第三篇 塑性成形

1、第三篇 塑性成形 15模鍛一、金屬塑性成形（壓力加工） 金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的生產(chǎn)方法。二、塑性成形的基本生產(chǎn)方式 1軋制 2擠壓3拉拔4自由鍛造6板料沖壓第一章 塑性成形工藝基礎(chǔ)1-1 概述231軋制42擠壓53拉拔6上砥鐵下砥鐵坯料4自由鍛造75模鍛86板料沖壓9三 塑性變形的實(shí)質(zhì) 在外力的作用下金屬內(nèi)部的原子沿一定的晶面和晶向產(chǎn)生了滑移的結(jié)果。單晶體在切應(yīng)力作用下的滑移變形過(guò)程。10不能獲得形狀復(fù)雜的鍛件；投資費(fèi)用高（設(shè)備、工模具）；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)條件差。應(yīng)用： 軋制、擠壓、拉拔 金屬型材、板材等； 自由鍛、模鍛 重載的機(jī)械零件，如

2、主軸等； 板料沖壓 汽車(chē)制造、電器、儀表及日用品。塑性成形方法的特點(diǎn)缺點(diǎn)：111-2 塑性變形后金屬的組織和性能冷變形 金屬在變形過(guò)程中只有加工硬化而無(wú)回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象。熱變形 加工硬化被隨即發(fā)生的再結(jié)晶所抵消，變形后金屬具有再結(jié)晶的等軸晶粒組織。12一 冷變形后組織及性能的變化1 組織變化的特征：晶粒沿變形最大方向伸長(zhǎng)；晶粒扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；晶粒間產(chǎn)生碎晶。2 性能變化的特征：加工硬化：隨著變形程度的增加，其強(qiáng)度和硬度不斷提高，塑性和韌性不斷下降的現(xiàn)象。133 金屬的回復(fù)與再結(jié)晶純金屬的再結(jié)晶溫度再0.4熔（）。 冷變形后的金屬加熱至一定溫度后, 內(nèi)應(yīng)力明顯降低和消除，金屬的力學(xué)性能沒(méi)有顯著

3、變化，這一過(guò)程稱(chēng)為回復(fù)。加熱溫度較高，塑性變形后金屬被拉長(zhǎng)的晶粒重新形核、結(jié)晶，變?yōu)榈容S晶粒，稱(chēng)為再結(jié)晶。 141 無(wú)加工硬化現(xiàn)象，改善組織，提高力學(xué)性能1）細(xì)化晶粒； 2）壓合了鑄造缺陷； 3）組織致密。二 熱變形對(duì)組織及性能其影響152 鍛造比鍛造比是鍛造時(shí)金屬變形程度的一種表示方法。拔長(zhǎng)時(shí)的鍛造比為 Y拔=S0/S=L/L0鐓粗時(shí)的鍛造比為 Y鐓=H0/H=S/S0一般情況下，增加鍛造比，對(duì)改善金屬的組織和性能是有利的。但是鍛造比太大是無(wú)益的。161）平行于鍛造流線的方向上：抗拉強(qiáng)度提高2）垂直于鍛造流線的方向上：抗剪強(qiáng)度提高 3 出現(xiàn)鍛造流線,金屬性能各向異性曲軸的流線分布示意圖a）切

4、削 b）鍛造 T再冷變形熱變形以上以下171-3 金屬的可鍛性一、金屬的鍛造性金屬材料在壓力加工時(shí)成形的難易程度。1 . 鍛造性的衡量指標(biāo)塑性、變形抗力：塑性好，變形抗力小，其鍛造性好。2 . 影響鍛造性的因素1）金屬的本質(zhì)化學(xué)成分：碳含量越低，材料的鍛造性越好。組織狀態(tài)：純金屬和固溶體具有良好的鍛造性。182）變形條件變形溫度：T溫越高，材料的鍛造性越好。鍛造溫度范圍始鍛溫度終鍛溫度： 碳鋼：1200800()19變形速度：V變?cè)叫?，材料的鍛造性越好。塑性、變形抗力塑性變形抗力?yīng)變速率20二、金屬的變形規(guī)律1. 體積不變定律2. 最小阻力定律壓應(yīng)力數(shù)目多，塑性最好；拉應(yīng)力數(shù)目多、塑性差。同向

5、應(yīng)力狀態(tài)下變形抗力較大。應(yīng)力狀態(tài)21第二章 鍛造2-1 自由鍛造一、自由鍛設(shè)備鍛錘壓力機(jī)空氣錘蒸汽空氣錘水壓機(jī)油壓機(jī)65750Kg630Kg5T落下部分總重量 = 活塞+錘頭+錘桿滑塊運(yùn)動(dòng)到下始點(diǎn)時(shí)所產(chǎn)生的最大壓力鍛錘噸位 =壓力機(jī)噸位 =金屬坯料上、下砧鐵之間，施加沖擊力或壓力，使之產(chǎn)生塑性變形獲得所需鍛件的一種加工方法22二、自由鍛基本工序基本工序 完成鍛件基本變形和成形的工序。H完全鐓粗局部鐓粗，S1.25H0/D02.53. 沖孔：4. 彎曲：5. 扭轉(zhuǎn)：6. 錯(cuò)移：1. 鐓粗：2. 拔長(zhǎng)：，S L芯軸拔長(zhǎng)23拔長(zhǎng)24沖孔25彎曲26扭轉(zhuǎn)27錯(cuò)移28三自由鍛的優(yōu)缺點(diǎn)所用工具簡(jiǎn)單、通用性

