金属工艺学(压力加工).ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,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,*,金属工艺学,主讲：孔晓玲,安 农 大 工 学 院,第三篇 金属压力加工,第一章 金属的塑性变形,第二章 锻造,第三章 板料冲压,一、金属的压力加工,:,利用金属在外力的作用下所产生的塑性变形,来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的方法,.,二、常用的压力加工方法：,a,）轧制,b,）挤压,c,）拉拔,d,）自由锻,e,）板料冲压,f,）模锻,金工动画,压力加工,视频,挤压,.,avi,金工动画,压力加工,视频,镦粗,.,avi,三、压力加工的特点,（,1,）改善金属的组织、提高力学性能。（,2,）材料的利用率高。（,3,）较高的生产率。（,4,）毛坯或零件的精度较高。钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力加工。可用作承受冲击或交变应力的重要零件，但不能加工脆性材料（如铸铁）。,第一章 金属的塑性变形,第一节 金属塑性变形的实质,第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响,第三节 金属的可锻性,一、金属的塑性变形,1,、单晶体塑性变形,何谓塑性变形？塑性变形的实质？,单晶体的塑性变形？,-,滑移,滑移,是晶体在切应力的作用下,晶体的一部分沿一定的晶面,(,滑移面,),上的一定方向,(,滑移方向,),相对于另一部分发生滑动。,滑移的观察,第一节 金属塑性变形的实质,2,、多晶体的塑性变形,（实际金属的塑性变形）,变形阻力更大。,变形过程也更复杂。,第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响,一、变形后金属组织的变化：晶粒变形,-,晶粒破碎,-,位错密度增加。,二、变形后金属的性能变化：金属的各向异性、残余内应力、加工硬化,三、金属的回复与再结晶,四、热加工与冷加工,热加工,:,在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为,热加工,例如钢材的热锻和热轧。,冷加工,：,在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为,冷加工,。,五、纤维组织,金属发生塑性变形后,晶粒发生变形,沿形变方向被拉长或压扁。,纤维组织具有各向异性。变形程度越大，纤维组织越明显。,锻造比,Y,锻,：锻造加工工艺中，用锻造比,Y,锻来表示变形程度的大小。拔长：,Y,锻,=A,0,/A,（,A,0,、,A,分别表示拔长前后金属坯料的横截面积）。镦粗：,Y,锻,=H,0,/H,（,H,0,、,H,分别表示镦粗前后金属坯料的高度）。,在设计时应使零件工作时的正应力方向与纤维方向应一致，纤维的分布与零件的外形轮廓应相符合。,锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力。,曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴工作时不易断裂。,第三节 金属的可锻性,金属的可锻性,是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。,可锻性常用塑性和变形抗力来衡量,。金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。,一、金属的本质,1.,化学成分的影响,纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性越好。,2.,金属组织的影响,纯金属及单相固溶体比金属化合物的可锻性好,;,细小的晶粒粗晶粒 好；面心立方晶格比体心立方晶格好。,二、加工条件,1.,变形温度的影响,热变形可锻性提高,.,但温度过高将发生过热、过烧、脱碳、氧化缺陷。