第三章锻压成形

第三章锻压成形3.1金属的塑性变形与锻造性3.2自由锻造3.3模型锻造3.4板料冲压概述锻压：对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。主要方法：锻造:将坯料加热到高温状态后进行加工.冲压:将坯料在常温下进行加工.特点:(1)改善金属组织、提高力学性能(2)节约金属材料(3)较高的生产率(4)毛坯或零件的精度较高(5)不能加工脆性材料(6)不能获得形状复杂的毛坯或零件概述第三章锻压成形3.1金属的塑性变形与锻造性3.2自由锻造3.3模型锻造3.4板料冲压3.1.1金属的塑性变形●弹性变形在外力作用下，金属发生变形;当外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失。●塑性变形内应力超过金属的屈服点后，外力停止作用后，金属的变形并不完全消失。塑性变形包括：1）晶内变形：外力作用下，某一晶粒的塑性变形。2）晶间变形：晶粒之间的相互位移或转动。塑性变形是金属压力加工的理论基础3.1.1金属的塑性变形3.1.1金属的塑性变形●金属塑性变形后，内部组织变化:⑴晶粒沿最大变形方向伸长；⑵晶格与晶粒发生扭曲；⑶晶粒产生碎晶。这些变化将增大滑移变形阻力●加工硬化:经塑性变形后,金属强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象。好处：强化金属方法坏处：后续加工工序困难，工件易开裂。3.1.1金属的塑性变形回复与再结晶回复：将金属加热到一定温度，部分消除加工硬化。T回=（0.25—0.3）T熔再结晶：将金属加热到一定温度，完全消除加工硬化。T在=0.4T熔3.1.1金属的塑性变形3.1.1金属的塑性变形{塑性夹杂物（MnS、FeS）：沿最大变形方向伸长脆性夹杂物（FeO、SiO2）：被打碎呈链状纤维组织（铸造流线）现象：造成力学性能上的各向异性形成原因螺钉的纤维组织比较曲轴的纤维组织比较锻件设计总原则：1）最大拉应力与纤维方向一致2）最大切应力与纤维方向垂直3.1.1金属的塑性变形3.1.2金属的锻造性{可锻性：金属材料锻压成形的难易程度。变形抗力可锻性取决于：金属本质和加工工艺条件衡量标准：塑性（断面收缩率ψ，伸长率δ）一．金属的本质⒈化学成分影响＊纯金属可锻性比合金好＊钢的含碳量越低，可锻性越好⒉金属组织的影响＊组织不同,可锻性有差异,纯金属、固溶体可锻性好；＊柱状组织和粗晶粒不如晶粒细小均匀的可锻性好。3.1.2金属的锻造性二．工艺条件⒈变形温度＊温度↑→原子的运动能力↑→容易滑移→变形抗力↓→塑性↑3.1.2金属的锻造性锻造时要对工件加热。加热缺陷:•氧化•过热及过烧•加热裂纹3.1.2金属的锻造性始锻温度:允许加热达到的最高温度称为始锻温度终锻温度:停止锻造的温度称为终锻温度3.1.2金属的锻造性锻件的温度可用仪表测定，在生产中也可根据被加热金属的火色来判别，如碳钢的加热温度与火色的关系如下由于化学成分的不同，每种金属材料始锻和终锻温度都是不一样的。几种常用金属材料的锻造温度范围见表。2变形速度＊低速：变形速度↑→变形抗力↑→塑性↓＊高速：变形速度↑→变形温度↑→变形抗力↓→塑性↑3.1.2金属的锻造性3应力状态＊处于三向压应力状态，金属呈现良好的塑性状态＊三向受拉金属的塑性最差不同材料选择不同加工方式：＊塑性好的材料：拉应力下变形＊塑性差的材料：三向压应力下变形3.1.2金属的锻造性第三章锻压成形3.1金属的塑性变形与锻造性3.2自由锻造3.3模型锻造3.4板料冲压3.2自由锻造概念：只用简单的通用性工具，在锻造设备的上下砥铁间对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需锻件的方法。特点：1)金属坯料可朝各个方向自由流动，不受限制;2)所用工具简单，设备和工具通用性强，成本低;3)锻件精度较低，生产率低;4)其形状和尺寸主要由操作者的技术来控制。应用1)一般只适合于单件、小批量生产;2)锻制大型锻件的唯一方法。