6、強(qiáng)、靈活性大，適合單件和小批鍛件，特別是特大型鍛件的生產(chǎn)。自由鍛的優(yōu)點(diǎn)：自由鍛的缺點(diǎn)：鍛件精度低、加工余量大、生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等。29四 鍛件分類(lèi)及基本工序方案1.餅塊類(lèi)鍛件圓盤(pán)、葉輪、齒輪、模塊等。基本工序：鐓粗。輔助工序和修整工序有：倒棱、滾圓、平整等工步。302.空心類(lèi)鍛件 各種圓環(huán)、齒圈、軸承環(huán)、缸體、空心軸等零件的毛坯?；竟ば蛴戌叴?、沖孔、擴(kuò)孔或芯軸拔長(zhǎng)等工步。輔助工序和修整工序有：倒棱、滾圓、校正等。 313.軸桿類(lèi)鍛件 基本工序有拔長(zhǎng)或鐓粗+拔長(zhǎng)工步。輔助工序和修整工序：倒棱和滾圓工步。 324.曲軸類(lèi)鍛件 基本工序：拔長(zhǎng)、錯(cuò)移和扭轉(zhuǎn)。輔助和修整工序：分段壓痕、倒棱、滾圓

7、和校正等。 335.彎曲類(lèi)鍛件 基本工序有拔長(zhǎng)、彎曲工步。輔助工序和修整工序有：分段壓痕、滾圓和平整等工步。 342-2 模鍛特點(diǎn)：1）生產(chǎn)率高； 2）鍛件尺寸精確，結(jié)構(gòu)可以較復(fù)雜；3）鍛件一般不得超過(guò)150kg。利用鍛模使坯料在模膛內(nèi)受壓變形獲得鍛件。鍛模模膛飛邊槽橋部倉(cāng)部一、錘上模鍛1 鍛模結(jié)構(gòu)352 模膛的分類(lèi)模膛模鍛模膛制坯模膛終鍛模膛預(yù)鍛模膛拔長(zhǎng)模膛滾壓模膛彎曲模膛切斷模膛36終鍛模膛與預(yù)鍛模膛的差異1 圓角比終鍛模膛大，減少金屬流動(dòng)阻力。2 沒(méi)有毛邊槽。37彎曲連桿的鍛造過(guò)程38二 壓力機(jī)上鍛造 東風(fēng)公司鍛造廠用于熱模鍛的曲柄壓力機(jī)的 噸位有2000t、4000t、8000t。最大

8、噸位為12000t優(yōu)點(diǎn)：剛度大、噪聲小生產(chǎn)效率高1 曲柄壓力機(jī)392 摩擦壓力機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單投資少工藝適應(yīng)性廣中小型鍛件403 平鍛機(jī)兩個(gè)分模面、局部鍛造材料利用率高、生產(chǎn)率高成本高、工藝適應(yīng)性差41三 胎膜鍛造 在自由鍛設(shè)備上采用可移動(dòng)模具生產(chǎn)模鍛件的鍛造方法422-3 鍛造工藝規(guī)程的制訂1.確定機(jī)械加工余量、敷料、公差一、鍛件圖的繪制432 分模面的選擇1）分模面應(yīng)選在鍛件的最大截面處；2）分模面的選擇應(yīng)使模膛淺而對(duì)稱(chēng)；3）分模面的選擇應(yīng)使鍛件上所加敷料最少；4）分模面應(yīng)最好是平直面。443 設(shè)計(jì)模鍛斜度4 設(shè)計(jì)模鍛圓角外圓角：r = 1.512mm內(nèi)圓角：R=（23）r5 確定沖孔連皮外壁斜

9、度：57 0內(nèi)壁斜度：712 04546二 坯料重量和尺寸的計(jì)算G坯 = G鍛+G料頭+G燒三 鍛造工序的選擇軸、桿類(lèi)零件：鐓粗、拔長(zhǎng)盤(pán)類(lèi)、環(huán)類(lèi)零件：鐓粗、沖孔1 鍛造溫度范圍及加熱火次的確定 2 鍛造設(shè)備的選擇四 其它事項(xiàng)471 半軸自由鍛工藝 鍛件圖材料: 18CrMnTi坯料尺寸:130240 坯料重量:25kg鍛造設(shè)備:0.5T自由鍛錘鍛出頭部 拔長(zhǎng)拔長(zhǎng)及修整臺(tái)階拔長(zhǎng)并留出臺(tái)階鍛出凹擋及拔長(zhǎng)端部并修整482. 確定模鍛工序1）基本工序圓盤(pán)類(lèi)零件：鐓粗 預(yù)鍛 終鍛長(zhǎng)桿類(lèi)零件：制坯 預(yù)鍛 終鍛2）修正工序切邊；沖孔；校正；熱處理；清理。49長(zhǎng)軸類(lèi)鍛件50短軸類(lèi)鍛件5152532-4 鍛件結(jié)

