工業(yè)設(shè)計(jì)工程基礎(chǔ)

1、工業(yè)設(shè)計(jì)工程基礎(chǔ)2.賈福春金屬的塑性成形方法1、鍛造2、沖壓3、其它金屬塑性成形方法(擠壓、軋制、拉拔等)第一節(jié) 鍛 造鍛造是在加壓設(shè)備及工（模）具的作用下，使坯料、鑄錠產(chǎn)生局部或全部的塑性變形，以獲得具有一定幾何尺寸、形狀和質(zhì)量的鍛件的加工方法。按所用的設(shè)備和工（模）具的不同， 可分為自由鍛和模鍛兩大類。一、自由鍛造自由鍛造是利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個砥鐵之間產(chǎn)生變形，從而獲得所需形狀及尺寸的鍛件。金屬受力變形時(shí)在砥鐵間向各個方向自由流動，不受什么限制。鍛件形狀和尺寸由操作工的操作技術(shù)保證。自由鍛造分手工鍛造和機(jī)器鍛造兩種。手工鍛造只能生產(chǎn)小型鍛件。自由鍛造應(yīng)用極廣，鍛件質(zhì)量從不及一公

2、斤到二三百噸，廣泛應(yīng)用在單件小批量生產(chǎn)中。大型零件在工作中都承受重大載荷，要求具有較高強(qiáng)度，故均應(yīng)采用自由鍛造制成的毛坯再經(jīng)切削加工制成零件。自由鍛造在重型機(jī)械制造中具有特別重要的意義，如水輪機(jī)的主軸、曲軸、連稈等。1 自由鍛造設(shè)備自由鍛造設(shè)備根據(jù)對鍛件的作用力性質(zhì)分為鍛錘(空氣錘、蒸汽-空氣錘)和液壓機(jī)(水壓機(jī)、油壓機(jī))兩大類。鍛錘產(chǎn)生沖擊力使金屬變形，而液壓機(jī)產(chǎn)生靜壓力使金屬變形。噸位用落下部分的質(zhì)量來表示?？諝忮N：噸位一般為501000kg，特點(diǎn)是操作方便，廣泛用于小型鍛件的生產(chǎn)。噸位的選擇主要根據(jù)鍛件尺寸和質(zhì)量來定。蒸汽-空氣錘：用0.410.9lMPa(49個大氣壓)蒸汽或壓縮空氣來

3、推動活塞，落下部分質(zhì)量可顯著增大，鍛擊功能大為提高。但須有一套輔助設(shè)備如蒸汽鍋爐或空氣壓縮機(jī)等，故較空氣錘復(fù)雜。蒸汽-空氣錘的噸位一般為0.55t，適合鍛造中型和較大型鍛件。選擇蒸汽-空氣錘的噸位主要根據(jù)鍛件質(zhì)量及形狀來確定。雙柱拱式蒸汽錘的構(gòu)造及工作原理3)水壓機(jī)水壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：以壓力(上砥鐵速度約為0.10.3m/s)代替鍛錘的沖擊力(錘頭速度可達(dá)78m/s)，從而避免了對地基及建筑物的震動，而且工作條件較好和安全。金屬在水壓機(jī)上比在鍛錘上鍛造容易達(dá)到較大的鍛透深度，可獲得整個截面是細(xì)晶粒組織的鍛件。水壓機(jī)的缺點(diǎn)：設(shè)備龐大，必須有一套供水系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)，造價(jià)較高。水壓機(jī)的噸位用壓力來表示，壓

