金属塑性成形.jsp课件.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2章 金属的塑性成形,金属塑性成形的工艺基础,锻造,板料冲压,特种压力加工方法简介,2.1 金属塑性成形的工艺基础,一、金属塑性成形定义：,利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和机械性能的材料、毛坯或零件的成形工艺方法，称为金属的塑性成形（也称压力加工）。,塑性成形过程中作用于金属坯料上的外力性质：,主要有冲击力和压力,2.1.1,概述,二、金属塑性成形的基本生产方式*,1.轧制,金属坯料在两个回转轧辊孔隙中受压变,形，以获得各种产品的加工方法,。,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,将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的,加工方法。,4.锻造,金属坯料在上下抵铁间或锻模模膛内受冲,击力而变形的压力加工方法。,5.板料冲压,金属坯料在冲模之间受压分离或变形,的加工方法。,三、应用与特点：,常用的金属型材、板材、棒材、管材和线材等原材料，大多是通过轧制、拉拔、挤压等方法制成。,凡承受冲击或交变载荷作用的重要机器零件，通常采用锻件作毛坯，再经切削加工而制成，如主轴、曲轴、连杆、齿轮等。,板料冲压广泛用于加工板材，薄壁零件，如汽车、电器、仪表及日用品制造业等方面。,与铸造成形件相比,，塑性成形件的力学性能较好，但塑性成形工艺一般不宜用来制造形状复杂的零件。同时塑性成形的设备费用也较高。,一、金属塑性变形的实质,1、单晶体的塑性变形,*金属塑性变形的实质是晶体内部产生滑移的结果。而滑移是由位错运动产生的。,理论上：,实际上：,常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响：,金属的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，这一现象称为,冷变形强化,，又称,加工硬化,。,此现象,不稳定,回复和再结晶,回复温度,：T,回,=(0.250.3)T,熔,再结晶温度,:T,再,=0.4T,熔,T,回,、T,熔,、T,再,分别是以,绝对温度,表示的金属回复、熔化、再结晶的温度。,塑性变形分为冷变形和热变形,冷变形,：在再结晶温度以下的变形,热变形,:在再结晶温度以上的变形,绝对温度=摄氏温度+273C,对纯金属：,冷变形,热变形,热变形有再结晶现象，无加工硬化痕迹,塑性变形分,特点,问题：为什么锻件质量优于铸件？,冷变形无再结晶现象，只有加工硬化现象,加工硬化,再结晶,高温锻造时,同时存在，硬化现象被消除,三、热变形后金属的组织与性能,金属的致密度提高，消除了部分铸锭缺陷,组织细化，力学性能提高,出现,锻造流线（亦即纤维组织）,，金属呈现各向异性,原因,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，它们沿变形方向被拉长，呈纤维形状,其中纤维状杂质不能经再结晶而消失,而在塑性变形后被保留了下来。这种结构称为,纤维组织,。,注意！,热处理不能改变金属的纤维组织,1、,使金属在性能上具有方向性,纤维组织特点,2、,变形程度越大，纤维组织越明显,3、,纤维组织只能靠锻压方法改变。,零件使用和制造时,要充分考虑纤维组织！,2.2 锻造,利用冲击力或压力使金属坯料在上下抵铁间或锻模模膛内发生变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件，这种工艺方法称为,锻造,。,锻造方法：,自由锻,模 锻,2.2.1 锻造方法,一、自由锻,是利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁之间产生变形，从而达到所需形状及尺寸的锻件的工艺方法。,分类：手工锻造和机器锻造,所用设备分为：锻锤类、机械压力机、水压机三类,特点：,工具简单。,具有较大的通用性，可锻造的锻件质量为,1kg300t,。,在重型机械中，自由锻是生产大型和特大型锻件的,唯一,成型方法。,包括空气锤、,空气-蒸气锤,自由锻的工序：,1、基本工序,使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状和尺寸的工艺过程。,2、辅助工序,为基本工序操作方便而进行的预先变形工序。,3、精整工序,是在完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸及位置精度的工序。,生产中常采用的有：,镦粗；拔长；冲孔；弯曲；位错；扭转；切割等,如：,压肩；倒棱；压钳口等,如：,滚圆、平整等,自由锻工艺规程的制订,1、绘制锻件图,2、坯料重量及尺寸计算,3、选择锻造工序（工步）,1、绘制锻件图,敷料：,为了简化锻件形状、便于进行锻造而增加的一部分金属。