧化的表層金屬匯流貼合在一起壓入工件而造成的缺陷.他將導(dǎo)致鍛件的精度降低,

甚至使鍛件報(bào)廢;容易形成裂紋。其預(yù)防措施是:提高操作人員水平,嚴(yán)格按拔長的操作規(guī)則操作。

2、裂紋

裂紋是由于應(yīng)力作用而產(chǎn)生的不規(guī)則的裂縫,這將增加了對鍛件消除裂紋的修整工序,嚴(yán)重的將使鍛件報(bào)廢。其預(yù)防

措施是:消除坯料原有的裂紋;控制鍛造溫度和錘擊力及鍛件的冷卻速度。

2.2模鍛

模鍛是金屬坯料在模具中成型,得到與模膛形狀相符的鍛件的方法。

muim

2.2.1模鍛的特點(diǎn)與應(yīng)用

1)生產(chǎn)效率高。

2)鍛件成形靠模膛控制,可鍛出形狀復(fù)雜、尺寸準(zhǔn)確,更接近于成品的鍛件,且鍛造流線比較完整,有利于

提高零件的力學(xué)性能和使用壽命。

3)鍛件表面光潔,尺寸精度高,加工余量小,節(jié)約材料和切削加工工時。

4)操作簡便,質(zhì)量易于控制,生產(chǎn)過程易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化。

5)模鍛需要專門的模鍛設(shè)備,要求功率大、岡U性好、精度高,設(shè)備投資大,能量消耗大。另外,鍛模制造工藝

復(fù)雜,制造成本高、周期長。

模鍛過程

下料Cropping-加熱Heating一制坯Preforming1模鍛DieForging-精整Sizing一熱處理HeatTreatment-清理

Cleaning—檢驗(yàn)Inspection

模鍛工藝規(guī)程

1、設(shè)計(jì)模鍛件圖2、計(jì)算坯料尺寸3、確定變形工步4、設(shè)計(jì)鍛模5、選擇模鍛設(shè)備6、確定加熱規(guī)范7、模鍛后續(xù)工序

1、設(shè)計(jì)模鍛件圖

1)選擇分模面

選攆分一百的鼠則

選押原則

1.微件能從模膜中*利取出.

2.易保證金屬充濡模履,故應(yīng)選在鍛件最大播面處,使

模膛最淺.

工分模面應(yīng)為一平面,以借化俄模制造.cQ

樂上下模照輪席相同,以便于及時發(fā)現(xiàn)偌模.

S.盤類鍬件應(yīng)徑向分模,減少余塊,節(jié)的金屬材料.

2)確定加工余量及公差ForgingTolerance

依據(jù):零件的形狀尺寸和鍛件的精度等級,或鍛錘的噸位

等上模鍛件的余■和公整(噸位法)

微鏤落下部分鍛件余量(mm)鍛件公差(mm)

高度方向水平方向高度方向水平方向

11.5?2.01.5?2?0+1.0—0.5

22.02?0?2?54-1.0(1.5)-0.5

32.。?2.52.0-2.5+L5-1.0按自由公差選定

52.25-2.52.25?2.5+2.0—1?0

103.0—3.53.。?3.5+2?0(2.5)-1.0

自由公差

鍛件尺寸<66?1818-5050?120120?260260?500500~800

自由公差±0.5±0.7±1.0±1.4±1.9±2.5±3.0

3)確定模鍛斜度DraftAngle:依據(jù)為模膛尺寸

4)確定模鍛圓角半徑RadiumofFillet

外圓角:使金屬易于充滿模膛

產(chǎn)加工余量+零件圓角半徑

內(nèi)圓角:減少鍛造時金屬流動的摩擦阻力

R=(2-3)r

5)沖孔連皮Recess:通孔難以鍛出

孔徑d=30~80mm時,厚度S=4~8mm.

