第三篇金属的塑性加工[讲课适用].ppt

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1、压力加工的产品,第三篇 金属的塑性加工,1,优选课堂,2,优选课堂,3,优选课堂,4,优选课堂,第三篇 金属的塑性加工,1.概念 金属塑性加工：利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，也称为金属塑性成型或压力加工。 各类钢和大多数有色金属及其合金都具有一定塑性，可以在热态或冷态下进行塑性成形。,5,优选课堂,2.塑性加工主要方式: 锻造、冲压、轧制、挤压、拉拔等。 1）锻造：将金属坯料置于上下砧或锻模内，用冲击力或压力使金属成型为各种型材和锻件等。,a）自由锻 b）模锻 c）胎模锻,胎模锻：自由锻设备上，采用不与上、下砧相连接的活

2、动模具成形锻件的方法。是介于自由锻和模锻之间的锻造工艺方法。,6,优选课堂,2）冲压 利用冲模将金属板料切离或变形为各种冲压件。 冲压示意图如下：,7,优选课堂,3）轧制 使金属坯料通过两个旋转轧辊之间的间隙而产生塑性变形的加工方法。 用于生产各种型材、管材、板材等。,8,优选课堂,4）挤压：使金属坯料从挤压模孔挤出而成型的各种型材、管材、零件等。 挤压的方法有： a）正挤压 b）反挤压 c）复合挤压 d）径向挤压,径向挤压：金属流动方向与凸模运动方向呈90度。,9,优选课堂,挤压产品截面形状,10,优选课堂,5）拉拔：将金属坯料从拉模的模孔中拉出而成型为各种线材、薄壁管材、特殊截面型材等。,

3、11,优选课堂,3.金属压力加工的特点（与铸造相比） （1）优点 a）力学性能高、内部缺陷被压合、晶粒显著细化 )生产率高、节约材料、适用范围广 （2）缺点 a)形状不能太复杂 b)坯料塑性要好 c）模具、设备昂贵 4.应用 汽车、拖拉机、宇航、军工、电器、桥梁、建筑等。,12,优选课堂,金属塑性变形的实质,塑性变形对金属组织和性能的影响,金属的可锻性,第一章 金属的塑性变形,金属材料经塑性加工之后： 内部组织发生很大变化； 性能也得到改善与提高。,13,优选课堂,知识点： 1、塑性变形及其实质。 2、“弹复”现象的应用。 3、加工硬化现象（冷、热）及热效应现象。 4、再结晶。 5、纤维组织。

4、 6、可锻性。,14,优选课堂,1-1 金属塑性变形的实质,金属变形,弹性变形,塑性变形,单晶体的塑性变形,多晶体的塑性变形,15,优选课堂,一、单晶体的塑性变形,1）滑移,晶体的一部分相对另一部分沿一定的晶面发生相对滑动,未变形 弹性变形 弹塑性变形 塑性变形,塑性变形的实质：晶体内部产生滑移的结果。,图31单晶体滑移变形示意图,16,优选课堂,金属塑性变形的 实质是晶体内部 产生滑移变形， 其中位错是引起 滑移变形的主要 原因。,位错，使部分原子处于不稳定状态。,位错移动：高位能的位错处原子，在比理论值小的切应力下滑移。从一个位置滑移到另一个位置。,17,优选课堂,二、多晶体的塑性变形,晶

5、内变形,晶间变形,滑动,转动,多晶体塑性变形的实质： 晶粒内部发生滑移；同 时晶粒之间发生滑移和 转动。,图33 多晶体塑性变形示意图,18,优选课堂,“弹复”现象：应力 弹性变形；应力增大 塑性变形；去除外力 弹性变形恢复。,“弹复”现象，在塑性变形加工中的应用。增加变形量。,19,优选课堂,1-2 塑性变形对金属组织和性能的影响,常温下金属塑性变形后，内部组织变化： 1、变形：晶粒沿最大变形方向伸长。 2、产生内应力：晶格与晶粒均发生扭曲。 3、晶粒间产生碎晶。,形变强化现象:金属经过冷态下的塑性变形(冷加工)后,其强度、硬度提高,而塑性、韧性降低的现象叫做形变强化,或加工硬化或冷作硬化。

6、 形变强化还使物理、化学性能发生变化,如电阻增大,耐蚀性降低。 在冷加工时,形变强化使金属塑性降低,进一步加工困难,应安排中间退火工艺。,实质：塑性变形时位错运动受阻，使交叉滑移中位错运动范围缩小，因此，金属性能随之改变。,20,优选课堂,一、金属材料产生加工硬化,金属材料 强度和硬 度提高， 塑性和韧 性下降。,有利：加工硬化可提高产品性能!,加热可消除硬化现象!,不利：进一步的塑性变形带来困难!,21,优选课堂,回复,T回 = （0.25 0.3）T熔,再结晶,T再 = （0.35 0.4）T熔,再结晶的特点 1、只有产生加工硬化的金属才能产生再结晶。 2、不同于同素异构转变，不发生晶体结

