工藝技術(shù)_鍛壓成形工藝課件

第11章壓力加工 概述 一 壓力加工的概念壓力加工是金屬坯料在外力的作用下產(chǎn)生塑性變形 從而獲得一定形狀 尺寸和性能的原材料 毛坯或零件的加工方法 二 壓力加工的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍 1 力學(xué)性能高 既可以改變材料的形狀和尺寸 又能改變材料的組織和性能 可以壓合鑄造組織的內(nèi)部缺陷 使成分均勻 夾雜物均布 形成纖維組織 細(xì)化晶粒 所以 鍛壓件的機(jī)械性能好 近年來 采用形變熱處理的方法 將壓力加工與熱處理工藝相結(jié)合 可同時(shí)獲得形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化 進(jìn) 步提高零件的強(qiáng)韌性 2 節(jié)省金屬 由于提高了金屬的力學(xué)性能 在同樣受力和工作條件下 可以縮小零件的截面尺寸 3 生產(chǎn)率高 多數(shù)壓力加工方法 特別是軋制 擠壓 拉拔等 金屬連續(xù)變形 且變形速度很高 故生產(chǎn)率高 壓力加工與鑄造相比 成本較高 成形較困難 由于是在固態(tài)下成形 無法獲得截面形狀 特別是內(nèi)臟 復(fù)雜的產(chǎn)品 11 1壓力加工理論基礎(chǔ) 11 1 1金屬的纖維組織及鍛造比 鍛造比 通常用拔長時(shí)的變形程度來衡量 纖維組織 熱加工使得材料內(nèi)部的各種可變形的夾雜物沿塑性變形方向拉長所形成的流線組織 纖維組織的明顯程度與鍛造比有關(guān) 熱加工時(shí)應(yīng)力求使流線合理分布 最大正應(yīng)力與纖維方向一致 最大切應(yīng)力與纖維方向垂直 并盡可能使纖維方向沿零件的輪廓分布而不被切斷 11 1 2金屬的鍛造性能1 金屬的鍛造性 可鍛性 是衡量材料在利用鍛造成型時(shí)的難易程度的工藝性能 它是由材料的塑性和變形抗力兩個(gè)因素決定 塑性好 變形抗力小的材料 鍛造性能就好 反之依然 2 影響金屬鍛造性的因素1 金屬的本質(zhì)a 化學(xué)成分低碳鋼 低合金鋼及鋁合金鍛造性好 高合金鋼的鍛造性差 鑄鐵不能鍛造 b 組織結(jié)構(gòu) 具有細(xì)小的晶粒 單相組織 面心立方結(jié)構(gòu)的合金具有好的鍛造性 2 變形條件a 變形溫度 鍛造時(shí) 必須合理地控制鍛造溫度范圍 即始鍛溫度與終鍛溫度之間的溫度間隔 始鍛溫度是指金屬開始鍛造時(shí)的溫度 般為鍛造時(shí)所允許的最高加熱溫度 終鍛溫度是指金屬停止鍛造時(shí)的溫度 在鍛造過程中隨著溫度的降低 工件材料的變形能力下降 變形抗力增大 下降至終鍛溫度時(shí) 必須停止鍛造 重新加熱 以保證材料具有足夠的塑性和防止鍛裂 確定鍛造溫度范用的理論依據(jù)主要是合金狀態(tài)圖 常見加熱缺陷有 氧化 脫碳 過熱 過燒和開裂 過熱 由于加熱溫度過高或高溫下保溫時(shí)間過長而引起晶粒粗大的現(xiàn)象 可通過正火細(xì)化晶粒 恢復(fù)鍛造性能 過燒 加熱溫度過高接近金屬熔點(diǎn)時(shí) 晶界出現(xiàn)氧化或熔化的現(xiàn)象 加熱缺陷無可挽回 b 變形速度 變形速度 指單位時(shí)間內(nèi)材料的變形程度 變形速度與鍛造性能的關(guān)系如圖 C 應(yīng)力狀態(tài) 變形方法不同 在金屬中產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)也不同 即使同一種變形方式 金屬內(nèi)內(nèi)部不同位置的應(yīng)力狀態(tài)也可能不同 金屬在擠壓時(shí)三向受壓 圖11 4 a 表現(xiàn)出較高的塑性和較大的變形抗力 拉拔時(shí)兩向受壓 一向受拉 圖ll 4 b 表現(xiàn)出較低的塑性和較小的變形抗力 平砧墩粗時(shí) 圖11 4 c 坯料內(nèi)部處于三向壓應(yīng)力狀態(tài) 但側(cè)表面層在水平方向卻處于拉應(yīng)力狀態(tài) 