金属材料成型基础4

第三章金属的塑性成形（压力加工）重点：1）金属塑性成形工艺原理2）塑性成形工艺方法3）锻件、冲压件结构工艺性难点：1）金属塑性成形工艺原理2）塑性成形工艺方法概述一、金属塑性成形金属材料在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。二、金属塑性成形的基本生产方式1．轧制2．挤压3．冷拔上砥铁下砥铁坯料4．自由锻造5．模型锻造6．板料冲压三、塑性成形（压力加工）的特点1．力学性能高1）组织致密；2）晶粒细化；3）压合铸造缺陷；4）使纤维组织合理分布。1）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。2．节约材料1）力学性能高，承载能力提高；2）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。3．生产率高4．适用范围广§1-1金属的塑性变形与再结晶第一节金属塑性成形工艺原理一、金属塑性变形的实质1.单晶体的塑性变形1）滑移：晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对滑动。ττττ但实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。2）孪生：晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。2.多晶体的塑性变形晶内变形晶间变形滑移孪生滑动转动多晶体塑性变形的实质：晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶粒之间发生滑移和转动。孪晶面孪晶面二、塑性变形后金属的组织和性能1.冷变形对金属组织和性能的影响1）组织变化的特征：①晶粒沿变形最大方向伸长；②晶格与晶粒均发生畸变；③晶粒间产生碎晶。2）性能变化的特征：加工硬化：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020406080%变形程度36032028024020016012080407006005004003002001000220180160140120延伸率%冲击韧度/Jcm-2HB强度极限/MPa强度极限布氏硬度延伸率%冲击韧度2.温度对冷变形后金属组织和性能的影响T回=(0.25~0.3)T熔3）再结晶T再=(0.35~0.4)T熔(K)(K)1)回复组织：与冷变形后基本形同性能：仅物理性能改变组织：恢复到冷变形前的状态性能：加工硬化消除3.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①细化晶粒；②压合了铸造缺陷；③组织致密。T再冷变形热变形以上以下发生了动态恢复和动态再结晶3）形成纤维组织在热变形过程中，材料内部的夹杂物及其它非基体物质。沿塑性变形方向所形成的流线组织，称为纤维（流线）组织。（1）在平行于纤维组织的方向上：材料的抗拉强度提高（2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的抗剪强度提高第二节金属塑性成形工艺方法§2-1自由锻造一、自由锻设备锻锤压力机空气锤蒸汽—空气锤水压机油压机65~750Kg630Kg~5T落下部分总重量=活塞+锤头+锤杆滑块运动到下始点时所产生的最大压力锻锤吨位=压力机吨位=二、自由锻基本工序基本工序—完成锻件基本变形和成形的工序。H完全礅粗局部礅粗，S1.25≤H0/D0≤2.53.冲孔：4.弯曲：5.扭转：6.错移：1.礅粗：2.拔长：，SL芯轴拔长芯轴扩孔§2-2模型锻造模型锻造—将金属坯料放在具有一定形状的模锻模膛内受压、变形，获得锻件的方法。特点：1）生产率高；2）锻件的尺寸精度和表面质量高；3）材料利用率高；4）可锻造形状较复杂的零件；5）模具成本高、设备昂贵；6）锻件不能任意大。一般不得超过150kg。一、锤上模锻（一）锤上模锻设备蒸汽—空气模锻捶应用：形状较复杂的中小型锻件的成批、大量生产。（二）锻模结构锻模模膛飞边槽桥部仓部—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。（三）模膛的分类模膛模锻模膛制坯模膛终锻模膛预锻模膛延伸模膛滚压模膛弯曲模膛切断模膛（四）锻模工艺规程的制定1.绘制锻件图1）分模面的选择①分模面应选在锻件的最大截面处；②分模面的选择应使模膛浅而对称；③分模面的选择应使锻件上所加敷料最少；④分模面应最好是平直面。aaccddbb全部3.2全部3.22)确定加工余量、公差和敷料加工余量：1~4mm公差：0.3~3mm3）设计模锻斜度外壁斜度：5~70内壁斜度：7~1204）设计模锻圆角外圆角：r=1.5~12mm内圆角：R=（2~3）r5）确定冲孔连皮2.确定模锻工序1）基本工序圆盘类零件：镦粗预锻终锻长杆类零件：制坯预锻终锻2）修正工序切边；冲孔；校正；热处理；清理。汽车凸轮轴工序：拔长、滚挤、预锻、终锻、切边。§2-3板料冲压利用冲模对金属板料施加压力，使其产生分离或变形获得所需零件的工艺方法。冷冲压：t8mm拖拉机：400多个。三米收割机：1000多个。一、冲压设备1.剪床：2.冲床：下料设备1）斜刃剪2）平刃剪3）圆盘剪冲压设备1）开式冲床2）闭式冲床二、冲压基本工序及变形特点（一）分离工序使坯料的一部分相对另一部分产生分离的工序。（冲孔、落料、修正、剪切、切边等）1.冲裁（落料、冲孔）1）冲裁的变形过程①弹性变形阶段②塑性变形阶段③断裂、分离阶段塑性变形阶段弹性变形阶段断裂分离阶段使坯料沿封闭轮廓分离的工序。12341塌角区2光亮带区3剪裂带区4毛刺2）冲裁模设计及冲裁工艺特点①凸凹模要具有锋利的刃口②凸凹模间隙要合理Z双边间隙Z=（5%~10%）t③凸凹模刃口尺寸要正确落料：以凹模为设计基准D凹=d落D凸=D凹-ZD凸=d孔D凹=D凸+Z冲孔：以凸模为设计基准④排样要合理排样：冲裁件在板料上的布置方式。有接边排样少无接边排样12（二）变形工序使坯料的一部分相对一部分产生位移而不被破坏的工序。（拉深、弯曲、翻边、成形等）1.拉深2dDh使坯料在凸模的作用下压入凹模，获得空心体零件的冲压工序。1）拉深变形过程ddh2）拉深废品①拉裂（拉穿）②起皱3）拉深模设计及工艺特点①凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角；r凹=(6~10)tr凸=（0.6~1）r凹②凸凹模间隙要合理Z=（1.1-1.2）tZ—单边间隙③控制拉深系数（m）m=d/D=（0.5-0.8）D=100d=20；h=42d1=55d2=3232/55=0.58d3=2020/32=0.628④设置压边圈⑤涂润滑油2.弯曲将平直板料弯成一定的角度或圆弧的工序。1）弯曲的变形特点①变形区域主要在圆角部位；②外层金属受拉应力，内层金属受压应力。2）弯曲缺陷弯裂回弹3）弯曲工艺特点①弯曲半径r≥rmin=（0.25-1）t；②毛刺应位于内侧；③弯曲线应尽量与坯料纤维方向垂直；④“回弹”问题a）设计补偿角b）对工件进行退火c）设计加强筋3.翻边、成形1）翻边在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。2）成形包括：起伏、胀形、压印等三、冲模的分类及结构1.简单冲模2.连续冲模3.复合冲模冲床在一次行程中只完成一个冲压工序。冲床在一次行程中在不同的工位同时只完成两个以上的冲压工序。冲床在一次行程中在同一工位同时完成两个以上的冲压工序。