7、构变化。 3、可以细化晶粒。但过份地延长加热时间，则晶粒还会不断长大，使金属力学性能下降。,22,优选课堂,23,优选课堂,T再,冷变形,热变形,冷变形无再结晶现象，只有加工硬化现象,热变形有再结晶现象，无加工硬化现象,特点,24,优选课堂,原因,使晶粒细化,消除了部分铸锭缺陷，使金属更加致密,形成纤维组织,问题：为什么锻件质量优于铸件？,25,优选课堂,二、金属材料产生纤维组织,各向异性,在平行于纤维组织的方向上：材料的抗拉强度提高,在垂直于纤维组织的方向上：材料的抗剪强度提高,锻件使用中应注意纤维方向!,纤维组织 金属晶界上的夹杂物随晶粒沿变形最大方向被拉长得到的组织。,变形程度越大，纤维

8、组织越明显。 常用锻造比Y表示变形程度。坯料拔长时的锻造比为： Y=F0/F 式中F0为坯料拔长前的横截面积；F为坯料拔长后的横截面积,26,优选课堂,当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头部与杆部的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生的切应力顺着纤维方向，故螺钉的承载能力较弱(如图示 )。 当采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉时(如图示)，纤维不被切断且连贯性好，纤维方向也较为有利，故螺钉质量较好。,实例：,27,优选课堂,纤维组织的稳定性很高，不能用热处理或其它方法加以消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。,1、应使零件在工作中所受的最大正应力方向与纤维方向重合，2、最大

9、切应力方向与纤维方向垂直，3、并使纤维分布与零件的轮廓相符合，尽量不被切断。,合理利用纤维组织,28,优选课堂,金属材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度,1-3 金属的可锻性,衡量指标,塑性,变形抗力,目标,塑性大,变形抗力小,影响可锻性的因素,金属本身 加工条件,29,优选课堂,1 金属本身,钢的可锻性随碳和合金元素的质量分数的增加而变差。,30,优选课堂,2 加工条件,T温越高，材料的可锻性越好。,过热、过烧 、脱碳缺陷,45: 8001200,变形温度：,问题：锻造温度是否越高越好？,随着温度的升高，钢的强度下降，塑性上升，即钢的可锻性变好。因此，压力加工都力争在高温下进行，即采用热变

10、形。,31,优选课堂,锻造温度范围 开始锻造的温度称为始锻温度，指金属在锻造前加热允许的最高温度。始锻温度过高必将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。 过热 加热温度过高，导致晶粒急剧长大的现象。该缺陷可以通过重新的热处理加以消除。 过烧 加热温度过高（过热之后），导致晶界严重氧化，甚至局部熔化的现象。 产生该缺陷后，性能极脆，并不能挽救，只能报废。 停止锻造的温度称为终锻温度，指金属热变形允许的最低温度。终锻温度过低，金属的加工硬化严重，变形抗力急剧增加，使加工难于进行。,32,优选课堂,碳钢的锻造温度范围,33,优选课堂,变形速度,V变越小，材料的可锻性越好。,1）随变形速度的增大，加工

11、硬化严重，可锻性变坏。 2）另一方面，在变形过程中，产生热效应现象。热效应现象使金属的塑性提高，变形抗力减小，可锻性变好。 但是，除了高速锤以外，在普通锻压设备上都不可能超过临界变形速度。所以，一般塑性较差的金属，应以较小的变形速度，在压力机上进行锻造。,34,优选课堂,应力状态,三向压应力 塑性最好、变形抗力最小。,三向拉应力 塑性最差、变形抗力最大。,压应力使各种缺陷受到抑制，不易扩展，故可提高金属的塑性。 在拉应力作用下，极易扩展，甚至破坏，使金属失去塑性。,35,优选课堂,综上所述，金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于加工条件。在压力加工过程中，要力求创造最有利的加工条件，提高塑性

12、，降低变形抗力。,36,优选课堂,第二章 锻造,自由锻,37,优选课堂,第二章 锻造,自由锻,模锻,利用外力(冲击力或压力)使金属 在抵铁间或锻模中变形，获得一定 形状和尺寸锻件的工艺方法。,自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下砧之间产生塑性变形，从而得到所需锻件的锻造方法。坯料在二砧间变形时，沿变形方向可自由流动。,模锻是利用锻模使坯料变形而获得锻件的锻造方法。,38,优选课堂,第二章 锻造,2-1锻造方法,自由锻,手工自由锻,机器自由锻,靠人力和手工工具对坯料施加外力，只能生产小型锻件，效率低，目前基本被淘汰。,靠机器对坯料施加外力，能够锻造各种大小的锻件，是自由锻的主要方式。,自由锻造

