第八章 金屬材料件塑性成形.ppt

1、第一節(jié) 金屬材料件塑性成形原理,一、金屬塑性成形原理 （一）金屬的塑性變形 1.金屬的塑性變形的分類, 彈性變形： 材料在外力作用下會(huì)產(chǎn)生變形；當(dāng)外力消失后，所產(chǎn) 生的應(yīng)力和變形也消失的變形，稱為彈性變形。, 塑性變形 當(dāng)外載荷在材料內(nèi)部所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過了材料的 屈服強(qiáng)度以后，即使去掉外載荷，變形也不能完全消失 的變形稱為塑性變形。,2. 金屬的塑性變形 在金屬塑性變形過程中，金屬的晶粒內(nèi)部產(chǎn)生了滑移，晶粒間也產(chǎn)生了滑移并轉(zhuǎn)動(dòng)（多晶體的晶間變形）。,（1） 單晶體金屬剛性滑移 （2）多晶體金屬位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),（二）冷變形對金屬組織和性能的影響 1.產(chǎn)生冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象,冷變形時(shí)，隨著變形程度的增加，

2、產(chǎn)生金屬的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、沖擊韌性下降的現(xiàn)象。,2.產(chǎn)生殘余應(yīng)力,加工硬化對金屬組織性能的影響：,常在冷軋、冷拉等一些變形程度較大的冷變形工序中，穿插再結(jié)晶退火工序，以消除加工硬化。,如冷拉鋼絲，冷卷彈簧，坦克和拖拉機(jī)履帶，破碎機(jī)的顎板，發(fā)電機(jī)的護(hù)環(huán)等零件的制造均利用了加工硬化效應(yīng)來提高零件的性能。,隨著溫度的升高，已產(chǎn)生加工硬化的金屬其晶格的扭曲程度減小，但金屬組織還沒有顯著變化的現(xiàn)象。 T回=（0.250.3）T熔（ K）,T回-金屬的絕對回復(fù)溫度, K T熔-金屬的絕對熔化溫度, K,經(jīng)冷拉的鋼絲卷成彈簧后的低溫回火（加熱到250300）,青銅絲彈簧加工后的回火處理(加熱到1201

3、25),（三）冷變形金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化 1. 低溫加熱,隨著溫度的進(jìn)一步升高，已發(fā)生回復(fù)的金屬開始以某些碎晶或雜質(zhì)為核心形成新的晶粒，從而消除了加工硬化的現(xiàn)象。 T再=0.4T熔（ K）,T再-金屬的絕對再結(jié)晶溫度, K,金屬的再結(jié)晶退火溫度比其再結(jié)晶溫度高100200。,3冷變形、熱變形和溫?zé)嶙冃?在再結(jié)晶溫度以下的變形。 對金屬冷變形將產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。, 冷變形時(shí)金屬的塑性低，變形抗力大； 熱壓力加工能一次成形的，采用冷壓力加工就可能要加壓 多次，在中間還需進(jìn)行多次再結(jié)晶退火；設(shè)備也要求剛性 好， 噸位大； 冷變形后的產(chǎn)品精度高，表面光潔，常用于已熱變形過的 坯料的再加工，如冷

4、軋、冷沖壓、冷鐓及冷拉等。,指在再結(jié)晶溫度以上的變形。 在熱變形中既產(chǎn)生加工硬化，又有再結(jié)晶現(xiàn)象，最終結(jié)果是加工硬化現(xiàn)象被再結(jié)晶所消除。,2）熱變形,3）溫?zé)嶙冃?介于冷變形和熱變形之間的塑性變形。,溫?zé)嶙冃沃屑扔屑庸び不?，又有回?fù)或再結(jié)晶現(xiàn)象；用溫?zé)嶙冃蔚玫降墓ぜ?，其?qiáng)度和尺寸精度比熱變形高，而變形抗力比冷變形低。如溫?zé)釘D壓、半熱鍛等。 說明：鉛、錫在室溫下的加工屬于熱變形；鎢的再結(jié)晶溫度為1210，即使在1000的高溫下進(jìn)行的加工也屬于冷變形。,（1）消除鑄態(tài)組織 金屬經(jīng)過塑性變形及再結(jié)晶，粗大的鑄造組織變成了細(xì)小的再結(jié)晶組織，鋼錠中的氣孔、縮松等缺陷壓合在一起，使金屬更致密。 （2）破碎

