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1、第三篇 金屬塑性成形(壓力加工)
教案首頁
課程名稱 :金屬材料成形基礎(chǔ) 任課教師:徐曉峰
第三篇 金屬塑性成形 (壓力加工) 計劃學(xué)時: 8
教學(xué)目的和要求:
本篇主要介紹了壓力加工的基本原理、各種壓力加工方法及壓力加工 先進工藝;
學(xué)完本篇要求學(xué)生了解并掌握壓力加工的基本原理、各種壓力加工方法、零件的結(jié)構(gòu)工藝性和鍛件及沖壓件工藝設(shè)計。
重點:重點為壓力加工的基本原理和各種壓力加工方法。
難點:難點為各種壓力加工方法和壓力加工基本原理。
2、
思考題:
1. 鍛件與鑄件相比,最顯著的優(yōu)點是什么?機器上的重要零件應(yīng)選用何種制件做毛坯?為什么?
2. 何為加工硬化?如何消除或利用它?
3. 金屬可鍛性的衡量指標是什么?其主要影響因素有哪些?
4. 鍛造前對坯料加熱的目的是什么?加熱溫度過高時會產(chǎn)生什么缺陷?
5. 自由鍛工藝規(guī)程包括哪些內(nèi)容?如何繪制自由鍛件圖?需要考慮哪些因素?
6. 成批生產(chǎn)外徑為40mm、內(nèi)徑為20mm、厚度為2mm的墊圈時,應(yīng)選用何種模具結(jié)構(gòu)才能保證孔與外圓的同軸度?為什么?
第三篇 金屬塑性成型
概 述
一、金屬塑性成形(壓力加工)
金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形,獲
3、得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的生產(chǎn)方法。
二、塑性成形的基本生產(chǎn)方式
1.軋制 ;2.?dāng)D壓;3.拉拔;4.自由鍛造;5.模型鍛造;6.板料沖壓
上砥鐵
下砥鐵
坯料
三、塑性成形(壓力加工)的特點
1.力學(xué)性能高
1)組織致密;2)晶粒細化;3)壓合鑄造缺陷;
4)使纖維組織合理分布。
2.節(jié)約材料
1)力學(xué)性能高,承載能力提高;
2)減少零件制造中的金屬消耗(與切削加工相比)。
3.生產(chǎn)率高
4.適用范圍廣
1)零件大小不受限制;2)生產(chǎn)批量不受限制。
4、
第一章 金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)
§1 金屬的塑性成形原理
一、金屬塑性變形的實質(zhì)
1.單晶體的塑性變形
1)滑移:
τ
τ
晶體的一部分相對一部分沿一定的晶面發(fā)生相對滑動。
τ
τ
2)孿晶:
晶體的一部分相對一部分沿一定的晶面發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。
滑移
2. 多晶體的塑性變形
多晶體塑性變形的實質(zhì):
晶內(nèi)變形
晶粒內(nèi)部發(fā)生滑移和孿晶;同時晶粒之間發(fā)生滑移和轉(zhuǎn)動。
孿晶
晶間變形
滑動
轉(zhuǎn)動
二、塑性變形后金屬的組織和性能
1.冷變形及其影響
1)組織變化的特征:
①晶粒沿變形最大方向伸長;②晶
5、格與晶粒均發(fā)生畸變;
③晶粒間產(chǎn)生碎晶。
2)性能變化的特征:
加工硬化:隨著變形程度的增加,其強度和硬度不斷提高,塑性和韌性不斷下降。
有利:強化金屬材料。
不利:進一步的塑性變形帶來困難。
2. 回復(fù)
T回 = (0.25~0.3)T熔 (K)
3. 再結(jié)晶
T再 = (0.35~0.4)T熔 (K)
冷變形
以下
以上
熱變形
T再
4 . 熱變形及其影響
1)不產(chǎn)生加工硬化
2)使組織得到改善,提高了力學(xué)性能
① 細化晶粒;② 壓合了鑄造缺陷;③ 組織致密。
3)形成纖維組織
5 . 纖維組織
塑性變形時所形成的雜質(zhì)帶。使材料
6、性能具有了方向性。
(1)在平行于纖維組織的方向上:材料的抗拉強度提高
(2)在垂直于纖維組織的方向上:材料的抗剪強度提高
§2 金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)
一、金屬的可鍛性
是金屬材料在壓力加工時成形的難易程度。
1 . 可鍛性的衡量指標
1)塑性:材料的塑性越好,其可鍛性越好。
2)變形抗力:材料的變形抗力越小,其可鍛性越好。
2 . 影響可鍛性的因素
