金属塑性成形工艺设计(PPT 40页)

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3.3金属塑性成形工艺设计3.3.1自由锻工艺设计主要内容:①绘制锻件图;②确定变形工序;③计算坯料的重量和尺寸;④确定加热温度及冷却方式;⑤选定锻造设备等。来自绘制锻件图锻件图=零件图+余块+加工余量+锻造公差绘制方法:一般用粗实线画出锻件最终轮廓,用双点划线画出零件的主要轮廓形状。在尺寸线上方或左面标注锻件的尺寸与公差;在尺寸线下方或右面用圆括号标出零件尺寸。例:如图所示的轴,批量为10件/月,材料为45号钢。安徽工程科技学院机械系AUTS2.确定变形工序锻造变形工序应依据锻件的形状、尺寸、技术要求、生产批量和生产条件等综合考虑。一般来说,盘类锻件以镦粗为主,轴杆类锻件以拔长为主,空心件肯定要冲孔(大孔还需要进一步扩孔),弯杆少不了弯曲。各类自由锻件的基本变形工序方案见表3-8。3.计算毛坯重量m0=(md+mc+mq)(1+δ)式中m0——毛坯重量(kg)md——锻件重量(kg)mc——冲孔芯料重量(kg)mq——切除料头重量(kg)δ——烧损率,燃料加热一般取2%~3%,电加热取0.5%~1%。4.计算毛坯尺寸当锻造的第一工序为镦粗时:则坯料直径:D0≥0.8当锻造的第一工序为拔长时:D0≥DmaxD0—毛坯直径(mm);V0—坯料的体积(mm3);Dmax—拔长后锻件的最大直径(mm);Y—锻造比。30VY来自中国最大的资料库下载根据算出的坯料重量可算出坯料的体积,坯料的尺寸则取决于第一工序的性质。若是镦粗,则坯料的高径比不应超过2.5(以免镦弯),但要大于1.25(使下料方便);若是拔长,则按锻件的最大截面(最小变形)处满足锻造比要求来选择坯料尺寸。最后所确定的坯料直径或边长应为标准值(市场可买到),再按体积计算坯料的长度,即:L0=V0/F0=4V0/D02采用钢锭为坯料的大型锻件,则根据算出的坯料重量选取标准钢锭。5.确定锻造温度范围及加热冷却规范(1)锻造温度范围:对于45号钢始锻温度:1200℃,终锻温度:800℃(2)加热:箱式加热炉(煤、油或电能)可将冷的坯料直接送入高温的加热炉中,提高生产率。(3)冷却:空冷:WC≤0.5%的碳钢及WC≤0.3%的低合金钢中、小锻件一般采用空冷。6.选择锻造设备(1)选择依据:锻件重量、类型和尺寸。设备吨位大小要适当,既不能造成能量的过分浪费,又要保证锻件能充分锻透。(2)确定方法:理论计算法和查表法。目前生产中比较实用的是查表法,可根据锻件大小和形状查表选择锻锤的吨位。工艺设计还包括选用工夹具、确定加热设备、制定加热及冷却规范、热处理工艺等内容,最终需将设计结果填写在工艺卡片上。7.零件结构的自由锻工艺性①应避免锥形、楔形,尽量采用圆柱面或平行平面,以利于锻造。②各表面交接处应避免弧线或曲线,尽量采用直线或圆,以利于锻制。③应避免肋板或凸台,以利于减少余块和简化锻造工艺。④大件和形状复杂的锻件,可采用锻-焊、锻-螺纹联接等组合结构,以利于锻造和机械加工。8.自由锻工艺设计示例例:试绘出图示齿轮轴的自由锻件图,并选择锻造工序和计算坯料尺寸。安徽工程科技学院机械系AUTS解:①绘锻件图:根据锻件总长度340,最大直径100查表知,a=10±4绘出锻件图如下。50±8150±8360±8(30)(130)(340)110±4(40)(100)②变形工序:头部镦粗→杆部分段拔长③计算坯料:头部镦粗段V1=3.14×0.552×0.5=0.475dm3D01=(0.8~1)=(63~79)mm杆部拔长段D02=Dmax=(1.14~1.22)×70=(80~86)mm最终取D0=80mmV锻=3.14×(0.552×0.5+0.352×1+0.252×2.1)=1.27dm3m锻=V锻×ρ,m烧损=m锻=3%m锻,m料损忽略不计m坯=1.03m锻=1.03×V锻×ρL0=mm即坯料尺寸为φ80×260。