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機(jī)械工程材料成型及工藝192022/10/28機(jī)械工程材料成型及工藝19機(jī)械工程材料成型及工藝192022/10/22機(jī)械工程材料成1本次課的內(nèi)容前言壓力加工基礎(chǔ)理論常用鍛造方法(自由鍛造)自由鍛零件結(jié)構(gòu)的工藝性機(jī)械工程材料成型及工藝19本次課的內(nèi)容前言機(jī)械工程材料成型及工藝192前言利用外力使金屬產(chǎn)生塑性變形,來(lái)獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法稱為金屬壓力加工。壓力加工的種類有:
軋制、拉拔、擠壓、鍛造、板料沖壓
機(jī)械工程材料成型及工藝19前言利用外力使金屬產(chǎn)生塑性變形,來(lái)獲得具有一3機(jī)械工程材料成型及工藝19機(jī)械工程材料成型及工藝194壓力加工的特點(diǎn)與鑄造相比,壓力加工的特點(diǎn)是:1.金屬鑄錠經(jīng)塑性變形后,金屬的各種力學(xué)性能得到提高;2.沖壓件又具有重量輕、精度高、剛性好等優(yōu)點(diǎn);3.對(duì)于形狀復(fù)雜、尤其是內(nèi)腔形狀復(fù)雜的零件,從制造工藝上鍛件遠(yuǎn)不及鑄件容易實(shí)現(xiàn);4.鍛件的成本比鑄件高,材料利用率等方面也不如鑄件;5.然而,從鍛件力學(xué)性能的提高,鍛造流線更加與受力條件相適應(yīng),在同樣受力條件下,零件的幾何尺寸可以縮小的角度看,又可以大大降低原材料的使用量,延長(zhǎng)零件的使用壽命,節(jié)約金屬。機(jī)械工程材料成型及工藝19壓力加工的特點(diǎn)與鑄造相比,壓力加工的特點(diǎn)是:機(jī)械工程5●金屬塑性變形理論,對(duì)于單晶體是由于金屬原子某晶面兩側(cè)受切應(yīng)力作用產(chǎn)生相對(duì)滑移,或晶體的部分晶格相對(duì)于某晶面沿一定方向發(fā)生切變,即滑移理論和孿生理論。
熱加工后組織性能變化:⒈粗大晶粒被擊碎成細(xì)晶粒組織,改善了機(jī)械性能。⒉鑄態(tài)組織中的疏松、氣孔經(jīng)熱塑變形后被壓實(shí)或焊合。⒊晶粒被拉長(zhǎng),非金屬雜物被擊碎,沿被拉長(zhǎng)的晶粒界分布,形成纖維組織(流線)。
壓力加工基礎(chǔ)理論機(jī)械工程材料成型及工藝19●金屬塑性變形理論,對(duì)于單晶體是由于金屬原子某晶面兩側(cè)6變形程度越大,纖維組織越明顯。壓力加工中常用鍛造比y來(lái)表示變形程度。拔長(zhǎng)時(shí)鍛造比y拔=A0/A纖維組織很穩(wěn)定,不能(難以)用熱處理方法來(lái)消除。只有經(jīng)過(guò)鍛壓來(lái)改變其方向、形狀。機(jī)械工程材料成型及工藝19變形程度越大,纖維組織越明顯。機(jī)械工程材料成型及工藝197在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí),應(yīng)使最大正應(yīng)力的方向于纖維方向重合,最大切應(yīng)力的方向于纖維方向垂直。盡量使纖維組織不被切斷。機(jī)械工程材料成型及工藝19在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí),應(yīng)使最大正應(yīng)力的方向于纖維方向重合,8金屬的塑性變形規(guī)律1.體積不變條件
由于塑性變形時(shí)金屬密度的變化很小,所以可認(rèn)為變形前后的體積相等。此假設(shè)稱為體積不變條件。
2.最小阻力定律
最小阻力定律是描述塑性變形流動(dòng)規(guī)律的一種理論,如果物體在變形過(guò)程中其質(zhì)點(diǎn)有向各種方向移動(dòng)的可能性時(shí),則物體各質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向移動(dòng)。一般,金屬內(nèi)某一質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)阻力最小的方向是通過(guò)該質(zhì)點(diǎn)向金屬變形部分的周邊所作的法線方向。機(jī)械工程材料成型及工藝19金屬的塑性變形規(guī)律1.體積不變條件
