工程材料-塑性加工培训

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,*,第八章,塑,塑性加,工,工,作者：陈,瑞,瑞玲,概述,金属在外力作,用,用下产生,塑,塑性变形,，,，,获得具有,一,一定形状,、,、尺寸和,力,力学性能,的,的产品,(,原材料、,毛,毛坯或零,件,件,),的加工方,法,法，又称,压,压力加工固态流动,成,成形,一,.,优点,1.,力学性能,优,优组织细、,密,密，形成,锻,锻造流线,2.,材料利用,率,率高是通过材,料,料转移,(,体积不变,),的无屑成,形,形，精密,塑,塑性加工,方,方法可实,现,现无切屑,加,加工,294,3.,适应性较,广,广合金种类,与,与制品尺,寸,寸、重量,范,范围广,4.,生产率高易实现机,械,械化、自,动,动化,二,.,局限,1.,要求材料,具,2.,形状通常较铸件简单，特别是内腔,3.,设备、模具投资费用高,三,.,应用,广泛用于工业生产各领域，制作各种原材料、机械设备等零件,295,8.1,锻造成形,一,.,自由锻,(,一,),概述,1.,概念,坯料在上,下,下砧之间,受,受压,(,冲击力或,静,静压力,),后，在非,受力方向,自,自由流动,塑,塑性变形,，,，获得锻,件,件,2.,特点与应,用,用,(1),(2),大、中、小型件均可锻造,296,(3),生产率较,低,低，锻件,形,形状简单,，,，精度低,，,，加工余,量,量大，材,料,料损耗多,适于多品,种,种、单件,、,、小批生,产,产，对于,大,大型锻件,，,，是唯一,加,加工方法,3.,设备,(1),空气锤,(,冲击力,),锻造小型,件,(2),蒸汽,-,空气锤,(,冲击力,),锻造质量,1500kg,的锻件,(3),水压机,(,静压力,),锻造质量达,300t,的锻件,297,(,二,),1.,基本工序,使金属坯料产生塑性变形，获得所需形状、尺寸的工序,(1),镦粗,坯料高度减小、截面增大,(2),拔长,坯料长度增加、截面减小,(3),冲孔,在坯料上获得内孔,还有弯曲、切割、扭转、错移等,2.,辅助工序,为方便基本工序操作，进行的预先变形工序，如,压肩、倒棱、压钳口,3.,精整工序,减少锻件表面缺陷,(,不平、歪扭等,),的工序，如,滚圆平整、校正弯曲等,298,(,三,),自由锻工,艺,艺规程的,制,制订,1.,绘制锻件,图,图,以零件图,为,为基础，,结,结合自由,锻,锻特点绘,制,制,(1),敷料为简化锻,件,件形状，,便,便于锻造,而,而增加的,一,一部分金,属,属,如锻不出,的,的凹档、,台,台阶、,小孔、斜,面,面、锥面,等,等,(2),锻件余量自由锻件,精度低，,表,表面质量,差,差，均要,经,经,切削加工,制,制成零件,，,，锻件上需,增加供切,削,削加工用,的,的金属,299,锻件余量,大,大小与零,件,件形状、,尺,尺寸有关,具体可查,表,表,(3),锻件公差锻件名义,尺,尺寸的允,许,许变动量锻件名义,尺,尺寸,=,零件名义,尺,尺寸,+(,敷料,),余量,公,公差根,据,据锻件形,状,状、尺寸,及,及生产条,件,件选取,300,锻件图,2.,选择锻造,工,工序,根据锻件,形,形状和工,序,序特点确,定,定,(1),盘类零件,：,：镦粗,(,或拔长,-,镦粗,),、冲孔等,(2),轴类零件,：,：拔长,(,或镦粗,-,拔长,),、切肩、,锻,锻台阶等,301,齿轮零件,图,图,齿轮锻件,图,图,下料,镦粗,垫环局,部镦粗,冲孔,冲子扩孔,修整,3