5、并改善碳化物、非金屬夾雜物的分布,（四）熱變形對金屬組織和性能的影響 1.熱變形對金屬組織的影響,（3）形成纖維組織 鋼錠中分布在晶界上的雜質(zhì)，在金屬變形時(shí)，塑性雜質(zhì)（如FeS等）沿晶粒變形方向伸長，呈帶狀分布；而脆性雜質(zhì)（如氧化物等）則被擊碎，呈鏈狀分布。再結(jié)晶時(shí)，晶粒的形狀改變，而雜質(zhì)依然沿被拉長的方向（呈流線狀）保留下來，形成纖維組織。,金屬的變形程度越大，纖維組織越明顯。變形程度用鍛造比Y鍛來表示。,拔長時(shí)的鍛造比：,鐓粗時(shí)的鍛造比：,H0、F0-坯料變形前的高度和橫截面積 H、F-坯料變形后的高度和橫截面積,當(dāng)鍛造比為25時(shí)，纖維組織愈來愈明顯，金屬呈現(xiàn)各向異性。,2.熱變形對金屬性

6、能的影響, 熱變形時(shí)金屬的塑性良好，變形抗力也小，能獲得具有 較高力學(xué)性能的再結(jié)晶組織； 變形抗力小，消耗較小的功可得到較大的變形； 能改善金屬的組織，提高其力學(xué)性能；,3.纖維組織的特點(diǎn)及利用： 鍛件在縱向（平行于纖維方向）上的塑性和韌性增加。而在橫向（垂直于纖維方向）上的塑性、韌性降低，金屬的力學(xué)性能呈現(xiàn)各向異性。 纖維組織很穩(wěn)定，只有用鍛壓的方法才能改變纖維組織的方向和形狀。在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)： （1）應(yīng)使零件工作時(shí)的最大正應(yīng)力方向與纖維方向重合，最大剪應(yīng)力方向與纖維方向垂直， （2 ）并使纖維能與零件輪廓相符合而不被切斷。,二、 常用金屬的鍛造性能,是衡量金屬材料在壓力加工中成形難易程

7、度的工藝性能指標(biāo)，包括金屬的塑性和變形抗力兩個(gè)指標(biāo)。, 金屬的塑性： 斷面收縮率 、延伸率 變形抗力： 塑性變形時(shí)金屬反作用于工具上的力。,1.影響金屬的鍛造性能的因素：,（1）金屬的本質(zhì), 金屬的化學(xué)成分： 純金屬的可鍛性比合金好，低碳鋼的可鍛性又比高碳 鋼好；鋼中含有形成碳化物的元素（如鎢、鉬、釩等）， 則可鍛性明顯下降。 合金的組織： 固溶體（如奧氏體）的可鍛性好，碳化物（如滲碳體） 則不能鍛。 晶界強(qiáng)度： 晶界上存在低熔點(diǎn)、低強(qiáng)度、高脆性的物質(zhì)，將使塑 性大為降低。 晶粒大?。?晶粒越細(xì)，金屬的總變形量可增大，塑性也越好，但 變形抗力會(huì)增加；鑄造組織的可鍛性較差。,（2）變形溫度 適當(dāng)

