完整版金属工艺学压力加工课件.ppt

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1、金属工艺学,主讲：孔晓玲,安,农,大,工,学,院,第三篇,金属压力加工,?,第一章,金属的塑性变形,?,第二章,锻造,?,第三章,板料冲压,一、金属的压力加工,:,利用金属在外力的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、毛坯或零件的方法,.,二、常用的压力加工方法：,a,）轧制,b,）挤压,c,）拉拔,d,）自由锻,e,）板料冲压,f,）模锻,?,金工动画,压力加工,视,频,挤压,.avi,金工动画,压力加工,视频,镦粗,.avi,三、压力加工的特点,（,1,）改善金属的组织、提高力学性能。,（,2,）材料的利用率高。,（,3,）较高的生产率。,（,4,）毛坯或零

2、件的精度较高。,钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力,加工。可用作承受冲击或交变应力的重要零,件，但不能加工脆性材料（如铸铁）。,第一章,金属的塑性变形,?,第一节,金属塑性变形的实质,?,第二节,塑性变形对金属组织和性能的影响,?,第三节,金属的可锻性,一、金属的塑性变形,1,、单晶体塑性变形,何谓塑性变形？塑性变形的实质？,单晶体的塑性变形？,-,滑移,滑移是晶体在切应力的作用下,晶体的一部分沿一定的晶面,(,滑移面,),上的一定方向,(,滑移方向,),相对于另一部分发生滑动。,滑移的观察,第一节,金属塑性变形的实质,2,、多晶体的塑性变形,（实际金属的塑性变形）,变形阻力更大。,变形过程也

3、更复杂。,第二节,塑性变形对金属组织和性能的影响,一、变形后金属组织的变化：晶粒变形,-,晶粒破碎,-,位错密度增,加。,二、变形后金属的性能变化：金属的各向异性、残余内应力、,加工硬化,三、金属的回复与再结晶,四、热加工与冷加工,热加工,:,在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工,例如钢,材的热锻和热轧。,冷加工：,在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。,五、纤维组织,金属发生塑性变形后,晶粒发生变形,沿形变方向被拉长或压扁。,纤维组织具有各向异性。变形程度越大，纤维组织越明显。,锻造比,Y,锻,：锻造加工工艺中，用锻造比,Y,锻来表示变形程度的大小。,拔长：,Y,锻,=A

4、,0,/A,（,A,0,、,A,分别表示拔长前后金属坯料的横截面积）。,镦粗：,Y,锻,=H,0,/H,（,H,0,、,H,分别表示镦粗前后金属坯料的高度）。,在设计时应使零件工作时的正应力方向与纤维方向应一致，纤维的分布与零,件的外形轮廓应相符合。,锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力。,曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴,工作时不易断裂。,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。,可锻性常用塑性和变形抗力来衡量,。金属的可锻性取决于金属,的本质和加工条件。,一、,金属的

5、本质,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。,2.,金属组织的影响,纯金属及单相固溶体比金属化合物的可锻性好,;,细小的,晶粒粗晶粒,好；面心立方晶格比体心立方晶格好,。,二、加工条件,1.,变形温度的影响,热变形可锻性提高,.,但温度过高将发生过热、过烧、脱,碳、氧化缺陷。所以变形温度在一定的范围内,.,锻造温度范围：,始锻温度和,终锻温度,之间的温度区间。,碳钢,:,始锻温度,:AE,线下200,终锻温度:800,2.,变形速度的影响,变形速度：单位时间内变形程度的大,小。,变形速度的增大，金属在冷变形时,的加工硬化严重，可锻性差；,当变形速度很大时

6、，热能来不及散发，,会使变形金属的温度升高，可锻性变,好。,3.,应力状态的影响,在三向应力状态下，,压应力的数目越多，,则其塑性越好；拉,应力的数目越多，,则其塑性越差。,第二章,锻造,?,第一节,锻造方法,?,第二节,锻造工艺规程的制订,?,第三节,锻件结构的工艺性,第一节,锻造方法,一、自由锻,-,分为,手工锻造,和,机器锻造,1.,定义,:,利用冲击力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性,变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方,法。,特点：工具简单、通用性强，生产准备周期短。对于大型锻件，,自由锻是唯一的加工方法。,锻件的精度较低，加工余量大，,劳动强度大，生产率低。,应用