當(dāng)孔徑d<25mm或沖孔深度h>3d時,只在沖孔處壓出凹穴。

2、確定坯料尺寸

V坯=(V鍛+V飛+V連)(1+K)

1)盤類鍛件:一般鍛粗制坯和終鍛成形。

D計(jì)=1.08(V坯/m)l/3

m一坯料的高徑比

2)軸類鍛件:一般拔長、滾擠制坯。

D坯=1.13(K?Fmax)l/3

k一模膛系數(shù):不制坯或有拔長工步時,k=l;

有滾擠工步時,k=0.7-0.85。

3、確定變形工步

諼上ilMt件分類及變形工步

假件分類特征.變形工步示例主要變形工步

股件在分模面上的投影為BB形成長寬

微粗

尺寸之比相近,篌擊方向與坯科軸線相山C|ZD

短粕類同,終裁時,金球沿高度、長度方向均(IM鍛)

終俄

博機(jī)

0件在分模面上的投彩長度與寬度之日

比較大,錚擊方向與坯料軸線垂直,終?機(jī)擅長拔長

事時,金屬主要沿高度和寬度方向滾壓

直,類

流動.預(yù)微

終鍛

軸線為彎曲線其余特征與直軸類拔長

長?4^--?—□>g

相似.投長浪壓

專軸類彎曲

類3U(預(yù)殷)

終鍛

鍛件在分模面上的投影具有局部突起,校長

成形時,部分金屬要向分枝流動.該壓

枝芽類成形

二甲(預(yù)鍛)

奶?tn終鍛

4、鍛后工序

精壓:提高鍛件精度和降低表面粗糙度

平面精壓:用來獲得模鍛件某些平行平面的精確尺寸。

體積精壓:用以提高模鍛件所有尺寸的精度和表面質(zhì)量。

精壓后模鍛件的尺寸精度公差可達(dá)±0.1(To.25mm,表面粗糙度Ra值為1.25-0.63日m?一般不再進(jìn)行切削加工。

1、錘上模鍛錘頭上鍛模

——在專用的模鍛空氣錘或模鍛蒸汽錘的

鍛錘和模墊上分別固定上下模,上下模經(jīng)

錘擊合攏,而獲得鍛件的方法.

模墊

。錘上模鍛具有一般模鍛的

優(yōu)點(diǎn),但沖擊大、震動大、

噪聲大、效率低.一般僅用

于中小噸位的鍛錘。

模座下鍛模

2、壓力機(jī)上模鍛

摩擦盤

一在壓力機(jī)上的滑

塊和底座上分別固定帶傳動

上下模,上下模經(jīng)下飛輪

壓合攏,而獲得鍛件

的方法。絲杠

。壓力機(jī)上模鍛工作時沖滑塊

擊小、噪聲小、操作安

底座

全,但生產(chǎn)率低.一般適

用于中小批量生產(chǎn)。摩擦壓力機(jī)

制坯模膛Blocker:使坯料預(yù)變形而達(dá)到合理分配,使其影狀基本接近鍛件形狀,以便更好地充滿模鍛模膛。

模鍛模膛DieCavityofDieforging:使坯料變形到鍛件所要求的形狀和尺寸。

預(yù)鍛模腔BlockingImpression和終鍛模膛FinishImpression:對于形狀復(fù)雜、精度要求較高、批量較大的鍛件,還要

分為預(yù)鍛模膛和終鍛模膛。

2.3胎模鍛造

——在自由鍛造的設(shè)備上用胎膜生產(chǎn)鍛件的方法。與錘上模鍛和壓力機(jī)模鍛不同的是,胎膜不與錘頭和下模座連在一起。

2.3胎模鍛造

——在自由俄造的設(shè)備上用胎膜生產(chǎn)

鍛件的方法.與鋒上模鍛和壓力機(jī)模

做不同的是.胎膜不與鋒頭和下模座

連在一起.

。胎膜鍛造工藝靈活,可

提高鍛件的精度和形狀的

復(fù)雜程度,減少了加工余

量,提高了生產(chǎn)率.

