塑性成形的加工方法

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,塑性成形,金属在外力作用下产生塑性变形，获得一定形状、尺寸和力学,性能的毛坯或零件的加工方法。,打铁 锻造 冲压,压力加工,塑性加工,2.1,单晶体滑移变形,动画,按整体刚性相对滑移计算，所需外力比实际测得的数据要大几千倍。,动画,2.1,位错运动引起塑性变形,晶体内部各种缺陷（尤其是位错）使晶体产生滑移变形变得容易。,视频,2.1,多晶体塑性变形,晶内变形：单晶体塑性变形；,晶间变形：晶粒间的滑动和转动；,常温下塑性变形对低碳钢,力学性能的影响,2.1,滑移面,(a),塑性变形后的组织,(b),金属回复后的组织,(c),再结晶组织,温度升高,2.1,金属的回复和再结晶示意图,T,回,=,（,0.250.3,）,T,熔,T,再,=0.4T,熔,金属钨再结晶温度为1200C，,金属锡再结晶温度为-7C，,如果在室温下（20C）使上述两金属变形，,属于何种变形？,2.1,2.1,铸锭热变形前后的组织,变形前原始组织 变形后的纤维组织,金属在平行纤维组织方向上抗拉强度和塑性提高，,而在垂直纤维方向上抗拉强度和塑性降低。,2.1,不同工艺方法对纤维组织形状的影响,切削加工 局部镦粗,切削加工 局部镦粗,螺钉 曲轴 齿轮,2.1,碳钢的锻造温度,锻造温度指始锻温度和,终锻温度间的温度范围。,应变速率对塑性及变形抗力的影响,2.1,挤压时金属应力状态,拉拔时金属应力状态,2.1,主应力中压应力的数目越多，金属的可锻性越好。,自由锻,特点：,1,、工具简单，较强的适应性。,2,、成本低，是生产大型锻件的,唯一方法。,3,、精度低，生产率低。,适合小型、简单锻件的生产,2.2,自由锻造示意图,2.2,空气锤,2.2,空气锤,空气锤吨位较小，可锻,100kg,以下的锻件,2.2,蒸汽,-,空气锤,蒸汽,-,空气锤,吨位较大，可锻造,1500kg,以下的锻件,单柱式 双柱桥式 双柱拱式,2.2,蒸汽,-,空气锤,蒸汽,-,空气锤,吨位较大，可锻造,1500kg,以下的锻件,双柱拱式蒸汽,-,空气锤,2.2,水压机,水压机吨位较大，可锻造质量达,300t,的锻件,2.2,自由锻工序,镦粗,拔长,扭转,错移,冲孔,弯曲,切割,基本工序,辅助工序,精整工序,压钳口,压钢锭棱边,切肩,整形,清除表面凸凹,模锻,特点：,1,、生产率高。,2,、锻件精度高。,3,、,可以锻出比自由锻复杂的,形状。,4,、节省材料和切削加工工时。,5,、锻件不能太大，锻模成本高。,2.2,模锻示意图,适用于小型锻件、大批量生产,2.2,轴类锻件,盘类锻件,自由锻难以锻出的结构,单膛锻模,多膛锻模,2.2,模膛最多不超过七个。,锻模种类,2.2,锻模模膛,模锻模膛,制坯模膛,预锻模膛,终锻模膛,拔长模膛,滚压模膛,弯曲模膛,切断模膛,区别：,1,、横截面积大；,2,、圆角半径大；,3,、模锻斜度大；,飞边槽：,1,、承受多余金属；,2,、促进金属流动；,视频,1,视频,2,拔长模膛,开 式 闭 式,2.2,工作时，坯料除送进外，还要翻转。,滚压模膛,开 式 闭 式,2.2,操作时，坯料每打击一次需要翻转一下，不需送进。,弯曲模膛,切断模膛,2.2,2.2,蒸汽,-,空气,模锻锤,设备吨位,10,160kN,，可锻,150kg,以下锻件,2.2,摩擦压力机,动画,摩擦压力机特点,1,、行程不固定，具有锤的功能。