金属工艺第3篇.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,板料,冲压,第十四章,模锻,第十三章,自由锻,第十二章,金属的塑性变形,第十一章,概述,第三篇 锻压,第三篇 压力加工,概述：,一、定义,2,、成形实质：固态流动成形,3,、目的：获得具有一定形状，尺寸和机械性的原材料毛坯和零件。,二、特点及应用,1,、压力加工件机械性能高。,2,、材料利用率高。,1,、必要条件,外力（外因）,塑性变形能力（内因）,3,、不易获得形状复杂的锻件。,用于制造形状较简单，受力复杂的零件毛坯。,压力加工：利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的生产方法称为压力加工。,金属坯料在两个回转轧棍的孔隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法。,三、生产方式,1,、轧制,2,、挤压,金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。,3,、拉拔,4,、自由锻,5,、模锻,6,、,板料冲压,将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。,金属坯料在上下抵铁间受冲击或压力而变形方法,。,金属坯料在具有一定形状的锻模模腔内受冲击或压力而变形方法,。,金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法,。,11.1,塑性变形的实质,第十一章 金属的塑性变形,一、单晶体的塑性变形,2,、在,作用下的变形情况,只能使晶体产生弹性变形或断裂而不能产生塑性变形。,3,、,作用下使金属材料发生塑性的变形。,1,、晶体受外力作用下的分力：晶体受外力作用时将分解为与晶面（滑移面）垂直的正应力（,）,和与晶面平行的切应力（,）。,1,）滑移,2,）孪生,：是,使部分晶体相对与另一部分晶体作原子间距的整数部移动，是塑性变形的主要方式。,：是,使部分晶体相对与另一部分晶体移动，并使这两部分晶体沿某一晶面成镜面对称。,二、多晶体的塑性变形,1,、变形,晶内变形,滑移,孪晶,移动,晶间变形,转动,变形不均匀,变形抗力较大,形成纤维组,各向异性,2,、特点：,随着塑性变形的进行，强度硬度增加而塑性韧性下降的现象称为加工硬化。,11.2,塑性变形后金属的组织和性能,一、组织的变化,1,、晶粒沿变形最大方向伸长；,2,、晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；,3,、晶粒间产生碎晶,二、性能的变化,加工硬化,1,、概念,2,、对生产的影响,可提高金属的强度，硬度和耐磨性,冷卷弹簧,提高屈强比,冷冲自行车挡泥板,提高金属的表面强度,给继续变形造成困难,3,、消除,再结晶,回复,再结晶,T,再,0.4T,熔,（,K,）,晶粒长大,当经冷变形的金属加热到再结晶温度以上时，金属以一些碎晶、杂质为核心，形成细小的等轴晶粒,使加工硬化彻底消除，塑性完全恢复的现象。,4,、冷热变形,冷变形,在再结晶温度以下进行的塑性变形,特点：,a.,精度高，表面质量好,b.,强度、硬度高,c.,劳动条件好,d.,变形抗力大，内应力大,热变形,在再结晶温度以上进行的塑性变形,特点：,机械性能得的提高,a.,晶粒得到细化,缺陷被消除,b.,形成纤维组织,性能是有方向性,纤维组织的合理利用,a.,零件最大正应力方向与纤维方向平行。,b.,零件最大切应力方向与纤维方向垂直。,C.,纤维沿零件轮廓形状分布不被切断。,一、概念,金属的锻造性是指金属材料锻造的难易程度,二、衡量指标,1,、塑性：金属不产生裂纹所允许的最大变形程度，塑性好则锻造性好。,2,、变形抗力：金属在变形时抵抗工具作用的力，变形抗力小则锻造性。,11.3,金属的锻造性（可锻性）,三、影响因素,1,、金属本质,化学成分 纯金属合金,Me“,锻”,组织结构 固溶体化合物,2,、变形条件,变形温度,变形速度,应力状态,在一定温度范围内，温度升高，可锻性上升。