第五章 塑性成形.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,*,第,5,章 塑性加工,1.,金属塑性成形工艺基础,2.,金属的塑性成形方法,3.,塑性成形金属零件的结构与工艺设计,5.1.1,金属的塑性成形原理,塑性成形：,指固态金属在外力作用,下产生塑性变形，获得所需形状、,尺寸及力学性能的毛坯或零件的加,工方法。具有较好塑性的材料如钢,和有色金属及其合金均可在冷态或热态下进行塑性成形加工。,金属坯料,外力,塑性变形,产生,改变形状,改变尺寸,改善性能,达到,毛坯,零件,得到,5.1,金属塑性成形工艺基础,1.,塑性成形的实质,具有一定塑性的金属坯料在外力作用下，当内应力达到一定的条件，就会发生塑性变形；由于金属材料都是晶体，故要说明塑性变形的实质，必须从其晶体结构来说明。,（,1,）单晶体的塑性变形,单晶体的塑性变形有两种方式：,滑移和孪晶,（,2,）多晶体的塑性变形,工业中实际使用的金属大多是多晶体。,多晶体的特征：,a.,晶体形状和大小不等,b.,相邻晶粒的位向不同,c.,多晶体内存在大量晶界,实际塑性变形：,a.,各个晶粒内部滑移和孪生的总和，构成整体塑性变形。,b.,各个晶粒间的变形，是产生内应力和开裂的原因。,多晶体,多晶体晶粒逐批滑移示意图,多晶体的塑性变形是,晶粒内滑移与孪晶,和,晶粒间滑移与转动,的综合作用的结果。,2.,塑性变形后的金属组织和性能,（,1,）冷变形强化（加工硬化）：,指金属在低温下进行塑性变形时，金属的强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象，,如图,所示；变形程度越大，冷变形强化现象越严重。,常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响,冷变形强化的原因是：在塑性变形过程中，在,滑移面上产生了许,多晶格方向混乱的,微小碎晶，滑移面,附近的晶格也产生,了畸变，增加了继,续滑移的阻力，使,继续变形困难。,滑移面附近晶格畸变示意图,（,2,）纤维组织,铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分,布的杂质形状都发生了,变形，它们将沿着变形,方向被拉长，呈纤维形,状。这种结构,叫,纤维组织,。,性能特点：具有各向异性,a,）,纵向（平行纤维方向），韧、塑性增加,b,）,横向（垂直于纤维方向），韧、塑性降低但抗剪切能力显著增强,纤维组织,合理分布,零件最大拉应力方向应与锻造流线平行,零件最大剪切应力方向应与锻造流线垂直,零件外形轮廓应与锻造纤维的分布相符合而不被切断。,合理,不合理,（,1,）回复,加工硬化后的金属，在加热到一定温度后，原子获得热能，使原子得以恢复正常排列，消除了晶格扭曲，可使加工硬化得到部分消除，这一过程称为回复。,回复温度较低，对于纯金属，可用下式计算：,式中,-,金属的绝对回复温度；,-,金属的绝对熔化温度；,3.,塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化,(2),再结晶,当温度升高到该金属熔点热力学温度的,0.4,倍时，金属原子获得更多的热能，则开始以某些碎晶或杂质为核心结果成新晶粒，从而消除了残余应力和加工硬化现象，这一过程称为再结晶。,再结晶的最低温度称为,再结晶温度,，一般纯金属地再结晶温度为：,再结晶使内应力全部消除，强度降低，塑,性增加。,金属的回复和再结晶示意图,（,3,）冷变形和热变形,冷变形：,指金属在其再结晶温度以下进行塑性变形。如冷冲压、冷弯、冷挤、冷镦、冷轧和冷拔。能获得较高的硬度及表面质量。,热变形：,指金属在其再结晶温度以上进行塑性变形。如锻造、热挤和轧制等；能消除冷变形强化的痕迹，保持较低的塑性变形抗力和良好的塑性。,5.1.2,金属塑性加工性能及影响因素,1.,金属的可锻性,金属的锻造性能,是用来衡量金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度，是金属的工艺性能指标之一。