64成型技术 第二章

《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院第二章锻压锻压是在外力作用下金属材料通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院第二章锻压锻压加工的特点1.改善金属的组织、提高力学性能2.材料的利用率高3.较高的生产率4.毛坯或零件的精度较高《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.1锻压基础一、金属塑性变形时遵循的规律1.体积不变规律应变状态《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.1锻压基础2.最小阻力定律如果金属质点有向几个方向移动的可能时，则金属各质点将向阻力最小的方向移动。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.1锻压基础3.加工硬化σ=Aεn式中：A——与材料有关的系数，单位为MPa；n——硬化指数。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.1锻压基础二、金属塑性和变形抗力的影响因素1.化学成分和组织合金元素杂质元素固溶体（晶粒度）金属化合物《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.1锻压基础2.变形条件《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.1锻压基础3.应力状态三向压应力状态下，材料的塑性状态好。压应力阻止晶间变形压应力有利于各种损伤的愈合压应力可抵销不均匀塑性变形引起的应力。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.1锻压基础3.应力状态三向压应力状态下，材料的变形抗力大。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.1锻压基础4.其它因素毛坯表面状况：粗糙、划痕，塑性下降。周围介质：氧化性气氛，腐蚀性介质，塑性下降。润滑剂：减小摩擦阻力，有利于塑性成形。工模具：模具应有相应的圆角，减小金属成形时的流动阻力。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.1锻压基础三、常用合金的锻造性能和板料冲压性能1.常用合金的锻造性能Kψ=ψ/σ级别Kψ（%‧MPa-1）锻造性1＜0.01不能段20.01~0.3差30.31~0.8可40.81~2.0良5≥2.1优《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.1锻压基础2.板料冲压性能《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法一、自由锻自由锻：利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法1.自由锻的基本工序镦粗I区：难变形区II区：大变形区III区：小变形区全部镦粗局部镦粗《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法1.自由锻的基本工序镦粗失稳弯曲双鼓形均匀变形难变形区相遇《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法1.自由锻的基本工序拔长《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法拔长送进量l的确定：la，金属沿宽度方向流动多la，金属沿轴向方向流动多，拔长效率高。l0.5h，中间部分锻不透，轴心出现附加拉应力。l一般取0.5~0.8h压下量Δh大，生产率高，但在坯料翻转90°后高宽比不能大于2.5~3。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法1、自由锻的基本工序冲孔实心冲头双面冲孔时，圆柱形坯料会产生畸变。D0/d愈小，畸变愈严重。冲孔高度过大时，易将孔冲偏。D0/d应大于2.5，坯料高度应小于坯料直径。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法1.自由锻的基本工序扩孔《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法1.自由锻的基本工序错移弯曲扭转切割《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法2.自由锻的辅助工序为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序。压钳口、切肩等《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法2.自由锻的辅助工序为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序。压钳口、切肩等《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法3.自由锻的修整工序用以减少锻件表面缺陷而进行的工序。如校正、滚圆、平整等《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法二、模锻模锻：使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的加工方法称为模锻。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法1.锤上模锻锤上模锻是将上模固定在锤头上，下模紧固在模垫上，通过随锤头作上下往复运动的上模，对置于下模中的金属坯料施以直接锻击，来获取锻件的锻造方法。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法1.锤上模锻1－锤头2－上模3－飞边槽4－下模5－模垫6、7、10－紧固楔铁8－分模面9－模膛《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法2.锤上模锻的制坯工步拔长：减小坯料某部分的横截面积，以增加其长度。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法2.锤上模锻的制坯工步滚挤：减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法2.锤上模锻的制坯工步弯曲：使坯料弯曲《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法2.锤上模锻的制坯工步切断：在上模与下模的角部组成一对刃口，用来切断金属。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法3.锤上模锻的模锻工步预锻：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸。终锻：使金属坯料最终变形到所要求的形状与尺寸。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院弯曲连杆模锻件所用多膛锻模1—拔长模膛2—滚挤模膛3—终锻模膛4—预锻模膛5—弯曲模膛《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法4、锤上模锻的整修工步切边与冲孔：模锻件一般都带有飞边及连皮，须在压力机上进行切除。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法4.锤上模锻的整修工步校正、热处理、清理、精压平面精压体积精压《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院锤上模锻生产锻件的典型结构《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法5.