4、力可達(dá)50015000t (5150MN)，所鍛鋼錠的質(zhì)量由l300t。2 自由鍛造的基本工序。根據(jù)自由鍛造變形工序變形性質(zhì)和變形程度的不同，可將它分為基本工序、輔助工序和修整工序三大類。 輔助工序是為基本工序操作方便而進(jìn)行的預(yù)先變形，如壓鉗口、壓鋼錠棱邊及切肩等。修整工序是為了提高鍛件質(zhì)量，使之完全達(dá)到鍛件圖要求的工序，如端面平整、彎曲校直等。 基本工序是改變坯料的形狀和尺寸以獲得鍛件的工序，它包括：鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、錯移和扭轉(zhuǎn)等。1)鐓粗鐓粗是減小坯料高度而增大其橫截面積的工序。目的：將高徑(寬)比較大的坯料鍛成高徑(寬)比較小的餅塊鍛件；對于空心鍛件，在沖孔前使坯料和橫截面增

5、大和平整；軸桿類鍛件可以提高后續(xù)拔長工序的鍛造比，提高鍛件的橫向力學(xué)性能和減少力學(xué)性能的異向性等。鐓粗可分為平砧鐓粗、墊環(huán)鐓粗和局部鐓粗。二、模鍛模鍛是將金屬坯料放入具有一定形狀的鍛模模膛內(nèi)，使坯料受壓而變形的壓力加工方法。在變形過程中，金屬的流動受到模膛形狀的限制，金屬充滿模膛后就能得到與模膛形狀相同的鍛件。按使用的設(shè)備不同，模鍛可分為錘上模鍛、胎模鍛和壓力機(jī)上模鍛等。與自由鍛相比，模級具有如下優(yōu)點(diǎn)；1)操作技術(shù)要求不高，但生產(chǎn)率高；2)鍛件尺寸和形狀精確，加工余量??；3)能鍛造形狀較為復(fù)雜的鍛件，可節(jié)省金屬材料。由于受到模鍛設(shè)備噸位的限制，鍛件質(zhì)量不能太大，一般在150kg以下；因?yàn)殄懩３?/p>

6、本高，故模鍛只適用于大批量生產(chǎn)，廣泛用于飛機(jī)、汽車、軸承等行業(yè)。典型模鍛件1. 錘上模鍛所用設(shè)備有蒸汽-空氣錘、高速錘等。目前，我國一般工廠大都使用蒸汽-空氣錘。主要特點(diǎn)：錘頭與導(dǎo)軌間的間隙較小，機(jī)架直接與砧座連接，保證了錘頭上下運(yùn)動的精確性，能使上、下模塊對準(zhǔn)；砧座較重，約為落下部分質(zhì)量的2025倍。模鍛錘的噸位(落下部分的質(zhì)量)為116t。模鍛件的質(zhì)量為0.5150kg。由于錘上模鍛具有工藝適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，故目前仍在鍛件生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。但是，模鍛錘鍛造振動和噪聲大，勞動條件差，能源耗費(fèi)嚴(yán)重。近年來，成批及大量生產(chǎn)的模鍛件越來越多地采用壓力機(jī)進(jìn)行模鍛。平鍛機(jī)上模鍛平鍛機(jī)有兩個互相垂直的分

7、摸面，主分模面在凸模與凹模之間，另一個分模面在可分的兩半凹模之間。噸位一般為l´1033.15´104kN。最適合的鍛件是帶頭部的桿類和有孔的鍛件，也可以鍛造曲柄壓力機(jī)上不能模鍛的一些鍛件。平鍛機(jī)上模鍛有如下特點(diǎn)：1、坯料長度不受設(shè)備工作空間的限制，可鍛造其它立式鍛壓設(shè)備不能鍛造的長桿類鍛件；2、因?yàn)橛袃蓚€分模面，故可以鍛造在兩個方向上有凹檔、凹孔的鍛件；3、鍛件尺寸精確，表面粗糙度??；4、節(jié)省金屬，材料利用率可達(dá)8595；5、難以鍛造非回轉(zhuǎn)體及中心不對稱的鍛件。三、鍛模結(jié)構(gòu)與模鍛工步錘上模鍛所用的鍛模都由上模和下模組成。下模固定在砧座上，上模裝在錘頭上，鍛造時(shí)隨錘頭一起上

