第八章 壓力加工成型

.,第八章壓力加工成型,概述：,一、壓力加工:固體金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形,獲得一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的材料、毛坯或零件的成型加工方法。,2、成形實質(zhì)：固態(tài)流動成形,3、目的：獲得具有一定形狀，尺寸和機械性的原材料毛坯和零件。,二、特點及應(yīng)用（與鑄造對比）,1、壓力加工件機械性能高。,2、材料利用率高。,1、必要條件,外力（外因）,塑性變形能力（內(nèi)因）,.,3、不易獲得形狀復(fù)雜的鍛件。,用于制造形狀較簡單，受力復(fù)雜的零件毛坯。,三、生產(chǎn)方式,1、軋制,橫軋軋輥軸線與坯料軸線互相平行,斜軋軋輥軸線與坯料軸線相交一定角度,楔橫軋在兩個軸線平行的軋輥上裝有楔塊軋制時，楔塊逐漸擠壓坯料，使坯料直徑變小，長度增加。,縱軋軋輥軸線與坯料軸線互相垂直,.,.,.,2、擠壓,正擠壓坯料流動方向與凸模運動方向一致,反擠壓坯料流動方向與凸模運動方向相反,徑向擠壓坯料流動方向與凸模運動方向垂直,復(fù)合擠壓坯料上一部分金屬的流動方向與凸模運動方向相同，另一部分金屬的流動方向與凸模運動方向相反。,.,.,3、拉拔,.,4、自由鍛,5、模鍛,6、板料沖壓,.,8.1金屬的塑性變形,一、塑性變形的實質(zhì),一）、單晶體的塑性變形,1、在作用下的變形情況,只能使晶體產(chǎn)生彈性變形或斷裂而不能產(chǎn)生塑性變形,2、在作用下的變形情況,.,滑移面總是原子排列最密的面，滑移方向總是原于排列最密的方向。,滑移在外力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對另一部分發(fā)生的相對位移。,產(chǎn)生滑移的晶面和晶向稱為滑移面和滑移方向。,.,一個滑移面及面上的一個滑移方向組成一個滑移系。,體心立方晶格：62=12,面心立方晶格：43=12,密排六方晶格：13=3,.,孿晶在外力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向在一個區(qū)域內(nèi)作連續(xù)順序的位移。,滑移量是原子間距的整數(shù)倍滑移后兩部分晶體的位向仍保持不變,位移量是一個原子間距的幾分之一,孿晶后，兩部分晶體的位向發(fā)生了改變,.,二）、多晶體的塑性變形,1、變形,晶內(nèi)變形,滑移,孿晶,移動,晶間變形,轉(zhuǎn)動,變形不均勻,變形抗力較大,形成纖維組織各向?qū)?2、特點：,.,二、塑性變形后金屬的組織和性能,一）、組織的變化,1、晶粒沿變形最大方向伸長纖維組織；,2、晶格與晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；,3、晶粒間產(chǎn)生碎晶。4、改善鑄態(tài)組織,二）、性能的變化加工硬化,1、概念,隨著塑性變形的進行，強度硬度增加而塑性韌性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。,.,2、對生產(chǎn)的影響,可提高金屬的強度，硬度和耐磨性,冷卷彈簧提高屈強比,冷沖自行車擋泥板提高金屬的表面強度,給繼續(xù)變形造成困難,3、消除再結(jié)晶,回復(fù),.,再結(jié)晶,T再0.4T熔,晶粒長大,金屬以一些碎晶，雜質(zhì)為核心，形成細小的等軸晶粒,使加工硬化徹底消除，塑性完全恢復(fù)的現(xiàn)象。