第八章壓力加工.ppt

1、十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),前言,1、何為金屬塑性成形？ 金屬塑性成形是利用金屬材料所具有的塑性，對(duì)坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形、改變尺寸、形狀及改善性能，用以制造機(jī)械零件、工件或毛坯的成形加工方法。它是鍛造與沖壓的總稱，屬于壓力加工的范疇。,鍛壓設(shè)備,第八章 金屬塑性成形,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),鍛造比是鍛造時(shí)變形程度的一種表示方法。通常用變形前后的截面比、長(zhǎng)度比或高度比來(lái)表示。鍛造比對(duì)鍛件的鍛透程度和力學(xué)性能有很大影響。當(dāng)鍛造比達(dá)到2時(shí)，隨著金屬內(nèi)部組織的致密化，鍛件縱向和橫向的力學(xué)性能均有顯著提高；當(dāng)鍛造比為2-5時(shí)，由于流線化的加強(qiáng)，力學(xué)性能出現(xiàn)各向異性，縱向性能雖仍略提高，但橫向性

2、能開(kāi)始下降，鍛造比超過(guò)5后，因金屬組織的致密度和晶粒細(xì)化度均已達(dá)到最大值，縱向性能不再提高，橫向性能卻急劇下降。一般，碳素結(jié)構(gòu)鋼取2-3，合金結(jié)構(gòu)鋼取3-4。對(duì)于某些高合金工具鋼和特殊性能的合金鋼，為促進(jìn)合金碳化物分布的均勻化，擊碎鋼中的碳化物，常采用較大的鍛造比。鍛造比越大，鍛造流線越明顯；鍛造流線的穩(wěn)定性很高，不能用熱處理方法消除，只有經(jīng)過(guò)鍛壓使金屬變形，才能改變其方向和形狀。,5.鍛造比,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),對(duì)拔長(zhǎng)：Y鍛= F0（原截面）/F（拔長(zhǎng)后截面） 對(duì)鐓粗：Y鍛= H0（鐓前高度）/H（鐓后高度）,結(jié)構(gòu)鋼鋼錠的鍛造比一般為24； 各類鋼坯和軋材的鍛造比一般為1.1 1.3。

3、,零件設(shè)計(jì)和制造中充分利用鍛造流線：,1）零件最大拉應(yīng)力方向應(yīng)與鍛造流線平行; 2）零件最大剪切應(yīng)力方向應(yīng)與鍛造流線垂直; 3）零件外形輪廓應(yīng)與鍛造流向的分布相符合 而不被切斷 。,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),6.金屬的鍛造性能,是指金屬在塑性成形時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的難易程度。其優(yōu)劣常用塑性和變形抗力綜合衡量。金屬的塑性用金屬的斷面收縮率、等來(lái)表示。變形抗力系指在壓力加工過(guò)程中變形金屬作用于施壓工具表面單位面積上的壓力。變形抗力越小，則變形中所消耗的能量越少。塑性高、變形抗力小則鍛造性能好。它決定于金屬的本質(zhì)和變形條件。（一）金屬的本質(zhì)1.化學(xué)成分, 純金屬一般具有良好的鍛造性能。碳鋼隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

4、的增加，鍛造性能逐漸變差。合金元素的加入會(huì)劣化鍛造性能。2.金屬組織, 純金屬及固溶體鍛造性能好，而碳化物的鍛造性能差。鑄態(tài)柱狀晶組織和粗晶結(jié)構(gòu)不如細(xì)小而又均勻晶粒結(jié)構(gòu)的金屬鍛造性能好。 3. 晶體結(jié)構(gòu), 面心立方體心立方密排六方。,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),（二）變形條件,1變形溫度 變形溫度低，金屬的塑性差、變形抗力大，不但鍛壓困難，而且容易開(kāi)裂。提高金屬變形時(shí)的溫度，可使原子動(dòng)能增加，原子間的結(jié)合力消弱，使塑性提高，變形抗力減小。,鍛造溫度范圍是指鍛件由始鍛溫度到終鍛溫度的間隔。鍛造溫度范圍的確定以合金狀態(tài)圖為依據(jù)。一般：始鍛溫度：AE線下200左右。 終鍛溫度：800（T再以上）,碳鋼

