第08章塑性加工

第8章塑性加工利用金屬材料在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形，獲得所需產(chǎn)品的加工方法稱為塑性加工,由于這種外力多數(shù)情況下是以壓力的形式出現(xiàn)的．因此也稱為壓力加工。塑性加工的產(chǎn)品主要有原材料、毛坯和零件三大類。材料在發(fā)生塑性變形形時，其體積基本上保持不變很多精密的塑性加工方法，可以不經(jīng)過切削加工直接生產(chǎn)出零件，實現(xiàn)無屑加工，大量節(jié)省材料。最小阻力定律、加工硬化（形變強化）

金屬塑性變形時遵循的基本規(guī)律

塑性加工常用的方法有：自由鍛、模鍛、板料沖壓、軋制、擠壓、拉撥等各類連桿鍛件

連桿模具

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塑性加工性能及影響因素塑性加工性能及其指標塑性加工性能常用金屬的塑性和變形抗力來綜合衡量。塑性加工性能的影響因素1．金屬的本質(zhì)：（1）化學成分的影響；(2)金屬組織的影響2．加工條件：(1)變形溫度的影響(2)變形速度的影響(3)應力狀態(tài)的影響8.1鍛造成形8.1.1自由鍛自由鍛是利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個抵鐵之間產(chǎn)生塑性變形．從而得到所需鍛件的鍛造方法。金屬坯料在抵鐵間受力變形時．除打擊方向外，朝其它方向的流動基本不受限制。自由鍛在重型機械制造中具有特別重要的作用。水輪機主軸、多拐曲軸、大型連桿等件1.自由鍛工序自由鍛生產(chǎn)中能進行的工序很多，可分為基本工序、輔助工序及精整工序三大類。2．自由鍛工藝規(guī)程的制訂(1)繪制鍛件圖1)敷料為了簡化鍛件形狀、便于進行鍛造而增加的一部分金屬．稱為敷料。1：敷料；2：余量2)鍛件余量在零件的加工表面上增加供切削加工用的金屬，稱為鍛件余量。3)鍛件公差鍛件公差是鍛件名義尺寸的允許變動量。選擇鍛造工序自由鍛鍛造的工序，是根據(jù)工序特點和鍛件形狀來確定的。一般情況下，盤類鍛件常選用鐓粗(或拉長及鐓粗)、沖孔等工序；軸類鍛件常選用校長(或鐓粗及撥長)、切肩和鍛臺階工序；筒類鍛件選用鍛粗(或撥長及鐓粗)、沖孔、在心鈾上校長工序；環(huán)類鍛件選用鐓粗(或校長及鐓粗)、沖孔、在心軸上擴孔等工序：曲軸類鍛件選用撥長(或鐓粗及撥長)、錯移、鍛臺階、扭轉(zhuǎn)等工序；彎曲類鍛件選用拔長，彎曲工序。工藝規(guī)程的內(nèi)容還包括：確定所用工夾具、加熱設(shè)備、加熱規(guī)范、加熱火次、冷卻規(guī)范、鍛造設(shè)備和鍛件的后續(xù)處理等。8.1.2模鍛

模鍛是在高強度金屬鍛模上預先制出與鍛件形狀一致的模膛，使坯科在摸膛內(nèi)受壓變形的鍛造方法。在變形過程中由于模膛對金屬坯料流動的限制，因而鍛造終了時能得到和模膛形狀相符的鍛件。模鍛優(yōu)點（與自由鍛比較）(1)生產(chǎn)率較高。(2)模鍛件尺寸精確，加工余量小。(3)可以鍛造出形狀比較復雜的鍛件(4)模鍛生產(chǎn)可以比自由鍛生產(chǎn)節(jié)省金屬材料，減少切削加工工作量。模鍛生產(chǎn)由于受模鍛設(shè)備噸位的限制，模鍛件不能太大，模鍛件質(zhì)量一般在150kg以下。模鍛生產(chǎn)適合于小型鍛件的大批大量生產(chǎn)。各類連桿鍛件

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1．錘上模鍛(1)緞模結(jié)構(gòu)錘上模鍛用的鍛模(圖8．4)是由帶有燕尾的上模2和下模4兩部分組成(2)模膛分類根據(jù)其功用的不同模膛可分為模鍛模膛和制坯模膛兩大類。（1）終鍛模膛1）模鍛模膛模鍛模膛分為終鍛模膛和預鍛模膛兩種。終鍛模膛的作用是使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸．因鍛件冷卻時要收縮，終鍛模膛的尺寸應比鍛件尺寸放大一個收縮量。模膛四周有飛邊槽

