压力加工

•1.内容•概述金属的塑性变形•锻造工艺规程的制订•板料冲压•锻压零件的结构工艺性①了解金属压力加工的实质、方法分类、特点和应用；②掌握塑性变形对金属组织和性能的影响，金属可锻性及其影响因素；③了解自由锻的基本工序和锻造特点，掌握自由锻和锤上模锻件的结构工艺性④了解板料冲压的基本工序、特点、及应用，冲模种类和结构；掌握冲压件的结构工艺性。2.要求重点：塑性变形对金属的组织和性能的影响；金属可锻性及其影响因素；锻压件的结构工艺性。难点：锻压件工艺规程制订3.教学重点和难点概述•压力加工——利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的生产方法。•压力加工的方式有：轧制挤压拉拔自由锻模锻板料冲压§2-1金属的塑性变形§2-1-1金属变形的实质位错中心在切应力作用下移动，大量位错运动的宏观表现就是金属的塑性变形。§2-1-2塑性变形后金属的组织和性能常温下，金属经塑性变形后：组织：①晶粒伸长；②晶粒、晶格扭曲产生内应力；③晶粒间碎晶。性能：随变形程度↑бb、HB↑，δ、ak↓→加工硬化。加热（0.25～0.3）T熔→回复（加工硬化部分消除）；加热(0.4T熔)→再结晶(无加工硬化，再结晶组织。)冷变形：在再结晶温度以下进行变形后→只有加工硬化，无再结晶组织。热变形：在再结晶温度以上进行变形后→有再结晶组织，无加工硬化①非金属夹杂物经塑性变形及再结晶后→细化再结晶组织②锻合气孔、缩松→组织致密，力学性能提高热变形能改变金属的组织，提高性能③沿境界分布的杂质，沿着变形方向被拉长，呈纤维状→纤维组织平行于“纤维方向”，δ、ak↑；垂直于“纤维方向”，δ、ak↓；稳定性高，只有加热锻压改变形状和方向（热处理消不除）。纤维组织的特点：最大拉应力与纤维流线方向一致最大切应力方向与纤维流线垂直纤维方向按零件轮廓分布,不被切断应用中注意：纤维组织与变形程度有关，变形程度越大，纤维组织越明显。锻造比（Y锻）拔长时，Y锻=Fo/F碳素钢一般≥2.5～3轧制钢1.3～1.5镦粗时，Y锻=Ho/H§2-1-3金属的可锻性1.金属的可锻性——是指材料在经受压力加工时的难易程度。衡量：金属的塑性变形抗力变形抗力：变形过程中金属抵抗工具作用的力。塑性↑变形抗力↓（消耗能量↓）→可锻性↑→宜于压力加工金属的本质：化学成分组织纯金属其合金，合金含量↑→可锻性↓碳钢随含碳量↑→可锻性↓金属、固溶体碳化物晶粒细小、均匀组织铸态柱状和粗晶粒组织工艺条件：变形温度变形速度应力状态2.影响可锻性的因素始锻温度过热过烧氧化脱碳终锻温度a)终锻温度过低→变形抗力↑→易锻裂。b)终锻温度过高→组织粗大→力学性能↓→增加加热次数①变形温度温度↑→改善可锻性②变形速度：单位时间内的变形程度。a)V↑，回复、再结晶不能及时克服加工硬化，塑性↓，抗力↑b)V↑，热效应使塑性↑，变形抗力↓→高速锻锤体现出来③应力状态：a)拉应力状态：内部缺陷处应力集中、扩展→塑性↓b)压应力状态：内部缺陷↓塑性↑但内摩擦↑→变形抗力↑§2-2锻造工艺规程的制订敷料锻件余量锻件公差§2-2-1自由锻工艺规程的制订1）绘制锻件图G坯料=G锻件+G烧损+G料头↑第一次2～3%以后1.5～2%2）坯料质量和尺寸计算碳钢锭拔长时，Y锻≥2.5～3轧制坯料Y锻≥1.3～1.53）选择锻造工序包括制订锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步等1）制订锻件图①分模面：上下锻模在模件上的分界面。§2-2-2模锻工艺规程的制订模锻斜度：平行锤击方向的表面给出斜度，便于锻件从模膛中取出。②模锻斜度、圆角半径外斜度α1=5°～10°内斜度α2=7°～15°h/b↑时，斜度取大值圆角半径①增大锻件强度宜于金属充满模膛②起锻件方便③提高锻模寿命半径R太小，模具在热处理和锻造过程中容易裂纹r外=1.5～12；R内=(2～3)r外•齿轮坯模锻件图长轴类锻件拔长滚压弯曲预锻终锻2)确定模锻工步盘类锻件镦粗冲孔终锻单模膛多模膛预锻模膛终锻模膛§2-3板料冲压板料冲压——利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。δ4～6mm→冷冲压δ≥8～10mm→热冲压特点：形状复杂精度高、粗糙度低、互换性好重量轻、耗材少、强度高、刚度高生产率高，成本低，大批量生产常用材料：低碳钢铜合金铝合金塑性高的合金钢材料形状：板料条料带料冲压设备：剪床冲床1．