7、,:,单件、小批量生产，以及大型锻件的生产。,自由锻,模锻,设备,锤上模锻,曲柄压力机模锻,摩擦压力机模锻,胎模锻,2.,自由锻工序：基本工序、辅助工序和修整工序。,基本工序：使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以得到所需形状。,如镦粗、拔长、,弯曲,、冲孔、,切割,、,扭转,和,错移,等。实际生产中最常用,的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。,镦粗,拔长,冲孔,拔长,墩粗,弯曲,扭转,错移,辅助工序,为使基本工序操作方便而进行的预变形工序,称为辅助工序（压钳口、切肩等）。,修整工序,用以减少锻件表面缺陷而进行的工序（如校,正、滚圆、平整等）。,锻件分类及所需锻造工序,二、模锻,1.,模锻定义,:,使

8、金属坯料在,模膛内,受压产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸,以及内部质量锻件的加工方法。,2.,模锻特点：,(1),生产效率较高。,(2),能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理，提高零件的使,用寿命。,(3),模锻件的尺寸较精确，表面质量较好，加工余量较小。,(4),节省金属材料，减少切削加工工作量。,(5),模锻操作简单，劳动强度低。,3.,应用,:,大批量生产,.,模锻件的质量一般在,150kg,以下,.,.,锤上模锻,模锻锤,:,主要是,:,蒸汽,-,空气模锻锤,;,吨,位,:1t-16t;,可锻,0.5-150kg,的,锻件,.,锻模,:,锤上模锻用的锻模由带燕尾的,上模和

9、下模两部分组成，上,下模通过燕尾和楔铁分别紧,固在锤头和模垫上，上、下,模合在一起在内部形成完整,的模膛。,.,课件,金属工艺,学,金工动画,模锻锤原理,1.exe,模膛按其功能分,模锻模膛、,制坯模膛,。,模锻模膛,:,包括预锻模膛和终,锻模膛，,终锻模膛,-,最终成形的模膛,.,尺寸应比实际锻件尺寸放大,一个收缩量。,预锻模膛,-,用于预锻的模膛,称为预锻模膛。,预锻模膛和终锻模膛的主要,区别,是前者的圆角和模锻斜,度较大，高度较大，一般不,设飞边槽。,飞边槽用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满整个模膛，同时容纳多余,的金属，还可以起到缓冲作用，减弱对上下模的打击，防止锻模开裂。,

10、飞边槽的常见形式,（二）制坯模膛,拔长模膛,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。,生产中进,行拔长操作时，坯,料除向前送进外并,需不断翻转。,(2),滚挤模膛,减小坯料某部分的,横截面积，以增大,另一部分的横截面,积。主要是使金属,坯料能够按模锻件,的形状来分布。,弯曲模膛,使坯料弯曲，弯曲,后坯料将翻转,90,。,切断模膛,在上模与下模的角部组,成一对刃口，用来切断,金属。可用于从坯料上,切下锻件或从锻件上切,钳口，也可用于多件锻,造后分离成单个锻件。,根据模锻件的复杂,程度不同，所需的模膛,数量不等，可将锻模设

11、,计成单膛锻模或多膛锻,模。,弯曲连杆模锻件所,用多膛锻模如图所示。,2.,曲柄压力机模锻,(1),曲柄压力机作用于金属上的变形力,是,静压力，因此工作时无震动，噪声小。,(2),曲柄压力滑块行程固定。,(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。,(4),曲柄压力机上锻模都设计成镶块式,模,具。,(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。,金工动画,压力加工,视频,曲柄压力机,.mpg,3.,摩擦压力机上模锻,改变操作杆位置可使飞轮分,别与两个摩擦盘接触，产生,不同方向的转

