金属塑性成型

SUST热加工工艺金属塑性成型：由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，也称为压力加工。塑性成形的基本生产方式有：SUST热加工工艺1）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。塑性成形（压力加工）的特点1．力学性能高1）组织致密；2）晶粒细化；3）压合铸造缺陷；4）使纤维组织合理分布。2．节约材料1）力学性能高，承载能力提高；2）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。3．生产率高4．适用范围广SUST热加工工艺SUST热加工工艺金属的可锻性是指金属适应锻压加工的能力，常用金属的塑性好坏和变形抗力大小两个指标来衡量。影响因素：1.金属本质化学成分和金属组织2.加工条件（1）变形温度：T温越高，材料的可锻性越好。始锻温度：保证不过热、不过烧的前提下越高越好。终锻温度：保证结束前有足够塑性及获得再结晶组织的前提下，尽量低一、金属的可锻性SUST热加工工艺SUST热加工工艺（2）应变速率:也称变形速度，是应变相对于时间的变化率。一、金属的可锻性SUST热加工工艺（3）应力状态：通过受力物体内一点的各个截面上的应力状况简称为物体内一点处的应力状态，常用主应力图来定性地说明。压应力数量越多，数值越大，金属的塑性就越好。一、金属的可锻性SUST热加工工艺利用冲击力或压力使金属在抵铁间或锻模中变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件的工艺方法称为锻造。自由锻SUST热加工工艺模锻胎模锻SUST热加工工艺自由锻特点SUST热加工工艺自由锻特点SUST热加工工艺(1)基本工序——使金属坯料产生塑性变形，获得所需形状、尺寸或改善材质性能的工序。如镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等(2)辅助工序——为方便基本工序操作进行的预变形工序。如压钳口、压肩、倒棱等(3)修整工序——为减少锻件表面缺陷（不平、歪扭等）进行的工序。如校正、滚圆、平整等一、自由锻工序SUST热加工工艺基本工序一、自由锻工序SUST热加工工艺基本工序圆截面拔长一、自由锻工序SUST热加工工艺基本工序矩形截面拔长一、自由锻工序SUST热加工工艺基本工序一、自由锻工序SUST热加工工艺基本工序一、自由锻工序SUST热加工工艺辅助工序一、自由锻工序SUST热加工工艺精整工序一、自由锻工序SUST热加工工艺二、自由锻工艺规程的制定绘制锻件图计算坯料质量和尺寸确定锻造工序选择锻造和加热设备确定锻造的温度范围、加热和冷却规范确定热处理规范提出锻件的技术条件和检验要求填写工艺卡片SUST热加工工艺1.绘制锻件图自由锻锻件图=零件图+加工余量+锻件公差+敷料(余块)二、自由锻工艺规程的制定SUST热加工工艺2。确定铸造工序和锻造比：锻件分类及基本工序方案二、自由锻工艺规程的制定SUST热加工工艺二、自由锻工艺规程的制定2。确定铸造工序和锻造比：锻件分类及基本工序方案SUST热加工工艺二、自由锻工艺规程的制定2。确定铸造工序和锻造比：锻件分类及基本工序方案SUST热加工工艺二、自由锻工艺规程的制定2。确定铸造工序和锻造比：锻件分类及基本工序方案SUST热加工工艺二、自由锻工艺规程的制定2。确定铸造工序和锻造比：锻件分类及基本工序方案SUST热加工工艺二、自由锻工艺规程的制定锻造比↑，坯料变形程度↑，锻造工作量↑，锻造比Y计算：拔长——Y=拔长前截面积S/拔长后截面积S镦粗——Y=镦粗前高度H/镦粗后高度H锻造比根据金属种类、锻件尺寸、所需性能、锻造基本工序决定2。确定铸造工序和锻造比：锻造比SUST热加工工艺坯料的质量：G坯料=G锻件+G烧损+G切头+G芯子坯料的尺寸锻件的锻造比采用的变形方式轴类零件盘盖类零件轧材:y1.3钢锭:y=2.5~5镦粗(防弯):H/D2.53.坯料质量和尺寸的确定二、自由锻工艺规程的制定SUST热加工工艺锻锤压力机空气锤蒸汽—空气锤水压机油压机落下部分总重量=活塞+锤头+锤杆滑块运动到下始点时所产生的最大压力锻锤吨位=压力机吨位=4.