金屬塑性成形課件

1第二章塑性成形－壓力加工2概述

塑性成形又稱壓力加工。它是利用金屬在外力作用下產(chǎn)生的塑性變形．以獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料(如金屬型材、板材、管材和線材等)、毛坯或零件的生產(chǎn)方法。壓力加工可生產(chǎn)出各種不同截面的型材(加板材、線材、管材等)和各種機(jī)器零件的毛坯或成品(如軸、齒輪、汽車大梁、連桿等)。3

用于壓力加工的金屬必須具有良好的塑性。各種鋼材與大多數(shù)有色金屬及其合金都具有—定程度的塑性．可以在不同溫度下進(jìn)行壓力加工。但鑄鐵等脆性材料，以及形狀復(fù)雜特別是具有形狀復(fù)雜內(nèi)腔的零件或毛坯(如箱體)，難以用壓力加工方法制造。5板料沖壓（又稱薄板沖壓和冷沖壓）

6

軋制、擠壓7拉拔和冷鐓

9各種壓力加工方法，都是通過對(duì)金屬材料施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形來實(shí)現(xiàn)的。單晶體的塑性變形形式主要有滑移和孿生兩種。第一節(jié)金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)

一、金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)1.單晶體的塑性變形1）滑移：晶體的一部分相對(duì)一部分沿一定的晶面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。但實(shí)際金屬的滑移是靠位錯(cuò)的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。ττττ102）孿生：晶體的一部分相對(duì)一部分沿一定的晶面發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。2.多晶體的塑性變形晶內(nèi)變形晶間變形滑移孿生滑動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)多晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)：晶粒內(nèi)部發(fā)生滑移和孿生；同時(shí)晶粒之間發(fā)生滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)。11金屬塑性變形時(shí)，在改變其形狀和尺寸的同時(shí)，其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)以及各種性能均發(fā)生變化。塑性變形時(shí)的溫度不同，金屬變形后的組織和性能也有所不同。因此，金屬的塑性變形分為冷變形和熱變形兩種。冷變形是指金屬在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形；熱變形是指金屬在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形。二、塑性變形后金屬的組織和性能133）回復(fù)處理與再結(jié)晶退火T回=（0.25~0.3）T熔T再

=（0.35~0.4）T熔根據(jù)需要對(duì)冷變形金屬進(jìn)行回復(fù)處理與再結(jié)晶退火，前者使冷變形金屬保持力學(xué)性能(如硬度、強(qiáng)度、塑性等)基本不變，部分地消除殘余應(yīng)力；后者使冷變形金屬的強(qiáng)度、硬度顯著下降，塑性和韌性顯著提高，內(nèi)應(yīng)力和加工硬化完全消除，金屬又恢復(fù)到冷變形之前的狀態(tài)，再次獲得良好塑性。

加工硬化是一種不穩(wěn)定現(xiàn)象，具有自發(fā)地回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。加工硬化的消除方法主要有回復(fù)和再結(jié)晶。部分原子回復(fù)到正常排列位置、減輕了晶格扭曲，消除了部分加工硬化。即強(qiáng)度、碩度略有下降，塑性、韌性略有提高塑性變形后金屬被拉長了的晶粒重新生核、結(jié)品，變?yōu)榈容S品粒，這一過程稱為再結(jié)品。即溫度再增加．金屬原子獲得更多能量，則以碎晶和雜質(zhì)為結(jié)鼎核重新結(jié)品成新的晶粒，從而完全消除加工硬化。142.熱變形后金屬的組織和性能

1）不產(chǎn)生加工硬化2）使組織得到改善，提高了力學(xué)性能①細(xì)化晶粒；②壓合了鑄造缺陷；3）形成纖維組織③組織致密。纖維組織的穩(wěn)定性很高，靠通常的熱處理無法消除。只有經(jīng)過鍛壓使金屬變形，才能變其方向和形狀。因此，在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)，為使零件具有良好的力學(xué)性能，應(yīng)根據(jù)零件的工作條件，正確控制金屬的變形流動(dòng)和流線在鍛件中的分布。

