第三篇金属塑性加工课件

,湖北汽车工业学院材料工程系,Department of Materials Engineering,第三篇金属塑性加工,第三篇金属塑性加工,1972年在河北藁(gao)城台西村商代,(公元前14世纪),遗址中出土了一件,铁刃铜钺,。外刃部断失，残存刃部包入铜内约 1厘米，已全部氧化。经鉴定，残刃中,没有人工冶铁的特征,；镍的分布表明,该刃为,陨铁(陨石的一种，含铁80%以上，常含镍。),制成，不可能用人工冶铁获得,陨铁器虽然不是从矿石冶炼的铁，,但它的出现表明中国在公元前14世纪前后已能识别金属铁，,并能锻打成兵刃使用。,1972年在河北藁(gao)城台西村商代(公元前14世,陨石,是来自,地球,之外的“客人”。含石量大的陨星称为陨石，含铁量大的陨星称为陨铁。,根据陨石本身所含的化学成分的不同，大致可分为三种类型：,1.铁陨石,，也叫,陨铁,，它的主要成分是,铁,和,镍,；,铁的含量一般在98%以上,镍的含量在4%20%之间,所以很容易鉴别.因为地球上没有那种矿石能够通过直接熔炼提供含量这么高而且成分均匀的镍,2.石铁陨石,，也叫,陨铁石,，这类陨石较少，其中 铁镍与,硅酸盐,大致各占一半；,3.,石陨石,，也叫,陨石,，主要成分是,硅酸盐,，这种陨石的数目最多。,陨石是来自地球之外的“客人”。含石量大的陨星称为陨石，含铁,一、,金属的塑性成形(塑性加工),1. 塑性成形的概念,是利用金属在,外力的作用下,所产生的,塑性变形,，,使之获得具有一定,形状、尺寸和力学性能,的原材料、毛坯或零件的生产方法称,塑性成形,（,塑性加工）,一、金属的塑性成形(塑性加工)1. 塑性成形的概念,2、条件,1） 塑性材料，低碳钢、铝、铜合金最好；,2）,受力作用（冲击力、静压力），,即内部应力大于屈服强度。,满足屈服条件：,s（材料屈服强度）。,2、条件,、方法(锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等）,）,锻造,自由锻造,和,模膛锻造,自,由,锻,造,自由锻造,金属坯料在,上下抵铁,间受,冲击力,或,压力,而变形的加工方法。,、方法(锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等）自自由锻造金属,上砥铁,下砥铁,坯料,上砥铁下砥铁坯料,模,膛,锻,造,模锻锻造,金属坯料在具有一定形状的,锻模模膛内受力,而变形的加工方法。,模模锻锻造金属坯料在具有一定形状的锻模模膛内受力而变形的,第三篇金属塑性加工课件,）,板料冲压,（又称薄板冲压和冷冲压）,板料冲压,金属板料在冲模之间受压产生,分离或变形,的加工方法。 一般在室温条件下进行，也叫,冷冲压,。,采用的金属型材、板材、钢材和线材等原材料，,大都通过,轧制、挤压、冷拔,等方法制成。,凡承受重载荷,的机械零件通常采用,锻件,作毛坯。,板料冲压,广泛用于汽车制造、电器、仪表及日用品工业。,）板料冲压（又称薄板冲压和冷冲压）板料冲压金属板料,第三篇金属塑性加工课件,）拉拔,将金属坯料拉过拉拔模的,模孔而变形的加工方法。,）拉拔 将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方,第三篇金属塑性加工课件,金属坯料在,一对回转的轧辊,的空隙中受压变形，从而获得各种相应形状和尺寸的产品。,4）轧制,金属坯料在一对回转的轧辊的空隙中受压变形，从而,第三篇金属塑性加工课件,金属材料,在挤压模内,受压被挤出,模孔而变形,的加工方法。,5） 挤压,正挤压, 坯料,流动方向,与凸模运动,方向一致,。,反挤压, 坯料,流动方向,与凸模运动,方向相反。,金属材料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。 