所以变形温度在一定的范围内,.,锻造温度范围,：,始锻温度和,终锻温度,之间的温度区间。,碳钢,:,始锻温度,:AE,线下,200,终锻温度,:800,2.,变形速度的影响,变形速度：单位时间内变形程度的大小。变形速度的增大，金属在冷变形时的加工硬化严重，可锻性差；当变形速度很大时，热能来不及散发，会使变形金属的温度升高，可锻性变好。,3.,应力状态的影响,在三向应力状态下，压应力的数目越多，则其塑性越好；拉应力的数目越多，则其塑性越差。,第二章 锻造,第一节 锻造方法,第二节 锻造工艺规程的制订,第三节 锻件结构的工艺性,第一节 锻造方法,一、自由锻,-,分为,手工锻造,和,机器锻造,1.,定义,:,利用冲击力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。,特点：工具简单、通用性强，生产准备周期短。对于大型锻件，自由锻是唯一的加工方法。锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。,应用,:,单件、小批量生产，以及大型锻件的生产。,自由锻,模锻,设备,锤上模锻,曲柄压力机模锻,摩擦压力机模锻,胎模锻,2.,自由锻工序：基本工序、辅助工序和修整工序。基本工序：使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以得到所需形状。如镦粗、拔长、,弯曲,、冲孔、,切割,、,扭转,和,错移,等。实际生产中最常用的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。,镦粗,拔长,冲孔,拔长,墩粗,弯曲,扭转,错移,辅助工序,为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序（压钳口、切肩等）。,修整工序,用以减少锻件表面缺陷而进行的工序（如校正、滚圆、平整等）。,锻件分类及所需锻造工序,二、模锻,1.,模锻定义,:,使金属坯料在,模膛内,受压产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的加工方法。,2.,模锻特点：,(1),生产效率较高。,(2),能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理，提高零件的使用寿命。,(3),模锻件的尺寸较精确，表面质量较好，加工余量较小。,(4),节省金属材料，减少切削加工工作量。,(5),模锻操作简单，劳动强度低。,3.,应用,:,大批量生产,.,模锻件的质量一般在,150kg,以下,.,.,锤上模锻,模锻锤,:,主要是,:,蒸汽,-,空气模锻锤,;,吨位,:1t-16t;,可锻,0.5-150kg,的锻件,.,锻模,:,锤上模锻用的锻模由带燕尾的上模和下模两部分组成，上下模通过燕尾和楔铁分别紧固在锤头和模垫上，上、下模合在一起在内部形成完整的模膛。,.,课件,金属工艺学,金工动画,模锻锤原理,1.exe,模膛按其功能分,模锻模膛、制坯模膛,。,模锻模膛,:,包括预锻模膛和终锻模膛，,终锻模膛,-,最终成形的模膛,.,尺寸应比实际锻件尺寸放大一个收缩量。,预锻模膛,-,用于预锻的模膛称为,预锻模膛,。预锻模膛和终锻模膛的主要,区别,是前者的圆角和模锻斜度较大，高度较大，一般不设飞边槽。,飞边槽用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满整个模膛，同时容纳多余的金属，还可以起到缓冲作用，减弱对上下模的打击，防止锻模开裂。,飞边槽的常见形式,（二）制坯模膛,拔长模膛,减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。当模锻件沿轴向横截面积相差较大时，常采用这种模膛进行拔长。生产中进行拔长操作时，坯料除向前送进外并需不断翻转。,(2),滚挤模膛,减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。主要是使金属坯料能够按模锻件的形状来分布。,弯曲模膛,使坯料弯曲，弯曲后坯料将翻转,90,。,切断模膛,在上模与下模的角部组成一对刃口，用来切断金属。