第09章 塑性加工20110515

1、鐵路車輛鍛件沖壓件哈工大，王仲仁教授王仲仁. 1977年在哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)發(fā)表論文： 試談壓力加工中的成形規(guī)律兼評古布金的“最小阻力定律”：最早對最小阻力定律 提出質(zhì)疑；1979年在鍛壓技術(shù)發(fā)表：論塑性加工中應(yīng)變應(yīng)力順序?qū)?yīng)規(guī)律兼評古布金的最小阻力定律 ，正式提出“應(yīng)變應(yīng)力順序?qū)?yīng)規(guī)律”陳家民. 1980年在東北工學(xué)院學(xué)報(bào)發(fā)表論文： “最小阻力定律”是普遍規(guī)律嗎? 通過矩形件鐓粗實(shí)驗(yàn)和分析,證明“最小阻力定律”不是普遍規(guī)律 陳森燦.清華大學(xué)，1981年在鍛壓技術(shù)發(fā)表論文： 關(guān)于塑性加工中的成形規(guī)律評“最小阻力定律”和“應(yīng)變順序與應(yīng)力順序相對應(yīng)規(guī)律” ：指出“最小阻力定律”在塑性成形工藝中的作

2、用不足;對王仲仁提出的“應(yīng)變順序與應(yīng)力順序相對應(yīng)規(guī)律”及其理論證明和實(shí)用意義提出了一些不同看法。姜奎華.武漢理工大學(xué)，2004年在塑性工程學(xué)報(bào)發(fā)表論文：應(yīng)力應(yīng)變順序?qū)?yīng)規(guī)律及其學(xué)術(shù)意義. 大功率低速船用柴油機(jī)半組合式曲軸 560噸加氫反應(yīng)器筒體 4噸拱式自由鍛電液錘上重，世界最大的 1.65萬噸自由鍛液壓機(jī)(強(qiáng)調(diào):鍛件圖中的雙點(diǎn)劃線!) 線上：鍛件尺寸和公差；線下：零件尺寸加括號齒輪毛坯的自由鍛造工藝過程如下圖示 避免錐形和楔形； 少用空間相貫線； 肋筋凸臺不能鍛； 遇繁化簡再組合。 分模面選定原則：（1）定在最大截面處；（a-a無法出模）（2）錯(cuò)?，F(xiàn)象易檢查； （c-c不易查錯(cuò)模）（3）利于

3、充型好出模； （b-b充型難）（4）減少余塊省工料；（5）平面分型易制造。 d-d面較合理 圖示為榔頭鍛件的胎模鍛過程。 （三）模鍛件結(jié)構(gòu)工藝性（三）模鍛件結(jié)構(gòu)工藝性 1. 必須有合理的分模面，以保證鍛件容易取出，必須有合理的分模面，以保證鍛件容易取出，敷料少，易制模。敷料少，易制模。 2. 模鍛件表面質(zhì)量好，非配合面不考慮加工。模鍛件表面質(zhì)量好，非配合面不考慮加工。 3. 為易于充模，零件外形力求簡單、平直、對為易于充模，零件外形力求簡單、平直、對稱。稱。 4. 設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免深孔和多孔結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免深孔和多孔結(jié)構(gòu)。 5. 有些情況應(yīng)考慮組合工藝。有些情況應(yīng)考慮組合工藝。（1）合理分模

4、是關(guān)鍵； （2）鍛模斜度要考慮；（3）相交面處用圓角； （4）平直對稱又簡單；（5）高筋薄壁是麻煩； （6）多孔深孔要回避；（7）鍛焊組合巧用勁。沖壓常用設(shè)備：剪床和沖床等。沖壓常用設(shè)備：剪床和沖床等。 剪床為沖床備料，將板料切成條料；剪床為沖床備料，將板料切成條料；而沖壓加工主要在各類沖床上進(jìn)行。而沖壓加工主要在各類沖床上進(jìn)行。數(shù)控剪床成形工序是使板料發(fā)生塑性變形，以獲得規(guī)定形狀工件的工序。主要包括彎曲和拉深、收口與翻邊等。 1.彎曲：是將板料、型材或管材在彎矩作用下彎成一定角度的工序。 彎曲時(shí)，材料內(nèi)側(cè)受壓，外側(cè)受拉；塑性變形集中在與凸模接觸的狹窄區(qū)域內(nèi)坯料越厚，內(nèi)彎曲半徑越小，則壓縮及拉