因而在工件側(cè)表面容易產(chǎn)生垂直方向的裂紋 三向受壓時(shí)金屬的塑性最好 出現(xiàn)拉應(yīng)力則使塑性降低 因?yàn)閴簯?yīng)力阻礙了微裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展 而金屬處于拉應(yīng)力狀態(tài)時(shí) 內(nèi)部缺陷處會產(chǎn)生應(yīng)力集小 使缺陷易于擴(kuò)展和導(dǎo)致金屬的破壞 因此 選擇變形方法時(shí) 對于塑性好的金屬 變形時(shí)出現(xiàn)拉應(yīng)力是有利的 可減少變形時(shí)的能量消耗 而對于塑性差的金屬材料 應(yīng)避免在拉應(yīng)力狀態(tài)下變形 盡量采用三向壓應(yīng)力下變形 在金屬變形過程中遵循體積不變和最小阻力定律 金屬變形時(shí)首先向阻力最小的方向流動(dòng) 11 1 3金屬的變形規(guī)律1 體積不變定律金屬坯料變形后的體積等于變形前的體積 2 最小阻力定律金屬變形時(shí)首先向阻力最小的方向流動(dòng) 一 概述1 自由鍛的概念將加熱后的坯料放在鐵砧上 在壓力或沖擊力的作用下使其自由變形獲得鍛件的方法 2 自由鍛的分類手工自由鍛和機(jī)器自由鍛 3 自由鍛的特點(diǎn)坯料的變形不受模具限制 設(shè)備和工具的通用性大 鍛件的重量不受限制 是生產(chǎn)大型鍛件的唯一方法 但是 生產(chǎn)率低 鍛件精度低 加工余量大 只適合于單件小批量生產(chǎn)形狀簡單件 11 2常用鍛造方法 11 2 1自由鍛造 二 自由鍛設(shè)備 1 空氣錘利用電機(jī)作動(dòng)力 結(jié)構(gòu)小 打擊速度快 錘擊能量小 只適合于100Kg以下小件的鍛造 2 蒸汽 空氣錘以6 9個(gè)大氣壓的蒸汽或壓縮空氣為動(dòng)力 適合于中型或較大鍛件的鍛造 3 水壓機(jī)利用水泵產(chǎn)生的高壓水作動(dòng)力 具有行程大 變形速度慢 工件變形均勻等優(yōu)點(diǎn) 并且產(chǎn)生的是靜壓力 可制成大噸位的設(shè)備 適合于鍛造大型鍛件 缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)大 供水與操作系統(tǒng)復(fù)雜 基本工序有鐓粗 拔長 沖孔 彎曲 切割等 三 自由鍛的基本工序 1 繪制鍛件圖 在零件圖基礎(chǔ)上考慮加工余量 鍛件公差 余塊 其中余塊是指為了簡化鍛件形狀 便于鍛造而增加的一部分金屬 2 選擇自由鍛工序依據(jù)是鍛件的形狀 尺寸 技術(shù)要求和生產(chǎn)數(shù)量 3 計(jì)算坯料質(zhì)量和尺寸4 選擇鍛造設(shè)備根據(jù)坯料的種類 質(zhì)量以及鍛造基本工序 設(shè)備的鍛造能力并結(jié)合實(shí)際來確定5 確定鍛造溫度范圍 四 自由鍛工藝規(guī)程的制訂 名詞解釋 flange 法蘭 Aprotrudingrim edge rib orcollar asonawheelorapipeshaft usedtostrengthenanobject holditinplace orattachittoanotherobject 凸緣車輪或管道上突出的邊 緣 肋條或環(huán)圈 用來增加物體強(qiáng)度 固定物體或使某一物體附著在另一物體上 Flange 一 概述1 模鍛的概念將加熱后的坯料放在鍛模模膛內(nèi)受壓變形獲得鍛件的方法 2 模鍛的分類錘上模鍛和其它設(shè)備上模鍛 曲柄壓力機(jī) 平鍛機(jī) 摩擦壓力機(jī)等 3 模鍛的特點(diǎn)生產(chǎn)率高 鍛件形狀可以較復(fù)雜 鍛件尺寸精確 加工余量小 機(jī)械性能好 但是 鍛模受較大的沖擊力和熱疲勞應(yīng)力 需要專用模具鋼 模具成本高 只適合于大批量生產(chǎn)中小件 11 2 2模型鍛造 1 模鍛設(shè)備蒸汽 空氣錘 與自由鍛的蒸汽 空氣錘結(jié)構(gòu)工作原理基本相同 與其它模鍛設(shè)備相比 模鍛錘的打擊速度快 