金属塑性加工

,第三篇 金属塑性加工,第三章 冲压,冲压,使,板料,经,分离或成形,而获得制件的工艺统称。通常在冷态下进行,又称为冷冲压。只有当板料厚度超过,8-10mm,时，才采用热冲压。,冲压工艺广泛地应用于,制造金属成品,，特别是在汽车、拖拉机、航空、电器、仪表及国防等工业中，冲压占有极其重要的地位。,材料要求：,必须有,足够的韧性,，如采用低碳钢、铜合金、铝合金、镁合金及塑性好的合金钢等。,第三章 冲压,冲压具有以下特点：,1,）可以冲压出形状复杂的零件，且废料较少；,2,）具有足够高的精度和较低的表面粗糙度值,一般不需机加工；,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，便于机械化和自动化，生产率很高，成本低；,5,）冲模制造复杂，成本高，适合大批量生产。,冲压的基本工序分为,分离工序,和,变形工序,。,第一节 分离工序,分离工序,：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、切断及修整等,。,一、落料及冲孔,(,统称冲裁,),冲裁：,利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的一种冲压方法。,落料：,利用冲裁取得一定外形的制件或坯料的冲压方法。,冲孔：,将材料以封闭的轮廓分离开来，获得带孔的制件的,种冲压方法。,第一节 分离工序,图,3-38,落料与冲孔示意图,a),落料,b),冲孔,第一节 分离工序,1.,冲裁变形过程,变形和分离过程可分为如下三个阶段，如图,3-39,所示。,图,3-39,冲裁变形和分离过程,塑性变形阶段,弹性变形阶段,第一节 分离工序,2.,凸凹模间隙,凸凹模间隙不仅严重影响冲裁件的,断面质量,，而且影响,模具寿命,、,卸料力,、,推件力、冲裁力,和冲裁件的,尺寸精度,：,间隙过大，冲裁件被撕开，边缘粗糙；卸料力和推件力越小。,间隙过小，上下裂纹不能很好重合；摩擦严重，模具的寿命降低。,因此，正确选择合理的间隙值对冲裁生产,至关重要,。当断面质量要求较高时,取较小的间隙值。否则应尽可能加大间隙，以利于提高冲模寿命。,第一节 分离工序,单边间隙,计算,:,c,=,m,（,经验公式,）,式中,: ,板料厚度,，,mm,；,m,系数,（与板料性能及厚度有关）：,低碳钢、纯铁,：,m,0.06,0.09,；,铜、铝合金：,m,0.06,0.1,；,高碳钢：,m,0.08,1.2,；,当板料厚度,3mm,时，由于冲裁力较大，适当放大,m,；,当对冲裁件断面质量没有特殊要求时,m,可放大,1.5,倍。,第一节 分离工序,3.,凸凹模刃口尺寸的确定,设计落料模时，,应先按落料件确定凹模刃口尺寸，靠近落料件公差的最小尺寸，,凸模刃口尺寸,=,凹模刃口尺寸,-,间隙,。,设计冲孔模时，,应先按冲孔件确定凸模刃口尺寸，靠近冲孔件公差的最大尺寸，凹模刃口尺寸,=,凸模刃口尺寸间隙。,目的：,保证冲裁件的尺寸要求，并提高模具的使用寿命。（凹模刃口尺寸）,第一节 分离工序,4.,冲裁件的排样,排样,是指冲裁件在原材料的布置方法。合理排样废料最少，材料利用率高。图,3-40,为采用四种不同排样方式材料消耗。有搭边排样（图,3-40a,、,b,、,c,）虽耗材，但毛刺小，尺寸、,质量较高。,图,3-40,不同的排样方式,第一节 分离工序,5.,冲裁力计算,冲裁力是选用冲床吨位和检验模具强度的主要依据，平刃冲模的冲裁力可用下式计算：,式中，,F, 冲裁力（,kN,）；,L,冲裁件周边长度（,mm,）；,板料剪切强度（,MPa,）；,板料厚度（,mm,）；,K,与间隙、刃口、材料、厚度等有关系数，常取,1.3,。,第一节 分离工序,二、修整,修整利用修整模切掉冲裁件上的,剪裂带和毛刺,，从而提高冲裁件的尺寸精度（,IT6,IT7,），降低表面粗糙度值（,Ra0.8,Ra1.6,），如图,3-41,所示。,图,3-41,修整工序简图,对于大间隙冲裁件,单边修整量一般为板料厚度的,10,；,对于小间隙冲裁件,单边修整量一般为板料厚度的,8,以下。