.,坯料质量,和,和尺寸计,算,算,(1),坯料质量,m,坯,=,m,锻,+,m,烧,+,m,料头,m,烧,2.5m,锻,%,(2),坯料尺寸,先根据坯料,质,质量,算出坯料体,积,积,再考虑锻造比与变形方式,确定坯料截,面,面尺寸,锻造比,y=,y,值,可查有关手,册,册,然后,确定坯料长,度,度,302,变形前坯料,截,截面积,F,0,(,或高度,H,0,),变形后坯料,截,截面积,F(,或高度,H),此外，还要,选,选择锻造设,二,.,模锻,(,一,),概述,1.,概念,坯料在模具模膛内受压，在模膛限制下流动塑性变形，获得与模膛形状相符的锻件,303,2.,优点,(1),锻件精度高,加工余量小,表面粗糙度,小,小，减少切,削,削加工量，,材,材料利用率,高,高,(2),可锻造形状,较,较复杂的锻,件,件,(3),锻件流线分,布,布较完整合,理,理,力学性能高,(4),生产率较高,易实现自动,化,化,3.,缺点,(1),模具制造费,用,用高，不宜,小,小批、单件,生,生产,(2),受设备吨位,限,限制，锻件,重,重量一般,150kg,适于中小型,锻,锻件的大批,生,生产，飞机、坦克,、,、汽车、机,车,车上的锻件,中,中大部分是,模,模锻件,1.,设备主要使用蒸,汽,汽,-,空气模锻锤,304,模锻锤的锤,击,击力大小与,锤,锤击频率可,控,控，在各种,模,模锻方法中,具,具较好适应,性,性,模锻件质量,为,为,0.5,150kg,2.,锻模结构,3.,模膛分类,(,按功用分,),(1),模锻模膛,终锻模膛,锻件最终成,形,形的模膛，,其,其形状与锻,件,件相同,305,要求,:,终锻模膛尺,寸,寸较锻件放,大,大一个收缩,量,量,沿模膛四周,开,开飞边槽,:,强迫金属充,填,填型腔,并容纳多余,金,金属,预锻模膛,使终锻时金,属,属容易充满,终,终锻模膛，,形,形状、尺寸,接,接近终锻模,膛,膛,要求较终锻模膛,圆,圆角和斜度,大,大、不设飞,边,边槽,形状简单、,批,批量小的锻,件,件可不设预,锻,锻模膛,(2),制坯模膛,(,对形状复杂,锻,锻件,),使坯料基本,接,接近模锻形,状,状，以利于,金,金属很好充,满,满模膛,306,拔长模膛,滚,滚挤模膛,弯曲模膛,成,成形模膛,4.,制订模锻工,艺,艺规程,(1),绘制模锻件,图,图,(,以零件图为,基,基础,),分模面上下锻模在,模,模锻件上的,分,分界面,307,取不出锻件,易错模,孔锻不出,模膛太深,合理分模面,选在模锻件,最,最大截面上,(,上图左,1),分模面处上,下,下模膛的轮,廓,廓相同,(,上图左,2),使模膛深度,最,最浅,(,上图左,3),使锻件中敷,料,料最少,(,上图左,3),尽量使分模,面,面为平面，,上,上下模膛深,度,度差别不大,余量、公差,和,和敷料,模锻件余量,与,与公差比自,由,由锻件小：,余量一般为,1,4mm,，偏差一般,取,取,0.3,3mm,锻件上孔径,d25mm,且深度,h2d,孔应锻出,但需留冲孔,连,连皮,s,孔径为,30,80mm,时，,s,取,4,8mm,308,s,模锻斜度,锻件上垂直,与,与分模面的,表,表面,(,侧壁,),须具斜度,以便锻件从,模,模膛中取出,模锻斜度通,常,常取,5,15,模膛深度,/,模膛宽度,(h/b),愈大，斜度,值,值取得,愈,愈大,内壁斜度,2,应较外壁斜,度,度,1,大,2,5,模锻圆角半,径,径,锻件上两表面交角,处,处应有圆角,便于锻造时,金,金属流动,防止模具尖,角,角产生裂纹,，,，并减少磨,损,损，