13、的主要设备 锻锤：靠冲击力使坯料变形。空气锤（100kg)和蒸汽空气锤(1500kg)。用于中、小锻件。 液压机：靠静压力使坯料变形。水压机（可锻300t锻件)和油压机。,39,优选课堂,自由锻,自由锻工序,基本工序,辅助工序,精整工序,第二章 锻造,2-1锻造方法,使金属产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状及尺寸的工艺过程，完成锻件的基本工艺过程。,进行基本工序之前的预变形工序。,在完成基本工艺之后，用以提高锻件尺寸及位置精度的工序。,40,优选课堂,自由锻,自由锻基本工序,第二章 锻造,2-1锻造方法,拔长、镦粗、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割,41,优选课堂,镦粗：,使坯料高度减小，截面

14、积增大的工序。,锻造比：Y镦= 1,高径比2.5-3.0,主要用于圆盘类锻件。,拔长：,使截面减小，长度增加的工序。,锻造比：,Y拔= 1，,适当增大锻造比有利于改善组织、提高力学性能，但太大反而加剧各向异性。,碳素结构钢： 2-3；合金结构钢： 3-4；高速钢：5-12。,主要用于轴、杆类锻件。,冲孔：,用冲头在坯料上冲出通孔或不通孔的工序。,42,优选课堂,主要用于曲轴类锻件。,弯曲：,将坯料弯成一定角度或形状的工序。,如角尺、吊钩、 地脚螺钉等。,扭转：,将坯料的一部分绕轴心线相对于另一部分转动一定角度的工序。,如多拐曲轴、麻花钻。,错移：,将坯料的一部分相对于另一部分错开 一段距离而又

15、保持平行的工序。,切割：,将坯料切去一部分的工序。,常用于切除钢锭底部、夹钳部分、料头。,43,优选课堂,自由锻,自由锻件及基本工序,第二章 锻造,盘类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔,轴类件:拔长（镦粗、拔长）、切肩、锻台阶,筒类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上拔长,环类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上扩孔,弯曲类件:拔长（镦粗、拔长）、弯曲,曲轴类件:拔长（镦粗、拔长）、错移、锻台阶、扭转,2-1锻造方法,44,优选课堂,自由锻的典型工艺举例,盘类锻件自由锻工艺过程:,下料,镦粗,垫环局部镦粗,冲孔,冲子扩孔,修整,45,优选课堂,轴类锻件：,阶梯轴的锻造过程,切肩,一端拔长并切料头,

16、调头切肩,拔长,端部拔长并切料头,46,优选课堂,环类锻件：,圆环的锻造过程,下料,镦粗,冲孔,心轴扩孔,平整端面,47,优选课堂,曲轴类锻件：,三拐曲轴的锻造过程,下料,压出段槽,错移、压出拐扁方,压槽、 、分段,压出、拐扁方,、 、 分段压槽,拔出中间及两端轴颈,扭转、拐各30,48,优选课堂,自由锻特点,第二章 锻造,2-1锻造方法, 坯料表面变形自由； 设备及工具简单，锻件重量不受限制； 锻件的精度低； 生产率低，适用于单件小批生产； 是大型锻件的唯一锻造方法。,49,优选课堂,模锻,第二章 锻造,2-1锻造方法,使加热后的金属在模膛内受压变形以获得所需锻件的方法。,应用：,大批量生产

17、中小锻件。,150Kg，,如曲轴、连杆、齿轮。,原因：受吨位限制、成本高。,设备：锤上模锻、 曲柄压力机上模锻、摩擦螺旋压力机上模锻、胎模锻。,50,优选课堂,模锻特点,典 型 模 锻 件,第二章 锻造, 生产率高；, 材料利用率高；, 可锻造形状较复杂的零件；, 锻件重量小。, 锻件的尺寸精度和表面质量高；,2-1锻造方法, 模具成本高、设备昂贵；,51,优选课堂,锤上模锻,第二章 锻造,2-1锻造方法,设备为模锻锤：蒸汽-空气锤 。合模准确。 吨位：110t，可锻150kg以下锻件。,52,优选课堂,锤上模锻,锻模结构,第二章 锻造,2-1锻造方法,由上、下两个模块组成，有模膛。,单模膛锻

18、模、多模膛锻模,53,优选课堂,锤上模锻,锻模结构,第二章 锻造,2-1锻造方法,模膛,54,优选课堂,锤上模锻,锻模结构,模 膛,模锻模膛,制坯模膛,拔长模膛,终锻模膛,预锻模膛,滚压模膛,弯曲模膛,切断模膛,第二章 锻造,2-1锻造方法,模膛,55,优选课堂,2）预锻：,使坯料接近锻件的形状、尺寸。 使锻坯最终成形前获得接近终锻形状的模膛。,预锻模膛无飞边槽，斜度、圆角大。,1）终锻模膛：,使坯料最后变形到所需的形状、尺寸,终锻模膛有飞边槽，斜度、圆角小。,容纳多余金属，有利于金属填满模膛；起缓冲作用，保护模具，提高模具寿命。,钢件收缩率：1.5%； 飞边槽：增加流出阻力，容纳多余金属。

