锻造成形.pptx

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,#,教学内容,1.,自由锻工艺,2.,模锻工艺,3.,板料冲压工艺,学习要求,1.,掌握金属塑性变形、锻造方法,2.,理解模锻的原理,3.,自由锻、板料冲压的工艺方法,能力要求,初步具有材料可锻性分析及工艺设计能力,课前案例分析,锻压,利用外力使金属产生塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法称为金属压力加工。,压力加工的种类有：,轧制、拉拔、挤压、锻造、板料冲压,（,见附图,）,金属塑性变形的实质,弹性变形,在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子离开原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金属发生变,形。并引起原子位能的增高，但原子有返回低位能的倾向。当外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失。,金属的塑性变形,塑性变形,内应力超过金属的屈服点后，外力停止作用后，金属的,变形并不完全消失。,滑移面,在切向应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分，沿,着一定的晶面产生相对滑移，该面称为滑移面。,位错运动引起塑性变形,近代物理学证明，晶体不是在滑移面上，原子并不是整体,的刚性运动而是以位错引起金属塑性变形。,位错：沿滑移面旧原子对破坏，新原子对形成，图,3-2,多晶体的塑性变形（晶内和晶间变形）,晶内变形：,外力作用下，某一晶粒的塑性变形。,晶间变形：,晶粒之间的相互位移或转动。,在外力作用下，有的晶粒处于利于塑性变形,位置，则首先塑性变形。有的处于不利于塑,性变形的位置，则暂时不变形。晶粒间会移,动、转动，这种利与不利位置在变化，,塑性变形不断进行。图,3-3,塑性变形对金属组织和性能影响,金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生变化。,晶粒沿最大变形的方向伸长；,晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力；,晶粒产生碎晶。,冷作硬化,(,见图,3,4),现象：强度、硬度,上升，,而塑性、韧,性下降。,原因：滑移面附近的,晶粒碎晶块，,晶格扭曲畸变，,增大滑移阻力，,使滑移难以,进行。,回复与再结晶,回复：,冷作硬化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳定,状态的倾向。室温下不易实现。当提高温度时，原子,获得热能，热运动加剧，当加热温度,T,回,(用,K,氏温标),T,回,=,（,0.25,0.3,）,T,熔,使原子回复到正常排列，消除了晶格扭曲，使加工硬,化得到部分消除。,再结晶：,当加热温度,T,再,：,T,再,=0.4T,熔,原子获得更多热能，开始的某些碎晶或杂质为核心构成新晶粒，因为是通过形核和晶核长大方式进行的，故称再结晶。,再结晶后清除了全部加工硬化。,再结晶后晶格类型不变，只改变晶粒外形。,加工硬化的利用、消除,利用,：冷加工后使材料强度,硬度,。如冷拉,钢，不能热处理强化的金属材料。,消除,：再结晶退火（,P29,）,650,750,冷变形和热变形,冷变形,在再结晶温度以下的变形；,冷变形后金属强度、硬度较高，低粗糙度值。但,变形程度不宜过大，否则易裂。