,2,、滑块运动速度慢，有利于金属再结晶。,3,、设备有顶料装置，可采用组合模具。,4,、承受偏心载荷能力差，适用单膛锻模。,主要适用于中小型锻件的批量生产,如,钢钉、螺钉、螺帽、三通阀体、配气阀、齿轮等,2.2,2.2,曲柄压力机,设备吨位一般是,2000120000KN,动画,曲柄压力机特点,1,、工作时振动、噪声小。,2,、滑块行程固定，生产率高。,3,、机身刚度大、滑块运动精度高，锻件的质量好。,4,、可采用组合模具，节省贵重的模具材料。,5,、一次成形，氧化皮影响锻件表面质量，且不宜拔,长和滚压。,6,、设备复杂，造价相对较高。,适用于大批量生产,2.2,2.2,锻造生产视频,模锻件,2.2,2.2,2.2,特点：,1,、可冲出复杂薄壁件，材料,利用率高。,2,、产品具有足够的精度和较,小的表面粗糙度。,3,、能获得质量小、强度和刚,度 较高的零件。,4,、操作简单、生产效率高。,5,、模具复杂，制造费用高。,适于大批量生产,冲压,2.2,利用模具使,板料,产生,分,离,或变形的方法。,2.2,剪 床,动画,2.2,冲 床,2.2,高速冲床,视频,动画,2.2,液压机,原理：利用液体压力能,;,常见结构：梁柱组合,;,工作介质：乳化液、油,;,动画,典型三梁四柱式液压机,2.2,液压机,马鞍式压力机,整体框架压力机,2.2,液压机,单臂式压力机,压力机生产线,冲压基本工序,2.2,分离工序,变形工序,冲裁,剪切,拉深,弯曲,胀形,翻边,汽车门板冲压成形,汽车消音器冲压工艺过程,冲压件,生产举例,挡油盘环冲压工艺过程,冲 裁,2.2,冲孔,落料,动画,视频,使金属板料沿封闭轮廓分离的工序。,1,、冲裁变形过程,2,、凸凹模间隙及模具尺寸确定,3,、冲裁力计算,冲裁变形和分离过程,2.2,冲裁件断裂面分区,2.2,光亮带宽度越大，,剪裂带、毛刺、塌角越小，,冲裁断面质量越好。,落料件 冲孔件,2.2,普通冲裁与精密冲裁的断面质量比较,普通冲裁,光亮带占,30%,精密冲裁,光亮带占,75-100%,精密冲裁：,1,、凹模圆角减小。,2,、凸凹模间隙减小，负间隙。,2.2,冲裁件与模具的尺寸关系,落料件：,Dd,=D,料,冲孔件：,dp,=D,孔,再利用凸凹模间隙值,确定另一方。,2.2,冲裁力计算,P,冲裁力，,N,；,L,冲裁周边长度，,mm,；,S,坯料厚度，,mm,材料抗剪强度，,MPa,；,k,系数，一般可取,k,=1.3,取抗剪强度,为材料抗拉强度的,80,，则可按下式进行估算：,拉 深,2.2,直壁类拉深件,圆筒形件、带法兰边圆筒形件、阶梯形件,盒形件、带法兰边的盒形件、其他形状的零件,平面法兰边零件、曲面法兰边零件,形成开口中空形状。,拉 深,2.2,曲面类拉深件,球面类零件、锥形件、其他曲面零件,平面法兰边零件、曲面法兰边零件,2.2,航空及国防工业中的拉深件,2.2,汽车工业中的拉深件,拉 深,2.2,动画,视频,拉深缺陷,2.2,起皱 破裂,防止措施,防止措施,动画,2.2,原因：相对厚度较小,拉深变形区抗失稳能力越差。,拉深系数,多次拉深,2.2,动画,原因：拉深系数选得太小、拉深变形程度太大。,弯 曲,2.2,弯曲产品,弯 曲,2.2,动画,视频,2.2,弯管的各种工艺,压弯 滚弯 推弯,绕弯 拉弯,弯曲时的纤维方向,2.2,回 弹,2.2,设计弯曲模时必须使模具的角度比,成品件角度小一个回弹角。