6 8m s 行程不固定 可在一副鍛模的不同模膛完成多種工序 缺點(diǎn) 震動(dòng)大 無頂出裝置 只適合于高度較小的鍛件及精度要求不高的鍛件的鍛造 2 鍛模結(jié)構(gòu)由帶燕尾上模和下模組成 鍛模模膛可分為 制坯模膛和模鍛模膛 二 錘上模鍛 1 繪制鍛件圖 選擇分模面 加工余量和模鍛公差 連皮 模鍛斜度和圓角半徑 2 計(jì)算坯料質(zhì)量和尺寸3 選擇模鍛工序4 選擇鍛造設(shè)備5 確定鍛造溫度范圍 3 模鍛工藝規(guī)程的制訂 選擇分模面 確定加工余量 公差 余塊和連皮 連皮是指模鍛時(shí)不能直接鍛出通孔 在該部位留有一層較薄的金屬 確定模鍛斜度和圓角半徑 便于取出鍛件 選擇模鍛工序變形工序的確定 根據(jù)鍛件圖復(fù)雜程度確定 之后設(shè)計(jì)模膛 與錘上模鍛相比其特點(diǎn) 1 滑塊行程固定 機(jī)身結(jié)構(gòu)剛性大 導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度高 2 設(shè)有上下頂出裝置 可自動(dòng)脫模 故鍛件的模鍛斜度小 3 變形是在滑塊的一次行程中完成 變形比較均勻 力學(xué)性能均勻一致 生產(chǎn)率高4 對坯料產(chǎn)生的是靜壓力 這對變形速度敏感的低塑性材料的成型更有利 5 生產(chǎn)率高 無沖擊和震動(dòng) 故勞動(dòng)條件好 但設(shè)備復(fù)雜 造價(jià)高 需要其它輔助設(shè)備 因此主要用于具有現(xiàn)代化輔助設(shè)備的大廠模鍛件的大批量生產(chǎn) 三 曲柄壓力機(jī)上模鍛 1 摩擦壓力機(jī)的工作原理 五 摩擦壓力機(jī)上模鍛 2 摩擦壓力機(jī)鍛造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 摩擦壓力機(jī) 圖11 l8 是靠飛輪旋轉(zhuǎn)所積蓄的能量轉(zhuǎn)化為金屬的變形能而進(jìn)行鍛造的 電動(dòng)機(jī)經(jīng)帶輪 摩擦盤 飛輪和螺桿帶動(dòng)滑塊作上 下往復(fù)運(yùn)動(dòng) 操縱機(jī)構(gòu)控制左 右摩擦盤分別與飛輪接觸 利用摩擦力改變飛輪轉(zhuǎn)向 摩擦壓力機(jī)的行程速度介于模鍛錘和曲柄壓力機(jī)之間 滑塊行程和打擊能量均可自由調(diào)節(jié) 坯料在一個(gè)模膛內(nèi)可以多次錘擊 能夠完成鐓粗 成形 彎曲 預(yù)鍛等成形工序和校正 精整等后續(xù)工序 摩擦壓力機(jī)構(gòu)造簡單 投資費(fèi)用少 工藝適應(yīng)性廣 但傳動(dòng)效率低 廣泛用于中批量生產(chǎn)的小型模鍛件 以及某些低塑性合金鍛件 是介于自由鍛與錘上模鍛之間的一種鍛造方法 兼有兩者的特點(diǎn) 一般先用自由鍛方法使坯料預(yù)成形 然后放在胎模中終鍛成型 胎模的結(jié)構(gòu)形式很多 常用胎模結(jié)構(gòu)如圖11 20所示 扣模主要用于非回轉(zhuǎn)體鍛件的局部或整體成形 筒模主要用于鍛造法蘭盤 齒輪坯等回轉(zhuǎn)體盤類零件 合模由上 下模兩部分組成 主要用于鍛造形狀較復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)體鍛件 胎模鍛造的特點(diǎn)介于自由鍛與錘上模鍛之間 比自由鍛生產(chǎn)率高 鍛件質(zhì)量較好 鍛模簡單 生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短 廣泛用于中 小批量的小型鍛件的生產(chǎn) 五 胎模鍛 板料沖壓是利用沖模在壓力機(jī)上對板料施加壓力使其變形或分離 從而獲得一定形狀 尺寸的零件的加工方法 板料沖壓通常在常溫下進(jìn)行 又稱冷沖壓 只有當(dāng)板厚大于8 10mm時(shí)才采用熱沖壓 沖壓加工的應(yīng)用范圍廣泛 既適用于金屬材料 也適用于非金屬材料 既可加工儀表上的小型制件 也可加工汽車覆蓋件等大型制件 