8、提高變形溫度，可增大材料的塑性，降低變形抗力； 但溫度過高，會(huì)產(chǎn)生“過熱”和“過燒”，材料塑性顯著下降，易脆裂。,變形速度是指單位時(shí)間內(nèi)的變形程度。 隨著變形速度的增大，回復(fù)和再結(jié)晶不能及時(shí)克服硬化現(xiàn)象， 金屬的塑性下降，變形抗力增加； 隨著變形的進(jìn)一步增加，金屬的溫升（熱效應(yīng)）使可鍛性得 到改善，變形速度越大越明顯。,（3）變形速度,（4）應(yīng)力狀態(tài),應(yīng)力狀態(tài)對各種壓力加工方法的影響, 拉應(yīng)力的數(shù)目越多，塑性越差，壓應(yīng)力的數(shù)目越多，塑性 越好。 同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力大于異號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗 力。, 金屬在擠壓、模鍛時(shí)三向受壓，表現(xiàn)出較高的塑性和較大的 變形抗力，且三向壓應(yīng)力相差越小，變形

9、抗力越大；適合于 塑性較低的金屬的壓力加工； 金屬在拉拔時(shí)兩向受壓，一向受拉，表現(xiàn)出較低的塑性和較 小的變形抗力；適合于塑性高的金屬的壓力加工；,三、金屬的加熱,加熱金屬，可以提高塑性，降低變形抗力，減小設(shè)備噸位， 以利于金屬的變形和獲得良好的鍛后組織。 氧化 在高溫下，鋼的表面與爐氣中的氧化性氣體（如O2、 CO2、H2O及SO2等）反應(yīng)，生成氧化皮，造成金屬的燒損和 增加壓力加工設(shè)備的磨損。,1金屬加熱的目的 2鋼加熱時(shí)產(chǎn)生的缺陷,鋼的表面層的碳元素被燒損，含碳量降低的現(xiàn)象。 脫碳的影響及防止： 脫碳使零件表面的機(jī)械性能降低，因而脫碳層深度不能大 于加工余量；加熱溫度越高，時(shí)間越長，脫碳層

10、就會(huì)越深。, 過熱 當(dāng)鋼的加熱超過某一溫度，且在此溫度下停留時(shí)間過長，鋼的晶粒迅速增大，形成粗大晶粒的現(xiàn)象。 過熱的影響及防止 a. 過熱使材料的晶粒粗大，力學(xué)性能下降； b.過熱的鋼件可以通過多次鍛造及熱處理方法來消除，但對 于不產(chǎn)生相變重結(jié)晶的鋼種（如1Cr18Ni9Ti），不能用熱處 理來細(xì)化晶粒，消除過熱。, 脫碳,鋼被加熱到接近熔點(diǎn)時(shí)，爐氣中的氧化性氣體滲入到晶界，使晶界的物質(zhì)氧化，形成易熔的共晶氧化物，嚴(yán)重地破壞了晶粒之間的聯(lián)接，鍛造時(shí)易造成崩碎的現(xiàn)象。 過燒的影響 發(fā)生過燒的鋼件只能報(bào)廢回爐重新冶煉,熱應(yīng)力： 鋼錠或鋼材在加熱時(shí)，因表面的溫度高于中心的溫度，這一溫差使得表面的熱膨

11、脹大于心部的熱膨脹，在中心產(chǎn)生三向拉應(yīng)力，這種由溫差引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。,內(nèi)部裂紋：,鋼錠或鋼材在加熱時(shí)，由于產(chǎn)生的熱應(yīng)力與坯料中的殘余應(yīng)力疊加，超過了鋼的強(qiáng)度極限而產(chǎn)生的裂紋。 鋼的導(dǎo)熱性差（如高合金鋼），坯料斷面尺寸大，加熱速度快，則表里溫差大，熱應(yīng)力也大。,3鍛造溫度范圍, 始鍛溫度 終鍛溫度,鍛件開始鍛造的溫度。 在不產(chǎn)生過燒現(xiàn)象的情況下，始鍛溫度可高一些；始鍛溫度隨含碳量的增加而降低。 鍛件停止鍛造的溫度。 在保證鍛件有足夠的塑性和鍛后獲得再結(jié)晶組織的前提下，應(yīng)降低終鍛溫度。, 鍛造溫度范圍,指始鍛溫度與終鍛溫度之間的一段溫度范圍。 鍛造溫度范圍應(yīng)盡可能寬一些。 高碳鋼及合金鋼的鍛