由于塑性變形9金屬的可鍛性●金屬的可鍛性:材料經(jīng)受壓力加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)制品難易程度的工藝性能?!窨慑懶缘暮饬浚核苄裕〝嗝媸湛s率ψ,伸長(zhǎng)率δ),變形抗力。塑性好,變形抗力小則可鍛性好?!窨慑懶匀Q于:金屬本質(zhì)和加工條件。機(jī)械工程材料成型及工藝19金屬的可鍛性●金屬的可鍛性:材料經(jīng)受壓力加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)制品難10一、金屬的本質(zhì)
⒈化學(xué)成分的影響純金屬的可鍛性比合金好;有些元素可使可鍛性顯著下降(如鉻,鎢,釩等)。鋼的含碳量越低,可鍛性越好,⒉金屬組織的影響
*組織不同,可鍛性有很大差異;
*純金屬、固溶體(如奧氏體)可鍛性好;碳化物可鍛性差;*鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒不如晶粒細(xì)小均勻。機(jī)械工程材料成型及工藝19一、金屬的本質(zhì)機(jī)械工程材料成型及工藝1911二、加工條件⒈變形溫度的影響
*溫度↑→原子的運(yùn)動(dòng)能力↑→容易滑移→塑性↑→變形抗力↓→可鍛性改善.過(guò)熱:超過(guò)一定溫度,晶粒急劇長(zhǎng)大,鍛造性能↓,機(jī)械性能↓。已過(guò)熱工件可通過(guò)鍛造,控制冷卻速度,熱處理,使晶粒細(xì)化。
過(guò)燒:接近材料熔化溫度,晶間的低熔點(diǎn)物質(zhì)開始熔化,且晶界上形成氧化層。金屬失去鍛造性能,一擊便碎,無(wú)法挽回。
機(jī)械工程材料成型及工藝19二、加工條件機(jī)械工程材料成型及工藝1912*鍛造溫度:始鍛溫度:碳鋼比AE線低200C°左右終鍛溫度:800C°過(guò)低難于鍛造,若強(qiáng)行鍛造,將導(dǎo)致鍛件破裂報(bào)廢。機(jī)械工程材料成型及工藝19*鍛造溫度:機(jī)械工程材料成型及工藝1913⒉變形速度的影響
變形速度--單位時(shí)間的變形程度
*變形速度u=dε/dtε—變形程度
*變形速度u↑⒊應(yīng)力狀態(tài)影響三向應(yīng)力中,壓力應(yīng)力數(shù)目愈多,則塑性越好。塑性↓.變形抗力↑熱能↑→塑性↑,變形抗力↓機(jī)械工程材料成型及工藝19⒉變形速度的影響塑性↓.變形抗力↑熱能↑→塑性↑,變形抗力↓14機(jī)械工程材料成型及工藝19機(jī)械工程材料成型及工藝1915常用鍛造方法一、自由鍛
*自由鍛是利用沖擊力或壓力使金屬在上、下兩個(gè)砧鐵之間變形。從而獲得所需形狀及尺寸的鍛件。在重型機(jī)械中,自由鍛是生產(chǎn)大型鍛件和特大型鍛件唯一成型的方法。
*金屬沿變形方向可以自由流動(dòng),不受限制。
*自由鍛設(shè)備:鍛錘依靠沖擊力使金屬變形,只能鍛造中小鍛件。液壓機(jī):依靠靜壓力使金屬變形,可加工大型鍛件。其中水壓機(jī)可產(chǎn)生很大作用力,是重型機(jī)械廠鍛造生產(chǎn)的主要設(shè)備。機(jī)械工程材料成型及工藝19常用鍛造方法一、自由鍛機(jī)械工程材料成型及工藝1916自由鍛工序⑴基本工序鐓粗:適于餅塊類,盤套類拔長(zhǎng):適于軸類、桿類拔長(zhǎng)、鐓粗經(jīng)常交替反復(fù)使用。有時(shí)一頭鐓粗,另一頭拔長(zhǎng)。(通孔、盲孔)沖孔,常用方法:鐓粗—沖孔鐓粗—沖孔—擴(kuò)孔彎曲:工件軸線產(chǎn)生一定曲率。扭轉(zhuǎn):某一部分相對(duì)于另一部分轉(zhuǎn)一定角度。錯(cuò)移:坯料的一部分相對(duì)于另一部分平移錯(cuò)開的工序,例如曲軸。切割:分割坯料,或去除鍛件余量的工序。⑵輔助工序:在基本工序之前的預(yù)變形工序如壓肩、壓鉗口等。⑶精整工序:完成基本工序之后,用以提高鍛件尺寸和形狀精度的工序。
機(jī)械工程材料成型及工藝19自由鍛工序機(jī)械工程材料成型及工藝1917二、模鍛(簡(jiǎn)單介紹)
*在壓力或沖擊力作用下,金屬坯料在鍛模模膛內(nèi)變形,從而獲得鍛件的工藝方法。此法生產(chǎn)的鍛件尺寸精確、加工余量較小,結(jié)構(gòu)也可較復(fù)雜,生產(chǎn)率高。
*按使用設(shè)備不同分為:錘上模鍛、胎模鍛等。⒈錘上模鍛
*錘上模鍛所用設(shè)備為模鍛錘。通常為蒸氣-空氣錘。對(duì)形狀復(fù)雜鍛件,先在制坯模膛內(nèi)初步成形,然后在模鍛模膛內(nèi)鍛造。
