2022年金屬塑性成形工藝培訓(xùn)課件

1、第5章 金屬材料成形第一節(jié) 金屬液態(tài)成型工藝基礎(chǔ)第二節(jié) 金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)第三節(jié) 金屬連接成形工藝基礎(chǔ)第二節(jié) 金屬塑性成形工藝板料沖壓鍛造汽車鍛件典型的沖壓件塑性成形工藝 金屬塑性成形是在外力作用下通過塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的零件或毛坯的加工方法。金屬塑性成形可分為：自由鍛、模鍛、板料沖壓、擠壓、拉拔、軋制，成形方式如圖所示。常用壓力加工方法a）自由鍛 b）模鍛 c）板料沖壓 d）擠壓 e）軋制 f）拉拔壓力加工與其它成形方法比較具有以下特點：（1）改善金屬組織、提高力學(xué)性能。金屬材料經(jīng)壓力加工后，其組織、性能都得到改善和提高。（2）提高材料的利用率。金屬塑性成形主要靠金

2、屬在塑性變形時改變形狀，使其體積重新分配，而不需要切除金屬，因而材料利用率高。（3）具有較高的生產(chǎn)率。塑性成形加工一般是利用壓力機和模具進行成形加工的，生產(chǎn)效率高。（4）可獲得精度較高的毛坯或零件。壓力加工時坯料經(jīng)過塑性變形獲得較高的精度，可實現(xiàn)少或無切削加工。金屬的塑性成形基礎(chǔ)一、金屬塑性變形的基本概念1、材料的塑性越好，變形抗力越小，則材料的塑性成形性越好，越適合壓力加工。2、常用材料的伸長率和斷面收縮率來表示塑性指標。3、金屬塑性變形時遵循的基本規(guī)律主要有最小阻力定律、加工硬化和體積不變規(guī)律等最小阻力定律 是指金屬在塑性變形過程中，金屬各質(zhì)點將向阻力最小的方向移動。最小阻力定律符合力學(xué)的

3、一般原則，是塑性成形加工中最基本的規(guī)律之一。加工硬化規(guī)律 金屬在常溫下隨著變形量的增加，變形抗力增大，塑性和韌性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。體積不變規(guī)律 金屬材料在塑性變形時，變形前與變形后的體積保持不變。根據(jù)此規(guī)律，可以確定毛坯的尺寸和確定變形工序。二、金屬塑性變形對組織和性能的影響1. 變形程度的影響 壓力加工時，塑性變形程度的大小常用鍛造比Y鍛來表示，拔長時的鍛造比Y鍛=S0/S（S0、S分別表示拔長前后金屬坯料的橫截面積）；鐓粗時的鍛造比Y鍛=H0/H（H0、H分別表示鐓粗前后金屬坯料的高度）。鍛造比越大，毛坯的變形程度也越大。生產(chǎn)中以鑄錠為坯料鍛造時，碳素結(jié)構(gòu)鋼的鍛造比在23范圍選取，合

4、金結(jié)構(gòu)鋼的鍛造比在34范圍選取。以鋼材為坯料鍛造時，因材料軋制時組織和力學(xué)性能已經(jīng)得到改善，鍛造比一般取1.11.3即可。2. 冷變形與熱變形 在再結(jié)晶溫度（T再0.4Tm）以下的塑性變形稱為冷變形，因冷變形有加工硬化現(xiàn)象產(chǎn)生，故每次的冷變形程度不宜過大，否則會使金屬產(chǎn)生裂紋。冷變形加工的產(chǎn)品具有表面質(zhì)量好、尺寸精度高、力學(xué)性能好等優(yōu)點。常溫下的冷鐓、冷擠壓、冷拔及冷沖壓都屬于冷變形加工。 熱變形是在再結(jié)晶溫度以上的塑性變形，熱變形時加工硬化與再結(jié)晶過程同時存在，而加工硬化又幾乎同時被再結(jié)晶消除。熱變形可使金屬保持較低的變形抗力和良好的塑性，可以用較小的力和能量產(chǎn)生較大的塑性變形而不會產(chǎn)生裂紋