鋼錠是壓力加工中的原始毛坯，其內(nèi)部存在著不溶于基體金屬的非金屬夾雜物。這些夾雜物在熱變形中，將隨金屬品粒的變形方向被拉長或壓扁．呈纖維狀。當(dāng)金屬再結(jié)品時(shí)．被壓碎的晶?；謴?fù)為等軸細(xì)晶粒．而纖維狀?yuàn)A雜物無再結(jié)晶能力．仍然沿被拉長方向保留下來，形成纖維組織。15（1）在平行于纖維組織的方向上：材料的塑性、韌性提高，抗拉強(qiáng)度增加。（2）在垂直于纖維組織的方向上：材料的塑性、韌性下降，抗剪能力提高。纖維組織具有各向異性的特點(diǎn)：為了充分利用纖維組織的性能．設(shè)計(jì)制造零件應(yīng)盡量使零件受最大拉應(yīng)力方向與纖維方向一致．受最大剪切應(yīng)力方向與纖維方向垂直，并使纖維方向與零件的輪廓相符合而不被切斷。172）工藝條件①變形溫度：③應(yīng)力狀態(tài)：②變形速度：塑性、變形抗力塑性變形抗力T溫越高，材料的可鍛性越好。V變?cè)叫?，材料的可鍛性越好。三向壓?yīng)力—塑性最好、變形抗力最大。三向拉應(yīng)力—塑性最差、變形抗力最大。18四、塑性成形的基本規(guī)律1.體積不變定律2.最小阻力定律鍛造溫度范圍始鍛溫度：終鍛溫度：過熱、過燒

缺陷加工硬化45:1200℃~800℃指金屬在塑性變形過程中，其體積保持不變。變形過程中，金屬各質(zhì)點(diǎn)將沿著阻力最小的方向流動(dòng)。19第二節(jié)鍛造加工一、鍛造加工的特點(diǎn)具有較好的力學(xué)性能。節(jié)約材料。鍛造毛坯是通過體積的再分配(非切削加工)獲得的，且力學(xué)性能又得以提高，故可減少切削廢料和零件的用料。生產(chǎn)率高。與切削加工相比，生產(chǎn)率高，成本低，適用于大批量生產(chǎn)。適應(yīng)范圍廣。鍛造的零件或毛坯的重量、體積范圍大。鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性要求高，難以鍛造復(fù)雜的毛坯和零件。鍛件的尺寸精度低，對(duì)于高精度要求的零件，還需經(jīng)過切削加工來滿足要求。鍛造加工概述21自由鍛造的特點(diǎn)是：a.工具簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，對(duì)設(shè)備精度要求低，生產(chǎn)周期短；但生產(chǎn)率低，b.尺寸精度不高，表面粗糙度差，加工余量大。對(duì)工人的操作水平要求高，自動(dòng)化程度低。由于自由鍛造具有上述特點(diǎn)，故只適用于形狀簡(jiǎn)單的單件、小批量生產(chǎn)，但大型鍛件仍采用自由鍛造。自由鍛造分手工鍛造和機(jī)器鍛造兩種，前者用于生產(chǎn)率低的小型鍛件生產(chǎn)，后者生產(chǎn)率高，為自由鍛造的主要生產(chǎn)方法。自由鍛造的主要設(shè)備有鍛錘和液壓機(jī)(如水壓機(jī))兩大類。其中，鍛錘有空氣錘和蒸汽—空氣錘兩種，鍛錘的噸位用落下部分的質(zhì)量來表示，一般在5t以下，可鍛造1500kg以下鍛件；液壓機(jī)以水壓機(jī)為主，噸位以最大實(shí)際壓力來表示，為500一12000t，可鍛造1一300t鍛件?？諝忮N空氣錘液壓機(jī)22應(yīng)用：?jiǎn)渭?、小批量生產(chǎn),