胎模锻《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院示例《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院示例《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院示例《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院示例《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法三、冲裁1.冲裁过程a)弹性变形阶段b）塑性变形阶段c）剪裂分离阶段《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法三、冲裁2.冲裁件断面特征《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法三、冲裁3.冲裁主要工艺参数间隙过大，板料翘曲加大，圆角和毛刺加大。间隙过小，冲裁力加大，模具寿命降低，出现二次光亮带。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法三、冲裁3.整修外缘整修内孔整修《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法三、冲裁4.精密冲裁V形齿、压力顶板、凸模的下压力使冲裁坯料处于三向压应力状态，凹模不带刃口，使冲裁处于塑性变形过程。凸模齿圈压板压力顶板凹模冲裁件《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法四、弯曲1.弯曲过程弹性变形—弹塑性变形—塑性变形—校正弯曲相对弯曲半径r/t随弯区变形程度的增大而变小。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法四、弯曲2.弯曲变形区《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法五、拉深1.拉深变形过程《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法五、拉深2.拉深变形区拉深成形件分三部分：底部——基本不变形壁部——已变形区法兰——变形区《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法五、拉深3.拉深缺陷《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法五、拉深4.拉深工艺参数拉深系数m=d/D——反映拉深程度。d——拉深件直径，D——坯料直径一般选拉深系数m=0.5~0.8《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法五、翻边1.翻边工艺过程变形过程：弯曲、扩孔、翻边变形区：（d-d0）环形区域内应力状态：双向拉应力《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法五、翻边2.翻边工艺参数翻边系数Kf：Kf=d0/dd0——预制孔径d——翻边后孔径一般取Kf=0.65~0.72翻边加工极限Kmin：与材料、模具、板料厚度、孔缘状态等有关。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法六、旋压1—顶杆2—毛坯3—滚轮4—模具5—加工中的毛坯《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法六、胀形与缩口《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法七、辊轧辊锻斜轧横轧《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法七、挤压正挤压反挤压《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法七、挤压复合挤压径向挤压《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.2锻压方法八、拉拔《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.3锻压工艺设计一、自由锻工艺规程的制定1.绘制锻件图敷料锻件余量锻件公差《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.3锻压工艺设计一、自由锻工艺规程的制定2.计算坯料的质量和尺寸坯料的质量：G坯料=G锻件+G烧损+G料头坯料的尺寸：锻件名称计算部位锻造比锻件名称计算部位锻造比碳钢轴类锻件最大截面2.0~2.5锤头最大截面≥2.5合金钢轴类锻件最大截面2.5~3.0水轮机主轴轴身≥2.5热轧辊辊身2.5~3.0水轮机立柱最大截面≥3.0冷轧辊辊身3.5~5.0模块最大截面≥3.0齿轮轴最大截面2.5~3.0航空用大型锻件最大截面6.0~8.0《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.3锻压工艺设计一、自由锻工艺规程的制定3.选择锻造工序4.选择锻压设备根据锻件大小、质量、形状以及锻造基本工序等因素，计算锻压设备的吨位。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.3锻压工艺设计一、自由锻工艺规程的制定5.确定锻造温度范围6.填写工艺卡《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院锻件名称半轴图例坯料质量25kg坯料尺寸φ130×240材料18CrMnTi《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院火次工序图例1锻出头部拔长拔长及修整台阶拔长并留出台阶锻出凹档及拔长端部并修整《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.3锻压工艺设计二、锤上模锻工艺规程的制定1.绘制锻件图分模面上上下模膛的轮廓相同。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.3锻压工艺设计1.绘制锻件图（1）选择分模面分模面尽可能采用直线分模。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.3锻压工艺设计1.绘制锻件图（1）选择分模面头部尺寸较大的锻件，分模面的选择应保证锻件能全部冲满模膛。《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.3锻压工艺设计1.绘制锻件图（1）选择分模面考虑流线要求《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.3锻压工艺设计1.绘制锻件图（2）确定加工余量和锻造公差《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.3锻压工艺设计1.绘制锻件图（3）确定冲孔连皮s=0.45(d-0.25h-5)0.5+0.6h0.5《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.3锻压工艺设计1.绘制锻件图（4）确定模锻斜度与圆角半径《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.3锻压工艺设计二、锤上模锻工艺规程的制定2.计算毛坯质量和尺寸m坯=m锻+m飞+m烧毛坯直径：D坯=1.13（V坯/m）1/3下料长度：L坯=V坯/F坯《材料成形技术基础》同济大学机械工程学院§2.3锻压工艺设计二、锤上模锻工艺规程的制定3.确定模锻工序4.选择锻压设备模锻锤吨位/kN≤7.5101520305070~100160锻件质量/kg0.50.5~