,加工余量：,在零件的加工表面上增加供切削加工用的金属。,锻件公差：,锻件名义尺寸的允许变动量。,锻件图是设计和制造锻模，计算坯料和检查锻件的依据。是以零件图为基础，结合工艺特点绘制而成。,应考虑以下几个方面：,1、敷料、余量和公差,2、坯料重量及尺寸计算：,G,坯料,=G,锻件,+G,烧损,+G,料头,先计算体积：V,坯,=m,坯,/,然后计算坯料的直径D,0,或边长A,0,（1）坯料质量的确定,（2）坯料尺寸的确定,3、确定变形工艺方案：基本工序、辅助工序、修整工序,自由锻的工艺规程示例,二、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。胎模的种类有：,扣模,筒模（套模）,合模,(2)胎模锻件的形状和尺寸基本与锻工技术无关，靠模具保证，对工人技术要求不高，操作简便，生产率较高；,(3)胎模锻造的形状准确，尺寸精度较高，因而敷料少，加工余量小；,(4)胎模锻件在胎模内成形，锻件内部组织致密，纤维分布更符合性能要求。,胎模锻与自由锻比较有以下特点：,(1)胎模锻造不需采用昂贵设备，并扩大了自由锻设备的生产范围；,(1)胎模锻造不需采用昂贵的较大吨位的设备，但工人的劳动强度大；,(2)胎模锻造工艺操作灵活，可以局部成形；,(3)胎模是一种不固定在锻造设备上的模具，结构较简单，制造容易，但模具寿命短。,胎模锻与模锻比较有以下特点：,4)常用胎模锻生产批量不大的中小型模锻件。,三、,模 锻,与自由锻比较有如下优点：,生产率高；,锻件尺寸精确；,可以锻造出形状较复杂的锻件；,可以节省金属材料减少切削加工工作量。,是使金属坯料在冲击力或压力作用下，在锻模模膛内发生变形，从而获得所需形状和尺寸锻件的工艺方法。,按使用的设备分：,锤上模锻,压力机上模锻等。,（一）锤上模锻,常用设备：,锻模结构,模锻模膛,制坯模膛,蒸汽空气锤,模锻模膛：,分为终锻模膛和预锻模膛,1.终锻模膛:,作用是使坯料最后变形到所要求的形状和尺寸。,(1)形状应和锻件的形状相同,(2)沿模膛四周有,飞边槽,(3)具有通孔的锻件会留有冲孔连皮,2.预锻模膛：,作用是使坯料变形到接近锻件的形状和尺寸。,(1)圆角和斜度较大,(2)没有飞边槽,(3)形状简单或批量不大时可不用预锻模膛,飞边槽：,制坯模膛,对于形状复杂的模锻件，为了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膛，必须预先在制坯模膛内制坯。,(1)拔长模膛,(2)滚压模膛,(3)弯曲模膛,(4)切断模膛,有以下几种类型：,（二）压力机上模锻,曲柄压力机,摩擦压力机,平锻机,主要设备：,摩擦压力机,曲柄压力机,平锻机工作原理图,（四）模锻工艺规程的制订,绘制模锻件图,坯料重量及尺寸计算,选择锻造工序（工步）,绘制模锻件图,模锻件图是设计和制造锻模，计算坯料和检查锻件的依据。是以零件图为基础，结合工艺特点绘制而成。,应考虑以下几个方面：,1、敷料、余量和公差,2、分模面,3、模锻斜度,4、模锻圆角半径,5、冲孔连皮,分模面,即是上下锻模在模锻件上的分界面。,分模面位置的确定原则：,a)保证模锻件能从模膛中取出；,b)选定分模面后，应使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致；,c)最好把分模面选在能使模膛深度最浅处；,d)选定的分模面应使零件上所加的敷料最少；,e)最好使分模面为一平面，使上下锻模的模膛深度基本一致，差别不宜过大。,3、模锻斜度,4、模锻圆角半径,5、冲孔连皮,2.2.3 锻件结构的工艺性,一、自由锻件的结构工艺性,1.锻件上具有锥体或斜面的结构，从工艺角度衡量是不合理的，应,改斜为平,。,2.锻件由数个简单几何体构成时，几何体的交接处不应形成空间曲线，应,改曲为直,。,3.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，应,加厚去筋,，,改凸为平,。,4.锻件的横截面积有急剧变化或形状较复杂时，应,化整为零,，每个简单件锻制成形后再用焊接机或机械连接方式构成整体零件。,a)工艺性差的结构 b)工艺性好的结构,轴类锻件结构,改斜为平,a)工艺性差的结构 b)工艺性好的结构,杆类锻件结构,改曲为直,a)工艺性差的结构 b)工艺性好的结构,盘类,锻件,结构,加厚去筋,改凸为平（凹）,a)工艺性差的结构 b)工艺性好的结构,复杂件结构,化整为零二、模锻件的结构工艺性,应避免薄壁、,高肋、凸起,等外形结构,零件太扁、太薄,模锻件应避免,深孔或多孔结构,模锻件的整体结构,应力求简单,2.3 板料冲压,定义：,利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。通常是在冷态下进行，所以又叫,冷冲压,。（只有在板厚大于8mm时，才进行热冲压）,用途：,板料冲压广泛应用于制造金属成品的工业部门。在汽车、航空、电器、仪表及国防等工业中占有极其重要的地位。