自由锻设备锻锤液压机{{空气锤蒸汽－空气锤3.2自由锻造空气锤3.2自由锻造3.2自由锻造液压机3.2自由锻造自由锻工序：为了达到工件的形状和尺寸而进行的使金属发生变形的工艺过程1)基本工序镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移2)辅助工序压钳口、压肩3)修整工序校正、滚圆、平整3.2自由锻造镦粗操作要点:1）高径比≤2.5；2）坯料端面要平整且与轴线垂直，经常绕自身轴线转；3.2自由锻造3）镦粗力要足够大，否则会形成细腰形或夹层。应用场合:1）高度小,截面大的盘类工件.齿轮,圆盘.2）冲孔前的准备工序3）提高力学性能3.2自由锻造3.2自由锻造1)基本工序镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移2)辅助工序压钳口、压肩3)修整工序校正、滚圆、平整3.2自由锻造拔长类型:3.2自由锻造拔长操作要点:1）反复作90度翻转;3.2自由锻造拔长应用场合:长轴类零件2）进给量为0.4b-0.8b；3.2自由锻造1)基本工序镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移2)辅助工序压钳口、压肩3)修整工序校正、滚圆、平整冲孔：在实心坯料上冲出通孔的工序3.2自由锻造3.2自由锻造实心冲头双面冲孔3.2自由锻造冲孔操作要点:1）通孔采用双面冲;2）d25mm的孔不冲出；3）d450mm用实心冲；4）d450mm用空心冲应用场合:空心零件。如齿轮坯、圆环、套筒。3.2自由锻造1)基本工序镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移2)辅助工序压钳口、压肩3)修整工序校正、滚圆、平整3.2自由锻造弯曲3.2自由锻造切割3.2自由锻造扭转3.2自由锻造1)基本工序镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移2)辅助工序压钳口、压肩3)修整工序校正、滚圆、平整3.2自由锻造压肩3.2自由锻造修整3.2自由锻造自由锻工艺：绘制锻件图计算坯料质量与尺寸选择锻造工序锻件类别图例锻造工序盘类零件镦粗（或拔长－镦粗），冲孔等轴类零件拔长（或镦粗－拔长），压肩，锻台阶等筒类零件镦粗（或拔长－镦粗），冲孔，在芯轴上拔长等环类零件镦粗（或拔长－镦粗），冲孔，在芯轴上扩孔等弯曲类零件拔长，弯曲等3.2自由锻造自由锻锻件结构工艺1)尽量避免锥体或斜面结构3.2自由锻造2）避免加强肋，凸台，工字结构3.2自由锻造3）避免空间相贯曲线3.2自由锻造4）合理采用组合结构第三章锻压成形3.1金属的塑性变形与锻造性3.2自由锻造3.3模型锻造3.4板料冲压模型锻造以锻模模膛限制金属坯料的变形，从而获得锻件的成形方法特点(1)生产效率较高(2)能锻造形状复杂的锻件(3)模锻件的尺寸较精确(4)节省金属材料(5)模锻操作简单，劳动强度低3.3模型锻造3.3模型锻造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－模膛锤上模锻的锻模结构3.3模型锻造（一）制坯模膛对于形状复杂的模锻件，为了使坯料基本接近模锻件的形状，以便模锻时金属能合理分布，并很好地充满模膛，必须预先在制坯模膛内制坯。制坯模膛有以下几种：1．拔长模膛锻模模膛：制坯模膛和模锻模膛3.3模型锻造2．滚挤模膛3.3模型锻造4．切断模膛3．弯曲模膛3.3模型锻造1．终锻模膛（二）模锻模膛:预锻模膛、终锻模膛3.3模型锻造飞边槽类型：3.3模型锻造工字型截面锻件的折迭2．预锻模膛：对于外形较为复杂的锻件，常采用预锻工步3.3模型锻造锤上模锻工艺规程的制定:锤上模锻工艺规程的制定主要包括绘制模锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步、选择锻造设备、确定锻造温度范围等。（一）绘制模锻件图模锻件图是设计和制造锻模、计算坯料以及检验模锻件的依据。3.3模型锻造（１）要保证模锻件能从模膛中顺利取出（２）应使上下模沿分模面的模膛轮廓一致（３）最好使分模面为一个平面，并使上下锻模的模膛深度基本一致（４）分模面应使零件上所加的敷料最少。（５）把分模面选取在能使模膛深度最浅处1．