第三章 金属塑性成形课件.ppt

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1、第三篇 金属压力加工,第三篇 金属压力加工,总目录,分目录,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、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，称为金属压力加工，又称金属塑性加工。,金属压力加工的基本生产方式,第三篇 金属压力加工,总目录,分目录,轧制：坯料在两个回转轧辊的孔隙中受压变形。 拉拔：坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。 挤压：坯料在挤压模内被挤出模孔而变形的加工方法。 锻造：坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的方法。 板料冲压：金属板料在冲模间受外力作用而产生分离或变形的加工方法。,金属压力加工的用途,第三篇 金属压力加工,总目录,分目录,一般常用的金属

2、型材、板材、管材和线材等原材料，大都是通过轧制、挤压、拉拔等方法制成的。机械制造业中的许多毛坯或零件，特别是承受重载荷的机件，如机床的主轴、重要齿轮、连杆、炮管和枪管等，通常采用锻件作毛坯。,总目录 第三篇 金属压力加工,第三篇 金属压力加工,总目录,分目录,第一章 金属的塑性变形,第一章 金属的塑性变形,金属塑性变形的实质,第一节金属塑性变形的实质,总目录,分目录,金属在外力作用下，先发生弹性变形，当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服点之后，即使外力停止作用，金属的变形也并不消失，这种变形称为塑性变形。 金属塑性变形的实质是晶体内部产生滑移的结果。,单晶体内的滑移变形,第一节金属塑性变

3、形的实质,总目录,分目录,单晶体内的滑移变形,第一节金属塑性变形的实质,总目录,分目录,在切向应力作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑移(该面称滑移面)，从而造成晶体的塑性变形。当外力继续作用或增大时，晶体还将在另外的滑移面上发生滑移，使变形继续进行，因而得到一定的变形量。 上述滑移运动，相当于滑移面上下两部分晶体彼此以刚性整体作相对运动。要实现这种滑移所需的外力要比实际测得的数据大几千倍，这说明实际晶体结构及其塑性变形并不完全如此。,位错运动引起塑性变形,第一节金属塑性变形的实质,由于位错的存在，部分原子处于不稳定状态。在比理论值低得多的切应力作用下，处于高能位的原子很容易

4、从一个相对平衡的位置上移动到另一个位置上，形成位错运动。,多晶体塑性变形示意图,第一节金属塑性变形的实质,一般金属都是由大量微小晶粒组成的多晶体。其塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个晶粒产生变形(称为晶内变形)的综合效果。晶粒之间有滑动和转动(称为晶间变形),加工硬化,第二节塑性变形对金属组织和性能的影响,金属在常温下经过塑性变形后，内部组织将发生变化：晶粒沿最大变形的方向伸长；晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；晶粒间产生碎晶。 金属的强度及硬度升高，而塑性和韧性下降，其原因是由于滑移面上的碎晶块和附近晶格的强烈扭曲，增大了滑移阻力，使继续滑移难于进行所致。这种现象称为冷变形强化，又称加

5、工硬化。图3-4,加工硬化的回复,冷变形强化不稳定，具有自发地回复到稳定状态的倾向，但在室温下不易实现。当提高温度时，原子因获得热能，热运动加剧，使原子得以回复正常排列，消除了晶格扭曲，致使加工硬化得到部分消除。这一过程称为“回复”(图35b)。这时的温度称为回复温度，即 T回=(02503)T熔 ； T回金属回复温度； T熔金属熔点温度。,第二节塑性变形对金属组织和性能的影响,金属再结晶,当温度继续升高到该金属熔点绝对温度的0.4倍时，金属原子获得更多的热能，开始以某些碎晶或杂质为核心，按变形前的晶格结构结晶成新的晶粒，从而消除了全部冷变形强化现象。这个过程称为再结晶。这时的温度称为再结晶温

6、度，即 T再=0.4 T熔,第二节塑性变形对金属组织和性能的影响,金属的回复和再结晶示意图,第二节塑性变形对金属组织和性能的影响,再结晶退火,在压力加工生产中，冷变形强化给金属继续进行塑性变形带来困难，应加以消除。在实际生产中，常采用加热的方法使金属发生再结晶，从而再次获得良好塑性。这种工艺操作称为再结晶退火。,第二节塑性变形对金属组织和性能的影响,冷变形和热变形,在再结晶温度以下的变形叫冷变形。在再结晶温度以上的变形叫热变形。 冷变形无再结晶现象却有冷变形强化现象，所以变形程度不宜过大。冷变形能使金属获得较高的强度、硬度和低粗糙度值。 热变形具有再结晶组织、而无冷变形强化痕迹。金属只有在热变