,板料冲压具有下列特点：,(1)可以冲压出形状复杂的零件，废料较少。,(2)产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，互换性好。,(3)能获得质量轻，材料消耗少，强度和刚度较高的零件。,(4)冲压操作简单，工艺过程便于机械化和自动化，生产率高，故零件成本低。,缺点:,冲模制造复杂，只有在大批量生产中才显出其优越性。,基本工序：,分为,分离工序,和,变形工序,2.3.1 分离工序,使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。,二、修整：,利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉存留的剪裂带和毛刺。,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。,一、落料及冲孔(统称冲裁)：,使坯料按封闭轮廓分离的工序。,落料时，冲落部分是成品；冲孔时，冲落部分是废品。,z,z,落料：,被分离的部分为成品，周边为废品。,冲孔：,被分离的部分为废品，周边为成品。,1.变形过程分为：,弹性变形阶段,塑性变形阶段,断裂分离阶段,毛刺,断裂带,光亮带,塌角,断面特征,2.凸凹模间隙,间隙的重要性,1.,间隙是影响冲裁件质量的主要因素,2.间隙,是,模具寿命,的主要影响因素,3.间隙对冲裁力、卸料力、推件力也有影响,间隙过小将增大,冲裁力、,卸料力和推件力。,凸凹模间隙计算公式：,单边间隙,z,的经验公式：,z=m,材料厚度(,mm),m,与材料性能及厚度有关的系数,*3.,凸凹模刃口尺寸的确定,设计落料模先确定凹模刃口尺寸。,以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。,设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。,以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。,计算原则：,根据冲模在使用过程中的磨损规律，从保证零件的尺寸要求，并提高模具的使用寿命出发,设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件的最小极限尺寸；,设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取工件孔的最大极限尺寸。,落料时，凹模刃口尺寸=成品的最小极限尺寸,凸模刃口尺寸=凹模刃口尺寸2 z,=成品的最小极限尺寸2 z,冲孔时，凸模刃口尺寸=成品的最大极限尺寸,凹模刃口尺寸=凸模刃口尺寸+2 z,=成品的最大极限尺寸+2 z,计算公式：,例：（见书P114）,4、冲裁力的计算,平刃冲模的冲裁力：F=K L,K系数，一般取K=1.3；,L冲裁周边长度（mm）；,坯料厚度,（mm）；,材料抗剪强度（MPa）。,5.冲裁件的排样,无搭边排样,有搭边排样,修整工序：,2.3.2 变形工序,使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。,一、拉深：,是将平板坯料制成开口空心（杯形或盒形）零件,的工序。,二、,弯曲,：,坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度,的工序。,三、,翻边,：,在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。,四、,成型,：,利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序。,如：胀形、压筋等。,拉深工序：,拉深中的废品类别,1,拉穿,工艺措施：,拉深系数:,m=d/D,0.50.8,若m过小,可多次拉深,凸凹模间隙取(1.11.2),拉深中的废品类别,2,起皱,工艺措施：,弯曲工序：,弯曲时坯料内侧受压缩，外侧受拉伸，易产生破裂现象；,弯曲时应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向相垂直；,弯曲结束后会发生回弹现象。,翻边和成型工序：,软模胀形,翻边系数：K,0,=d,0,/d,压肋,2.3.3 冲模简介,一、简单冲模,二、连续冲模（级进模）,三、复合冲模,2.3.4 冲压件的结构工艺性,冲压件结构在满足使用性能的前提下，应具有良好的工艺性能。影响冲压件工艺性能的主要因素有冲压件的形状与尺寸、厚度、精度与材料等，因此设计冲压件的结构应考虑：,1、冲压件的形状和尺寸,2、冲压件的厚度,3、冲压件的精度和表面质量,4、简化工艺、节省材料、改进结构,对冲裁件的要求：,对弯曲件的要求：,对拉深件的要求：,冲压件的厚度,在强度、刚度允许的条件下，应尽量采用较薄的材料制造。,简化工艺、节省材料、改进结构,