10、構(gòu)工藝性1. 避免斜面和錐度2. 避免曲面相交3. 避免加強(qiáng)筋和凸臺(tái)4. 采用組合工藝一 自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性54斜面避免斜面和錐度55避免曲面相交56避免加強(qiáng)筋和凸臺(tái)57采用組合工藝584. 避免設(shè)計(jì)深孔、多孔結(jié)構(gòu)；5. 采用鍛焊組合工藝。1. 易于從鍛模中取出鍛件；2. 零件的外形應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)、平直；3. 避免薄壁、高筋、凸起等結(jié)構(gòu)；二. 模鍛件結(jié)構(gòu)工藝性5960第三章 板料沖壓利用沖模對(duì)金屬板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形獲得所需零件的工藝方法。61一、沖壓設(shè)備1. 剪床：2. 沖床：下料設(shè)備沖壓設(shè)備1）開(kāi)式?jīng)_床2）閉式?jīng)_床3-1 分離工序使坯料的一部分相對(duì)另一部分產(chǎn)生分離的工序。6

11、263二、沖裁（落料、沖孔）1 沖裁的變形過(guò)程彈性變形階段塑性變形階段斷裂、分離階段塑性變形階段彈性變形階段斷裂分離階段使坯料沿封閉輪廓分離的工序。64沖裁過(guò)程6512341塌角區(qū)2光亮帶區(qū)3剪裂帶區(qū)4毛刺2 沖裁模設(shè)計(jì)及沖裁工藝特點(diǎn)1） 凸凹模要具有鋒利的刃口2） 凸凹模間隙要合理Z 雙邊間隙Z = （5%10%）t663）凸凹模刃口尺寸要正確落料：以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)D凹 = d落D凸= D凹 - ZD凸 = d孔D凹 = D凸 + Z沖孔：以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)4） 排樣要合理排樣：沖裁件在板料上的布置方式。有搭邊排樣少無(wú)搭邊排樣12673）沖裁力k 安全系數(shù)（1.3）L 沖裁件周邊長(zhǎng)度（mm）

12、坯料的抗剪強(qiáng)度（N/mm2）t 坯料厚度（mm）（N）68利用整修模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬，切掉剪裂帶和毛刺。提高其尺寸精度降低表面粗糙度。 IT6-IT7 Ra = 1.6-0.8 m三 整修69一. 拉深使坯料在凸模的作用下壓入凹模，獲得空心體零件的沖壓工序。1 拉深變形過(guò)程使坯料的一部分相對(duì)一部分產(chǎn)生位移而不被破壞的工序。（拉深、彎曲、翻邊、成形等）3-2 變形工序70712 拉深廢品1）拉裂（拉穿）2）起皺3 拉深模設(shè)計(jì)及工藝特點(diǎn)1） 凸凹模的工作部分必須具有一定的圓角；r凹=(5-15)t r凸=（0.6-1）r凹2） 凸凹模間隙要合理Z =（1.1-1.2）tZ 單邊間隙

13、7273743） 控制拉深系數(shù)（m）m = d/D =（0.5-0.8）D=100d=20；h=42d1=55d2=3232/55=0.58d3=2020/32=0.6284）設(shè)置壓邊圈75二. 彎曲將平直板料彎成一定的角度或圓弧的工序。1 彎曲的變形特點(diǎn)1）變形區(qū)域主要在圓角部位；2）外層受拉應(yīng)力，內(nèi)層受壓應(yīng)力。2 彎曲缺陷彎裂3 彎曲工藝特點(diǎn)1)彎曲半徑 rrmin=（0.25-1）t ； 2)“回彈”問(wèn)題761 翻邊在帶孔的平坯料上用擴(kuò)孔的方法獲得凸緣的工序。2 成形包括：縮口、脹形、壓肋等三 翻邊、成形77三、沖模的分類(lèi)及結(jié)構(gòu)1. 簡(jiǎn)單沖模2. 連續(xù)沖模3. 復(fù)合沖模沖床在一次行程中只完成一個(gè)沖壓工序。沖床在一次行程中在不同的工位同時(shí)只完成兩個(gè)以上的沖壓工序。沖床在一次行程中在同一工位同時(shí)完成兩個(gè)以上的沖壓工序。7879凸、凹模做成一體80四、沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性1. 沖壓方法對(duì)結(jié)構(gòu)工藝性的要求1）對(duì)沖裁件的要求 沖裁件的形狀力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)，利于材料的利用； 應(yīng)避免細(xì)長(zhǎng)槽和細(xì)長(zhǎng)臂結(jié)構(gòu)； 81 沖裁件的內(nèi)外轉(zhuǎn)角處，應(yīng)盡量避免尖角。工序圓弧角最小圓角半徑黃銅、紫銅、鋁低碳鋼合金鋼落料0.24t0.35t0.30t0.50t0.45t0.70t沖孔0.20t0.45t0.35t