5、伸應(yīng)力越大，越容易彎裂 防裂措施：選用塑性好的材料；限制最小彎曲半徑；使彎曲方向與坯料流線方向一致，防止坯料表面的劃傷，以免產(chǎn)生應(yīng)力集中 1）彎曲變形特點(diǎn)）彎曲變形特點(diǎn) 變形區(qū)域主要在變形區(qū)域主要在圓角部位；圓角部位； 外層金屬受拉應(yīng)力，外層金屬受拉應(yīng)力，內(nèi)層金屬受壓應(yīng)力。內(nèi)層金屬受壓應(yīng)力。2 2）彎曲缺陷：彎裂）彎曲缺陷：彎裂. .坯料越厚，內(nèi)彎曲半徑越小，則壓縮及拉坯料越厚，內(nèi)彎曲半徑越小，則壓縮及拉伸應(yīng)力越大，越容易彎裂伸應(yīng)力越大，越容易彎裂. .3)3)防裂措施：選用塑性好的材料；限制最小彎曲半徑；使彎曲防裂措施：選用塑性好的材料；限制最小彎曲半徑；使彎曲方向與坯料流線方向一致，防止坯

6、料表面的劃傷，以免產(chǎn)生應(yīng)方向與坯料流線方向一致，防止坯料表面的劃傷，以免產(chǎn)生應(yīng)力集中力集中3）彎曲工藝特點(diǎn)）彎曲工藝特點(diǎn)彎曲半徑彎曲半徑 rrmin=（0.25-1）t ； 毛刺應(yīng)位于內(nèi)側(cè)；毛刺應(yīng)位于內(nèi)側(cè)； 彎曲線應(yīng)盡量與坯料纖維方向彎曲線應(yīng)盡量與坯料纖維方向垂直；垂直； “回彈回彈”問題問題鐘志華和他的棱形概念車，湖南大學(xué)校長，2005年12月當(dāng)選中國工程院院士。主要成就 “薄板沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法和關(guān)鍵技術(shù)及在車身制造中的應(yīng)用” 3.3.脹形脹形: : 使局部坯料厚度變薄形成零件的工序使局部坯料厚度變薄形成零件的工序 (1)平板坯料脹形平板坯料脹形 (2)管坯脹形管坯脹形(3)

7、球體脹形球體脹形 (4)拉形拉形4.翻邊：將工件外緣或內(nèi)孔翻起一定高度。翻邊：將工件外緣或內(nèi)孔翻起一定高度。例例:圓孔翻邊過程圓孔翻邊過程4.翻邊：將工件外緣或內(nèi)孔翻起一定高度。翻邊：將工件外緣或內(nèi)孔翻起一定高度。例例:圓孔翻邊過程圓孔翻邊過程外緣翻邊外緣翻邊：和拉深過程相似；：和拉深過程相似；內(nèi)孔翻邊內(nèi)孔翻邊：孔徑擴(kuò)大，同時(shí)彎出筒形邊的沖壓：孔徑擴(kuò)大，同時(shí)彎出筒形邊的沖壓工藝。注意翻邊高度不能太大，否則需多次翻工藝。注意翻邊高度不能太大，否則需多次翻邊，且中間要進(jìn)行退火。邊，且中間要進(jìn)行退火。三、沖壓模具三、沖壓模具1.簡單沖模簡單沖模 2.連續(xù)沖模連續(xù)沖模 3.復(fù)合沖模復(fù)合沖模四、沖壓件的