选择锻造设备二、自由锻工艺规程的制定SUST热加工工艺空气锤工作原理图蒸汽空气锤工作原理图4.选择锻造设备二、自由锻工艺规程的制定SUST热加工工艺4.选择锻造设备二、自由锻工艺规程的制定SUST热加工工艺4.选择锻造设备二、自由锻工艺规程的制定SUST热加工工艺5.确定锻造温度范围二、自由锻工艺规程的制定合金结构钢的锻造温度和加热规范钢的牌号锻造温度/℃加热温度+30℃/-10℃保温时间min·mm-1始锻终锻10，15，20，25，30，35，40，45，50120080012000.25～0.712CrNi3A,12CrNi4A118085011800.3～0.814CrMnSiNi2MoA118085011800.3～0.815CrA120080012000.3～0.8SUST热加工工艺三、自由锻件的结构工艺性SUST热加工工艺三、自由锻件的结构工艺性SUST热加工工艺三、自由锻件的结构工艺性SUST热加工工艺三、自由锻件的结构工艺性SUST热加工工艺SUST热加工工艺SUST热加工工艺零件高度加工余量a,b,c与极限偏差锻件精度等级FSUST热加工工艺SUST热加工工艺带孔圆盘类自由锻件机械加工余量与公差图例SUST热加工工艺SUST热加工工艺SUST热加工工艺SUST热加工工艺齿轮坯自由锻工艺过程:下料镦粗垫环局部镦粗冲孔冲子冲孔修整SUST热加工工艺SUST热加工工艺SUST热加工工艺模锻：将加热后的坯料放在模膛内受压变形而获得锻件的一种加工方法。SUST热加工工艺SUST热加工工艺锤上模锻用锻模一、锤上模锻SUST热加工工艺1.预锻模膛预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻模膛。同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。锤上模锻：模锻模膛及其功用终锻模膛的作用是：是使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，因此它的形状应和锻件的形状相同。预锻模膛和终锻模膛的区别是前者的圆角和斜度较大，没有飞边槽。2.终锻模膛一、锤上模锻SUST热加工工艺一、锤上模锻SUST热加工工艺锤上模锻：制坯模膛及其功用一、锤上模锻SUST热加工工艺锤上模锻：制坯模膛及其功用一、锤上模锻SUST热加工工艺一、锤上模锻SUST热加工工艺锤上模锻成型的工艺过程一般为：切断毛坯→加热坯料→模锻→切除模锻件的飞边→校正锻件→锻件热处理→表面清理→检验→成堆存放。锤上模锻成型的工艺设计包括制定锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步(选择模膛)、选择设备及安排修整工序等。其中最主要的是锻件图的制定和模锻工步的确定。一、锤上模锻SUST热加工工艺模锻件锻件图=零件图+加工余量、锻件公差和余块+模锻斜度+圆角半径+冲孔连皮+分模面1.绘制锻件图二、锤上模锻工艺规程的制定SUST热加工工艺1.绘制锻件图分模面的选择比较图确定分模面的基本原则使锻件形状尽量与零件形状相同，锻件容易从模膛中取出，并应力争以镦粗的方式成形。二、锤上模锻工艺规程的制定SUST热加工工艺1.绘制锻件图二、锤上模锻工艺规程的制定SUST热加工工艺2.模锻工序的确定二、锤上模锻工艺规程的制定SUST热加工工艺3.锤上模锻件的结构工艺性尽量避免截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构二、锤上模锻工艺规程的制定SUST热加工工艺尽量避免深孔或多孔结构形状复杂件宜采用锻焊结合3.锤上模锻件的结构工艺性二、锤上模锻工艺规程的制定SUST热加工工艺1）未注明的模锻斜度和圆角半径2）允许的错移量和残余飞边的宽度3）允许的表面缺陷深度4）表面清理方法5）锻后热处理及硬度要求6）需要取样进行金相组织检验和力学性能检测时，应在锻件上注明取样的位置技术条件二、锤上模锻工艺规程的制定SUST热加工工艺曲柄压力机上模锻三、压力机上模锻SUST热加工工艺曲柄压力机上模锻三、压力机上模锻SUST热加工工艺摩擦压力机上模锻三、压力机上模锻SUST热加工工艺金属板料产生分离、变形冲压件冲模和冲床冲床——冲压设备冲模——冲压工具（分上模和下模）SUST热加工工艺剪床：把板料剪成一定宽度的条料。