12、造溫度范圍較窄，有色金屬及其合金的就更窄。,4加熱速度,加熱速度一般采用單位時(shí)間內(nèi)鋼料表面的溫度變化來 表示（/h）。 加熱速度的影響因素：鋼的化學(xué)成分、爐溫、裝爐方式、 鋼坯尺寸大小等。 適當(dāng)提高爐溫，增大加熱速度對熱壓力加工有利，但要防 止加熱過快導(dǎo)致熱應(yīng)力增大，產(chǎn)生裂紋。 對塑性差，導(dǎo)熱性差的材料和大尺寸的鋼錠，常采用分段 加熱法（先慢后快）。,在適宜的變形溫度和變形速度條件下，具有超細(xì)晶粒的 某些金屬與合金，能獲得特別大而均勻的塑性變形的現(xiàn)象。 超細(xì)的等軸晶粒 特定的等溫變形 超塑性變形溫度一般為(0.50.7)T熔左右。 極低的變形速度 超塑性變形速度一般在10-110-5之間,2常

13、用于超塑性成形的材料：,3超塑性變形的特點(diǎn), 沒有加工硬化，變形抗力很低 材料塑性大為提高 工件內(nèi)部為均勻的細(xì)晶組織，機(jī)械性能好，沒有各向異性 加工精度高,4超塑性變形的應(yīng)用,超塑性成形已用于板料深沖、模鍛和擠壓等工藝上。,第二節(jié) 鍛壓成形,對坯料施加一定的外力, 利用金屬的塑性變形以制造機(jī)械零件或毛坯制件，同時(shí)提高或改善制件力學(xué)或物理性能的一類成形加工方法,叫塑性成形工藝或壓力加工工藝，簡稱鍛壓。, 經(jīng)塑性成形工藝制得的毛坯和零件,具有良好的組織性能和機(jī) 械性能。 沖壓件則具有強(qiáng)度高、剛度大，以及結(jié)構(gòu)輕、生產(chǎn)率高、尺 寸精度和表面質(zhì)量較高等優(yōu)點(diǎn)。 與鑄造成形工藝相比，鍛件復(fù)雜程度不如鑄件。,

14、鍛壓成形工藝特點(diǎn)：,負(fù)載大，工作條件惡劣的關(guān)鍵零件，如汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子、主軸、葉輪和護(hù)環(huán)，大量生產(chǎn)的汽車、拖拉機(jī)中的曲軸、連桿、齒輪和轉(zhuǎn)向節(jié)，大型水壓機(jī)的立柱、高壓缸和冷、熱軋輥等，都是鍛壓加工而成的。各種刀具、模具、家具、手工工具、緊固件和軸承環(huán)等也大都采用鍛壓加工。 先進(jìn)工業(yè)國家模鍛件占鍛件總產(chǎn)量的比例已達(dá)70%-80%。,鍛造是在一定的溫度條件下,用工具或模具對坯料施加外力,使其金屬發(fā)生塑性流動(dòng),從而使坯料發(fā)生體積的轉(zhuǎn)移和形狀的變化,獲得所需鍛件的一種成形方法。 基本特點(diǎn)： 鍛造是利用金屬的塑性流動(dòng)來成形的，在成形過程中不僅坯料的質(zhì)量不變（不計(jì)燒損及切頭等損失），而且體積也不變；只是發(fā)

15、生體積轉(zhuǎn)移、形狀改變，材料內(nèi)部組織、性能改變。 鍛造屬于二次塑性成形，變形方式為體積成形。 分類： 按所用工具及模具安置情況不同，可分為以下幾類：,鍛造工藝:,一、自由鍛,自由鍛是在鍛錘或壓力機(jī)上,使用簡單或通用的工具使 坯料變形, 獲得所需幾何形狀和內(nèi)部質(zhì)量的鍛件的成形方法。 分類： 手工鍛造 錘上自由鍛造 液壓機(jī)上自由鍛造 錘上自由鍛造適用于生產(chǎn)中、小型自由鍛件，液壓機(jī) 上的鍛造適用于生產(chǎn)大型自由鍛件。,特點(diǎn)：, 所用設(shè)備和工具通用性大，成本低。 大、小鍛件均適用，特別適用于大型鍛件的生產(chǎn)。 只能鍛形狀簡單的鍛件。 適合小批、單件生產(chǎn)。,4模鍛工藝及鍛件圖繪制,1）模鍛工藝分析 模鍛工藝方

