第三篇 压力加工

第三篇压力加工教学内容1、金属压力加工的实质、特点和应用。常温下塑性变形对金属材料组织和性能的影响，加热条件下塑性变形金属组织和性能的变化。2、金属的可锻性及其影响因素。3、自由锻造的基本方法、特点、基本工序及自由锻造零件的结构工艺性。自由锻工艺规程。4、板料冲压加工方法，基本工序及冲压模具，冲压件的结构工艺性，压力加工先进工艺。1目的和要求(第三篇压力加工)•1、要求了解金属塑性变形的实质和塑性变形机理，了解塑性变形对金属组织和性能的影响（加工硬化），了解加热时变形组织的回复和再结晶，根据热变形和冷变形定义，学会计算不同金属的热（冷）变形温度。在设计锻造零件时能合理利用金属纤维组织的方向性。•2、了解金属的可锻性及其影响因素，了解坯料加热过程中产生的缺陷及合理确定加热范围。•3、基本掌握自由锻主要工序的定义和应用，合理确定自由锻件的结构工艺性。了解自由锻造工艺规程的编制方法。锤上模锻、胎膜锻造的工艺方法作一般了解。•4、了解板料冲压的基本工序和冲压件的结构工艺性。轧制、挤压、拉拔等压力加工方法仅作一般了解。2金属塑性成型的基本生产方法轧制示意图挤压示意图金属塑性成型：由利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，也称为压力加工。概述锻压生产方式示意图第一章金属的属性变形1.塑性变形理论2.金属塑性变形过程中的组织与性能的改变3.冷变形及热变形4.影响金属可锻性因数本节的重点：1.加工硬化及消除方法；2.锻造温度；3.金属可锻性及其影响因素。•第一节金属塑性变形的实质•1、弹性变形：外力作用迫使原子离开原来的平衡位置，引起原子位能的增高．但处于高位能的原子具有返回到低位能平衡位置的倾向．因而当外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失．•2、塑性变形：当内应力超过该金属的屈服极限之后，即使外力停止作用，金属的变形并不消失，这种变形称为塑性变形．•塑性变形的实质，是位错运动的结果。6第二节塑性变形对金属组织和性能的影响（第一章金属的塑性变形）•塑性变形后，由于：•①晶粒沿最大变形的方向伸长；•②晶粒与晶格均发生扭曲并产生内应力；•③晶粒间产生碎晶．•随着变形程度增大，上述情况越发严重，表现为金属的强度及硬度升高，而塑性和韧性下降，我们称此现象为加工硬化。7第二节塑性变形对金属组织和性能的影响（第一章金属的塑性变形）•回复：当温度提高到T回=（0.25-0.3）T熔，原子因获得热能，使原子得到回复正常排列，晶格扭曲被消除，内应力明显下降，加工硬化也得到部分消除．这一过程称为“回复”。•再结晶：当温度继续升高到该金属熔点绝对温度的0.4倍时，金属原子获得更多的热能，开始以某些碎晶或杂质为核心，按变形前的晶格结构结晶成新的晶粒，全部冷变形强化现象消除．这个过程称为再结晶．这时的温度称为再结晶温度，•即：T再=0.4T熔8冷变形变形温度低于回复温度时，金属在变形过程中只有加工硬化而无回复与再结晶现象，变形后的金属只具有加工硬化组织，这种变形称为冷变形。热变形变形温度在再结晶温度以上时，变形产生的加工硬化被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为热变形。冷变形及热变形第二节塑性变形对金属组织和性能的影响（第一章金属的塑性变形）•冷变形金属是在再结晶温度以下的变形．变形过程中无再结晶现象，变形后的金属具有加工硬化现象．•热变形金属是在再结晶温度以上的变形。变形后，金属具有再结晶组织，而无加工硬化痕迹．•金属只有在热变形情况下，才能以较小的功达到较大的变形。10第三节金属的可锻性（第一章金属的塑性变形）•金属的可锻性是衡量金属材料在经受压力加工时获得优质零件难易程度的一个工艺性能．金属的可锻性好，表明该金属适合于经受压力加工成形．可锻性差，说明该金属不宜于选用压力加工方法成形．•金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件：•一、金属的本质•1．化学成分的影响：（含碳量及合金含量）•2．金属组织的影响：（组织种类和大小）11第三节金属的可锻性（第一章金属的塑性变形）•二、加工条件•1.