7、形情况下，才能以较小的功达到较大的变形。同时能获得具有高力学性能的细晶粒再结晶组织。,第二节塑性变形对金属组织和性能的影响,铸锭热变形前后的组织,第二节塑性变形对金属组织和性能的影响,铸锭产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都都将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织,铸锭热变形前后的组织,第二节塑性变形对金属组织和性能的影响,纤维组织使金属在性能上具有了方向性。纤维组织越明显，金属在纵向(平行纤维方向)上塑性和韧性提高，而在横向(垂直纤维方向)上塑性和韧性降低。纤维组织的明显程度与金属的变形程度有关。变形程度越大，纤维组织越明显。 在设计和制造零件时，应使零件

8、在工作中产生的最大正应力方向与纤维方向重合，最大切应力方向与纤维方向垂直。,制造螺钉的不同方法,第二节塑性变形对金属组织和性能的影响,金属的可锻性,第三节金属的可锻性,金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。 金属的可锻性好，表明该金属适合于采用压力加工成形；可锻性差，表明该金属不宜于选用压力加工方法成形。,金属的可锻性,第三节金属的可锻性,可锻性常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性好。反之则差。 金属的塑性用金属的断面收缩率、伸长率等来表示。变形抗力系指在压力加工过程中变形金属作用于施压工具表面单位面积上的压力。变形抗力越小

9、，则变形中所消耗的能量也越少。 金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。,金属的本质2-1,第三节金属的可锻性,1化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性越好；钢中含有形成碳化物的元素(如铬、钼、钨、钒等)时，其可锻性显著下降。,金属的本质2-2,第三节金属的可锻性,2金属组织的影响 金属内部的组织结构不同，其可锻性有很大差别。纯金属及固溶体(如奥氏体)的可锻性好，而碳化物(如渗碳体)的可锻性差。铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好。,加工条件,第三节金属的可锻性,1变形温度的影响 随温度的升高 ，塑性提高，变形抗力降低，可锻性明显改善 ；但温度

10、过高，对钢而言，必将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷，甚至使锻件报废，所以应该严格控制锻造温度。 锻造温度范围系指始锻温度(开始锻造的温度)和终锻温度(停止锻造的温度)间的温度区间。,加工条件,第三节金属的可锻性,2变形速度的影响 变形速度即单位时间的变形程度。一方面随着变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服冷变形强化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，可锻性变差。另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，改善着变形条件。但这种热效应现象除在高速锤等设备的锻造中较明显外，一般压力加工的变形过程中，因变形速度低，不易出现。,加工条件,第三节金属的可锻性,变形

11、速度对塑性及变形抗力的影响：1变形抗力曲线；2一塑性变化曲线 。,加工条件,第三节金属的可锻性,3应力状态的影响 金属在经受不同方法变形时，所产生的应力性质(压应力或拉应力)和大小是不同的。（如下图）,加工条件,第三节金属的可锻性,挤压时金属应力状态，三向受压状态。,加工条件,第三节金属的可锻性,拉拔时金属应力状态 ，两向受压、一向受拉。,加工条件,第三节金属的可锻性,实践证明，三个方向的应力中，压应力的数目越多，则金属的塑性越好；拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。同号应力状态下引起的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。拉应力使金属原子间距增大，尤其当金属的内部存在气孔、微裂纹等缺陷时，在

12、拉应力作用下，缺陷处易产生应力集中，使裂纹扩展，甚至达到破坏报废的程度。压应力使金属内部原子间距离减小，不易使缺陷扩展，故金属的塑性会增高。但压应力使金属内部摩擦阻力增大，变形抗力亦随之增大。,第二章 锻 造,第二章 锻 造,锻造简介,第二章 锻造,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，这类工艺方法称为锻造。,自由锻,第一节 锻造方法,自由锻是利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁之间产生变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件 由于金属坯料在抵铁间受力变形时，沿变形方向可以自由流动，不受限制，故而得名。 自由锻的应用范围较为广泛。可锻造的锻件质量由不及1 kg到3