5）,第三篇金属塑性加工课件,挤压产品截面形状图,挤压产品截面形状图,压力加工的特点:,1）,机械性能好；组织致密，,2）节省材料；,3）生产效率高；,4）设备投资大；,5）对材料的要求严格。,压力加工的特点:,晶体内部产生,滑移,，晶体间也产生,滑移,和晶粒间发生,转动。,即晶体在切向力的作用下，,晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑移，从而引起晶体变形。,二、 金属塑性变形实质,晶体内部产生滑移，晶体间也, 单晶体的塑性变形,晶体的塑性变形主要是滑移和孪晶,滑移 在切应力,的作用下，,晶体产生,剪切变形，即发生晶格歪扭。,晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑动，从而产生塑形变形。,单晶体在切应力的作用下的变形, 单晶体的塑性变形 单晶体在切应力的作用下的变形,孪晶,也叫,双晶,。它是晶体在外力作用下，晶格的一部分相对另一部分沿着孪晶面发生,转动,的结果。转动后以孪晶面为界面，形成镜像对称。,单晶体的转动过程,孪晶 单晶体的, 多晶体塑性变形,主要的变形方式仍是,滑移,和,转动。,可以看成是组成多晶体的许多单个晶粒产生变形的综合效果。晶间也有,滑动和转动。, 晶界的存在会带来变形抗力（阻碍）, 多晶体塑性变形,三、塑性变形对金属组织性能影响,（1） 冷变形、热变形、温变形的定义,冷变形,是指在,再结晶温度以下,的变形。变形后具有明显的加工硬化现象,(冷变形强化)。,如冷挤压、冷轧、冷冲压等。,热变形,是指在,再结晶温度以上,的变形。在其变形过程中，其加工硬化随时被再结晶所消除。因而，在此过程中表现不出加工硬化现象。,如热轧、热锻、热挤压等。,温变形,是指介于冷、热变形之间的变形，加工硬化和再结晶同时存在，如：温锻、温挤压等。,三、塑性变形对金属组织性能影响 （1） 冷变形、热变,（2）冷变形后的组织与性能,钢铁、铝、铜合金,室温下,的塑性加工属于冷加工。,组织变化的特征：,晶粒沿变形,最大方向伸长,；,晶粒与,晶粒均发生扭曲,产生内应力,晶粒间产生碎晶,。,性能变化的特征：,加工硬化,(冷变形强化),：,随着变形程度的增加，其强度和硬度不断提高，塑性和韧性不断下降。,有利：强化金属材料,不利：进一步的塑性变形带来困难,（2）冷变形后的组织与性能,常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响,常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响,回 复,冷变形强化,是一种,不稳定,的现象,将,冷变形的金属,加热到一定的温度,因原子的活动能力增强,使原子回到平衡位子,晶内残余应力大大减小-,回复,由于加热温度,不高,，原子所获热能,较少,，,其活动能力不强，只能使,晶格的畸变程度减轻，应力明显下降,，,晶粒的形状、大小、强度、塑性等力学性能也变化不大。,T回=（0.250.3）T溶 （1538+273） T回 金属的绝对回复温度,T溶 金属的绝对熔点温度,如碳钢弹簧在冷卷加工后加热到250,C300 C进行回复处理。如：,工业纯铁的T回 为453,C。,回 复,再结晶,当加热温度达到某一值时，塑性变形状态恢复平衡，,内能全部放出，能以某些碎晶或杂质为核心形成了新的等轴晶粒，-再结晶.,加工硬化消失。,T,再,=0.4,T溶,如：纯铁的T,再,为727C。钨为1475C， 铜为473C，铝为373C，锌为室温，铅和锡低于室温。,再结晶 当加热温度达到某一值时，塑性,冷变形金属加热温度对组织和性能变化的示意图,冷变形金属加热温度对组织和性能变化的示意图,() 热变形及其影响,1）不产生加工硬化,2）使组织得到改善，提高了力学性能, 细化晶粒；, 压合了铸造缺陷；,3）出现锻造流线,金属性能各向异性, 组织致密。