,胀 形,2.2,轿车排气管道,重卡汽车挡泥板,胀 形,2.2,平板胀形,管坯胀形,球体胀形,拉 形,视频,视频,动画,动画,动画,动画,刚模胀形：刚性分块式凸模胀形。,软模胀形：利用弹性体或液体、气体代替刚性凸模的作用对,管坯进行胀形。,弹性体：聚氨酯、天然橡胶、聚氯乙烯（,PVC,）,液 体：油、乳化液和水,模具,局部变薄成形,翻 边,2.2,外缘翻边 内孔翻边,视频,动画,翻成竖直边缘,圆孔翻边加工举例,2.2,拉深 冲孔 内孔翻边,挡油盘环冲压工艺过程,拉深,-,冲孔,-,翻边,-,胀形,2.2,其他塑性成形方法,2.2,挤压,轧制,拉拔,超塑性成形,旋压成形,摆动辗压成形,液态模锻,高能率成形,充液拉深,聚氨酯成形,挤 压,特点：,1,、三向压应力作用，可锻性好。,2,、可以挤出形状复杂零件。,3,、质量好（,IT6-IT7,，,Ra=3.2-0.8,）,4,、纤维组织连续，力学性能好。,5,、生产率高，材料利用率高。,2.2,动画,2.2,正挤压,反挤压,复合挤压,径向挤压,按金属流动方向,与凸模运动方向,挤压分类,按坯料的,变形温度,热挤压,（氧气瓶）,冷挤压,（活塞销）,温挤压,（电机壳）,电机外壳挤压过程（温挤压）,坯料,复合挤压,正,挤压,径向挤压,2.2,轧 制,有缝钢轧制,无缝钢管轧制,2.2,2.2,轧辊轴线与坯料轴线,轧制分类,纵轧,横轧,（齿轮）,斜轧,（钢球）,辊锻轧制,辗环轧制,应用例举,麻花钻轧制,丝杠轧制,垂直,平行,倾斜,辊 锻 轧 制,应用：,1,、扁断面的长杆件（扳手、链环）。,2,、头部不变而沿长方向截面递减的,锻件（叶片辊锻比铣削旧工艺生,产率提高了,2.5,倍）。,3,、连杆成形。,2.2,视频,动画,螺 旋 斜 轧,钢球轧制,周期轧制,2.2,拉拔,拉拔型材截面形状,2.2,动画,视频,线材拉拔,棒材拉拔,型材拉拔,管材拉拔,超,塑性成形,2.2,超塑性是指金属或合金在特定条件下，延伸率,超过,100%,以上的特性。,特定条件：,1,、低的形变速率；,2,、一定的变形温度；,3,、均匀的细晶粒度；,（晶粒平均直径,0.25m,）,超塑性拉深,板料气压成形,例举,视频,旋压成形,2.2,利用旋压机使坯料和,模具以一定的速度共同旋,转，并在旋轮的作用下使,坯料在与旋轮接触的部位,上产生局部变形，获得空,心回转体零件的成形方法。,动画,视频,旋压成形特点,1,、局部连续变形，变形区小，省力。,（为拉深的,1/10,左右,）,2,、设备工装简单，费用低,（,变薄旋压制造薄壁筒的工具费仅为拉深的,1/10,）。,3,、尺寸精度高。,（,直径,610mm,旋压件直径公差为,0.025mm,）,4,、适用形状复杂、冲压难以成形的零件。,（,薄壁收口容器、,大型封头,等,）,2.2,大 型 封 头 旋 压,2.2,2.2,摆动辗压成形,摆动辗压是利用一个绕,中心轴摆动的圆锥形模具对,坯料局部加压的成形方法。,特点：,1,、省力。,（,为锻压变形力的,1/51/20,）,2,、可辗压出厚度为,1mm,的薄片类零件。,3,、质量好，节省材料。,（,Ra=1.60.4,）,动画,液 态 模 锻,液态模锻是将一定量的液态金属直,接注入金属模膛，然后在压力的作用下，,使处于熔融或半熔融状态的金属液发生,流动并凝固成形，同时伴有少量塑性变,形，从而获得毛坯或零件的成形方法。,动画,视频,2.2,液态模锻特点,1,、在压力下结晶，强制补缩，组织致密。,2,、已凝固金属产生塑性变形，制件紧贴模膛，保证尺寸精度。