金属塑性成形方法.ppt

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1、3.2 金属塑性成形方法,主要有锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。 3.2.1 锻造 锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得具有一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。 按所用的设备和工（模）具的不同， 可分为自由锻和模锻两大类。,1.自由锻,即只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下帖间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的加工方法。 （1）分类 1）手工锻造，生产小型锻件。 2）机器锻造，生产大、中、小型锻件。,（2）特点,1）金属坯料在水平方向可自由流动； 2）可使用多种锻压设备； 3）锻件力学性能好； 4）节约金属，减少切削加工

2、工时； 5）锻件形状简单，精度低； 6）生产率较低，劳动强度较大。 主要用于形状简单的单件小批生产， 特别适于重型、大型锻件生产。,（4）自由锻的基本工序,分类 ： 1）辅助工序： 为方便基本工序的操作而预先进行局部小变形的工序。 如倒棱、压肩等。 2）精整工序： 修整锻件最终形状和尺寸、消除表面不平和歪斜的工序。如修整鼓形、校平、校直等。 3）基本工序： 锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工序。如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、锻接等。,2.模锻,即利用模具使毛坯变形获得锻件的方法。常用的模锻设备有蒸汽-空气模锻锤、压力机等。 （1）模锻分类： 1）锤上模锻：在锻锤上进行； 2）胎模锻：在自由

3、锻设备上使用可移动模具； 3）压力机上模锻： 在压力机上对热态金属进行模锻。,（2）模锻特点,1）坯料整体塑性变形，三向受压； 2）锻件尺寸精确，加工余量小； 3）锻件形状可较复杂； 4）生产率较高； 5）锻模造价高，制造周期长； 适于小型锻件的成批大量生产。 如飞机、机车、军工、轴承等制造业中的 齿轮、轴、连杆等零件。,1）锤上模锻： 即在锻锤上进行的模锻。 按所用设备和模具不同， 可分为锤模锻和胎模锻。 锤模锻：即在各种模锻锤上进行的模锻。 锻模模膛：根据锻件形状和模锻工艺而 开设的凹腔。,（3）模锻方法,锤锻模具由带有燕尾的上模、下模组成。下模固定在模座上，上模固定在锤头上，并随锤头作上

4、下往复锤击运动使锻坯在模膛中成形。,模膛 种类,制坯模膛（体积分配）,模锻模膛（锻件成形）,切断模膛（锻件与坯料切离）,预锻初步成形,终锻最终成形,设飞边槽 放收缩率,镦粗 拔长 滚挤 弯曲,实际锻造时应根据锻件的复杂程度相应选用单模膛锻模或多模膛锻模。 一般形状简单的锻件 采用仅有终锻模膛的单模膛锻模， 而形状复杂的锻件（如截面不均匀、轴线弯曲、不对称等）则需采用具有制坯、预锻、终锻等多个模膛的锻模逐步成形。,下面让我们来看一下弯曲连杆在锤上模 锻时所用的多模膛锻模及其成形过程。,弯曲,滚挤,拔长,锻模,切边模,预锻,终锻,切边,切断工步,胎模锻：,即在自由锻造设备上使用可移动模具生产模锻

5、件的一种锻造方法。 特点： 与自由锻相比：锻件质量好；生产率高； 节约金属。 与模锻相比： 操作灵活；生产准备周期短； 锻件表面质量较差；劳动强度大。胎模的种类：扣模；筒模；合模。,2）锻造压力机模锻（自学) 在压力机上对热态金属进行锻造。,液压机模锻：模锻液压机是用高压液体（通常为水或油）来驱动安装在活动横梁上的锻模进行模锻的。 锻压机模锻：锻压机即热模锻机械压力机，是通过曲柄连杆机构使滑块往复运动进行模锻的。 平锻机模锻：平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块的卧式压力机。 螺旋压力机模锻：螺旋压力机是靠主螺杆的旋转带动滑块上下运动，向上实现回程，向下进行锻打的压力机。,3.2.2 冲压,1.冲压

6、 是使板料经分离或成形而得到制件的工艺统称。 （1）冲压设备： 1）剪床把板料切成一定宽度的条料， 为后续的冲压备料。 2）冲床完成冲压的各道工序， 生产出合格的产品。,（2）冲压特点,1）冲压件轻、薄、刚度好； 2）生产率和材料利用率高； 3）成品形状可较复杂、尺寸精度高、表面质量好、质量稳定 ，一般无需切削加工； 4）大批量生产时，产品成本低。 应用：汽车、拖拉机、电机、电器、仪表仪器、轻工和日用品及国防工业生产等领域。 常用的冲压材料有低碳钢、高塑性合金钢、铝和铝合金、铜和铜合金等金属板料、带料与卷料，还可加工纸板、塑料板、胶木板、纤维板等非金属板料。,安徽工程科技学院机械系,A U T

