塑性成型工艺与模具设计重点

1 塑性成形 定义：金属材料在一定的外力作用下， 利用金属的塑性使其成形为具有一定形状及一定力学性能的加工方法。 分类：一次塑性加工 （轧制、挤压、拉拔） ，二次塑性加工 板料成形 分离工序 (落料、冲孔、切断、切边、剖切等 )、成型工序（弯曲、拉深、翻边、胀形、扩口、缩口、旋压） ，体积成形 ( 锻造 自由锻、模锻 ( 开式、闭式 )、挤压 )2 冲压 定义：它是利用冲模在压力机上对金属（或非金属）板料施加压力使其分离或变形，从而得到一定形状，并且满足一定使用要求的零件的方法。 分类 ：按变形性质分分离和成形分类：按基本变形方式分冲裁、弯曲、拉深、成形；按工序组合分简单和组合工序（复合工序、连续工序、连续复合工序） 。3 板料力学性能与冲压成形性能的关系：板料对冲压成形工艺的适应能力称为板料的冲压成形性能。板料在成形中可能出现两种失稳，一种是拉伸失稳，即局部缩颈或断裂；另一种是压缩失稳，即拉力下的起皱。失稳前可达到最大变形程度叫做成形极限，分为总体成形极限和局部成形极限。成形极限越高板料冲压性能越好。板料的冲压成形性能，应包括抗破裂性、贴模性、贴模性是指在中压中取得与磨具形状一致的能力。成形过程中发生的起皱、塌陷等缺陷均会降低贴模性。定型性是指零件脱模后保持其在模内既得形状的能力。影响定型性的因素是回弹，零件脱模后回弹会造成尺寸误差。贴模性和定型性是决定零件形状和尺寸精度的重要因素。主要用抗破裂性作为评价板料冲压性能的指标。板料力学性能指标与板料冲压性能有密切关系。强度指标越高，产生相同变形量所需的力越大; 塑性指标越高，成型时所能承受的极限变形量越大；刚性指标越高成型时抗失稳能力越大。4板料冲压成形性能影响较大的力学性能指标屈服强度屈服强度小，材料容易屈服，则变形抗力小，压缩变形时不易出现起皱屈强比屈强比小说明值小而 值大，即容易产生塑性变形而不易产生拉裂伸长率拉伸实验中，试样拉断时的伸长率硬化指数 n：单向拉伸硬化曲线可写成 ，其中指数 n 即为硬化指数，表示在塑性变形中材料的硬化度。n 大时，说明在变形中材料加工硬化严重，真实应力增加大。变形总是遵循阻力最小定律，即“弱区先变形”的原则，变形总是在最弱面处进行，这样变形区就不断转移。厚向异性系数r：指单向拉伸试样宽度应变和厚度应变的比值，即 = b/ t。厚向异性系数表示板料在厚度方向上的变形能力，r 值越大，拉深时易在宽度方向变形，不易出现裂纹，有助于提高拉深变形程度。板平面各向异性指数板料在不同方位上厚向异性系数不同，造成板平面内各向异性。越大，表示板平面内各向异性越严重，拉深时在零件端部出现不平整的凸耳现象，就是材料的各向异性造成的，它既浪费材料又要增加一道修边工序。5冲裁变形过程 1：弹性变形， 2：塑性变形， 3：断裂分离。（变性区是个纺锤形）6冲裁件的断面特征 由圆角带、光亮带、断裂带和毛刺4 部分组成。断面的光亮带越宽、断裂带越窄、圆角及毛刺越小，冲裁件的断面质量就越好。7影响冲裁件质量因素影响断面质量因素a 材料性能b 模具间隙（主要因素）因断面质量与裂纹的走向有关，裂纹走向与间隙有关c 模具刃口钝利情况d 模具和设备的导向情况。 影响尺寸精度的因素a 模具制造精度的影响b 模具间隙的影响 c 材料性质、厚度、轧制方向 d 零件形状尺寸。8排样形式的确定 （一）排样的分类按材料利用 a 有废料排样 b 少废料排样 c 无废料排样 按布置方式直排、单排、多排、斜排、对排、混合排、少废料、无废料、裁搭边。