,4、冷、熱變形,冷變形在再結(jié)晶溫度以下進行的變形,特點：a.精度高，表面質(zhì)量好,b.強度、硬度高,c.勞動條件好,d.變形抗力大，內(nèi)應(yīng)力大,.,熱變形在再結(jié)晶溫度以上進行的變形,特點：,機械性能得的提高,a.晶粒得到細化,缺陷被消除,b.形成纖維組織性能呈方向性,纖維組織的合理利用,零件最大正應(yīng)力方向與纖維方向平行,零件最大切應(yīng)力方向與纖維方向垂直,纖維沿零件輪廓形狀分布不被切斷,.,三、金屬的鍛造性,一）、概念,金屬的鍛造性是指鍛造金屬材料的難易程度,二）、衡量指標,1、塑性：金屬不產(chǎn)生裂紋所允許的最大變形程度,2、變形抗力：金屬在變形時抵抗工具作用的力。,三）、影響因素,1、金屬本質(zhì),化學(xué)成分：C、W、Mo、V、Ti,組織結(jié)構(gòu)：純金屬、單相固溶體/第二相鑄態(tài)、粗晶、夾雜,.,2、變形條件,變形溫度,在一定溫度范圍內(nèi)，T“鍛”,a.始鍛溫度原則上高但不過熱不過燒,過熱：加熱溫度過高或保溫時間過長晶粒劇烈長大的現(xiàn)象,過燒：加熱溫度高到接近金屬熔點時，爐氣中的氧氣滲入形成脆性晶界破壞了晶粒間的結(jié)合的現(xiàn)象。,b.終鍛溫度原則上低但無硬化,.,變形速度,變形速度單位時間內(nèi)的變形程度,熱效應(yīng)在變形的過程中，變形能力轉(zhuǎn)化為熱能使金屬溫度升高的現(xiàn)象。,碳鋼的鍛造溫度范圍,.,a.對塑性的影響,b.對變形抗力的影響,壓應(yīng)力數(shù)目,拉應(yīng)力數(shù)目,塑性,塑性,壓應(yīng)力拉應(yīng)力,同號應(yīng)力異號應(yīng)力,應(yīng)力狀態(tài),.,.,8.2自由鍛,概述,一、定義：自由鍛是利用沖擊力或靜壓力在鍛壓設(shè)備的上、下兩砧鐵之間產(chǎn)生變形，從而得到所需形狀及尺寸的鍛件的方法,二、分類,1、手工鍛造,2、錘上自由鍛造,3、液壓機上自由鍛造,錘上自由鍛造適用于生產(chǎn)中，小型自由鍛件，液壓機上的鍛造適用于生產(chǎn)大型自由鍛件。,三、設(shè)備,.,1、空氣錘,驅(qū)動由空氣帶動錘頭工作。,利用69個大氣壓的蒸氣或壓縮空氣帶動錘頭工作。,噸位較大0.55噸,用于鍛中型,較大型鍛件。,.,3、水壓機,利用高壓水2040MPa推動大活塞形成巨大的靜壓力使金屬變形。噸位50015000噸，用于鍛大型鍛件。,萬噸級水壓機的噸位和臺數(shù)是一個國家重型機械制造工業(yè)水平的一個重要標志。,4、生產(chǎn)率低，勞動強度大，對工人技術(shù)水平要求高。,四、特點,主要用于品種繁多的單件小批生產(chǎn)。,1、所用設(shè)備、工具簡單、通用、成本低、靈活性大。,2、鍛件大小不限，是制造大型鍛件的唯一方法。,3、鍛件精度低，形狀不能太復(fù)雜。,.,五、自由鍛基本工序,用于鍛造齒輪坯、法蘭盤等零件毛坯。,.,用于鍛造軸桿及套筒類零件毛坯。,1、實心沖子沖孔,2、空心沖子沖孔,3、在墊環(huán)上沖孔,.,四）、彎曲將坯料彎成曲線或一定角度。,用于鍛造各種彎曲類鍛件,.,用于鍛造多拐曲軸、麻花鉆等。,用于切除鋼錠底部、夾持鍛件的鉗把部分、鍛件料頭以及分割鍛件等。,用于鍛造曲軸類鍛件。,.,六、自由鍛工藝規(guī)程,一）、繪制鍛件圖,1.鍛件余量,3.余塊（敷料）為簡化鍛件形狀便于鍛造而多留出的那一部分金屬。,.,二）、計算坯料的質(zhì)量和尺寸,1.坯料質(zhì)量,G坯G鍛G燒G其他,坯料尺寸應(yīng)根據(jù)坯料的體積(V坯)和第一個基本工序的性質(zhì)(鐓粗或拔長)來確定：,2.