提高使,用,用寿命,309,外圆角半径,r,取,1.5,12mm,内圆角半径,R,较,r,大,2,3,倍,模膛愈深，,圆,圆角半径应,愈,愈大,310,齿轮坯模锻,件,件图,(2),确定模锻工,步,步主要根据锻,件,件形状确定,311,锻件图,坯料,拔长,成形,预锻,带枝芽长轴,锻,锻件的变形,工,工艺,锻件图,坯料,拔长,弯曲,叉形长轴锻,件,件的变形工,艺,艺,镦粗,成形镦粗,终锻,盘类件,变形工艺,(3),修整工序,切,(,飞,),边和冲孔,(,切连皮,),校正,(,变形,),热处理,(,正火或退火,，,，改善组织,与,与力学性能,),清理,(,改善表面质,量,量,),精压,(,提高锻件精,度,度，降低表,面,面粗糙度,),此外，还要,计,计算坯料尺,寸,寸、选择设,备,备、确定加,热,热冷却规范,等,等,312,(,三,),压力,机,机上,模,模锻,1.,摩擦,(,螺旋,),压力,机,机,摩擦,压,压力,机,机兼,具,具,锻锤,与,与压,力,力机,双,双,重特,性,性，,且,且结,构,构,简单,，,，造,价,价低,，,，,投资,少,少，,使,使用,维,维,修方,便,便，,中,中小,型,型工,厂,厂用,以,以代,替,替模,锻,锻锤,、,、曲,柄,柄压,力,力机,，,313,2.,曲柄,压,压力,机,机上,模,模锻,(1),滑块,行,行程,一,一定,，,，模,具,具具,有,有顶,件,件机,构,构，,故,故锻,件,件形,状,状、,尺,尺寸,精,精度,高,高，,且,且可,进,进行,局,局部,镦,镦粗,(2),作用,力,力为,静,静压,力,力，,可,可采,用,用,组合,模,模，,节,节约,了,了贵,重,重金,属,属,(3),在模,膛,膛内,一,一次,成,成形,，,，,因此,变,变形,应,应逐,步,步进,行,行,(4,),生产,率,率高,，,，劳,动,动条,件,件好,但设,备,备复,杂,杂，,造,造价,高,高，,适,适合,大,大批,大,大量,生,生产,314,8.2,板料,冲,冲压,成,成形,一,.,概述,(,一,),概念,利用,冲,冲模,使,使板,料,料产,生,生分,离,离或,成,成形,(,塑性,变,变形,),，获,得,得冲,压,压件,的,的加,工,工方,法,法叫,做,做冲压,成,成形,通常,在,在冷,态,态下,进,进行,，,，又,称,称冷,冲,冲压,，,，板,厚,厚超,过,过,8,10mm,，采,用,用热,冲,(,二,),优点,1.,可冲压形状复杂件,2.,冲压件精度高，互换性好,3.,冲压件质量轻、强度、刚性较高,315,4.,操作,简,简便,易于,自,自动,化,化,5.,生产,率,率高,废料,较,较少,，,，冲,压,压件,成,成本,低,低,(,三,),局限,1.,原材,料,料必,须,须具,有,有足,够,够塑,性,性与,较,较低,变,变形,抗,抗力,如低,碳,碳钢,、,、铜,合,合金,、,、铝,合,合金,、,、低,碳,碳低,合,合金,钢,钢,(,板、,条,条、,带,带料,),2.,模具,制,制造,复,复杂,，,，费,用,用高,，,，不,宜,宜单,件,件小,批,批生,产,产,(,四,),应用,应用,广,广泛,，,，特,别,别是,汽,汽车,、,、拖,拉,拉机,、,、航,空,空、,电,电器,、,、仪,表,表及,国,国防,工,工业,适于,大,大批,量,量生,产,产,316,(,四,),设备,1.,剪床,平面,剪,剪床,、,、滚,剪,剪,2.,冲床,单曲,柄,柄冲,床,床、,双,双曲,柄,柄冲,床,床、,油,油压,冲,冲床,二,.,分离,工,工序,使坯,料,料的