工程材料及成形技术基础 塑性加工

塑性加工是利用金属在外力的作用下所产生的塑性变形(Plasticdeformation)，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。分为：热加工（Hotworking）和冷加工(Coldworking)压力加工的基本形式：轧制(Rolling)：是生产各种型材的主要方法挤压(Extrusion)：是金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔，从而获得具有一定截面形状的型材的加工方法拉拔(Drawing)：是将金属坯料拉过拉拔模孔，从而获得不同截面形状的型（线）材的加工方法。8.1锻造成形8.1.1自由锻造(Freeforging)：锻件的成形主要取决于操作工人的操作方法和技能优点：通用、灵活，大小锻件均可生产（1kg~300t）。对于大型或巨型锻件只能采用自由锻造法生产。缺点：锻件形状简单、尺寸精度低、表面粗糙，要求操作工人的技术水平高、且劳动强度大，生产效率比模型锻造低得多蒸汽-空气锤,引自：GregoryS.Graham,MetalworkingAnIntroduction五万吨压力水压机(引自：E.paul,DeGarmo,MaterialsandProcessesinManufacturing)液压机有水压机和油压机，可锻造300t以上的锻件液压机：是使坯料在静压力下变形设备：锻锤：对金属坯料施加的是冲击力空气锤可锻100kg以下的锻件;1.自由锻工序—基本工序、辅助工序、精整工序镦粗：a）全镦粗b）局部镦粗锻造齿轮坯、凸缘、圆盘等零件，也可用来作为锻造环、套筒等空心锻件冲孔前的预备工序。蒸汽-空气锤可锻1500kg以下的锻件;拔长：用于锻造轴类和杆类等零件使用V型砧铁拔长圆坯料拔长冲孔:常用于锻造齿轮、套筒和圆环等空心锻件2.工艺规程制定（1）绘制锻件图机械加工余量:锻件基本尺寸:零件尺寸+粗加工和精加工余量锻件公差:锻成锻件的实际尺寸,不可能也没必要达到锻件基本尺寸的要求,留有允许的变动量。余块:在锻件的某些地方加添一些大于余量的金属体积,以简化锻件的外形及锻造过程。如键槽，环形沟槽，齿谷或尺寸差别不大的台阶锻件余量敷料（310）(240)(680)(190)280±2350±12760±12120±3(110)142+3-4(130)230±4锻件图（2）坯料质量和尺寸的计算m坯=m锻+m损+m芯+m切V坯=m坯/ρ（3）确定锻造工序（4）锻造设备锻件名称：木工斧锻件材料：45钢锻件重量：1-1.25锻压工步：下料→劈口→夹钢→熟火→贴斧顶→冲眼→拍刃→整形→磨→淬火→抛光工步图：锻件名称：菜刀锻压设备及吨位：空气锤/弹簧锤锻件材料：刀身—Q235/15刃—45/50/60锻件重量：0.65-0.75下料规格及重量：刀身厚15左右刃厚X宽为5X7锻压工步：下料→夹钢→熟火→拍弯→锻刀片→剪把→弯直→拔尖→冷锻→淬火→抛光工步图：8.1.2模型锻造（Dieforging）：优点：生产率高；模锻件尺寸精确，加工余量小；可以锻造出形状比较复杂的锻件。缺点：模锻件不能太大，一般在150kg以下。锻模价格高，模型锻造只适合于大批量生产。1.锤上模锻（2）模膛分类：拔长模膛滚压模膛制坯模膛弯曲模膛切断模膛终锻模膛模锻模膛预锻模膛（1）锻模结构：是用5CrNiMo、5CrMnMo、5CrWSi，应具有耐热、耐磨、耐冲击、和较高的硬度连杆模锻锤上模锻分模面：（3）制订模锻工艺规程1）制订模锻件图能从模膛中取出锻件金属易于充满模膛减少余块便于及时发现错模简化模具制造圆角半径：所有两平面的交角处均需作成圆角余量、公差和敷料：直径大于25毫米的孔应锻出模锻斜度：平行于锤击方向的表面必须具有斜度以便于取出锻件，一般为1º~15º2）确定模锻工步长轴类模锻件:有拔长、滚挤、弯曲、预锻和终锻等盘类模锻件:常选用镦粗、终锻等工序。