19、连皮：带孔模锻件不能直接获得通孔，留有的一层较薄金属。,（1）模锻模膛,56,优选课堂,（2）制坯模膛,对于形状复杂的模锻件，使金属能很好地分布和充满模锻模膛，预先在制坯模膛中制形状基本接近模锻件形状坯件。,1）拔长模膛：减少坯料某部分的截面积而增加其长度。 图3-15 (a)开式； 图3-15(b)闭式。,57,优选课堂,2) 滚压模膛,坯料长度基本不变，使坯料一部分截面减少，而另一部分截面增大。 要不断翻转坯料。,58,优选课堂,3）弯曲模膛,使坯料弯曲。 可以直接弯曲。,4）切断模膛,在上模、下模的角部组成的一对刃口，切割金属。,59,优选课堂,锻模结构,第二章 锻造,2-1锻造方法,6

20、0,优选课堂,第二章 锻造,2-1锻造方法,图3-18弯曲连杆锻造过程,61,优选课堂,锤上模锻的特点： 优点：设备投资较少，锻件质量较好，适应性强，可实现多种变形工步锻制不同形状的锻件。 缺点：振动大、噪声大，生产率较低。,第二章 锻造,2-1锻造方法,62,优选课堂,压力机上模锻,摩擦压力机上模锻,第二章 锻造,2-1锻造方法,63,优选课堂,曲柄压力机上模锻,第二章 锻造,2-1锻造方法,压力机上模锻,64,优选课堂,热模锻,第二章 锻造,2-1 锻造方法,优点： 静压力；变形抗力由机架承受，无振动，噪声小。 滑块行程固定，变形工序一次完成。 导向装置、顶杆：余量小、公差小、模锻斜度小。

21、 镶块式锻模。,缺点：,应用：,氧化皮不易清除；影响锻件质量。,大批量的中、小型锻件。,65,优选课堂,3.摩擦螺旋压力机上模锻,1-螺杆、 2-螺母 3-飞轮、 4-圆轮 5-电动机 6-皮带、 7-滑块 8-导轨、 9-机座 摩擦压力机的最大吨 位可达10000kN，常用 的在3500kN以下。 滑块运动速度： 0.51.0m/s . 滑块行程可控； 有冲击作用， 有压力机的特点。,图321摩擦螺旋压力机工作简图,抗力由机架承受,66,优选课堂,优点, 滑块行程不固定，有冲击作用，可轻打、重打、多次锻击。 应用：弯曲、压印、热压、精压、切飞边、冲连皮、校正。 运动速度低，充分再结晶。 应用

22、：低塑性合金钢，非铁合金（铜合金）。 有顶料装置，可以采取整体式锻模或特殊结构的组合锻模。 应用：形状复杂、余块小、模锻斜度小。轴类锻件竖直局部镦粗。,缺点,承受偏心载荷能力差；只适于单膛模锻；复杂锻件要先制坯。,应用,中、小型锻件的小批、中批生产。,67,优选课堂,4.胎模锻,是用可移动模具生产模锻件。自由锻制坯，胎模中成形。,胎模锻的特点 （1）与自由锻相比，模锻件的形状较为复杂，尺寸精确，生产效率高。 （2）与模锻相比，可利用自由锻设备组织生产，胎模制造成本低。 应用： 没有模锻设备的中小型工厂生产中、小批锻件。,第二章 锻造,2-1锻造方法,68,优选课堂,胎模的种类 按胎模的结构特点

23、分为扣模、弯曲模、套筒模和合模等。 （1）扣模：分单扣模和双扣模两种。可以对坯料全部或局部扣形。,69,优选课堂,（2）筒模：（P117）适合生产饼类锻件,70,优选课堂,（3）合模： 由上下模组成，并有导柱或导锁定位。,可锻制形状复杂、精度较高的非回转体锻件。,71,优选课堂,（4）弯曲模：由上、下模组成,72,优选课堂,表32常用锻造方法的比较,第二章 锻造,2-1锻造方法,73,优选课堂,主要是我国锻造大型模锻件时设备规格太低。,第二章 锻造,2-1 锻造方法,为什么自由锻是生产大型锻件的唯一方法？,问题：,74,优选课堂,锻造工艺规程,绘制自由锻件图,锻件图,第二章 锻造,2-2锻造工

24、艺规程的制订,余块、机械加工余量和锻造公差,75,优选课堂,锻造工艺规程,绘制自由锻件图,1.余块（敷料）,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,为了简化零件的形状和结构，便于锻造而增加的一部分金属。,76,优选课堂,2.锻件余量,锻造工艺规程,绘制自由锻件图,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,成形时为了保证机械加工最终获得所需尺寸而允许保留的多余金属。,77,优选课堂,3.锻件公差,锻造工艺规程,绘制自由锻件图,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,锻件名义尺寸的允许变动量。,78,优选课堂,锻造工艺规程,制定模锻件图,1.分模面,要保证模锻件能从模膛中取出,上下两模沿分模面的模膛