可用于从坯料上切下锻件或从锻件上切钳口，也可用于多件锻造后分离成单个锻件。根据模锻件的复杂程度不同，所需的模膛数量不等，可将锻模设计成单膛锻模或多膛锻模。弯曲连杆模锻件所用多膛锻模如图所示。,2.,曲柄压力机模锻,(1),曲柄压力机作用于金属上的变形力是,静压力，因此工作时无震动，噪声小。,(2),曲柄压力滑块行程固定。,(3),曲柄压力机具有良好的导向装置和自,动顶件机构，因此锻件的余量、公差和模锻,斜度都比锤上模锻的小。,(4),曲柄压力机上锻模都设计成镶块式模,具。,(5),坯料表面上的氧化皮不易被清除掉，,影响锻件质量。曲柄压力机上也不宜进行拔,长和滚压工步。,金工动画,压力加工,视频,曲柄压力机,.mpg,3.,摩擦压力机上模锻,改变操作杆位置可使飞轮分别与两个摩擦盘接触，产生不同方向的转动，螺杆也就随飞轮做不同方向的转动。在螺母的约束下螺杆的转动变为滑块的上下滑动，实现模锻生产,.,摩擦压力机上模锻的特点：,(1),摩擦压力机的滑块行程不固定，并具有一定的冲击作用，因而可实现轻打、重打。,(2),由于滑块运动速度低，金属变形过程中的再结晶可以充分进行。,(3),摩擦压力机承受偏心载荷的能力差，通常只适用于单膛锻模进行模锻。,三,.,胎模锻,胎模锻一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中成形。胎模主要有扣模、及合模三种。,(1),扣模,扣模用来对坯料进行全部或局部扣形，以生产长杆非回转体,扣模锻造时，坯料不转动。,(2),筒模,筒模主要用于锻造齿轮、法兰盘等盘类锻件。,(3),合模,合模由上模和下模组成，并有导向结构，可生产形状复杂,精度较高的非回转体锻件。,第二节 锻造工艺规程的制订,一、绘制锻件图,锻件图是以零件图为基础，结合锻造工艺特点绘制而成。,1.,敷料、余量及公差,敷料,:,为了简化零件的形状和结构、便于锻造而增加的 部分金属。,加工余量,：在零件的加工表面上，为切削加工而增加的尺寸。,锻件公差,:,是锻件名义尺寸允许的变动量。,金工动画,锻件图,.exe,2.,分模面,分模面,是指上下锻模在模锻件上的分界面。,选定分模面的原则是：,应保证模锻件从模膛中取出。一般情况，分模面应选在模锻件的最大截面处。,应使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，以便发现错模现象。,(3),分模面应选在能使模膛最浅的位置上。这样有利于金属充满模膛，便于取件。,(4),选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。,(5),分模面最好是一个平面，以便于锻模的制造，并防止锻造过程中上下锻模错动。,按上述原则综合分析，,d,d,面是最合理的分模面。,3.,模锻斜度,模锻件上平行于锤击方向,(,垂直于分模面,),的表面必须具有斜度，以便于从模膛中取出锻件。,4.,模锻圆角半径,在模锻件上所有两平面交角处均做成圆角。圆角结构可使金属易于充模，避免锻模尖角处产生裂纹，从而提高锻模的强度。,5.,冲孔连皮,当模锻件的孔径大于,25mm,，则应留出冲孔连皮。,二、坯料重量和尺寸的确定,G,坯料,G,锻件,+G,烧损,+G,料头,G,锻件：锻件重量。,G,烧损：加热中坯料因氧化而烧损的重量。,G,料头：在锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属的重量。,三、锻造工序,(,工步,),的确定,锻造工序是根据模锻件形状和尺寸确,定。,1.,长轴类模锻件,锻件的长度与宽度之比较大。常选用拔长、滚压、弯曲、预锻和终,锻等。,2.,盘类模锻件,常选用镦粗、终锻等,。,第三节 锻件结构的工艺性,一、自由锻件的结构工艺性,1.,自由锻锻件应避免有锥体、斜面、曲面结构。,2.,自由锻锻件应采取平直、对称、简单的形状。,3.,自由锻锻件不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间的曲面,。,二、模锻件的结构工艺性,1.,模锻件上必须有一个合理的分模面，以保证模锻成形后，容易从锻模中取出。