熱加工基礎(chǔ)05.ppt

1、板料成形又叫板料沖壓,是利用壓力裝置和模具使板材產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得成形件或制品的成形方法。,板料沖壓,一般沖壓板厚6mm，且通常在常溫下進(jìn)行，故又稱(chēng)為冷沖壓，只有當(dāng)板厚超過(guò)8mm時(shí)才采用熱成形。,優(yōu)點(diǎn)： (1)沖壓件精度高，表面光潔，無(wú)切削，互換性好； (2)沖壓件質(zhì)量輕、強(qiáng)度、剛性較高； (3)操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)率高，易于自動(dòng)化； (4)廢料少，成本低；,板料沖壓,缺點(diǎn)： (1)變形沖壓件的材料應(yīng)有足夠塑性與較低變形抗力 ； (2)有加工硬化現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)使金屬失去近一步變形的能力 ； (3)模具費(fèi)用高，不宜單件小批生產(chǎn)。,板料沖壓,沖壓設(shè)備,（1）沖床,板料沖壓,剪床 完成剪切工序，為

2、沖壓準(zhǔn)備原材料的主要設(shè)備。,板料沖壓,板料分離工序,分離工序是使坯料一部分相對(duì)于另一部分分離而得到工件或者坯料，如落料，沖孔，切斷，修整等。 落料與沖孔 （沖裁） 落料是從板料上沖出一定外形的零件或坯料，沖下部分是成品。 沖孔是在板料上沖出孔，沖下部分是廢料。,（2） 切斷 切斷是指用剪刀或沖模將坯料或其他型材沿不封閉輪廓進(jìn)行分離的工序。 斷用于制取形狀簡(jiǎn)單，精度要求不高的平板類(lèi)工件或下料。,板料分離過(guò)程,（3）修整 如零件的精度和表面粗糙度的要求較高，則需要用修整工序。,板料分離過(guò)程,金屬板料沖裁成形過(guò)程 彈性變形階段、塑性變形階段、斷裂分離階段。,板料分離過(guò)程,精密沖裁：在普通沖裁的基礎(chǔ)上

3、，通過(guò)改進(jìn)沖裁模具，使材料呈塑性剪切的形式進(jìn)行沖裁，以提高制件的精度，改斷面質(zhì)量。主要有光潔沖裁、負(fù)間隙沖裁、帶齒圈壓板精沖、往復(fù)沖裁等。,板料分離過(guò)程,齒圈壓板,1）凸凹模間隙 單邊間隙用C表示，雙邊間隙用Z表示。,沖裁工藝設(shè)計(jì),間隙大小對(duì)沖裁件斷面質(zhì)量的影響,沖裁工藝設(shè)計(jì),當(dāng)沖裁件斷面品質(zhì)要求較高時(shí)，應(yīng)選取較小的間隙值。 沖裁件斷面品質(zhì)無(wú)嚴(yán)格要求時(shí)，應(yīng)盡可能加大間隙，以利于提高沖模壽命。 合理間隙Z的數(shù)值按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：Z = m t 其中 t材料厚度； m與材質(zhì)及厚度有關(guān)的系數(shù)。,沖裁工藝設(shè)計(jì),板材較薄時(shí)，m可按如下數(shù)據(jù)選用： 低碳鋼、純鐵 m=0.060.09 銅、鋁合金 m=0.06

4、 0.10 高碳鋼 m=0.08 0.12 當(dāng)板料厚度 t 3mm時(shí)，因沖裁力較大，應(yīng)適當(dāng)放大系數(shù)m。 對(duì)沖裁件斷面無(wú)特殊要求時(shí)，系數(shù)m可放大1.5倍。,沖裁工藝設(shè)計(jì),2）凸、凹模刃口尺寸確定 落料模 凹模尺寸=落料件尺寸 凸模尺寸=凹模尺寸最小合理間隙值 因凹模磨損后增大了落料尺寸，因此，凹模設(shè)計(jì)應(yīng)接近落料件最小極限尺寸。,沖裁工藝設(shè)計(jì),沖孔模 凸模尺寸=沖孔尺寸，以凸模為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。 凹模尺寸=凸模尺寸+最小合理間隙值 凸模磨損后減小沖孔尺寸，因此，凸模設(shè)計(jì)應(yīng)接近沖孔最大極限尺寸。,沖裁工藝設(shè)計(jì),3）沖裁力計(jì)算 沖裁力是選用設(shè)備噸位和檢驗(yàn)?zāi)＞邚?qiáng)度的一個(gè)重要依據(jù)。對(duì)于平刃沖模的沖裁力按下式計(jì)算

