压力加工(锻压)

压力加工（锻压）西北工业大学第二章第二篇材料成形工艺基础电子教案基本内容145263概述压力加工基本理论自由锻造模型锻造板料冲压现代塑性加工技术与发展趋势概述•发展概况•压力加工的实质及材料历史悠久公元前14世纪的商代兵器生产(1972年出土铁韧铜钺)技艺高超(湖北江陵楚墓：越王勾践的宝剑；秦始皇陵：合金钢锻制的宝剑，外硬心韧)条件施加压力形式：人工、机器性质：静压力(水压机)冲击力(锻锤)产生塑性变形材料铸锭（钢锭、有色金属锭）（浇注成型）型材（轧制成型：棒材、板材、管材、型材等）实质变形：小件（小齿轮，法兰盘）变性：大件、重要件（大型发电机主轴）V转↑↑，易产生疲劳破坏，扭矩、弯矩↑1概述•压力加工的基本生产方式•轧制：轧辊→塑性变形→型材•挤压：挤压模→塑性变形→型材正挤压（金属流动方向与挤压凸模运动方向一致）反挤压（金属流动方向与挤压凸模运动方向相反）•拉拔：拉拔模→塑性变形(线材、薄壁管)•自由锻：锻锤→塑性变形锻造•模锻：锻模→塑性变形•板料冲压：模具→塑性变形、分离1概述•压力加工的特点•压力加工的应用•改善材料的组织和性能•节省原材料•精度较高•生产率较高（冷镦、冷挤压）M12螺栓、冷镦210/分（自动冷镦机）M12螺母、冷镦150/分（自动冷镦机）但：锻件的复杂程度不如铸件（具有复杂内腔的零件：箱体件、汽缸体等铸件）•承受重载、使用要求高的机器零件，薄板件，日用品1返回基本内容145263概述压力加工基本理论自由锻造模型锻造板料冲压现代塑性加工技术与发展趋势压力加工基本理论•金属的纤维组织及锻造比•金属的锻造性能（可锻性）•金属的变形规律2金属的纤维组织及锻造比•纤维组织：2热变形时沿变形方向所形成的流线组织金属的纤维组织及锻造比•纤维组织：热处理和再结晶无法消除合理利用锻造比Y=FF0拔长前坯料的横截面积拔长后坯料的横截面积锻造比↑→变形量↑，性能↑，各向异性↑并非越大越好2热变形时沿变形方向所形成的流线组织金属的锻造性能•衡量指标进行压力加工的难易程度•塑性：金属材料产生塑性变形而不破坏的能力(表征塑性变形的能力)•变形抗力：对塑性变形的阻力(表征塑性变形的难易程度)δ↑，锻造性能↑，不易开裂(微观：容易产生滑移)变形抗力↓，锻造性能↑2金属的锻造性能•影响因素•金属的本质化学成分组织状态纯金属的可锻性合金固溶体的可锻性化合物(多相组织)晶格畸变，变形抗力↑Ｃ化物，δ↓，HB↑锻造性能↓单相组织，δ↑化合物：HB↑,δ↓，脆性↑，锻造性能↓，呈网状分布时，δ↓↓低Ｃ钢的可锻性高碳钢含Ｃ量↑，HB↑，δ、αk↓，变形抗力↑晶粒大小影响锻造性能（粗晶组织细晶组织、锻轧组织）晶粒越细，δ↑，强度↑,但变形抗力↑（冲裁时，晶粒过细模具崩刃）钢的铸态组织晶粒粗大，其锻造性能锻轧、细晶组织2金属的锻造性能•影响因素•变形条件变形温度T变T变↑，锻造性能↑T变↑，原子的活动能力↑，滑移↑T变↑，再结晶↑，δ↑，变抗↓T变↑，晶格类型转变T变过高过热：T↑，A晶粒迅速长大（粗晶），δ↓过烧：T接近金属熔点晶粒↑↑氧化性气体渗入晶界，σb、δ↓↓可以消除↑变形量尽量避免2金属的锻造性能•影响因素•变形条件变形温度T变T变↑，锻造性能↑T变↑，原子的活动能力↑，滑移↑T变↑，再结晶↑，δ↑，变抗↓T变↑，晶格类型转变T变过高过热：T↑，A晶粒迅速长大（粗晶），δ↓过烧：T接近金属熔点晶粒↑↑氧化性气体渗入晶界，σb、δ↓↓可以消除↑变形量尽量避免2金属的锻造性能•影响因素•变形条件变形温度T变T变↑，锻造性能↑T变↑，原子的活动能力↑，滑移↑T变↑，再结晶↑，δ↑，变抗↓T变↑，晶格类型转变T变过高过热：T↑，A晶粒迅速长大（粗晶），δ↓过烧：T接近金属熔点晶粒↑↑氧化性气体渗入晶界，σb、δ↓↓可以消除↑变形量尽量避免无法消除严格杜绝2金属的锻造性能•影响因素•变形条件变形速度V变(单位时间的变形量)一般，V变↓，锻造性能↑(V变↑，回复、再结晶来不及完成，不能及时消除加工硬化现象）(变形速度影响)V变C：V