,一,一部,分,分与,另,另一,部,部分,相,相互,分,分离,的,的工,序,序,(,一,),落料,和,和冲,孔,使坯料沿封闭轮廓分离的工序,落料,:,要落下部分的料,冲孔,:,要冲下的孔,317,落料,冲孔,1.,冲裁,过,过程,2.,冲裁,凸,凸凹,模,模间,隙,隙,间隙应合,理,理，,否,否则,影,影响,冲,冲,裁件,断,断面,质,质量,、,、尺,寸,寸精,度,度，,以,以,及模,具,具寿,命,命等,合,合理,间,间隙,范,范围,取,取决,于,于板,料,料材,质,质和,厚,厚度,(,表,8-1),318,弹性变,形,形阶段,，,，,出现圆角带,塑性变,形,形阶段,，,，,出现光亮带,断裂分,离,离阶段,，,，,产生撕裂带,冲裁件,3.,凸、凹,模,模刃口,尺,尺寸的,确,确定,冲裁件,尺,尺寸和,冲,冲模间,隙,隙由凸,、,、凹模,刃,刃口尺,寸,寸决定,(1),落料模,凹模刃,口,口尺寸,=,落料件,外,外形尺,寸,寸,凸模刃,口,口尺寸,=,凹模刃,口,口尺寸,-,间隙值,(2),冲孔模,凸模刃,口,口尺寸,=,冲孔件,孔,孔尺寸,凹模刃,口,口尺寸,=,凸模刃,口,口尺寸,+,间隙值,319,思考凹,模,模式平,面,面吗？,产品,考虑工,作,作过程,中,中的磨,损,损：,凹模刃,口,口尺寸,，导,致,致落料,件,件尺寸,，故,落,落料时,取,取凹模,刃,刃口尺,寸,寸偏小,些,些,凸模刃,口,口尺寸,，导,致,致冲孔,件,件尺寸,，故,冲,冲孔时,取,取凸模,刃,刃口尺,寸,寸偏大,些,些,4.,冲裁力,的,的计算,是选用,冲,冲床吨,位,位和设,计,计检验,模,模具强,度,度的重,要,要依据,与冲裁,周,周边长,度,度、坯,料,料厚度,、,、材料,抗,抗剪强,度,度有关,320,(,二,),修整,利用修,整,整模沿冲裁,件,件外缘,或,或内孔,刮,刮削一,薄,薄层金,属,属，以切,掉,掉冲裁,件,件断面,撕,撕裂带,和,和毛刺,，,，提高冲,裁,裁件尺,寸,寸精度,和,和降低,断,断面表,面,面粗糙,度,度,(,三,),切断,用剪刀,或,或冲模,将,将板料,沿,沿不封,闭,闭轮廓,进,进行分,离,离,321,三,.,成形工,序,序,坯料的,一,一部分,相,相对另,一,一部分,产,产生位,移,移,(,塑性变,形,形,),而不破,裂,裂的工,序,序,(,一,),拉深,1.,拉深过,程,程,将平板,坯,坯料变,形,形成开,口,口中空,件,件的成,形,形工序,322,323,2.,拉深系,数,数,=,拉深系,数,数,m,m,是衡量,拉,拉深变,形,形程度,的,的指标,m,，变形程,度,度，,坯,坯料拉,入,入凹模,愈,愈困难,，,，易拉,裂,裂,.,一般，,拉,拉伸系,数,数,m0.5,0.8,坯料,制品,m,受坯料,塑,塑性、,板,板材厚,度,度、模,具,具圆角,、,、凸凹,模,模间隙,、,、润滑,条,条件、,压,压板压,力,力大小,等,等因素,影,影响,对深腔,拉,拉深件,，,，可采,用,用多道,次,次拉深,，,，这样,，,，每道,次,次拉深,系,系数不,会,会太小,，,，但总,拉,拉深系,数,数变小,(m,总,=m1,m2,m3,m,多道次,拉,拉深过,程,程中，,会,会产生,加,加工硬,化,化现象,，,，因此,，,，拉深,几,几次后,应及时,安,安排软,化,化退火,，,，以提,高,高塑性,，,，并且,拉,拉深系,数,数应逐,次,次增大,324,3.,拉深件,的,的成形,质,质量问,题,题,最常见,的,的质量,问,问题是破裂和起皱,(1),破裂