5、：,式中 P沖裁力； k系數(shù)；一般取k=1.3 L沖裁周邊長(zhǎng)度； t板料厚度；,材料抗剪切強(qiáng)度。,沖裁工藝設(shè)計(jì),4）排樣設(shè)計(jì) （1）有廢料排樣 （2）少?gòu)U料排樣 （3）無(wú)廢料排樣,沖裁工藝設(shè)計(jì),變形工序是使坯料發(fā)生塑性變形而形成一定形狀和尺寸的工件，主要有彎曲、拉深、翻邊、成形、收口等。 （1） 彎曲與卷邊 彎曲：是用模具把坯料彎成所需要形狀的過(guò)程，可以在各種機(jī)械或液壓壓力機(jī)上進(jìn)行。,板料變形工序,彎曲工序主要有,彎曲變形工序,彎曲變形主要發(fā)生在彎曲中心角范圍，板料內(nèi)層受壓縮短，外層受拉伸長(zhǎng)。,中性層變形區(qū)厚度方向，切向伸長(zhǎng)與壓縮變形區(qū)間，有一層金屬不變形。稱(chēng)為中性層。用于計(jì)算展開(kāi)長(zhǎng)度。,彎曲

6、變形工序,這種塑性變形程度的大小與彎曲半徑r的大小有關(guān)，r越小，變形程度越大，金屬的加工硬化作用越強(qiáng)。r太小就有可能在工件彎曲的部分外側(cè)開(kāi)裂。 彎曲變形極限用最小彎曲半徑表示。 最小彎曲半徑：板厚一定，彎曲半徑r減小，板料外側(cè)伸長(zhǎng)，保證不彎裂的最小半徑。,彎曲變形工序,當(dāng)彎曲變形完畢后，凸?；爻虝r(shí)，工件所彎的角度會(huì)因金屬?gòu)椥宰冃蔚幕謴?fù)而略有曾加，稱(chēng)為回彈現(xiàn)象。 卷邊也是彎曲的一種。,彎曲變形工序,回彈主要與材質(zhì)有關(guān)，某些材質(zhì)的回彈角度甚至高達(dá)10，設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)考慮它的影響。 減少回彈的措施 (1)改進(jìn)彎曲件局部結(jié)構(gòu)和選用合適的材料 如設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋 選s, E的材料或退火處理. (2)補(bǔ)償法 根據(jù)

7、回彈趨勢(shì)修正凸?；虬寄?。工廠用的最多。,彎曲變形工序,（2）拉深 拉深：是將平板料放在凹模上，沖頭把材料拉入凹模而形成空心形狀工件的過(guò)程。,拉深變形工序,拉深變形過(guò)程： 凸緣為主要變形區(qū)，如是圓形零件，圓形坯料外徑直徑隨拉深變形而減小，轉(zhuǎn)化為零件側(cè)壁。 凸緣區(qū)徑向受拉產(chǎn)生拉應(yīng)變，切向（周向）受壓產(chǎn)生壓應(yīng)變。,拉深變形工序,在拉深過(guò)程中，工件的底部并未發(fā)生變形，而工件的直壁部分則經(jīng)歷了很大程度的塑性變形，引起了加工硬化作用。 當(dāng)坯料直徑D與工件直徑d相差越大（ d/ D 越?。?，則變形區(qū)越寬，變形程度就大。從底向上金屬的加工硬化作用就越強(qiáng)，拉深的變形阻力就越大，甚至有可能把工件直壁底部拉裂。,拉

8、深變形工序,d/D的比值m稱(chēng)為拉深系數(shù) 一般取m=0.50.8。根據(jù)不同的材料可以查手冊(cè)和書(shū)上的表。若產(chǎn)品的拉深系數(shù)m小于相應(yīng)材料最小極限拉深系數(shù)m極限，則應(yīng)采用多次拉深。 產(chǎn)品m總 = m1m2m3mn,拉深變形工序,拉深主要缺陷：起皺和拉裂,拉深變形工序,防止拉裂的主要措施： （1）限制拉深系數(shù) （2）正確確定凸、凹模的圓角半徑 （3）合理規(guī)定凸、凹模間隙 （4）采用多次拉深和敷涂拉深潤(rùn)滑劑,拉深變形工序,（3） 翻邊 在帶孔的坯料上通過(guò)凸模獲得豎立的凸緣的過(guò)程。 當(dāng)工件所需的凸緣較高，用一次翻邊成形可能會(huì)使孔的邊緣造成破裂，這時(shí)可以采用先拉深，后沖孔，再翻邊成型的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。,板料變形工