,3,、强制补缩，比压铸件组织致密，可成形形状复杂的锻件。,4,、适用材料品种多（,铸造合金、变形合金、复合材料等,）。,适用于形状复杂、尺寸精确的零件,如活塞、压力表壳等铝合金件，蜗轮、高压阀体等铜合金件，,法兰、弹头等钢件等,2.2,高能率成形,2.2,高能率成形是一种在极,短时间内释放高能量使金属,变形的成形方法。,爆炸成形,炸药的化学能,电液成形,电流脉冲放电,电磁成形,脉冲磁场,方法,模具简单，仅用凹模，成本低，效率高。,无需传压介质，能量易于控制，生产率高。,电磁成形,管坯胀形,管坯缩径,平板毛坯成形,动画,2.2,电磁成型机,充液拉深,特点：,1,、受液压作用，板料和凸模,紧密贴合。,2,、降低了摩擦阻力。,3,、提高拉深件的拉深极限，,减少拉深次数。,4,、减少零件擦伤，提高精,度。,5,、设备相对复杂，生产率低。,用于深筒形件，锥形、抛物线形等复杂曲面零件的成形,充液拉深是利用液体代替刚性凹模的作用所进行的拉深成形方法。,2.2,动画,聚氨酯成形,聚氨酯弯曲,聚氨酯冲裁,2.2,利用聚氨酯在受压时表现出的高粘性流体性质，将其,作为凸模或凹模的板料成形方法。,动画,2.3,塑性成形件工艺设计,自由锻件工艺设计,模锻件工艺设计,绘制锻件图,坯料质量计算,坯料尺寸计算,锻造工序选择,确定锻造设备,设计举例,1,设计举例,2,选择分模面,余量、敷料、公差、冲孔连皮,模锻斜度,模锻圆角半径,齿轮模锻件图举例,（绘制锻件图）,绘制锻件图,2.3,自由锻工艺设计,绘制锻件图,2.3,绘制锻件图,2.3,坯料质量计算,2.3,G,烧损,第一次加热时取被加热金属的,2%3%,，,以后各次加热取,1.5%2%,；,G,料头,冲孔,切断,实心冲孔,空心冲孔,垫环冲孔,圆形件,矩形件,坯料尺寸计算,2.3,镦粗,圆坯料：,方坯料：,检验,拔长,镦粗,拔长,选择锻造工序,轴类件：拔长、（镦粗及拔长）、切肩、锻台阶等。,盘类,件：镦粗、（拔长及镦粗）、冲孔等。,筒类件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长等。,环类件：镦粗、冲孔、在芯轴上扩孔等。,曲轴类：拔长、错移、锻台阶、扭转等。,弯曲件：拔长、弯曲等。,2.3,钢传动轴工艺设计举例,零件图,锻件形状,2.3,钢传动轴工艺设计举例,锻件图,2.3,坯料：圆钢直径,100mm,，长度,350mm,设备：,0.5t,锤,工序：拔长、切肩、锻台阶,法兰圈锻造工艺设计举例,零件图,锻件图,1,、坯料重量：,93.3kg,2,、,坯料尺寸：,圆钢：直径,200mm,长度,380mm,3,、,设备：,3,吨锤、,1,吨锤,2.3,加热火次及锻造工序,火次,1,镦粗：高度,115mm,冲孔：直径,160mm,火次,2,扩孔,校平,2.3,确定分模面,1.,要保证模锻件能从模膛中取出,2.3,确定分模面,2.,使上下两模沿分模面处模膛轮廓一致,2.3,错模现象,确定分模面,3.,分模面选择能使模膛深度最浅,2.3,d-d,分模面好于,b-b,确定分模面,4.,使分模面为一个平面,2.3,确定分模面,5.,使零件上所添加敷料最少,2.3,零件图 径向分模 轴向分模,合理,确定分模面,6.,有利于纤维组织方向要求,2.3,合理,确定分模面举例,1.,要保证模锻件能从模膛中取出,2.,上下两模沿分模面的模膛轮廓一致,3.,分模面能使模膛深度最浅,4.,分模面应使零件上所加的敷料最少,x,x,x,2.3,余量、公差、敷料、冲孔连皮,2.3,余量一般为,14mm,公差一般取在,(0.33)mm,之间,孔径,d 25mm,时孔应锻出,当孔径为,3080mm,时,冲孔连皮的厚度为,48mm,。