常用金属的塑性和变形抗力两个因素来综合衡量，塑性越好，变形抗力越小，则锻造性能越好。影响金属锻造性能的因素有：金属的本质和金属的变形条件。,（,1),金属的本质,金属的化学成分：化学成分不同，塑性不同，锻造性能不同。,金属的组织结构：组织结构不同，锻造性能不同；单一固溶体组成的合金，塑性好，锻造性能好；,铸态柱状组织和粗晶结构不如细小均匀的晶粒结构；,（,2,）金属的变形条件,变形温度：,温度升高，塑性上升，降低变形抗力，易于锻造；但温度过高也会产生相应的缺陷，如氧化，脱碳、过热和过烧等。故要严格控制锻造温度范围。,锻造温度范围指始,锻温度与终锻温度间的,温度范围，以合金状态,图为依据。,碳钢的锻造温度范围,低碳钢的力学性能与温度的关系,变形速度：,指金属在锻压加工过程中单位时间内的相对变形量。,变形速度的影响较复杂：一方面变形速度增大，,冷变形强化现象严重，,变形抗力增大，锻造性,能变坏；另一方面变形,速度很大时产生的热能,使金属温度升高，提高,塑性，降低变形抗力，,锻造性能变好。,应力状态：,不同压力加工方法，金属内部的应力状态是不同的：,在金属塑性变形时，压应力数目越多，其塑性变形越好，因为压应力使滑移面紧密结合，防止产生裂纹；拉应力则使塑性变形降低，应为它使缺陷扩大，使滑移面分离。但压应力时变形抗力增大。故必须综合考虑塑性和变形抗力。,不同变形方式时的应力状态,5.2,金属的塑性成形工艺及工艺方法,5.2.1,锻造成形,1.,自由锻,自由锻指利用冲击力或压力使金属在上下砥铁之间产生塑性变形，从而获得所需锻件的成形方法。坯料在锻造过程中，变形不受限制，锻件的形状和尺寸靠锻工的技术来保证，所用设备与工具通用性强。主要用于单件、小批生产，也是生产大型锻件的唯一方法。,（,1,）自由锻设备,空气锤：它由电动机直接驱动，打击速度快，锤击能量小，适用于小型锻件。,蒸汽,空气锤：利用蒸汽或压缩空气作为动力，适用于中小型锻件。,水压机：以压力代替锤锻时的冲击力，适用于锻造大型锻件；其工作过程包括空程、工作行程、回程、悬空。,(2),自由锻工序：,根据作用与变形要求的不同，可分为基本工序、辅助工序和精整工序。,基本工序：,改变坯料的形状和尺寸以达到锻件基本成形的工序；包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移等。最常用的是镦粗、拔长、冲孔。,辅助工序：,为了方便基本工序的操作，而使坯料预先产生某些局部变形的工序。如,压钳口、,倒棱,和切,肩。,精整工序：,修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面的不平和歪扭，使锻件达到图纸要求的工序。如修整鼓形，平整端面、校直弯曲。,H,完全礅粗,局部礅粗,1.25H,0,/D,0,2.5,礅粗：,，,S,，S,拔长：,L,冲孔：,弯曲：,扭转：,错移：,（,3,）自由锻工艺规程的制定,1,）锻件图的绘制,b.,余量：,在零件加工表面上为切削加工而增加的尺寸。,c.,公差,a.,敷料：,为了简化零件的形状和结构、便于锻造而增加的一部分金属。,是锻件名义尺寸的允许变动量（,1/3-1/4,）余量,2,）坯料重量和尺寸的计算,G,坯,=G,锻,+G,料头,+G,烧,3,）锻件工序的选择,基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、错移、扭转；,辅助工序：倒棱、压肩等；,精整工序：修整鼓形、平整端面、校直弯曲。,2.,模锻,模锻是在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形的锻造方法。与自由锻相比，模锻的优点是：,由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以比较复杂；,操作技术要求不高，但生产效率高；,锻件表面光洁，尺寸精度高，节约材料和切削加工工时。,按使用设备不同，模锻可分为：锤上模锻、胎模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻、平锻机上模锻等。