,在一般的情况下,变形速度的增加可锻性下降。,但在高速锻造中，随变形速度的增加，其热效应增加，工件的温度上升，其可锻性上升。,在变形的过程中，变形能力转化为热能使金属温度升高的现象。,a.,对塑性的影响,b.,对变形抗力的影响（变形抗力的增加）,压应力数目,拉应力数目,塑性,塑性,压应力拉应力,同号应力异号应力,应力状态,概述,一、定义：自由锻是利用冲击力或静压力在锻压设备的上、下两抵铁之间 产生变形，从而得到所需形状及尺寸的锻件的方法,二、分类,1,、手工锻造,2,、锤上自由锻造,3,、液压机上自由锻造,锤上自由锻造适用于生产中，小型自由锻件，液压机上的锻造适用于生产大型自由锻件。,第十二章 自由锻,锻锤类,冲击力 吨位 用落下部分的质量表示,液压机类,静压力 吨位 用产生的最大压力表示,1,、空气锤,驱动由空气带动锤头工作。,吨位小，,50,1000,公斤，用于锻小型锻件。,利用,6 9,个大气压的蒸气或压缩空气带动锤头工作。,2,、蒸汽 空气锤,吨位较大,0.5,5,吨,用于锻中型,较大型锻件。,三、设备,3,、水压机,利用高压水,20,40,MPa,推动大活塞形成巨大的静压力使金属变形。吨位,500,15000,吨，用于锻大型锻件。,万吨级,水压机的吨位和台数是一个国家重型机械制造工业,水平的一个重要标志。,4,、生产率低，劳动强度大，对工人技术水平要求高。,四、特点,主要用于品种繁多的单件小批生产。,1,、所用设备、工具简单、通用、成本低、灵活性大。,2,、锻件大小不限，是制造大型锻件的唯一方法。,3,、锻件精度低，形状不能太复杂。,一、镦粗,毛坯高度减小,横断面积增大的锻造工序。,用于锻造齿轮坯、法兰盘等零件毛坯。,二、拔长,使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序。,2.5,D,H,镦粗的,坯料尺寸应满足,（其中：,H,为坯料的高度,D,为坯料的直径）,用于锻造轴杆及套筒类零件毛坯。,三、冲孔,采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序。,用于锻造带孔锻件。,1,、实心冲子冲孔,2,、空心冲子冲孔,3,、在垫环上冲孔,12.1,自由锻基本工序,五、错移,将坯料的一部分相对另一部分相互平行错开一锻距离的锻造工序。,用于锻造曲轴类锻件。,四、弯曲,将坯料弯成曲线或一定角度的锻造工序。,用于锻造各种弯曲类锻件,六、扭转,将坯料的一部分相对另一部分绕其共同轴,线旋转一定角度的锻造工序。,用于锻造多拐曲轴、麻花钻等。,七、切割,切去坯料一部分。,用于切除钢锭底部、夹持锻件的钳把部分、锻件料头以及分,割锻件等。,12.2,自由锻工艺规程,一、绘制锻件图,1.,锻件余量：是在零件的加工表面上为切削加工而增加的尺寸。,3.,余块（敷料）：是为简化锻件形状便于锻造而多留出的那一部分金属。,2.,锻件公差：是锻件实际尺寸和公称尺寸所允许的偏差。,二、计算坯料的质量和尺寸,1.,坯料质量,G,坯,G,锻,G,烧,G,其他,其中：,G,坯,为坯料的质量；,G,锻,为锻的质量；,G,烧,为加热时金属的烧损的质量；,G,其他,为其它的质量。,坯料尺寸应根据坯料的体积,(V,坯,),和第一个基本工序的性质,(,镦粗或拔长,),来确定：,2.,确定坯料尺寸,其中：,为钢的比重。,镦粗：,Y ,F,坯,F,锻,拔长：,碳素钢锭,Y=2.5,3,轧材,Y,1.3,1.5,为,锻造比,三、安排锻造工序,如齿轮坯：镦粗,冲孔。,长轴类,(,轴类,),锻件：主要工序为拔长。,弯曲锻件,:,拔长,弯曲,(,多次,),。,复杂形状的锻件,各种工序的组合。,短轴类,(,饼块类,),锻件：主要工序为镦粗。,（有凸肩的,局部镦粗；带孔的选镦粗,冲孔）,如曲轴：拔长,错移,扭转。