9、序,板料變形工序,（4）收口：是使工件口部縮小，高度增加的過(guò)程。,（5）滾彎（含卷板） 滾彎是板料（工件）送入可調(diào)上輥與兩個(gè)固定下輥間、根據(jù)上下輥的相對(duì)位置不同，對(duì)板施加連續(xù)的塑性彎曲成形，改變上輥的位置可改變板材的滾彎的曲率。 還有一種滾彎是將板料一次通過(guò)若干對(duì)上下輥，每通過(guò)一對(duì)上下輥產(chǎn)生一定的變形，最終使板料成形為具有一定形狀的截面。,板料變形工序,利用板料制造各種沖壓產(chǎn)品零件時(shí)，各種過(guò)程的選擇，過(guò)程順序的安排和各過(guò)程應(yīng)用次數(shù)，都是以產(chǎn)品零件的形狀和尺寸及每道工序中材料所允許的變形程度為依據(jù)。 形狀比較復(fù)雜或者特殊的零件，往往要用幾個(gè)基本過(guò)程多次沖壓才能完成。變形程度較大時(shí)，還要進(jìn)行中間退

10、火。,板料變形工序,某零件材質(zhì)為Q235的沖壓過(guò)程： 1落料 2拉深 3第二次拉深 4沖孔 5翻邊,板料變形工序,黃銅彈殼的沖壓過(guò)程： 1落料 2拉深 3第二次拉深 4多次拉深 5成形 6收口 工件壁厚要經(jīng)過(guò)多次減薄拉深，由于變形程度較大，工序間要進(jìn)行多次退火。,板料變形工序,沖壓件的精度和表面品質(zhì) 在滿足需要的情況下盡可能降低要求，以降低成本，提高生產(chǎn)率。沖壓一般精度:落料不超過(guò)IT10，沖孔不超過(guò)IT9，彎曲不超過(guò)IT9IT10。拉深件直徑在IT9IT10,高度尺寸為IT8IT10。 對(duì)沖壓件表面品質(zhì)要求，盡可能不高于原材料的所具有的表面品質(zhì)。否則將要增加切削加工等工序，增加成本。,板料沖

11、壓結(jié)構(gòu)工藝性,一、沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性,沖壓件的形狀和尺寸 落料件的外形應(yīng)能使排樣合理，廢料最少。,（a）中少無(wú)搭邊排樣的形狀較（b）合理。,板料沖壓結(jié)構(gòu)工藝性,落料和沖孔的形狀和大小應(yīng)使凸、凹模工作部分具有足夠的強(qiáng)度。,孔與孔的間距不能太??； 工件周邊的凹凸部分不能太窄太深； 轉(zhuǎn)角都應(yīng)有一定的圓角等。,板料沖壓結(jié)構(gòu)工藝性,1、彎曲件形狀應(yīng)盡量對(duì)稱(chēng)，工作過(guò)程防止材料偏移 2、彎曲半徑不能小于材料允許的最小彎曲半徑。 3、彎曲件孔必須位于變形區(qū)以外 4、彎曲件的直變高度必須大于2倍板厚 5、彎曲件的尺寸公差最好在IT13以下,板料沖壓結(jié)構(gòu)工藝性,二、彎曲結(jié)構(gòu)件的工藝性,1、拉深件的外形應(yīng)力求簡(jiǎn)單對(duì)

12、稱(chēng)且不宜太高，以便易于成形和減少拉深次數(shù) 2、拉深件的圓角半徑應(yīng)盡量大一些，以便成形和減少拉深次數(shù)及整形工序。 3、拉深件各部分的比例應(yīng)合理，其凸緣的寬度應(yīng)盡量窄且一致 4、拉深件的公差等級(jí)及表面質(zhì)量。,板料沖壓結(jié)構(gòu)工藝性,三、拉深件的結(jié)構(gòu)工藝性,其他塑性成形簡(jiǎn)介,3.5.1擠壓成形 金屬坯料受三向壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生塑性變形，從模具空口擠出或充滿型腔成形，獲得制品。,1）零件的擠壓方式,擠壓成形,2）擠壓特點(diǎn) 擠壓分為冷擠壓、溫?cái)D壓和熱擠壓 1）冷擠壓 室溫下的擠壓，其特點(diǎn)： 三向壓應(yīng)力使材料的晶粒組織更加致密、充分提高金屬塑性，使擠壓件強(qiáng)度、硬度及耐疲勞性能顯著提高、可加工難鍛金屬。 可生產(chǎn)管

13、、棒等型材，也可生產(chǎn)斷面復(fù)雜或具有深孔、薄壁及變斷面零件。,擠壓成形,制品精度較高，尺寸精度可達(dá)IT7IT6、表面粗糙度Ra=1.6 - 0.2，實(shí)現(xiàn)少無(wú)切屑加工。 材料利用率、生產(chǎn)率高；生產(chǎn)方便靈活，易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。 冷擠壓變形力大，限制了冷擠壓件的尺寸和質(zhì)量；冷擠壓模具材質(zhì)要求高，坯料常進(jìn)行軟化、去氧化皮和特殊潤(rùn)滑處理。,擠壓成形,縫紉機(jī)梭心套殼（材料2Cr13）冷擠壓,擠壓成形,2）溫?cái)D壓 坯料溫度高于室溫，低于再結(jié)晶溫度的擠壓。 其特點(diǎn)： 坯料可不進(jìn)行預(yù)先軟化處理、潤(rùn)滑處理和中間退火等。 與冷擠壓相比，降低了變形抗力，增加每個(gè)工序的變形程度，提高了模具的使用壽命。 溫?cái)D壓零件的精度和