变形温度的影响：随温度升高，金属的塑性上升，变形抗力下降，即金属的可锻性增加。•但保温时间过长或温度过高必将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷，甚至使锻件报废．若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低，这种现象称为“过热”。若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废，这一现象称为“过烧”。•所以应该严格控制锻造温度：始锻温度（开始锻造的温度）和终锻温度（停止锻造的温度）。（见P108图3-8）122.变形速度的影响一方面由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，可锻性变坏。另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高(称为热效应现象)。变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降(图中a点以后)，可锻性变好。第三节金属的可锻性（第一章金属的塑性变形）•由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大。另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高（称为热效应现象）．•3．应力状态的影响：压应力有利于提高可锻性；拉应力影响可锻性。（P108）应力状态的影响挤压时为三向受压状态。拉拔时为两向受压一向受拉的状态。压应力的数量愈多，则其塑性愈好，变形抗力增大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。思考题1.纤维组织是怎样形成的?它对金属的力学性能有何影响?2.试分析用棒料切削加工成形和用棒料冷镦成形制造六角螺栓的力学性能有何不同?复习题（第一章金属的塑性变形）•见P109复习题。17第二章自由锻•自由锻——利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁之间产生变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件。•1.自由锻的优缺点：工具简单；锻件大小不受限制；工艺较为简单。但不能锻造复杂结构锻件。•2.自由锻的设备：空气锤、蒸汽-空气锤、液压机。18第二章自由锻•3.自由锻工艺规程的制定•工艺规程内容：•1）绘制锻件图（见P109图3-25）•2）坯料质量及尺寸计算：•G坯料=G锻件+G烧损+G料头•式中：G烧损--加热时坯料表面氧化而烧损的质量．第一次加热取被加热金属的2～3％，以后各次加热取1.5～2.0％，•G料头--在锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属的质量．（如冲孔时坯料中部的料芯．修切端部产生的料头等．）•当锻造大型锻件采用钢锭作坯料时，还要考虑切掉的钢锭头部和钢锭尾部的质量•3）确定具体锻造工序19第二章自由锻•一、自由锻工序•自由锻的工序可分为基本工序、辅助工序和精整工序三大类。•1．基本工序它是使金属坯料实现主要的变形要求，达到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工艺过程。如镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等。实际生产中常采用的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。•2．辅助工序是指进行基本工序之前的预变形工序。如压钳口、倒棱、压肩等．•3．整理工序它是在完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸及位置精度的工序。20一、自由锻工序（第二章自由锻）•1．基本工序：•1）镦粗：⑴毛坯长径比小于2.5-3；•⑵毛坯两端面须平整且与轴线垂直；•⑶加热要均匀；•⑷锤击要重。