,四、选择锻造设备,五、确定锻造温度范围,六、填写锻造工艺卡,七、自由锻工艺示例,1,、,汽车,半轴,2,、齿轮坯,二、外形尽量简单避免截交与相贯,.,一、不允许有锥度和斜面,三、不允许有筋和凸台,四、复杂件，断面有急剧变化的锻件应采用组合件,.,12.3,自由锻锻件结构工艺性,概述：,一、特点及应用：,1,、生产率较高，对工人技术要求不高。,2,、锻件较复杂,精度、,Ra,较好。,3,、机加工余量小,材料利用率高。,4,、劳动强度较小。,5,、变形抗力大,设备吨位大（限于,150kg,以下锻件,),。,6,、生产准备周期长,(,锻模制造周期长,成本高,寿命低,),。,7,、工艺灵活性较差。,主要用于中小型锻件的大批大量生产。,二、方式,压力机上模锻。,锤上模锻、,胎模锻、,第十三章 模锻,13.1,锤上模锻,一、设备（蒸气,空气模锻锤）,1,、锤头与导轨之间的间隙小且导轨很长。,2,、砧座质量大且机架与砧座直接连接。,二、锻模,1,、模锻模膛,终锻模膛,形状与锻件一致设有飞边槽,带孔件,冲孔连皮,飞边槽的作用：,增大金属流出模膛阻力,使金属更好充满模膛。,容纳多余的金属。,预锻模膛,形状接近锻件，斜度、圆角比较大。,无飞边槽,2,、制坯模膛,拔长模膛,滚挤模膛,弯曲模膛,切断模膛,用它来减少坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。,用它来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。主要是使金属按模锻件形状来分布。,对于弯曲的杆类模锻件，需要用弯曲模膛来弯曲坯料,。,它是在上模与下模的角部组成一对刀口，用来切断金属,。,分模面的选择,三、模锻工艺规程,1,、绘制模锻件图,确定余量、公差和余块,一般：余量为,0.5,5mm,，,公差为,0.3,3mm,a.,便于锻件取出且分模面为平面；,b.,使上下模膛深度最浅；,c.,上下模膛沿分模面轮廓一致；,d.,使锻件上加余块最少。,模锻斜度,便于取出锻件,2,1,模锻圆角,a.,便于金属流动与充型,b.,防止模膛过早开裂与压塌,r,外,(1.5,12)mm,R,内,(2,3),r,外,2,、确定模锻工步,长轴类锻件,锻造工艺过程为：,制坯（如拔长、滚压、弯曲、成形）,预锻,终 锻。,模锻时毛坯轴线方向（长度方向）与锻击方向垂直，金属主要沿高度方向流动，沿长度方 向流动很少，往往需制坯。,盘类锻件,模锻时坯料轴线方向与打击方向相同，金属沿高度、宽度 和长度方向同时流动。,工艺过程：,制坯（镦粗、压扁）,终锻,3,、修整工序,切边和冲孔,较正,热处理,清理,三、典型模锻件的工艺过程,四、模锻零件结构工艺性,1.,便于锻件取出，加余块最少，锻模易于制造,2.,外形力求简单、平直和对称，尽量避免锻件截面积差别,过大，避免锻件上有薄壁、高筋和凸起结构,3.,复杂件要考虑锻焊组合结构,12.3,自由锻锻件结构工艺性,一、不允许有锥度和斜面,二、外形尽量简单避免截交与相贯,三、不允许有筋和凸台,.,四、复杂件，断面有急剧变化的锻件应采用组合件,.,13.2,胎模锻,胎模锻是在自由锻造设备上使用可移动的锻模,(,胎模,),生产模锻件的一种工艺方法。,二、胎模种类及主要作用,一、定义,1.,扣模,主要用于锻造具有平直侧面的非回转体锻件。,2.,筒模,3.,合模,主要用于锻造形状复杂的非回转体锻件。,主要用于锻造回转体锻件。,4.,组合模,三、工艺过程,四、特点,1,、与自由锻比较：,锻件较自由锻件复杂,尺寸精 度更高,机加工余量较少,材料利用利高；,生产率高；,机械性能更好,(,胎模内应力状态较好,),。,2,、与模锻比较：,工艺灵活；,模具结构更简单；,设备简单,经济；,更换模快,生产周期缩短,成本降低。,适于小批量生产，用自由锻成形困难，模锻又不经济的形状复杂的锻件。,一、摩擦压力机上模锻,二、曲柄压力机上模锻（热模锻曲柄压力机）,三、平锻机上模锻,四、液态模锻,13.3,其他设备上模锻,概述,一、定义,板料冲压是利用冲模在冲床上使板料分离或变形的加工方法。,二、特点及应用,6,、冲模制造复杂。