8、下運(yùn)動。根據(jù)鍛件形狀和模鍛過程的需要，上、下模上設(shè)有一定形狀的凹腔，上、下模合在一起形成模膛。根據(jù)其功能的不同可分為模鍛模膛和制坯模膛。四、胎模鍛造、胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上采用胎模來生產(chǎn)鍛件的方法。與自由鍛相比，胎模鍛有如下特點(diǎn)：1、操作簡便，生產(chǎn)率高；2、鍛件形狀準(zhǔn)確，尺寸精度較高；3、鍛件內(nèi)部組織致密，纖維分布更符合性能要求。與模鍛相比，胎模模鍛又有如下特點(diǎn)：1、胎模模鍛不需采用昂貴設(shè)備；2、胎模鍛可局部成形，故可用較小設(shè)備鍛制較大模鍛件；3、胎模鍛鍛模結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，成本低。但胎模鍛件的尺寸精度不如模鍛件高，生產(chǎn)率較低，模具壽命短，且適合于中小批量的鍛件生產(chǎn)中。幾種胎模結(jié)構(gòu)示意圖第二

9、節(jié) 沖 壓使板料經(jīng)分離或成形而得到制件的工藝統(tǒng)稱。沖壓與其它加工方法相比，其主要優(yōu)點(diǎn)：1、生產(chǎn)率高，操作簡便易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，適合于大批量生產(chǎn)；2、制件精度較高，尺寸穩(wěn)定，互換性好；3、是一種能耗低、材料利用率高的少、無切削加工方法；4、能加工壁薄、形狀復(fù)雜、表面質(zhì)量好、剛性好、重量輕的零件板料表面一般不受破壞。應(yīng)用：汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀表儀器、輕工和日用品及國防工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。常用的沖壓材料有低碳鋼、高塑性合金鋼、鋁和鋁合金、銅和銅合金等金屬板料、帶料與卷料，還可加工紙板、塑料板、膠木板、纖維板等非金屬板料。單柱沖床、拉深變形過程與拉深系數(shù)m彈性變形 塑性變形。即拉深變形后制件

10、直徑d與其毛坯直徑D0之比。m=d/D0 （ m越小，表示變形程度越大）mmin為極限拉深系數(shù)：在工件不至拉裂的條件下，所能達(dá)到的最小拉深系數(shù)。多次拉深：當(dāng)mmmin時(shí)，如拉深彈殼、筆帽等則要采用多次拉深。 mmin=0.50.8拉深次數(shù)45次，且要求m1m2mnm=m1 m2 mn翻邊翻邊是用擴(kuò)孔的方法使帶孔件在孔口周圍沖制出豎直邊緣的沖壓成形工序。將帶有預(yù)制孔的板坯放在凹模上，凸模向下運(yùn)動，逐步壓入凹模，板坯在凸模壓應(yīng)力作用下，沿孔口按凸模和凹模提供的形狀翻出直邊。變形程度極限受翻出直邊的開口處周向拉應(yīng)力限制，通常用翻邊系數(shù)K0來表示：K0=d0/d1d0為翻邊前板坯預(yù)制孔徑；d1為翻邊后

11、內(nèi)孔徑。旋壓旋壓是一種等截面或不等截面成形金屬空心回轉(zhuǎn)體的工藝方法。模具可用硬木制造，唯一要求是模具表面必須十分光滑，如要旋壓大量諸如輪轂類零件，可用金屬模具。旋壓工藝無需專門設(shè)備，可用簡單機(jī)床，工裝費(fèi)用低。很適用于小批量生產(chǎn)。它亦可在大批量生產(chǎn)中用來制造如燈的反射鏡、碗形零件、鐘形件、管(包括變徑管)和車輪輪轂等。橡皮成形和液壓成形橡皮成形是利用橡皮作為通用凸模(或凹模)進(jìn)行板料成形的方法。其特點(diǎn)是金屬板料的整體成形，變形區(qū)的壓力狀態(tài)包括彎曲和壓縮的雙重特點(diǎn)。橡皮成形工藝用于生產(chǎn)形狀簡單的薄板(鋁板厚度小于3mm，不銹鋼和低碳鋼板厚小于1.5mm)的零件。如飛機(jī)制造業(yè)中用于少量復(fù)制件，制造食