,（,1,）锤上模锻,锻模结构,锤上模锻工作示意图,模膛分类,模膛,终锻模膛,预锻模膛,制坯模膛,拔长模膛,滚压模膛,弯曲模膛,切断模膛,模锻模膛,制定模锻工艺规程,1,）制定锻件图,a.,分模面,保证模锻件能从模膛中取出，分模面应选在锻件的,最大截面处,。,应使,上、下模膛,沿分模面的模膛,轮廓一致,，以便在安装锻模和生产中容易发生错模现象。,最好把分模面选在能使模膛深度,最浅,的位置。,所选择分模面的应使零件上所加的,敷料,最小，这样可以节约金属。,最好使分模面是,平面,，使上下锻模的模膛深度基本一致，差别不宜过大，以便于制造锻模。,分模面的选择比较图,加工余量：,1-4mm,公差：,0.3-3mm,c.,设计模锻斜度,3-12,0,3571012,b.,确定加工余量、公差,d.,设计模锻圆角,外圆角：,r=2-12mm,内圆角：,R=,（,3-4,）,r,e.,确定冲孔连皮,锻件上的透孔由于锤击时凹凸模不可能完全贴靠,而不可能穿透，孔内必须留有一定厚度的连皮。,f.,绘制锻件图,当,d=25mm,，锻件上的透孔由于锤击时凹凸模不,可能完全贴靠而不可能穿透，孔内必须留有一定,厚度的连皮。当孔为,30-80mm,时，冲孔连皮的厚,度为,4-8mm,。,2,）确定模锻工步,1,）基本工序,圆盘类零件：镦粗 预锻 终锻,长杆类零件：制坯 预锻 终锻,2,）修正工序,切边；,冲孔；,校正；,热处理；,清理。,长轴类模锻件,长轴类模锻件，其模锻工序通常采用,拔长、滚挤、预锻、终锻和切断等工序。,（,2,）,压力机上模锻,摩擦压力机是将飞轮旋转所积蓄的能量转化成金属的变形能进行锻造的，属锻锤类锻压设备。,摩擦压力机上模锻的特点如下：,a.,滑块运动速度低，可锻造低塑性合金钢和有色金属；,b.,承受偏心载荷能力差，仅适合单膛模锻；,c.,打击速度低，可采用组合模具，降低生产成本，缩短生产周期；,d.,滑块行程不固定，故工艺性广泛。,摩擦压力机上模锻,摩擦压力机传动简图,曲柄压力机上模锻：,优点：,a.,锻造力是压力，坯料的变形速度较低，可锻造较低塑形合金；,b.,锻造时滑块的行程不变，每个变形工步在一次行程中即可完成，便于实现机械化和自动化，具有很高生产率；,c.,滑块运动精度高，并有锻件顶出装置，使模锻斜度、加工余量、锻造公差减小，锻件精度比锤上模锻高。,d.,振动和噪音较小，劳动条件改善。,曲柄压力机的传动系统图,1,电动机,2,小皮带轮,3,皮带,4,大皮带轮,5,离合器,6,轴承,7,曲轴,8,工作台,9,下模,10,上模,11,导轨,12,滑块,13,连杆,14,制动器,平锻机上模锻,平锻机相当于卧式的曲柄压力机，他沿水平方向对坯料施加锻造压力。其,特点是,：,坯料都是棒料或管材，并且只进行局部（一端）加热和局部变形加工，因此可锻造立式锻压设备上不能锻造的某些长杆类锻件。,锻模有两个分模面，锻件出模方便，可以锻出在其它设备上难以完成的在不同方向上有凸台或凹槽的锻件。,需配备对棒料局部加热的专用加热炉。,是高效率、高质量、容易实现机械化的锻造方法，但设备结构复杂，价格贵，适用于大批量生产。,胎模锻的特点,a.,与自由锻相比，模锻件的形状较为复杂，尺寸精确，生产效率高。,b.,与模锻相比可利用自由锻设备组织生产，胎模制造成本低。,3.,胎模锻,胎模的种类,按胎模的结构特点分为扣模、弯曲模、套筒模和合模等。,5.2.2,板材冲压成形,板料冲压是利用冲模使板料产生,分离,或,成形,的加工方法。,冲压的优点：,（,1,）可生产形状复杂的零件，废料少。材料的利用率高，一般可达,70,80%,。,（,2,）零件精度高、表面粗糙度低、互换性好。,（,3,）能获得质量轻，材料消耗少，强度高，刚度好的零件。,（,4,）冲压操作简单，易实现机械化和自动化，生产率高，每分钟可冲压小件数千件。,1.,分离工序,落料,时被分离的部分为工件，而周边是废料；,冲孔,时被分离的部分为废料，而周边是成品。