,() 热变形及其影响1）不产生加工硬化2）使组织得到改善,纤维组织,铸锭在借助塑性变形进行压力加工时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质都发生了变形，它们沿着,变形最大的方向被拉长，呈纤维状，这种结构纤维组织。,钢材中的纤维组织,纤维组织钢材中的纤维组织,纤维组织的稳定性很高，形成后，,不能用热处理的方法来消除，只有经过压力加工才能改变其方向和形状，,在设计和制造零件时，必须遵守以下两点：, 使纤维方向和零件的轮廓方向相适应而不被切断。,使零件所受的最大,正应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。,压力加工的纤维组织,纤维组织的稳定性很高，形成后，不能用热处理的,（1）在,纵向（,平行,纤维方向）上：,塑性和韧性提高,（2）在,横向（,垂直,纤维方向）上：,塑性和韧性降低,（1）在纵向（平行纤维方向）上：塑性和韧性提高（2）在横向,形成锻造流线(即纤维组织)的明显程度与变形程度有关.,拔长时：y拔F0/F(横截面积)；,镦粗时：y镦H0/H(高度比)；,H0,F0 坯料变形前的高度和横截面积。,H ,F坯料变形后的高度和横截面积。,用,锻造比Y,表示,变形程度,一般控制在,Y=23。,形成锻造流线(即纤维组织)的明显程度与变形程度有关.拔长时：,、钢的锻造性及其影响因素,影响因素：,金属的本质:合金成份、金属组织,加工条件: 变形温度、,应变速率等。,衡量锻造性指标,金属塑性和变形能力。,锻造性（可锻性）-,是材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力.(,衡量,金属热态塑性变形的难易程度),、钢的锻造性及其影响因素 影响因素：衡量锻造性指标,常用金属材料的锻造温度范围,始锻温度：,开始锻造时，金属允许加热的,最高温度。,终锻温度,：金属,停止锻造,的温度。,始锻温度与终锻温度的区间,锻造温度范围,常用金属材料的锻造温度范围,确定锻造温度范围的依据是合金状态图,对于碳素钢，始锻温度在固相线AE以下150C,250C，终锻温度800C左右。,碳钢：1200800(),合金钢：1150800()合金工具钢（高速钢）： 1180900(),不锈钢：1300850()铜合金：900700(),确定锻造温度范围的依据是合金状态图对于碳素钢，始锻温度在固,表1 常用钢材的锻造范围,表1 常用钢材的锻造范围,应力状态,在外力作用下，金属内部各点的应力，可用,主应力状态图,来表示。,不同的压力加工方法,，,由于变形金属受力状态不同，主应力图一般也不相同，例如：,挤压和模锻时，为三相压应力状态，冷拔时，为双向受压一向受拉,金属变形时的应力状态,应力状态 在外力作用下，金属内部各点的应力，可,复习题,说明金属塑性成形的条件和方法。,何谓金属冷变形和热变形？,同种材料金属冷、热变形，其组织和性能有何差异？何谓金属再结晶？,说明金属锻造性的意义，有哪些影响因素？,什么是锻造流线？在设计和制造零件是应如何分布锻造流线？,金属锻造时，为什么要加热？钢的锻造温度范围一般应如何表示和限制？,复习题说明金属塑性成形的条件和方法。,二、锻造方法与工艺,、自由锻造,垂直方向（Z向）受力，水平方向（X、Y向）自由变形。,P,二、锻造方法与工艺、自由锻造P,设备,:,锻锤、蒸汽-空气锤,、水压机,工具:,平砧铁、V形砧等座；,设备 :锻锤、蒸汽-空气锤、水压机工具: 平砧铁、V形砧等,水压机,水压机，吨位（静压力）大，大型锻件生产的自由锻造设备。最大吨位达3.5万吨。