16、法與鍛 件外形緊密相關(guān)。形狀 相似的鍛件。其模鍛工 藝及鍛模結(jié)構(gòu)基本相 同。 A 鍛件類型 長軸類鍛件。 短軸類（圓餅類）。 頂鐓類及復(fù)合類型鍛件。,B 工藝分析, 長軸類鍛件 模鍛時(shí)毛坯軸線方向（長度方向）與鍛擊方向垂直， 金屬主要沿高度方向流動(dòng)，沿長度方 向流動(dòng)很少，往往 需制坯。 鍛造工藝過程為： 制坯（如拔長、滾壓、彎曲、成形） 預(yù)鍛終 鍛。 短軸類鍛件 模鍛時(shí)坯料軸線方向與打擊方向相同，金屬沿高度、 寬度和長度方向同時(shí)流動(dòng)。 工藝過程： 制坯（鐓粗、壓扁） 終鍛。, 頂鐓類鍛件,采用頂鐓工藝實(shí)現(xiàn)鍛件成形。分為熱頂鐓和冷頂鐓。 工藝過程：聚料預(yù)成形終成形。,根據(jù)鍛件的形狀特點(diǎn)選用前三類

17、鍛件所需工步和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行。, 復(fù)雜類鍛件,2）鍛件圖的繪制, 確定分模位置（分模面）（上下模分界面） 保證鍛件形狀盡可能與零件相同、容易脫模。故鍛件 的分模位置應(yīng)選擇在具有最大水平投影尺寸的位置上。 使鍛模結(jié)構(gòu)簡單；防止上下模錯(cuò)移；便于鍛模制造；便 于金屬充滿型腔；考慮鍛件在工作中的承力情況。, 確定敷料(余塊)、加工余量和鍛件公差 模鍛斜度和園角 確定沖孔連皮 鍛件在模鍛時(shí)不能鍛出 透孔,只能鍛出盲孔,即中間有 一層金屬,稱為沖孔連皮。,三、胎模鍛,胎模鍛是在自由鍛造設(shè)備上使用可移動(dòng)的鍛模(胎模) 生產(chǎn)模鍛件的一種工藝方法。 工藝過程及特點(diǎn) 1）工藝過程: 設(shè)計(jì)鍛件圖 制訂鍛造工藝 設(shè)計(jì)胎

18、模和選擇設(shè)備等 胎模鍛一般工藝采用： 自由鍛制坯胎模中終鍛成形。,2） 特點(diǎn), 鍛件較自由鍛件復(fù)雜,尺寸精度更高,機(jī)加工余量較少,材料利 用率高。 生產(chǎn)率高15倍 機(jī)械性能更好(胎模內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)較好), 工藝靈活 模具結(jié)構(gòu)更簡單 設(shè)備簡單,經(jīng)濟(jì)。 更換模快,生產(chǎn)周期縮短,成本降低。,2胎模鍛對模具的要求, 能獲得優(yōu)質(zhì)鍛件。 保證強(qiáng)度的前提下,胎模重量盡量減輕。 合理選用模具材料,便于制模簡單,降低模具成本。 操作方便,生產(chǎn)效率高。,1) 常用胎模的結(jié)構(gòu)與用途 2) 胎模鍛對模具的要求,胎模鍛的應(yīng)用實(shí)例, 變速桿鍛件胎模鍛工藝過程： 填料蓋鍛件胎模鍛工藝過程：,四、精密鍛造（特種鍛造） 1粉末鍛造