25、轮廓一致,分模面能使模膛深度最浅,分模面应使零件上所加的敷料最少,x,x,x,分模面为平面，使上下锻模的模膛深度一致,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,79,优选课堂,2.余量、公差、敷料、冲孔连皮 余量：14mm 公差： 冲孔连皮：d25mm 4-8mm,锻造工艺规程,制定模锻件图,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,80,优选课堂,3.模锻斜度,锻造工艺规程,制定模锻件图,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,锤上模锻，模锻斜度515。,模锻斜度与模腔的深度(h)和宽度(b)有关，h/b越大，模锻斜度取大值。,81,优选课堂,4.模锻圆角半径,锻造工艺规程,制定模锻件图,第二章

26、 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,模锻外圆角半径R1.512；内：比外，大23倍。,模膛越深，模锻圆角半径越大。,82,优选课堂,例,锻造工艺规程,制定模锻件图,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,齿轮坯模锻件,83,优选课堂,例,锻造工艺规程,制定模锻件图,分模面,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,84,优选课堂,例,锻造工艺规程,制定模锻件图,余 量,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,85,优选课堂,例,锻造工艺规程,制定模锻件图,模锻斜度,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,86,优选课堂,例,锻造工艺规程,制定模锻件图,圆 角,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订

27、,87,优选课堂,锻造工艺规程,制定模锻件图,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,88,优选课堂,锻造工艺规程,坯料重量及尺寸计算,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,第一次：2%3%。,其余：1.5%2%。,坯料尺寸根据坯料的重量和几何形状确定，锻造中的变形程度即锻造比。 钢锭坯料采用拔长方法锻造的锻件，锻造比不小于2.53。,89,优选课堂,锻造工艺规程,确定锻造工序,长轴类模锻件,拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻等,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,锻造工序根据工序特点和锻件类型来确定。,自由锻件工序，表31（P111）。,模锻件按形状和结构分,90,优选课堂,盘类锻件,镦粗、

28、预锻、终锻,锻造工艺规程,确定模锻工步,第二章 锻造,2-2锻造工艺规程的制订,91,优选课堂,一、自由锻件结构设计注意的问题,1、 避免锥体或斜面结构,不合理,合理,不合理,合理,2-3 锻件结构工艺性,第二章 锻造,原则：锻造方便、节约金属、提高生产率。,总要求：形状尽量简单。,设计锻造成形的零件时，主要满足使用性能要求，还应考虑锻造工艺的特点。,92,优选课堂,自由锻件结构设计注意的问题, 2、避免曲面相交形成空间曲线,不合理,合理,不合理,合理,2-3 锻件结构工艺性,第二章 锻造,93,优选课堂,自由锻件结构设计注意的问题,3、 避免加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面。,不合理

29、,合理,2-3 锻件结构工艺性,第二章 锻造,94,优选课堂,自由锻件结构设计注意的问题, 4、采用组合工艺,不合理,合理,不合理,合理,2-3 锻件结构工艺性,第二章 锻造,95,优选课堂,二、模锻件结构设计注意的问题, 1、确定合理分模面（保证锻件容易取出，且使余块最少，锻模易制造。）,2-3 锻件结构工艺性,第二章 锻造,2、设计模锻斜度、模锻圆角,3、零件外形力求简单、平直和对称 （避免截面相差过大，及薄壁、高筋、 深孔、直径过大的凸缘。）,96,优选课堂,模锻件结构设计注意的问题,2-3 锻件结构工艺性,第二章 锻造,模锻件的小截面直径与大截面直径之比不小于0.5.,薄壁,高而薄的凸

30、缘,97,优选课堂,模锻件结构设计注意的问题,4、 避免有深孔或多孔结构,2-3 锻件结构工艺性,第二章 锻造,98,优选课堂,模锻件结构设计注意的问题, 5、模锻件整体结构应力求简单，复杂的 采用锻-焊组合工艺。,2-3 锻件结构工艺性,第二章 锻造,99,优选课堂,第三章 板料冲压,100,优选课堂,第三章 板料冲压,101,优选课堂,第三章 板料冲压,利用冲模对金属板料施加压力，使其产生分离或变形获得所需零件的工艺方法。,冷冲压：,t 8 mm,热冲压：,t 8 mm,102,优选课堂,冲压工艺特点：,可冲压形状复杂零件，废料少。,产品精度高，互换性好。,产品质量轻，强度、刚度高，材料消

31、耗少。,操作简单，便于机械化、自动化，生产率高，零件成本低。,冲模制造复杂、费用高。,应用：,适合大批量生产。,汽车、拖拉机、航空、电器、仪表和日用品等。,占50-75%,第三章 板料冲压,103,优选课堂,冲压设备,1. 剪床：,2. 冲床：,下料设备,冲压设备,第三章 板料冲压,冲床：,剪床,吨位小。,吨位大。（最大吨位40 000kN）,宽而薄的板料,厚而窄的板料,104,优选课堂,冲压基本工序,变形工序,分离工序,切断,修整,冲裁,拉深,胀形,弯曲,翻边,第三章 板料冲压,105,优选课堂,分离工序,冲裁,冲裁变形过程,3-1 分离工序,第三章 板料冲压,使坯料沿封闭轮廓分离的工序,冲