在汽車 拖拉機(jī) 電器 航空 儀表及日常生活用品等制造行業(yè)中 均占有重要地位 板料沖壓具有下列特點(diǎn) 1 生產(chǎn)率高 操作簡便 便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化 2 產(chǎn)品質(zhì)量好 尺寸精度和表面質(zhì)量較高 互換性好 一般不須進(jìn)一步加工 3 板料利用率高 可沖制復(fù)雜的零件 廢料少 11 3板料沖壓 板料沖壓的基本工序可分為 分離工序和成形 變形 工序兩大類 1 分離工序利用沖模使沖壓件與板料分離的工序 包括剪切 沖孔 落料等 剪切 使板料沿不封閉的輪廓分離 沖孔 落料 沖裁 使板料沿封閉的輪廓分離 如果落下去的是零件 周邊是廢料為落料 反之為沖孔 11 3 1板料沖壓的基本工序 分離變形過程及影響分離質(zhì)量的因素 分離變形過程包括彈性變形 塑性變形 斷裂三個(gè)階段 斷口區(qū)域包括 塌角 光亮帶 斷裂帶和毛刺等4部分 間隙 過大或過小都將使上下裂紋不重合 毛刺增大 刃口尺寸 設(shè)計(jì)落料模時(shí) 應(yīng)先按落料件確定凹模刃口尺寸 取凹模作設(shè)計(jì)基準(zhǔn)件 然后根據(jù)間隙確定凸模尺寸 即用縮小凸模刃口尺寸來保證間隙值 設(shè)計(jì)沖孔模時(shí) 應(yīng)先按沖孔件確定凸模刃口尺寸 取凸模作設(shè)計(jì)基準(zhǔn)件 然后根據(jù)間隙確定凹模尺寸 即用擴(kuò)大凹模刃口尺寸來保證間隙值 使板料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移的工序 即板料只產(chǎn)生塑性變形而不破裂 如彎曲 拉深 翻邊 旋壓 成形等工序 2 成形工序 2 彎曲彎曲是將板料 型材或管材彎成一定角度或弧度的工序 板料彎曲時(shí) 內(nèi)側(cè)金屬受切向壓應(yīng)力 產(chǎn)生壓縮變形 外層金屬受切向拉應(yīng)力 產(chǎn)生伸長變形 表現(xiàn)為圖11 29所示的板料上矩形網(wǎng)格發(fā)生變化 當(dāng)拉應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度時(shí) 即會造成金屬破裂 坯料厚度t越大 彎曲半徑r越小 材料所受的內(nèi)應(yīng)力就越大 越容易彎裂 因此 必須控制最小彎曲半徑 通常取 0 25 1 t 材料塑性好時(shí)取下限 彎曲時(shí)還應(yīng)盡可能使彎曲線與坯料纖維方向垂直 圖11 20 亦即使材料所受的拉應(yīng)力與纖維方向一致 否則容易產(chǎn)生破裂 3 拉深拉深是將板料變形為中空形狀零件的工序 可以生產(chǎn)筒形 錐形 球形 方盒形以及其他非規(guī)則形狀的中空零件 圖11 32 拉深過程為 在凸模作用下 板料被拉入凸模和凹模的間隙中 形成中空零件 其凸緣和凸模圓角部位變形最大 凸緣部分在圓周切線方向受壓應(yīng)力 壓應(yīng)力過大時(shí) 會發(fā)生折皺 圖ll 34 坯料厚度愈小 拉探深度H愈大 愈容易產(chǎn)生折皺 為防止折皺 可采用有壓板拉深 圖11 35 凸模圓角部位承受筒壁傳遞的拉應(yīng)力 材料變薄 容易在此處拉裂 為防止拉裂 拉深模具的凸 凹模必須具有一定的圓角 圓角半徑r凸 r凹 5 10 t 且模具間隙z應(yīng)稍大于板厚t 一般z 1 1 1 2 t 若拉深系數(shù)m d D d 筒徑 D 坯料直徑 過小 不能一次拉深成形時(shí) 可采用多次拉深工藝 并中間穿插再結(jié)晶退火 消除前面所產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象 沖裁件 1 外形使排樣時(shí)廢料少 以提高材料的利用率 2 沖孔件力求簡單 對稱 盡可能采用規(guī)則形狀 3 避免長槽與細(xì)長懸臂結(jié)構(gòu) 孔與孔 孔與邊緣的距離不小于板厚 4 圓孔直徑大于板厚 方孔的邊長大于0 9板厚 外緣