塑性加工教案

1塑性加工教案一、教学目的及要求1．了解自由锻生产工艺过程、特点和应用。2．了解自由锻设备的结构和工作原理。3．掌握简单自由锻的操作技能，并能对自由锻锻件初步进行工艺分析。二、教学进程（总时间1.5天）单元内容进行方式具体内容和要求时间备注1自由锻示范讲解学生操作1．塑性加工工艺特点及应用；2．塑性加工训练内容及要求；3．塑性加工训练操作注意事项；2.5小时1．加热目的及缺陷预防；2．自由锻基本工序；3．自由锻设备；4．空气锤上基本技能操作。2胎模锻示范讲解1．胎模锻工艺及特点；2．胎模种类。3冲压示范讲解学生操作1．模具拆装；2．冲床操作。2.5小时4数控冲床示范讲解学生操作1.数控冲床工作原理及数控编程；2.学生编程；3.学生在数控冲床上操作。5.5小时三、教具空气锤结构示意图、空气锤模型、冲压模具2塑性加工讲授内容自由锻自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下砧之间产生塑性变形，从而得到所需锻件的锻造方法。一、金属加热加热的目的是提高坯料的塑性和降低其变形抗力。1．锻造温度始锻温度：材料在锻造时所允许的最高加热温度，称为该材料的始终温度，一般定在该材料熔点下150~200℃。终锻温度：材料停止锻造的温度，称为该材料的终锻温度。始锻温度与终锻温度之间的温度差称为锻造温度范围。表1碳钢的锻造温度范围材料始锻温度（℃）终锻温度（℃）低碳钢1200~1250800中碳钢1150~1200800加热时金属的温度可用热电偶高温计测量，它由热电偶，补偿导线，冷、热接点，显示仪表等组成。热电偶高温计是应用热电效应原理制成的温度计，当两种不同导体两端接合成通路时，由于两接点温度不同，而在所构成的回路内产生电动势，把电动势转换成温度，用显示仪表把温度显示出来。锻造时锻工一般用观察火色的方法来大致判断温度。钢在加热到530℃以上时会发出不同颜色的光线，其颜色与加热温度有关，从颜色上可看出钢料加热温度的高低。温度越高，亮度越强，颜色越浅。2．加热产生的缺陷及预防措施1）氧化和脱碳钢是铁碳合金，加热时钢表面和高温的氧气，二氧化碳及水蒸气接触，发生氧化，使坯料表面产生氧化皮和降低表面含碳量而形成脱碳层。如氧化现象比较严重，就会产生较厚的氧化皮和脱碳层，甚至造成锻件报废。减少氧化和脱碳的措施是快速加热，采用少、无氧等加热方法。2）过热及过烧钢加热时如果在始锻温度下保温过久，内部的晶粒会变得粗大，这种现象称为过热。在随后的锻造过程中粗大晶粒被打碎，可得到细化晶粒锻件，也可在锻后进行热处理，3将晶粒细化。钢加热到接近熔点时，晶间低熔点物质开始熔化，同时由于炉气中的氧化性气体渗入晶界，使晶间物质氧化，破坏了晶粒间的联系，此种现象称为过烧。存在过烧现象的坯料一经锻打即破碎而成为废品，不能挽救。3）开裂尺寸较大的钢料及复杂锻体在加热过程中，如果加热速度过快，则可能造成各个部分之间温度差较大，因膨胀不一致而产生裂纹。低、中碳钢塑性好，一般不易产生裂纹。高碳钢及某些高合金钢产生裂纹的倾向较大，加热时要严格遵守加热规范。3．加热炉加热炉是用来加热金属的设备。常用的加热炉有反射炉、重油炉、煤气炉、电阻炉等。训练用的是37KW电阻炉。电阻炉由炉体、加热室、电热体（硅碳棒）、热电偶、控温仪表、控制柜、变压器炉门升降机构等组成。电阻炉是利用电流通过炉内的电热体所产生的高温，以辐射对流传热的方式来加热金属坯料。电阻炉操作过程的注意事项：1）操作时必须穿好防护服，带好手套，配带防护眼镜；2）操作时注意防止工具和毛坯把耐火砖、炉板和电热体碰坏，同时要防止短路造成伤人事故；3）要经常清理炉内氧化皮，避免落在电热体上造成短路，把电热体烧坏；4）炉内耐火砖应避免急冷急热。如果高温时打开炉门以求快速降温，将会降低电炉的使用寿命。二、自由锻设备自由锻所用设备根据它对坯料作用力的性质，分为锻锤和液压机两大类。生产中使用的自由锻锤主要是空气锤和蒸汽—空气锤。空气锤由锤身、压缩缸、工作缸、砧座、传动部分、操纵部分、落下部分等组成。空气锤的吨位以落下部分总质量来表示。