1)金屬的本質(zhì)
①化學(xué)成分:Me越低,材料的可鍛性越好。
②組織狀態(tài):純金屬和固溶體具有良好的可鍛性。
2)變形條件
①變形溫度:T溫越高,材料的可鍛性越好。
②變形速度:V變越小,材料的可鍛性越好。
③應(yīng)力
7、狀態(tài):三向壓應(yīng)力 — 塑性最好、變形抗力最大。
三向拉應(yīng)力 — 塑性最差、變形抗力最大。
二、鍛造溫度范圍
始鍛溫度:過熱、過燒 缺陷
終鍛溫度:加工硬化
45: 1200℃~800℃
三、金屬的變形規(guī)律
1. 體積不變定律
2. 最小阻力定律
第二章 金屬的塑性成形方法
§2-1 自由鍛造
一、自由鍛設(shè)備
65~750Kg
空氣錘
鍛錘
630Kg~5T
蒸汽空氣錘
水壓機
壓力機
油壓機
鍛錘噸位 =落下部分總重量 = 活塞+錘頭+錘桿。
壓力機噸位 =滑塊運動到下始點時所產(chǎn)生的最大壓
8、力。
二、自由鍛基本工序
基本工序 — 完成鍛件基本變形和成形的工序。
1. 礅粗:H減小;F增大。1.25≤H0/D0≤2.5
2. 拔長:F減??;L增大。
3. 沖孔:
4. 彎曲:
5. 扭轉(zhuǎn):
6. 錯移:
三、自由鍛工藝規(guī)程的制定
1. 鍛件圖的繪制
1)機械加工余量
2)公差:(1/3~1/4)余量
3)敷料
2. 坯料重量和尺寸的計算
G坯 = (1+k)G鍛
K — 消耗系數(shù)
G坯 = G鍛+G料頭+G芯料+G燒
拔長:Y=F坯/F鍛 鐓粗:Y=H
9、坯/H鍛 1.25≤H0/D0≤2.5
所以:
圓截面坯料:
所以:
長軸類鍛件:
3 . 鍛造工序的選擇
軸、桿類零件:鐓粗、拔長
筒類零件:鐓粗、沖孔、在芯軸上拔長
盤類、環(huán)類零件:鐓粗(拔長及鐓粗)、沖孔(芯軸上擴孔)
4 . 鍛造溫度范圍及加熱火次的確定
5 . 鍛造設(shè)備的選擇
6 . 確定工時
7 . 填寫工藝卡
四、自由鍛件結(jié)構(gòu)工藝性
1. 避免斜面和錐度
2. 避免曲面相交
3. 避免加強筋和凸臺
4. 采用組合工藝
§2-
10、2 模型鍛造
模型鍛造 — 將金屬坯料放在具有一定形狀的模鍛模膛內(nèi)受壓、變形,獲得鍛件的方法。
特點:
1)生產(chǎn)率高;2)鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量高;
3)材料利用率高;4)可鍛造形狀較復(fù)雜的零件;
5)模具成本高、設(shè)備昂貴;6)鍛件不能任意大。一般不得超過150kg。
一、錘上模鍛
(一)錘上模鍛設(shè)備:蒸汽—空氣模鍛捶
(二)鍛模結(jié)構(gòu)
增加金屬流動的阻力,促使金屬充滿模膛。
鍛模
模膛
飛邊槽
橋部:
形成鍛件基本形狀和尺寸的空腔。
倉部:
容納多余的金屬。
(三)模膛的分類
終鍛模膛
11、
模鍛模膛
預(yù)鍛模膛
模膛
延伸模膛
滾壓模膛
制坯模膛
彎曲模膛
切斷模膛
(四)鍛模工藝規(guī)程的制定
1. 繪制鍛件圖
1)分模面的選擇
①分模面應(yīng)選在鍛件的最大截面處;
②分模面的選擇應(yīng)使模膛淺而對稱;
③分模面的選擇應(yīng)使鍛件上所加敷料最少;
④分模面應(yīng)最好是平直面。
2)確定加工余量、公差和敷料
加工余量:1~4mm;公差:0.3~3mm
3)設(shè)計模鍛斜度
外壁斜度:5~7 0;內(nèi)壁斜度:7~12 0。
4)設(shè)計
12、模鍛圓角
外圓角:r = 1.5~12mm;內(nèi)圓角:R=(2~3)r
5)確定沖孔連皮
2. 確定模鍛工序
1)基本工序
圓盤類零件:鐓粗 預(yù)鍛 終鍛
長桿類零件:制坯 預(yù)鍛 終鍛
2)修正工序
切邊;沖孔;校正;熱處理;清理。
(五)模鍛件結(jié)構(gòu)工藝性
1. 易于從鍛模中取出鍛件;
2. 零件的外形應(yīng)力求簡單、對稱、平直;
3. 避免薄壁、高筋、凸起等結(jié)構(gòu);
4. 避免設(shè)計深孔、多孔結(jié)構(gòu);
5. 采用鍛焊組合工藝。
二、胎模鍛造
13、利用自由鍛設(shè)備在活動模具上生產(chǎn)模鍛件的方法。
1. 扣模
2. 筒模
3. 合模
應(yīng)用:沒有模鍛設(shè)備的中、小型鍛件
的批量生產(chǎn)。
§3 板料沖壓
利用沖模對金屬板料施加壓力,使其產(chǎn)生分離或變形獲得所需零件的工藝方法。
冷沖壓:t < 8 mm
