【材料课件】《授课教案》第三篇　金属塑性成形（压力加工）3

第三篇金属塑性成形（压力加工）45教案首页课程名称：金属材料成形基础任课教师：徐晓峰第三篇金属塑性成形（压力加工）计划学时：8教学目的和要求：本篇主要介绍了压力加工的基本原理、各种压力加工方法及压力加工先进工艺；学完本篇要求学生了解并掌握压力加工的基本原理、各种压力加工方法、零件的结构工艺性和锻件及冲压件工艺设计。重点：重点为压力加工的基本原理和各种压力加工方法。难点：难点为各种压力加工方法和压力加工基本原理。思考题：1．锻件与铸件相比，最显著的优点是什么？机器上的重要零件应选用何种制件做毛坯？为什么？2．何为加工硬化？如何消除或利用它？3．金属可锻性的衡量指标是什么？其主要影响因素有哪些？4．锻造前对坯料加热的目的是什么？加热温度过高时会产生什么缺陷？5．自由锻工艺规程包括哪些内容？如何绘制自由锻件图？需要考虑哪些因素？6．成批生产外径为40mm、内径为20mm、厚度为2mm的垫圈时，应选用何种模具结构才能保证孔与外圆的同轴度？为什么？第三篇金属塑性成形（压力加工）46第三篇金属塑性成型概述一、金属塑性成形（压力加工）金属材料在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。二、塑性成形的基本生产方式1．轧制；2．挤压；3．拉拔；4．自由锻造；5．模型锻造；6．板料冲压三、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1）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。上砥铁下砥铁坯料第三篇金属塑性成形（压力加工）47第一章金属塑性成形工艺基础§1金属的塑性成形原理一、金属塑性变形的实质1.单晶体的塑性变形1）滑移：晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对滑动。2）孪晶：晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。2.多晶体的塑性变形二、塑性变形后金属的组织和性能1.冷变形及其影响1）组织变化的特征：①晶粒沿变形最大方向伸长；②晶格与晶粒均发生畸变；③晶粒间产生碎晶。2）性能变化的特征：加工硬化：随着变形程度的增加，其强度和硬度不断提高，塑性和韧性不断下降。有利：强化金属材料。不利：进一步的塑性变形带来困难。2.回复T回=（0.25~0.3）T熔（K）3.再结晶T再=（0.35~0.4）T熔（K）ττττ晶内变形晶间变形滑动滑移孪晶转动多晶体塑性变形的实质：晶粒内部发生滑移和孪晶；同时晶粒之间发生滑移和转动。第三篇金属塑性成形（压力加工）48T再4.热变形及其影响1）不产生加工硬化2）使组织得到改善，提高了力学性能①细化晶粒；②压合了铸造缺陷；③组织致密。3）形成纤维组织5.纤维组织塑性变形时所形成的杂质带。使材料性能具有了方向性。（1）在平行于纤维组织的方向上：材料的抗拉强度提高（2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的抗剪强度提高§2金属塑性成形工艺基础一、金属的可锻性是金属材料在压力加工时成形的难易程度。1.可锻性的衡量指标1）塑性：材料的塑性越好，其可锻性越好。2）变形抗力：材料的变形抗力越小，其可锻性越好。2.影响可锻性的因素1）金属的本质①化学成分：Me越低，材料的可锻性越好。②组织状态：纯金属和固溶体具有良好的可锻性。2）变形条件①变形温度：T温越高，材料的可锻性越好。②变形速度：V变越小，材料的可锻性越好。③应力状态：三向压应力—塑性最好、变形抗力最大。三向拉应力—塑性最差、变形抗力最大。二、锻造温度范围始锻温度：过热、过烧缺陷终锻温度：加工硬化45:1200℃~800℃三、金属的变形规律1.体积不变定律2.最小阻力定律热变形冷变形以上以下第三篇金属塑性成形（压力加工）49第二章金属的塑性成形方法§2-1自由锻造一、自由锻设备锻锤吨位=落下部分总重量=活塞+锤头+锤杆。压力机吨位=滑块运动到下始点时所产生的最大压力。二、自由锻基本工序基本工序—完成锻件基本变形和成形的工序。1.礅粗：H减小；F增大。1.25≤H0/D0≤2.52.拔长：F减小；L增大。3.冲孔：4.弯曲：5.扭转：6.错移：锻锤压力机空气锤蒸汽空气锤水压机油压机65~750Kg630Kg~5T第三篇金属塑性成形（压力加工）50三、自由锻工艺规程的制定1.锻件图的绘制1）机械加工余量2）公差：（1/3~1/4）余量3）敷料2.坯料重量和尺寸的计算G坯=（1+k）G锻K—消耗系数G坯=G锻+G料头+G芯料+G烧拔长：Y=F坯/F锻镦粗：Y=H坯/H锻1.25≤H0/D0≤2.5圆截面坯料：长轴类锻件：3.锻造工序的选择轴、杆类零件：镦粗、拔长筒类零件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长盘类、环类零件：镦粗（拔长及镦粗）、冲孔（芯轴上扩孔）4.锻造温度范围及加热火次的确定5.锻造设备的选择6.确定工时7.填写工艺卡四、自由锻件结构工艺性1.避免斜面和锥度2.避免曲面相交3.避免加强筋和凸台坯坯坯DHDV45.2438.0坯坯VD所以：max锻坯YFFmax锻坯DYD所以：第三篇金属塑性成形（压力加工）514.采用组合工艺§2-2模型锻造模型锻造—将金属坯料放在具有一定形状的模锻模膛内受压、变形，获得锻件的方法。