5、，同時還可獲得具有較高力學(xué)性能的再結(jié)晶組織。但是，熱變形是在高溫下進行的，金屬在加熱過程中表面易產(chǎn)生氧化皮，精度和表面質(zhì)量較低。自由鍛、熱模鍛、熱軋、熱擠壓等工藝都屬于熱變形加工。常用塑性加工方法一、自由鍛 自由鍛是利用沖擊力或壓力，使金屬在上、下砧鐵之間，產(chǎn)生塑性變形而獲得所需形狀、尺寸以及內(nèi)部質(zhì)量鍛件的一種加工方法。 自由鍛分為手工鍛造和機器鍛造兩種。手工鍛造只能生產(chǎn)小型鍛件，生產(chǎn)率也較低。機器鍛造是自由鍛的主要方法。優(yōu)點：使用的工具簡單；操作靈活；通過局部成形組合出所需鍛件的形狀、尺寸缺點：鍛件的精度低，生產(chǎn)率低，工人技術(shù)水平要求高，勞動強度大應(yīng)用：單件、小批、形狀簡單的鍛件，大型、重型

6、鍛件，尤其是特大型鍛件1、自由鍛設(shè)備2、自由鍛工序自由鍛工序可分為基本工序、輔助工序和修整工序三大類。一）基本工序 基本工序包括鐓粗、拔長、彎曲、沖孔、切割、扭轉(zhuǎn)和錯移等。實際生產(chǎn)中最常用的是鐓粗、拔長和沖孔三個工序。鐓粗 沿工件軸向進行鍛打，使其長度減小，橫截面積增大的操作過程。常用來鍛造齒輪坯、凸緣、圓盤等零件，也可用來作為鍛造環(huán)、套筒等空心鍛件沖孔前的預(yù)備工序。 鐓粗時，坯料不能過長，高度與直徑之比應(yīng)小于2.5，以免鐓彎，或出現(xiàn)細腰、夾層等現(xiàn)象。坯料鐓粗的部位必須均勻加熱，以防止出現(xiàn)變形不均勻。拔長 拔長是沿垂直于工件的軸向進行鍛打，以使其截面積減小而長度增加的操作過程，常用于鍛造軸類和

7、桿類等零件。 拔長時工件要放平，鍛打要準，力的方向要垂直，并且拔長過程中要不斷翻轉(zhuǎn)和送進工件。沖孔 利用沖頭在工件上沖出通孔或盲孔的操作過程。常用于鍛造齒輪、套筒和圓環(huán)等空心鍛件，對于直徑小于25mm的孔一般不鍛出，而是采用鉆削的方法進行加工。較薄的坯料通常采用單面沖孔；厚度較大的鍛件，一般采用雙面沖孔法 沖孔工藝a）薄坯料沖孔 b）厚坯料沖孔1沖頭 2坯料 墊環(huán)（二）輔助工序 為使基本工序操作方便而進行的預(yù)變形工序稱為輔助工序，例如，為方便挾持工件而進行的壓鉗口、局部拔長時先進行的切肩等工序都屬于輔助工序。（三）修整工序 用以減少鍛件表面缺陷而進行的工序，如校正、滾圓、平整等。修整工序的變形