機(jī)械工程材料成型及工藝19二、模鍛(簡(jiǎn)單介紹)機(jī)械工程材料成型及工藝1918⑴模鍛模膛i)終鍛模膛—作用:使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀、尺寸?!叽绫儒懠叽绶糯笠粋€(gè)收縮量,鋼件約為1.5%?!闹苡酗w邊槽,用以增加金屬?gòu)哪L胖辛鞒鲎枇?,促使金屬充滿模膛,容納多余的金屬?!獩_孔連皮:無(wú)法加工通孔而留下的一薄層金屬。ii)預(yù)鍛模膛—作用:使坯料變形到接近于鍛件的形狀尺寸,使終鍛時(shí),金屬容易充滿終鍛模膛。延長(zhǎng)終鍛模膛的使用壽命?!坎淮?,形狀簡(jiǎn)單時(shí)可不設(shè)預(yù)鍛模膛?!獏^(qū)別:預(yù)鍛模膛的圓角、斜度較大,沒(méi)有飛邊槽。終鍛模膛的圓角、斜度較小,有飛邊槽。機(jī)械工程材料成型及工藝19⑴模鍛模膛機(jī)械工程材料成型及工藝1919⑵制坯模膛*對(duì)形狀復(fù)雜的模鍛件,為使坯料形狀基本接近模鍛件形狀,使金屬能合理分布和很好地充滿模鍛模膛,就必須預(yù)先在制坯模鏜內(nèi)制坯,因而設(shè)制坯模膛。i)拔長(zhǎng)模膛增加某一部分長(zhǎng)度。ii)滾壓模膛減小某部分橫截面積,以增大另一部分橫截面積,坯料長(zhǎng)度基本不變。iii)彎曲模膛彎曲工件。iv)切斷模膛切斷金屬。此外還有成型模鏜,鐓粗臺(tái),擊扁面等制坯模鏜。
機(jī)械工程材料成型及工藝19⑵制坯模膛機(jī)械工程材料成型及工藝1920鍛造工藝規(guī)程的制訂(自學(xué))一、繪制鍛件圖繪制鍛件圖是以零件圖為基礎(chǔ),結(jié)合鍛造工藝特點(diǎn)繪制而成的。⒈敷料、余量及公差*敷料:為簡(jiǎn)化零件的形狀和結(jié)構(gòu),便于鍛造而增加的一部分金屬為敷料。*余量:零件表面為切削加工而增加的尺寸稱余量。
*鍛件公差:是鍛件名義尺寸的允許變動(dòng)量。查表而定。*自由鍛鍛件圖:圖2-25⒉分模面
*分模面:上下模鍛在模鍛件上的分界面,關(guān)系到鍛件成型,鍛件出模,材料利用率,鍛模加工等一系列問(wèn)題。
*選分模面原則:1)應(yīng)保證模鍛件能從模腔中取出來(lái)。圖3-26a-a2)應(yīng)使上、下兩模沿分模面的模腔輪廓一致。圖3-26b-b3)分模面應(yīng)選在能使模腔深度最淺的位置上。圖3-26b-b4)使敷料最少。5)分模面最好是一個(gè)平面。圖3-26中d-d面最合理。機(jī)械工程材料成型及工藝19鍛造工藝規(guī)程的制訂(自學(xué))一、繪制鍛件圖機(jī)械工程材料成型21⒊模鍛斜度*模鍛件上平行于錘擊方向(垂直于分模面)的表面必須有斜度,以便取出鍛件。模鍛斜度與模鏜深度和寬度有關(guān)。內(nèi)側(cè)斜度比外側(cè)稍大些。圖3-27模鍛斜度⒋模鍛圓角半徑*所有交角均做成圓角,可以易于充滿模膛,避免尖角處產(chǎn)生裂紋,減緩鍛件外尖角處的磨損。*鍛件內(nèi)圓角R,鍛件外圓角r見圖。圖3-28圓角半徑*圓角半徑為1,1.5,2,3,4,5,6,8,10,12,15,20等標(biāo)準(zhǔn)值。⒌沖孔連皮*孔徑大于25mm,該孔應(yīng)鍛出;孔徑為25~80時(shí),沖孔連皮厚度取4~8mm。*孔徑小于25mm或孔深大于沖頭直徑3倍時(shí),只壓出凹穴。圖3-29機(jī)械工程材料成型及工藝19⒊模鍛斜度機(jī)械工程材料成型及工藝1922二、坯料重量和尺寸的確定
*坯料重量G坯G坯=G鍛+G燒損+G料頭式中:G鍛—鍛件重量G燒損—坯料因加熱氧化而燒損G料頭—在鍛造過(guò)程中被沖掉或被切掉的金屬*鍛造比對(duì)于以鋼錠為坯料時(shí),并采用拔長(zhǎng)時(shí),鍛造比不小于2.5~3。軋材為坯料時(shí),鍛造比可取1.3~1.5。三、鍛造工序(工步)的確定
*自由鍛、按P98表3-1定
*模鍛—長(zhǎng)軸:常用拔長(zhǎng)、滾壓、彎曲、預(yù)鍛、終鍛等,小型長(zhǎng)軸常采用一根棒料鍛幾個(gè)鍛件,模鍛件采用周期軋制材料作坯料時(shí)可省去拔長(zhǎng)滾壓等工步。圖3-30圖3-31用軋制坯料模鍛—短軸:常用鐓粗、預(yù)鍛、終鍛等。圖3-32四、鍛造工藝規(guī)程中的其它內(nèi)容
*始鍛溫度和終煅溫度(P95圖3-8)
*加熱規(guī)范、冷卻規(guī)范、對(duì)高合金鋼尤為重要,以防因熱應(yīng)力引起變形或開裂。機(jī)械工程材料成型及工藝19二、坯料重量和尺寸的確定機(jī)械工程材料成型及工藝1923鍛件結(jié)構(gòu)的工藝性(重點(diǎn))一、自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性自由鍛件不要有錐體,或斜面結(jié)構(gòu)圖3-33軸類鍛件結(jié)構(gòu)
幾何體的交接處不應(yīng)形成空間曲線圖3-34桿類鍛件結(jié)構(gòu)
