塑性成型工藝與模具設(shè)計重點

1、1 塑性成形 定義：金屬材料在一定的外力作用下， 利用金屬的塑性使其成形為具有一定形狀及一定力學(xué)性能的加工方法。 分類：一次塑性加工 （軋制、擠壓、拉拔） ，二次塑性加工 板料成形 分離工序 (落料、沖孔、切斷、切邊、剖切等 )、成型工序（彎曲、拉深、翻邊、脹形、擴口、縮口、旋壓） ，體積成形 ( 鍛造 自由鍛、模鍛 ( 開式、閉式 )、擠壓 )2 沖壓 定義：它是利用沖模在壓力機上對金屬（或非金屬）板料施加壓力使其分離或變形，從而得到一定形狀，并且滿足一定使用要求的零件的方法。 分類 ：按變形性質(zhì)分分離和成形分類：按基本變形方式分沖裁、彎曲、拉深、成形；按工序組合分簡單和組合工序（復(fù)合工序、

2、連續(xù)工序、連續(xù)復(fù)合工序） 。3 板料力學(xué)性能與沖壓成形性能的關(guān)系：板料對沖壓成形工藝的適應(yīng)能力稱為板料的沖壓成形性能。板料在成形中可能出現(xiàn)兩種失穩(wěn)，一種是拉伸失穩(wěn)，即局部縮頸或斷裂；另一種是壓縮失穩(wěn)，即拉力下的起皺。失穩(wěn)前可達到最大變形程度叫做成形極限，分為總體成形極限和局部成形極限。成形極限越高板料沖壓性能越好。板料的沖壓成形性能，應(yīng)包括抗破裂性、貼模性、貼模性是指在中壓中取得與磨具形狀一致的能力。成形過程中發(fā)生的起皺、塌陷等缺陷均會降低貼模性。定型性是指零件脫模后保持其在模內(nèi)既得形狀的能力。影響定型性的因素是回彈，零件脫模后回彈會造成尺寸誤差。貼模性和定型性是決定零件形狀和尺寸精度的重要因

3、素。主要用抗破裂性作為評價板料沖壓性能的指標。板料力學(xué)性能指標與板料沖壓性能有密切關(guān)系。強度指標越高，產(chǎn)生相同變形量所需的力越大; 塑性指標越高，成型時所能承受的極限變形量越大；剛性指標越高成型時抗失穩(wěn)能力越大。4板料沖壓成形性能影響較大的力學(xué)性能指標屈服強度屈服強度小，材料容易屈服，則變形抗力小，壓縮變形時不易出現(xiàn)起皺屈強比屈強比小說明值小而 值大，即容易產(chǎn)生塑性變形而不易產(chǎn)生拉裂伸長率拉伸實驗中，試樣拉斷時的伸長率硬化指數(shù) n：單向拉伸硬化曲線可寫成 ，其中指數(shù) n 即為硬化指數(shù)，表示在塑性變形中材料的硬化度。n 大時，說明在變形中材料加工硬化嚴重，真實應(yīng)力增加大。變形總是遵循阻力最小定律

4、，即“弱區(qū)先變形”的原則，變形總是在最弱面處進行，這樣變形區(qū)就不斷轉(zhuǎn)移。厚向異性系數(shù)r：指單向拉伸試樣寬度應(yīng)變和厚度應(yīng)變的比值，即 = b/ t。厚向異性系數(shù)表示板料在厚度方向上的變形能力，r 值越大，拉深時易在寬度方向變形，不易出現(xiàn)裂紋，有助于提高拉深變形程度。板平面各向異性指數(shù)板料在不同方位上厚向異性系數(shù)不同，造成板平面內(nèi)各向異性。越大，表示板平面內(nèi)各向異性越嚴重，拉深時在零件端部出現(xiàn)不平整的凸耳現(xiàn)象，就是材料的各向異性造成的，它既浪費材料又要增加一道修邊工序。5沖裁變形過程 1：彈性變形， 2：塑性變形， 3：斷裂分離。（變性區(qū)是個紡錘形）6沖裁件的斷面特征 由圓角帶、光亮帶、斷裂帶和毛