,水压机,第三篇金属塑性加工课件,应用,单件、小批量生产,大型锻件,的唯一锻造方法；,300T,应用 单件、小批量生产,（1）自由锻工序,基本工序、辅助工序、精整工序,（a）基本工序:,使坯料实现,主要的变形要求,达到和基本达到锻件所需形状和尺寸的工序.,镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割等,（1）自由锻工序,镦粗,：,是,减少,坯料,高度,而,增大,其,截面积,的工序。,图1 镦粗示意图,镦粗： 是减少坯料高度而增大其截面积的工序。 图1 镦粗示,拔长,是使坯料,横截面积减少,而,长度增加,的工序。见图2所示,图2 拔长示意图,拔长 是使坯料横截面积减少而长度增加的工序。见图2所示,冲孔,是用冲子将坯料冲出透孔和不透孔的工序。,图3 冲孔示意图,冲孔是用冲子将坯料冲出透孔和不透孔的工序。图3 冲孔,弯曲,：使坯料的轴线产生一定的曲率,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的角度的工序,错移,:,是使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序。,切割:,是分割坯料或去除锻件余量的工序。,（b）辅助工序：,基本工序之前的预变形工序，如压嵌口、,倒棱、压肩.,（c）精整工序：,完成,基本工序之后,用以,提高,锻件尺寸及,位置精度,的工序.,弯曲：使坯料的轴线产生一定的曲率扭转: 是使坯料的一部分相对,2)锻件分类及基本工序方案,2)锻件分类及基本工序方案,、模镗锻造(,锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机模锻,金属热坯在锻模模镗内,三向压应力,状态下的塑性变形。,特点:,锻件精度高，锻造曲线合理，力学性能好；,生产效率高，金属消耗少；,、模镗锻造(锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机模锻特点,应用:,能锻制难以成形的复杂锻件，如汽车连杆、前梁、,曲轴等。,应用: 能锻制难以成形的复杂锻件，如汽车连杆、前梁、,1,）,模膛,的分类(按功用不同),制坯模膛：拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛、切断模膛等,模锻模膛：预锻、终锻,1）模膛的分类(按功用不同),制坯模膛,对于形状复杂的模锻件,为了使坯料的形状基本,接近模锻件,形状,使金属能合理分布和很好模锻模膛,(改变坯料横截面积与形状，为最终成形做准备。),包括：,拔长模膛：减小横截面积，增加长度。,滚压模膛：改变各横截面上坯料分布，滚圆。,弯曲模膛：改变坯料轴线呈弯曲坯料。,拔长模膛,滚压模膛,弯曲模膛,制坯模膛对于形状复杂的模锻件,为了使坯料的形状基本接近,第三篇金属塑性加工课件,模锻模膛:,预锻模膛,：,使坯料形状、尺寸更,接近终锻形状,的,模膛,，一般不设置飞边槽。,终锻模膛,：,模锻时最后成形的模膛,为了使坯料形状、尺寸,达到,锻件要求，故,终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放一个收缩量,分模面四周设有飞边槽。,模锻模膛:,2）锻造模膛的结构,锻模,模膛(9),飞边槽 (3),桥部,仓部,形成锻件基本形状和尺寸的空腔。,容纳多余的金属。,增加金属,流动的阻力，,促使,金属充满,模膛。,2）锻造模膛的结构锻模模膛(9)飞边槽 (3)桥部,3）锻模材料,要求：高温下具有足够的强度、硬度、韧性、耐磨,性、抗热疲劳性、回火稳定性等,。,热处理：淬火中温回火（400500 ）,钢种：热作模具钢5CrNiMo、,4Cr5MoSiV(H11)、,4Cr5MoSiV1(H13)等。