13、00 t。在重型机械中，自由锻是生产大型和特大型锻件的惟一成形方法。,锻锤和液压机,第一节 锻造方法,锻锤是依靠产生的冲击力使金属坯料变形，但由于能力有限，故只用来锻造中、小型锻件。 液压机是依靠产生的压力使金属坯料变形。,自由锻工序 基本工序,第一节 锻造方法,自由锻的工序可分为基本工序、辅助工序和精整工序三大类。 基本工序是使金属坯料实现主要的变形要求，达到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工序。 镦粗 是使坯料高度减小、横截面积增大的工序。它是自由锻生产中最常用的工序，适用于饼块、盘套类锻件的生产。 拔长 是使坯料横截面积减小、长度增大的工序。它适用于轴类、杆类锻件的生产。,自由锻工序 基本

14、工序,第一节 锻造方法,冲孔 是使坯料具有通孔或盲孔的工序。对环类件，冲孔后还应进行扩孔工作。 弯曲 是使坯料轴线产生一定曲率的工序。 扭转 是使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的工序。 错移 是使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序，是生产曲拐或曲轴类锻件所必须的工序。 切割 是分割坯料或去除锻件余量的工序。,自由锻工序 辅助工序,第一节 锻造方法,辅助工序是指进行基本工序之前的预变形工序。,自由锻工序 精整工序,第一节 锻造方法,精整工序 它是在完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸及位置精度的工序。,模 锻,第一节 锻造方法,模锻是使金属坯料在冲击力或压力作用下，在锻模模膛

15、内变形，从而获得锻件的工艺方法。由于金属是在模膛内变形，其流动受到模壁的限制，因而模锻生产的锻件尺寸精确、加工余量较小、结构可以较复杂，而且生产率高。模锻生产广泛应用在机械制造业和国防工业中。 模锻按使用的设备不同分为：锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻、胎模锻等。,锤上模锻,第一节 锻造方法,锤上模锻的锻模,第一节 锻造方法,上模2和下模4分别用楔铁10、7固定在锤头1和模垫5上，模垫用楔铁6固定在砧座上。上模随锤头作上下往复运动。9为模膛，8为分模面，3为飞边槽。,模锻模膛,第一节 锻造方法,模膛根据其功用的不同，分为模锻模膛和制坯模膛两种。终锻模膛：终锻模膛的作用是使坯料最后变

16、形到锻件所要求的形状和尺寸。但因锻件冷却时要收缩，终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属更好地充满模膛，同时容纳多余的金属。,模锻模膛,第一节 锻造方法,对于具有通孔的锻件，由于不可能靠上、下模的突起部分把金属完全挤压到旁边去，故终锻后在孔内留有一薄层金属，称为冲孔连皮。,模锻模膛,第一节 锻造方法,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，这样再进行终锻时，金属容易充满终锻模膛。同时减少了终锻模膛的磨损，延长锻模的使用寿命。 预锻模膛与终锻模膛的主要区别是，前者的圆角和斜度较大，没有飞边槽。对于形状简单或批量

17、不够大的模锻件也可以不设预锻模膛。,制胚模膛,第一节 锻造方法,对于形状复杂的模锻件，为了使坯料形状基本接近模锻件形状，使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就必须预先在制坯模膛内制坯 。,制胚模膛拔长模膛,第一节 锻造方法,用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。当模锻件沿轴向横截面积相差较大时，常采用这种模膛进行拔长。,制胚模膛滚压模膛,第一节 锻造方法,在坯料长度基本不变的前提下用它来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积,制胚模膛弯曲模膛,第一节 锻造方法,对于弯曲的杆类模锻件，需采用弯曲模膛来弯曲坯料 。,制胚模膛切断模膛,第一节 锻造方法,它是在上模与下模的角

18、部组成的一对刃口，用来切断金属 。,弯曲连杆锻造过程,第一节 锻造方法,锤上模锻的特点,第一节 锻造方法,锤上模锻虽具有设备投资较少，锻件质量较好，适应性强，可以实现多种变形工步，锻制不同形状的锻件等优点，但由于锤上模锻震动大、噪声大，完成一个变形工步往往需要经过多次锤击，故难以实现机械化和自动化，生产率在模锻中相对较低。,曲柄压力机上模锻,第一节 锻造方法,1电动机；2小带轮；3大带轮；4传动轴；5小齿轮；6大齿轮；7离合器；8曲柄；9连杆；,曲柄压力机上模锻的特点,第一节 锻造方法,(1)曲柄压力机作用于金属上的变形力是静压力，且变形抗力由机架本身承受，不传给地基。因此曲柄压力机工作时无震