8、量一般很小，而且為了不影響鍛件的內(nèi)部質(zhì)量，一般多在終鍛溫度或接近終鍛溫度下進行。典型鍛件圖鍛件余量及敷料1敷料2鍛件余量二、模鍛使金屬坯料在模膛內(nèi)受壓產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸以及內(nèi)部質(zhì)量鍛件的加工方法稱為模鍛。由于模膛對金屬坯料流動的限制，鍛造終了時可獲得與模膛形狀相符的模鍛件。備料熱處理檢查表面噴丸校正切除飛邊預(yù)鍛終鍛制坯加熱 模鍛具有如下優(yōu)點：(1) 生產(chǎn)效率較高。模鍛時，金屬的變形在模膛內(nèi)進行，故能較快獲得所需形狀。(2) 能鍛造形狀復(fù)雜的鍛件，并可使金屬流線分布更為合理，從而進一步提高零件的使用壽命。(3) 模鍛件的尺寸較精確，表面質(zhì)量較好，加工余量較小。(4) 模鍛件減少切削

9、加工工作量。在批量足夠的條件下，能降低零件成本。(5) 模鍛操作簡單，勞動強度低。 但模鍛生產(chǎn)受模鍛設(shè)備噸位限制，模鍛件的質(zhì)量一般在150kg以下。模鍛設(shè)備投資較大，模具費用較昂貴，工藝靈活性較差，生產(chǎn)準備周期較長。因此，模鍛適合于小型鍛件的大批大量生產(chǎn)，不適合單件小批量生產(chǎn)以及中、大型鍛件的生產(chǎn)。模鍛按所使用的設(shè)備不同，分為錘上模鍛、壓力機上模鍛、胎模鍛等。（一）錘上模鍛的工藝特點 錘上模鍛是將上模固定在錘頭上，下模緊固在模墊上，通過隨錘頭作上下往復(fù)運動的上模，對置于下模中的金屬坯料施以直接鍛擊，來獲取鍛件的鍛造方法。錘上模鍛的工藝特點是：（1）金屬在模膛中是在一定速度下，經(jīng)過多次連續(xù)錘擊而

10、逐步成形的。（2）錘頭的行程、打擊速度均可調(diào)節(jié)，能實現(xiàn)輕重緩急不同的打擊，因而可進行制坯工作。（3）由于慣性作用，金屬在上模模膛中具有更好的充填效果。（4）錘上模鍛的適應(yīng)性廣，可生產(chǎn)多種類型的鍛件，可以單膛模鍛，也可以多膛模鍛。終鍛預(yù)鍛模二）錘上模鍛工藝規(guī)程的制定 錘上模鍛工藝規(guī)程的制定主要包括繪制模鍛件圖、計算坯料尺寸、確定模鍛工步、選擇鍛造設(shè)備、確定鍛造溫度范圍等。1. 繪制模鍛件圖 模鍛件圖是設(shè)計和制造鍛模、計算坯料以及檢驗?zāi)ｅ懠囊罁?jù)。根據(jù)零件圖繪制模鍛件圖時，應(yīng)考慮以下幾個問題。（1）恰當?shù)姆帜Ｃ妗㈩A(yù)留加工余量和鍛件公差。模鍛時金屬坯料是在模鍛模膛中成形的，因此模鍛件尺寸較為精確，其

11、公差和余量比自由鍛件小的多。（2）模鍛斜度。為便于從模膛中取出鍛件，模鍛件上平行于錘擊方向的表面必須具有斜度，稱為模鍛斜度。對于錘上模鍛，模鍛斜度一般為515之間。模鍛斜度還分為外壁斜度與內(nèi)壁斜度，如圖所示。內(nèi)壁斜度值一般比外壁斜度大25。生產(chǎn)中常用金屬材料的模鍛斜度范圍見表。鍛件材料外壁斜度內(nèi)壁斜度鋁、鎂合金鋼、鈦、耐熱合金3557577、10、12（3）模鍛圓角半徑。模鍛件上所有兩平面轉(zhuǎn)接處均需圓弧過渡，此過渡處稱為鍛件的圓角，如圖所示。圓弧過渡有利于金屬的變形流動，鍛造時使金屬易于充滿模膛，提高鍛件質(zhì)量，并且可以避免在鍛模上的內(nèi)角處產(chǎn)生裂紋，減緩鍛模外角處的磨損，提高鍛模使用壽命。模鍛圓