,确定模锻斜度,锤上模锻，模锻斜度一般,为,515,内壁斜度比外壁斜度大,25,2.3,确定模锻圆角,2.3,外圆角半径,(r),取,1.512mm,，,内圆角半径,(R),比外圆角半径,大,23,倍。,模膛深度越深，圆角半径取,值就越大。,齿轮坯模锻件图实例,分模面,加工余量,模锻斜度,模锻件图,2.3,自 由 锻 件 结 构 设 计,1,、避免锥体或斜面结构,.,不合理,合理,不合理,合理,2.3,2,、避免空间曲线,.,不合理,合理,不合理,合理,自 由 锻 件 结 构 设 计,2.3,3,、,避免加强筋、凸台、工字形截面或其他非规则形截面,.,不 合 理,合 理,不 合 理,合 理,自 由 锻 件 结 构 设 计,2.3,4,、采用锻,-,焊、锻,-,螺纹连接工艺,.,不合理,合理,不合理,合理,自 由 锻 件 结 构 设 计,2.3,模 锻 件 结 构 设 计,不合理,合理,1,、合理的分模面。,2.3,合理,不合理,合理,2,、与分模面垂直的表面，应设计模锻斜度。,分模面,模 锻 件 结 构 设 计,2.3,3,、避免薄壁、高筋、凸起等结构。,模 锻 件 结 构 设 计,2.3,不合理,4,、避免窄槽、多孔、深孔结构。,多孔齿轮,模 锻 件 结 构 设 计,2.3,5,、采用锻,-,焊结合，简化工艺。,模锻件,焊合件,模 锻 件 结 构 设 计,2.3,冲 压 件 结 构 设 计,1,、冲裁件外形力求简单、对称，尽量采用规则形状。,冲裁件,不合理,2.3,2,、冲裁件上的孔及其相关尺寸如图：（,s,为板厚）,冲裁件,冲 压 件 结 构 设 计,2.3,3,、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。,冲裁件,冲 压 件 结 构 设 计,2.3,4,、冲裁件排样合理,冲裁件,冲 压 件 结 构 设 计,2.3,4,、冲裁件排样合理,冲裁件,冲 压 件 结 构 设 计,2.3,合理,1,、弯曲件形状应尽量对称，,r,r,min,弯曲件,冲 压 件 结 构 设 计,2.3,2,、弯曲件弯曲边的平直部分,H2S,弯曲件,冲 压 件 结 构 设 计,2.3,工艺槽,3,、弯曲带孔件时，避免孔的变形。,L(1.52)S,弯曲件,冲 压 件 结 构 设 计,2.3,4,、弯曲零件边缘时，预加工出工艺孔或工艺槽。,弯曲件,冲 压 件 结 构 设 计,2.3,拉深件,1,、拉深件外形力求简单、对称。,冲 压 件 结 构 设 计,2.3,2,、设计合理的圆角半径。,拉深件,冲 压 件 结 构 设 计,2.3,简化工艺，节省材料的结构,1,、采用冲焊结构。,2.3,2,、采用冲口工艺，以减少组合件数量。,2.3,简化工艺，节省材料的结构,3,、简化拉深件结构，以便减少工序。,简化工艺，节省材料的结构,2.3,消音器后盖零件,2.3,冲压件厚度要求,2.3,冲压件精度和表面质量要求,冲压件精度要求：,落料件不超过,IT10,；,冲孔件不超过,IT9,；,弯曲件不超过,IT10-IT9,；,拉深件高度不超过,IT10-IT8,；直径,IT10-IT9,；,冲压件表面质量要求：,不要高于原材料的表面质量。,