機(jī)械工程材料成型及工藝19鍛件結(jié)構(gòu)的工藝性(重點(diǎn))一、自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性機(jī)械工程材料24自由鍛件上不應(yīng)設(shè)計(jì)出加強(qiáng)筋、凸臺(tái)、工字形截面或空間曲線形表面圖3-35盤類鍛件結(jié)構(gòu)自由鍛件橫截面若有急劇變化或形狀較復(fù)雜時(shí),應(yīng)設(shè)計(jì)成有幾個(gè)簡(jiǎn)單件構(gòu)成的組合體,再焊接或機(jī)械連接方法連接。圖3-36復(fù)雜件結(jié)構(gòu)機(jī)械工程材料成型及工藝19自由鍛件上不應(yīng)設(shè)計(jì)出自由鍛件橫截面若有急劇變機(jī)械工程25第三節(jié)板料沖壓*板料沖壓又叫冷沖,但δ>8~10mm時(shí)用熱沖*特點(diǎn):
(1)可沖形狀復(fù)雜的零件,且廢料少。 (2)高精度,低粗糙度,零件互換性好。(3)重量輕,耗材少,強(qiáng)度剛度較好。(4)操作簡(jiǎn)單,生產(chǎn)率高。
*常用的材料:低碳鋼、銅合金、鋁合金等塑性好的材料。*常用設(shè)備:剪床和沖床。*基本工序:1、分離工序2、變形工序。
機(jī)械工程材料成型及工藝19第三節(jié)板料沖壓*板料沖壓又叫冷沖,但δ>8~10mm26一、落料及沖孔(統(tǒng)稱沖裁)*落料——落下部分為成品。*沖孔——落下部分為廢品。1、沖裁變形過(guò)程
(1)彈性變形階段
§3.1分離工序
機(jī)械工程材料成型及工藝19一、落料及沖孔(統(tǒng)稱沖裁)§3.1分離工序機(jī)械工程材料成型27(2)塑性變形階段板料中的應(yīng)力值達(dá)到屈服極限,板料金屬產(chǎn)生塑性變形,產(chǎn)生硬化,凹凸模刃口處硬化加劇,出現(xiàn)裂紋。(3)斷裂分離階段上下裂縫重合,板料分離。分離面的質(zhì)量主要和下列有關(guān):a.間隙有關(guān)b.刃口鋒利c.模具有關(guān)d.材料有關(guān)e.板厚有關(guān)……2、凹凸模間隙間隙影響:斷面質(zhì)量,模具壽命,卸料力,推件力,沖裁力,工件尺寸精度間隙過(guò)大:裂縫錯(cuò)開,邊緣粗糙。卸料力,推件力小。間隙過(guò)小:上下裂縫錯(cuò)開,邊緣粗糙。磨損嚴(yán)重。間隙可按下式計(jì)算: c=mδ δ---板料厚度。m----系數(shù)。機(jī)械工程材料成型及工藝19機(jī)械工程材料成型及工藝19283、凹凸模刃口尺寸的確定落料—以凹模刃口尺寸作為基準(zhǔn),根據(jù)間隙的大小確定凸模尺寸。(凹模尺寸等于零件的尺寸)沖孔—以凸模為基準(zhǔn),有間隙確定凹模的尺寸,即凸模尺寸同零件尺寸??紤]磨損:落料凹模尺寸靠近零件公差范圍內(nèi)的最小尺寸沖孔凸模尺寸靠近零件公差范圍內(nèi)的最大尺寸4、沖裁件的排樣排樣應(yīng)使廢料最少。排料有‘無(wú)搭邊和有搭邊’兩種類型。
noticea、前三圖是“有搭邊”優(yōu)點(diǎn)是毛刺小,且在同一平面上,尺寸準(zhǔn)確。b、D圖“無(wú)搭邊”毛刺不在同一平面上。尺寸不易準(zhǔn)確。機(jī)械工程材料成型及工藝19noticea、前三圖是“有搭邊”優(yōu)點(diǎn)是毛刺小,且在同一平面29二、修整修整——沿外緣或內(nèi)孔刮削一層金屬。機(jī)理與切削相似,與沖裁不同。精度——IT6~I(xiàn)T7,粗糙度Ra0.8~1.6。修整量——單邊修整量一般為板厚δ的10%,小間隙沖裁件為δ的8%修整量較多時(shí),或板厚δ>3mm,均需要多次修整。模具間隙——單邊取0.001~0.01mm.也可為負(fù)間隙。三、切斷
切斷——是指用剪刃或沖模將板料沿不封閉的輪廓進(jìn)行分離的工序。機(jī)械工程材料成型及工藝19二、修整修整——沿外緣或內(nèi)孔刮削一層金屬。機(jī)理與切削相似,三30一、拉深1、拉深過(guò)程底部金屬一般不變性,只起傳遞拉力作用,厚度基本不變,坯料外徑D與內(nèi)徑d之間的環(huán)形部分金屬切向受壓應(yīng)力的作用,形成拉深件的直壁,直壁的厚度有所減少。
§3.2變形工序