12、角半徑圓角的大小，用圓角半徑表示，它受到許多因素的影響，如肋高、鍛造方法、鍛件材料以及操作條件等。鋼的模鍛件外圓角半徑()一般取1.5mm12mm，內(nèi)圓角半徑(R)比外圓角半徑大23倍。模膛深度越深，圓角半徑值越大。為了便于制模和鍛件檢測，圓角半徑尺寸已經(jīng)形成系列，其標準是1、1.5、2、2.5、3、4、5、6、8、10、12、15、20、25和30等，單位為mm。（4）沖孔連皮。對于具有通孔的鍛件，由于錘上模鍛時不能靠上、下模的突起部分把金屬完全排擠掉，因此不能鍛出通孔，終鍛后，孔內(nèi)留有金屬薄層，稱為沖孔連皮，鍛后利用壓力機上的切邊模將其去除。沖孔連皮可起到減輕鍛模剛性接觸的緩沖作用，避免鍛

13、模的損壞，并使金屬易于充型，減小打擊力，因此沖孔連皮不能太薄。常用的連皮形式是平底連皮，如圖所示，連皮的厚度s通常在48mm范圍內(nèi)。各參數(shù)確定后，便可繪制鍛件圖。圖所示為齒輪坯模鍛件圖。圖中雙點劃線為零件輪廓外形，分模面選在鍛件高度方向的中部。由于零件輪輻部分不加工，故無加工余量。圖中內(nèi)孔中部的兩條直線為沖孔連皮切掉后的痕跡。2. 計算坯料質(zhì)量與尺寸 模鍛件坯料質(zhì)量與尺寸的計算步驟與自由鍛件相類似。坯料質(zhì)量包括鍛件、飛邊、連皮、鉗口料頭以及氧化皮等的質(zhì)量。通常，氧化皮約占鍛件和飛邊總和質(zhì)量分數(shù)的2.5%4%。3. 確定模鍛工序 模鍛工序主要根據(jù)鍛件的形狀與尺寸來確定。根據(jù)已確定的工序即可設(shè)計出

14、制坯模膛、預(yù)鍛模膛及終鍛模膛。 鍛造的后期為修整工序：包括切邊與沖孔；校正；熱處理；清理；精壓。4. 選擇鍛造設(shè)備 錘上模鍛所用的設(shè)備有蒸汽-空氣錘、無砧座錘、高速錘等。一般工廠中主要使用蒸汽-空氣錘。模鍛生產(chǎn)中所用的蒸汽-空氣錘與自由鍛錘基本相同。 模鍛設(shè)備的選擇應(yīng)結(jié)合模鍛件的大小、質(zhì)量、形狀復(fù)雜程度及所選擇的基本工序等因素確定，并充分考慮到工廠的實際情況。5. 確定鍛造溫度范圍 模鍛件的生產(chǎn)在一定溫度范圍內(nèi)進行，碳鋼上限為液相線以下200、下限為800左右。圖2-11鍛件余量及敷料1敷料2鍛件余量錘鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計 連桿錘用鍛模圖板料沖壓1、板料沖壓：利用沖模在壓力機上使板料分離或變形，從而獲

15、得沖壓件的加工方法稱為板料沖壓。2、板料沖壓的特點：（1）沖壓生產(chǎn)操作簡單，生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)機械化和自動化。（2）沖壓件尺寸精確，表面光潔，質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，可作為零件使用。（3）沖壓塑性變形產(chǎn)生冷變形強化，使沖壓件具有質(zhì)量輕、強度高和剛性好的優(yōu)點。（4）沖模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，制造費用相對較高，故沖壓適合在大批量生產(chǎn)條件下采用。3、沖壓基本工序： 分離工序：落料、沖孔、切斷等 變形工序：拉深、彎曲、翻邊和脹型等 沖 孔 落 料 彎 曲 拉 深 翻 邊 脹 形沖壓工藝分離工序變形工序切 斷 沖壓使金屬板料在模具內(nèi)受力成形。沖壓工藝4、沖壓設(shè)備：圖4-17 開式?jīng)_床工作原理、傳動示意圖及開式