,通常出,现,现在直,壁,壁与底,部,部过渡,圆,圆角处,，,，原因,：,：,凸凹模,圆,圆角半,径,径设计,不,不合理,圆角半,径,径过小,易,易产生,拉,拉裂,故模缘,必,必须作,成,成圆角,凸凹模,间,间隙不,合,合理,:,间隙过,小,小，摩,擦,擦力大,，,，工件,易,易拉裂,、,、擦伤,，,，模具,寿,寿命降,低,低,一般,凸凹模,间,间隙,z=(1.1,1.2)s,325,拉深系,数,数过小,:,导致变形程,度,度加大,，,，拉深,件,件直壁,部,部分承,受,受的拉,应,应力加,大,大，易,拉,拉裂,模具表,面,面精度,和,和润滑,条,条件差,(2),起皱,(,法兰部,分,分,),无压边,圈,圈或压,边,边力,较小,法兰部,分,分在切,向,向,压应力,作,作用下,产,产生皱,折,折,板料相,对,对厚度,(s/D),、拉深,系,系数,m,、压边,力,力,F0,愈小，,起,起皱愈,容,容易,326,圆角,圆角,压,板,(,二,),弯曲,使坯料一部,分,分相对另一,部,部分弯曲成,一,一定角度,1.,弯曲半径,弯曲时，坯,料,料内侧受压,，,，外侧受拉,弯曲太大，,会,会造成工件,开,开裂,坯料厚度,s,愈大，弯曲,半,半径,r,愈小，压、,拉,拉应力愈大,，,，愈易弯裂,327,压缩,拉伸,s,r,为防止弯裂,，,，弯曲半径,r,最小弯曲半,径,径,r,min,通常,r,min,(0.25,1)s,影响最小弯,曲,曲半径,r,min,的因素：,(1),坯料纤维方,向,向,(,弯曲线与纤,维,维方向直,),(2),坯料塑性,(,塑性好,),(3),坯料表面质,量,量,(,表面质量好,，,，光洁,),2.,回弹现象,弯曲后因弹,性,性恢复，,制品的弯曲,部,部位角度增,大,大,328,回弹角通常,10,，随坯料屈,服强度、弯,曲,曲角度增大,而,而增大,弯曲模具角,度,度应较弯曲,成,成品件角度,小,小一个回弹,角,角,(,三,),胀形,利用坯料局,部,部厚度变薄,成,成形的工序,1.,平板坯料胀,形,形,(,压筋,),在平板上压,制,制突起、凹,329,2.,管坯胀形,使管坯或局,部,部直径胀大,，,，或形成复,杂,杂形状空心,件,件,(,如波纹管、,高,高压气瓶等,),3.,球体胀形,在强大压力,p,的作用下，,使,使球形多面,体,体胀成球体,4.,拉形,在强大拉力,p,的作用下，,坯,坯料紧靠模,型,型产生塑性,变,变形，用于,薄,薄板大曲率,半,半径曲面成,形,形,330,蓝色多面体,胀成球体,(,四,),翻边,使成形坯料,的,的孔缘或外,缘,缘翻成竖直,边,边缘,K,0,=d,0,/d,翻边系数,翻边系数,K,0,愈小，变形,程,程度愈大，,翻,翻边边缘会,破,破裂,331,外翻边,圆孔翻边,四,.,冲压模具,(,一,),简单冲模,(1),冲床一次行,程,程，完成一,道,道冲压工序,(,二,),连续冲模,(2),冲床一次行,程,程，在模具,不,不同工位上,同,同时完成两,道,道以上冲压,工,工序,(,三,),组合冲模,332,(1),(2),(3),五,.,实例,333,8.3,挤压、轧制,、,、拉拔等成,形,形,一,.,挤压成形,坯料在三向,不,不均匀压应,力,力作用下,从模具的孔,口,口挤出成形,获得制品,334,金属流动方,向,向,正挤压,凸模运动方,向,向,金属流动方,向,向,复合挤压,径向挤压,挤压可挤出,形,形状复杂、,深,深孔、薄壁,、,、异形断面,制,制品,凸模运动方,向,向,反挤压,二,.,轧制成形,坯料靠摩擦,力,力咬入轧