分离工序一部分与另一部相对分离落料冲孔切断修整1）冲裁工序——使坯料按封闭轮廓分离，包括落料和冲孔。落料——被分离的部分为成品，而周边是废料；冲孔——被分离的部分为废料，而周边是成品。§2-3-1板料冲压的基本工序冲裁变形过程分为三个阶段：弹性变形塑性变形断裂分离光亮带——表面质量好剪裂带——表面质量粗糙凸凹模间隙刃口锋利程度模具结构材料性能板厚度凸凹模间隙：冲裁件的端面质量模具寿命卸料力推件力冲裁力冲裁件的尺寸精度影响冲裁件断面质量的因素：Z过大→拉应力↑塑性变形阶段结束较早。光亮带小，剪裂带和毛刺较大。Z过小→拉应力↓压应力↑上下裂纹不能很好重合→毛刺↑①间隙对冲裁件质量的影响：凸模与被冲孔之间，凹模与落料之间均有摩擦间隙越小→摩擦越严重，刃口极易磨损，模具寿命缩短。间隙一般为板厚的6%～12%断口表面质量要求高的取小值低的取大值②间隙对模具寿命的影响：2）修整工序：高精度冲裁件应在专用的修整模上修整。使坯料的一部分相对另一部分产生位移而不破裂的工序。拉深弯曲翻边成型1）拉深是使平板坯料变成中空形状成品的变形工序。影响拉深件的质量因素：圆角半径间隙拉深系数2.变形工序凸凹模圆角：r凸≤r凹=（5～15）s凸凹模间隙：Z=（1.1～1.3）sm=d/Dd—拉深件直径D—坯料直径m越小，变形程度越大，坯料被拉入凹模越困难，越容易产生拉穿废品。一般m取0.5～0.8拉深系数：是衡量拉深变形程度的指标拉深件废品有：拉穿折皱不能一次拉深成型→多次拉深中间退火→消除应力防止折皱—压板压紧边缘使坯料一部分相对另一部分弯成一定角度的工序。2）弯曲内弯曲半径愈小，压缩及拉伸应力愈大rmin=（0.25～1）s，塑性↑→r取小值回弹角：0°～10°在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序3）翻边利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序。4）成型§2-3-2冲压工艺举例§2-3-3冲模的分类和构造分类：简单冲模连续冲模复合冲模1.简单冲模：冲床模块在一次冲程内只完成一个工序。•2.连续冲模：把两个简单冲模安装在一块模板上，一个冲程内完成两个以上冲压工序•3.复合冲模：是在一次冲程内完成两个以上冲压工序。§2-4锻压零件的结构工艺性§2-4-1自由锻件结构工艺性在满足使用性能要求外，尽量使锻件的结构简单，便于操作，节省金属，提高生产效率。尽量避免使用专门工具锻件斜面不合理合理避免圆柱体与圆柱体交接处采用相贯结构不合理合理避免加强筋、凸台结构椭圆形与工字形截面、弧形与曲线形表面不合理合理不合理合理横截面有急剧变化或形状复杂的零件分部分锻造再组合不合理合理1）具有一个合理的分模面，便于锻件取出2）非配合表面均应设计成非加工表面斜度圆角3）零件的外形力求简单、平直和对称；尽力避免零件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、凸起等结构→便于充满模膛和减少工序扁而薄•§2-4-2模锻件结构工艺性Fmin/Fmax≤0.5凸缘薄而高扁而薄不合理合理4）尽可能避免有深孔或多孔结构5）采用组焊结构1）外形能排样合理，废料最少，材料利用率高•§2-4-3冲压件的结构工艺性2）形状尽量简单、对称，凸、凹部分不能太窄太深，孔间距或孔与零件边缘距离不可太小3）孔的尺寸不能太小硬钢d≥1.3t软钢、黄铜d≥1.0t铝、锌d≥0.8t硬钢a≥1.0t软钢、黄铜a≥0.7t铝、锌a≥0.5tt—板料厚度4）弯曲半径应大于许可的最小弯曲半径，应考虑流线方向5）弯曲件直边的高度H≥2t6）对弯曲带孔的工件，避免变形，L≥2t7）可采用冲孔工艺，以减少组合件的数目8）对拉深件，应使其外形简单、对称，零件高度不能太高，以减少拉深次数9）拉深件的圆角半径在不增加工艺程序的情况下，最小许可半径1.何谓拉深系数？它的大小对拉深过程有何影响？2.何谓热变形、冷变形？变形后的组织和性能如何？3.纤维组织对压力加工件的性能有什么影响？举两个例子说明它的应用。4.在模锻件上所有两平面的交角处均需做成圆角，为什么?5.选用制造吊钩毛坯的生产方法，说明原因。6.纤维组织对压力加工件的性能有什么影响？举两个例子说明它的应用。7.在模锻件上所有两平面的交角处均需做成圆角，为什么？8.选用制造吊钩毛坯的生产方法，说明原因。9.为什么高碳钢锻造温度降至ES线以下（但750℃以上）时还要进行锻打？