3）修整工序--切边和冲孔、校正、热处理、清理、精压a）切边模b）冲孔模a)平面精压b)体积精压摩擦压力机上模锻摩擦压力机上模锻特点：行程不固定滑块速度较慢，适用于塑性稍差的合金材料设备有顶料装置，可采用组合模具偏心承载能力差，适用于单膛模锻曲柄压力机上模锻曲柄压力机上模锻特点：滑块行程固定采用组合模有导向、顶杆装置可以一次成形适用于大批量生产热模锻压力机热模锻锻压生产线8.2板料冲压(Sheetstamping)是金属板料（厚度＜4mm）在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法。适于：具有塑性的金属材料，如低碳钢、奥氏体不锈钢、铜或铝等，也可以是非金属材料，如胶木、云母、纤维板、皮革形状有板料、条料和带料。应用：汽车制造、电器、仪表工业特点1.生产率高，操作简单，便于实现自动化2.节能、节材、少无切削的加工方法5.适于大批量生产4.冲件壁薄、质量轻、刚度好3.产品尺寸稳定、互换性好自行车的生产主要是冷冲压，汽车、电机及仪器仪表中的60%~70%的零件是冲压件，在信息产业中占85%，飞机等航天设备占的更多。日常生活中，铝锅、不锈钢餐具、搪瓷盆都是冷冲压生产。开式冲床1—脚踏板2—工作台3—滑块4—连杆5—偏心套6—制动器7—偏心轴8—离合器9—皮带轮10—电动机11—床身12—操作机构13—垫板以下是分离工序中的冲裁:以下是变形工序:一.分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。如落料、冲孔、切断、修整等。1.冲裁（落料和冲孔）（1）冲裁过程：（4）冲裁力的计算是选用冲床吨位和设计、检验模具强度的一个重要依据。（3）凸、凹模刃口尺寸的确定落料模：凹模刃口尺寸=落料件尺寸的最小尺寸凸模刃口尺寸=凹模刃口尺寸－间隙冲孔模：凸模刃口尺寸=冲孔件尺寸的最大尺寸凹模刃口尺寸=凸模刃口尺寸+间隙（2）凸凹模间隙：Z=mS（5）排样设计：冲裁件在条料上的布置方法称为排样。a）有废料排样法b）少废料排样法c）无废料排样法二.成形工序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1.拉深：利用模具使冲裁后的平板坯料变形为开口空心零件的工序如汽车盖板、仪表壳体、生活用器皿等。（2）拉深系数：m=d/D，其值越大，变形程度越小。（1）拉深过程m常大于0.5~0.8。m过小时，可采用多次拉深工艺，并要安排工序间的退火处理起皱（3）拉深件的成形质量问题破裂2.弯曲：把平直的坯料（板料、棒料、管料）弯成一定角度或圆弧的变形工序，如汽车大梁、自行车灯架、挡泥板模具角度=成品角度–弹复角防止破裂的措施：尽量选用塑性好的材料；限制最小的弯曲半径Rmin，使Rmin≥(0.25~1）S；使弯曲线与板料的纤维方向垂直；防止坯料表面划伤，以免弯曲时造成应力集中。弹复（回弹）：一、单工序模二、复合模三、连续模8.3零件的结构工艺性8.3.1锻件结构工艺性2)不应形成空间曲线1)避免锥体或斜面的结构1.自由锻件结构工艺性3)不应设计加强筋、凸台等4)复杂件化为锻—焊结构2.模锻件结构工艺性必须有一个合理的分模面;平行于锤击方向的非加工面应设计出模锻斜度，并圆角连接;零件外形力求简单、平直和对称;避免深孔或多孔结构;锻—焊组合工艺.