,3）锻模材料热处理：淬火中温回火（400500 ）,4）飞边与冲孔连皮,飞边,坯料沿,分模面,锻挤出来的部分,多余金属,，于飞边槽内积聚而成,。,飞边槽的作用：,容纳多余金属形成飞边；,飞边先冷却，增加坯料流动阻力，便于金属充满模膛。,4）飞边与冲孔连皮,冲孔连皮：,对于通孔锻件，孔的中部垂直横截面上下预留一薄层金属而不贯通，称为冲孔连皮，以防止上、下模的冲孔凸模不至直接相撞。,飞边与冲孔连皮,通过切,边与冲孔而最终消除,。,冲孔连皮： 对于通孔锻件，孔的中部垂直横截面上下预留一薄层金,3、模锻设备,模锻锤,：,通过压缩空气和高压蒸气推动活塞、锤杆、锻锤，对坯料产生强大,冲击力,而使坯料锻造成形，既可用于自由锻，也可用于模膛锻造,（锤上模锻）,吨位：,以活塞、锤杆、锻锤,质量和表示，即：,m总m活塞m锤杆m锤,如500kg空气锤：,m总500kg,10t模锻锤：,m总10t,锻件的质量较好，适应性强，可以实行多种变形工序，锻制不同形状的锻件。,3、模锻设备模锻锤：通过压缩空气和高压蒸气推动活塞、锤杆、锻,热模锻压力机,热模锻压力机,吨位,滑块运行到接近下死点所产生的最大压力。,东风公司锻造厂用于热模锻的曲柄压力机的吨位有2000t、4000t、8000t。,最大吨位为 12000t(1200MN,)。,优点,锻造成形原于静压力，无震动，噪音小；,金属在模膛中流动稍缓，有利于成形和获,得良好的力学性能；,生产效率高，锻件质量好。,吨位 滑块运行到接近下死点所产生的最大压力。优点锻造成形,摩擦压力机,结构简单,投资少,工艺适应性广,中小型锻件,小批或中批生产,飞轮,螺杆,滑块,摩擦压力机结构简单飞轮螺杆滑块,平锻机,即卧式曲柄压力机，主滑块为水平直线运动。,主,要用于锻造带凸缘,的长轴类锻件（汽车,半轴）、环形锻件,（轴承套圈，双联齿,轮锻件等）。,平锻机主要用于锻造带凸缘,胎膜锻造,在,自由锻设备,上采用可,移动模具,生产模锻件的锻造方法.,胎膜锻造,扣模：用来对坯料进行全部或局部扣形，以生产,长杆非回转体锻件。,扣模：用来对坯料进行全部或局部扣形，以生产,筒模,：主要用于锻造齿轮、法兰盘等盘类锻件。,筒模：主要用于锻造齿轮、法兰盘等盘类锻件。,常用锻造方法的比较,见P,118,表3-2,常用锻造方法的比较 见P118表3-2,4、自由锻造工艺规程的制订,）绘制自由锻件图,在零件中放上,机械加工,余量，规定锻件,锻造公差，,追加工艺,余块（,简化形状，便于成形），用,双点画线,表示,零件,轮廓。,4、自由锻造工艺规程的制订）绘制自由锻件图,）计算坯料重量及尺寸,G,坯,G,锻,G,烧损,G,料头,烧损率：油炉2%3%,煤气炉1.5%2.5%,电阻炉1%1.5%,3）确定锻造温度范围,碳钢,始锻温度：,1200,终锻温度：,800,）计算坯料重量及尺寸3）确定锻造温度范围,4）确定变形工序,镦粗、拔长、弯曲、冲孔等。根据零件不同而不同。,4）确定变形工序,第三篇金属塑性加工课件,5）编写锻造工艺卡,5）编写锻造工艺卡,5、模锻工艺设计,）绘制模锻件图锻模设计的依据,5、模锻工艺设计）绘制模锻件图锻模设计的依据,设计内容：,确定分模面上、下锻模的分界面,原则：,选择锻件最大水平投影面，应使上、下两模沿分模面的模膛轮廓一致，模膛深度最浅且沿分模面对称且平面分模,分模面应使零件上所加的敷料最少.,便于取模；便于检查上下模是否错位；有利于金属充满模膛；减少敷料；简化模具制造。,设计内容：,锻件最大水平投影面要保证模锻件能从模膛中取出,上下两模沿分模面的模膛轮廓一致,分模面能使模膛深度最浅,分模面应使零件上所加的敷料最少,分模面为平面,d,d,锻件最大水平投影面要保证模锻件能从模膛中取出上下两模沿分模面,追加加工余量、工艺余块，规定锻件公差。,加工余量：1,4mm; 公差：,0.3,3mm,追加加工余量、工艺余块，规定锻件公差。