变↑，锻造性能↓V变C：V变↑，锻造性能↑(热效应，↑金属实际温度)注意：在高速锤上才能实现(V变16~20m/s)，水压机0.1~0.3m/s，锻锤7~8m/s•应力状态应力性质、大小和方向影响锻造性能压应力↑，数值↑，锻造性能↑，反之，锻造性能↓原因：拉应力促使晶间变形，加速晶界破坏，裂纹扩展2•目的：↑锻造性能（↑δ，↓变抗），获得再结晶组织•方法：以Fe-C合金状态图为基准，参照钢的塑性图、变形抗力图、再结晶立体图综合确定•原则：锻造性能↑，力学性能↑，温度范围↑•温度范围金属的锻造性能•锻造温度范围的选择C钢的锻造温度范围（T始-T终）T始尽量高，T终尽量低(↑锻造性能，↑锻造时间，↓加热火次)不产生过热、过烧不产生加工硬化（再结晶组织），否则，晶粒粗大，内应力↑2T始：AE—150～200℃T终：750～800℃体积不变定律金属材料变形前后的体积相等（忽略体积收缩）最小阻力定律金属的流动方向沿变形阻力最小方向金属的变形规律2返回基本内容145263概述压力加工基本理论自由锻造模型锻造板料冲压现代塑性加工技术与发展趋势自由锻造•定义：利用冲击力或静压力使金属在上、下砧之间产生塑性变形（自由变形）•分类手工锻造：劳动强度↑，生产率↓机器锻造：劳动强度↓，生产率↑空气－蒸汽自由锻锤（冲击力）水压机（静压力）设备小型：大、中型3空气锤（冲击力）自由锻造•特点•应用•工具简单，实用性强，灵活性↑•设备所需功率↓•锻件精度↓（最大偏差70-80mm）•生产率↓，劳动强度↑•单件、小批量生产，特别适宜大型锻件（万吨水压机立柱，大型发电机主轴）3自由锻造•自由锻设备简介静压成形特点：变形速度慢，锻造性能↑，但机构庞大，造价高（供水，操纵系统）吨位：所能产生的最大压力(500～15000t)大型锻件V变0.1～0.3m/s空气锤吨位：50～100Kg中、小型锻件蒸汽锤空气—蒸汽锤吨位：0.5～5t中、大型锻件V变7～8m/s锻锤（冲击力）水压机（静压力）吨位：落下部分质量3自由锻造•自由锻基本工序自由锻工序辅助工序：压钳口、倒棱、压肩基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切断、扭转、错移1.25H/D2.5(镦粗规则)(下料困难)(弯曲、失稳)镦粗平砧镦粗垫环镦粗（整体变形，坯料直径垫环内径，齿轮）局部镦粗（局部变形，坯料直径套筒内径，螺钉）变形特点：横截面↑，高度↓目的：①锻制盘类件；②冲孔前的预备工序3精整工序：校直、精压自由锻造•自由锻基本工序自由锻工序辅助工序：压钳口、倒棱、压肩基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切断、扭转、错移拔长普通拔长芯轴拔长内径不变，壁厚↓，长度↑目的：①锻制长轴类锻件；②改善材料性能平砧拔长锻造性能↓V型砧拔长锻造性能↑变形特点：横截面↓，长度↑3精整工序：校直、精压自由锻造•自由锻基本工序自由锻工序辅助工序：压钳口、倒棱、压肩基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切断、扭转、错移精整工序：校直、精压冲孔实心冲孔：25mmφ450mm空心冲孔：φ450mm↓变形力扩孔长度不变，内径↑，壁厚↓弯曲圆角部位变形量↑3自由锻造•自由锻工艺规程制订•绘制锻件图(加工余量、余块、公差)•选择锻造工序•确定坯料质量和尺寸粗实线(锻件形状)双点划线(零件形状)3自由锻造•自由锻工艺规程制订•绘制锻件图(加工余量、余块、公差)•选择锻造工序(表)•确定坯料质量和尺寸轴类和杆类锻件盘类或空心锻件弯曲锻件拔长→压肩→拔长→弯曲拔长（截面差↓）镦粗、拔长、压肩（截面差↑）镦粗--（冲孔）扩孔（圆环类）压肩，芯轴拔长（圆筒类）3坯料质量：m坯=m锻+m损坯料尺寸(依据锻造工序和变形程度综合确定)返回基本内容145263概述压力加工基本理论自由锻造模型锻造板料冲压现代塑性加工技术与发展趋势模型锻造•锤上模锻•其他设备上