1,2,（,1,）冲裁（落料和冲孔）,冲裁变形过程包括三个阶段，即,弹性变形,阶段、,塑性变形,阶段、,断裂分离,阶段,1,）冲裁变形过程,2,）凸凹模间隙,冲裁模合理间隙值（双边）,材料种类,材料厚度,S/mm,0.1-0.4,0.4-1.2,1.2-2.5,2.5-4,4-6,软钢、黄铜,0.01-0.02mm,7%-10%S,9%-12%S,12%-14%S,15%-18%S,硬钢,0.01-0.05mm,10%-17%S,18%-25%S,25%-27%S,27%-29%S,磷青铜,0.01-0.04mm,8%-12%S,11%-14%S,14%-17%S,18%-20%S,铝及铝合金（软）,0.01-0.03mm,8%-12%S,11%-12%S,11%-12%S,11%-12%S,铝及铝合金（硬）,0.01-0.03mm,10%-14%S,13%-14%S,13%-14%S,13%-14%S,3,）凸凹模刃口尺寸的确定,设计,落料模,时，应先,按落料件,确定,凹模刃口尺寸,，取凹模作设计基准件，然后根据间隙,Z,确定凸模尺寸（即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值）。,设计,冲孔模,时，先按,冲孔件,确定,凸模尺寸,，取凸模作设计基准件，然后根据间隙,Z,确定凹模尺寸（即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值）。,4,）,冲裁力计算,冲裁力是选用冲床吨位和检验模具强度的主要依据，平刃冲模的冲裁力可用下式计算：,冲裁力，单位为,N,；,冲裁件周边长度，单位为,mm,；,板料剪切强度，单位为,Mpa,；,板料厚度，单位为,mm,；,因数，与模具间隙、刃口、材料力学性能、厚度等有关，常取,1.3,（,2,）修整,修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺，从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。,修整后冲裁件公差等级,达,IT6,IT7,，表面粗糙度,Ra,为,0.8,1.6m,。,修整工序简图,（,3,）切断,切断是指用剪刀或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。,拉深过程及变形特点：,拉深过程如,图,示，其凸模和凹模有一定的圆角，其间隙一般稍大于板料厚度。拉深件的底部一般不变形，厚度基本不变。直壁厚度有所减小。,圆筒形零件的拉深,拉深也称拉延,，是利用模具使冲裁后得到的平面毛坯变成为开口空心零件的冲压工艺。,1,）拉深变形过程,2.,成形工序,成形工序包括拉伸、弯曲、翻边和成型等,（,1,）拉深,2,）拉深系数,拉深件直径,d,与坯料直径,D,的比值称为拉深系数，用,m,表示，即,m,=,d,/,D,。,拉深系数不小于,0.5,0.8,。坯料的塑性差取上限值，塑性好取下限值。,如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时，则可采用多次拉深工艺。,第一次拉深系数,m,1=,d,1/,D,第二次拉深系数,m,2=,d,2/,d,1,第几次拉深系数,m,n,=,dn,/,dn-1,总的拉深系数,m=m1,m2,mn,3,）拉深中的质量问题,从拉深过程中可以看到，拉伸件中最危险的部位是直壁与底部的过渡圆角处，当拉应力超过材料的强度极限时，此处将被,“,拉穿或破裂,”,。,防止的措施有：,a.,凹凸模半径合理：,R,凹,=,（,6-15,）,S,，,R,凸,=,（,0.6-1,）,R,凹,b.,凹凸模间隙合理：,Z=,（,1.1-1.2,）,S,c.,拉深系数合理,d.,模具表面精度和润滑条件好,起皱,是由于法兰部分在切向力的作用下导致的结果。,起皱,与板料的相对厚度,S/D,、拉深系数,m,、压边力有关。,为了防止起皱，可用压边圈把坯料压紧。,（,2,）弯曲,弯曲是将坯料弯成一定的角度，一定的曲率形成一定形状零件的工序。,弯曲时要注意弯裂和回弹，弯曲角度不能太小（临界值,r,min,=,（,0.25-1,）,S,），还应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直。