12、动，螺杆也就,随飞轮做不同方向的转动。,在螺母的约束下螺杆的转动,变为滑块的上下滑动，实现,模锻生产,.,摩擦压力机上模锻的特点：,(1),摩擦压力机的滑块行程不,固定，并具有一定的冲击作,用，因而可实现轻打、重打。,(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。,(3),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。,三,.,胎模锻,胎模锻一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中成形。,胎模主要有扣模、及合模三种。,(1),扣模,扣模用来对坯料进行全部或局部扣形，以生产长杆非回转体,扣模锻造时，坯料不转动。,(2),筒模,筒模主要用于锻造齿轮、法兰盘等盘

13、类锻件。,(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,一、绘制锻件图,锻件图是以零件图为基础，结,合锻造工艺特点绘制而成。,1.,敷料、余量及公差,敷料,:,为了简化零件的形状和,结构、便于锻造而增加的,部分金属。,加工余量：在零件的加工表面,上，为切削加工而增加的,尺寸。,锻件公差,:,是锻件名义尺寸允,许的变动量。,金工动画,锻,件图,.exe,2.,分模面,分模面是指上下锻模在模锻件,上的分界面。,选定分模面的原则是：,(1),应保证模锻件从模膛中取出。,一般情况，分模面应选在模,锻件的最大截面处。,(2),应

14、使上下两模沿分模面的模,膛轮廓一致，以便发现错模,现象。,(3),分模面应选在能使模膛最浅,的位置上。这样有利于金属,充满模膛，便于取件。,(4),选定的分模面应使零件上所,加的敷料最少。,(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。,按上述原则综合分析，,d,d,面是最合理的分模面。,3.,模锻斜度,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。,4.,模锻圆角半径,在模锻件上所有两平,面交角处均做成圆角。,圆角结构可使金属易,于充模，避免锻模尖,角处产生裂纹，从而,提高锻模的强度。,5.,冲孔连皮,当

15、模锻件的孔径大于,25mm,，则应留出冲孔连皮。,二、坯料重量和尺寸的确定,G,坯料,G,锻件,+G,烧损,+G,料头,G,锻件：锻件重量。,G,烧损：加热中坯料因氧化而烧损的重量。,G,料头：在锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属的重量,。,三、锻造工序,(,工步,),的确定,锻造工序是根据模锻件形状和尺寸确,定。,1.,长轴类模锻件,锻件的长度与宽度之比较大。,常选用拔长、滚压、弯曲、预锻和终,锻等。,2.,盘类模锻件,常选用镦粗、终锻等,。,第三节,锻件结构的工艺性,一、自由锻件的结构工艺性,1.,自由锻锻件应避免有锥体、斜面、曲面结构。,2.,自由锻锻件应采取平直、对称、简单的,形状。,

16、3.,自由锻锻件,不应设计出,加强筋、凸,台、工字形,截面或空间,的曲面,。,二、模锻件的结构工艺性,1.,模锻件上必须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。,2.,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，应避免零件截面间相差过大或具有薄壁、高筋、凸起结构。,3.,应避免深孔或多孔结构。,4.,为减少余块，在,可能的条件下，可,采取锻焊结构。,第三章,板料冲压,板料冲压,：,利用冲模在压力机上使板料分离或变形，从,而获得冲压件的加工方法称为板料冲压。,冲压的特点：,冲压生产操作简单，生产率高，易于实现机械化和自,动化。,冲压件的尺寸精确，表面光

17、洁，质量稳定，互换性好，,一般不再进行机械加工，即可作为零件使用。,金属薄板经过冲压塑性变形获得一定几何形状，并产,生冷变形强化，使冲压件具有质量轻、强度高和刚性好的优,点。,冲模是冲压生产的主要工艺装备，其结构复杂，精度,要求高，制造费用相对较高，故冲压适合在大批量生产条件,下采用。,冲压设备：,主要有剪床和冲床两大类。,冲压生产的基本工序有分离工序和变形工序两大类。,?,第一节,分离工序,?,第二节,变形工序,?,第三节,冲模简介,?,第四节,冲压件的结构工艺性,?,第一节,分离工序,分离工序是使板料的一部分与另一部分分离的加工工序。,一、落料及冲孔（冲裁）,1.,冲裁变形过程,金工动画,