,2.,为了使金属容易充满模膛和减少工序，模锻件外形应力求简单、平直和对称，应避免零件截面间相差过大或具有薄壁、高筋、凸起结构。,3.,应避免深孔或多孔结构。,4.,为减少余块，在可能的条件下，可采取锻焊结构。,第三章 板料冲压,板料冲压,：利用冲模在压力机上使板料分离或变形，从而获得冲压件的加工方法称为板料冲压。,冲压的特点：,冲压生产操作简单，生产率高，易于实现机械化和自动化。冲压件的尺寸精确，表面光洁，质量稳定，互换性好，一般不再进行机械加工，即可作为零件使用。金属薄板经过冲压塑性变形获得一定几何形状，并产生冷变形强化，使冲压件具有质量轻、强度高和刚性好的优点。冲模是冲压生产的主要工艺装备，其结构复杂，精度要求高，制造费用相对较高，故冲压适合在大批量生产条件下采用。,冲压设备：主要有剪床和冲床两大类。,冲压生产的基本工序有分离工序和变形工序两大类。,第一节 分离工序,第二节 变形工序,第三节 冲模简介,第四节 冲压件的结构工艺性,第一节 分离工序,分离工序,是使板料的一部分与另一部分分离的加工工序。,一、落料及冲孔（冲裁）,1.,冲裁变形过程,金工动画,cy.exe,冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁。普通冲裁的刃口必须锋利，凸模和凹模之间留有间隙，板料的冲裁过程可分为三个阶段,弹性变形阶段,塑性变形阶段,剪裂分离阶段,冲裁除剪切应力应变外，还有拉伸、弯曲和挤压等应力应变,;,当模具间隙正常时，冲裁件的断面有圆角带、光亮带、剪裂带和毛刺四部分组成。,2.,凸凹模间隙,如果间隙过大，会使得圆角带和毛刺加大，板料的翘曲也会加大。,如果间隙过小，会使冲裁力加大，不仅会降低模具寿命，还会使冲裁件的断面形成二次光亮带，在两个光面间夹有裂纹，这些都会影响冲裁件的断面质量。,合理的间隙值,:,Z,=2,Ct,Z,凸模与凹模间的双面间隙，单位为,mm,。,C,与材料厚度、性能有关的系数。,t,板料厚度，单位为,mm,。,3.,凸凹模刃口尺寸计算,落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应等于制件的最小极限尺寸。凸模刃口尺寸比凹模小一个最小合理间隙。冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应等于制件的最大极限尺寸。凹模刃口尺寸比凸模大一个最小合理间隙。,4.,冲裁件的排样,冲裁件在条料上的布置方法称为,排样,。,排样方法,：,有废料排样法 沿冲裁件周边都有工艺余料（称为搭边），冲裁沿冲裁件轮廓进行，冲裁件质量和模具寿命较高，但材料利用率较低。少废料排样法 沿冲裁件部分周边有工艺余料。这样的排样法，冲裁沿工件部分轮廓进行，材料的利用率较有废料排样法高，但冲裁件精度有所降低。无废料排样法 沿冲裁件周边没有工艺余料，采用这种排样法时，冲裁件实际是由切断条料获得，材料的利用率高，但冲裁件精度低，模具寿命不高。,搭边,：,是指冲裁件与冲裁件之间，冲裁件与条料两侧边之间留下的工艺余料，其作用是保证冲裁时刃口受力均匀和条料正常送进。,二、修整,修整是在模具上利用切削的方法，将冲裁件的边缘或内孔切去一小层金属，从而提高冲裁件断面质量与精度的加工方法。,三、切断,用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。,第二节 变形工序,一、拉深,1.,拉深过程,拉深,：是使平面板料成形为中空形状零件的冲压工序。,原始直径为,D 0,的板料，经过凸模压入到凹模孔口中，,拉深后变成内径为,d,、高度为,h,的筒形零件。,拉深,2.,拉深中的废品,拉深过程中的主要缺陷是,起皱和,拉裂,。,（,1,）起皱,起皱是拉深时由于较大的切向压应力使板料失稳造成的，生产中常采用加压边圈的方法予以防止。,（,2),拉裂,拉裂一般出现在直壁与底部的过渡圆角处，当拉应力超过材料的抗拉强度时，此处将被拉裂。为防止拉裂，应采取如下工艺措施：,限制拉深系数,这是防止拉裂的主要工艺措施。,拉深系数,是衡量拉深变形程度大小的主要工艺参数，它用拉深后工件直径与拉深前工件（半成品）直径的比值,m,表示，即,m=d/D,0,。