對于具有通孔的鍛件，由于不可能靠上、下模的突起部分把金屬完全擠壓掉，故終鍛后在孔內(nèi)留下一薄層金屬，稱為沖孔連皮。把沖孔連皮和飛邊沖掉后，才能得到有通孔的模鍛件。（2）預鍛模膛：

預鍛模膛的作用是使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，這樣再進行終時，金屬密易充滿終鍛模膛。同時減少了終鍛模膛的磨損。2)制坯模膛：對于形狀復雜的模鍛件，為了使坯料形狀基本接近模鍛形狀，使金屬能合理分布和很好地充滿模膛，必須預先在制坯模膛內(nèi)制坯。（1）撥長模膛用它來減小坯料某部分的橫截面積，以增加該部分的長度撥長模膛（2）滾壓模膛

用它來減小坯料某部分的橫截面積，以增大另一部分的橫截面積；（3）彎曲模膛對于彎曲的桿類模鍛件，需用彎曲模膛來彎曲坯料。（4）切斷模膛在上模與下模的角部組成的一對刃口，用來切斷金屬。

(3)制訂模鍛工藝規(guī)程模鍛生產(chǎn)的工藝規(guī)程包括制訂鍛件圖、計算坯料尺寸、確定模鍛工步(模膛)、選擇設(shè)備及安排修整工序等。1)制訂模鍛件圖①分模面分模面即上下級模在模鍛件上的分界面a）要保證模鍛件能從模膛中取出。a-a面為分模面時圖8.9分模面的選擇比較圖b）按選定的分模面制成鍛模后，應使上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致。c-c面為分模面時c)最好把分模面選在能使模膛深度最淺的位置處。b-b面為分模面時d)選定的分模面應使零件上所加的敷料最少。b-b面為分模面時e)最好使分模面為一個平面②余量、公差和敷料③模鍛斜度

④模鍛圓角半徑圖8.10模鍛斜度圖8.11圓角半徑2)確定模鍛工步①長軸類模鍛件圖8.13長軸類鍛件

②盤類鍛件

拔長、滾壓、彎曲等工步鐓粗、終緞等工步圖8.14盤類鍛件彎曲連桿鍛造過程

對于形狀復雜的鍛件，如鍛造彎曲連桿模鍛件(圖8.15)，坯料經(jīng)過拔長、滾壓、彎曲等三個工步.3)修整工序①切邊和沖孔在壓力機上切除模鍛件上的飛邊及連皮。②校正③熱處理正火或退火④清理2．壓力機上的模鍛錘上模鍛具有工藝適應性廣的特點，目前仍在鍛壓生產(chǎn)中得到廣泛應用。模鍛錘在工作中存在震動和噪音大、勞動條件差、蒸汽效率低、能源消耗多等難以克服的缺點。因此近年來大噸位模鍛錘有逐步被壓力機取代的趨勢。摩擦壓力機、曲柄壓力機、平鍛機、模鍛水壓機：(1)摩擦壓力機上模鍛

在摩擦壓力機上進行模鍛主要是靠飛輪、螺桿及滑塊向下運動時所積蓄的能量來實現(xiàn)。摩擦壓力機具有鍛錘和壓力機的雙重工作特性。摩擦壓力機上模鍛適合于中小型鍛件的小批和中批生產(chǎn)。如：鉚釘、螺釘、、齒輪、三通閥體等8.2板料沖壓成形板料沖壓是利用沖模使板料產(chǎn)生分離或成形的加工方法。

幾乎在一切有關(guān)制造金屬制品的工業(yè)部門中，都廣泛地應用著板料沖壓。特別是汽車、拖拉機、航空、電器、儀表及國防等工業(yè)中，板料沖壓占有極其里要的地位。薄板分離長沙金源汽車沖壓件有限公司筆記本底座沖壓件筆記本電腦內(nèi)部沖壓件

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五金沖壓件幾種常見沖壓件用于常規(guī)金屬板材的沖壓加工機床

用于薄板及各種罐蓋的沖壓加工

(1)可以沖壓出形狀復雜的零件，廢料較少。(2)產(chǎn)品具有足夠高的精度和較低的表面粗糙度，互換性能好。(3)能獲得質(zhì)量輕、材料梢耗少、強度和剛度較高的零件。(4)沖壓操作簡單，工藝過程便于機械化和自動化，生產(chǎn)率很高。板料沖壓具有下列特點；沖壓生產(chǎn)中常用的設(shè)備是剪床和沖床基本工序有分離工序和變形工序兩大類8.2.1分離工序分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序。如落料、沖孔、切斷、修整等。1．沖裁(落料和沖孔)沖裁是使坯料按封閉輪廓分離的工序。a)彈性變形階段b)塑性變形階段c)斷裂分離口階段(1)沖裁變形過程1)彈性變形階段2)塑性變形階段3)斷裂分離階段沖裁件被剪斷分離后，其斷裂面分成兩部分。塑性變形過程中，由沖頭擠壓切人所形成的表面很光滑，表面質(zhì)量最佳，稱為光亮帶。材料在剪斷分離時所形成的斷裂表面較粗糙，稱為剪裂帶。(2)凸凹模間隙