19、 1）原理,粉末鍛造是粉末冶金成形方法和鍛造相結(jié)合的一種金屬加工方法。它是將粉末預(yù)壓成形后，在充滿保護(hù)氣體的爐子中燒結(jié)制坯，再將坯料加熱至鍛造溫度后模鍛而成。,2）特點(diǎn), 材料利用率高。 機(jī)械性能好。 鍛件公差小,表面質(zhì)量高,可實(shí)現(xiàn)少、無切削加工。 生產(chǎn)率高。 鍛造壓力小。 可以加工熱塑性差的材料。,3）應(yīng)用,主要用于鍛造差速器齒輪、連桿、襯套等零件。,2液態(tài)模鍛 1）原理,液態(tài)模鍛是將一定量的液態(tài)金屬澆入金屬下模內(nèi)，用金屬上模加壓，使液態(tài)金屬充滿型腔并在壓力下結(jié)晶、凝固和產(chǎn)生塑性變形，從而獲得組織致密、性能優(yōu)良的鍛件。,2）特點(diǎn), 鍛件性能良好。 鍛件精度高，表面質(zhì)量好。 材料利用率高。 鍛

20、造壓力小。 可以加工脆性材料。,液態(tài)模鍛適用于批量大、形狀復(fù)雜、壁厚大而要求強(qiáng)度 高、致密性好的中小型零件的鍛造。,3）應(yīng)用,五、鍛件結(jié)構(gòu)工藝性,1自由鍛鍛結(jié)構(gòu)要盡量簡。 2.避免斜面、錐面結(jié)構(gòu)。 3.避免空間相貫線為曲線。 4.避免凸臺(tái)、加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。 5.復(fù)雜件、超長件可采用組 合結(jié)構(gòu)。,第三節(jié) 板料沖壓成形,利用裝在沖床上的設(shè)備(沖模)使板料產(chǎn)生分離或變形的一種塑性成形方法。它主要用于加工板料(10mm以下，包括金屬及非金屬板料)類零件,故稱為板料沖壓。 沖壓加工要求被加工材料具有較高的塑性和韌性，較低的屈強(qiáng)比，一般要求碳素鋼伸長率16%、屈強(qiáng)比s/b70%，低合金高強(qiáng)度鋼14%、 s/b

21、 80%。否則，沖壓成形性能較差，工藝上必須采取一定的措施，從而提高了零件的制造成本。,A 分類,按照沖壓時(shí)的溫度情況有冷沖壓和熱沖壓兩種方式。這 取決于材料的強(qiáng)度、塑性、厚度、變形程度以及設(shè)備能力等，同時(shí)應(yīng)考慮材料的原始熱處理狀態(tài)和最終使用條件。 冷沖壓： 金屬在常溫下的加工，一般適用于厚度小于4mm的坯料。 優(yōu)點(diǎn)：不需加熱、無氧化皮，表面質(zhì)量好，操作方便，費(fèi) 用較低； 缺點(diǎn)：有加工硬化現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)使金屬失去進(jìn)一步變形能力。冷沖壓要求坯料的厚度均勻且波動(dòng)范圍小，表面光潔、無斑、無劃傷等。 熱沖壓： 將金屬加熱到一定的溫度范圍的沖壓加工方法。優(yōu)點(diǎn)為 可消除內(nèi)應(yīng)力，避免加工硬化，增加材料的塑性，

22、降低變形 抗力，減少設(shè)備的動(dòng)力消耗。,B 特點(diǎn), 生產(chǎn)率高(靠模具設(shè)備成形，操作簡便，易實(shí)現(xiàn)“兩化”)； 可成形復(fù)雜形狀的制件,而且廢料少，材料利用率高； 制件尺寸精度高、表面質(zhì)量好、互換性好,不需機(jī)加工； 制件強(qiáng)度高、剛性好、重量輕； 加工成本低； 采用沖壓與焊接、膠接等復(fù)合工藝，使零件結(jié)構(gòu)更趨合理， 加工更為方便，可以用較簡單的工藝制造出更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件。,C 應(yīng)用,沖壓既能夠制造尺寸很小的儀表零件，又能夠制造諸如汽車大梁、壓力容器封頭一類的大型零件，又能夠制造精密(公差在微米級(jí))和復(fù)雜形狀的零件。占全世界鋼產(chǎn)量60%70%以上的板材、管材及其他型材，其中大部分經(jīng)過沖壓制成成品。沖壓在汽車、