確定坯料尺寸,.,碳素鋼錠Y2.53,軋材Y1.31.5,三）、安排鍛造工序,如齒輪坯：鐓粗沖孔。,長軸類(軸類)鍛件：主要工序為拔長。,如曲軸：拔長錯移扭轉(zhuǎn)。,彎曲鍛件:拔長彎曲(多次)。,復(fù)雜形狀的鍛件,各種工序的組合。,短軸類(餅塊類)鍛件：主要工序為鐓粗（有凸肩的,局部鐓粗；帶孔的選鐓粗沖孔）。,.,四）、選擇鍛造設(shè)備,五）、確定鍛造溫度范圍,六）、填寫鍛造工藝卡,七）、自由鍛工藝示例,1、汽車半軸,.,2、齒輪坯,.,七、自由鍛鍛件結(jié)構(gòu)工藝性,一）、外形盡量簡單避免截交與相貫,二）、不允許有錐度和斜面,三）、不允許有筋和凸臺,四）、復(fù)雜件，斷面有急劇變化的鍛件應(yīng)采用組合件,.,8.3模鍛,概述：,一、特點及應(yīng)用：,1、生產(chǎn)率較高，對工人技術(shù)要求不高。,2、鍛件較復(fù)雜,精度、Ra較好。,3、機加工余量小,材料利用率高。,4、勞動強度較小,5、變形抗力大,設(shè)備噸位大。（限于150kg以下鍛件),7、工藝靈活性較差。,6、生產(chǎn)準備周期長(鍛模制造周期長,成本高,壽命低),.,二、方式,壓力機上模鍛,主要用于中小型鍛件的大批大量生產(chǎn),錘上模鍛,胎模鍛,.,三、錘上模鍛,一）、設(shè)備（蒸氣空氣模鍛錘）,1、錘頭與導(dǎo)軌之間的間隙小且導(dǎo)軌很長,2、砧座質(zhì)量大且機架與砧座直接連接,二）、鍛模,1、模鍛模膛,終鍛模膛,形狀與鍛件一致,設(shè)有飛邊槽,帶孔件沖孔連皮,容納多余的金屬,增大金屬流動阻力,.,預(yù)鍛模膛,形狀接近鍛件,斜度、圓角比較大,無飛邊槽,2、制坯模膛,拔長模膛,滾擠模膛,彎曲模膛,切斷模膛,.,分模面的選擇,b.使上下模膛深度最淺,c.上、下模膛沿分模面輪廓一致,d.使鍛件上加余塊最少,三）、模鍛工藝規(guī)程,1、繪制模鍛件圖,公差0.33mm,余量0.55mm,確定余量、公差和余塊,.,模鍛圓角,a.便于金屬流動與充滿模膛,b.防止模膛過早開裂與壓塌,r(1.512)mm,模鍛斜度,便于取出鍛件21,R(23)r,2、確定模鍛工步,長軸類鍛件,.,鍛造工藝過程為：,制坯（如拔長、滾壓、彎曲、成形）預(yù)鍛終鍛。,模鍛時毛坯軸線方向（長度方向）與鍛擊方向垂直，金屬主要沿高度方向流動，沿長度方向流動很少，往往需制坯。,盤類鍛件,模鍛時坯料軸線方向與打擊方向相同，金屬沿高度、寬度和長度方向同時流動。,.,工藝過程：,制坯（鐓粗、壓扁）終鍛,3、修整工序,切邊和沖孔,較正,熱處理,清理,.,四、典型模鍛件的工藝過程,.,五、模鍛零件結(jié)構(gòu)工藝性,1.便于鍛件取出，加余塊最少，鍛模易于制造,2.外形力求簡單、平直和對稱，盡量避免鍛件模截面積差別過大，避免鍛件上有薄壁、高筋和凸起結(jié)構(gòu),3.復(fù)雜件要考慮鍛焊組合結(jié)構(gòu),.,胎模鍛是在自由鍛造設(shè)備上使用可移動的鍛模(胎模)生產(chǎn)模鍛件的一種工藝方法。,二）、胎模種類及主要作用胎,六、胎模鍛,一）、定義,1.扣模,主要用于鍛造具有平直側(cè)面的非回轉(zhuǎn)體鍛件,2.筒模,.,3.合模,主要用于鍛造形狀復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)體鍛件,主要用于鍛造回轉(zhuǎn)體鍛件,三）、工藝過程,.,鍛件較自由鍛件復(fù)雜,尺寸精度更高,機加工余量較少,材料利用利高。,更換?？?