16、沖床實例1腳踏板 2工作臺 3滑塊 4連桿 5偏心套 6制動器 7偏心軸8離合器 9皮帶輪 10電動機 11床身 12操作機構(gòu) 13墊板5、沖壓模具圖4-31 簡單沖模1固定卸料板 2導(dǎo)料板 3擋料銷 4凸模 5凹模 6模柄7上模座 8凸模固定板 9凹模固定板 10導(dǎo)套 11導(dǎo)柱 12下模座6、沖壓產(chǎn)品7、沖壓工序1）、沖裁 利用模具使板料沿著一定的封閉輪廓產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。 沖裁模沖裁模包括落料模和沖孔模分類普通沖裁精密沖裁基本工序：落料和沖孔 沖裁件排樣設(shè)計材料的經(jīng)濟利用 沖裁件在板料上的布置稱為排樣。排樣合理，材料的利用率高。 材料利用率：=A0 /A100式中： A0 零件實際面

17、積；A 消耗板料面積。沖裁件的排樣方法有三類：有搭邊排樣少搭邊排樣無搭邊排樣 少、無搭邊排樣，材料的利用率高； 有搭邊排樣，沖裁件尺寸精度高。搭邊數(shù)值與材料硬度、板料厚度、零件形狀等因素有關(guān)。2）彎曲： 板料、型材等按要求彎成一定的角度或曲率，形成所需彎曲零件的沖壓工序。典型彎曲零件（） 典型彎曲零件（）典型彎曲零件（）彎曲件的彎曲方法 模壓拉彎滾壓折彎3）、拉深工序拉深是使平面板料成形為中空形狀零件的沖壓工序。拉深變形過程及拉深件如圖4-22所示，原始直徑為D的板料，經(jīng)過凸模壓入到凹模孔口中，拉深后變成內(nèi)徑為d、高度為h的筒形零件。圖4-22 拉深變形過程及拉深件1凸模 2毛坯 3凹模 4工

18、件圓筒形件拉深件類型1）規(guī)則拉深件 a）軸對稱旋轉(zhuǎn)體 b) 盒形件c) 不對稱拉深件不規(guī)則拉深件汽車覆蓋件拉深系數(shù)：拉深系數(shù)是衡量拉深變形程度大小的主要工藝參數(shù)，它用拉深件直徑d與毛坯直徑D的比值m表示，即m=d/D。拉深系數(shù)越小，表明變形程度越大，拉深應(yīng)力越大，容易產(chǎn)生拉裂廢品。能保證拉深正常進行的最小拉深系數(shù)，稱為極限拉深系數(shù)。圖4-23 拉深件廢品a）起皺 b）拉裂a) b)拉深件的有關(guān)尺寸要求如圖所示，設(shè)計時主要考慮以下幾個方面：（1）拉深件的形狀應(yīng)力求簡單、對稱。拉深件的形狀以回轉(zhuǎn)體形，尤其是直徑不變的杯形件最易拉深，模具制造也方便。（2）盡量避免直徑小而深度過大的拉深件，否則不僅需要多副模具進行多次拉深，而且容易出現(xiàn)廢品。 3）拉深件的底部與側(cè)壁，凸緣與側(cè)壁應(yīng)有足夠的圓角，一般應(yīng)滿足Rrd，rd2t，R（24）t，方形件r3t。拉深件底部或凸緣上的孔邊到側(cè)壁的距離，應(yīng)滿足Brd+0.5t或BR+0.5t（t為板厚）。（4）不要對拉深件提出過高的精度或表面質(zhì)量要求。拉深件直徑方向的經(jīng)濟精度一般為IT9IT10