23、機(jī)械、家用電器、日常用品、電機(jī)、儀表、航空航天、兵器等制造中，都有廣泛的應(yīng)用。,D 沖壓設(shè)備,（一） 沖壓基本工序及工藝過程,1沖壓基本工序 分離工序： 將沖壓件與板料按要求的輪廓線分離的工序,如剪切、落 料、沖孔。落料和沖孔總稱為沖裁。, 變形工序： 材料只發(fā) 生位移,不破壞 (不分離) 的工 序。 如彎曲、 拉深等工序。,1）沖裁工序工藝分析,A 沖裁變形的特點(diǎn)及應(yīng)力分析 彈性變形階段 塑性變形階段 斷裂階段,B 沖裁件的質(zhì)量及其影響因素,a) 沖裁件的質(zhì)量： 蹋角帶 光亮帶：表面光滑,斷面質(zhì)量最好。 剪裂帶：表面粗糙,略帶斜度。 毛刺：微裂紋出現(xiàn)時(shí)產(chǎn)生,沖頭繼續(xù)下行時(shí)被拉長。, 被沖材料

24、 凸、凹模間隙 此外，還與材料厚度、刃口鋒利程度、模具結(jié)構(gòu) 等因素有關(guān)，其中的影響尤為嚴(yán)重。,b) 影響因素,2) 彎曲變形工序工藝分析,將坯料或沖裁后的坯料通過壓力彎成一定的角度()、一定的曲率(r)。形成一定形狀零件的沖壓工序。,A 變形特點(diǎn)及應(yīng)力分析 彎曲時(shí)毛坯上曲率發(fā)生變化的部分是變形區(qū)，即在彎曲 角以內(nèi)變形。 靠近曲率中心一側(cè)(內(nèi)層)：切向受壓應(yīng)力，產(chǎn)生壓縮變形； 遠(yuǎn)離曲率中心一側(cè)(外層)：切向受拉應(yīng)力，產(chǎn)生伸長變形。 中性層不變(切向應(yīng)力為0)。,B 彎曲時(shí)容易出現(xiàn)的問題, 裂紋: 拉b時(shí)產(chǎn)生。故變形程度不能過大，min=(0.251)t ( t 料厚) 纖維性: 彎曲線與材料的纖

25、維線垂直時(shí),允許的min較小；若彎曲 線與纖維線平行(重合)時(shí),則易開裂。 回彈(彈復(fù)): 當(dāng)外力去除后,毛坯的塑性變形保留下來,而彈性變形完全 消失,使其形狀和尺寸都發(fā)生與加載時(shí)變形方向相反的變化。 這種現(xiàn)象稱為回彈。 回彈大小與彎曲半徑R、料厚t、材料等因素有關(guān)。回彈角一般都在010。 克服: 反變形法,模具角度設(shè)計(jì)應(yīng)比所需制件角度小一點(diǎn)(小幾度 左右)。,3）拉深(拉延)變形工序工藝分析,將平板材料通過塑性變形而制成的中空筒形零件的沖壓工藝。,A 拉深變形過程及應(yīng)力分析,a) 拉深工藝特點(diǎn)： 凸模與凹模和沖裁時(shí)不同,轉(zhuǎn)角處為園角，且Zt(料厚)。 一般Z=(1.11.2)t。 b) 應(yīng)力

26、及變形分析 直壁部分（高度為）：變形區(qū)； 底部（直徑為）：不變形區(qū)。 直壁部分應(yīng)力狀態(tài)：切向受壓,徑向受拉。,c) 拉深時(shí)容易出現(xiàn)的問題, 起皺、失穩(wěn) 防止：加壓邊圈(控制變形程度)。 拉裂 在直壁底部（凸模傳力處，變形程度大）易拉裂。 防止：控制變形程度。計(jì)算拉深系數(shù) m= mmin , 否則采用多次拉深。 dn 拉深后筒形直徑 dn-1 拉深前筒形（毛坯）直徑,4）翻邊變形工序工藝分析,翻邊是將零件的孔邊緣或外邊緣在模具作用下，翻成豎立邊緣的一種沖壓工藝方法。,A 翻邊工藝的特點(diǎn) 可加工形狀復(fù)雜且具有良好剛度和合理空間形狀的零件。 可代替無底拉深件和拉深后切底工序，減少工序和模具, 提高了