19、动，噪声小。 (2)滑块行程固定，每个变形工步在滑块的一次行程中即可完成。 (3)曲柄压力机具有良好的导向装置和自动顶件机构，因此锻件的余量、公差和模锻斜度都比锤上模锻的小。,曲柄压力机上模锻的特点,第一节 锻造方法,(4) 所用锻模都设计成镶块式模具。制造简单，更换容易，节省贵重的模具材料。,曲柄压力机上模锻的特点,第一节 锻造方法,(5)坯料表面上的氧化皮不易被清除掉，影响锻件质量。曲柄压力机上也不宜进行拔长和滚压工步。如果是横截面变化较大的长轴类锻件，可采用周期轧制坯料或用辊锻机制坯来代替这两个工步。 这种模锻方法具有锻件精度高、生产率高、劳动条件好和节省金属等优越性 。,摩擦压力机上模

20、锻,第一节 锻造方法,摩擦压力机上模锻的特点,第一节 锻造方法,(1)摩擦压力机的滑块行程不固定，并且有一定的冲击作用，因而可实现轻打、重打，可在一个模膛内对金属进行多次锻击。这不仅能满足实现各种主要成形工序的要求，还可以进行弯曲、压印、热压、精压、切飞边、冲连皮及校正等工序 (2)由于滑块运动速度低，金属变形过程中的再结晶可以充分进行。因而特别适合于锻造低塑性合金钢和非铁金属(如铜合金)等。但也因此其生产率较低。,摩擦压力机上模锻的特点,第一节 锻造方法,(3)由于滑块打击速度不高，设备本身具有顶料装置，故可以采用整体式锻模，也可以采用特殊结构的组合式模具，使模具设计和制造简化、节约材料、降

21、低成本。同时，可以锻制出形状更为复杂、敷料和模锻斜度都较小的锻件。此外，还可将轴类锻件直立起来进行局部镦粗。 (4)摩擦压力机承受偏心载荷的能力差，通常只适用于单膛锻模进行模锻。对于形状复杂的锻件，需要在自由锻设备或其它设备上制坯。,摩擦压力机上模锻的特点,第一节 锻造方法,摩擦压力机上模锻适合于中小型锻件的小批或中批量生产，如铆钉、螺钉、螺母、配汽阀、齿轮、三通阀等。,胎膜锻,第一节 锻造方法,胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的工艺方法。胎模锻一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中成形。胎模的种类较多，主要有扣模、筒模及合模三种。,胎膜锻,第一节 锻造方法,(1)扣模 扣模用来对坯料进

22、行全部或局部扣形，以生产长杆非回转体锻件。也可以为合模锻造进行制坯。用扣模锻造时，坯料不转动。,胎膜锻,第一节 锻造方法,(2)筒模 筒模主要用于锻造齿轮、法兰盘等盘类锻件。组合筒模由于有两个半模(增加一个分模面)的结构，可锻出形状更复杂的胎模锻件，扩大了胎模锻的应用范围,胎膜锻,第一节 锻造方法,(3)合模 合模由上模和下模组成，并有导向结构，可生产形状复杂、精度较高的非回转体锻件。,第二节锻造工艺规程的制订,第二节 锻造工艺规程的制订,制订锻造工艺规程时，其主要内容如下 : 一、绘制锻件图 ; 二、坯料重量和尺寸的确定 ; 三、锻造工序(工步)的确定 ; 四、锻造工艺规程中的其它内容 .,

23、一、绘制锻件图,第二节 锻造工艺规程的制订,绘制锻件图应考虑如下几个内容： 1敷料、余量及公差 ; 2分模面 ; 3模锻斜度 ; 4模锻圆角半径 ; 5冲孔连皮 .,一、绘制锻件图,1敷料、余量及公差,第二节 锻造工艺规程的制订,为了简化零件的形状和结构、便于锻造而增加的一部分金属，称为敷料。如消除零件上的键槽、窄环形沟槽、齿谷或尺寸相差不大的台阶结构而增加的金属均属敷料。 在零件的加工表面上为切削加工而增加的尺寸称为余量。 锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量。,一、绘制锻件图,1敷料、余量及公差,第二节 锻造工艺规程的制订,一、绘制锻件图,2分模面,第二节 锻造工艺规程的制订,分模面是指上下