（二）排样形式的选择：a 零件形状 b 断面质量 c 材料利用率 d 冲膜结构 e 模具寿命 f 操作方便与安全g 生产率。9降低冲裁率的方法： F=1.3Lt 阶梯凸模冲裁（当t=0.4 ） b 对拉深件形状的要求： (设计拉深键时，应注明必须保证的是外形还是内形，不能同时标注；尽量便采用复杂和非对称的拉深件。对半敞开或非对称的空心件，应能组合成对进行拉深。然后将其切成各个零件；拉深复杂外形的空心件时，考虑工序间毛坯定位的工艺基准；在拖延面上有较多的拉深件，下凹轴线与拉深方向一致，可拉出，若轴线与拉深方向垂直。矫正时压出。 ） c （对拉深件的圆角半径的要求， rp=t, rd=2t,r=3t, 否则应增加整形工序；断面尺寸公差等级一般在 IT11 以下，若公差要求高则整形加工。23.其他成形工艺： 翻边、缩口、旋压、胀形、整形等。翻边 :翻边是指沿曲线将板坯料或坯料上预制的孔边部窄带区域的材料弯折成竖边的塑性加工方法。种类：伸长类和压缩类，按工艺特点：圆孔翻边，外缘翻边，非圆孔翻边，变薄翻边。外缘翻边 :外缘内凹翻边，外缘外凸翻边。圆孔翻边，外缘内凹翻边等属伸长类变形特点:变形区材料受拉应力，切向伸长，厚度变薄易发生破裂。外缘外凸翻边属压缩类翻边特点 ：变形区受切向压缩应力，产生压缩变形，厚度增加易起皱。孔外缘是圆孔翻边成形的变形危险区。 影响圆孔翻边成形极限因素：a 材料的种类及其力学性能；b 预制孔的孔口状态；c 材料的相对厚度； d 凸模的形状。缩口 ：将空心键或管件的口部直径缩小的成形方法。旋压： 板料重心压紧在胚具上，由旋压机带动胚模和毛坯一起高速旋转，同时用杆棒加压于毛坯。使毛坯产生局部塑形变形并逐步扩展，最后获得所需形状和尺寸的制件。分为不变薄旋压 (拉旋 ,缩旋 ,扩旋 )和变薄旋压 (剪切旋压 ,挤压旋压 )。用旋压方法可完成各种旋转体的拉深、翻边、缩口、胀形、卷边等工序。胀形 是利用模具使板料拉伸变薄局部表面积增大以获得零件的加工方法。主要用于平板毛坯的局部胀形、圆柱形毛坯的胀形及平板毛坯的胀拉成形等。材料受双向拉特点： 胀形塑性变形区局限于与凸模接触部分。在凸模的作用下，变形区应力作用，沿切向和径向产生伸长变形，成形面积增大，材料厚度变薄。分类：局部胀形,圆孔空心毛坯胀形，胀拉成形。24、锻造生产分类常见分类a 按金属变形时的温度分：热锻、温锻、冷锻。b 按所受作用力来源分 :手工锻造、自由锻、模锻、胎膜锻、精密模锻。特点： a 能获得金属零件的形状，改善金属组织，提高力学性能物理性能。b 节约金属材料和切削工时c 较高的劳动生产率 d 灵活性大。25、热锻原材料及下料方法材料：碳素钢、合金钢、有色金属及其合金。方法：锯切、剪切、折断下料、砂轮切割、火焰切割、阳极切割26、锻前加热 目的：提高金属塑性，降低变形抗力，使之易于流动成形，并获得良好的断后组织。方法：火炎加热、电加热、少无氧化加热27、热锻温度范围温度确定的基本原则：保证有较高的塑性，较低的变形抗力，得到高质量锻件，同时锻造温度范围应尽可能宽广，以减少加热次数，从而确定始锻温度和终锻温度。28、刚在加热工程中的常见缺陷氧化 .脱碳 .过热和过烧 /裂纹29、自由锻的特点：1、所用工具简单、通用性强、灵活性大，适合单件和小批量锻件生产；2、自由锻属于局部连续变形；3、能锻造出多种多样、变形程度相差很大的锻件；4、自由锻是靠人工操作来控制锻件形状和尺寸，对工人操作技术要求高，同时效率低、劳动强度大。