,第一节 分离工序,三、切断,切断是利用剪刃或冲模将材料沿不封闭的曲线分离的一种冲压方法。以供下一步冲压工序用。,第二节 变形工序,变形工序,：使坯料的一部分相对于另一部分产生相对位移而不破裂的工序。包括,拉深、弯曲、翻边、成形,等。,一、拉深,在应力作用下，使板料,(,浅的空心坯,),成形为空心件,(,深的空心件,),，厚度基本不变的加工方法称为,拉深,。如图,3-42,所示。,图,3-42,拉深工序,第二节 变形工序,1.,拉深过程,拉深件的底部金属只起传递拉力的作用，直壁主要受轴向拉应力作用，厚度有所减小，而直壁与底部之间的过渡圆角部被拉薄得最为严重。各部分应力状况如图,4-43,所示。,a,）,变形过程,b,）,应力分布,图,3-43,拉深过程及变形和应力,第二节 变形工序,2.,拉深中的废品,拉深件主要受拉应力作用，拉深件出现拉穿现象（图,4-44,）与下列因素有关,:,1,）凹凸模的圆角半径：,圆角半径过小,容易将板料拉穿。一般取,r,凹,10,r,凸,（,0.6,1.0,）,r,凹,图,3-44,拉穿废品,第二节 变形工序,2,）凹凸模间隙,间隙过小，模具与拉深件的摩擦力增大，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。,拉深模的凸凹模间隙比冲裁模的大，一般取单边间隙：,c,（,1.1,1.2,）,第二节 变形工序,3,）拉深系数,m,拉深变形后的直径与其坯料直径之比称为拉深系数。一般取：,m,（,0.5,0.8,）,坯料塑性差取上限，塑性好取下限。,可采用多次拉深工艺,(,图,3-45),，工序间采用退火处理，拉深系数逐渐增大。,4,）润滑,图,3-45,多次拉深过程,第二节 变形工序,拉深过程中另一种常见的缺陷是,起皱,(,图,3-46,），起皱使金属更难通过凸凹模间隙，轻则在产品侧壁留下起皱痕迹，严重时坯料被拉穿而报废。,图,3-46,起皱现象,起皱现象与坯料的相对厚度（,/,D,）和拉深系数有关。厚度越小或拉深系数越小，越容易起皱。,第二节 变形工序,起皱的解决方法,：采用压边圈，如图,3-47,所示。,图,3-47,有压边圈的拉深,第二节 变形工序,3.,旋压,旋压是加工金属空心回转体的工艺方法，如图,4-48,所示。,旋压不需要复杂的冲模，变形力小，但生产效率低。,适用于中小批量的生产，一些厚板件和大型容器的封头。,图,3-43,旋压工作简图,1-,坯料；,2-,顶柱；,3-,压杆；,4-,模型,第二节 变形工序,二、弯曲,弯曲是将平直板料弯成一定角度和圆弧的工序。,弯曲过程中，外侧受拉，内侧受压，如图,3-44,所示。最大拉应力超过材料的强度极限，则会造成板料破裂。,图,3-44,弯曲过程中金属变形简图,第二节 变形工序,弯曲半径：,r,min,（,0.25,1,）,材料塑性好，则弯曲半径取小值，并尽可能使弯曲线与纤维垂直，如图,3-45,所示。,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。,图,3-45,弯曲时的纤维方向,第二节 变形工序,回弹：,当外载荷去除后，弹性变形部分恢复，从而使板料产生与弯曲方向相反的变形现象，如图,4-46,所示。一般回弹角为,0,o,10,o,。,克服弹复现象的措施：,模具的设计角度比成品件角度小一个回弹角。,图,3-46,弯曲时的回弹现象,1,回弹前,2,回弹后,第二节 变形工序,三、翻边,在坯料的平面部分或曲面部分的边缘，沿一定曲线翻起竖立直边的成形方法。如图,3-47,所示。,图,3-47,翻,边,第二节 变形工序,四、成形,成形是利用局部塑性变形使坯料或半成品获得所要求形状和尺寸的加工过程，如图,3-48,所示。,图,3-48a,为橡皮压肋；,图,3-48b,为橡皮胀形；,图,3-48,成形工序简图,第三节 冲压件的结构工艺性,设计冲压件时，应在满足使用要求的前提下，具有良好的冲压工艺性能，从而保证产品质量、提高生产率、节约金属材料、降低生产成本。,影响冲压件的主要因素有：,外形、尺寸、精度及材料。