,1,、生产率高,(,靠模具设备成形，操作简便，易实现“两化”,),2,、可成形复杂形状的制件,废料少，材料利用率高。,3,、制件尺寸精度高、表面质量好、互换性好,不需机加工,4,、制件强度高、刚性好、重量轻。,5,、加工成本低,第十四章 冲压,冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如汽车大梁、压力容器封头一类的大型零件，又能够制造精密,(,公差在微米级,),和复杂形状的零件。占全世界钢产,60%-70%,以上的板材、管材及其他型材，其中大部分经过冲压制成成品。冲压在汽车、机械、家用电器、日常用品、电机、仪表、航空航天、兵器等制造中，都有广泛的应用。,三、设备,1.,剪床 下料,2.,冲床 冲压，制成所需形状和尺寸的制件。,一、分离工序,1.,冲裁,使坯料按封闭轮廓分离,落料,冲下部分为工件，周边为废料。,冲孔,冲下部分为废料，周边是工件。,将冲压件与板料按要求的轮廓线分离的工序,如剪切、落料、冲孔。落料和冲孔总称为冲裁。,14.1,基本工序,冲裁时应注意的问题,凸凹模工作部分应有锋利的刃口。,凸凹模间应有合理的间隙。,正确确定凸凹模刃口的尺寸,冲孔：,D,凸,D,孔,D,凹,D,凸,2Z,落料：,D,凹,D,落,D,凸,D,凹,2Z,合理排样,有搭边排样,无搭边排样,其中,Z,为单边间隙。,2.,修整,二、变形工序,材料只发生位移,不破坏,(,不分离,),的工序。,1.,拉深：使平板毛坯变成开口空心零件的工序。,b.,凸凹模间要有合理的间隙；,a.,凸凹模工作部分要有合理的圆角；,防止拉裂,c.,限制拉深系数,(m),不能太小；,d.,进行适当的润滑,必要时在两,次,拉深之间需进行退火处理。,防止起皱,增加压板,一次拉深：,产品直径,原料直径,进行多次拉深时：,2.,弯曲：使板料或坯件弯成一定角度和形状的工序。,防止弯裂,a.,控制相对弯曲半径,r/s,不能太小。,b.,合理利用纤维组织,防止回弹,r/s,板料强度,回弹,3.,翻边：使板料获得一定高度凸缘的方法,弯曲半径,材料厚度,防止孔边拉裂,限制翻边系数,凸凹模工作部分要有圆角,K,0,d,0,/d,不能太小,4.,成型：利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序。,增加刚性 如压筋。,制造特殊形状的零件如胀形和收口。,五、冲压工序举例,1,、汽车消音器,2,、黄铜弹壳,一、简单冲模：在冲床的一次冲程中只完成一个工序。,二、连续冲模：在冲床的一次冲程中，在模具不同部位同时完成数道工序。,三、复合冲模：在冲床的一次冲程中，在模具同一部位同时完成数道工序。,14.3,冲压件的结构工艺性,一、材料的选择,1.,品种,选择塑性好、价格便宜的板料。,2.,厚度,以薄代厚（采用加强筋增加强度和刚性）。,4.2,冲 模,拉深件底部及凸缘处的弯角应按图设计；,带凸缘的筒形件，凸缘直径,Dd+12S,三、精度等级的选择,选择时不能超出各工种能达到的精度等级。,2.,弯曲件,形状应尽量对称，弯曲半径要适中；,弯边长度不能太短；,考虑纤维方向；,弯曲带孔件，孔的位置不能离弯曲处太近,(1.5,2)S,。,3.,拉深件,形状应简单、对称且不宜太高；,1.,冲裁件,二、形状尺寸设计,避免窄长结构,外形便于合理排样,本篇结束,滑移面总是原子排列最密的面；滑移方向总是原于排列最密的方向。,滑移,在外力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对另一部分发生的相对位移。,产生滑移的晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。,一个滑移面及面上的一个滑移方向组成一个滑移系。,体心立方晶格：,62=12,面心立方晶格：,43=12,密排六方晶格：,13=3,滑移,晶体中滑移主要是通过晶体中的线缺陷（位错）的运动来实现的，如果没有线缺陷的运动，要产生塑性变形是需要很大的力。,位错的移动,线,缺陷（位错）,