自由锻工序分类 ：可分为基本工序、辅助工序和修整工序。30、敦粗变形特点区域 1：由于摩擦影响最大，该区变形十分困难，称为难变形区；区域2：不但受摩擦的影响小，应力状态也有利于变形，因此该区变形程度最大，称为大变形区；区域3 其变形程度介于前两者之间称为小变形区。31、拔长： 定义：使毛坯横截面减小而长度增加的锻造工序拔长效率最高的条件：较小进料比，选用形砧。送进量L0/H0=0.5-0.8合适选窄砧，增大压下量，上下 V 形砧拔长。32、自由锻工艺规程制定（ 1）根据零件图回执锻件图（2）决定毛胚的质量和尺寸（3）制定变形工艺及选用工具（4）选用锻压设备 （ 5）确定锻造温度范围、加热和冷却规范（6）确定热处理规范（ 7）提出锻件的技术要求和检验要求（8）填写工艺卡片33.锻比：表示锻件在锻造成形时，变形程度的一种方法。锻比的大小反应了锻造对锻件组织和力学性能的影响。影响因素：在锻造工艺过程中，尤其是大型锻件的锻造，锻造比主要根据锻件的技术要求和锻件的尺寸确定，同时考虑原材料的冶金质量、锻造工序的种类等因素的影响。一般在保证质量的前提下，尽量选用较小的锻造比。34.终锻型腔的设计：a 热锻件图的制定和绘制b 开式模锻成形过程（鐓粗变形过程、飞边形成、型腔充满、打靠或锻足）c 开式模锻的应力应变分析 d 飞边桥的确定e 钳口的选定。35. 飞边槽的作用：1）容纳多余的金属；2）增加金属流入型腔的阻力，迫使金属更好地充满型腔；3）起缓冲作用，减轻上下模打击，防止锻模早期破裂和压塌；4）容易切边。36.模锻工步的选择模锻工步 : 毛坯在每一型腔中的变形过程。选择：一） 短轴类锻件 ：该类锻件的模锻工步一般采用镦粗、终锻或者镦粗、成形、终锻。二）长轴类锻件 ：该类锻件的模锻工步一般采用制坯、预锻、终锻。制坯工序包括：拔长、滚挤、弯曲、压肩等。在选择制坯工步时，应考虑以下几点： 1. 毛坯的长度和截面与预锻件相近时，采用压肩、预锻、终锻；2. 毛坯的长度和截面与预锻件相差较大或锻件有枝牙，金属沿轴线的分布不对称时，采用拔长、滚挤、预锻、终锻；3. 带叉口的锻件均采用预锻，并在叉口部门设计劈料台；4. 弯曲轴线锻件应采用弯曲、终锻；37. 计算毛坯 毛坯沿轴向的金属分配对不同锻件要求不一样，合适的形状应该是在保证型腔充满的条件下，在模锻之后，锻件各处飞边均匀，亦即应使毛坯上各截面的面积等于锻件长度上各相应截面面积加上飞边的面积。按这一要求得到的毛坯，通常称为计算毛坯。38. 型腔的排列 （一）型腔顺序排列的原则 a 为了减小偏心力矩，改善锻锤及磨具的工作条件获得良好的锻件质量，因使终端型腔及预锻型腔中心线靠近锻模的中心线 b 型腔的排列应与加热炉、切边压力机位置相适应 c 氧化皮最多的型腔应位于吹风向的下方 d 弯曲型腔的位置，应使锻件翻转后直接放入终端或预锻型腔 e 拔长型腔，若在右边应取直立式，在左边取斜式 f 前切力一般位于锻模的右前角，后切力一般位于锻模的左后角（二）终锻型腔与预锻型腔的排列： 型腔中心是打击时作用于上模的反作用合力作用点，即终锻是金属变形抗力的作用点。当变形抗力分布均匀时，型腔中心即为型腔在分模面上水平投影面积的重心。模锻中心是锻模的燕尾中心线与键槽中心线的交点，应与锤杆中心线重合。39. 模锻工艺流程：零件图冷锻件图热锻件图终锻型腔预锻型腔制坯型腔的设计40. 锻模损坏的原因：裂纹、磨损、磨具变形、焊合41. 模锻件缺陷：位错、欠压、折叠、局部充填不满、凹穴、轴线弯曲、残留毛刺。