,第三节 冲压件的结构工艺性,一、冲压件的形状及尺寸,对冲裁件的要求,(1),尽量采用简单而对称的外形，使,坯料受力均衡,，简化工序，便于模具制造。如图,4-49,所示的长槽或细长悬臂结构使模具制造困难，降低模具试用寿命。,图,3-49,不合理的落料件外形,第三节 冲压件的结构工艺性,同时使冲裁件在,排样,时将废料降低到最少的程度。图,3-50b,图较,3-50a,更为合理。,图,3-50,零件形状与节约材料的关系,第三节 冲压件的结构工艺性,（,2,）冲裁件的结构尺寸（如孔径、孔距等）。必须考虑材料的厚度，如图,3-51,所示。,图,3-51,冲孔件尺寸与厚度的关系,第三节 冲压件的结构工艺性,（,3,）冲裁线相交处应有圆角过渡，以避免尖角处因应力集中而产生裂纹，最小圆角半径如下表所示。,第三节 冲压件的结构工艺性,2.,对弯曲件的要求,（,1,）形状应尽量对称，弯曲半径大于允许的最小弯曲半径；,（,2,）弯曲边的平直部分,H, 2,，,如图,3-52,所示,；,（,3,）,孔的位置如图,3-53,所示,L,（,1.5,2,）,图,3-52,弯曲边长度,图,3-53,带孔的弯曲件,第三节 冲压件的结构工艺性,3.,对拉深件的要求,（,1,）零件外形应简单、对称，深度不宜过大；,（,2,）最小允许的圆角半径如图,3-54,所示,。,图,3-54,拉深件最小允许半径,第三节 冲压件的结构工艺性,二、简化工艺及节省材料的设计,（,1,）形状复杂的冲压件，分解成若干个简单件，再焊接整体（图,3-55,）；,（,2,）采用冲口工艺，减少组合件数量,(,图,3-56),，节省材料和简化工艺；,图,3-55,冲压,-,焊接结构零件,图,3-56,冲口工艺的运用,第三节 冲压件的结构工艺性,（,3,）在使用性能不变的情况下，应尽量简化拉深件结构。如消音器后盖经改造,(,图,3-57),，冲压工序由八道减少为两道，同时节省材料,50,。,图,3-57,消音器后盖零件结构,第三节 冲压件的结构工艺性,三、冲压件的厚度,尽可能采用较薄的材料，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,(,图,3-58,）。,图,3-58,使用加强筋举例,第三节 冲压件的结构工艺性,四、冲压件的精度和表面质量,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。,冲压工艺的一般精度,:,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：高度尺寸精度为,IT10,IT8,；,直径尺寸精度为,IT10,IT9,。,第四章 特种塑性加工方法简介,第一节 精密模锻,精密模锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、高精度锻件的锻造工艺。保证精密模锻的措施如下,:,（,1,）精确计算原始坯料的尺寸；,（,2,）精细清理坯料表面，除去坯料表面的氧化皮、脱碳层等缺陷；,（,3,）采用无氧化或少氧化的加热法；,（,4,）采用精密模具（模镗精度至少比锻件精度高两级）；,（,5,）精锻模应有导柱导套结构，排气小孔（减小变形阻力）；,（,6,）模具具有冷却和润滑装置；,第一节 精密模锻,图,3-59,是,TS12,速差齿轮锻件图，齿形部分可直接锻出。,图,3-59 TS12,差速齿轮锻件图,第二节 零件挤压,挤压的特点：,（,1,）坯料处于三向受压状态，可提高坯料的塑性，加工材料品种多；,（,2,）可制出形状复杂、深孔、薄壁和异型断面的零件；,（,3,）精度可达,IT7,IT6,，表面粗糙度值可达,Ra3.2,0.4,m,，可实现少、 无屑加工的目的；,（,4,）零件内部的纤维组织不被切断，零件的力学性能好；,（,5,）节省原材料，材料利用率可达,70%,，生产率比其他锻造方法提高几倍；,（,6,）变形阻力大，需能量较大的专用挤压设备，模具易磨损。,第二节 零件挤压,按坯料的变形温度不同分为,:,（,1,）热挤压：,在再结晶温度以上进行的挤压加工。材料塑性好，变形抗力小，但对模具的耐热性能要求高，零件尺寸精度、表面较粗糙较低。