7、 S,冲裁：即利用冲模将板料以封闭或不封闭的轮廓线与坯料分离的冲压方法。 即用带刃口的冲模使板料分离。,沿封闭轮廓分离 （冲孔、落料等）,沿非封闭轮廓分离 （切断、切口、剖切等）,冲 裁,凸模,凹 模,板坯,2.冲压基本工序,安徽工程科技学院机械系,A U T S,1）冲裁变形过程 三个阶段：弹性变形塑性变形剪裂分离 冲后断面特征：,对应各变形阶段， 冲裁断面相应地分为 塌角、光亮带、剪裂带 和毛刺区。 光亮带宽度越大， 塌角越小， 剪裂带的宽度和斜度越小，则剪切面的质量越好,塌角,光亮带,剪裂带,毛刺,塌角,光亮带,剪裂带,毛刺,冲裁件断面组成示意图,冲孔件,落料件,2）冲裁间隙 ：指凹模与

8、凸模工作部分的水平投影尺寸之差。 （一般用字母Z代表双边间隙） 冲裁间隙的大小直接影响冲裁件的质量、 冲裁力的大小和模具寿命。 冲裁间隙的影响： 对断面质量：Z过大，断面质量不好； 对模具寿命：Z加大，提高寿命； 对冲裁力：Z加大，可减小冲裁力。,合理选择间隙值Z （根据材料种类、料厚、精度要求等确定）,当断面质量要求较高时，应选较小的间隙值； 当断面质量无严格要求时，应尽可能加大间隙。 经验公式：Zm （m是系数，是料厚） 冲裁软钢、铝合金、铜合金等软材料时： Z（68） 冲裁硬钢等材料时：Z（812） 冲厚板或精度较低的冲裁件时，间隙还可适当增大。,3）排样：,即冲裁件在板料或带料上的布置

9、方法。 排样原则：合理。 目的：简化模具结构，提高材料利用率。 4）提高冲裁质量的冲压工艺： 当冲裁件剪断面用做工作表面或配合表面时，常采用整修、挤光、精密冲裁等冲压工艺以提高冲裁质量。,弯曲： 即将板料、型材或管材在弯矩的作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法。,1）弯曲变形过程： 弹性变形 塑性变形 塑性弯曲 板料受力：外侧受拉应力“+”； 内侧受压应力“-”。 外层开裂：当外b时，则产生弯裂。 故应限制板料的最大弯曲变形程度（即最小弯曲半径）, 同时注意毛坯下料方向，最好使板料流线方向与弯曲线垂直。,3）回弹-由于外力去除后弹性变形的恢复，造成工件的弯曲角度、曲率半径与模具不一致的

10、现象。 故一般在设计弯曲模时，模具角度应比成品角度略小一个回弹角度；或改进工件结构、弯曲方式及模具结构来减少回弹。,2）最小弯曲半径： 即坯料弯曲时最外层纤维濒于拉裂时内表面的弯曲半径，用符号rmin表示。 故在生产中：rrmin。,4）弯曲的分类和应用： 按所用设备和工具不同，弯曲可分为压弯，拉弯和辊弯等类型。,压弯：即用凸模将坯料压入凹模弯曲成形。 弯曲工艺适应性强，最常用； 拉弯：是使坯料在受拉状态下沿模具弯曲成形。 用于弯曲半径较大的工件； 辊弯：是使坯料受辊轴旋转时摩擦力作用，连续 进入辊轴间弯曲成形。 常用于圆柱面和圆锥面加工。,拉深：也称为拉延，是使板料成形为空心件而厚度基本不变

11、的加工方法。, 拉深模与冲裁模的主要区别:,工作部分不是锋利的刃口而是圆角；,凸模与凹模的间隙显著增加，一般 单侧间隙应稍大于板厚。,弹性变形 塑性变形。,1）拉深变形过程：,d,d,D0,2）拉深系数m： 即拉深变形后制件直径d与其毛坯直径D0之比。m=d/D0 （ m越小，表示变形程度越大） mmin为极限拉深系数：在工件不至拉裂的条件下，所能达到的最小拉深系数。 多次拉深：当mmmin时，如拉深弹壳、笔帽等则要采用多次拉深。 mmin=0.50.8 拉深次数45次，且要求m1m2mn m=m1 m2 mn,3）拉深缺陷：拉裂、起皱,拉裂-筒壁与底部的过渡处破裂。 防止措施： 采用多次拉深