大型鍛件的唯一鍛造方法；23自由鍛工序一般分為基本工序、輔助工序和精整工序三類。

基本工序拔長使坯料橫截面減小而長度增加的鍛造工序稱為拔長拔長主要用于軸桿類鍛件成形，其作用是改善鍛件內(nèi)部質(zhì)量。拔長的種類。有平砥鐵拔長、芯軸拔長、芯軸擴(kuò)孔等。沖孔采用沖子將坯料沖出透孔或不透孔的鍛造工序叫沖孔。彎曲是將毛坯彎成所需形狀的工序在進(jìn)行彎曲變形前，先要將毛坯鍛成所需形狀，使體積合理分配，便于獲得合格產(chǎn)品。切割將毛坯一部分或幾部分切掉以獲得所需形狀的鍛件的工序。30鍛件分類及基本工序方案31２、模鍛

金屬熱坯在鍛模模膛內(nèi)三向壓應(yīng)力狀態(tài)下的塑性變形。特點(diǎn)：

鍛件精度高，鍛造曲線合理，力學(xué)性能好；生產(chǎn)效率高；金屬消耗少。鍛模

模鍛工作示意圖如圖所示。鍛模由上、下模組成。上模和下模分別安裝在錘頭下端和模座上的燕尾槽內(nèi)，用楔鐵緊固。上、下模合在一起，其中部形成完整的模膛。根據(jù)模膛功用不同，可分為模鍛模膛和制坯模膛兩大類。33

應(yīng)用

：

能鍛制難以形成的復(fù)雜鍛件，如汽車連桿、前梁、曲軸等。343、鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝性

要點(diǎn)

零件結(jié)構(gòu)要符合鍛造工藝性要求，使之結(jié)構(gòu)合理，鍛造方便、節(jié)約金屬、保證鍛件質(zhì)量和能夠提高生產(chǎn)效率。自由鍛件：

1）自由鍛件設(shè)計(jì)要避免錐體和斜面結(jié)構(gòu)；352）鍛件由數(shù)個(gè)簡(jiǎn)單幾何體構(gòu)成時(shí)，幾何體的交接處不應(yīng)保留空間相貫曲線；363）自由鍛鍛件上不允許設(shè)計(jì)出加強(qiáng)筋、凸臺(tái)、工字形截面和空間無規(guī)則曲面形狀；374）鍛件形狀較復(fù)雜時(shí)，可設(shè)計(jì)成幾個(gè)簡(jiǎn)單件構(gòu)成的組焊或裝配結(jié)構(gòu)；38模鍛件：1）有一個(gè)合理的分模面；

2）外形力求簡(jiǎn)單、平直和上下對(duì)稱；

3）對(duì)垂直于分模面的非加工表面應(yīng)設(shè)計(jì)出模鍛斜度和鍛造圓角。394）避免薄壁、高筋、局部凸起等結(jié)構(gòu)。405）在可能條件下，應(yīng)采用鍛—焊組合工藝，以簡(jiǎn)化鍛造工藝和降低制造成本。41第三節(jié)、板料沖壓

板料沖壓是借助于常規(guī)或?qū)Ｓ迷O(shè)備，對(duì)坯料施加外力，并使其在模具內(nèi)分離或變形，從而獲得一定形狀、尺寸的零件或毛坯的加工方法。沖壓一般在冷態(tài)下進(jìn)行，故又稱冷沖壓。

板料沖壓加工概述42沖壓生產(chǎn)中常用的板料有各種牌號(hào)的鋼板與有色金屬(銅、鋁及其合金)板料。這里的板料泛指板、帶、條和箔材。設(shè)備：

剪板機(jī)（剪成條料）、沖床、液壓機(jī)等。43沖壓基本工序金屬板料的分離過程：沖裁模的凸模（頭）與凹模都有鋒利刃口。兩者間有間隙。１、分離工序：包括（1）剪切（2）落料和沖孔（沖裁）