,模锻斜度,为了使锻件从模膛中取出,锻件与模膛侧壁接触部分需要带一定的,斜度-模锻斜度,一般外壁斜度, 1,取5、,7,、10、12。内壁斜度, 2比外壁斜度 1大2,5。,模锻斜度为了使锻件从模膛中取出,锻件与模膛侧壁接触部分需要带,模锻,圆角半经,在模锻件中所有两平面的交角处均需做成圆角-,模锻圆角,，,其作用是:使金属充满模膛,提高锻件的使用寿命,同时增大锻件的强度.,模锻件的外圆r角取1. 512,mm，内圆角R比外圆角半经r大23倍。,模锻圆角半经,）选定模锻工步，确定锻模模膛。,一类是,长轴类,零件，如台阶轴、曲轴、,连杆,、弯曲摇臂等。一般常采用,拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工步。,模锻件按,形状,可分为两大类：,根据锻件的,形状,和,尺寸,来确定。,）选定模锻工步，确定锻模模膛。 一类是长轴类零件，如,第三篇金属塑性加工课件,另一类为,盘类(短轴类),模锻件，如,齿轮、,法兰盘等。一般常采用,镦粗、预锻和终锻,等工步。,另一类为盘类(短轴类)模锻件，如齿轮、法兰盘等。一般,第三篇金属塑性加工课件,）计算坯料重量,追加,20%,25%,的飞边与冲孔连皮,。,6,）锻造生产自动线,）确定后续工序切边、冲孔、校正、热处理及,表面氧化皮清理等。,）选择锻造设备,）计算坯料重量 追加20%25%的飞边与冲孔连皮。6）,6、锻件结构设计的工艺性要点（选讲）,零件结构要符合锻造工艺性要求，使之结构合理，锻造方便、节约金属、保证锻件质量和提高生产效率。,自由锻件：,1）自由锻件,设计要避免,锥体和斜面,结构 ；,6、锻件结构设计的工艺性要点（选讲） 零件结构要符,2）锻件由数个简单几何体构成时，几何体的交接,处不应保留空间,相贯曲线,；,a）加工困难,应改为：,b ) 平面与圆柱、平面与平,面相连接使锻造成形容易。,2）锻件由数个简单几何体构成时，几何体的交接 a）加工困难,3）自由锻锻件上不允许设计出加强筋、凸台、工字形截面和空间无规则曲面形状；,3）自由锻锻件上不允许设计出加强筋、凸台、工字形截面和空间无,4）锻件,横截面积有急剧变化或,形状较复杂时，可设计成几个简单件构成的组焊或装配结构；,4）锻件横截面积有急剧变化或形状较复杂时，可设计成几个简单件,模锻件：,1）有一个合理的分模面；,2）外形力求简单、平直和上下对称；,3）对垂直于分模面的非加工表面应设计出,模锻斜度,和,锻造圆角。,4) 设计时尽量避免,深孔,和,多孔,结构,零件上有四个相同的孔不能锻出，只能用机械加工成形。,模锻件： 1）有一个合理的分模面；零件上有四个,5）,避免薄壁、高筋、局部凸起等结构。,5）避免薄壁、高筋、局部凸起等结构。,5,）在可能条件下，应采用锻焊组合工艺，,以简化锻造工艺,和降低制造成本。,5）在可能条件下，应采用锻焊组合工艺，,复习题,自由锻造和模膛锻造有何区别？各自说明工序或工步的安排。,模膛锻造中，选用锻模材料有何性能要求？常用何种材料和热处理工艺？,锻造（包括自由锻造和模膛锻造）一般用到那些设备？如何确定锻锤和压力机的吨位？,编制自由锻造工艺包含哪些内容？,编制模膛锻造工艺包含哪些内容？,举例说明如何选择锻模分模面。分析飞边槽和冲孔连皮的作用。,东风公司锻造厂在锻造生产自动线上生产汽车前梁锻件的锻造工步是如何安排的，试以工步流程布置图予以说明。,复习题自由锻造和模膛锻造有何区别？各自说明工序或工步的安排。,三、 冲压,是利用冲模使板料产生,分离或变形,的加,工方法，通常在冷态下进行，又称,冷冲压,。,1. 特点：, 冲压出,形状复杂,的零件，废料较少。, 冲压加工出来的产品具有,足够高的精度,和,较低表面粗糙度,互换性好。, 能获得,质量轻、强度和刚度较高,的零件。