31V5.1~3.12604.014.327.103.120=坯FV3.3.2锤模锻工艺设计主要内容:1、绘制模锻件图;2、计算坯料的重量和尺寸;3、确定模锻工步;4、选择锻压设备;5、设计锻模模膛;6、确定锻造温度范围、加热和冷却规范。AUTS1.绘制模锻件图模锻件图=零件图+分模面+加工余量+模锻斜度+冲孔连皮+余块+圆角+公差★分模面(上、下模的分界面)选择原则:A.应选在锻件最大截面处,以利锻件脱模;B.尽量选用平面,以简化模具结构、方便制造;C.应选在上、下模膛轮廓相同的位置上,以便于及时发现错模;D.选在模膛深度最浅且上、下模深度基本一致的位置,以便于金属充满模膛。例1:★余块(为简化形状而增加的料块):窄槽、齿形、小孔(孔径小于25mm)、深孔(深度大于3倍直径)、横向孔以及其它妨碍出模的凹部均不锻出。★冲孔连皮(为避免上、下冲头对撞损坏模具而在模锻通孔时留下的金属层):连皮厚度一般为4~8mm,锻后再由冲孔切边模切除。★加工余量和公差:只在锻后需机加工之处添加。★模锻斜度:垂直于分型面的表面上加。外壁斜度5º或7º,内壁斜度7º或10º★圆角半径:所有转角都应为圆角。内圆角r=1~4mm,外圆角R=(3~4)r安徽工程科技学院机械系AUTS齿轮锻件图3.计算坯料尺寸:根据锻件质量和加热、锻造过程中的损耗计算。(略)4.选定模锻锤吨位:根据锻件质量查表确定。5.确定锻造温度范围、加热和冷却规范。2.确定模锻工步拔or滚or弯制坯+预锻+终锻盘类(齿轮、法兰等):镦粗制坯+(预锻)+终锻轴类(曲轴、连杆等):6.修整工序:即模锻件成形后提高精度和表面质量的工序。①切边:即带飞边的模锻件终锻后切除飞边的工序。②冲连皮:即带孔的锻件经终锻后,冲除孔内连皮的工序。③校正:即为消除锻件在锻后产生的弯曲、扭转等变形,使之符合锻件图技术要求的工序。④热处理和清理:模锻件经过修整后,一般还需通过热处理和清理。采用正火或退火,细化晶粒;清理表面缺陷或氧化皮。7.零件结构的模锻工艺性①应有合理的分模面,保证锻件从模膛中取出又利于金属填充、减少余块和易于制模。②与分模面垂直的非加工面应有结构斜度,以利于从模膛中取出锻件。③应避免肋的设置过密或高宽比过大,以利于金属充填模腔。④应避免腹板过薄,以减小变形抗力及利于金属充填模腔。避免横截面面积相差过大避免薄壁、高肋及直径过大的凸缘⑤应尽量避免深孔或多孔结构。以利于制模和减少余块。⑥形状复杂件宜采用锻-焊、锻-螺纹联接等组合结构,以简化模具和减少余块。7.模锻工艺设计示例例:齿轮零件,材料为45钢,中批量生产。试编制模锻工艺规程。(1)零件结构分析:零件结构合理。(2)绘制锻件图:该零件孔内应有连皮,参考有关标准和资料,选定机械加工余量、锻件公差、模锻斜度、模锻圆角等参数值,绘出锻件图。(3)确定变形工步:该锻件系盘类件,应采用镦粗-终锻工步。(4)选择修整工序:需安排切边、冲连皮、校正、热处理(正火或退火)、清理等修整工序。3.3.3冲压工艺设计(自学)冲压工艺设计包括冲裁、弯曲、拉深等工序中的工艺设计以及冲压工序选择、模具选择等。1.冲裁工艺设计(1)落料模刃口尺寸:落料件尺寸取决于凹模刃口尺寸,且随着凹模磨损刃口尺寸会增大;(2)冲孔模刃口尺寸:由于制件孔的尺寸取决于凸模刃口尺寸,且随着凸模磨损刃口尺寸会减少。安徽工程科技学院机械系AUTS确定新制凸模、凹模尺寸的基本原则为:落料→以凹模为基准,凹模尺寸接近于落料件的最尺寸,凸模比凹模缩小一个最小间隙值;冲孔→以凸模为基准,凸模尺寸接近于冲孔件的最大尺寸,凹模比凸模放大一个最小间隙值。2.弯曲工艺设计(1)凸模圆角半径rp:一般情况下,凸模圆角半径取等于或略小于工件内侧圆角半径r。当工件圆角半径较大时且精度较高时,应进行回弹计算。(2)弯曲件毛坯长度计算:弯曲件毛坯长度为弯曲件的直线部分和弯曲部分的中性层长度之和。3.