24、锻模在模锻件上的分界面。它在锻件上的位置是否合适，关系到锻件成形、锻件出模、材料利用率及锻模加工等一系列问题。,一、绘制锻件图,2分模面 确定原则1,第二节 锻造工艺规程的制订,1、应保证模锻件能从模膛中取出来a,一、绘制锻件图,2分模面 确定原则2,第二节 锻造工艺规程的制订,2、应使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象。c,一、绘制锻件图,2分模面 确定原则3,第二节 锻造工艺规程的制订,3、应选在能使模膛深度最浅的位置上，有利于金属充满模膛，便于取件。b,一、绘制锻件图,2分模面 确定原则4,第二节 锻造工艺规程的制订,4、选定的分模面应使零件上所加的敷

25、料最少b。,一、绘制锻件图,2分模面 确定原则5,第二节 锻造工艺规程的制订,5、分模面最好是一个平面，以便于锻模的制造，并防止锻造过程中上下锻模错动。,一、绘制锻件图,3模锻斜度,第二节 锻造工艺规程的制订,模锻件上平行于锤击方向(垂直于分模面)的表面必须具有斜度，以便于从模膛中取出锻件。对于锤上模锻，模锻斜度一般为 5。15。模锻斜度与模膛深度和宽度有关。当模膛深度(h)与宽度(b)的比值(hb)越大时，取较大的斜度值。,一、绘制锻件图,4模锻圆角半径,第二节 锻造工艺规程的制订,在模锻件上所有两平面的交角均需做成圆角。圆角使金属易于充满模膛，避免尖角处产生裂纹，减缓锻件外尖角处的磨损。钢

26、质模锻件外圆角半径(r)取1.512 mm，内圆角半径(R)比外圆角半径大23倍。模膛越深圆角半径的取值就越大。,一、绘制锻件图,5冲孔连皮,第二节 锻造工艺规程的制订,当模锻件的孔径大于25 mm时，应将该孔形锻出。但由于模锻无法锻出通孔，需在孔中留出冲孔连皮，其厚度依孔径而定。当孔径为2580 mm时，冲孔连皮的厚度取48 mm。,一、绘制锻件图,二、坯料重量和尺寸的确定,第二节 锻造工艺规程的制订,G坯料=G锻件+G烧损+G料头,三、锻造工序(工步)的确定,第二节 锻造工艺规程的制订,长轴类模锻件 锻件的长度与宽度之比较大，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等。此类锻件在锻造过程中，锤击方向

27、垂直于锻件的轴线。终锻时，金属沿高度与宽度方向流动，而沿长度方向没有显著的流动。因此，常选用拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工步。对于小型长轴类锻件，为了减少钳口料和提高生产率，常采用一根棒料同时锻造出几个锻件的方法。,后图,三、锻造工序(工步)的确定,第二节 锻造工艺规程的制订,三、锻造工序(工步)的确定,第二节 锻造工艺规程的制订,三、锻造工序(工步)的确定,第二节 锻造工艺规程的制订,短轴类模锻件在分模面上的投影为圆形或长度接近于宽度或直径的锻件，如齿轮、法兰盘等。此类模锻件在锻造过程中，锤击方向与坯料轴线相伺。终锻时金属沿高度、宽度及长度方向均产生流动。因此常选用镦粗、预锻、终锻等工步。

28、,后图,三、锻造工序(工步)的确定,第二节 锻造工艺规程的制订,自由锻件的结构工艺性1,第三节、锻件结构的工艺性,自由锻锻件若有锥体或斜面结构，将使锻造工艺复杂，操作不方便，降低设备的使用效率。,自由锻件的结构工艺性2,第三节、锻件结构的工艺性,锻件若由数个简单几何体构成时，几何体间的交接处不应形成空间曲线，应改成平面与圆柱、平面与平面相接的结构 。,自由锻件的结构工艺性3,第三节、锻件结构的工艺性,自由锻锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面。,自由锻件的结构工艺性4,第三节、锻件结构的工艺性,自由锻锻件的横截面若有急剧变化或形状较复杂时 ,应设计成由几个简单件构成的组合体