5、刺4 部分組成。斷面的光亮帶越寬、斷裂帶越窄、圓角及毛刺越小，沖裁件的斷面質(zhì)量就越好。7影響沖裁件質(zhì)量因素影響斷面質(zhì)量因素a 材料性能b 模具間隙（主要因素）因斷面質(zhì)量與裂紋的走向有關(guān)，裂紋走向與間隙有關(guān)c 模具刃口鈍利情況d 模具和設(shè)備的導(dǎo)向情況。 影響尺寸精度的因素a 模具制造精度的影響b 模具間隙的影響 c 材料性質(zhì)、厚度、軋制方向 d 零件形狀尺寸。8排樣形式的確定 （一）排樣的分類按材料利用 a 有廢料排樣 b 少廢料排樣 c 無廢料排樣 按布置方式直排、單排、多排、斜排、對排、混合排、少廢料、無廢料、裁搭邊。（二）排樣形式的選擇：a 零件形狀 b 斷面質(zhì)量 c 材料利用率 d 沖膜

6、結(jié)構(gòu) e 模具壽命 f 操作方便與安全g 生產(chǎn)率。9降低沖裁率的方法： F=1.3Lt 階梯凸模沖裁（當t<3mm H=t; 當 t 3mmH=0.5t ）、斜刃沖裁、加熱沖裁。10 沖裁模分類：按工序組合分為單工序模復(fù)合膜級進模。11 卸料裝置與凸凹模的形式：卸料裝置( 剛性裝置彈性裝置 ) a 彈性裝置：由卸料版、卸料螺釘、彈性元件組成。用于料薄與卸料力不大但制件平面度有要求的沖裁。b 剛性卸料裝置：卸料板直接固定在凹模上，通過與毛呸或零件相撞時產(chǎn)生的力卸料，卸料力大，常用于料厚較大，所需卸料力大而制件平面度無要求的沖裁。卸料力大且要求有較大孔隙時，采用彈性和剛性相結(jié)合的卸料裝置。凸

7、模的形式圓截面式護套式 快換式 等截面式 凹模的形式 整體式凹模嵌入式凹模12、彎曲 是將板料 .棒料 .管料和型材等彎曲成一定形狀及角度的零件的成形方法。變形特點 ：工件分成了直邊和圓角兩部分；變形區(qū)變形不均勻；當板料彎曲半徑與板厚比r/t 較小時，板厚變??；變形區(qū)內(nèi)板料橫斷面的變化視板料的寬窄有所不同。13、回彈：彎曲時在外力作用下，隨著彎曲半徑的減小，板料由彈性變形階段逐步過渡到塑性變形階段。產(chǎn)生回彈的原因：材料的力學(xué)性能、相對彎曲半徑、彎曲中心角、彎曲方式、模具間隙等。減少回彈的措施： 1、改進彎曲件的局部結(jié)構(gòu)及選用合適的材料 2、在工藝上采取措施 3、采用補償法 4、改變變形區(qū)的應(yīng)力

8、狀態(tài) 5、軟模法 6、拉彎法14、最小彎曲半徑：放置外層纖維拉裂的極限彎曲半徑rmin/t=(1/ max-1 )/2.影響最小相對彎曲半徑rmin/t 的因素 :1、材料的力學(xué)性能2、板料的纖維方向（當彎曲件的折彎線與板料的纖維方向垂直時，最小相對彎曲半徑rmin/t 的數(shù)值最小，平行時最大。 ）3、板料的表面質(zhì)量和側(cè)邊質(zhì)量4、零件的彎曲中心角 5、板料的厚度15、影響彎曲件回彈的因素：a 材料的力學(xué)性能 b 相對彎曲半徑c彎曲方式 d彎曲角 e 工件形狀 f 其他16、拉深 ：利用拉深模具將沖裁好的平板毛坯壓制成各種開口的空心工件,或?qū)⒁阎瞥傻拈_口空心件加工成其它形狀的空心件的一種沖壓加工