32、孔、落料,落料：,制坯工序，被分离部分为成品，周边是废料。,冲孔：,加工工序，被分离部分是废品，周边是成品。,106,优选课堂,3-1 分离工序,变形过程,弹性变形阶段,塑性变形阶段,断裂、分离阶段,第三章 板料冲压,分离工序,冲裁,冲裁件断裂面有明显的区域特征：,光亮带：冲头挤压切入所形成的光滑表面，断面质量最佳,剪裂带：是材料在剪断分离时所形成的断裂带，表面粗糙,圆角、毛刺,107,优选课堂,3-1 分离工序,冲裁模设计,第三章 板料冲压,分离工序,冲裁,凸凹模要具有锋利的刃口,凸凹模的间隙要合理,间隙过大：,断面质量差，光亮带小，剪裂带和毛刺均较大。,间隙过小：,断面质量好，光亮带增大，

33、但毛刺也增大，模具磨损严重。,108,优选课堂,3-1 分离工序,第三章 板料冲压,单边间隙c的经验公式: c=m. 一般，间隙c为板厚的5-10%.,低碳钢、纯铁：m=0.060.09 铜、铝合金：m=0.060.1 高碳钢：m=0.081.2,当3，m应放大1.5倍。,冲裁模设计,分离工序,冲裁,凸凹模的间隙要合理,109,优选课堂,凸凹模刃口 尺寸要正确,落料：,D凹 = d落,D凸= D凹 - Z,D凸 = d孔,D凹 = D凸 + Z,冲孔：,3-1 分离工序,冲裁模设计,第三章 板料冲压,分离工序,冲裁,尺寸取决于凹模刃口的尺寸。,尺寸取决于凸模刃口尺寸。,110,优选课堂,合理排

34、样：,提高材料利用率。,有搭边排样（a,b,c）:毛刺小、且在同一平面上，尺寸准确、质量较高。,无搭边排样 (d)：利用率高，毛刺不在同一平面上，尺寸不准，质量不高的场合。,(a)182.7mm2 (b)117mm2 (c)112.63mm2 (D)97.5mm2,图342不同排样方式材料消耗对比,冲裁件的排样,3-1 分离工序,第三章 板料冲压,分离工序,冲裁,111,优选课堂,分离工序,修整,3-1 分离工序,第三章 板料冲压,利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，切掉剪裂带和毛刺,提高其尺寸精度降低表面粗糙度。,修整冲裁件外形。,修整冲裁件内孔。,112,优选课堂,分离工序,3-1

35、 分离工序,第三章 板料冲压,切断,剪刃安装在剪床上，剪切成条料。,冲模是安装在冲床上，制取形状简单、精度不高的平板件。,利用剪刃或模具使坯料沿不封闭轮廓线分离的工序。,113,优选课堂,使坯料在凸模 作用下压入凹模，获得开口 空心体零件的 冲压工序。,3-2 变形工序,第三章 板料冲压,变形工序,拉深,拉深动画,114,优选课堂,使坯料在凸模 作用下压入凹模，获得开口 空心体零件的 冲压工序。,3-2 变形工序,第三章 板料冲压,变形工序,拉深,区别拉深和拉伸,115,优选课堂,3-2 变形工序,第三章 板料冲压,变形工序,拉深,拉深动画,压边圈,116,优选课堂,3-2 变形工序,第三章

36、板料冲压,变形工序,拉深,拉穿,拉穿,m = d/D （0.5-0.8）,例 D=100； d=20；h=42,1. d1=55，m1=55/100=0.55,2. d2=32，m2= 32/55=0.58,3. d3=20，m3= 20/32=0.628,由拉深系数反推每次拉深的直径,坯料的塑性差取上限，塑性好取下限。,深拉时，分几次，中间退火。,如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时，则可采用多次拉深工艺。,总的拉深系数 m = m1 m2 mn,117,优选课堂,3-2 变形工序,第三章 板料冲压,变形工序,拉深,拉穿,凸凹模的圆角半径 拉深模的工作部分是圆角。 r凹=10, r凸=(0.