,热变形,再结晶温度以上变形。,变形具有强化作用，再结晶具有强化消除作用。在热变,形时无加工硬化痕迹。,金属压力加工大多属热变形，具有再结晶组织。,热加工后组织性能变化：,粗大晶粒被击碎成细晶粒组织，改善了机械性能。,铸态组织中的疏松、气孔经热塑变形后被压实或焊合。,晶粒被拉长，非金属杂物被击碎，沿被拉长的晶粒界,分布，形成纤维组织（流线）。,变形程度越大，纤维组织越明显。,压力加工中常用锻造比,y,来表示变形程度。,拔长时锻造比,y,拔,=A,0,/A,镦粗时锻造比,y,镦,=H,0,/H,纤维组织很稳定，不能（难以）用热处理方法来消除。只有经过锻压来改变其方向、形状。,在设计和制造零件时，应使最大正应力的方向于纤维方向重合，最大切应力的方向于纤维方向垂直。尽量使纤维组织不被切断。,金属的可锻性,金属的可锻性：,材料经受压力加工时获得优质制品难,易程度的工艺性能。,可锻性的衡量：,塑性（断面收缩率,，伸长率,），,变形抗力。塑性好，变形抗力小则可锻性好。,可锻性取决于：,金属本质和加工条件。,一、金属的本质,化学成分的影响,纯金属的可锻性比合金好；有些元素可使可锻性显著下降（如铬，钨，钒等）。钢的含碳量越低，可锻性越好，,金属组织的影响,组织不同，可锻性有很大差异：,纯金属、固溶体（如奥氏体）可锻性好；,碳化物可锻性差；,铸态柱状组织和粗晶粒不如晶粒细小均匀。,二、加工条件,变形温度的影响,温度,原子的运动能力,容易滑移,塑性,变形抗力,可锻性改善,.,过热：,超过一定温度，晶粒急剧长大，锻造性能,，,机械性能,。已过热工件可通过锻造，控制冷,却速度，热处理，使晶粒细化。,过烧：,接近材料熔化温度，晶间的低熔点物质开始熔,化，且晶界上形成氧化层。金属失去锻造性,能，一击便碎，无法挽回。,锻造温度：,始锻温度：,碳钢比,AE,线低,200C,左右,终锻温度,：,800C,过低难于锻造，若,强行锻造，将导致锻件破裂,报废。图,3-8,变形速度的影响,变形速度,-,单位时间的变形程度,变形速度,u=d/dt,变形程度,变形速度,u,应力状态影响,三向应力中，压力应力数目愈多，则塑性越好。,塑性,.,变形抗力,热能,塑性,，变形抗力,一、自由锻,自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下两个,抵铁之间变形。从而获得所需形状及尺寸的锻件。,在重型机械中，自由锻是生产大型锻件和特大型,锻件唯一成型的方法。,金属沿变形方向可以自由流动，不受限制。,自由锻设备：,锻锤,依靠冲击力使金属变形，只能锻造中小锻件。,液压机：,依靠静压力使金属变形，可加工大型锻件。其,中水压机可产生很大作用力，是重型机械厂锻,造生产的主要设备。,锻造方法,自由锻工序,基本工序,镦粗：适于饼块类，盘套类,拔长：适于轴类、杆类,拔长、镦粗经常交替反复使用。,有时一头镦粗，另一头拔长。,（通孔、盲孔）冲孔，常用方法：镦粗,冲孔,镦粗,冲孔,扩孔,弯曲：工件轴线产生一定曲率。,扭转：某一部分相对于另一部分转一定角度。,错移：坯料的一部分相对于另一部分平移,错开的工序，例如曲轴。,切割：分割坯料，或去除锻件余量的工序。,辅助工序：,在基本工序之前的预变形工序如压肩、压钳口等。,精整工序：,完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸和形状精度的工序。,锻件分类及基本工序方案（表,3-1,锻件分类及所需锻造工序）,二、模锻,在压力或冲击力作用下，金属坯料在锻模模膛内,变形，从而获得锻件的工艺方法。此法生产的锻件,尺寸精确、加工余量较小，结构也可较复杂，生产,率高。