9、方法。17、拉深過程中毛坯的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)及特點平面凸緣部分主要變形區(qū)（二壓一拉的三項應(yīng)力狀態(tài)，其變形狀態(tài)也是三向的，切向應(yīng)變最大，徑向和厚向是拉變形，此處材料稍有增厚）2，凹模圓角部分過渡區(qū)（徑向應(yīng)變最大,厚向和切向是壓應(yīng)變，此處材料變?。?.筒壁部分傳力區(qū)（受單向拉應(yīng)力，只發(fā)生少量徑向伸長和厚度變?。?，凸模圓角部分過渡區(qū)（二拉一壓，厚度變薄，傳力截面積變?。?，圓筒底部小變形區(qū)(二拉，變形是三向的，徑向和切向拉伸，厚向壓縮)18、拉深成形障礙及防治措施起皺 原因： a 凸緣部分的相對厚度b 切向壓應(yīng)力越大易起皺c 材料的力學(xué)性能，屈服強度不易起皺d 凸模工件部分幾何形狀。 措施： a 采

10、用壓邊圈 b錐形凹模 c 拉深筋 d反拉深。 拉裂 原因：拉伸時筒壁傳力區(qū)拉應(yīng)力超過了危險斷面處材料的抗拉強度極限。防止措施：1、根據(jù)板材成形性能，采用適當?shù)睦畋群蛪哼吜Γ?、增加凸模表面粗糙度；3、改善凸緣部分的潤滑條件；4、合理設(shè)計模具工作部分形狀；5、選用拉深性能好的材料。硬化原因：拉深是一個塑性變形過程，拉深后材料必然發(fā)生加工硬化，其硬度和強度增加，塑性下降。 措施：正確選擇各次的變形量，并考慮半成品件是否需要退火以恢復(fù)其塑性。19、極限拉深的因素及特點：a 材料方面：屈強比越小對拉深越有利。b 模具方面：模具間隙小時，材料進入間隙后的擠壓力增大，摩擦力增加，拉伸力大，故極限拉深系數(shù)

11、取較大值。20、拉深系數(shù)：拉深后圓筒形件的直徑與拉深前毛坯的直徑之比。拉深系數(shù)的倒數(shù)稱為拉深程度或拉深比.21、以后各次拉深的特點： （ 1）首次拉深時，平板毛坯厚度和力學(xué)性能都是均勻的，而以后各次拉深時，圓筒形毛坯的厚度及力學(xué)性能都是不均勻的。（ 2）首次拉深時，凸緣變形區(qū)是逐漸縮小的，而以后各次拉深時，其變形區(qū)保持不變。只是在拉深終了以前，才逐漸縮小。（ 3）首次拉深時，其拉深力的變化在開始階段較快地達到最大拉深力，然后逐漸減小到零。而以后各次拉深時，其拉深力在整個拉深過程中一直都在增加，直到拉伸的最后階段才由最大值下降到零。 （4）以后各次拉深時的危險斷面與首次拉深時一樣，都在凸模圓角處

12、，但首次拉深的最大拉深力發(fā)生在初始階段，所以破裂也發(fā)生在初始階段。以后各次拉深發(fā)生在末尾。（5）以后各次拉深時的變形區(qū)，穩(wěn)定性較首次拉深時好。（ 6）由于材料的冷作硬化性，以后各次拉深時，它的極限拉深系數(shù)要比首次拉深大得多，而且通常后一次略大于前一次。22、拉深零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析(1)對拉深件的工藝性要求a 對拉深件外形尺寸的要求（圓筒件一次拉升的相對高度H/d 鋁 0.73-0.79、硬鋁0.6-0.65、黃銅 0.75-0.8、軟鋼0.68-0.72；盒性件圓角半徑R=（0.05-0.2） B，拉深件高度 H （0.3-0.8）B ；凸緣件d/D>=0.4 ） b 對拉深件形狀的要