18、cy.exe,冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁。普,通冲裁的刃口必须锋利，凸模和凹模之间留有间隙，板料的,冲裁过程可分为三个阶段,弹性变形阶段,塑性变形阶段,剪裂分离阶段,冲裁除剪切应力应变外，还有拉伸、弯曲和挤压等应力应变,;,当模具间隙正常时，冲裁件的断面有圆角带、光亮带、剪裂带,和毛刺四部分组成。,2.,凸凹模间隙,如果间隙过大，会使得圆角带和,毛刺加大，板料的翘曲也会加,大。,如果间隙过小，会使冲裁力加大，,不仅会降低模具寿命，还会使,冲裁件的断面形成二次光亮带，,在两个光面间夹有裂纹，这些,都会影响冲裁件的断面质量。,合理的间隙值,:,Z,=2,Ct,Z,凸模与凹模间的双面间隙，,单位为

19、,mm,。,C,与材料厚度、性能有关的,系数。,t,板料厚度，单位为,mm,。,3.,凸凹模刃口尺寸计算,落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应等于制,件的最小极限尺寸。凸模刃口尺寸比凹模小一个最小,合理间隙。,冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应等于制,件的最大极限尺寸。凹模刃口尺寸比凸模大一个最小,合理间隙。,4.,冲裁件的排样,冲裁件在条料上的布置方法称为排样。,排样方法,：,有废料排样法,沿冲裁件周边都有工艺余料（称为搭边），冲裁沿冲裁,件轮廓进行，冲裁件质量和模具寿命较高，但材料利用率较,低。,少废料排样法,沿冲裁件部分周边有工艺余料。这样的排样法，冲裁沿,工件部分轮廓进行，材料的

20、利用率较有废料排样法高，但冲,裁件精度有所降低。,无废料排样法,沿冲裁件周边没有工艺余料，采用这种排样法时，冲裁,件实际是由切断条料获得，材料的利用率高，但冲裁件精度,低，模具寿命不高。,搭边：,是指冲裁件与冲裁件之间，冲裁件与条料两侧边之间,留下的工艺余料，其作用是保证冲裁时刃口受力均匀和条料,正常送进。,二、修整,修整是在模,具上利用切,削的方法，,将冲裁件的,边缘或内孔,切去一小层,金属，从而,提高冲裁件,断面质量与,精度的加工,方法。,三、切断,用剪刃或冲,模将板料沿不封,闭轮廓进行分离,的工序。,第二节,变形工序,一、拉深,1.,拉深过程,拉深,：是使平面板料成形为中空形状零件,的冲

21、压工序。,原始直径为,D 0,的板料，经过凸模压入到,凹模孔口中，,拉深后变成内径为,d,、高度为,h,的筒,形零件。,拉深,2.,拉深中的废品,拉深过程中的主要缺陷,是,起皱和,拉裂,。,（,1,）起皱,起皱是拉深时由于较大,的切向压应力使板料失,稳造成的，生产中常采,用加压边圈的方法予以,防止。,（,2),拉裂,拉裂一般出现在直壁与底部的过渡圆角处，当,拉应力超过材料的抗拉强度时，此处将被拉裂。,为防止拉裂，应采取如下工艺措施：,限制拉深系数,这是防止拉裂的主要工艺措施。,拉深系数是衡量拉深变形程度大小的主要工艺,参数，它用拉深后工件直径与拉深前工件（半成品）,直径的比值,m,表示，即,m

22、=d/D,0,。,拉深系数越小，表明变形程度越大，拉深应力,越大，容易产生拉裂废品。能保证拉深正常进行的,最小拉深系数，称为极限拉深系数。,中为减少拉深次数，一般采用较小的但比极限拉深系,数大的拉深系数。,拉深次数的确定,深度小的工件可以一次拉深成形；深度大的工件则需,两次或多次拉深，每道次的拉深系数应大于极限拉深系数。,若板料各道次拉深系数分别用,m,1,、,m,2,、,m,n,表示，,则：,，,，,，,m,总,=m,1,m,2,m,n,式中,D,0,毛坯直径，单位为,mm,；,d,工件直径，单位,为,mm,；,d,1,、,d,2,、,d,n-1,为中间各道次拉深坯的直径，最后,一次拉深直径