,按使用设备不同分为：锤上模锻、胎模锻等。,(,见下页图,),锤上模锻,锤上模锻所用设备为模锻锤。通常为蒸气,-,空气,锤。对形状复杂锻件，先在制坯模膛内初步成,形，然后在模锻模膛内锻造。,模锻模膛,i),终锻模膛,作用：使坯料最后变形到锻件所要求的形状、尺寸。,尺寸比锻件尺寸放大一个收缩量，钢件约为,1.5%,。,四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出阻力，促,使金属充满模膛，容纳多余的金属。,冲孔连皮：无法加工通孔而留下的一薄层金属。,ii),预锻模膛,作用：使坯料变形到接近于锻件的形状尺寸，使终锻,时，金属容易充满终锻模膛。延长终锻模膛的使用寿命。,批量不大，形状简单时可不设预锻模膛。,区别：预锻模膛的圆角、斜度较大，没有飞边槽。,终锻模膛的圆角、斜度较小，有飞边槽。,制坯模膛,对形状复杂的模锻件,为使坯料形状基本接近模锻件形状,使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就必须预先在制坯模镗内制坯，因而设制坯模膛。,i),拔长模膛 增加某一部分长度。,ii),滚压模膛 减小某部分横截面积,以增大另一部分横截面积，坯料长度基本,不变。,iii),弯曲模膛 弯曲工件。,iv),切断模膛 切断金属。,此外还有成型模镗，镦粗台，,击扁面等制坯模镗。,模膛可分为单膛及多膛，图,3-18,是多镗模锻。,曲柄压力机上模锻,摩擦压力机上模锻,胎模锻,胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的工艺方法，,一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中成型。,扣模 图,3-22 ,筒模 图,3-23 ,合膜 图,3-24,锻造工艺规程的制订,一、绘制锻件图,绘制锻件图是以零件图为基础，,结合锻造工艺特点绘制而成的。,敷料、余量及公差,敷料：为简化零件的形状和结构，便于,锻造而增加的一部分金属为敷料。,余量：零件表面为切削加工而增加的尺,寸称余量。,锻件公差：是锻件名义尺寸的允许变动,量。查表而定。,自由锻锻件图：图,2-25,分模面,分模面：上下模锻在模锻件上的分界面，关,系到锻件成型，锻件出模，材料利,用率，锻模加工等一系列问题。,选分模面原则：,1),应保证模锻件能从模腔中取出来。图,3-26a-a,2),应使上、下两模沿分模面的模腔轮廓一致。,图,3-26 b-b,3),分模面应选在能使模腔深度最浅的位置上。,图,3-26 b-b,4),使敷料最少。,5),分模面最好是一个平面。图,3-26,中,d-d,面最合理。,模锻斜度,模锻件上平行于锤击方向（垂直于分模面）的表,面必须有斜度，以便取出锻件。,模锻斜度与模镗深度和宽度有关。,内侧斜度比外侧稍大些。图,3-27,模锻斜度,模锻圆角半径,所有交角均做成圆角，可以易于充满模膛，避免,尖角处产生裂纹，减缓锻件外尖角处的磨损。,锻件内圆角,R,，锻件外圆角,r,见图。图,3-28,圆角半径,圆角半径为,1,，,1.5,，,2,，,3,，,4,，,5,，,6,，,8,，,10,，,12,，,15,，,20,等标准值。,冲孔连皮,孔径大于,25mm,该孔应锻出；孔径为,2580,时,冲孔连皮厚度取,48mm,。,孔径小于,25,mm,或孔深大于冲头直径,3,倍时,只压出凹穴。图,3-29,二、坯料重量和尺寸的确定,坯料重量,G,坯,G,坯,=G,锻,+G,烧损,+G,料头,式中：,G,锻,锻件重量,G,烧损,坯料因加热氧化而烧损,G,料头,在锻造过程中被冲掉或被,切掉的金属,锻造比,对于以钢锭为坯料时,并采用拔长时,锻造比,不小于,2.53,。