第八章 壓力加工成型課件

1、 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。

2、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?；圃谕饬ψ饔孟?，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

3、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)?、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

4、；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(jìn)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(xì)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(jìn)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(jìn)行的變形特點：機械性能得的提高a.晶粒得

5、到細(xì)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(biāo)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

6、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

7、自由鍛件。三、設(shè)備鍛錘類沖擊力 噸位 用落下部分的質(zhì)量表示液壓機類靜壓力 噸位 用產(chǎn)生的最大壓力表示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。噸位小，501000 公斤，用于鍛小型鍛件。2、蒸汽 空氣錘3、水壓機利用高壓水2040 MPa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(biāo)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、

8、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、 自由鍛基本工序一）、鐓粗 毛坯高度減小,橫斷面積增大的鍛造工序叫 鐓粗。1.5 2.5DH用于鍛造齒輪坯、法蘭盤等零件毛坯。二）、拔長使坯料橫截面減小而長度增加的鍛造工序稱為拔長。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)上沖孔三）、沖孔采用沖子將坯料沖出透孔或不透孔的鍛造工序叫沖孔。 用于鍛造帶孔鍛件。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六）、扭轉(zhuǎn) 將坯料的一部分相 對另一部分繞其共 同軸線旋轉(zhuǎn)一定角 度。用于鍛造多拐曲軸、麻花鉆等。七）、切割 切

9、去坯料一部分。 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。五）、錯移 將坯料的一部分相對另一部分相互平行錯開一 鍛距離。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。 2.鍛件公差鍛件實際尺寸和 公稱尺寸所允許的偏差。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V坯 =G坯 鐓粗： 1.25 2.5 HDY F坯F鍛 拔長： 碳素鋼錠 Y2.53軋材 Y1.31.5三）、安排鍛造

10、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

11、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(zhǔn)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

12、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、公差和余塊為平面便于鍛件取出且分模面a. 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21R(23)r2、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

13、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

14、換?？?生產(chǎn)周期縮短,成本降低。2、與模鍛比較：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(jì)。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(jì)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

15、。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 1.剪床 下料2.沖床 沖壓，制成所需形狀和尺寸的制件。 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

16、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/Dd.進(jìn)行適當(dāng)?shù)臐櫥M(jìn)行多次拉深時： =mdnd n-1兩次拉深間需進(jìn)行退火處理。 防止起皺增加壓板進(jìn)行多次拉深時，后一次拉深系數(shù)較

17、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K0 d0/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