，分別在落料和沖孔模中進(jìn)行。

分兩類：一類是分離工序；一類是變形工序。44２、變形工序

包括彎曲、拉深、翻邊和局部成形等。

45１）彎曲：它是通過彎曲模將板料、型材或管材彎成一定的曲率或角度的變形工序。

以彎曲角和彎曲半徑r表示彎曲變形量的大小。坯料外層為拉伸變形，內(nèi)層為壓縮變形，中部為中性層，應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)榱恪?6

最小彎曲半徑rmin

決定于板料厚度和板材塑性大小，可?。?/p>

rmin

（0.25~1）S

卸料（工件自模中托起）后，工件彎曲角增大，即出現(xiàn)回彈。模具設(shè)計(jì)時(shí)，要補(bǔ)償回彈角，即：＝－式中：—工件彎曲角；—模具角；S—板厚，/mm47２）拉深

意義：在拉深模中使平板件受力成形為空心立體件。

48m

：拉深變形后的制件直徑d件與坯料直徑D坯之比。即：m＝d件／D坯變形量控制—拉深系數(shù)m一般極限拉深系數(shù)?。?/p>

m

min＝0.5~0.8（低碳鋼板）

m越小，一次拉深變形量大。

m越大（<1），則拉深變形量小。49

如果總的拉深系數(shù)小于極限拉深系數(shù)，則需多次拉深才能最終成形。50壓邊拉深時(shí)通常要對(duì)板料邊緣進(jìn)行壓邊，凹模內(nèi)需要潤滑。51拉深廢品及缺陷起皺拉裂52

變形量用翻邊系數(shù)

K控制，即

K0＝d0/D式中

d0—預(yù)制孔徑（先沖孔得到）

/mm；

D—翻邊后孔徑

/mm。３）翻邊

使帶有預(yù)制孔的坯料沿孔口周圍翻起而獲得凸緣的工序。53４）局部變形

包括脹形、旋壓、壓肋、壓花（字）等。54旋壓壓肋553、沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性（1）對(duì)沖裁件的要求

沖裁件的形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱，有利于材料的合理利用，同時(shí)應(yīng)避免長槽與細(xì)長懸臂結(jié)構(gòu)，否則模具制造困難。沖裁件的內(nèi)外轉(zhuǎn)角處，也要圓弧連接，避免尖角。56（2）對(duì)彎曲件的要求彎曲件形狀應(yīng)盡量對(duì)稱，彎曲半徑不能小于材料允許的最小彎曲半徑，并考慮材料纖維方向，以免成形過程中彎裂。57（3）對(duì)拉深件的要求拉深件外形應(yīng)簡(jiǎn)單、對(duì)稱，且不宜太高。以便使拉深次數(shù)盡量少，并容易成形。拉深件的圓角半徑如圖所示。應(yīng)滿足：rd≥s，R≥2s，r≥35。否則，應(yīng)增加整形工序。

58（4）改進(jìn)結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化工藝及節(jié)省材料1)采用沖焊結(jié)構(gòu)

對(duì)于形狀復(fù)雜的沖壓件、可先分別沖制若干個(gè)簡(jiǎn)單件，然后再焊接成整體件592)采用沖口工藝，以減少組合件數(shù)量

603)在使用性能不變的情況下，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化拉深件結(jié)構(gòu)，以便減少工序，節(jié)省材料，降低成本。61(5)、沖壓件的精度和表面質(zhì)量對(duì)沖壓件的精度要求，不應(yīng)超過沖壓工藝所能達(dá)到的一般精度，并應(yīng)在滿足需要的情況下，盡量降低要求。以簡(jiǎn)化工藝，降低成本，提高生產(chǎn)率。沖壓件的一