12、品容器、電氣工業(yè)零件等。液壓成形是用液體(水或油)作為傳壓介質(zhì)，使板料產(chǎn)生塑性變形，按模具形狀成形的工藝方法。橡皮膜液壓成形法，是采用可控的液體壓力所支承的柔性膜取代橡皮墊，使較深的零件在完全均勻的液體壓力下成形。其它金屬塑性成形方法除了一般的鍛造和沖壓外，還包括輥軋、冷拔、擠壓、徑向鍛造等生產(chǎn)方式。一、輥軋坯料靠摩擦力咬入軋輥，在軋輥相互作用下，產(chǎn)生連續(xù)變形的工藝。輥軋常用的有輥鍛、斜軋、橫軋、輾環(huán)等生產(chǎn)方式。輥軋生產(chǎn)率高、零件質(zhì)量好、節(jié)約金屬和成本低。1輥鍛用一對相向放置的扇形模具使坯料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需鍛件或鍛坯的鍛造工藝，稱為輥緞。1、輥鍛的扇形模具可以從軋輥上拆裝更換。輥鍛生

13、產(chǎn)率為錘上模鍛的510倍，節(jié)約金屬610。各種扳手、麻花鉆、柴油機(jī)連桿、渦輪葉片等都可以輥鍛成形，汽車發(fā)動機(jī)曲軸和前梁都已采用輥鍛制坯。2、斜軋軋輥互相傾斜配置，以相同方向旋轉(zhuǎn)，軋件在軋輥的作用下反向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)還可軸向運(yùn)動，即螺旋運(yùn)動，這種軋制稱為斜軋，亦稱為螺旋軋制或橫向螺旋軋制。斜軋可以生產(chǎn)形狀呈周期性變化的毛坯或零件，如冷軋絲杠等。3、橫軋軋輥軸線與軋制件軸線平行且軋輥與軋制件作相對轉(zhuǎn)動的軋制方法稱為橫軋。橫軋件內(nèi)部鍛造流線與零件的輪廓一致，使軋制件的力學(xué)性能較高。橫軋?jiān)趪鴥?nèi)外受到高度重視，可用于齒輪的熱軋生產(chǎn)。4輾環(huán)環(huán)形毛坯在旋轉(zhuǎn)的軋輥中進(jìn)行軋制的方法。環(huán)形原毛坯在主動輥與從動輥組成的

14、孔型中擴(kuò)孔，壁厚減薄，內(nèi)外徑增大，斷面形狀同時(shí)也發(fā)生變化。擴(kuò)孔過程中，工件、從動輥與主動輥轉(zhuǎn)向相反，導(dǎo)向輥、控制輥與主動輥轉(zhuǎn)動方向相同。輾環(huán)變形實(shí)質(zhì)上屬于縱軋過程，用這種方法可以生產(chǎn)火車輪箍、軸承座圈、法蘭等環(huán)形鍛件。鐵路車輛的車輪現(xiàn)在都用輾環(huán)成形。二、擠壓擠壓是坯料在三向不均勻壓應(yīng)力作用下，從模具的孔口或縫隙擠出，使之橫截面積減小，長度增加，成為所需制品的加工方法。根據(jù)擠壓時(shí)金屬流動方向和模具運(yùn)動方向的關(guān)系，擠壓分為正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓、徑向擠壓等擠壓生產(chǎn)率高、節(jié)約金屬、零件力學(xué)性能好、表面粗糙度小、尺寸精度高。但變形抗力大，模具磨損嚴(yán)重，要求良好潤滑。擠壓主要適于各種截面形狀的中、小型