特点：1）生产率高；2）锻件的尺寸精度和表面质量高；3）材料利用率高；4）可锻造形状较复杂的零件；5）模具成本高、设备昂贵；6）锻件不能任意大。一般不得超过150kg。一、锤上模锻（一）锤上模锻设备：蒸汽—空气模锻捶（二）锻模结构（三）模膛的分类锻模模膛飞边槽桥部：仓部：形成锻件基本形状和尺寸的空腔。容纳多余的金属。增加金属流动的阻力，促使金属充满模膛。模膛模锻模膛制坯模膛终锻模膛预锻模膛延伸模膛滚压模膛弯曲模膛第三篇金属塑性成形（压力加工）52（四）锻模工艺规程的制定1.绘制锻件图1）分模面的选择①分模面应选在锻件的最大截面处；②分模面的选择应使模膛浅而对称；③分模面的选择应使锻件上所加敷料最少；④分模面应最好是平直面。2)确定加工余量、公差和敷料加工余量：1~4mm；公差：0.3~3mm3）设计模锻斜度外壁斜度：5~70；内壁斜度：7~120。4）设计模锻圆角外圆角：r=1.5~12mm；内圆角：R=（2~3）r5）确定冲孔连皮2.确定模锻工序切断模膛aaccddbb第三篇金属塑性成形（压力加工）531）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。（五）模锻件结构工艺性1.易于从锻模中取出锻件；2.零件的外形应力求简单、对称、平直；3.避免薄壁、高筋、凸起等结构；4.避免设计深孔、多孔结构；5.采用锻焊组合工艺。二、胎模锻造利用自由锻设备在活动模具上生产模锻件的方法。1.扣模2.筒模第三篇金属塑性成形（压力加工）543.合模应用：没有模锻设备的中、小型锻件的批量生产。§3板料冲压利用冲模对金属板料施加压力，使其产生分离或变形获得所需零件的工艺方法。冷冲压：t8mm拖拉机：400多个；三米收割机：1000多个。一、冲压设备1.剪床：下料设备1）斜刃剪；2）平刃剪；3）圆盘剪2.冲床：冲压设备1）开式冲床；2）闭式冲床二、冲压基本工序及变形特点（一）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）。1.冲裁（落料、冲孔）使坯料沿封闭轮廓分离的工序。1）冲裁的变形过程①弹性变形阶段②塑性变形阶段③断裂、分离阶段2）冲裁模设计及冲裁工艺特点①凸凹模要具有锋利的刃口；塑性变形阶段弹性变形阶段断裂分离阶段1234塌角区；12光亮带区；3剪裂带区；4毛刺第三篇金属塑性成形（压力加工）55②凸凹模间隙要合理；Z双边间隙；Z=（5%~10%）t③凸凹模刃口尺寸要正确；落料：为制得件2。以凹模为设计基准。D凹=d落；D凸=D凹-Z冲孔：为制得件1。以凸模为设计基准。D凸=d孔；D凹=D凸+Z④排样要合理排样：冲裁件在板料上的布置方式。a）有接边排样；b）少无接边排样。3）冲裁力：（N）2.修正利用修正模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，切掉剪裂带和毛刺。提高其尺寸精度降低表面粗糙度。IT9-IT7Ra=1.6-0.8m（二）变形工序使坯料的一部分相对另一部分产生位移而不被破坏的工序（拉深、弯曲、翻边、成形等）。1．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。2）拉深废品12kLtFK安全系数（1.3）；L—冲裁件周边长度（mm）；t—坯料厚度（mm）；—坯料的抗剪强度（N/mm2）。第三篇金属塑性成形（压力加工）56①拉裂（拉穿）；②起皱3）拉深模设计及工艺特点①凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角；r凹=10tr凸=（0.6-1）r凹。②凸凹模间隙要合理Z=（1.1-1.2）t；Z—单边间隙③控制拉深系数（m）；m=d/D=（0.5-0.8）④设置压边圈⑤涂润滑油2.弯曲将平直板料弯成一定的角度或圆弧的工序。1）弯曲的变形特点①变形区域主要在圆角部位；②外层金属受拉应力，内层金属受压应力2）弯曲缺陷：弯裂3）弯曲工艺特点①弯曲半径r≥rmin=（0.25-1）t；②毛刺应位于内侧；③弯曲线应尽量与坯料纤维方向垂直；④“回弹”问题：a）设计补偿角；b）对工件进行退火；c）设计加强筋。3.翻边、成形1）翻边在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。2）成形包括：起伏、胀形、压印等。三、冲模的分类及结构1.简单冲模冲床在一次行程中只完成一个冲压工序。2.连续冲模第三篇金属塑性成形（压力加工）57冲床在一次行程中在不同的工位同时只完成两个以上的冲压工序。3.复合冲模冲床在一次行程中在同一工位同时完成两个以上的冲压工序。四、冲压件结构工艺性1.冲压方法对结构工艺性的要求1）对冲裁件的要求①冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用；②应避免细长槽和细长臂结构；③冲裁件的内外转角处，应尽量避免尖角。第三篇金属塑性成形（压力加工）58④冲裁件孔的尺寸2）对弯曲件的要求①弯曲件的形状应力求简单、对称，并考虑材料纤维方向；②弯曲半径不能小于材料允许的最小弯曲半径；③弯曲高度H2t。④带孔件的弯曲：3）对拉深件的要求①弯曲件的形状应力求简单、对称，并不宜太高；②拉深件的圆角半径应满足：rdt、R2t；2.改进结构可简化工艺及节省材料1）采用冲焊结构2）采用冲口工艺3）尽量简化冲压件的结构