空气锤工作原理：电机通过传动部分带动压缩缸内的压缩活塞作往复运动产生一定压强的压缩空气，通过踏杆或手柄，操纵上下旋阀，使锤头实现上悬、下压、连续打击、单次打击、空转五种动作。4表2训练用1500牛空气锤主要参数型号吨位打击力打击次数锤头行程C41-1501500牛15万牛180次/min350mm三、自由锻基本工序及其操作自由锻的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、扭转、错移、切割等。其中前三种应用最多。1．镦粗镦粗是使毛坯高度减小，横截面增大的工序。镦粗操作的一般规则及方法：1）坯料的原始高度H与直径D之比应小于2.5~3，否则会镦弯或产生双鼓形；2）局部镦粗（使用漏盘）；3）坯料的端面应平整并且和轴线垂直，各部分加热温度要均匀，在下砧上要把坯料放平，否则可能产生镦歪现象。如果缎歪，其矫正方法是将坯料斜立，轻打镦歪的斜角，然后放正，继续锻打。矫正锻件时应在较高温度下进行，并要夹牢工件，防止工件飞出伤人。2．拔长使坯料截面减小，长度增加的工序。拔长操作的一般规则及方法：1）锻打时，工件应沿砧座宽度方向送进，每次送进量应为砧宽的0.3~0.7倍。送进量太大，锻件主要向宽的方向流动，降低拔长效率；送进量太小，容易产生夹层。另外每次压下量也不宜过大，否则也会产生夹层。2）将圆截面坯料拔长成直径较小的圆截面锻件时，必须先把坯料锻成方形截面，在拔长到边长接近直径时，锻成八角形然后滚打成圆形。3）拔长过程中应不断翻转锻件，翻转方法分来回90°翻转和螺旋线翻转两种，塑性较差材料采用后者。4）锻件拔长后应进行修整，以使其尺寸准确，表面平整，修整时，将工件沿下砧长度方向送进，以增加锻件与砧座间的接触长度。3．冲孔冲孔是在坯料上冲出透孔或不透孔的工序。冲孔操作的一般规则及方法：1）冲孔操作应在较高温度下进行。2）较薄工件采用单面冲孔法，较厚工件采用双面冲孔法。4．扩孔5扩孔是减小空心坯料的壁厚而增加其内、外径或只增加内径的工序，用来制造环形工件。5．弯曲弯曲是利用工模具将毛坯弯成所规定外形的锻造工序。6．扭转扭转是将毛坯一部分相对另一部分绕其轴线旋转一定角度的工序。7．错移将毛坯一部分相对另一部分平移错开的工序。8．切割是分割坯料或切除锻件余量的工序。四、训练操作过程：1．指导人员示范讲解锤上操作时站立姿势位置，钳子的握法，并且锻造一个工件，让同学了解毛坯的变形过程及工艺过程。2．让同学在锤下用冷毛坯练习用钳子夹持工件及翻转方法，利用夹持力改变用力方向，达到工件重心移动翻转工件的目的。3．通过冷铁翻转练习，同学基本掌握翻转、来持方法后，让其在锻锤上操作，由于是夹持高温工件在锻锤上操作，部分同学有害怕心理，指导人员要逐人耐心讲解，演示，使同学们都能够在锻锤上正确操作。4．学生完成：1）将圆形截面坯料锻成矩形截面锻件（高度要求不变）。2）将矩形截面坯料锻成圆形截面锻件（高度要求不变）。胎模锻胎膜锻是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法。常用胎模有：1．摔子摔子主要用于回转体锻件的制坯或局部成形，其工作时应不断旋转坯料，否则易产生飞边或毛刺。2．扣模扣模主要用于生产非回转体锻件。3．套模6套模分开式、闭式两种。开式套模只有下模，上砧起上模作用，坯料在套模中以镦粗或镦挤方式成形。闭式套模一般由模套、冲头和下垫组成。锤击力通过冲头作用在坯料，使坯料在封闭的模膛内成形。闭式套模主要用于锻造端面带有凸凹形状的回转体锻件。冲压板料冲压是利用装在冲床上的冲模，使板料产生分离或变形的加工方法。由于通常是在冷态下进行的，所以又叫“冷冲压”。只有当板料厚度超过8~10mm时，才采用热冲压。板料冲压所用原材料主要是金属板料，条料、带料。也可以是塑料、硬纸板、皮革等非金属材料。由于板料冲压一般在冷态下进行，因此获得的冲压件有较高的强度和刚度，并有足够的精度和较低的表面粗糙度值，互换性也比较好。可以冲压形状复杂的零件，材料消耗少，工艺过程便于机械化和自动化、生产率高、成本低。