拖拉機:400多個;三米收割機:1000多個。
一、沖壓設(shè)備
1. 剪床:下料設(shè)備
1)斜刃剪;2)平刃剪;3)圓盤剪
2. 沖床:沖壓設(shè)備
1)開式?jīng)_床;2)閉式?jīng)_床
二、沖壓基本工序及變形特點
(一)分離工序
使坯料的一部分相對另一部分產(chǎn)生分離的工序(沖孔、
14、落料、修正、剪切、切邊等)。
1. 沖裁(落料、沖孔)
使坯料沿封閉輪廓分離的工序。
1)沖裁的變形過程
①彈性變形階段
②塑性變形階段
③斷裂、分離階段
4
3
彈性變形階段
斷裂分離階段
2
1
塑性變形階段
剪裂帶區(qū);
3
光亮帶區(qū);
2
塌角區(qū);
1
毛刺
4
2)沖裁模設(shè)計及沖裁工藝特點
① 凸凹模要具有鋒利的刃口;
② 凸凹模間隙要合理;Z 雙邊間隙;Z = (5%~10%)t
③凸凹模刃口尺寸要正確;
落料:為制得件2。以凹模為設(shè)計基準。
1
D凹 = d落;
15、D凸= D凹 - Z
沖孔:為制得件1。以凸模為設(shè)計基準。
D凸 = d孔;D凹 = D凸 + Z
④ 排樣要合理
2
排樣:沖裁件在板料上的布置方式。
a)有接邊排樣;b)少無接邊排樣。
3)沖裁力: (N)
L — 沖裁件周邊長度(mm);
K 安全系數(shù)(1.3);
t — 坯料的抗剪強度(N/mm2)。
t — 坯料厚度(mm);
2 . 修正
利用修正模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬,切掉剪裂帶和毛刺。提高其尺寸精度降低表面粗糙度。
IT9-IT7 Ra = 1.6-0.8 mm
(二)變形工序
16、
使坯料的一部分相對另一部分產(chǎn)生位移而不被破壞的工序(拉深、彎曲、翻邊、成形等)。
1.拉深
使坯料在凸模的作用下壓入凹模,獲得空心體零件的沖壓工序。
2)拉深廢品
① 拉裂(拉穿);② 起皺
3)拉深模設(shè)計及工藝特點
① 凸凹模的工作部分必須具有一定的圓角;
r凹=10t r凸=(0.6-1)r凹。
② 凸凹模間隙要合理
Z =(1.1-1.2)t;Z — 單邊間隙
③ 控制拉深系數(shù)(m);
m = d/D =(0.5-0.8)
④ 設(shè)置壓邊圈
⑤ 涂潤滑油
2. 彎曲
將平直板料彎成一定的角度或圓弧的工序。
1)彎曲的變形特點
① 變形區(qū)域
17、主要在圓角部位;
② 外層金屬受拉應(yīng)力,內(nèi)層金屬受壓應(yīng)力
2)彎曲缺陷:彎裂
3)彎曲工藝特點
①彎曲半徑 r≥rmin=(0.25-1)t ;
② 毛刺應(yīng)位于內(nèi)側(cè);
③ 彎曲線應(yīng)盡量與坯料纖維方向垂直;
④ “回彈”問題:
a)設(shè)計補償角;
b)對工件進行退火;
c)設(shè)計加強筋。
3. 翻邊、成形
1)翻邊
在帶孔的平坯料上用擴孔的方法獲得凸
緣的工序。
2)成形
包括:起伏、脹形、壓印等。
三、沖模的分類及結(jié)構(gòu)
1. 簡單沖模
沖床在一次行程中只完成一個沖壓工序。
2. 連續(xù)沖模
沖床在一次行程中在不同的工位同時
18、只完成兩個以上的沖壓工序。
3. 復(fù)合沖模
沖床在一次行程中在同一工位同時完成兩個以上的沖壓工序。
四、沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性
1. 沖壓方法對結(jié)構(gòu)工藝性的要求
1)對沖裁件的要求
① 沖裁件的形狀應(yīng)力求簡單、對稱,有利于材料的合理利用;
② 應(yīng)避免細長槽和細長臂結(jié)構(gòu);
③ 沖裁件的內(nèi)外轉(zhuǎn)角處,應(yīng)盡量避免尖角。
④ 沖裁件孔的尺寸
2)對彎曲件的要求
① 彎曲件的形狀應(yīng)力求簡單、對稱,并考慮材料纖維方向;
② 彎曲半徑不能小于材料允許的最小彎曲半徑;
③ 彎曲高度H>2t。
④ 帶孔件的彎曲:
3)對拉深件的要求
① 彎曲件的形狀應(yīng)力求簡單、對稱,并不宜太高;
② 拉深件的圓角半徑應(yīng)滿足:rd3t、R 3 2t;
2. 改進結(jié)構(gòu)可簡化工藝及節(jié)省材料
1)采用沖焊結(jié)構(gòu)
2)采用沖口工藝
3)盡量簡化沖壓件的結(jié)構(gòu)
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