27、生產(chǎn)率降低了成本、節(jié)省了原材料。 可代替某些復(fù)雜零件形狀的拉深工作。故翻邊特別適用于 小批量試制性生產(chǎn)。 B 應(yīng)用 翻邊工序廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、車輛制造等部門的機(jī)器零件中。,沖壓工藝過程 1）沖壓工藝過程,剪切(條料) 落料(按所需形狀及尺寸展開) 成形 (一次或多次)。 沖壓工藝過程應(yīng)根據(jù)沖壓件的形狀特點(diǎn)、尺寸大小、精 度要求、材料性能、生產(chǎn)批量、模具結(jié)構(gòu)及數(shù)量等因素確定。 2）典型零件的沖壓工藝過程： 黃銅彈殼的沖壓過程, 盤類零件的沖壓過程。,二、精密沖裁 原理,精密沖裁是指通過一次沖壓行程即可獲得低表面粗糙度和高精度的沖裁零件的工藝方法。精密沖裁是利用小間隙的凸、凹模獲得純塑性剪切

28、變形，避免出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象的原理，從而獲得既不帶錐度又表面光潔的沖裁件。, 一般沖裁：精度為IT10IT11，Ra：12.53.2； 精密沖裁：IT8IT9，Ra：3.20.20。,特點(diǎn) 材料分離形式：純塑性剪切變形。 斷面質(zhì)量：全是光亮帶。 間隙及刀口形式：精沖凸、凹模間隙要比普通沖模小的多；凸、凹模的刃口也不一定做成很鋒利，而有時(shí)須做成圓弧及 圓角形式。 毛刺：毛刺是在板料分離將要結(jié)束時(shí)形成的,形成后不再變 形(不再被拉長)。 精沖的工件極限尺寸較小,可沖裁寬度或孔徑小于料厚的0.5 0.7mm 的工件。 對原材料要求須有良好的塑性。 使用模具設(shè)備比普通沖裁復(fù)雜,使用自動(dòng)及精沖專用設(shè)備； 或在

29、普通沖床上使用精沖模。 成本低。對同一精度沖裁件精沖提高了效率(普通沖裁需加 整修工序)、節(jié)約工時(shí)、降低成本。,應(yīng)用,目前廣泛用于一些精密的電子儀器、儀表、鐘表及照相機(jī)零件的生產(chǎn)。,三、沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性,沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性（普通沖裁）, 沖裁件的形狀 沖裁件的形狀應(yīng)盡量簡單，對稱規(guī)則,應(yīng)該避免沖裁件上 的過長的懸臂與狹槽,而且它們的寬度要大于料厚的倍，即 2t 。, 園角半徑,沖裁件的外形及內(nèi)孔轉(zhuǎn)角應(yīng)設(shè)計(jì)園角過度,一般R0.5t； 園角半徑過小,模具制造困難且降低模具壽命。 沖孔孔徑 沖孔尺寸不能過小,孔與孔的間距或孔與零件邊緣之間 的距離a，不能過小。一般，但34mm。, 沖裁件的精度及表面質(zhì)量 沖裁件的精度一般在IT10IT13級(jí)；斷面質(zhì)量較粗 糙,一般為Ra12.5m,若要求較高,應(yīng)采用精沖工藝。,彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性, 彎曲半徑 不宜過大或過小,min；但r 也不易過大。, 彎曲件的形狀與尺寸 彎曲件的形狀及尺寸應(yīng)盡可能對稱,左右彎曲半徑應(yīng)一致。 應(yīng)該使R1=R2 ， r1=