8、結(jié)構(gòu)工藝性四、沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性1.沖壓件的形狀與尺寸沖壓件的形狀與尺寸(1)對落料和沖孔件的結(jié)構(gòu)要求對落料和沖孔件的結(jié)構(gòu)要求1）外形力求簡單對稱，盡量采用規(guī)則形狀）外形力求簡單對稱，盡量采用規(guī)則形狀;2）孔及有關(guān)尺寸符合要求；）孔及有關(guān)尺寸符合要求；3）直線與直線、曲線與直線的交接處均考）直線與直線、曲線與直線的交接處均考慮圓弧連接；慮圓弧連接；4）沖裁件的排樣問題）沖裁件的排樣問題（2 2）對彎曲件的要求）對彎曲件的要求1 1）彎曲件的形狀應(yīng)盡量對稱；）彎曲件的形狀應(yīng)盡量對稱；2 2）選擇正確的彎曲半徑；）選擇正確的彎曲半徑；3 3）彎曲邊的長短及過短邊的處理；）彎曲邊的長短及過短邊的處理

9、；4 4）彎曲帶孔件時(shí)應(yīng)注意的問題）彎曲帶孔件時(shí)應(yīng)注意的問題（3 3）對拉深件的要求）對拉深件的要求1 1）拉深件外形應(yīng)簡單、對稱，不宜太深；）拉深件外形應(yīng)簡單、對稱，不宜太深；2 2）注意適當(dāng)選擇拉深件的圓角半徑）注意適當(dāng)選擇拉深件的圓角半徑 改進(jìn)結(jié)構(gòu)、簡化工改進(jìn)結(jié)構(gòu)、簡化工 藝、節(jié)省材料藝、節(jié)省材料（1 1）采用沖焊結(jié)構(gòu)；）采用沖焊結(jié)構(gòu)；（2 2）采用沖口工藝；）采用沖口工藝；（3 3）采用簡化結(jié)構(gòu)）采用簡化結(jié)構(gòu)第四節(jié)第四節(jié) 擠壓、軋制、拉拔成形擠壓、軋制、拉拔成形一、擠壓成形一、擠壓成形1 1 概述概述 擠壓是使坯料在擠壓筒中受強(qiáng)大擠壓是使坯料在擠壓筒中受強(qiáng)大的壓力作用而變形的加工方法。

10、的壓力作用而變形的加工方法。擠壓為三向壓應(yīng)力狀態(tài)；擠壓為三向壓應(yīng)力狀態(tài)；可擠出各種形狀復(fù)雜、孔深、薄壁和可擠出各種形狀復(fù)雜、孔深、薄壁和異形斷面的零件；異形斷面的零件；零件精度高，表面粗糙度低；零件精度高，表面粗糙度低；零件力學(xué)性能好；零件力學(xué)性能好；節(jié)約材料、生產(chǎn)效率高節(jié)約材料、生產(chǎn)效率高. .（2 2）橫軋：）橫軋： 軋輥軸線與坯料軸線平行軋輥軸線與坯料軸線平行（3 3）斜軋：軋輥軸線與坯料軸線交叉成）斜軋：軋輥軸線與坯料軸線交叉成一定角度一定角度三、拉拔成形三、拉拔成形將金屬坯料通過拉將金屬坯料通過拉拔模的?？?，使之變形的塑性加工方拔模的?？祝怪冃蔚乃苄约庸し椒?。法。包括：線材拉拔、

11、棒料拉拔、型材拉拔、包括：線材拉拔、棒料拉拔、型材拉拔、管材拉拔、異形材拉拔等管材拉拔、異形材拉拔等 第五節(jié)第五節(jié) 特種塑性加工方法特種塑性加工方法一、超塑性成形一、超塑性成形指金屬或合金在特定指金屬或合金在特定條件下（低的變形速率條件下（低的變形速率=10-210-4 1/S、一、一定的變形溫度和均勻的細(xì)晶粒度平均直徑定的變形溫度和均勻的細(xì)晶粒度平均直徑（0.20.5 m），相對延伸率超過），相對延伸率超過100%的的特性。特性。n 主要超塑性材料：主要超塑性材料： 鋅鋁合金、鋁基合金、鋅鋁合金、鋁基合金、 鈦合金、高溫合金鈦合金、高溫合金1 1 超塑性成形工藝的應(yīng)用超塑性成形工藝的應(yīng)用（1