,回弹现象,-,由于弹性变形的恢复，坯料略微弹回一点，使被弯曲的角度增大。一般回弹角为,0,10,。,与坯料纤维方向垂直,（,3,）胀形,胀形是利用坯料局部厚度变薄形成零件的成形工序。有如下几种方式：,P229,1,）平板坯料胀形,2,）管坯胀形,3,）球体胀形,4,）拉形,2,）管坯胀形,3,）球体胀形,4,）拉形,3,）球体胀形,4,）拉形,4,）拉形,翻边是在坯料的平面部分或曲面部分上使板料沿一定的曲率翻成竖立边缘的冲压成型方法。分内孔翻边和外缘翻边两种。,(4),翻边,翻边,简单模：,在压力机的一次行程中只完成一道工序的模具。模具结构简单，制造方便，适于小批生产,。,3.,冲压模具,1,固定卸料板,2,导料板,3,挡料销,4,凸模,5,凹模,6,模柄,7,上模座,8,凸模固定板,9,凹模固定板,10,导套,11,导柱,12,下模座,复合模：,在压力机的一次行程中，在模具的同一位置完成一道以上工序的模具。零件精度高、平整性及生产率高，但模具制造复杂成本高，适于大批量生产中小型零件。,1,弹性压边圈,2,拉深凸模,3,落料、拉深凸凹模,4,落料凹模,5,顶件板,连续模：,级进模，在冲床的一次行程中，在模具不同部位上同时完成数道冲压工序的模具。生产效率高、易于实现自动化，但定位精度要求高，制造成本高，,适于大批量,生产。,1,模柄,2,上模座,3,导套,4,、,5,冲孔凸模,6,固定卸料板,7,导柱,8,下模座,9,凹模,10,固定挡料销,11,导正销,12,落料凸模,13,凸模固定板,14,垫板,15,螺钉,16,始用挡料销,连续模,5.2.3,挤压、轧制、拉拔成形,挤压成形是使坯料在外力作用下，使模具内的金属坯料产生定向塑性变形并通过模具上的孔型，而获得具有一定形状和尺寸的零件的加工方法。,挤压的,优点：,a.,适用多种材料；,b.,可以挤出形状复杂的零件；,c.,零件精度高，表面粗糙度低；,d.,零件的力学性能好；,e.,节约原材料。,1.,挤压,根据金属的流动方向和凸模运动方向的关系可分为：,正挤压：,两者方向相同,。,反挤压：,两者方向相反,。,复合挤压：,两方向同时发生,。,径向挤压：,金属的流动方向与凸模运动方向垂直。,2.,轧制成形,金属坯料通过一对旋转轧辊之间的间隙而使坯料受挤压产生横截面减少、长度增加的塑性变形过程。是生产型材、板材和管材的主要方法。生产效率高、产品质量好、成本低、节约金属。,按轧辊的形状、轴线配置可分为：辊锻、辗环、横轧、斜轧。,（,P234,）,1.,纵轧：轧辊轴线与坯料轴线相互垂直的轧制方法。,2.,横轧：轧辊轴线与坯料轴线相互平行的轧制方法。,3.,斜轧：轧辊轴线与坯料轴线相交成一定角度的轧制方法。,3.,拉拔成形：,拉拔是使金属坯料通过一定形状的模孔，使其横截面减小、长度增加的加工方法。产品形状尺寸精确、表面质量好、机械强度高。常用于拔制金属丝、细管材和异型材等。,1.,超塑性成形；,2.,旋压成形；,3.,摆动辗压成形；,4.,粉末锻造 液态模锻；,5.,电磁成形；,6.,充液拉深；,7.,聚氨酯成形。,5.2.4,特种塑性加工方法,P236,超塑性成形：板料冲压,超塑性成形：板料气压成形,旋压成形,摆动辗压成形,液态模锻,充液拉深,5.3,塑性成形金属零件的结构与工艺设计,（,P244,）,5.3.1,锻件结构工艺性,1.,自由锻件结构工艺性,a.,锻件上具有锥体或斜面结构，是不合理的。,b.,锻件由几个简单的几何体构成时，几何体的交接处不应形成空间曲线。,c.,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表面。,c.,锻件的横截面有急剧变化或形状较复杂时，应设计成由几个简单件构成组合体。,2.,模锻件的结构工艺性。,a.,模锻零件必须有一个合理的分模面，以保证模锻件易于从锻模中取出，敷料最少，锻模容易制造。,b.,零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出模锻斜度。,c.,为了使金属容易充满模膛和减少工序，零件外形力求简单、平直和对称。,d.,在零件结构允许的条件下，设计时尽量避免有深孔或多孔的结构。