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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 任課教師：徐曉峰 第三篇 金屬塑性成形 （壓力加工） 計劃學時： 8 教學目的和要求： 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； 學完本篇要求學生了解并掌握壓力加工的基本原理、各種壓力加工方法、零件的結構工藝性和鍛件及沖壓件工藝設計。 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生什么缺陷？ 5． 自由鍛工藝規(guī)程包括哪些內容？如何繪制自由鍛件圖？需要考慮哪些因素？ 6． 成批生產外徑為40mm、內徑為20mm、厚度為2mm的墊圈時，應選用何種模具結構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生塑性變形，獲

3、得具有一定形狀、尺寸和力學性能的毛坯或零件的生產方法。 二、塑性成形的基本生產方式 1．軋制 ；2．擠壓；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．生產率高 4．適用范圍廣 1）零件大小不受限制；2）生產批量不受限制。

4、 第一章 金屬塑性成形工藝基礎 §1 金屬的塑性成形原理 一、金屬塑性變形的實質 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)生相對轉動。 滑移 2. 多晶體的塑性變形 多晶體塑性變形的實質： 晶內變形 晶粒內部發(fā)生滑移和孿晶；同時晶粒之間發(fā)生滑移和轉動。 孿晶 晶間變形 滑動 轉動 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 T回 = （0.25~0.3）T熔 （K） 3. 再結晶 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）不產生加工硬化 2）使組織得到改善，提高了力學性能 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 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 ①化學成分：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應力

7、狀態(tài)：三向壓應力 — 塑性最好、變形抗力最大。 三向拉應力 — 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??；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： 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 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 . 鍛造設備的選擇 6 . 確定工時 7 . 填寫工藝卡 四、自由鍛件結構工藝性 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受壓、變形，獲得鍛件的方法。 特點： 1）生產率高；2）鍛件的尺寸精度和表面質量高； 3）材料利用率高；4）可鍛造形狀較復雜的零件； 5）模具成本高、設備昂貴；6）鍛件不能任意大。一般不得超過150kg。 一、錘上模鍛 （一）錘上模鍛設備：蒸汽—空氣模鍛捶 （二）鍛模結構 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分模面應選在鍛件的最大截面處； ②分模面的選擇應使模膛淺而對稱； ③分模面的選擇應使鍛件上所加敷料最少； ④分模面應最好是平直面。 2)確定加工余量、公差和敷料 加工余量：1~4mm；公差：0.3~3mm 3）設計模鍛斜度 外壁斜度：5~7 0；內壁斜度：7~12 0。 4）設計

12、模鍛圓角 外圓角：r = 1.5~12mm；內圓角：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 預鍛 終鍛 長桿類零件：制坯 預鍛 終鍛 2）修正工序 切邊；沖孔；校正；熱處理；清理。 （五）模鍛件結構工藝性 1. 易于從鍛模中取出鍛件； 2. 零件的外形應力求簡單、對稱、平直； 3. 避免薄壁、高筋、凸起等結構； 4. 避免設計深孔、多孔結構； 5. 采用鍛焊組合工藝。 二、胎模鍛造

13、利用自由鍛設備在活動模具上生產模鍛件的方法。 1. 扣模 2. 筒模 3. 合模 應用：沒有模鍛設備的中、小型鍛件 的批量生產。 §3 板料沖壓 利用沖模對金屬板料施加壓力，使其產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、沖壓設備 1. 剪床：下料設備 1）斜刃剪；2）平刃剪；3）圓盤剪 2. 沖床：沖壓設備 1）開式沖床；2）閉式沖床 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（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（m）； m = d/D =（0.5-0.8） ④ 設置壓邊圈 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 外層金屬受拉應力，內層金屬受壓應力 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 毛刺應位于內側； ③ 彎曲線應盡量與坯料纖維方向垂直； ④ “回彈”問題： a）設計補償角； b）對工件進行退火； c）設計加強筋。 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、沖模的分類及結構 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、沖壓件結構工藝性 1. 沖壓方法對結構工藝性的要求 1）對沖裁件的要求 ① 沖裁件的形狀應力求簡單、對稱，有利于材料的合理利用； ② 應避免細長槽和細長臂結構； ③ 沖裁件的內外轉角處，應盡量避免尖角。 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 彎曲件的形狀應力求簡單、對稱，并不宜太高； ② 拉深件的圓角半徑應滿足：rd3t、R 3 2t； 2. 改進結構可簡化工藝及節(jié)省材料 1）采用沖焊結構 2）采用沖口工藝 3）盡量簡化沖壓件的結構 58