機(jī)械工程材料成型及工藝19一、拉深§3.2變形工序機(jī)械工程材料成型及工藝19312.拉深中的廢品拉深件主要受拉應(yīng)力,應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)度極限時(shí)出現(xiàn)廢品,最危險(xiǎn)處是直壁和園角的過(guò)渡處。拉穿現(xiàn)象與下列現(xiàn)象有關(guān):(1)凸凹模的園角半徑有關(guān),對(duì)鋼件取r凹=10δ,r凸=(0.6~1)r凹。(2)凹凸模的間隙:拉深的間隙較大,一般取單邊間隙C=(1.1~1.2)δ。間隙過(guò)?。耗Σ亮Υ?,易拉穿工件、擦傷表面模具壽命低。間隙過(guò)大:易使工件起皺。(3)拉深系數(shù)mm=d/Dm越小,越易產(chǎn)生廢品,一般取m=0.5~0.8,塑性好取下限0.5,塑性差取上限0.8拉深系數(shù)過(guò)小,應(yīng)分多次拉深,每一兩次中間安排退火,以消除加工硬化,多次拉深時(shí)m應(yīng)漸增,使m=m1×m2×m3……機(jī)械工程材料成型及工藝192.拉深中的廢品機(jī)械工程材料成型32(4)潤(rùn)滑可減少摩擦、降低拉應(yīng)力和減少模具的磨損。(5)拉深的另一種缺陷是起皺,可用壓邊解決。機(jī)械工程材料成型及工藝19(4)潤(rùn)滑機(jī)械工程材料成型及工藝19333.旋壓有些空心的回轉(zhuǎn)體還可用選的方法制造,生產(chǎn)率較低,用于中小批量的生產(chǎn).二、彎曲彎曲過(guò)程中,板料的內(nèi)側(cè)受壓,外側(cè)受拉,今拉應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度時(shí),金屬破裂內(nèi)萬(wàn)半徑r越小越易破裂。機(jī)械工程材料成型及工藝193.旋壓機(jī)械工程材料成型及工藝1934彎曲時(shí)盡量使彎曲線垂直于纖維,以免破裂。彎曲后要回彈,一般回彈較為0?~10?,事先要注意。機(jī)械工程材料成型及工藝19彎曲時(shí)盡量使彎曲線垂直于纖維,以免破裂。彎曲后要回彈,一般回35三、翻邊*翻邊—在帶孔的平面料上用擴(kuò)孔的辦法獲得凸緣的工序。
*凸模園角半徑r凸=(4~9)δ*翻邊系數(shù)ko=do/ddo—翻邊前的孔徑。d—翻邊后的內(nèi)孔尺寸。Ko—翻邊系數(shù),鍍錫板Ko不小于0.65,酸洗板Ko不小于0.68*凸緣高度較大時(shí),可先拉深、后沖孔、在翻邊。機(jī)械工程材料成型及工藝19三、翻邊機(jī)械工程材料成型及工藝1936小結(jié)重點(diǎn)要求壓力加工的基礎(chǔ)理論;自由鍛零件結(jié)構(gòu)工藝性。一般要求自由鍛工藝規(guī)程的制訂。機(jī)械工程材料成型及工藝19小結(jié)重點(diǎn)要求機(jī)械工程材料成型及工藝1937演講完畢,謝謝聽講!再見,seeyouagain3rew2022/10/28機(jī)械工程材料成型及工藝19演講完畢,謝謝聽講!再見,seeyouagain3rew38機(jī)械工程材料成型及工藝192022/10/28機(jī)械工程材料成型及工藝19機(jī)械工程材料成型及工藝192022/10/22機(jī)械工程材料成39本次課的內(nèi)容前言壓力加工基礎(chǔ)理論常用鍛造方法(自由鍛造)自由鍛零件結(jié)構(gòu)的工藝性機(jī)械工程材料成型及工藝19本次課的內(nèi)容前言機(jī)械工程材料成型及工藝1940前言利用外力使金屬產(chǎn)生塑性變形,來(lái)獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法稱為金屬壓力加工。壓力加工的種類有:
軋制、拉拔、擠壓、鍛造、板料沖壓
機(jī)械工程材料成型及工藝19前言利用外力使金屬產(chǎn)生塑性變形,來(lái)獲得具有一41機(jī)械工程材料成型及工藝19機(jī)械工程材料成型及工藝1942壓力加工的特點(diǎn)與鑄造相比,壓力加工的特點(diǎn)是:1.金屬鑄錠經(jīng)塑性變形后,金屬的各種力學(xué)性能得到提高;2.沖壓件又具有重量輕、精度高、剛性好等優(yōu)點(diǎn);3.對(duì)于形狀復(fù)雜、尤其是內(nèi)腔形狀復(fù)雜的零件,從制造工藝上鍛件遠(yuǎn)不及鑄件容易實(shí)現(xiàn);4.鍛件的成本比鑄件高,材料利用率等方面也不如鑄件;5.然而,從鍛件力學(xué)性能的提高,鍛造流線更加與受力條件相適應(yīng),在同樣受力條件下,零件的幾何尺寸可以縮小的角度看,又可以大大降低原材料的使用量,延長(zhǎng)零件的使用壽命,節(jié)約金屬。機(jī)械工程材料成型及工藝19壓力加工的特點(diǎn)與鑄造相比,壓力加工的特點(diǎn)是:機(jī)械工程43●金屬塑性變形理論,對(duì)于單晶體是由于金屬原子某晶面兩側(cè)受切應(yīng)力作用產(chǎn)生相對(duì)滑移,或晶體的部分晶格相對(duì)于某晶面沿一定方向發(fā)生切變,即滑移理論和孿生理論。