,e.,在可能的条件下，采用锻、焊组合工艺，以减少敷料，简化模锻工艺。,5.3.2,冲压件结构工艺性,1.,冲压件的形状与尺寸,(1),对落料和冲孔件的要求,a.,落料件的外形和冲孔件应力求简单、对称，尽可能采用圆形、矩形等规则形状，避免长槽与细长悬臂结构。,不合理的落料件外形,b.,孔及有关尺寸如下图所示。,冲孔件尺寸与厚度的关系,c.,冲孔件与落料件上直线与直线、曲线与直线的交接处，均以圆弧连接，以避免尖角处因应力集中而被冲模冲裂。,d.,冲裁件的排样。,(2),对弯曲件的要求,a.,弯曲件形状应对称，弯曲半径不能小于允许的最小弯曲半径，并应考虑材料纤维方向，以免成形过程中弯裂。,b.,弯曲边过短不易弯曲成形，故应使弯曲边的平直部分,H,2S,，如果要求,H,很短，则需先留出适当的余量，弯好后再去除多余材料。,c.,弯曲带孔件，为避免孔变形，孔的位置应如图所示，图中,L,（,1.5-2,）,S,。,弯曲件边高及孔的位置,(3),对拉深件的要求,a.,拉深件外形应简单、对称，且不宜太高，以便使拉深次数尽量少，并容易成形。,b.,拉深件最小圆角半径如下图所示：,5.3.2,冲压件结构工艺性,2.,改时结构可以简化工艺节省材料,(1),采取冲焊结构,(2),采取冲口工艺，以减少组合件数量。,(3),在使用性能不变的情况下，应尽量简化拉深件结构，以便减少工序，节省材料，降低成本。,5.3.2,冲压件结构工艺性,3.,冲压件的厚度,在强度、刚度允许的条件下，尽可能的采用较薄的材料来制作零件，以减少金属的消耗。对局部刚度不够的地方，可采用加强筋措施，以实现薄材料代替厚材料。,5.4,塑性加工技术新进展,（,P249,）,1.,发展省力成形工艺；,2.,增强成形柔性；,3.,提高成形精度；,4.,推广,CAD/CAE/CAM,技术；,5.,实现产品,-,工艺,-,材料一体化。,谢 谢！,4.,径向锻造,径向锻造是对轴向,旋转送进的棒料或,管料施加径向脉冲,打击力，锻成沿轴,向具有不同横截面,制件的工艺方法。,径向锻造件,径向锻造件,5.3,塑性成形工艺设计,1,、自由锻工艺规程的制订,自由锻的工艺规程包括：绘制锻件图，计算坯料的重量和尺寸，确定变形工步，选定设备和工具，确定锻造温度范围和加热、冷却及热处理的方法和规范等。,（,1,）绘制锻件图,锻件图是根据零件图，并考虑加工余量，锻造公差和余块等绘制而成。它是计算坯料、确定变形工艺、设计工具和检验锻件的依据。,5.3.1,自由锻的工艺设计,典型锻件图,(a),锻件的余量及敷料,(b),锻件图,绘制锻件图应考虑以下几个因素：,敷料；,锻件余量；,锻件公差。,5.3,塑性成形工艺设计,坯料质量,:,坯料质量为锻件质量与锻造时各种金属损耗的质量之和可用下式计算：,(2),计算坯料重量和尺寸,坯料质量,锻件质量,坯料加热时因氧化而烧损质量，常取锻件的,2.5%,冲孔时的芯料质量,锻造中被切掉部分的质量,坯料尺寸,:,首先根据坯料质量计算出坯料体积，然后考虑锻造比和变形方式等因素确定坯料截面尺寸，最后计算出长度尺寸或钢锭尺寸。,5.3,塑性成形工艺设计,（,3,）选择锻造工序,a),漏盘上镦粗,b),胎膜内镦粗,c),中间镦粗,局部镦粗,a),拔长,b),局部拔长,c),心轴拔长,拔长,a),双面冲孔,b),单面冲孔,c),空心冲子冲孔,冲孔,5.3,塑性成形工艺设计,2,、自由锻锻件的结构工艺性,避免锥体和斜面结构,几何体间的交接处,不应形成空间曲线,5.3,塑性成形工艺设计,自由锻件上不应设计,出加强肋、凸台、工字形截面,截面变化大的锻件，,采用组合连接,5.3,塑性成形工艺设计,2,、模锻工艺规程的制订,模锻工艺规程包括制订锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步（模膛）、选择设备及安排修整工序等。,（,1,）制订锻件图,锻件图是生产和检验锻件及设计锻模的依据。制订锻件图时应考虑如下问题：,分模面的确定,分模面即是上下锻模在模锻件上的分界面，其位置影响锻件成形、锻件出模、模具加工、工步安排、金属材料消耗和锻件质量。应遵循以下原则。