SUST热加工工艺剪床：把板料剪成一定宽度的条料。SUST热加工工艺冲床：实现冲压工序，以制成所需形状和尺寸的零件。SUST热加工工艺冲床：实现冲压工序，以制成所需形状和尺寸的零件。SUST热加工工艺SUST热加工工艺(1)冲压件精度高，表面光洁，无切削，互换性好(2)冲压件质量轻、强度、刚性较高(3)操作简便，生产率高，易于自动化(4)废料少，成本低冲压的优点(1)变形冲压件的材料应有足够塑性与较低变形抗力(2)模具费用高，不宜单件小批生产冲压的缺点SUST热加工工艺废料制件废料制件分离工序——板料一部分与另一部分分离如落料与冲孔、切断等变形工序——坯料产生塑性变形而不破裂如弯曲、拉深、翻边等SUST热加工工艺一、分离工序分离工序：使坯料的一部分相对另一部分产生分离的工序。（冲孔、落料、修正、剪切、切边等）落料冲孔SUST热加工工艺一、分离工序(冲裁)冲裁变形过程a圆角带b光亮带c断裂带d毛刺SUST热加工工艺凸凹模间隙考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常是选择一个适当的范围作为合理间隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。一、分离工序(冲裁)SUST热加工工艺一、分离工序(冲裁)SUST热加工工艺SUST热加工工艺SUST热加工工艺凸凹模刃口尺寸的确定落料：以凹模为设计基准D凹=d落D凸=D凹-ZD凸=d孔D凹=D凸+Z冲孔：以凸模为设计基准凹模磨损增大落料尺寸，凹模应接近落料最小极限尺寸凸模磨损减小冲孔尺寸，凸模应接近冲孔最大极限尺寸一、分离工序(冲裁)SUST热加工工艺一、分离工序(冲裁)SUST热加工工艺SUST热加工工艺冲裁力的计算一、分离工序(冲裁)SUST热加工工艺卸料力、推件力和顶件力的计算F卸=K卸FF推=nK推FF顶=K顶F一、分离工序(冲裁)SUST热加工工艺冲裁件的排样一、分离工序(冲裁)SUST热加工工艺冲裁件的排样一、分离工序(冲裁)SUST热加工工艺修整一、分离工序(冲裁)SUST热加工工艺一、分离工序(冲裁)SUST热加工工艺二、变形工序(拉深)拉深：使坯料在凸模的作用下压入凹模，获得空心体零件的冲压工序。SUST热加工工艺变形过程二、变形工序(拉深)SUST热加工工艺拉深中的废品拉裂（拉穿）起皱二、变形工序(拉深)SUST热加工工艺防止皱折：加压边圈压边力不宜过大能压住工件不致起皱即可。二、变形工序(拉深)SUST热加工工艺拉深过程中影响起皱的主要因素(1)板料的相对厚度t/D(2)拉深系数m(3)模具工作部分几何形状二、变形工序(拉深)SUST热加工工艺影响筒形件拉裂的主要因素(1)板料力学性能的影响(2)拉深系数m的影响(3)凹模圆角半径的影响(4)凸模圆角半径的影响(5)摩擦的影响(6)压边力的影响二、变形工序(拉深)SUST热加工工艺二、变形工序(拉深)拉深系数（m）：拉深变形后拉深件的直径与其坯料直径之比m=d/D=（0.5-0.8）112121121nnnnndddddmmmmmDDdddSUST热加工工艺影响极限拉深系数的主要因素(1)板料的力学性能(2)板料的相对厚度t/D(3)拉深条件(4)拉深次数(5)润滑条件(6)拉深速度二、变形工序(拉深)SUST热加工工艺拉深件工序尺寸的计算步骤(1)选取修边余量δ(2)计算毛坯直径D。(3)计算板料相对厚度，判断是否采用压边圈拉伸。(4)计算总的拉深系数，并判断能否一次拉深成形。(5)确定拉深次数n。(6)初步确定各次拉深系数。(7)调整拉深系数，计算各次拉深直径。(8)确定各次拉伸凸模、凹模圆角半径。(9)计算各次拉伸半成品高度。(10)绘制工序图。二、变形工序(拉深)SUST热加工工艺【例】计算图示筒形制件的板料直径D拉深次数n及各半成品尺寸，包括直径di、高度hi和圆角半径ri，材料为08F。二、变形工序(拉深)SUST热加工工艺(1)确定修边余量δ由无