5、的鍛造溫度范圍,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),（二）變形條件,2變形速度 變形速度指單位時(shí)間內(nèi)的變形程度。變形速度低時(shí)，金屬的回復(fù)和再結(jié)晶能夠充分進(jìn)行，塑性高、變形抗力??；隨變形速度的增大，回復(fù)和再結(jié)晶不能及時(shí)消除冷變形強(qiáng)化，使金屬塑性下降，變形抗力增加，鍛造性能變差。常用的鍛壓設(shè)備不可能超過(guò)臨界變形速度。,圖：變形速度對(duì)塑性及變形抗力的影響示意圖,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),3.應(yīng)力狀態(tài) 采用不同的變形方法，在金屬中產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)是不同的。應(yīng)力狀態(tài)對(duì)于塑性的影響為：壓應(yīng)力數(shù)目越多，塑性越好；拉應(yīng)力數(shù)目越多，塑性越差；應(yīng)力狀態(tài)對(duì)于變形抗力的影響為：同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力大于異號(hào)狀態(tài)下的變形抗力。所

6、以，在選擇變形方法時(shí)，對(duì)于塑性高的金屬，變形時(shí)出現(xiàn)拉應(yīng)力有利于減少能量消耗；對(duì)于塑性低的金屬應(yīng)盡量采用三向壓應(yīng)力以增加塑性，防止裂紋。,（二）變形條件,圖：拉拔時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài),十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),4.坯料表面質(zhì)量 表面粗糙或有劃痕、微裂紋、粗大夾雜都會(huì)在變形過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力集中，使缺陷擴(kuò)展甚至開(kāi)裂。故塑性加工前應(yīng)對(duì)坯料表面進(jìn)行清理消除缺陷，有時(shí)甚至需要進(jìn)行表面預(yù)切削去掉坯料的表層金屬。,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),概念：只用簡(jiǎn)單的通用性工具，或在鍛造設(shè)備的上、下砧鐵間直接使坯料變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件，這種方法稱為自由鍛。,第二節(jié) 常用鍛造方法,一、自由鍛,特點(diǎn)：1）工具簡(jiǎn)單

7、、通用性強(qiáng)；2）應(yīng)用廣泛，幾克幾百噸，機(jī)械性能高； 3）鍛件尺寸精度差，材料利用率低；4）只能用于形狀簡(jiǎn)單的鍛件； 5）勞動(dòng)強(qiáng)度大（尤其手工）；,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),4、自由鍛零件結(jié)構(gòu)工藝性,原則：滿足使用性能要求，符合自由鍛工藝要求，節(jié)約金屬，保證質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。 盡量避免錐體或斜面（因必用專用工具，成型困難） 鍛件由幾個(gè)簡(jiǎn)單幾何體構(gòu)成時(shí)，交接處不應(yīng)形成空間曲線。 鍛件不應(yīng)設(shè)計(jì)出凸臺(tái)、筋板。 橢圓形、工字形等復(fù)雜截面應(yīng)避免。 截面變化不宜太大。 鍛造比太大 外表面復(fù)雜的鍛件不應(yīng)設(shè)計(jì)，可采用分別鍛造，然后焊接或機(jī)械聯(lián)接。,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),4、自由鍛零件結(jié)構(gòu)工藝性,零件結(jié)構(gòu)應(yīng)盡

8、可能簡(jiǎn)單、對(duì)稱、平直； 應(yīng)避免零件上的錐形、楔形結(jié)構(gòu)；鍛造困難；改為平面、圓柱面好,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),應(yīng)避免圓柱面與圓柱面、圓柱面與棱柱面相交；應(yīng)設(shè)計(jì)成平面和圓柱面交接，或平面交接,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),加強(qiáng)肋和表面凸臺(tái)等結(jié)構(gòu)難以用自由鍛方法獲得，應(yīng)避免； 橢圓形或工字形截面，弧線及曲線形表面也應(yīng)避免；,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),對(duì)橫截面尺寸相差很大或形狀復(fù)雜的零件，應(yīng)盡可能分別對(duì)其進(jìn)行鍛造，然后用螺紋連接。,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),截面有急劇變化或形狀較復(fù)雜時(shí)，應(yīng)分成幾個(gè)易鍛造的簡(jiǎn)單件，再用焊接或機(jī)械連接法結(jié)合成整體。,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),概念：模鍛是指金屬坯料在一定形狀

9、的鍛模模膛內(nèi)受沖擊力或壓力而變形的加工方法。 原理： 模鍛的工作原理與蒸汽空氣自由鍛基本相同，只是其采用專用的鍛模對(duì)金屬材料進(jìn)行成形。,分類： 按模具類型模鍛可分為開(kāi)式模鍛（有飛邊模鍛）、閉式模鍛（無(wú)飛邊模鍛）和多向模鍛等；按設(shè)備類型模鍛可分為錘上模鍛、胎模鍛、壓力機(jī)上模鍛等。,第二節(jié) 模鍛,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),（1）分模面的選擇 原則： a、保證鍛件能完整地從模膛中取出； b、使模膛淺而寬，便于加工、利于金屬流動(dòng)； c、應(yīng)使上、下模膛沿分模面的輪廓一致，便于檢查上、下模錯(cuò)移； d、分模面應(yīng)使鍛件上敷料最少； e、分模面盡量選平面； f、有流線要求時(shí)，依受載情況確定；,三、錘上模鍛工藝規(guī)