(1)扣模

(a)無墊模(b)有墊模(c)跳模(d)拼分模

(b)模沖??帐绞衬?C)活動沖頭食校(d)拼分式套模

(3)合模

(a)導(dǎo)柱式(b)導(dǎo)鎖式(c)導(dǎo)鎖導(dǎo)柱聯(lián)合式

模鍛和胎模鍛常見的缺陷

1、錯差

錯差是指模鍛件沿分模面的上半部分相對下半部分產(chǎn)生了位移,位移量過大將使鍛件報(bào)廢。其預(yù)防措施:恢復(fù)合模鍛

造的定位精度;及時調(diào)整鍛錘、鍛模位置。

2、缺肉

缺肉是指鍛件的實(shí)際尺寸在某一局部小于鍛件圖的相應(yīng)尺寸。產(chǎn)生缺肉的鍛件需重新鍛造,嚴(yán)重的缺肉將使鍛件報(bào)廢。

其預(yù)防措施是:嚴(yán)格控制坯料的下料尺寸;合理選用鍛錘、注意坯料在模膛中的位置。

始鍛溫度:比固相線低200七碳素鋼的始、終鍛溫度

終鍛溫度:大約為80(rc

始鍛過高:過熱、過燒

始鍛過低:塑性變差

終鍛過高:晶粒繼續(xù)長大

終鍛過低:塑性差難變形

抬俄終俵始假

類別例號類別例號

溫度/C溫度/C溫度/c溫度/c

Q19520Cr

1300700

Q215合金40Cr

碳素1200800

Q235結(jié)構(gòu)例

結(jié)構(gòu)餌125070020CrMnTi

Q255

10至351250800

9SiCr1100800

40至60

優(yōu)質(zhì)碳素

1200800合金

結(jié)構(gòu)銷

65Mn工具銅

Crl21080S40

T7、T81150800

T9、

1100770W18Cr4V1150900

碳素T10

工具銅

T11高速例

W6Mo5

T1210507501130900

CHV2

T13

始殿溫度終H度V1IX1ER

合金身類

/?CXe

皿<0?3%的碳素銅1200-1250750-800450

次0.3%~0.5%的第家角11S0-120075g800400

^0?5%~0?9%的碳票強(qiáng)1100-1150800300-350

帆>0.9%的簧R列1050-H00800250-300

合金婚杓堪11507200800-850350

保合金I具策11007150850250-300

1100*-11509002OO-2SO

凌然4703S09。

8S0700150

金屬材料的熱加工和冷加工

分界點(diǎn)—再結(jié)晶溫度TR

熱加工一在TR以上溫度進(jìn)行的變形加工,如鋼材的熱鍛和熱軋。

一熱加工時,塑性變形引起的加工硬化效應(yīng)隨即被再結(jié)晶過程的軟化作用所消除。

冷加工一在TR以下溫度進(jìn)行的變形加工,如鋼材的冷擠壓、冷拔、冷沖等,冷加工時會引起加工硬化

3

加一一度-

變形金屬加熱時組織和性能變化示意圖

影響再結(jié)晶溫度的因素:

金屬中的雜質(zhì)或合金元素,尤其是高熔點(diǎn)成分的存在,會阻礙原子的擴(kuò)散(位錯的擴(kuò)散),因此再結(jié)晶溫度會提高。如:

1.純鐵T再min=450℃,2、碳鋼T再min=500-650℃,3、合金鋼T再min〉650-700。

綜合上述因素,再結(jié)晶退火溫度一般為:

T再min+100-200℃

第3章板料沖壓

沖壓是利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形的方法。這種加工方法通常是在常溫條件下進(jìn)行,所以又叫冷沖壓。只有當(dāng)板料

厚度超過8mm或材料塑性較差時才采用熱沖壓。

板材沖壓成杉是利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形的加工方法。板材沖壓成彩具有下列特點(diǎn):