37、61) r凹,凸凹模间隙：比冲裁模的大。c=(1.11.2)。,润滑：加润滑剂（矿物油、掺入石墨粉的矿物油），减小表面磨损和摩擦力。,118,优选课堂,旋压：坯料随旋压模具或旋压工具绕坯料转动中，旋压工具与坯料相对进给，使坯料受压并产生连续的局部变形或分离。,图349旋压工作简图,3-2 变形工序,第三章 板料冲压,变形工序,拉深,旋压,119,优选课堂,3-2 变形工序,第三章 板料冲压,变形工序,弯曲,弯曲动画,120,优选课堂,3-2 变形工序,第三章 板料冲压,变形工序,弯曲,回弹,弯裂取决于：rmin=（0.25-1.0）（板厚）、,坯料纤维方向：与弯曲线垂直。,回弹现象：,回弹角0

38、10，,设计弯曲模时要考虑回弹的影响。,121,优选课堂,3-2 变形工序,第三章 板料冲压,变形工序,翻边,翻边动画,122,优选课堂,常用的是圆孔翻边,在带孔的平板料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。,特点：,坯料直径不变；,压边力足够大；,局部变形,翻边系数：,Kd0/d,d0翻边前孔径；d翻边后孔径,翻边工艺措施：,当零件所需凸缘的高度较大，一次翻边计算出的翻边系数K0值小于极限翻边系数时，常采用以下措施：,K0较小时：拉深切底,K0很小时：拉深冲孔翻边,3-2 变形工序,第三章 板料冲压,变形工序,翻边,123,优选课堂,胀形动画,3-2 变形工序,第三章 板料冲压,变形工序,成形,12

39、4,优选课堂,3-2 变形工序,第三章 板料冲压,变形工序,成形,神洲五号返回仓,125,优选课堂,3-3 冲压件结构工艺性,第三章 板料冲压,冲压件的设计：主要是使用性能；也应具有良好的工 艺性能。 目的：减少材料消耗、延长模具寿命、提高效率、降低成本、保证质量。 影响因素：冲压件的外形、尺寸、精度及材料。,126,优选课堂,3-3 冲压件结构工艺性,第三章 板料冲压,冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用。,一、冲压方法对结构工艺性的要求,1.对冲裁件的要求,127,优选课堂,冲裁件的形状应避免细长槽和细长臂结构,3-3 冲压件结构工艺性,第三章 板料冲压,一、冲压方法对结构工

40、艺性的要求,1.对冲裁件的要求,冲裁件的内外转角处应尽量避免尖角,128,优选课堂,3-3 冲压件结构工艺性,第三章 板料冲压,一、冲压方法对结构工艺性的要求,1.对冲裁件的要求,冲裁件结构尺寸 应考虑材料厚度,129,优选课堂,3-3 冲压件结构工艺性,第三章 板料冲压,一、冲压方法对结构工艺性的要求,2.对弯曲件的要求,弯曲件的形状 应力求简单、 对称，并考虑 材料纤维方向,弯曲半径不能小于材料允许最小弯曲半径rmin=(0.251) 弯曲高度H 2,130,优选课堂,注意带孔件的弯曲,3-3 冲压件结构工艺性,第三章 板料冲压,一、冲压方法对结构工艺性的要求,2.对弯曲件的要求,131,

41、优选课堂,3-3 冲压件结构工艺性,第三章 板料冲压,一、冲压方法对结构工艺性的要求,3.对拉深件的要求,拉深件的形状 应力求简单、 对称，深度不 宜过大,拉深件的圆角半径应满足最小许可圆角半径 rd、R 2,132,优选课堂,二、改进结构可简化工艺及节省材料,采用冲焊结构,3-3 冲压件结构工艺性,第三章 板料冲压,采用冲口工艺,133,优选课堂,图363消音器后盖零件结构,使用性能为主，简化拉深件结构，达到减少工序、节省材料和降低成本的目的。,图363冲压工序由八道(a)减少为二道(b)，节省材料50%.,二、改进结构可简化工艺及节省材料,3-3 冲压件结构工艺性,第三章 板料冲压,134

42、,优选课堂,三、冲压件的厚度,3-3 冲压件结构工艺性,第三章 板料冲压,P138 如图364加强筋。,在强度、刚度允许的条件下，采用较薄件，局部加强筋。,135,优选课堂,冲压工艺的一般精度： 落料件不超过IT10； 冲孔件不超过IT9； 弯曲件不超过IT10IT9； 拉深件高度不超过IT10IT8，直径不超过IT10IT9，整形后的精度可达IT7IT6。,四、冲压件的精度和表面质量,3-3 冲压件结构工艺性,第三章 板料冲压,136,优选课堂,冲模简介,第三章 板料冲压,冲模,简单冲模,连续冲模,复合冲模,冲床在一次行程中只完成一个冲压工序。如冲孔或落料,冲床在一次行程中在不同的工位同时完

43、成两个以上的冲压工序。,冲床在一次行程中在同一工位同时完成两个以上的冲压工序。,137,优选课堂,第四章 特种压力加工,精密模锻,零件挤压,零件轧制,纵轧,横轧,斜轧,数控冲压,粉末锻造,138,优选课堂,第一节精密模锻,精密模锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、高精度锻件的模锻工艺。 如精密模锻锥齿轮其齿形部分可直接锻出而不必再经切削加工。模锻件尺寸公差等级精度可达IT12IT15，表面粗糙度为Ra3.21.6m。,139,优选课堂,（）精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料，否则会增大锻件尺寸公差，降低精度。,（）需要精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其它缺陷等。,（）采用无