13、求： (設(shè)計拉深鍵時，應(yīng)注明必須保證的是外形還是內(nèi)形，不能同時標注；盡量便采用復(fù)雜和非對稱的拉深件。對半敞開或非對稱的空心件，應(yīng)能組合成對進行拉深。然后將其切成各個零件；拉深復(fù)雜外形的空心件時，考慮工序間毛坯定位的工藝基準；在拖延面上有較多的拉深件，下凹軸線與拉深方向一致，可拉出，若軸線與拉深方向垂直。矯正時壓出。 ） c （對拉深件的圓角半徑的要求， rp>=t, rd>=2t,r>=3t, 否則應(yīng)增加整形工序；斷面尺寸公差等級一般在 IT11 以下，若公差要求高則整形加工。23.其他成形工藝： 翻邊、縮口、旋壓、脹形、整形等。翻邊 :翻邊是指沿曲線將板坯料或坯料上預(yù)制的孔

14、邊部窄帶區(qū)域的材料彎折成豎邊的塑性加工方法。種類：伸長類和壓縮類，按工藝特點：圓孔翻邊，外緣翻邊，非圓孔翻邊，變薄翻邊。外緣翻邊 :外緣內(nèi)凹翻邊，外緣外凸翻邊。圓孔翻邊，外緣內(nèi)凹翻邊等屬伸長類變形特點:變形區(qū)材料受拉應(yīng)力，切向伸長，厚度變薄易發(fā)生破裂。外緣外凸翻邊屬壓縮類翻邊特點 ：變形區(qū)受切向壓縮應(yīng)力，產(chǎn)生壓縮變形，厚度增加易起皺?？淄饩壥菆A孔翻邊成形的變形危險區(qū)。 影響圓孔翻邊成形極限因素：a 材料的種類及其力學(xué)性能；b 預(yù)制孔的孔口狀態(tài)；c 材料的相對厚度； d 凸模的形狀?？s口 ：將空心鍵或管件的口部直徑縮小的成形方法。旋壓： 板料重心壓緊在胚具上，由旋壓機帶動胚模和毛坯一起高速旋轉(zhuǎn)，

15、同時用桿棒加壓于毛坯。使毛坯產(chǎn)生局部塑形變形并逐步擴展，最后獲得所需形狀和尺寸的制件。分為不變薄旋壓 (拉旋 ,縮旋 ,擴旋 )和變薄旋壓 (剪切旋壓 ,擠壓旋壓 )。用旋壓方法可完成各種旋轉(zhuǎn)體的拉深、翻邊、縮口、脹形、卷邊等工序。脹形 是利用模具使板料拉伸變薄局部表面積增大以獲得零件的加工方法。主要用于平板毛坯的局部脹形、圓柱形毛坯的脹形及平板毛坯的脹拉成形等。材料受雙向拉特點： 脹形塑性變形區(qū)局限于與凸模接觸部分。在凸模的作用下，變形區(qū)應(yīng)力作用，沿切向和徑向產(chǎn)生伸長變形，成形面積增大，材料厚度變薄。分類：局部脹形,圓孔空心毛坯脹形，脹拉成形。24、鍛造生產(chǎn)分類常見分類a 按金屬變形時的溫度

16、分：熱鍛、溫鍛、冷鍛。b 按所受作用力來源分 :手工鍛造、自由鍛、模鍛、胎膜鍛、精密模鍛。特點： a 能獲得金屬零件的形狀，改善金屬組織，提高力學(xué)性能物理性能。b 節(jié)約金屬材料和切削工時c 較高的勞動生產(chǎn)率 d 靈活性大。25、熱鍛原材料及下料方法材料：碳素鋼、合金鋼、有色金屬及其合金。方法：鋸切、剪切、折斷下料、砂輪切割、火焰切割、陽極切割26、鍛前加熱 目的：提高金屬塑性，降低變形抗力，使之易于流動成形，并獲得良好的斷后組織。方法：火炎加熱、電加熱、少無氧化加熱27、熱鍛溫度范圍溫度確定的基本原則：保證有較高的塑性，較低的變形抗力，得到高質(zhì)量鍛件，同時鍛造溫度范圍應(yīng)盡可能寬廣，以減少加熱次