轧材为坯料时，锻造比可取,1.31.5,。,三、锻造工序（工步）的确定,自由锻、按,P98,表,3-1,定,模锻,长轴：常用拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻等，,小型长轴常采用一根棒料锻几个锻件，,模锻件采用周期轧制材料作坯料时,可省去拔长滚压等工步。图,3-30,图,3-31,用轧制坯料模锻,短轴：常用镦粗、预锻、终锻等。图,3-32,四、锻造工艺规程中的其它内容,始锻温度和终煅温度(,P95,图,3-8),加热规范、冷却规范、对高合金钢尤为重要，,以防因热应力引起变形或开裂。,锻件结构的工艺性,一、自由锻件的结构工艺性,自由锻件不要有锥体，或斜面结构图,3-33,轴类锻件结构,几何体的交接处不应形成空间曲线图,3-34,杆类锻件结构,自由锻件上不应设计出,加强筋、凸台、工字形,截面或空间曲线形表面,图,3-35,盘类锻件结构,自由锻件横截面若有急剧变,化或形状较复杂时，应设计,成有几个简单件构成的组合,体，再焊接或机械连接方法,连接。,图,3-36,复杂件结构,二、模锻件的结构工艺性,模锻件有一合理分模面，,使工件容易取出，应使,敷料少，锻模容易制造。,零件上与其它零件配合,时要机加工，其他面均,应设计成非加工面。,因此，要注意设计出模,锻斜度，模锻圆角。,锻件外形应力求简单、,平直、对称，避免直径,相差过大或具有薄壁、,高筋、高台、深孔、多孔,板料冲压,板料冲压又叫冷冲，但,8,10mm,时用热冲,特点：,(1),可冲形状复杂的零件，且废料少。,(2),高精度，低粗糙度，零件互换性好。,(3),重量轻，耗材少，强度刚度较好。,(4),操作简单，生产率高。,常用的材料：,低碳钢、铜合金、铝合金等塑性好的材料。,常用设备：剪床和冲床。,基本工序：,1,、分离工序,2,、变形工序。,一、落料及冲孔（统称冲裁）,落料,落下部分为成品。,冲孔,落下部分为废品。,1,、冲裁变形过程,(1),弹性变形阶段,分离工序,(2),塑性变形阶段,板料中的应力值达到屈服极限，板料金属产生塑性变形，产生硬化，凹凸模刃口处硬化加剧，出现裂纹。,(3),断裂分离阶段,上下裂缝重合，板料分离。,分离面的质量主要和下列有关：,a.,间隙有关,b.,刃口锋利,c.,模具有关,d.,材料有关,e.,板厚有关,2,、凹凸模间隙,间隙影响：断面质量，模具寿命，卸料力，推件力，冲裁力，工件尺寸精度,间隙过大：裂缝错开，边缘粗糙。卸料力，推件力小。,间隙过小：上下裂缝错开，边缘粗糙。磨损严重。,间隙可按下式计算,:,c=m,-,板料厚度。,m-,系数，,p115,。,3,、凹凸模刃口尺寸的确定,落料,以凹模刃口尺寸作为基准，根据间隙的大小确定凸模尺寸。（凹模尺寸等于零件的尺寸）,冲孔,以凸模为基准，有间隙确定凹模的尺寸，即凸模尺寸同零件尺寸。,考虑磨损：落料 凹模尺寸靠近零件公差范围内的最小尺寸,冲孔 凸模尺寸靠近零件公差范围内的最大尺寸,4,、冲裁件的排样,排样应使废料最少。排料有,无搭边和有搭边,两种类型。,notice,a,、前三图是,“,有搭边,”,优点是毛刺小，且在同一平面上，尺寸准确。,b,、,D,图,“,无搭边,”,毛刺不在同一平面上。尺寸不易准确。,二、修整,修整,沿外缘或内孔刮削一层金属。机理与切削相似，,与冲裁不同。,精度,IT6,IT7,，粗糙度,Ra0.8,1.6,。,修整量,单边修整量一般为板厚,的,10%,，小间隙冲裁件,为,的,8%,修整量较多时，或板厚,3mm,，均需,要多次修整。