29、。再用焊接或机械连接方式构成整体件,模锻件的结构工艺性1,第三节、锻件结构的工艺性,模锻件上必须具有一个合理的分模面，以保证模锻成形后，容易从锻模中取出。并且，应使敷料最少，锻模容易制造。,模锻件的结构工艺性2,第三节、锻件结构的工艺性,由于模锻件尺寸精度较高和表面粗糙度值低，因此零件上只有与其它机件配合的表面才需进行机械加工，其它表面均应设计为非加工表面。模锻件上与分模面垂直的非加工表面，应设计出模锻斜度。两个非加工表面形成的角(包括外角和内角)都应按模锻圆角设计。,模锻件的结构工艺性3,第三节、锻件结构的工艺性,为了使金属容易充满模膛和减少工序，模锻件外形应力求简单、平直和对称。尽量避免模

30、锻件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构。,模锻件的结构工艺性4,第三节、锻件结构的工艺性,模锻件的结构中应避免深孔或多孔结构。,模锻件的结构工艺性5,第三节、锻件结构的工艺性,模锻件的整体结构应力求简单。当整体结构在成形中需增加较多敷料时，可采用组合工艺制做。,第三章 板料冲压,第二章 锻 造,第三章 板料冲压,第三章 板料冲压,板料冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。这种加工方法通常是在冷态下进行的，所以又叫冷冲压。只有当板料厚度超过810 mm时，才采用热冲压。,第三章 板料冲压,第三章 板料冲压,冲压生产中常用的设备是剪床和冲床。剪床用来把板料剪切成一定宽度的条料，以

31、供下一步的冲压工序用。冲床用来实现冲压工序，以制成所需形状和尺寸的成品零件。,板料冲压的优点,第三章 板料冲压,(1)可以冲压出形状复杂的零件，且废料较少。(2)产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度值，冲压件的互换性较好。(3)能获得重量轻、材料消耗少、强度和刚度都较高的零件。(4)冲压操作简单，工艺过程便于机械化和自动化，生产率很高。故零件成本低。,板料冲压的缺点,第三章 板料冲压,冲模制造复杂、成本高，只有在大批量生产条件下，其优越性才显得突出。,板料冲压的基本工序,第三章 板料冲压,冲压生产的基本工序有分离工序和变形工序两大类。分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。如落料、

32、冲孔、切断和修整等。变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序，如拉深、弯曲、翻边、成形等。,第一节 分离工序,第一节 分离工序,分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。如落料、冲孔、切断和修整等。,一、落料及冲孔(统称冲裁),第一节 分离工序落料及冲孔,冲裁是使坯料按封闭轮廓分离的工序。落料时，冲落部分为成品，而余料为废料；冲孔是为了获得带孔的冲裁件，而冲落部分是废料。,冲裁变形过程,第一节 分离工序落料及冲孔,(1)弹性变形阶段 冲头(凸模)接触板料继续向下运动的初始阶段，使板料弹性压缩、拉伸与弯曲等变形。凸模下的板料略有弯曲，凸模周围的板料则向上翘。间隙c的数

33、值越大，弯曲和上翘越明显。,冲裁变形过程,第一节 分离工序落料及冲孔,(2)塑性变形阶段 板料中的应力值达到屈服极限，板料金属产生塑性变形。变形达到一定程度时，位于凸、凹模刃口处的金属硬化加剧，出现微裂纹。,冲裁变形过程,第一节 分离工序落料及冲孔,(3)断裂分离阶段 冲头继续向下运动，已形成的上下裂纹逐渐扩展。上下裂纹相遇重合后，板料被剪断分离。,凸凹模间隙,第一节 分离工序落料及冲孔,间隙过大，凸模刃口附近的剪裂纹较正常间隙时向里错开一段距离，难以与凹模刃口附近的裂纹汇合，冲裁件被撕开，边缘粗糙。间隙过小时，凸模刃口附近的剪裂纹较正常间隙时向外错开一段距离，上下裂纹也不能很好重合。只有间隙