15、實(shí)心件和空心件。 正擠壓：坯料從?？字辛鞒霾糠值倪\(yùn)動方向與凸模運(yùn)動方向相同的擠壓方式。該方法可以擠壓各種截面形狀的實(shí)心和空心件。反擠壓：坯料的一部分沿著凸模與凹模之間的間隙流出，其流動方向與凸模運(yùn)動方向相反的擠壓方式。該方法可擠壓不同截面形狀的空心件。復(fù)合擠壓：同時(shí)兼有正擠壓、反擠壓時(shí)金屬流動特征的擠壓稱為復(fù)合擠壓。徑向擠壓：坯料沿徑向擠出的擠壓方式。可成形有局部粗大凸緣、有徑向齒槽及筒形件等。擠壓也常根據(jù)對坯料加熱溫度不同分為熱擠壓、冷擠壓及溫?cái)D壓等。三、冷拔室溫坯料在牽引力作用下通過?？桌?，使之產(chǎn)生塑性變形而得到截面縮小、長度增加的制品的工藝。冷拔的制品有線材、棒材、異型管材等。冷拔通常

16、有冷撥和拉絲之分。常溫下的冷拔稱為冷拔。冷拔制品的強(qiáng)度高、表面質(zhì)量好。對直徑為0.1410.00mm的黑色金屬和直徑為0.0l16.00mm的有色金屬的冷拔稱為拉絲。四、徑向鍛造對軸向旋轉(zhuǎn)送進(jìn)的棒料或管料施加徑向脈沖打擊力，鍛成沿軸向具有不同橫截面制件的工藝方法。徑向鍛造所需的變形力和變形功很小，脈沖打擊使金屬內(nèi)外摩擦降低，變形均勻，對提高金屬的塑性十分有利。徑向鍛造可采用熱鍛(溫度為900l000)、溫鍛(溫度為200700)和冷鍛三種方式。徑向鍛造可鍛造圓形、方形、多邊形的臺階鈾和內(nèi)孔復(fù)雜或內(nèi)孔直徑很小而長度較長的空心軸。金屬塑性成形方法的比較每種銀壓方法均有其工藝特點(diǎn)和適用范圍。選擇鍛壓

17、方法時(shí)必須對各種緞壓方法進(jìn)行比較，在滿足零件的質(zhì)量要求(形狀、尺寸精度、力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等)和考慮零件的鍛造性能(零件材料的鍛造性、零件形狀的復(fù)雜程度、壁厚差、不加工壁的最小尺寸和孔徑等)的前提下，根據(jù)生產(chǎn)批量的大小、工廠設(shè)備、技術(shù)水平實(shí)際情況，結(jié)合各種鍛壓方法的工藝特點(diǎn)，選擇工藝簡便、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)率高、生產(chǎn)周期短和成本最低的鍛造方法。鑄造：沙鑄、精鑄、壓鑄.鍛打：熱鍛、冷鍛.，自由鍛、模子鍛.沖壓：拉深、折彎、脹形.電加工：電解、電鑄.塑料制品的成形工藝 模壓成形：Ø 將塑料原料放入成型模加熱熔化，加壓，使塑料充滿整個型腔，同時(shí)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化。 模壓成型主要用于熱

18、固性塑料，適用于形狀復(fù)雜或帶有復(fù)雜嵌件的制品，但生產(chǎn)率低、模具成本較高。 注射成型：Ø 將塑料原料在注射機(jī)料筒內(nèi)加熱熔化，通過推桿或螺桿向前推壓至噴嘴，迅速注入封閉模具內(nèi)，冷卻后即得塑料制品。 主要用于熱塑性塑料。能生產(chǎn)形狀復(fù)雜、薄壁、嵌有金屬或非金屬的塑料制品。 擠出成型： 將原料在料筒中加熱至流動狀態(tài)，同時(shí)通過螺桿向前推壓至機(jī)頭，通過不同形狀和結(jié)構(gòu)的口模連續(xù)擠出，獲得不同形狀的型材，如管、棒、帶、絲、板等。 擠出成形的生產(chǎn)效率高，可自動化連續(xù)生產(chǎn)，一般使用熱塑性塑料作原料。 吹塑成形：Ø 熔融態(tài)的塑料陪坯通過擠出機(jī)或注射機(jī)擠出后，置于模具內(nèi)，用壓縮空氣將此坯料吹脹，使其