14、力學(xué)性能低于冷擠壓零件。 對(duì)于一些冷擠壓難以塑性成形的材料，均可采用溫?cái)D壓,擠壓成形,微型電機(jī)外殼的材料為不銹鋼，坯料尺寸為25.8X14mm，若采用冷擠壓則需要多次擠壓才能成形，生產(chǎn)率低，但若將坯料加熱到260，采用溫?cái)D壓，則只需要兩次擠壓即可成形。,微型電機(jī)外殼溫?cái)D壓過(guò)程 （a）坯料 （b）復(fù)合擠壓 （c）正擠壓,擠壓成形,3）熱擠壓 再結(jié)晶溫度以上，與鍛造溫度相同。其特點(diǎn)： 變形抗力小、塑性好。 由于加熱溫度高，氧化脫碳及熱脹冷縮等問(wèn)題會(huì)大大降低產(chǎn)品的尺寸精度和表面品質(zhì)。 一般用于高強(qiáng)（硬）度金屬材料的毛坯成形，如：高碳鋼、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、高速鋼、耐熱鋼等。,擠壓成形,拉拔成型,拉拔：在拉

15、力作用下，迫使金屬坯料通過(guò)拉拔?？祝垣@得相應(yīng)形狀與尺寸制品的塑性加工方法,輥軋成形,常見(jiàn)輥軋有：輥鍛、橫軋、斜軋等。 輥鍛：使坯料通過(guò)裝有圓弧形模塊的一對(duì)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的軋輥時(shí)，受壓而變形的生產(chǎn)方法。,它與軋制不同的是這對(duì)模塊可裝拆更換，以便生產(chǎn)不同形狀的毛坯或零件。,輥鍛不僅可作為模鍛前的制坯工序，還可直接輥鍛出制品，如各種扳手、鋼絲鉗、鐮刀、鋤頭、犁鏵、麻花鉆、連桿、葉片、刺刀、鐵道道岔等。,輥軋成形,輥環(huán)軋制（擴(kuò)孔） 輥環(huán)軋制是用來(lái)擴(kuò)大坯料的外徑和內(nèi)徑，以得到各種環(huán)狀毛坯或零件的軋制過(guò)程，用它代替鍛造方法生產(chǎn)環(huán)形鍛件，可節(jié)省金屬15%左右。 生產(chǎn)出來(lái)的環(huán)類(lèi)件，其橫截面可以是多種形狀的，如火車(chē)

16、輪箍、大型軸承圈、齒圈、法蘭等。,輥環(huán)軋制示意圖 1驅(qū)動(dòng)輥 2毛坯 3從動(dòng)輪 4導(dǎo)向輥 5信號(hào)輥,輥軋成形,橫軋 軋輥軸線與坯料軸線互相平行的軋制方法。 1）齒輪齒形軋制 將帶齒形的軋輪做徑向進(jìn)給，迫使軋輪與坯料對(duì)輾，在對(duì)輾過(guò)程中，坯料上一部分金屬受壓形成齒谷，相鄰部分的金屬被軋輪齒部“反擠”而形成齒頂。直齒和斜齒均可用熱軋成型。,輥軋成形,2）螺旋斜軋：帶螺旋槽的軋輥軸線相互交叉，同向旋轉(zhuǎn)，軋坯作螺旋運(yùn)動(dòng)（繞自身軸反轉(zhuǎn)，并軸向向前），同時(shí)受壓塑性變形，獲得制品。,輥軋成形,3）橫楔軋：橫楔軋是用兩個(gè)外表面鑲有楔形凸塊，并作同向旋轉(zhuǎn)的平行軋輥對(duì)沿軋輥軸向送進(jìn)的坯料進(jìn)行軋制成形的方法。,輥軋成形,超塑性成形,指金屬或合金在低變形速率、一定變形溫度和均勻細(xì)晶粒度條件下，伸長(zhǎng)率超過(guò)100%的塑性變形。,特點(diǎn) 超塑性狀態(tài)下的金屬在拉伸變形過(guò)程中不產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，變形應(yīng)力可比常態(tài)下金屬的變形應(yīng)力降低幾倍至幾十倍。 可獲得形狀復(fù)雜、薄壁的工件，且工件尺寸精確。 超塑性成形后的工件，具有較均勻而細(xì)小的晶粒組織，力學(xué)性能均勻一致；具有較高的抗應(yīng)力腐蝕