生產(chǎn)周期縮短,成本降低。,2、與模鍛比較：,與模鍛比較：,生產(chǎn)率高,機械性能更好(胎模內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)較好),工藝靈活,模具結(jié)構(gòu)更簡單,設(shè)備簡單,經(jīng)濟。,四）、特點,1、與自由鍛比較：,.,適于小批量生產(chǎn)，用自由鍛成形困難，模鍛又不經(jīng)濟的形狀復(fù)雜的鍛件。,.,七、其他設(shè)備上模鍛,一）、摩擦壓力機上模鍛,.,二）、曲柄壓力機上模鍛（熱模鍛曲柄壓力機）,.,三）、平鍛機上模鍛,四）、液態(tài)模鍛,.,8.4板料沖壓,概述,一、定義,板料沖壓是利用沖模在沖床上使板料分離或變形的加工方法。,二、特點及應(yīng)用,6、沖模制造復(fù)雜。,1、生產(chǎn)率高(靠模具設(shè)備成形，操作簡便，易實現(xiàn)“兩化”),2、可成形復(fù)雜形狀的制件,廢料少，材料利用率高。,3、制件尺寸精度高、表面質(zhì)量好、互換性好,不需機加工,4、制件強度高、剛性好、重量輕。,5、加工成本低,.,沖壓既能夠制造尺寸很小的儀表零件，又能夠制造諸如汽車大梁、壓力容器封頭一類的大型零件，又能夠制造精密(公差在微米級)和復(fù)雜形狀的零件。占全世界鋼產(chǎn)60%-70%以上的板材、管材及其他型材，其中大部分經(jīng)過沖壓制成成品。沖壓在汽車、機械、家用電器、日常用品、電機、儀表、航空航天、兵器等制造中，都有廣泛的應(yīng)用。,.,三、設(shè)備,.,.,四、基本工序,一）、分離工序,1.沖裁使坯料按封閉輪廓分離,落料沖下部分為工件，周邊為廢料,沖孔沖下部分為廢料，周邊是工件,將沖壓件與板料按要求的輪廓線分離的工序,如剪切、落料、沖孔。落料和沖孔總稱為沖裁。,.,沖裁時應(yīng)注意的問題,凸凹模工作部分應(yīng)有鋒利的刃口,凸凹模間應(yīng)有合理的間隙,.,正確確定凸凹模刃口的尺寸,沖孔：D凸D孔D凹D凸Z,落料：D凹D落D凸D凹Z,合理排樣,2.修整,二）、變形工序,使坯料一部分相對另一部分產(chǎn)生位移而不破壞的工序,有搭邊排樣,無搭邊排樣,.,1.拉深：使平板毛坯變成開口空心零件的工序,.,b.凸凹模間要有合理的間隙,a.凸凹模工作部分要有合理的圓角,防止拉裂,c.拉深系數(shù)不能太小m=d/D,d.進行適當(dāng)?shù)臐櫥?兩次拉深間需進行退火處理。,防止起皺增加壓板,進行多次拉深時，后一次拉深系數(shù)較前一次略大些,.,2.彎曲：使板料或坯件彎成一定角度和形狀的工序,.,防止彎裂,a.控制相對彎曲半徑r/s不能太小,b.合理利用纖維組織,防止回彈,r/s板料強度回彈,3.翻邊：使板料獲得一定高度凸緣的方法,.,防止孔邊拉裂,限制翻邊系數(shù),凸凹模工作部分要有圓角,K0d0/d不能太小,4.成型：利用局部變形使坯料或半成品改變形狀的工序。,增加剛性如壓筋,制造特殊形狀的零件，,如脹形,收口,.,五）、沖壓工序舉例,1、汽車消音器,2、黃銅彈殼,.,五、沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性,一）、材料的選擇,1.品種選擇塑性好、價格便宜的板料,2.厚度以薄代厚（采用加強筋增加強度和剛性）,1.沖裁件,二）、形狀尺寸設(shè)計,避免窄長結(jié)構(gòu),外形便于合理排樣,.,沖裁件內(nèi)、外轉(zhuǎn)角應(yīng)用圓弧連接，圓角半徑應(yīng)大于料厚的一半。,最小孔徑、孔間距、孔邊間不能太小,.,2.彎曲件