, 操作简便，生产效率高，工艺过程,便于,机械化和自动化,。,三、 冲压 是利用冲模使板料产生分离或变形的,板料:,要求塑性好，低碳钢,、,铝、铜、镁合金等。,厚度一般不超过10mm，表面无伤痕。,典型材料,车身 08Al,车架 16Mn,供应状态,卷料（冲压前开卷）,2. 材料,2. 材料,剪板机,（,剪成条料,）、,冲床,、,液压机等。,如： 40厂 2000T（吨位）作用于板料的最大静压力。,44厂 、41厂 4000T（吨位） 作用于板料的最大静压力。,3. 设备,3. 设备,是使坯料的一部分与另一部分相互,分离,的工序。包括：落料、冲孔、切断、修整等。,落料和冲孔,落料被分离的部分为工件，周边为废料。,冲孔被分离的部分为废料，周边为成品。,4、 冲压生产的基本工序,1) 分离工序,是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。包括：,冲裁变形过程,共分三个阶段：,a. 弹性变形阶段,坯料产生弹性压缩、弯曲和拉伸变形，此时的内应力,低于,屈服点。,b.塑性变性阶段,坯料内应力,达到,屈服点，材料开始产生,塑性变形,，随着凸模的不断压下，变形区的材料加工硬化加剧，直至坯料内部达到,强度极限,，材料内部形成,微裂纹。,c. 断裂分离阶段,凸模下行，已形成的上下裂纹不断向坯料内部扩展，上下,裂纹相遇,时， 坯料被,断裂分离。,冲裁变形过程,材料的塑性越好，光亮带宽，反之，剪切带愈宽。,冲裁件的断面,C,材料的塑性越好，光亮带宽，反之，剪切带愈宽,凸凹模(,冲裁模)间隙,：,是指冲裁加工时凸模和凹模之间的,横向间隙,。用 “ C”表示。 C0,凸、凹模间合理间隙（双边间隙和）一般取板厚的1%左右。,间隙既不能,过大, 也不能,太小，,关系到产品,尺寸精度,，也影响模具,使用寿命。,C,D,凹,D,凸,凸凹模(冲裁模)间隙：是指冲裁加工时凸模和凹模之间的横向间,凸凹模间隙不仅严重影响,冲裁的断面质量,，而且影响,模具寿命,。,间隙,应控制在一个,合理的范围之内,，使所得到的上下裂纹能够基本重合于一条线。,间隙,过大,，材料中的拉应力增大，,塑性变形,阶段,结束,较早。,冲裁件被撕开,边缘粗糙.,间隙,过小,时，材料中拉应力成分减小，压应力增强，,裂纹,产生受到,抑制,。,间隙也是影响,模具寿命,的最主要的因素。冲裁过程中，凸,模,与被冲的孔之间、凹模与落料件之间均有摩擦，,间隙越小摩擦力越严重,。,正确选择合理间隙对冲裁生产是至关重要的。选用时主要考虑,冲裁件断面质量和模具寿命,这两个因素。,凸凹模间隙不仅严重影响冲裁的断面质量，而且影响,第三篇金属塑性加工课件,间隙小影响模具的寿命,间隙小,模具寿命降低,间隙小影响模具的寿命,间隙小,模具寿命降低,选取间隙的方法：,1）查表法,2）计算法,C=m,m-与材质及坯料有关的系数。,-坯料厚度,在生产中，对于低碳钢、铝合金、铜合金，取Z=C=(0.060.1),;高碳钢,Z=,C,=(0.080.12),。,选取间隙的方法：,凸、凹模,刃口尺寸,取决于,冲裁件尺寸和,冲模间隙,落料模,（D凸、D凹）,凹模刃口尺寸等于工件尺寸，即：,D凹D件；,D凸D件Z（间隙）,凸、凹模刃口尺寸,(凸凹模要具有锋利的刃口),注意：落料件与孔径有公差时，D凹（落料）取,工件最小极限尺寸（D,）；d凸（冲孔）取孔的,最大极限尺寸（d+,）。,冲孔模,（d凸、d凹）,以孔径先定凸模尺寸，即：,d凸d孔；,d凹d孔Z（间隙）,Z/2,D,凹,D,凸,d,凸,d,凹,凸、凹模刃口尺寸取决于冲裁件尺寸和 凸、凹模,冲裁力（F）的计算,对于平刃冲模,FKL,d,式中 F冲裁力（N）；,L冲裁周边长度（mm）；,d板材厚度（,mm,）；,抗剪强度；,K经验系数，一般取K。