拉深系数越小，表明变形程度越大，拉深应力越大，容易产生拉裂废品。能保证拉深正常进行的最小拉深系数，称为,极限拉深系数,。,中为减少拉深次数，一般采用较小的但比极限拉深系数大的拉深系数。,拉深次数的确定,深度小的工件可以一次拉深成形；深度大的工件则需两次或多次拉深，每道次的拉深系数应大于极限拉深系数。,若板料各道次拉深系数分别用,m,1,、,m,2,、,、,m,n,表示，则：,，,，,m,总,=m,1,m,2,m,n,式中,D,0,毛坯直径，单位为,mm,；,d,工件直径，单位为,mm,；,d,1,、,d,2,、,、,d,n-1,为中间各道次拉深坯的直径，最后一次拉深直径,d,n,=,d,；,m,1,m,n,为第一次至第,n,次的拉深系数。,凹凸模工作部分，必须加工成圆角,。,凹模圆角半径为,R,凹,=,（,5,10,）,t,，,凸模圆角为半径,R,凸,=(0.7,1,）,t,。,合理的凸凹模间隙。,间隙过小，容易拉穿；间隙过大，容易起皱。,一般，凸凹模之间的单边间隙,Z,=,（,1.0,1.2,）,t,max,。,减小拉深时的阻力,压边力要合理不应过大；凸、凹模工作表面要有较小的表面粗糙度；在凹模表面涂润滑剂来减小摩擦。,二、弯曲,将金属材料弯曲成一定角度和形状的工艺方法称为,弯曲,。,弯曲过程中，板料弯曲部分的内侧受压缩，而外层受拉伸。当外侧的拉应力超过板料的抗拉强度时，即会造成金属破裂。板料越厚，内弯曲半径,r,越小，则拉应力越大，越容易,弯裂,。为防止弯裂，弯曲半径不得小于允许的最小弯曲半径,r,min,=(0.25,1),（,为金属板料的厚度）。材料塑性好，则弯曲半径可小些。在变形区的厚度方向，缩短和伸长的两个变形区之间，有一层金属在变形前后没有变化，这层金属称为,中性层,。中性层是计算弯曲件展开长度的依据。,由于材料的弹性恢复，会使弯曲件的角度和弯曲半径较凸模大，这种现象称为,回弹,。回弹会影响弯曲件的精度，通常在设计弯曲模时，应使模具的弯曲角,减小一个回弹量,。,三、翻边,四、成形,翻边加工举例,第三节 冲模简介,简单冲摸,1,凸模,2,凹模,3,上模板,4,下模板,5,模柄,6,压板,7,压板,8,卸料板,10,定位销,11,套筒,12,导柱,连续冲摸,1,落料凸模,2,定位销,3,落料凹模,4,冲孔凸模,5,冲孔凹模,6,卸料板,7,坯料,8,成品,9,废料,复合冲摸,1,凸凹模,2-,拉深凸模,3,压板或卸料器,4,落料凹模,5,顶出器,6,条料,7,挡料销,8,坯料,9,拉深件,10,零件,11,切余材料,第四节 冲压件的结构工艺性,冲压件的设计不仅应保证具有良好的使用性能，而且也应具有良好的工艺性能，以减少材料的消耗、证长模具寿命、提高生产率保证冲压件质量等。,一、冲压件的形状及尺寸,1,对落料件和冲孔件的要求,冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于排样。冲裁件转角处应尽量避免尖角，以圆角过渡。冲裁件应避免长槽和细长悬臂结构，对孔的最小尺寸及孔距间的最小距离等，也都有一定限制。冲裁件的尺寸精度要求应与冲压工艺相适应，其合理经济精度为,IT9,IT12,，较高精度冲裁件可达到,IT8,IT10,。,2.,对弯曲件的要求,弯曲件的弯曲半径不应小于最小弯曲半径。弯曲件应尽量对称，以防止在弯曲时发生工件偏移。应尽可能沿材料纤维方向弯曲，多向弯曲时，为避免角部畸变，应先冲工艺孔或切槽。,3,对拉深件的要求,拉深件的形状应力求简单、对称。,尽量避免直径小而深度大，否则不仅需要多副模具进行多次拉深，而且容易出现废品。,拉深件的底部与侧壁，凸缘与侧壁应有足够的圆角。不要对拉深件提出过高的精度或表面质量要求。,二,、简化工艺及节省材料的设计,对于形状复杂的冲压件可将其分成若干简单件，分别冲压后，再焊接成为整体组合件。,在使用性能不变的情况下，应尽量简化拉深件的结构，以达到减少工序、节省材料和降低成本的目的。,三、冲压件的精度和表面质量,冲压件的精度：,落料件不超过,IT10,冲孔件不超过,IT9,弯曲件不超过,IT10,IT9,拉深件高度尺寸,IT10,IT8,拉深件直径尺寸,IT10,IT9,经整形后的尺寸精度,IT7,IT6,冲压件表面质量,不能超过原材料所具有的表面质量。,