分模面3.3模型锻造2．加工余量和锻件公差为了达到零件尺寸精度及表面粗糙度的要求，锻件上需切削加工而去除的金属层，称为锻件的加工余量。3．模锻斜度为便于从模膛中取出锻件，模锻件上平行于锤击方向的表面必须具有斜度，称为模锻斜度3.3模型锻造4．模锻圆角半径模锻件上所有两平面转接处均需圆弧过渡，此过渡处称为锻件的圆角3.3模型锻造5．冲孔连皮由于锤上模锻时不能靠上、下模的突起部分把金属完全排挤掉，因此不能锻出通孔，终锻后，孔内留有金属薄层，称为冲孔连皮齿轮坯模锻件图3.3模型锻造3.3模型锻造（二）计算坯料尺寸飞边占20%～25%氧化皮占2.5%～4%。（三）确定模锻工序a）长轴类零件b）盘类零件3.3模型锻造1）零件的外形应力求简单、平直、对称，避免零件截面间差别过大，或具有薄壁、高肋等不良结构。模锻件结构工艺性3.3模型锻造2）在零件结构允许的条件下，应尽量避免有深孔或多孔结构3.3模型锻造3）对复杂锻件，应采用锻造—焊接或锻造—机械联接组合工艺3.3模型锻造胎模锻胎模锻是介于自由锻与模锻之间的锻造方法。特点：1）与自由锻相比，胎模锻生产率和锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小、节省金属材料、锻件成本低。2）与模锻相比，胎模制造简单，成本低，使用方便；但所需锻锤规格和操作者劳动强度大，生产率和锻件尺寸精度不如锤上模锻高。3）胎膜不固定在锤头和砧座上，需要时放在下砧铁上。3.3模型锻造按其结构可大致分为扣模、合模和套模三种扣模套模合模3.3模型锻造1—模膛2—导销3—销孔4—上模块5—手柄6—下模块手锤胎模锻造示意图3.3模型锻造胎模锻造工艺示例第三章锻压成形3.1金属的塑性变形与锻造性3.2自由锻造3.3模型锻造3.4板料冲压板料冲压：通常在室温下进行，所以又称冷冲压，简称冲压。特点：1)不需要对毛坯加热，是节约能源的加工方法2）生产操作简单，生产率高3）尺寸精度较高，质量稳定4）制造费用高。用于大批量生产条件下3.4板料冲压冲压设备剪床:把板料切成一定宽度的条料，以供下一步冲压工序之用。3.4板料冲压冲床:冲床将完成除剪切以外的其他冲压工作。3.4板料冲压3.4板料冲压板料冲压基本工序1分离工序落料和冲孔（冲裁）2成形工序弯曲拉深缩口胀形翻边3.4板料冲压（1）落料和冲孔落料和冲孔是将板料沿封闭轮廓分离的工序3.4板料冲压板料冲压基本工序1分离工序落料和冲孔（冲裁）2成形工序弯曲拉深缩口胀形翻边3.4板料冲压3.4板料冲压弯曲:使坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序3.4板料冲压弯曲工序对零件的要求:1）模具的角度应比成品角度小一个回弹角2）应使板料纤维方向与弯曲件的弯曲线垂直3.4板料冲压拉深:使坯料变形成开口空心零件的工序3.4板料冲压起皱是拉深时板料失稳造成的。当拉应力超过材料的抗拉强度时，此处将被拉裂起皱拉裂拉深工序对零件的要求（1）合理设置拉深系数与拉深次数拉深系数（0.5-0.8）：m=d/D0m1=d1/D0m2=d2/d1…mn=dn/dn-1m1m2…mn多次拉深（2）弯曲处的圆角半径不宜过小3.4板料冲压板料冲压基本工序1分离工序落料和冲孔（冲裁）2成形工序弯曲拉深缩口胀形翻边3.4板料冲压翻边：将工件上的孔或边缘翻出竖立或有一定角度的直边胀形：利用模具使空心件或管状件由内向外扩张的成形方法。缩口：利用模具使空心件或管状件的口部直径缩小的局部成形工艺3.4板料冲压冲压模具冲压模具是冲压生产中必不可少的工艺装备，按冲压工序的组合程度不同可分为简单冲模、连续冲模和复合冲模三种。1简单冲模在冲床一次行程中只完成一道工序3.4板料冲压2连续冲模连续冲模在冲床一次行程中，按着一定顺序，在模具的不同位置上，同时完成数道冲压工序1—落料凸模2—定位销3—落料凹模4—冲孔凸模5—冲孔凹模6—卸料板7—坯料8—成品9—废料3.4板料冲压3复合冲模复合冲模在冲床一次行程中，在模具的同一位置上，完成两道以上冲压工序1—落料凸模2—拉深凸模3—压板4—落料凹模5—顶出器6—条料7—挡料销8—坯料9—拉深件10—零件11—切余材科3.4板料冲压