熱加工后組織性能變化:⒈粗大晶粒被擊碎成細(xì)晶粒組織,改善了機(jī)械性能。⒉鑄態(tài)組織中的疏松、氣孔經(jīng)熱塑變形后被壓實(shí)或焊合。⒊晶粒被拉長(zhǎng),非金屬雜物被擊碎,沿被拉長(zhǎng)的晶粒界分布,形成纖維組織(流線)。
壓力加工基礎(chǔ)理論機(jī)械工程材料成型及工藝19●金屬塑性變形理論,對(duì)于單晶體是由于金屬原子某晶面兩側(cè)44變形程度越大,纖維組織越明顯。壓力加工中常用鍛造比y來(lái)表示變形程度。拔長(zhǎng)時(shí)鍛造比y拔=A0/A纖維組織很穩(wěn)定,不能(難以)用熱處理方法來(lái)消除。只有經(jīng)過(guò)鍛壓來(lái)改變其方向、形狀。機(jī)械工程材料成型及工藝19變形程度越大,纖維組織越明顯。機(jī)械工程材料成型及工藝1945在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí),應(yīng)使最大正應(yīng)力的方向于纖維方向重合,最大切應(yīng)力的方向于纖維方向垂直。盡量使纖維組織不被切斷。機(jī)械工程材料成型及工藝19在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí),應(yīng)使最大正應(yīng)力的方向于纖維方向重合,46金屬的塑性變形規(guī)律1.體積不變條件
由于塑性變形時(shí)金屬密度的變化很小,所以可認(rèn)為變形前后的體積相等。此假設(shè)稱為體積不變條件。
2.最小阻力定律
最小阻力定律是描述塑性變形流動(dòng)規(guī)律的一種理論,如果物體在變形過(guò)程中其質(zhì)點(diǎn)有向各種方向移動(dòng)的可能性時(shí),則物體各質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向移動(dòng)。一般,金屬內(nèi)某一質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)阻力最小的方向是通過(guò)該質(zhì)點(diǎn)向金屬變形部分的周邊所作的法線方向。機(jī)械工程材料成型及工藝19金屬的塑性變形規(guī)律1.體積不變條件
由于塑性變形47金屬的可鍛性●金屬的可鍛性:材料經(jīng)受壓力加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)制品難易程度的工藝性能?!窨慑懶缘暮饬浚核苄裕〝嗝媸湛s率ψ,伸長(zhǎng)率δ),變形抗力。塑性好,變形抗力小則可鍛性好?!窨慑懶匀Q于:金屬本質(zhì)和加工條件。機(jī)械工程材料成型及工藝19金屬的可鍛性●金屬的可鍛性:材料經(jīng)受壓力加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)制品難48一、金屬的本質(zhì)
⒈化學(xué)成分的影響純金屬的可鍛性比合金好;有些元素可使可鍛性顯著下降(如鉻,鎢,釩等)。鋼的含碳量越低,可鍛性越好,⒉金屬組織的影響
*組織不同,可鍛性有很大差異;
*純金屬、固溶體(如奧氏體)可鍛性好;碳化物可鍛性差;*鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒不如晶粒細(xì)小均勻。機(jī)械工程材料成型及工藝19一、金屬的本質(zhì)機(jī)械工程材料成型及工藝1949二、加工條件⒈變形溫度的影響
*溫度↑→原子的運(yùn)動(dòng)能力↑→容易滑移→塑性↑→變形抗力↓→可鍛性改善.過(guò)熱:超過(guò)一定溫度,晶粒急劇長(zhǎng)大,鍛造性能↓,機(jī)械性能↓。已過(guò)熱工件可通過(guò)鍛造,控制冷卻速度,熱處理,使晶粒細(xì)化。
過(guò)燒:接近材料熔化溫度,晶間的低熔點(diǎn)物質(zhì)開始熔化,且晶界上形成氧化層。金屬失去鍛造性能,一擊便碎,無(wú)法挽回。
機(jī)械工程材料成型及工藝19二、加工條件機(jī)械工程材料成型及工藝1950*鍛造溫度:始鍛溫度:碳鋼比AE線低200C°左右終鍛溫度:800C°過(guò)低難于鍛造,若強(qiáng)行鍛造,將導(dǎo)致鍛件破裂報(bào)廢。機(jī)械工程材料成型及工藝19*鍛造溫度:機(jī)械工程材料成型及工藝1951⒉變形速度的影響
變形速度--單位時(shí)間的變形程度
*變形速度u=dε/dtε—變形程度
*變形速度u↑⒊應(yīng)力狀態(tài)影響三向應(yīng)力中,壓力應(yīng)力數(shù)目愈多,則塑性越好。塑性↓.變形抗力↑熱能↑→塑性↑,變形抗力↓機(jī)械工程材料成型及工藝19⒉變形速度的影響塑性↓.變形抗力↑熱能↑→塑性↑,變形抗力↓52機(jī)械工程材料成型及工藝19機(jī)械工程材料成型及工藝1953常用鍛造方法一、自由鍛