10、程的制訂,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),c,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),具有合理的分模面，保證模鍛件易于從鍛模中取出、敷料最少、鍛模易于制造；應(yīng)有模鍛斜度和圓角；,四、模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),零件外形力求簡(jiǎn)單、平直和對(duì)稱，盡量避免模鍛件截面間差別過(guò)大，或具有薄壁、高筋、高臺(tái)等結(jié)構(gòu)；,四、模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),孔徑小于25mm或孔深大于直徑兩倍時(shí)，鍛造困難；便于模具制造和延長(zhǎng)模具使用壽命,20,設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免深孔或多孔結(jié)構(gòu)；,四、模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性,形狀復(fù)雜的鍛件應(yīng)采用鍛-焊或鍛-機(jī)械加工聯(lián)接的方法，減少余塊以簡(jiǎn)化模鍛工藝。,不與其他機(jī)件配合的表面應(yīng)設(shè)計(jì)為

11、非加工面，尺寸精度要符合模鍛生產(chǎn)工藝；,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),第三節(jié) 板料沖壓,板料沖壓：板料沖壓是指金屬板料在沖模之間受壓產(chǎn)生分離或變形的加工方法。材料: 原材料塑性高低C鋼、鋁合金、銅合金、鎂合金、塑性高的合金鋼。,沖壓常用的設(shè)備：剪床和沖床等。剪床為沖床備料，將板料切成條料；而沖壓加工主要在各類沖床上進(jìn)行。,加工范圍：冷態(tài)下8毫米：冷沖壓 熱態(tài)沖壓8-10毫米：熱沖壓,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),板料沖壓的基本工序,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),（一）分離工序 使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序；如：剪切、落料、沖孔和修整等工序 1切斷（剪裁）：將材料沿不封閉的曲線分離的沖壓方法稱為切

12、斷。主要用于將板料切成具有一定寬度的條料，為成形工序的備料工序。,一、沖壓的基本工序,圖：剪切示意圖,備料工序 設(shè)備為剪床,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),（一）分離工序 2沖裁 ：利用凹、凸模使坯料按封閉輪廓分離的工序。落料和沖孔總稱為沖裁。落料和沖孔的工藝過(guò)程完全相同，當(dāng)坯料被沖下的部分為成品，周邊為廢料時(shí)，該工藝過(guò)程稱為落料；當(dāng)坯料的周邊為成品，被分離的材料為廢料時(shí)，該工藝過(guò)程稱為沖孔。,一、沖壓的基本工序,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),落料變形過(guò)程分為以下三個(gè)階段：,彈性變形階段,圓角帶是在沖裁變形開(kāi)始時(shí)，由于金屬纖維的彎曲與拉伸所形成。,光亮帶是由于金屬擠入凹模內(nèi)產(chǎn)生擠壓變形所引起的。,斷裂帶

13、是金屬層被拉斷的結(jié)果。,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),沖裁模具尺寸： （1）沖裁間隙：即凸凹模間隙。間隙大小影響斷面質(zhì)量、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(guò)大沖裁件斷面質(zhì)量粗糙，尺寸精度誤差大； 間隙過(guò)小沖模磨損嚴(yán)重，卸料、落料難。 原 則： 沖裁件斷面質(zhì)量要求較高時(shí)，選較小間隙；Z=（0.06-0.12）S 沖裁件斷面質(zhì)量無(wú)嚴(yán)格要求時(shí)，選較大間隙； 一般?。?10%）S，以利于提高沖模壽命。,影響沖裁件的主要因素： 凸凹模間隙、刃口的鋒利程度及沖裁力。,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),（2）刃口尺寸： 沖孔模： 1） 以沖孔件確定凸模尺寸，考慮磨損，凸模選孔的最大尺寸（公差允

14、許內(nèi)）； 2） 以凸模為基準(zhǔn)，加上間隙，設(shè)計(jì)凹模； 落料模： 1）以落料件確定凹模刃口尺寸，考慮凹模磨損，凹模刃口尺寸取公差范圍最小值； 2）以凹模尺寸為基準(zhǔn)，減去間隙，設(shè)計(jì)沖模；,沖孔：凸模為準(zhǔn) d孔 = d凸 d 凹= d孔 + Z 落料：凹模為準(zhǔn) d落料= d 凹 d凸 =d落料-Z,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),思考題,用50沖孔模具來(lái)生產(chǎn)50落料件能否保證沖壓件的精度？為什么？,答：不能保證沖壓件的精度，落料件的直徑大于50mm。 因?yàn)榘寄５某叽鐩Q定落料件尺寸，此題中使用的凸模直徑為50mm，而凹模的直徑為50+Z mm（Z為凸凹模之間的間隙），所以落料件的直徑大于50mm。,十五863