12、，使用润滑剂； 合理规定间隙及加大模具圆角半径。 起皱-由于切向压应力过大使毛坯失稳而 造成变形区折皱。 防止措施：采用压边圈压紧坯料； 间隙不能过大，m不能过小。,其他冲压成形工艺,1）缩口：即将管件或空心制件的端部沿径向加压，使其径向尺寸缩小的加工方法。 2）起伏：即在板坯或制品表面上通过局部变薄获得各种形状的凸起与凹陷的成形方法。 3）翻孔：即在预先制好孔的半成品或未经制孔的板料上冲制出竖直边缘的成形方法。 4）胀形：即板料或空心坯料在双向拉应力作用下，使其产生塑性变形取得所需制件的成形方法。 实际生产中，应根据冲压件的形状采用多个基本工序组合，经多次冲压才能完成。,3.2.3 轧制（自

13、学）,轧制是金属材料（或非金属材料）在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，获得所要求的截面形状并改变其性能的方法。 按轧辊轴线与轧制线间以及轧辊转向的关系不同轧制可分为纵轧、斜轧和横轧三种。 1.纵轧 即轧辊轴线相平行，旋转方向相反，轧件作直线运动的轧制。,辊锻也属纵轧类型，是用一对相向旋转的扇形模具使坯料产生塑性变形，从而获得所需锻件或锻坯的锻造工艺。,斜轧 即轧辊相互倾斜配置，以相同方向旋转，轧件在轧辊的作用下反向旋转，同时还作轴向运动，即螺旋运动的轧制方法。 常用的斜轧方法有 孔型斜轧和仿型斜轧两种。 广泛用于生产钢球、周期性轧材、麻花钻、空心管套等零件或毛坯。,横轧,即轧辊轴线与轧

14、件轴线平行且轧辊与轧件作相对转动的轧制方法。 常用的横轧方法有楔横轧、齿轮轧制、辗环。 分别用于生产 各种类形的台阶轴、齿轮、和螺纹。,3.2.4 挤压（自学）,1.正挤压：即使坯料从模孔中流出部分的运动方向与凸模运动方向相同的挤压方法。 2.反挤压：即坯料的一部分沿着凸模与凹模之间的间隙流出，其流动方向与凸模运动方向相反的挤压方法。 3.复合挤压：即同时兼有正挤、反挤时金属流动特征的挤压方法。 4.径向挤压：即坯料沿径向挤出的挤压方式。,3.2.5 其它塑性成形方法（自学）,1.柔性模成形 即用液体、橡胶或气体的压力代替刚性凸模或凹模使板料成形的方法。 （1）橡皮成形：即利用橡皮作为通用凸模

15、（或凹模）进行板料成形方法。 （2）液压成形：即用液体（水或油）作为传压介质，而使板材按模具形状产生塑性变形的方法。 （3）液压-橡皮囊成形：即液体压力通过橡皮囊作用于毛坯，使之成形的工序。,2.摆动辗压,即上模的轴线与被辗压工件（放在模下）的轴线倾斜一个角度，模具一面绕轴心旋转，一面、对坯料进行压缩的加工方法。 可用于坯料的镦粗、铆接、缩口、挤压等。 3.径向锻造 又称旋转锻造，是对轴向旋转送进的棒料或管料施加径向脉冲打击力，锻成沿轴向具有不同横截面制件的工艺方法。,4.粉末锻造,即金属粉末经压实后烧结，再用烧结体作为锻造毛坯的锻造方法，锻造设备一般采用压力机或高速锤。 5.液态模锻 即将定量的熔化金属倒入凹模模腔内，在金属即将凝固或未凝固状态下用冲头加压，使其凝固以得到所需形状短见的加工方法。锻造设备可采用通用液压机或专用液压机。,6.超塑成形,即利用金属在特定条件（一定的温度条件、一定的变速速度条件、一定的组织条件）下具有的超塑（高的塑性和低的变形拉力）来进行塑性加工的方法。 常用的超塑性成形方法有超塑板料冲压、超塑挤压和超塑模锻等。 7.高能成形 即利用高能率的冲击波，通过介质使金属板料产生塑性变形而获得所需形状的加工方法。 按能源不同，高能成形可分为爆炸成形、电液成形、电磁成形等类型。,