,模具间隙,单边取,0.001,0.01 mm.,也可为负间隙。,三、切断,切断,是指用剪刃,或冲模将板料沿,不封闭的轮廓进,行分离的工序。,一、拉深,1,、拉深过程,底部金属一般不变性，只起传递拉力作用，厚度基本不变，坯料外径,D,与内径,d,之间的环形部分金属切向受压应力的作用,形成拉深件的直壁，直壁的厚度有所减少。,变形工序,2,拉深中的废品,拉深件主要受拉应力，应力超过强度极限时出现废品，最危险处是直壁和园角的过渡处。,拉穿现象与下列现象有关：,(1),凸凹模的园角半径有关，对钢件取,r,凹,=10,，,r,凸,=,（,0.6,1,）,r,凹,。,(2),凹凸模的间隙,:,拉深的间隙较大，一般取单边间隙,C=(1.1,1.2),。,间隙过小：摩擦力大，易拉穿工件、擦伤表面,模具寿命低。,间隙过大：易使工件起皱。,(3),拉深系数,m,m=d/D,m,越小，越易产生废品，一般取,m=0.5,0.8,，塑性,好取下限,0.5,，塑性差取上限,0.8,拉深系数过小，应分多次拉深，每一两次中间安排,退火，以消除加工硬化，多次拉深时,m,应渐增，使,m=m1,m2,m3,(4),润滑,可减少摩擦、降低拉应力和减少模具的磨损。,(5),拉深的另一种缺陷是起皱，可用压边解决。,3.,旋压,有些空心的回转体还可用选的方法制造，生产率较低，用于中小批量的生产，见,p118.,二、弯曲,弯曲过程中，板料的内侧受压，外侧受拉，今拉应力超过抗拉强度时，金属破裂内万半径,r,越小越易破裂。,弯曲时尽量使弯曲线垂直于纤维，以免破裂。,弯曲后要回弹，一般回弹较为,0 10,，事先要注意。,三、翻边,翻边,在带孔的平面料上用扩孔的办法获得凸缘的工序。,凸模园角半径,r,凸,=,（,4,9,）,翻边系数,ko=do/d,do,翻边前的孔径。,d,翻边后的内孔尺寸。,Ko,翻边系数,镀锡板,Ko,不小于,0.65,酸洗板,Ko,不小于,0.68,凸缘高度较大时，可先拉深、后冲孔、在翻边。,四、成型,成型,利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序,一、冲压件的形状及尺寸,1,、对落料件和冲压件的要求,(1),落料件的外形和冲孔件的孔形应简单、对称尽量用圆形、,矩形避免长槽或细长悬臂结构。注意排样，提高利用率。,冲压件的结构工艺性,(2),冲裁件的结构尺寸（如孔径、孔距）必须考虑材劳的厚度。,(3),冲裁件上的直线与直线、曲线与直线的交界处，均用圆弧连接。最小园角半径如表,3-3,。,2,、对弯曲件的要求,曲件形状应尽量对称，弯曲半径大于最小半径。,弯曲边,H 2,，可以先弯好后再切去。,为防止孔变形，孔的位置,L,1.52,3,、拉深件的要求,外形简单、对称，深度不宜过大。,最小许可半径如图,3-61,所示，否则增加拉深次数和整形工作。,二、简化工艺及节省材料的设计,采用冲压,焊接结构。,采用冲口工艺。,尽量简化拉深件的结构。,三、冲压件的厚度,尽量用较薄的钢板，刚度不够时可用加强筋。见教材,P124.,图,365,使用加强筋举例。,四、冲压件的精度和表面质量,对冲压件的精度要求，不应超过冲压工艺所能达到的一般精度。,落料,不超过,IT10,，冲孔,不超过,IT9,弯曲件,不超过,IT10,IT9,拉深件的高度尺寸,IT10,IT8,直径尺寸,IT10,IT9,整形后精度,IT7,IT6,零件表面质量不能高于原料表面质量（粗糙度）,对冲压件的表面质量要求，一般尽可能不要高于原材料所具有的表面质量。,思考题,1.,简述自由锻的工艺方法,2.,简述模样的设计方法,3.,试根据所学知识，确定直齿，斜齿轮的锻造方法,