19、緊貼模內(nèi)壁成型而獲得中空制品。真空成形（吸塑成形）：Ø 將熱塑性塑料板（片）材置于模具上，四周加緊并加熱；待塑料進(jìn)入高彈態(tài)后，對模腔抽真空，使板材在大氣壓作用下緊貼模腔內(nèi)壁，冷卻后硬化成形。 澆注成形：又稱澆溯法，根據(jù)澆注方式的差異可分為靜態(tài)鑄型、嵌鑄型和離心鑄型等。 在液態(tài)樹脂中加入適量固化劑，然后澆入模具型腔中，在常壓或低壓及常溫或適當(dāng)加熱條件下固化成型。此法主要用于生產(chǎn)大型制品，設(shè)備簡單，但生產(chǎn)率低。橡膠的組分 橡膠是以生膠為主要成分，添加各種配合劑和增強(qiáng)材料制成的。1、生 膠 生膠是指無配合劑、未經(jīng)硫化的橡膠。按原料來源有天然橡膠和合成橡膠。2、配合劑 用來改善橡膠的某些性能

20、。常用配合劑有硫化劑、硫化促進(jìn)劑、活化劑、填充劑、增塑劑、防老化劑、著色劑等。 硫化劑: 用來使生膠的結(jié)構(gòu)由線型轉(zhuǎn)變?yōu)榻宦?lián)體型結(jié)構(gòu)，從而具有一定強(qiáng)度、韌性、高彈性。常用硫化劑有硫磺和含硫化合物，有機(jī)過氧化物，胺類化合物、樹脂類化合物、金屬氧化物等。 硫化促進(jìn)劑: 縮短硫化時(shí)間，降低硫化溫度，改善橡膠性能。 常用促進(jìn)劑有二硫化氨基甲酸鹽、黃原酸鹽類、噻唑類、硫脲類和部分醛類及醛胺類等有機(jī)物。 活化劑：用來提高促進(jìn)劑的作用。 常用活化劑有氧化鋅、氧化鎂、硬酯酸等。 填充劑： 用來提高橡膠的強(qiáng)度、改善工藝性能和降低成本。用于提高性能的填充劑稱為補(bǔ)強(qiáng)劑，如炭黑、二氧化硅、氧化鋅、氧化鎂等；另外還有用于

21、降低成本的填充劑，如滑石粉、硫酸鋇等。 增塑劑： 用來增加橡膠的塑性和柔韌性。常用增塑劑有石油系列、煤油系列和松焦油系列增塑劑。 防老劑：用來防止或延緩橡膠老化。 主要有石蠟、胺類和酚類防老劑。 橡膠的制備及成形 A、硫 化 B、聚異戊二烯的硫化反應(yīng)混 合生膠流動溫度高、粘度大，它與各種配合劑的混合，需要通過塑煉和混煉來實(shí)現(xiàn)。1） 塑 煉： 強(qiáng)迫生膠反復(fù)通過兩個轉(zhuǎn)速不同的滾筒之間的間隙，使之在強(qiáng)剪切力作用下長分子鏈被切斷，相對分子量減小，從而流動性增加（即塑性增加）的工藝過程。 塑煉一般在螺桿式塑煉機(jī)或兩輥式塑煉機(jī)上進(jìn)行。2） 混 煉： 將塑煉后的生膠和配合劑混合均勻的過程?；鞜挼募恿享樞蚴牵核軣捘z、防老劑、填充劑、增塑劑、硫化劑及硫化促進(jìn)劑等?；鞜挄r(shí)要注意嚴(yán)格控制溫度和時(shí)間。 常用的混煉機(jī)有密煉機(jī)和開煉機(jī)，通常聯(lián)合使用。成 形 大多數(shù)橡膠制品都是被加熱到硫化溫度以上