15、子課題驗(yàn)收匯報(bào),（二）變形工序,1拉深（拉延） 變形區(qū)在一拉一壓的應(yīng)力狀態(tài)作用下，使板料（淺的空心坯）成形為空心件（深的空心件）而厚度基本不變的加工方法稱為拉深，也叫拉延。,使坯料的一部分相對(duì)另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工序。包括拉深、彎曲、翻邊、成形等工序。,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),D直徑平板放在凹模上。在凸模作用下，板料產(chǎn)生塑性變形，被拉入凸模和凹模的間隙中，使坯料直徑縮小高度增加，形成開(kāi)口中空零件。,1)、拉深過(guò)程,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),2)、拉深中的廢品,拉穿：一般出現(xiàn)在直壁與底部的過(guò)渡圓角處。,起皺：坯料邊緣在切線方向受到壓縮，產(chǎn)生波浪變形，導(dǎo)致起皺。,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),

16、拉深系數(shù)： m,m = d 件/ D料,m1 m2 m3 ,變形越來(lái)越??；中途安排中間退火提高坯料塑性。,m，變形程度， 一般m = 0.50.8 m 0.5 ，要多次拉深。,多次拉深的總拉深系數(shù)等于的各次拉深的乘積。,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),防止起皺的措施：壓邊圈,一般 （板厚S / 直徑D）100 2 不用壓邊圈 （板厚S / 直徑D）1001.5 必須用壓邊圈,中空零件還可采用旋壓方式生產(chǎn):不需復(fù)雜的沖模，變 形力小，生產(chǎn)率低。,圖：有壓邊圈的拉深示意圖,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),為防止坯料被拉穿，應(yīng)采取如下工藝措施： 1）凸凹模應(yīng)有合理的圓角； 2）合理的凸凹模間隙：過(guò)小，易拉裂；過(guò)

17、大，易起皺。 3）合理的拉深系數(shù)：m=d/D 衡量拉深變形程度，m越小，變形越大，易拉穿，材料塑性好，m可，一般：m0.50.8（易塑性來(lái)取），若m過(guò)小，則采用多數(shù)拉深，m應(yīng)一次比一次大， 兩次拉深之間可退火,消除加工硬化。 4）潤(rùn)滑：加潤(rùn)滑劑，減小摩擦，降低拉力，減小模具磨損。 為防止起皺，可對(duì)坯料使用壓邊圈。,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),用2501.5板料能否一次拉深直徑為50的拉深件？應(yīng)采取哪些措施才能保證正常生產(chǎn)？,思考題,答：因?yàn)椋?（m為拉深系數(shù)） 所以此件不能一次拉深成形。 應(yīng)采取的措施是： 多次拉深（可安排45次）； 多次拉深后，對(duì)工件進(jìn)行退火處理，保證足夠的塑性； 加潤(rùn)滑劑，來(lái)

18、減少摩擦阻力。,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),指將板料、型材或管材在彎矩作用下彎成具有一定曲率和角度的制件的成形方法稱為彎曲。 受力分析：外側(cè)受拉，內(nèi)側(cè)受壓，tb，外側(cè)拉裂，板厚 r 則t 易裂,2 彎曲,最小彎曲半徑rmin=（0.251） 塑性 rmin可小些,板料越厚，內(nèi)彎曲半徑r越小，則拉、壓應(yīng)力越大，越容易彎裂。,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),彎曲時(shí)應(yīng)使彎曲線纖維方向；即拉應(yīng)力與板料內(nèi)部的鍛造流線的方向一致。,彎曲完，彈性變形要恢復(fù)，工件彎曲角度略有增大，這種現(xiàn)象稱為回彈現(xiàn)象。 回彈角約為 00100 。 設(shè)計(jì)彎曲模時(shí)，模具角度應(yīng)小于一個(gè)回彈角。彎曲時(shí)兩端加拉力，壓力拉力。,考慮回彈現(xiàn)象,十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào),1對(duì)沖裁件的要求 1）落料件外形和沖孔件的孔形應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱，盡可能采用圓形、矩形，避免長(zhǎng)槽、長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)。 總之：應(yīng)利于制造模具，提高模具壽命，節(jié)省材料。 2）沖孔時(shí)