*自由鍛是利用沖擊力或壓力使金屬在上、下兩個(gè)砧鐵之間變形。從而獲得所需形狀及尺寸的鍛件。在重型機(jī)械中,自由鍛是生產(chǎn)大型鍛件和特大型鍛件唯一成型的方法。
*金屬沿變形方向可以自由流動(dòng),不受限制。
*自由鍛設(shè)備:鍛錘依靠沖擊力使金屬變形,只能鍛造中小鍛件。液壓機(jī):依靠靜壓力使金屬變形,可加工大型鍛件。其中水壓機(jī)可產(chǎn)生很大作用力,是重型機(jī)械廠鍛造生產(chǎn)的主要設(shè)備。機(jī)械工程材料成型及工藝19常用鍛造方法一、自由鍛機(jī)械工程材料成型及工藝1954自由鍛工序⑴基本工序鐓粗:適于餅塊類,盤套類拔長(zhǎng):適于軸類、桿類拔長(zhǎng)、鐓粗經(jīng)常交替反復(fù)使用。有時(shí)一頭鐓粗,另一頭拔長(zhǎng)。(通孔、盲孔)沖孔,常用方法:鐓粗—沖孔鐓粗—沖孔—擴(kuò)孔彎曲:工件軸線產(chǎn)生一定曲率。扭轉(zhuǎn):某一部分相對(duì)于另一部分轉(zhuǎn)一定角度。錯(cuò)移:坯料的一部分相對(duì)于另一部分平移錯(cuò)開的工序,例如曲軸。切割:分割坯料,或去除鍛件余量的工序。⑵輔助工序:在基本工序之前的預(yù)變形工序如壓肩、壓鉗口等。⑶精整工序:完成基本工序之后,用以提高鍛件尺寸和形狀精度的工序。
機(jī)械工程材料成型及工藝19自由鍛工序機(jī)械工程材料成型及工藝1955二、模鍛(簡(jiǎn)單介紹)
*在壓力或沖擊力作用下,金屬坯料在鍛模模膛內(nèi)變形,從而獲得鍛件的工藝方法。此法生產(chǎn)的鍛件尺寸精確、加工余量較小,結(jié)構(gòu)也可較復(fù)雜,生產(chǎn)率高。
*按使用設(shè)備不同分為:錘上模鍛、胎模鍛等。⒈錘上模鍛
*錘上模鍛所用設(shè)備為模鍛錘。通常為蒸氣-空氣錘。對(duì)形狀復(fù)雜鍛件,先在制坯模膛內(nèi)初步成形,然后在模鍛模膛內(nèi)鍛造。
機(jī)械工程材料成型及工藝19二、模鍛(簡(jiǎn)單介紹)機(jī)械工程材料成型及工藝1956⑴模鍛模膛i)終鍛模膛—作用:使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀、尺寸?!叽绫儒懠叽绶糯笠粋€(gè)收縮量,鋼件約為1.5%?!闹苡酗w邊槽,用以增加金屬?gòu)哪L胖辛鞒鲎枇?,促使金屬充滿模膛,容納多余的金屬?!獩_孔連皮:無(wú)法加工通孔而留下的一薄層金屬。ii)預(yù)鍛模膛—作用:使坯料變形到接近于鍛件的形狀尺寸,使終鍛時(shí),金屬容易充滿終鍛模膛。延長(zhǎng)終鍛模膛的使用壽命?!坎淮?,形狀簡(jiǎn)單時(shí)可不設(shè)預(yù)鍛模膛?!獏^(qū)別:預(yù)鍛模膛的圓角、斜度較大,沒(méi)有飛邊槽。終鍛模膛的圓角、斜度較小,有飛邊槽。機(jī)械工程材料成型及工藝19⑴模鍛模膛機(jī)械工程材料成型及工藝1957⑵制坯模膛*對(duì)形狀復(fù)雜的模鍛件,為使坯料形狀基本接近模鍛件形狀,使金屬能合理分布和很好地充滿模鍛模膛,就必須預(yù)先在制坯模鏜內(nèi)制坯,因而設(shè)制坯模膛。i)拔長(zhǎng)模膛增加某一部分長(zhǎng)度。ii)滾壓模膛減小某部分橫截面積,以增大另一部分橫截面積,坯料長(zhǎng)度基本不變。iii)彎曲模膛彎曲工件。iv)切斷模膛切斷金屬。此外還有成型模鏜,鐓粗臺(tái),擊扁面等制坯模鏜。
機(jī)械工程材料成型及工藝19⑵制坯模膛機(jī)械工程材料成型及工藝1958鍛造工藝規(guī)程的制訂(自學(xué))一、繪制鍛件圖繪制鍛件圖是以零件圖為基礎(chǔ),結(jié)合鍛造工藝特點(diǎn)繪制而成的。⒈敷料、余量及公差*敷料:為簡(jiǎn)化零件的形狀和結(jié)構(gòu),便于鍛造而增加的一部分金屬為敷料。*余量:零件表面為切削加工而增加的尺寸稱余量。
*鍛件公差:是鍛件名義尺寸的允許變動(dòng)量。查表而定。*自由鍛鍛件圖:圖2-25⒉分模面
*分模面:上下模鍛在模鍛件上的分界面,關(guān)系到鍛件成型,鍛件出模,材料利用率,鍛模加工等一系列問(wèn)題。