因此，板料冲压广泛地应用于汽车、拖拉机、航空、电器仪表、家电及国防制造业中，特别在大批量生产中占有极其重要的地位。但由于其模具设计制造周期长、费用高，因此，不适用于单件小批量生产。一、冲压设备1．剪床剪床的用途是把板料剪成一定宽度的条料，以便下一步冲压工序用，或把大板料剪成一定尺寸的小板料供焊接或其它用。剪床的工作原理：由电动机带动皮带使主轴旋转，通过齿轮减速及离合器使曲轴转动，曲轴带动带有刀片的滑块上下运动，进行剪切工作。滑块的运动由制动器控制，每完成一次工作循环，制动器使滑块停在上止点位置。为了减小剪切力，一般将刀片制成斜度为2°~8°的斜刃。我们这台剪床可剪厚度为4mm的金属板材，先进剪床可剪切厚度达42mm的金属板料。2．冲床冲床属于曲柄压力机，按其结构可分为开式，闭式两类。冲床工作原理：电动机通过皮带带动飞轮转动，当踩下踏板时，离合器使飞轮与曲轴连接，使曲轴转动，曲轴通过连杆带动滑块作上下往复运动冲压工件。当松开踏板时，离合器脱开，曲轴不随飞轮旋转，同时制动器使曲轴停止运动，并使滑块停留在上止点位置。开式冲床的吨位为5~100T，闭式冲床的吨位为100~3150T。二、冲压基本工序7板料冲压基本工序分为分离工序和变形工序两大类。1．分离工序使板料发生剪裂相互分离的工序。如剪切、落料、冲孔和修整等工序。1）剪切使板料沿直线或不封闭轮廓相互分离的工序，通常作为备料工序。所用设备主要为剪床。2）落料与冲孔使板料沿封闭轮廓分离的工序。冲孔是被分离的部分为废料，周边是成品，落料是被分离部分为成品，周边是废料。落料时凸模压住板料作向下运动时，首先使板料弯曲，然后在凸凹模刃口作用下，板料与刃口接触处产生裂纹，凸模继续向下运动，使板料上下两处裂纹连接起来而被切断，则落料工序完成。为了顺利完成此工序，要求凸凹模刃口必须锋利。凸凹模间隙等于板料厚度的5~10%，否则裂纹不重合，切口处产生毛刺，影响冲压件质量。为了获得冲压件较光洁的切口以及减少毛刺，采用有搭边排样法；只有当冲压件切口精度要求不高时，可采用无搭边排样法，以节约材料。2．变形工序变形工序主要有拉深、弯曲、胀形，翻边等。它是一种使坯料发生变形而不破裂的工序。1）拉深使平板形坯料变成中空形状零件的工序，即利用凸模把比凹模直径（或面积）大的坯料压入凹模，使坯料直径缩小，得到中空成品。为了防止坯料被拉裂，凸模和凹模边缘需加工成圆角。在拉深过程中，由于坯料边缘在切线方向受到压缩，因而可能产生波浪形，最后形成折皱。拉深坯料厚度越小，拉深深度越深，越易产生折皱。为了防止皱折产生，可用压板把坯料压紧后再拉深。如果是深杯状，不能一次拉成，可进行多次拉深。2）弯曲是坯料一部分相对另一部分弯成一定角度的工序。弯曲时坯料内侧受压缩，外侧受拉伸。当外侧拉应力超过坯料的抗拉强度极限时，即会造成金属破裂。为防止破裂，凸模的端部和凹模的边缘必须做成圆角，以防止工件弯裂。设计弯曲零件时，弯曲的最小半径应为板厚的0.25~1倍。材料塑性好，则弯曲半径可取小些。弯曲时应尽可能使弯曲轴线与坯料纤维方向一致。若垂直于纤维方向弯曲，则容易发生破裂，可用加大弯曲半径来避免。3）胀形8利用坯料局部厚度变薄形成零件的成形工序。是冲压成形的一种基本形式，也常和其它成形方式结合出现于复杂形状零件的冲压过程中。4）翻边是在带孔的平板坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。进行翻边时，翻边孔的直径如果超过容许值时，将会使孔的边缘发生破裂。其容许值由翻边系数来衡量。三、冲压模具冲压模具简称冲模。冲模是冲压生产中必不可少的模具。冲模结构合理与否对冲压件质量、冲压生产的效率及模具寿命都有很大影响。冲模基本上可分为简单模、连续模，复合模三种。1．简单模在冲床的一次冲程中只完成一道工序的模具称为简单模。简单模结构如挂图所示：凹模用螺栓固定在下模板上，下模板用压板固定在冲床工作台上。凸模固定在上模板上，上模板通过模柄与冲床滑块连接。因此凸模可随滑块作上下往复运动。为了使凸模向下运动时能对准凹模孔。并保