44、氧化或少氧化加热法，尽量减少坯料表面形成的氧化皮。,（）精锻模膛的精度必须比锻件精度高两级。精锻模应有导柱导套结构，以保证合模准确。精锻模上应开有排气小孔，以排除模膛中的气体，减小金属流动阻力，使金属更好地充满模膛，,（）模锻时要很好地进行润滑和冷却锻模。,（）精密模锻一般都在刚度大、运动精度高的模锻设备上进行，如曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤等。,保证精密模锻的措施,140,优选课堂,第二节零件挤压,图366正挤压图,1、正挤压： 金属流动方向与凸模运动方向相同,挤压：对挤压模具中的金属锭坯施加强大的压力作用，使其发生塑性变形从挤压模具的模口中流出，或充满凸、凹模型腔，而获得所需形状与尺寸制

45、品的塑性成形方法。,141,优选课堂,图337（a）反挤压,2、反挤压： 金属流动方向与凸模运动方向相反,142,优选课堂,用于制造比较复杂的零件如双杯形件和杯杆形件,图337（b）复合挤压,3、复合挤压： 金属坯料的一部分流动方向与凸模运动方向相同，另一部分流动方向与凸模运动方向相反。,143,优选课堂,图337（c）径向挤压,4、径向挤压 金属流动方向与凸模运动方向成90角。,144,优选课堂,挤压的分类,按坯料的变形温度分：,（）热挤压 变形温度高于金属材料的再结晶温度。 热挤压，抗力较小，塑性较好，但尺寸精度较低，表面较粗糙。 应用：生产铜、铝、镁及其合金的型材和管材等，也可挤压强度较

46、高、尺寸较大的中、高碳钢、合金结构钢、不锈钢等零件。,）冷挤压 变形温度低于材料再结晶温度（通常是室温）的挤压工艺。,尺寸精度较高，可达IT8IT9，表面粗糙度为Ra3.20.4m，加工硬化，提高了产品的强度。 冷挤压前要对坯料进行退火处理,冷挤压时，必须采取润滑措施。,（）温挤压 将坯料加热到再结晶温度以下高于室温的某个合适温度下进行挤压的方法，是介于热挤压和冷挤压之间的挤压方法。,坯料氧化脱碳少，表面粗糙度较小，产品尺寸精度较高,表面粗糙度为Ra6.53.2m。,适用于挤压中碳钢，合金钢零件。,145,优选课堂,零件挤压工艺特点,（1）三向压应力状态，能充分提高金属坯料的塑性，不仅有铜、铝

47、等塑性好的非铁金属，而且碳钢、合金结构钢、不锈钢及工业纯铁等也可以采用挤压工艺成形。在一定变形量下，某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢等也可以进行挤压成形。对于要进行轧制或锻造的塑性较差的材料，如钨和钼等，为了改善其组织和性能，也可采用挤压法对锭坯进行开坯。,（2）挤压法可以生产出断面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变断面的零件。,（3）可以实现少、无屑加工，一般尺寸精度为IT7IT6，表面粗糙度为Ra3.20.4m。,（4）挤压变形后零件内部的纤维组织连续，基本沿零件外形分布而不被切断，从而提高了金属的力学性能。,（5）材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易于实现生产过程的自动化。,146,优选课

48、堂,第三节零件轧制,一、纵轧：轧辊轴线平等，旋转反相，轧件直线运动。分轧制和辊轧。,辊轧：使坯料通过装有圆弧形模块的一对相对旋转的轧辊，受压产生塑性变形，从而获得所需形状的锻件或锻坯的锻造工艺方法。它既可以作为模锻前的制坯工序也可以直接辊锻锻件 。,（1）扁断面的长杆件，如扳手、链环等。 （2）带有头部，且沿长度方向横截面面积递减的锻件，如叶片等。叶片辊锻工艺和铣削旧工艺相比，材料利用率可提高4倍，生产率提高2.5倍，而且叶片质量大为提高。 3）连杆，采用辊锻方法锻制连杆，生产率高，简化了工艺过程。但锻件还需用其它锻压设备进行精整。,成形辊锻适用于生产以下三种类型的锻件：,147,优选课堂,二

49、、横轧,横轧：轧辊轴线与轧件轴线互相平行，且轧辊与轧件作相对转动的轧制方法。,148,优选课堂,三、斜轧,斜轧又称螺旋斜轧：斜轧时，两个带有螺旋槽的轧辊相互倾斜配置，轧辊轴线与坯料轴线相交成一定角度，以相同方向旋转。,149,优选课堂,第四节粉末锻造,粉末锻造：把金属粉末经压实后烧结，成坯料，锻造的方法。,此外：有，粉末等温锻造、粉末超塑性模锻、粉末连续挤压。,150,优选课堂,塑性加工技术新进展,发展省力成形工艺 增强成形柔度 提高成形精度 推广CAD/CAM/CAE技术 实现产品-工艺-材料一体化,151,优选课堂,第三篇作业,P109 1、4、5、6 P126 1、2、5 P138 2 、3 补充 :总结第三篇主要内容。,152,优选课堂,