34、值控制在合理范围内，上下裂纹才能重合于一线，冲裁断口质量最好。,凸凹模间隙,第一节 分离工序落料及冲孔,间隙越小，摩擦越严重，模具的寿命将降低。间隙对卸料力、推件力也有较明显的影响。间隙越大，则卸料力和推件力越小。 正确选择合理的间隙值对冲裁生产至关重要。当冲裁件断面质量要求较高时，选取小间隙值。对冲裁件断面质量无严格要求时，应尽可能加大间隙，以利于提高冲模寿命。,凸凹模间隙,第一节 分离工序落料及冲孔,单边间隙(c)的合理数值可按下述经验公式计算： c=m 式中：板料厚度，mm；m与板料性能及厚度有关的系数。板料较薄时，m可以选用如下数据：低碳钢、纯铁 m=0.060.09 铜、铝合金 m=

35、0.060.1 高碳钢 m=0.08012,凸凹模刃口尺寸的确定,第一节 分离工序落料及冲孔,设计落料模时，应先按落料件确定凹模刃口尺寸，取凹模作设计基准件，然后根据间隙确定凸模尺寸，即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值。设计冲孔模时，先按冲孔件确定凸模刃口尺寸，取凸模作设计基准件，然后根据间隙确定凹模尺寸，即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值。,凸凹模刃口尺寸的确定,第一节 分离工序落料及冲孔,冲模必然有磨损，落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，而冲孔件尺寸则随凸模的磨损而减小落料时凹模刃口的尺寸应靠近落料件公差范围内的最小尺寸；冲孔时，选取凸模刃口的尺寸靠近孔的公差范围内的最大尺寸。,冲裁件的排样

36、,第一节 分离工序落料及冲孔,排样是指落料件在条料、带料或板料上合理布置的方法。排样合理使废料最少，材料利用率高。,冲裁件的排样,第一节 分离工序落料及冲孔,落料件的排样：无搭边排样和有搭边排样。 无搭边排样是利用落料件形状的一个边作为另一个落料件的边缘。材料利用率高，但毛刺不在同一个平面上，尺寸不容易准确。 有搭边排样是在各个落料件之间均留有一定尺寸的搭边。其优点是毛刺小，而且在同一个平面上，冲裁件尺寸准确，质量较高，但材料消耗多。,修整,第一节 分离工序落料及冲孔,修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉冲裁件上的剪裂带和毛刺，从而提高冲裁件的尺寸精度，降低表面粗糙度值 修

37、整冲裁件的外形称外缘修整，修整冲裁件的内孔称内孔修整 .,第二节 变形工序,第二节变形工序,变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序，如拉深、弯曲、翻边、成形等。,拉深过程,第二节变形工序 拉深,拉深是利用模具使冲裁后得到的平板坯料变形成开口空心零件的工序。其过程：把直径为D的平板坯料放在凹模上，在凸模作用下，坯料被拉入凸模和凹模的间隙中，形成空心拉深件。,拉深中的废品,第二节变形工序拉深,拉深件主要受拉应力作用,当拉应力值超过强度极限时，拉深件将被拉穿形成废品。最危险部位是直壁与底部的过渡圆角处 .拉深过程中另一种常见缺陷是起皱 .,出现拉穿现象的因素,第二节变形工序 拉

38、深,(1)凸凹模的圆角半径 拉深模的工作部分不能是锋利的刃口，必须做成一定的圆角。 (2)凸凹模间隙过小，模具与拉深件间的摩擦力增大，易拉穿工件和擦伤工件表面，且降低模具寿命。间隙过大，又容易使拉深件起皱，影响拉深件的尺寸精度。,出现拉穿现象的因素,第二节变形工序拉深,(3)拉深系数 拉深件直径d与坯料直径D的比值称为拉深系数，用m表示。是衡量拉深变形程度的指标。m越小，表明拉深件直径越小，变形程度越大，坯料被拉入凹模越困难，易产生拉穿废品。,出现拉穿现象的因素,第二节变形工序拉深,如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时，则可采用多次拉深工艺 。但多次拉深过程中，加工硬化现象严重。,拉深过程中的