模锻•胎膜锻（简介）自由锻设备＋胎模模型锻造，即金属在锻模内产生塑性变形（受阻变形）4锤上模锻•实质金属在模膛内成形，变形阻力大，变形不均匀组织不均匀，有残余应力变形抗力↑，↑T终晶粒粗大↑外力锻制中、小件锻后热处理（退火、正火、调质）应用：成批、大批量生产；中、小型锻件4锤上模锻•锻模结构：上模、下模、尾座、键槽、模膛、起重孔•模膛的分类和功用•飞边槽的作用•分模面的选择•设置模锻斜度、结构圆角4锤上模锻•锻模结构：上模、下模、尾座、键槽、模膛、起重孔•模膛的分类和功用•飞边槽的作用•分模面的选择•设置模锻斜度、结构圆角模锻模膛终锻模膛有飞边槽，与零件形状完全相同预锻模膛无飞边槽，与零件形状相近制坯模膛拨长模膛横截面积↓，长度↑滚压模膛↓某一部分横截面积，↑另一部分横截面积弯曲模膛切断模膛模膛4锤上模锻•锻模结构：上模、下模、尾座、键槽、模膛、起重孔•模膛的功用•飞边槽的作用•分模面的选择•设置模锻斜度、结构圆角促使金属充满模膛(三向压应力状态)容纳多余金属缓冲锤击力(避免锻模直接撞击)4锤上模锻•锻模结构：上模、下模、尾座、键槽、模膛、起重孔•模膛的功用•飞边槽的作用•分模面的选择•设置模锻斜度、结构圆角便于取出锻件锻件最大尺寸截面处便于发现错模上下模膛外形一致便于金属充型模膛浅而宽尽量减少余块沿径向分布4锤上模锻•锻模结构：上模、下模、尾座、键槽、模膛、起重孔•模膛的功用•飞边槽的作用•分模面的选择•设置模锻斜度、结构圆角4其他设备上模锻•曲柄压力机上模锻•平锻机上模锻•摩擦压力机上模锻•精密模锻静压力成形，生产率↑(坯料成形在一次完成)，锻件自动脱模(有顶出装置)。但设备复杂大批量生产4其他设备上模锻•曲柄压力机上模锻•平锻机上模锻•摩擦压力机上模锻•精密模锻可锻造长杆类、侧面有凸台、凹槽的锻件(锻模有两个分模面),能锻出通孔，锻件无飞边，精度↑。但设备造价↑大批量生产4锻件显示其他设备上模锻•曲柄压力机上模锻•平锻机上模锻•摩擦压力机上模锻•精密模锻可锻造长杆类、侧面有凸台、凹槽的锻件(锻模有两个分模面),能锻出通孔，锻件无飞边，精度↑。但设备造价↑大批量生产4锻件显示其他设备上模锻•曲柄压力机上模锻•平锻机上模锻•摩擦压力机上模锻•精密模锻设备滑块行程和打击能量可自由调节，设备造价↓，一般只能进行单膛模锻中批量生产；小型模锻件4其他设备上模锻•曲柄压力机上模锻•平锻机上模锻•摩擦压力机上模锻•精密模锻使用两套不同精度的锻模，普通锻模有飞边槽，留出精锻余量，切下飞边后用精锻模膛进行精锻，锻件精度↑。但需采用无氧化和少氧化加热方法，模具制造复杂大批量生产4胎膜锻•胎模分类•特点：介于自由锻与模锻之间•与锤上模锻的主要区别：•应用：中、小批量生产；中、小型锻件扣模非回转体锻件筒模回转体盘类件合模复杂非回转体锻件锤上模锻胎模锻设备不同模锻锤自由锻锤锻模不同固定于设备上自由搬动4返回基本内容145263概述压力加工基本理论自由锻造模型锻造板料冲压现代塑性加工技术与发展趋势板料冲压•定义•分类•特点•应用成批、大量生产；薄板件、日用品冷冲压：常温下热冲压：高温下t8～10mm生产率↑，便于实现机械化、自动化产品质量↑材料利用率↑5利用模具，使金属板料产生分离或变形板料冲压•设备简介•剪床下料设备(平刃、斜刃、圆盘剪床)•冲床工作原理利用曲柄－滑块机构使电动机的旋转运动变为滑块的上下往复运动(静压力)分类•数控板料冲压中心冲床+数控步冲剪切机+计算机开式冲床小吨位6.3～200t闭式冲床大吨位100～3150t5冲压基本工序特点：冲压件与板料相分离特点：使板料产生塑性变形冲孔落料切边切断冲裁弯曲拉深翻边胀形分离工序变形工序5冲压基本工序•冲裁变形特点弹性变形阶段拉伸、弯曲变形塑性变形阶段塑剪变形断裂分离阶段撕裂冲裁件断面质量塌角区(1)，质量↓光亮带区(2)，质量↑剪裂带区(3)，质量↓毛刺区(4)，质量↓5冲裁过程冲压基本工序•冲裁工艺特点模具刃口要锋利模具间隙要适当(↑断面质量)刃口尺寸要正确5z=5%～10%t落料：凹模尺寸＝落