•（以法兰圈为例说明下料尺寸计算方法）2）拔长：⑴送进量L不宜过大或过小，L/B=0.3-0.7（B：下砧宽）；•⑵每次压下量H须小于送进量L；•⑶局部拔长先压肩。211．基本工序（第二章自由锻一、自由锻工序）•3）冲孔：⑴先在冲孔位置冲出凹痕，保证冲位准确；•⑵在凹痕位置撒少量煤粉；•⑶冲Φ400mm以下的孔时用实心冲子，否则，用空心冲子。•2.举例说明：•（螺母锻造过程）22二、自由锻锻件的结构工艺性要求（第二章自由锻）•在满足使用要求前提下：•1.避免锥面或斜面；•2.避免圆锥面相交；•3.避免非规则截面与外形，或筋板、凸台等结构；•4.较复杂结构锻件分段锻造，再用机械方法联接。23复习题（第二章自由锻）•见P126复习题24第三章板料冲压•知识点：25第三章板料冲压•板料冲压——外力使板料在冲模上发生变形或分离。•一般大多数在常温下进行，故称“冷冲压”。•板料一般在8-12mm以下。•设备：冲床；剪床。•冲压的基本工序：•分离：剪切和冲裁（冲裁包括落料、冲孔）等。•变形：拉深和弯曲等。26第一节分离工序（第三章板料冲压）•分离工序—使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。它主要有以下两工序：•1.剪切（剪床）：•2.冲裁（冲床）：•落料模和冲孔模尺寸设计的不同：凸凹模间隙c不能过大和过小，要求单边间隙•c=mδ•式中δ—材料厚度，mm；•m——与材料性能及厚度有关的系数。•实用中，材料较薄时,m可以选用如下数据：•低碳钢，纯铁m=0.06—O.09；•铜、铝合金m=0.06—0.1；•高碳钢m=0.08～O.12。27第二节变形工序（第三章板料冲压）•—使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。如拉深、弯曲、翻边、成型等。•一、拉深••28第二节变形工序（第三章板料冲压）•拉深——将平板坯料制成中空零件的变形工序。避免拉穿，应符合下列工艺要求：•（1）拉深模和冲孔模不同，工作部位不能锋利，应制成圆角。R凹≈10δ（δ：板厚），凸模可大些，Rr=（0.6-1）R凹.•（2）凹凸模的间隙不宜过大和过小，单边间隙C≈（1.1～1.2）δ.•29第二节变形工序（第三章板料冲压）•（3）每次拉深后，工件直径Φd与前毛坯直径ΦD之比称为拉深系数：•m=Φd/ΦD≥（0.5～0.8）•拉深系数m越小，变形越大，越难成型。若m过小需多次拉深，并在每次拉深的中间进行消除加工硬化热处理——中间退火•（4）在坯料与模具上涂润滑油，减少摩擦。第二节变形工序（第三章板料冲压）•二、弯曲•弯曲是坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序。•⑴因弯曲板料取出后会回弹，凹模弯曲角应略小于工件弯曲角。•⑵弯曲件内弯曲角r不宜过小，rmin=（0.25～1）δ.•⑶弯曲边H不应过短，H＞2δ.•⑷带孔弯曲时孔边到弯曲角直边距离：•L＞（1.5～2）δ.•（见本节后图12.23，图12.24）31第四节冲压加工工艺对冲压加工件的结构工艺性要求（第三章板料冲压）•直边不能过短，H＞2δ（见图12-23）•带孔的弯曲件，孔不能离弯曲角过近，L＞（1.5～2）δ（见图12-24）32第三节冲压加工工艺对冲压加工件的结构工艺性要求•在满足使用要求前提下：•1.冲压加工件的形状尽可能简单、对称。•2.冲裁件上直线与直线、曲线与直线交接处均应圆弧连接。•3.应避免过窄的悬臂和窄槽。•4.孔与孔及孔与工件边缘之间距离不能过小；且冲孔件的孔径不能过小（见下表说明）。•5.弯曲件或拉深件的孔要与工件壁保持一定距离。（见上页图12.24）33第四节冲压加工工艺对冲压加工件的结构工艺性要求钢剪切强度(MPa)＞700d≥1.5δb≥1.3δb≥1.2δb≥1.1δ400～700d≥1.3δb≥1.2δb≥1.0δb≥0.9δ＜400d≥1.0δb≥0.9δb≥0.8δb≥0.7δ34第四节压力加工新工艺（第三章板料冲压）•一、旋压成型：•二、爆炸成型：复习题（第三章板料冲压）•（见P138复习题1.2.3.6.7）36