,5.3.2,模锻件的工艺设计,5.3,塑性成形工艺设计,保证模锻件能从模膛取出，应在最大截面处分模；如图，,aa,面不合理。,防止错模，应使上下模膛轮廓相同；,如图,所示，,cc,面不合理。,应使模膛深度最浅，以利于金属充满模膛，模具加工；如图所示，,bb,面不合适。,分模面的选择比较,节约金属、减少切削加工量；如图如图所示，,bb,面无法锻出孔。,使分模面为平面，并使上下模膛深度基本一致；如图所示，,dd,面分型最合适。,5.3,塑性成形工艺设计,确定加工余量、公差、余块、模锻斜度、圆角半径、冲孔连皮,加工余量、公差、余块,：比自由锻件小，孔应有冲孔连皮。,模锻斜度,：为取出模锻件，在平行于锤击方向的表面设计的斜度。,圆角半径,：在模锻件上所有两平面的交角出均,需做成圆角，以增加锻,件强度，使锻造时金属,易于充填模膛，避免裂,纹，减轻锻模磨损。,最后绘制锻件图。,模锻斜度,模锻圆角半径,5.3,塑性成形工艺设计,(2),确定模锻工步,模锻工步主要根据模锻件的形状和尺寸来确定。,长轴类,长度明显大于其宽,度和高度的零件，如台,阶轴、曲轴、连杆等；,锻造时常选用拔长、滚,压、弯曲、预锻、终锻,等工步。,长轴类锻件,5.3,塑性成形工艺设计,盘类,轴向尺寸较短，在分模面上投影为圆形或长宽尺寸相近的零件，如齿轮、凸缘、十字轴等；常采用镦粗、终锻等工步。,盘类锻件,5.3,塑性成形工艺设计,(3),安排修整工序,1,）切边和冲孔。,2,）校正,3,）热处理：正火或退火,4,）清理：去除氧化皮，油污及其他表面缺陷；,5,）精压，,平面精压或,体积精压。,切边模 冲孔模,平面精压 体积精压,5.3,塑性成形工艺设计,设计模锻件时，应根据模锻特点和工艺要求，使零件结构符合下列原则：,1,、模锻件应具备合理的分模面；,2,、仅配合表面设计为加工面，其余为非加工面，与锤击方向平行的非加工面应有模锻斜度，连接面应有圆角；,3,、应避免窄沟、深槽、深孔及多孔结构；以利于充填和模具制造；,4,、形状复杂的锻间应采用锻焊或锻机械连接组合工艺，以减少余块，简化模锻工艺；,2,、模锻件的结构工艺性,5.3,塑性成形工艺设计,5,、零件外形应简单、平直和对称，截面相差不宜过于悬殊，避免高肋、薄壁凸起等不利于成形的结构。,如图,所示的,a,、,b,、,c,均不利成形，而,d,较好。,5.3,塑性成形工艺设计,对冲裁件的要求,冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用。,应避免长槽与细长悬臂结构，否则制造模具困难。,利用率高,利用率低,落料外形不合理,零件形状与节约材料的关系,5.3.3,板料冲压件的工艺设计,1,、分析冲压件的工艺性,5.3,塑性成形工艺设计,冲裁件的内、外形转角处，要尽量避免尖角，应,以圆弧连接,。以避免尖角处应力集中被冲模冲裂。,冲孔件尺寸与厚度关系合理,5.3,塑性成形工艺设计,弯曲件形状应尽量对称，弯曲半径不能小于材料允许的,最小弯曲半径,，并应考虑材料,纤维方向,，以免成型过程中弯裂。,弯曲边过短不易弯成型，故应使弯曲边高度,H,2s,。若,H,2s,，,则必须压槽，或增加弯曲边高度，然后加工去掉。,对弯曲件的要求,5.3,塑性成形工艺设计,弯曲带孔件时，为避免孔的变形，孔的边缘距弯曲中心应有一定的距离（如,图,）。图中,L,1.5,2,s,。当,L,过小时,可在弯曲线上冲工艺孔,如对零件孔的精度要求较高，则应弯曲后再冲孔。,5.3,塑性成形工艺设计,对拉伸件的要求,拉深件外形应简单、对称，且不宜太高。以便使拉深次数尽量少，并容易成型。,拉深件的圆角半径（如,图,示）应满足：,rdS,，,R2S,，,r,（,3-5,）,S,。,否则，应增加整形工序。,拉深件的壁厚变薄量一般要求不应超出拉伸工艺壁厚变化的规律（最大变薄率约在,10%,18%,左右）。