凸凹模間隙不僅嚴重影響沖裁件的斷面質(zhì)量，而且影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。

間隙過大，材料中的拉應力增大，塑性變形階段結(jié)束較早。因此光亮帶小一些，剪裂帶和毛刺均較大。間隙控制在合理的范圍內(nèi)，上下裂紋才能基本重合于一線．毛刺最小。

間隙過小時，材料中拉應力成分減?。畨簯υ鰪?。上下裂紋不能很好重合．致使毛刺增大。c)斷裂分離口階段間隙是影響模具壽命的最主要因素。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間、凹模與落料件之間均有摩擦．間隙越小，摩擦越嚴重。實際生產(chǎn)中，模具受到制造誤差和裝配精度的限制間隙也不會均勻分布，所以過小的間隙對延長模具使用壽命極為不利。正確選擇合理間隙對沖裁生產(chǎn)是至關(guān)重要。選用時主要考慮沖裁件斷面質(zhì)量和模具壽命這兩個因素。當沖裁件斷面質(zhì)量要求較高時，應選取較小的間隙值。對沖裁件斷面質(zhì)量無嚴格要求時，應盡可能加大間隙，以利于提高沖模壽命。(3)凸、凹模刃口尺寸的確定沖裁件尺寸和沖模間隙都決定于凸模和凹模刃口的尺寸

設(shè)計落料模時，應先按落料件確定凹模刃口尺寸，取凹模作設(shè)計基準件，然后根據(jù)間隙z確定凸模尺寸(即用縮小凸模刃口尺寸來保證間隙值)。設(shè)計沖孔摸時，先按沖孔件確定凸模刃口尺寸，取凸模作設(shè)計基準件，然后根據(jù)間隙z確定凹模尺寸(即用擴大凹模刃口尺寸來保證間隙值)。2．修整修整是利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬，以切掉普通沖裁時在沖裁件斷面上存留的剪裂帶和毛刺，從而提高沖裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。

修整沖裁件的外形稱外緣修整。修整沖裁件的內(nèi)孔稱內(nèi)緣修整。3.切斷切斷是指用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進行分離的工序。類似剪板機：剪刃安裝在剪床上，把大快板料剪成一定寬度的條料，供下一步?jīng)_壓工序用。沖摸安裝在沖床上，用以制取形狀簡單、精度要求不高的平板零件。

8.2.2成形工序

成形工序是使坯料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工序，如拉深、彎曲、翻邊、脹形等。1.拉深(1)拉深過程利用模具使落料后得到的平板坯料變形成開口空心零件的成形工序其變形過程為：把直徑是D的平板坯料放在凹模上，在凸模作用下，板料通過塑性變形，被拉入凸模和凹模的間隙中，形成空心零件。(2)拉深系數(shù)拉深件直徑d與坯料直徑D的比值稱為拉深系數(shù)，用M表示，即m＝d／DM是衡量拉深變形程度的指標。M越小．表明拉深件直徑越小，變形程度越大．坯料被拉入凹模越困難。一般情況下，拉深系數(shù)M不小于0.5—0.80M值過小時，往往會產(chǎn)生底部拉裂現(xiàn)象。一般情況下，拉深系數(shù)M不小于0.5—0.80如果拉深系數(shù)過小，不能一次拉深成形時，則可采用多次拉深工藝。

多次拉深過程中，必然產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。為保證坯料具有足夠的塑性．生產(chǎn)中坯料經(jīng)過一兩次拉深后．應安排工序間的退火處理。(3)拉深件的成形質(zhì)量問題：

破裂是拉深件最常見的破壞形式之一．多發(fā)生在直壁與底部的過渡圓角處。拉深件成形過程中最常見的質(zhì)量問題是破裂和起皺1)凸凹模圓角半徑設(shè)計不合理2)凸凹模間隙不合理拉深模的凸凹模間隙一般取