辊,，,，在轧辊相,互,互作用下产,生,生变形,(,一,),纵轧轧辊轴线平,行,行，反向旋,转,转,1.,型材轧制,2.,辊锻轧制,用一对装有圆弧形模块的相向旋,转的轧辊使,坯,坯料受压产,生,生塑性变形,辊锻可用作,模,模锻前的制,坯,坯，也可直,接,接辊锻锻件,，,，如板手等,扁,扁断面长杆,件,件，叶片等,横,335,3.,辗环轧制,用来扩大环,形,形坯料的,外径和内径,(,二,),横轧,轧辊、坯料,轴,轴线平行，,轧,轧辊同向旋,转,转,336,(,三,),斜轧,(,螺旋斜轧,),带螺旋型槽,的,的轧辊轴线,相,相互交叉，,同,同向旋转,轧件作螺旋,运,运动,(,旋转,+,轴向运动,),，同时受压,塑,塑性变形，,获,获得制品，,如,如钢球、丝,杠,杠、麻花钻,等,等,337,丝杠斜轧,麻花钻斜轧,三,.,拉拔成形,坯料从模孔,拉,拉出,产生截面缩,338,模孔,8.4,塑性加工零,件,件的结构工,艺,艺性,一,.,自由锻件结,构,构工艺性,原则：在满,足,足使用要求,的,的前提下，,零,零件形状应,尽,尽量简单和,规,规则,1.,尽量避免锥,面,面和斜面,2.,不应设计空,间,间曲线交接,结,结构,339,不合理,合理,不合理,不合理,合理,合理,3.,不应设计筋,板,板、凸台,4.,避免椭圆形,、,、工字形等,它,它非规则形,状,状截面,5.,截面急剧变,化,化或形状复,杂,杂件采用组,合,合结构,如锻焊结构,或,或,机械连接,340,不合理,合理,不合理,合理,不合理,合理,二,.,模锻件结构,工,工艺性,1.,锻件具合理,分,分模面,2.,与分模面垂,直,直的非加工,侧,侧壁按模锻,斜,斜度设计非,加,加工表面形,成,成的角按模,锻,锻圆角设计,3.,锻件形状力,求,求简单、平,直,直、对称，,避,避免截面间,差,差别过大与,高,高台、高筋,、,、薄壁结构,4.,避免窄沟、,深,深沟、深孔,、,、多孔结构,5.,复杂件采用,锻,锻,-,焊组合结构,341,改进,后,三,.,冲压件结构,工,工艺性,(,一,),冲压件的形,状,状与尺寸,1.,对落料和冲,孔,孔件的要求,(1),落料件外形,和,和孔形力求,简,简单、对称,，,，尽可能采,用,用圆形、矩,形,形等规则形,状,状，避免长,槽,槽、细长悬,臂,臂结构,342,(2),孔径、孔,间,间距、孔,与,与边缘距,离,离有最小,限,限值,(3),边与边交,接,接处应用,圆,圆弧连接,，,，避免尖,(4),落料件的,外,外形便于,合,合理排料,2.,对弯曲件,的,的要求,(1),形状尽量,对,对称，弯,曲,曲半径不,能,能小于最,小,小弯曲半,径,径，并考,虑,虑原材料,纤,纤维方向,(2),弯曲部位,与,与板料边,缘,缘及孔的,距,距离有最,小,小值,343,不合理,合理,(3),弯曲半径,较,较小的弯,边,边交接处,，,，设止裂,孔,孔,3.,对拉深件,的,的要求,(1),外形应尽,量,量简单、,对,对称，不,要,要太高,344,止裂孔,消音器,原设计,改进设计,(2),拉深件圆,角,角半径有,一,一最小值,(,二,),冲压件结,构,构,改进结构,可,可简化工,艺,艺节省材,料,料,1.,复杂形状,冲,冲压件采,用,用冲焊结,构,构,2.,采用冲口,工,工艺减少,组,组合件数,量,量,(,三,),原材板厚,允许条件,下,下尽量采,用,用薄材冲,压,压，减少,耗,耗材，局,部,部刚度不,够,够处，采,用,用加强筋,345,冲焊结构,组合结构,件,件,冲口件,演讲完毕,，,，谢谢观,看,看！,