,5.3,塑性成形工艺设计,5.4.1,高速高能成形,1,、爆炸成形,5.4,塑性成形技术新发展,2,、电液成形,5.4,塑性成形技术新发展,3,、电磁成形,5.4,塑性成形技术新发展,5.4.2,少无切削成形,1,、精密模锻,5.4,塑性成形技术新发展,2,、粉末锻造,5.4,塑性成形技术新发展,3,、超塑性成形,超塑性板料拉深,5.4,塑性成形技术新发展,5.4.3,液态模锻,液态模锻实质是把液态金属直接浇人金属型内，以一定压力作用于液态,(,或半液态,),金属并保压，金属在压力下结晶并产生局部塑性交形。它是在研究压力铸造的基础上逐步发展起来的。,液态模级实际上是铸造加锻造的组合工艺，兼有铸造工艺简单、成本低，又有锻造产品性能好、质量可靠等优点。对于生产形状铰复杂的工件，而在性能上又有一定要求时，液态模锻更能发挥其优越性。,5.4,塑性成形技术新发展,液态模锻工艺示意图,5.4,塑性成形技术新发展,5.4.4,计算机在塑性成形工艺中的应用,1,、塑性成形工艺所用模具,CAD/CAM,系统,5.4,塑性成形技术新发展,2,、塑性成型工艺所用模具材料优化专家系统,5.4,塑性成形技术新发展,3,、塑性成形的模拟技术,5.4,塑性成形技术新发展,返回首页,滑移变形,：晶体内的一部分相对另一部分，沿原子排列紧密的晶面作相对滑动。其变形过程,如图,所示。,单晶体的塑性变形,5.1,金属塑性成形工艺基础,返回,双晶,：亦叫孪晶，晶体在外力作用下，晶体内一部分原子晶格相对于另一部分原子晶格发生转动。,如图,所示。,晶体的双晶变形,5.1,金属塑性成形工艺基础,返回,扣模,：分单扣模和双扣模两种。,扣模结构简图,a),单扣模,b,）双扣模,1-,坯料,2-,扣模,5.2,金属的塑性成形方法,返回,弯曲模,：由上、下模组成,弯曲模结构示意图,1-,上扣模,2-,坯料,3-,下扣模,5.2,金属的塑性成形方法,返回,套筒模,：适合生产饼类锻件,套筒模,a),筒模,b),组合筒模,1-,左半模,2-,坯料,3-,右半模,4-,套筒模,5.2,金属的塑性成形方法,返回,合模,：,由上下模组成，并有导柱或导锁定位。,5.2,金属的塑性成形方法,返回,辊锻,：使坯料通过一对旋转的装有圆弧形模块的轧辊是受辗压而变形的加工方法，用于制造扳手、钻头、连杆等。,5.2,金属的塑性成形方法,返回,斜轧,：轧辊相互倾斜配置，以相同方向旋转，坯料在轧辊的作用下反方向旋转，同时作轴向运动的轧制方法。,斜轧,5.2,金属的塑性成形方法,返回,横轧,：是轧辊轴线与坯料,轴线平行，且轧辊与坯料,作相对转动的轧制方法。,横向轧制示意图,a-,横轧齿轮示意图；,b-,楔横轧示意图,1-,轧件；,2齿形轧辊；,3-,带楔形槽的轧辊；,4-,导板,5.2,金属的塑性成形方法,返回,辗环,：是通过扩大环形坯料的内、外径来获得各种环形零件的工艺方法，于火车轮箍、轴承座圈、齿轮及凸缘等。,环形件,5.2,金属的塑性成形方法,返回,谢 谢！,b.,余量、公差和敷料,通常模锻件的机械加工余量为,1-4 mm,，锻造公差为,0.3-3 mm,之间。,当,d=25mm,，锻件上的透孔由于锤击时凹凸模不,可能完全贴靠而不可能穿透，孔内必须留有一定,厚度的连皮。当孔为,30-80mm,时，冲孔连皮的厚,度为,4-8mm,。,模锻件上直径小于,25 mm,的孔一般不予锻出,c.,确定模锻斜度,为了便于将模锻件从模膛中取出，锻件沿锤击方向的表面应留有一定的斜度，称为模锻斜度。锻模斜度通常由专用的模具铣刀铣出，一般为,5-15,。常有,3,、,5,、,7,、,10,、,12,等几种。,由于锻模内壁在锻件冷却后容易被夹住，因此内壁斜度应略大于外壁斜度,2-5 (,2,1,),。一般外壁斜度取,5,或,7,，内壁斜度取,7,或,10,。,d.,确定圆角半径,模锻件上所有转角处都应设计成圆角，以便金属在模膛中流动，保持金属纤维的连续性，提高锻件的质量并避免模锻件转角处产生应力集中及变形开裂现象，延长模具寿命。锻模上的圆角也是由模具铣刀铣出，它有,1,、,1.5,、,2,、,3,、,4,、,5,、,6,、,8,、,10,、,12,、,15,、,20,、,25,、,30 mm,等多种。通常钢锻件内圆角半径,r,取,1.5-12 mm,，内圆角半径,R,是外圆角半径的,2-3,倍。模锻模膛越深，圆角半径应越大。,2,）凸凹模间隙,（,P218,表,8.1,）,间隙小,间隙大,间隙适中,