Z＝(1.1～1.2)S。3)拉深系數(shù)M過小4)模具表面精度和潤滑條件差圓角與落料模區(qū)別與落料模區(qū)別2．彎曲

彎曲是使坯料的一部分相對于另一部分彎曲成一定角度的工序。彎曲時材料內(nèi)側(cè)受壓．而外側(cè)受拉。r＝(0.25—1)S，S為板料的厚度

在彎曲結(jié)束后，由于彈性變形的恢復．坯料略微回彈一些，使被彎曲的角度增大。此現(xiàn)象稱為回彈現(xiàn)象

因此在設(shè)計彎曲模時必須使模具的角度比成品件角度小一個回彈角，以便在彎曲后得到準確的彎曲角度。3．脹形脹形是用坯料局部厚度變薄形成零件的成形工序。脹形是沖壓成形的一種基本形式，也常和其成形方式結(jié)合出現(xiàn)于復雜形狀零件的沖壓過程之中。(I)平扳坯料脹形平板坯料脹形過程：將直徑為Do的平板坯料放在凹模上．加壓邊圈并在壓邊圈上施加足夠大的壓邊力，當凸模向凹模內(nèi)壓人時，坯料被壓邊圈壓住不能向凹模內(nèi)收縮，只能靠凸模底部坯料的不斷變薄來實現(xiàn)成形過程。(2)管坯脹形管坯脹形：在凸模壓力的作用下，管坯內(nèi)的橡膠變形，直徑增大，將管坯直徑脹大，靠向凹模。脹形結(jié)束后．凸模抽回，橡膠恢復原狀，從脹形件中取出。凹模采用分瓣式，從外套中取出后即可分開，將脹形件從中取出。

(3)球體脹形主要過程：先用焊接方法將板料焊成球形多面體，然后向其內(nèi)部用液體或氣體打壓。在強大的壓力作用下，板料發(fā)生塑性變形，多面體逐漸變成球體。拉形是脹形的另一種形式，在強大的拉力作用下，坯料緊靠在模型上并產(chǎn)生塑性變形。拉形工藝主要用于板料厚度小而成形曲率半徑很大的曲面形狀零．如飛機的蒙皮等。(4)拉形

4．翻邊

翻邊是在成形坯料的平面或曲面部分上使板料沿一定的曲線翻成豎直邊緣的沖壓方法。翻邊的種類較多，常用的是圓孔翻邊。

進行翻邊工序時，如果翻邊孔的直徑超過容許值，孔的邊緣會破裂。其容許值可用翻邊系數(shù)Ko來衡量。式中：d?！吳暗目讖匠叽鏳——翻邊后的內(nèi)孔尺寸。對于鍍錫鐵皮Ko不小于0.65—0.7；對于酸洗鋼Ko不小于0.68—0.72。

當零件所需凸緣的高度較大．用一次翻邊成形計算出的翻邊系數(shù)Ko值很小，直接成形無法實現(xiàn)時，則可采用先拉深、后沖孔(按Ko計算得到的容許孔徑)、再翻邊的工藝來實現(xiàn)。翻邊成形在沖壓生產(chǎn)中應用廣泛，尤其在汽車、拖拉機等工業(yè)生產(chǎn)中應用更為普遍。8.2.3沖壓模具沖壓模具簡稱沖模，基本上可分為簡單模、連續(xù)模和復合模三種。1）簡單沖模在沖床的一次行程中只完成一道工序的沖摸為簡單沖模沖床的一次行程中，在模具不同部位上同時完成數(shù)道沖壓工序的模具．稱為連續(xù)模。

2．連續(xù)沖模沖床的一次行程中．在模具同一部位上同時完成數(shù)道沖壓工序的模具，稱為復合模3復合沖模8.3擠壓、軋制、拉拔成形

8.3.1擠壓成形擠壓是使坯料在擠壓簡中受強大的壓力作用而變形的加工方法。(2)反擠壓金屬流動方向與凸模運動方向相反．1)正擠壓金屬流動方向與凸模運動方向相同

(3)復臺擠壓擠壓過程中，一部分金屬的流動方向與凸模運動方向相同，而另一部分金屬流動方向與凸模運動方向相反(4)徑向擠壓金屬流動方向與凸模運動方向成90度8.3.2軋制成形型材、板材和管材輥鍛軋制輥鍛軋制是把軋制工藝應用到鍛造生產(chǎn)中的一種新工藝。輥鍛是使坯料通過裝有圓弧形模塊的一對相對旋轉(zhuǎn)的軋輥時受壓而變形的生產(chǎn)方法。8.3.3拉拔成形

拉撥是將金屬坯料通過拉撥模的模孔使其變形的塑性加工方法

線材拉撥主要用于各種金屬導線、工業(yè)用金屬線以及電器中常用的漆包線的拉制成形。拉撥生產(chǎn)的最細的金屬絲直徑可達0.01毫米以下。線材拉撥一般要經(jīng)過多次成形．且每次拉拔的變形程度不能過大，必要時要進行中間退火，否則將使線材拉斷。8.5塑性加工零件的結(jié)構(gòu)工藝性8.5.1鍛件結(jié)構(gòu)工藝性1．自由鍛件結(jié)構(gòu)工藝性(1)鍛件上應避免有錐體或斜面的結(jié)構(gòu)(2)鍛件由數(shù)個簡單幾何