39、起皱,第二节变形工序拉深,弯曲,第二节变形工序弯曲,弯曲是将坯料弯成具有一定角度和曲率的变形工序,弯曲,第二节变形工序弯曲,板料弯曲部分的内侧受压缩，而外层受拉伸。当外侧的拉应力超过板料的抗拉强度时，即会造成金属破裂。板料越厚，内弯曲半径r越小，则拉应力越大，越容易弯裂。,弯曲,第二节变形工序弯曲,弯曲时还应尽可能使弯曲线与板料纤维垂直。若弯曲线与纤维方向一致，则容易产生破裂。此时应增大弯曲半径。,弯曲,第二节变形工序弯曲,在弯曲结束后，由于弹性变形的恢复，板料略微弹回一点，使被弯曲的角度增大，此现象称为回弹。,翻边,第二节变形工序翻边,翻边是在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。,成形

40、,第二节变形工序成形,成形是利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序.,第三节 冲模简介,第三节 冲模简介,冲模的结构合理与否对冲压件质量、生产率及模具寿命等都有很大的影响。冲模可分为简单模、连续模和复合模三种。,一、简单冲模,第三节 冲模简介,它是在冲床的一次冲程中只完成一个工序的冲模,二、连续冲模,第三节 冲模简介,在冲床的一次冲程中，在模具的不同部位同时完成数道工序,三、复合冲模,第三节 冲模简介,在冲床的一次冲程中，在模具同一部位同时完成数道工序的模具,第四节 冲压件的结构工艺性,第四节冲压件的结构工艺性,冲压件的设计不仅应保证具有良好的使用性能，而且也应具有良好的工艺性能，以减少材料

41、的消耗、延长模具寿命、提高生产率、降低成本及保证冲压件质量等。影响冲压件工艺性的主要因素有：冲压件的形状、尺寸、精度及材料等。,一、冲压件的形状及尺寸,第四节冲压件的结构工艺性,1对落料件和冲孔件的要求 :落料件的外形和冲孔件的孔形应力求简单、对称。尽可能采用圆形或矩形等规则形状，应避免长槽或细长悬臂结构,一、冲压件的形状及尺寸,第四节冲压件的结构工艺性,1对落料件和冲孔件的要求 :冲裁件的结构尺寸必须考虑材料的厚度。,一、冲压件的形状及尺寸,第四节冲压件的结构工艺性,1对落料件和冲孔件的要求 :冲裁件上直线与直线、曲线与直线的交接处，均应用圆弧连接。以避免尖角处因应力集中而产生裂纹。,一、冲

42、压件的形状及尺寸,第四节冲压件的结构工艺性,2对弯曲件的要求 :(1)弯曲件形状应尽量对称，弯曲半径不能小于材料允许的最小弯曲半径。(2)弯曲边过短不易成形，故应使弯曲边的平直部分H2。,一、冲压件的形状及尺寸,第四节冲压件的结构工艺性,2对弯曲件的要求 :(3)弯曲带孔件，为避免孔的变形，孔的位置应如图所示，L应大于(152) ,一、冲压件的形状及尺寸,第四节冲压件的结构工艺性,3对拉深件的要求 : 拉深件外形应简单、对称，深度不宜过大。拉深件的圆角半径在不增加工艺程序的情况下，最小许可半径如图所示。否则必将增加拉深次数和整形工作，也增多模具数量，并容易产生废品和提高成本。,二、简化工艺及节

43、省材料的设计,第四节冲压件的结构工艺性,对于形状复杂的冲压件，可以将其分成若干个简单件，分别冲压后，再焊接成为整体组合件 .,二、简化工艺及节省材料的设计,第四节冲压件的结构工艺性,采用冲口工艺，以减少组合件数量，节省材料和简化工艺过程。,二、简化工艺及节省材料的设计,第四节冲压件的结构工艺性,在使用性能不变的情况下，应尽量简化拉深件结构，以达到减少工序、节省材料和降低成本的目的。如消音器后盖经改造后，冲压工序由八道减少为两道工序，同时，节省材料50。,三、冲压件的厚度,第四节冲压件的结构工艺性,在强度和刚度允许的条件下，应尽可能采用较薄的材料，以减少金属的消耗。对局部刚度不够的部位，可采用加强筋，以实现薄材料代替厚材料,四、冲压件的精度和表面质量,第四节冲压件的结构工艺性,对冲压件的精度要求，不应超过冲压工艺所能达到的一般精度，并应在满足需要的情况下尽量降低要求。否则将增加工艺过程，降低生产率，提高成本。,