拉深工艺设计(1)拉深间隙Z:即拉深模具中凸模和凹模之间的单边径向间隙。(2)凸、凹模直径:当要求拉深件外形正确时,凹模直径应等于拉深件外径,凸模直径为凹模直径减去间隙值。当要求拉深件内形正确时,凸模直径应等于拉深件内径,凹模直径等于凸模直径加间隙值。(3)毛坯直径计算:毛坯直径通常是根据拉深件与坯料表面积相等的原则计算得出的。(4)拉深次数确定:当拉深件的拉深系数小于极限拉深系数时,须采用多次拉深工艺。4.冲压工序选择(1)工序类型的选择:主要根据冲压件的形状、尺寸等确定。查表(2)工序顺序:主要根据零件的结构形状和模具类型确定。带孔平板件采用单工序模时一般先落料后冲孔,采用连续模时则须先冲孔后落料。带空的弯曲件或拉深件应先弯曲或拉深后再冲孔,以防孔变形。形状复杂的弯曲件一般先弯两端和两侧,后弯中间部分。5.模具选择(1)模具类型的选择:按照冲模完成的工序性质可分为冲孔模、落料模、弯曲模、拉深模等,按其工序的组合程度可分为:单工序模、复合模和连续模三类。考虑因素:冲压件的形状、尺寸、精度要求和生产批量等。单工序模---只能完成一道冲压工序的冲模。(简单模)特点:结构简单、制造容易,但生产效率低,适于生产小批量、低精度的冲压件。连续模---在冲床一次行程中,在模具不同工(级进模)上同时完成多道冲压工序的冲模。特点:结构简单,生产效率高,AUTS复合模---在冲床的一次行程中,在模具的同一工位上同时完成多道冲压工序的冲模。特点:生产效率高但模具结构复杂,通常用于冲孔与落料、落料与拉深等少量工序的复合,适合大批量生产高精度的冲压件。连续模冲孔凸模落料凸模凹模导正销复合模凸凹模凸模凹模(2)模具结构的选择:考虑冲压件的形状、尺寸、精度及生产批量等。1)简易模:用于新品种试制或小批量生产①镶块式模;②柔性模;③低熔点合金模。2)高精度冲模:用于精密冲压件。6.零件结构的冲压工艺性(1)冲压件材料:应尽量选用价格较低的材料,并充分利用边角余料,以降低材料费。(2)冲压件的精度和表面质量: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,以减少制模成本和工序数。(3)冲压件的形状和尺寸1)冲裁件的形状和尺寸落料件的外形和冲孔件的孔形均应简单、对称,落料件形状还应使排样时废料较少。冲裁件的各边交接处应采用圆弧过渡,以防止模具相应部位易于磨损或产生应力集中。冲裁件孔径和孔边距不得过小,以防止凸模刚性不足或孔边冲裂2)弯曲件的形状和尺寸弯曲件的形状:弯曲件的形状应力求简单、对称,尽量采用V形、Z形等简单、对称的形状,以利于制模和减少弯曲次数。弯曲半径:弯曲件的弯曲半径不应小于最小弯曲半径,以防止弯曲处开裂:但也不宜过大,以免因回弹量过大而使制件精度降低。弯曲边高度h:弯曲件的弯曲边不应过短,以利于弯曲成形:不允许增加弯曲边高度h时,可在弯曲后再切短或先预压工艺槽后再弯曲。防止孔变形:带孔工件弯曲时,孔的位置应避开变形区,或在孔附近预冲工艺孔、槽,以免弯曲时孔变形。防止撕裂:仅有局部弯曲的工件,应在交接处冲孔、以避免产生应力集中而撕裂。3)拉深件的形状和尺寸拉深件形状:拉深件形状应力求简单、对称,尽量采用回转体,尤其是圆筒形,并尽量减少拉深件深度,以利于制模和减少拉深次数。拉深件转角:拉深件各转角的圆角半径不宜过小,以免增加拉深次数和整形工序。孔的位置:拉深件上的孔应避开转角处,以防止孔变形或利于冲孔。4)采用组合工艺或切口工艺形状复杂件和大件可采用冲-焊、冲-铆接、冲-螺纹联接等组合工艺。形状复杂件还可采用切口工艺。优缺点:以简化模具结构和冲压工艺,省工省料;但制件的结构刚性较差。7.冲压工艺设计示例(自学)(1)零件结构分析(2)冲裁间隙(3)模具刃口尺寸(4)冲压工序选择1)工序类型,2)工序顺序。(5)模具类型

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