12、 1）板料沖壓）板料沖壓（2 2）板料氣壓成形）板料氣壓成形（3 3）擠壓和模鍛）擠壓和模鍛2 2 超塑性模鍛的工藝特點(diǎn)超塑性模鍛的工藝特點(diǎn)n擴(kuò)大了可鍛金屬材料的種類擴(kuò)大了可鍛金屬材料的種類n金屬填充模膛的性能好金屬填充模膛的性能好n力學(xué)性能均勻一致力學(xué)性能均勻一致n變形抗力小變形抗力小二、旋壓成形二、旋壓成形 一種利用旋壓機(jī)使坯料和模具以一一種利用旋壓機(jī)使坯料和模具以一定的速度旋轉(zhuǎn)并在旋輪的作用下使坯料在定的速度旋轉(zhuǎn)并在旋輪的作用下使坯料在旋輪接觸的部位上產(chǎn)生局部變形旋輪接觸的部位上產(chǎn)生局部變形, ,獲得空心獲得空心回轉(zhuǎn)體的加工方法回轉(zhuǎn)體的加工方法 1.1.普通旋壓普通旋壓特征特征: :厚度

13、基本不變厚度基本不變, , 外徑變化大外徑變化大1)1)拉深旋壓拉深旋壓 2)2)縮徑旋壓縮徑旋壓 3)3)擴(kuò)口旋壓擴(kuò)口旋壓2.2.變薄旋壓變薄旋壓特征特征: :坯料直徑基本不變坯料直徑基本不變, ,壁厚減薄壁厚減薄n錐形變薄旋壓錐形變薄旋壓n筒形變薄旋壓筒形變薄旋壓旋壓的主要優(yōu)點(diǎn)旋壓的主要優(yōu)點(diǎn): :n屬局部變形屬局部變形, ,耗能??；耗能??；n工裝費(fèi)用低；工裝費(fèi)用低；n可加工一些用沖壓方法無法加工的零件；可加工一些用沖壓方法無法加工的零件；n尺寸精度和表面精度好；尺寸精度和表面精度好；n提高材料的力學(xué)性能提高材料的力學(xué)性能. .三、擺動(dòng)輾壓成形三、擺動(dòng)輾壓成形 利用一個(gè)繞中心軸擺動(dòng)的圓錐利用

14、一個(gè)繞中心軸擺動(dòng)的圓錐形模具對坯料局部加壓變形的加工形模具對坯料局部加壓變形的加工方法方法擺動(dòng)旋壓的優(yōu)點(diǎn)擺動(dòng)旋壓的優(yōu)點(diǎn): :n省力省力, ,小設(shè)備可加工大鍛件；小設(shè)備可加工大鍛件；n可加工出厚度可加工出厚度1mm1mm零件；零件；n產(chǎn)品質(zhì)量好；產(chǎn)品質(zhì)量好；n噪聲震動(dòng)小，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械噪聲震動(dòng)小，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化?；?、自動(dòng)化。四、粉末鍛造和液態(tài)模鍛簡介四、粉末鍛造和液態(tài)模鍛簡介1.1.粉末鍛造簡介粉末鍛造簡介2.2.液態(tài)模鍛簡介液態(tài)模鍛簡介主要特點(diǎn)主要特點(diǎn): :n在壓力下結(jié)晶在壓力下結(jié)晶; ;n在壓力下發(fā)生塑性變形在壓力下發(fā)生塑性變形; ;n得到強(qiáng)制補(bǔ)縮得到強(qiáng)制補(bǔ)縮; ;n可形成復(fù)雜模鍛件可形成復(fù)雜模鍛件. .五、高能率成形簡介五、高能率成形簡介1.1.爆炸成形爆炸成形2.2.電液成形電液成形3.3.