23、,d,n,=,d,；,m,1,m,n,为第一次至第,n,次的拉深系数。,凹凸模工作部分，必须加工成圆角,。,凹模圆角半径为,R,凹,=,（,5,10,）,t,，,凸模圆角为半径,R,凸,=(0.7,1,）,t,。,合理的凸凹模间隙。,间隙过小，容易拉穿；间隙过大，容易起皱。,一般，凸凹模之间的单边间隙,Z,=,（,1.0,1.2,）,t,max,。,减小拉深时的阻力,压边力要合理不应过大；凸、凹模工作表面要有较小,的表面粗糙度；在凹模表面涂润滑剂来减小摩擦。,二、弯曲,将金属材料弯曲成一定角度和形状的工艺方法称为,弯曲,。,弯曲过程中，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

24、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。为防止弯裂，弯曲半径不得小于允许的最小弯曲半径,r,min,=(0.25,1)（为金属板料的厚度）。材料塑性好，则弯曲半径可小些。,在变形区的厚度方向，缩短和伸长的两个变形区之间，有一层金属在变形前,后没有变化，这层金属称为中性层。中性层是计算弯曲件展开长度的依据。,由于材料的弹性恢复，会使弯曲件的角度和弯曲半径较凸模大，这种现象称,为回弹。回弹会影响弯曲件的精度，通常在设计弯曲模时，应使模具的弯曲角,减小一个回弹量,。,三、翻边,四、成形,翻边加工举例,第三节,冲模简介,?,简单冲摸,1,凸模,

25、2,凹模,3,上模板,4,下模板,5,模柄,6,压板,7,压板,8,卸料板,10,定位销,11,套筒,12,导柱,连续冲摸,1,落料凸模,2,定位销,3,落料凹模,4,冲孔凸模,5,冲孔凹模,6,卸料板,7,坯料,8,成品,9,废料,复合冲摸,1,凸凹,模,2-,拉深,凸模,3,压板,或卸料器,4,落料,凹模,5,顶出,器,6,条料,7,挡料,销,8,坯料,9,拉深,件,10,零件,11,切余,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，以减少材料的消耗、证长模具寿命、提高生产率保证冲压件质量等。,一、冲压件的形状及尺寸,1,对落料件和冲

26、孔件的要求,冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于排,样。,冲裁件转角处应尽量避免尖角，以圆,角过渡。,冲裁件应避免长槽和细长悬臂结构，,对孔的最小尺寸及孔距间的最小距离等，也,都有一定限制。,冲裁件的尺寸精度要求应与冲压工艺,相适应，其合理经济精度为,IT9,IT12,，较,高精度冲裁件可达到,IT8,IT10,。,2.,对弯曲件的要求,弯曲件的弯曲半径不应小于最小弯曲半径。,弯曲件应尽量对称，以防止在弯曲时发生工件偏移。,应尽可能沿材料纤维方向弯曲,，多向弯曲时，为避免角部畸变，应先冲,工艺孔或切槽。,3,对拉深件的要求,拉深件的形状应力求简单、对称。,尽量避免直径小而深度大，否则不仅需要多

27、副模具进行多次拉深，而且容易出现,废品。,拉深件的底部与侧壁，凸缘与侧壁应有足够的圆角。,不要对拉深件提出过高的精度或表面质量要求。,二,、简化工艺及节省材料的设计,对于形状复杂的冲压件可将其分成若干简单件，分别冲压后，再焊接成为整,体组合件。,在使用性能不变的情况下，应尽量简化拉深件,的结构，以达到减少工序、节省材料和降低,成本的目的。,三、冲压件的精度和表面质量,冲压件的精度：,落料件不超过,IT10,冲孔件不超过,IT9,弯曲件不超过,IT10,IT9,拉深件高度尺寸,IT10,IT8,拉深件直径尺寸,IT10,IT9,经整形后的尺寸精度,IT7,IT6,冲压件表面质量,不能超过原材料所具有的表面质量。,