①板材沖壓生產(chǎn)主要是依靠沖模和沖壓設(shè)備完成加工,工藝過程便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化,生產(chǎn)率很高,操作簡便,

故零件成本低。

②可以沖壓出形狀復(fù)雜的零件,一般不需再進(jìn)行切削加工,且廢料較少,因而節(jié)省原材料和能源消耗。

③板材沖壓常用的原材料有低碳鋼以及塑性高的合金鋼和有色金屬,多是表面質(zhì)量好的板料、條料或帶料,產(chǎn)品重量

輕、材料消耗少、強(qiáng)度高、剛性好。

④沖壓件的尺寸公差主要由沖模來保證,因此產(chǎn)品具有足夠高的精度和較低的表面粗糙度,尺寸穩(wěn)定,互換性好。但

沖模制造復(fù)雜、成本高,只有在大批量生產(chǎn)條件下,其優(yōu)越性才顯得突出。

沖壓生產(chǎn)中常用的設(shè)備是剪床和沖床。

(一)分離工序

1.落料和沖孔(統(tǒng)稱沖裁)

沖裁(落料和沖孔)是使坯料按封閉輪廓分離的工序。落料時被分離的部分為成品,而周邊是廢料;沖孔是為了獲得

帶孔的沖裁件,被分離的部分為廢料,而周邊是成品.

(1)沖裁變形過程

沖裁過程如圖3.3.1所示。沖裁時板材的變形和分離過程對沖裁件質(zhì)量有很大影響。當(dāng)凸凹模間隙正常時,其過程可

分為如下三個階段。

(2)斷面質(zhì)量

沖裁件的斷面具有明顯的區(qū)域性特征,由圓角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺四個部分組成。

(3)凸凹模間隙

凸凹模間隙不僅嚴(yán)重影響沖裁件的斷面質(zhì)量,也影響著模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。

圖沖裁件的斷面(a)落料(b)沖孔

坯料“凹?!?/p>

落料、沖孔“

(4)沖裁件的排樣

排樣是指落料件在條料、帶料或板料上合理布置的方法.圖為同一個沖裁件采用四種不同排樣方式時材料消耗

的對比情況。

⑸沖裁力的計(jì)算

平刃沖模的沖裁力按下式計(jì)算:

P=kLSr(1—1)

式中:P一沖裁力;L一沖裁周邊長度,mm;

S一坯料厚度,mm;k-系數(shù),常取1.3,或取=0.8;

T—材料抗剪切強(qiáng)度,MPa,可查手冊

2.修整

修整是利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬,從而提高沖裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度值。

I坯料卜I沖頭I、/I坯料I

凹模

修整

3.切斷

切斷是指用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進(jìn)行分離的工序。

切斷

(二)變形工序

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,如拉深、彎曲、翻邊、成形等。

1.拉深(DeepForming)

拉深是利用拉深模具使沖裁后得到的平板坯料變形成開口空心件的沖壓工序。拉深可以制成筒形、階梯形、盒形、

球形、錐形及其它復(fù)雜形狀的薄璧零件。

(1)拉深過程

如圖所示。把直徑為D的平板坯料放在凹模上,在凸模作用下,坯料被拉入凸模和凹模的間隙中,形成空心拉深件.

(2)拉深中的廢品及防止

從拉深過程中可以看出,拉深件最危險(xiǎn)部位是直璧與底部的過渡圓角處,當(dāng)拉應(yīng)力值超過材料的強(qiáng)度極限時,將被

拉穿形成廢品。防止拉深件出現(xiàn)拉穿的措施是:

①凸、凹模圓角半徑

這兩個圓角半徑過小時,則容易將板料拉穿。

②凸凹模間隙

③拉深系數(shù)

如果拉深系數(shù)過小,不能一次拉深成形時,則可采用多次拉深工藝.

④注意潤滑

拉深過程中另一種常見缺陷是起皺。

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