,（,2,）冷挤压：,在室温度下进行的挤压加工。金属的变形抗力较大，变形程度不宜过大；故产品的强度高，表较光洁。表面粗糙度值为,Ra1.6,0.8,m,。,图3-,60,所示为纯铁底座零件,。,图,3-60,纯铁底座,第二节 零件挤压,（,3,）温挤压：,温挤压是在高于室温和低于再结晶温度范围内进行的挤压加工。挤压特性介于热挤压与冷挤压之间，适合于挤压,中碳钢与合金钢件，,表面粗糙度值可达,Ra6.3,3.2,m,。如电动机不锈钢接头外壳,(,图,3-61,），采用温挤压成形,(,变形温度,300 ),，只需两次挤压即可。,图,3-61,电机外壳挤压过程,第二节 零件挤压,按金属的流动方向与凸模运动方向的不同,，,挤压可分为,:,（,1,）正挤压：两者方向相同，如图,3-62a,所示。,（,2,）反挤压：两者方向相反，如图,3-62b,所示。,（,3,）复合挤压：两方向同时发生，如图,3-62c,所示。,（,4,）径向挤压：金属的流动方向与凸模运动方向垂直。如图,3-62d,所示。,图,3-62,挤压简图,(a),正挤压,(b),反挤压,(c),复合挤压,(d),径向挤压,第三节 零件轧制,轧制：,金属坯料通过一对旋转轧辊之间的间隙而使坯料受挤压，产生横截面减少、长度增加的塑性变形过程。它是生产型材、板材和管材的主要方法。生产效率高、产品质量好、成本低、节约金属。,按轧辊的形状、轴线配置等的不同，轧制可分为纵轧、横轧、斜轧等。,一、纵轧,纵轧是轧辊轴线相平行，旋转方向相反，轧件作直线运动的轧制。,辊锻（图,3-63,）作为模锻前的制坯工序或直接辊锻锻件。,图,3-63,辊锻示意图,第三节 零件轧制,二、横轧,横轧是轧辊轴线与轧件轴线平行，且轧辊与轧件作相对转动的轧制方法，如辗环轧制、齿轮轧制等。,图,3-64,辗环示意图,（,1,）辗环轧制,辗环是将环形的坯料在旋转的轧辊中进行轧制的方法，以制取各种圆环件（图,3-64,）。,生产的环类件如火车轮箍、,轴承座圈,及法兰等。,第三节 零件轧制,图,3-65,齿轮轧制示意图,1,一轧辊,; 2,一坯料,; 3,一感应加热器,（,2,）齿轮轧制,齿轮轧制,是用带齿形的工具,(,轧辊,),边旋转边进给，使坯料在旋转过程中形成齿部的成形方法（图,3-65,）。,第三节 零件轧制,三、斜轧,斜轧,(,图,3-65,）是轧辊相互倾斜（一般不超过,7,o,）作同方向旋转，坯料作螺旋运动（轧辊的作用下反向旋转，同时还作轴向运动）。如钢球轧制、周期轧制、冷轧丝杠等。,图,3-65,螺旋轧制,第四节 粉末锻造,粉末锻造,：把金属粉末经压实后烧结，再用烧结体作为锻造坯料的锻造方法，其典型工艺过程如图,3-66,所示。,图,3-66,粉末锻造典型工艺过程,第四节 粉末锻造,粉末锻造把粉末冶金与精密模锻结合在一起，其特点有：,（,1,）保持了粉末冶金的少、无屑加工；,（,2,）成形精确、材料利用率高、锻造能量消耗低；,（,3,）模具寿命长和成本低；,（,4,）产品形状复杂，尺寸精确，组织结构均匀，无偏析及各向异性；,（,5,）破碎粉末颗粒表面的氧化膜，提高锻件的力学性能。,因此，粉末锻造工艺受到各工业国家的普遍重视，在机械制造业、航天航空工业中得到广泛采用，发展极为迅速。,第五节 数控冲压,数控冲压,：利用数字控制技术对板料进行冲压的工艺方法。广泛采用数控步冲压力机,(,图,3-67,），图,3-68,所示为采用数控冲压制作零件。,图,3-67,数控步冲压力机,l,一回转头,2,一工作台,3,一夹钳,图,3-68,具有孔、圆弧和直线的零件,第五节 数控冲压,数控冲压使冲压生产有了突破性进展，具有如下特点,:,（,1,）具有通用性，在不更换模具的情况下，可生产多品种冲压件；,（,2,）每一次冲压行程中只切下少量金属，消耗能量少，产品精度高；,（,3,）批量生产的模具，安装调试时间短，模具寿命长,生产效率高；,（,4,）特别适合单件小批量生产，降低了冲压件的成本；,（,5,）数控冲压设备投资较大，材料利用率较低。,下载作业：,jxzzjc123,，,密码,:jxzzjc12345,；,公共邮箱,网盘我的文件夹,