,冲裁力（F）的计算,排样,即冲裁件在板料或条料件上的合理排列，以提高材料利用率。,排样分为无搭边排样和有搭边排样。,排样,修整,利用整修模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，,切掉剪裂带和毛刺。提高其,尺寸精度降低表面粗糙度。,IT6-IT7 Ra = 1.6-0.8 m, 修整 利用整修模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄,)变形工序,使坯料的一部分相对另一部分产生位移而,不被破坏,的工序。,包括 ：拉深、翻边、弯曲、,成形等,汽车车身覆盖件主要由这四大成形工序完成。,)变形工序,拉深,意义,在拉深模中,使平板件,受力成形为,空心,立体件。,拉深过程, 拉深拉深过程,m,拉深变形后的制件直径与坯料直径之比，,即:,m,D,件,D,坯,如果总的拉深系数小于极限拉深系数，则需多次拉深才能最终成形。,总的拉深系数等于各次拉深系数的乘积。,变形量控制,拉深系数 m,一般极限拉深系数取： m,min,0.50.8（低碳钢板）m越小，一次拉深变形量大。 m越大（2,，若H（1.52）t ,当L过小时可在弯曲线上冲工艺孔。对于零件孔的精度要求较高，则应弯曲后在再冲孔。,弯曲件孔边距离,弯曲带孔件时，孔的边缘距弯曲中心应有一定的距离。L（1.5,（3）对拉深件的要求,拉深件外形应简单、对称，且不宜太高。以便使拉深次数尽量少，并容易成形。拉深件的圆角半径如图所示。否则，应增加整形工序。,（3）对拉深件的要求 拉深件外形应简单、对称，且不宜太高。以,（,4）改进结构可以简化工艺及节省材料,1) 采用冲焊结构,对于形状复杂的冲压件、可先分别冲制若干个简单件，然后再焊接成整体件,（4）改进结构可以简化工艺及节省材料 1) 采用冲焊结构,2),采用冲口工艺，以减少组合件数量,2) 采用冲口工艺，以减少组合件数量,3) 在使用性能不变的情况下，应尽量简化,拉深件结构，以便减少工序，节省材料， 降低成本。,如消声器后盖零件结构，通过结构改进，材料减少50。,3) 在使用性能不变的情况下，应尽量简化如消声器后盖零件结构,4) 冲压件的精度和表面质量,一般精度为：,落料,不大于IT10，冲孔不大于IT9，弯曲件不大于 IT10 IT9 。,拉深件高度尺寸精度为IT10IT8，直径尺寸精度为IT10IT9，,整形工序后的尺寸精度为IT7IT6，,拉深件直径尺寸精度为 IT9 IT8。,一般对冲压件表面所提出的要求，尽可能不要高于原材料所具有的表面质量，否则要增加切削加工的工序，使产品成本大为提高。,4) 冲压件的精度和表面质量一般精度为：,、冲压模分类及结构(选讲),简单冲模,简单模,（单工序模）,一套模具完成一道工序。模具结构简单，容易制造，适用于冲裁件的小批量生产。,、冲压模分类及结构(选讲)简单冲模 简单模（单工序模）一,级进模（连续模）,压机一次行程中，在模具不同工位同时完成多道冲压工序。,级进模（连续模）,级进模（连续模）级进模（连续模）,复合模,压机一次行程中，在模具同一工位完成多到工序（两道以上）的冲压模具。一般讲，凸模中有凹模，（凸凹模）凹模内安装有凸模。,本章最后请看几个车身覆盖件的冲压生产片段录,象,落料拉深复合模,复合模本章最后请看几个车身覆盖件的冲压生产片段录象落料拉深,复习题,板料冲压有何生产特点？对原材料供应有什么要求？,冲压基本工序分为哪两类？何谓冲裁？,如何决定板料冲孔和落料的凸、凹模尺寸和合理间隙值？,说明板料落料前的合理排样的经济意义和排样方法。,汽车生产中，用于板料变形的工序有哪几种？分别分析这几种变形工序的意义。,重点说明板料弯曲和拉深工序的质量控制参数与要求 。,冲压模结构分为哪几类？分别介绍其结构特点。,复习题板料冲压有何生产特点？对原材料供应有什么要求？,