17、數(shù)，從而確定始鍛溫度和終鍛溫度。28、剛在加熱工程中的常見缺陷氧化 .脫碳 .過熱和過燒 /裂紋29、自由鍛的特點：1、所用工具簡單、通用性強、靈活性大，適合單件和小批量鍛件生產(chǎn)；2、自由鍛屬于局部連續(xù)變形；3、能鍛造出多種多樣、變形程度相差很大的鍛件；4、自由鍛是靠人工操作來控制鍛件形狀和尺寸，對工人操作技術(shù)要求高，同時效率低、勞動強度大。自由鍛工序分類 ：可分為基本工序、輔助工序和修整工序。30、敦粗變形特點區(qū)域 1：由于摩擦影響最大，該區(qū)變形十分困難，稱為難變形區(qū)；區(qū)域2：不但受摩擦的影響小，應(yīng)力狀態(tài)也有利于變形，因此該區(qū)變形程度最大，稱為大變形區(qū)；區(qū)域3 其變形程度介于前兩者之間稱為小

18、變形區(qū)。31、拔長： 定義：使毛坯橫截面減小而長度增加的鍛造工序拔長效率最高的條件：較小進料比，選用形砧。送進量L0/H0=0.5-0.8合適選窄砧，增大壓下量，上下 V 形砧拔長。32、自由鍛工藝規(guī)程制定（ 1）根據(jù)零件圖回執(zhí)鍛件圖（2）決定毛胚的質(zhì)量和尺寸（3）制定變形工藝及選用工具（4）選用鍛壓設(shè)備 （ 5）確定鍛造溫度范圍、加熱和冷卻規(guī)范（6）確定熱處理規(guī)范（ 7）提出鍛件的技術(shù)要求和檢驗要求（8）填寫工藝卡片33.鍛比：表示鍛件在鍛造成形時，變形程度的一種方法。鍛比的大小反應(yīng)了鍛造對鍛件組織和力學(xué)性能的影響。影響因素：在鍛造工藝過程中，尤其是大型鍛件的鍛造，鍛造比主要根據(jù)鍛件的技術(shù)要

19、求和鍛件的尺寸確定，同時考慮原材料的冶金質(zhì)量、鍛造工序的種類等因素的影響。一般在保證質(zhì)量的前提下，盡量選用較小的鍛造比。34.終鍛型腔的設(shè)計：a 熱鍛件圖的制定和繪制b 開式模鍛成形過程（鐓粗變形過程、飛邊形成、型腔充滿、打靠或鍛足）c 開式模鍛的應(yīng)力應(yīng)變分析 d 飛邊橋的確定e 鉗口的選定。35. 飛邊槽的作用：1）容納多余的金屬；2）增加金屬流入型腔的阻力，迫使金屬更好地充滿型腔；3）起緩沖作用，減輕上下模打擊，防止鍛模早期破裂和壓塌；4）容易切邊。36.模鍛工步的選擇模鍛工步 : 毛坯在每一型腔中的變形過程。選擇：一） 短軸類鍛件 ：該類鍛件的模鍛工步一般采用鐓粗、終鍛或者鐓粗、成形、終鍛。二）長軸類鍛件 ：該類鍛件的模鍛工步一般采用制坯、預(yù)鍛、終鍛。制坯工序包括：拔長、滾擠、彎曲、壓肩等。在選擇制坯工步時，應(yīng)考慮以下幾點： 1. 毛坯的長度和截面與預(yù)鍛件相近時，采用壓肩、預(yù)鍛、終鍛；2.