*選分模面原則:1)應(yīng)保證模鍛件能從模腔中取出來(lái)。圖3-26a-a2)應(yīng)使上、下兩模沿分模面的模腔輪廓一致。圖3-26b-b3)分模面應(yīng)選在能使模腔深度最淺的位置上。圖3-26b-b4)使敷料最少。5)分模面最好是一個(gè)平面。圖3-26中d-d面最合理。機(jī)械工程材料成型及工藝19鍛造工藝規(guī)程的制訂(自學(xué))一、繪制鍛件圖機(jī)械工程材料成型59⒊模鍛斜度*模鍛件上平行于錘擊方向(垂直于分模面)的表面必須有斜度,以便取出鍛件。模鍛斜度與模鏜深度和寬度有關(guān)。內(nèi)側(cè)斜度比外側(cè)稍大些。圖3-27模鍛斜度⒋模鍛圓角半徑*所有交角均做成圓角,可以易于充滿模膛,避免尖角處產(chǎn)生裂紋,減緩鍛件外尖角處的磨損。*鍛件內(nèi)圓角R,鍛件外圓角r見圖。圖3-28圓角半徑*圓角半徑為1,1.5,2,3,4,5,6,8,10,12,15,20等標(biāo)準(zhǔn)值。⒌沖孔連皮*孔徑大于25mm,該孔應(yīng)鍛出;孔徑為25~80時(shí),沖孔連皮厚度取4~8mm。*孔徑小于25mm或孔深大于沖頭直徑3倍時(shí),只壓出凹穴。圖3-29機(jī)械工程材料成型及工藝19⒊模鍛斜度機(jī)械工程材料成型及工藝1960二、坯料重量和尺寸的確定
*坯料重量G坯G坯=G鍛+G燒損+G料頭式中:G鍛—鍛件重量G燒損—坯料因加熱氧化而燒損G料頭—在鍛造過(guò)程中被沖掉或被切掉的金屬*鍛造比對(duì)于以鋼錠為坯料時(shí),并采用拔長(zhǎng)時(shí),鍛造比不小于2.5~3。軋材為坯料時(shí),鍛造比可取1.3~1.5。三、鍛造工序(工步)的確定
*自由鍛、按P98表3-1定
*模鍛—長(zhǎng)軸:常用拔長(zhǎng)、滾壓、彎曲、預(yù)鍛、終鍛等,小型長(zhǎng)軸常采用一根棒料鍛幾個(gè)鍛件,模鍛件采用周期軋制材料作坯料時(shí)可省去拔長(zhǎng)滾壓等工步。圖3-30圖3-31用軋制坯料模鍛—短軸:常用鐓粗、預(yù)鍛、終鍛等。圖3-32四、鍛造工藝規(guī)程中的其它內(nèi)容
*始鍛溫度和終煅溫度(P95圖3-8)
*加熱規(guī)范、冷卻規(guī)范、對(duì)高合金鋼尤為重要,以防因熱應(yīng)力引起變形或開裂。機(jī)械工程材料成型及工藝19二、坯料重量和尺寸的確定機(jī)械工程材料成型及工藝1961鍛件結(jié)構(gòu)的工藝性(重點(diǎn))一、自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性自由鍛件不要有錐體,或斜面結(jié)構(gòu)圖3-33軸類鍛件結(jié)構(gòu)
幾何體的交接處不應(yīng)形成空間曲線圖3-34桿類鍛件結(jié)構(gòu)
機(jī)械工程材料成型及工藝19鍛件結(jié)構(gòu)的工藝性(重點(diǎn))一、自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性機(jī)械工程材料62自由鍛件上不應(yīng)設(shè)計(jì)出加強(qiáng)筋、凸臺(tái)、工字形截面或空間曲線形表面圖3-35盤類鍛件結(jié)構(gòu)自由鍛件橫截面若有急劇變化或形狀較復(fù)雜時(shí),應(yīng)設(shè)計(jì)成有幾個(gè)簡(jiǎn)單件構(gòu)成的組合體,再焊接或機(jī)械連接方法連接。圖3-36復(fù)雜件結(jié)構(gòu)機(jī)械工程材料成型及工藝19自由鍛件上不應(yīng)設(shè)計(jì)出自由鍛件橫截面若有急劇變機(jī)械工程63第三節(jié)板料沖壓*板料沖壓又叫冷沖,但δ>8~10mm時(shí)用熱沖*特點(diǎn):
(1)可沖形狀復(fù)雜的零件,且廢料少。 (2)高精度,低粗糙度,零件互換性好。(3)重量輕,耗材少,強(qiáng)度剛度較好。(4)操作簡(jiǎn)單,生產(chǎn)率高。
*常用的材料:低碳鋼、銅合金、鋁合金等塑性好的材料。*常用設(shè)備:剪床和沖床。*基本工序:1、分離工序2、變形工序。
機(jī)械工程材料成型及工藝19第三節(jié)板料沖壓*板料沖壓又叫冷沖,但δ>8~10mm64一、落料及沖孔(統(tǒng)稱沖裁)*落料——落下部分為成品。*沖孔——落下部分為廢品。1、沖裁變形過(guò)程
(1)彈性變形階段
§3.1分離工序
機(jī)械工程材料成型及工藝19一、落料及沖孔(統(tǒng)稱沖裁)§3.1分離工序機(jī)械工程材料成型65(2)塑性變形階段板料中的應(yīng)力值達(dá)到屈服極限,板料金屬產(chǎn)生塑性變形,產(chǎn)生硬化,凹凸模刃口處硬化加劇,出現(xiàn)裂紋。(3)斷裂分離階段上下裂縫重合,板料分離。分離面的質(zhì)量主要和下列有關(guān):a.間隙有關(guān)b.刃口鋒利c.模具有關(guān)d.材料有關(guān)e.板厚有關(guān)……2、凹凸模間隙間隙影響:斷面質(zhì)量,模具壽命,卸料力,推件力,沖裁力,工件尺寸精度間隙過(guò)大:裂縫錯(cuò)開,邊緣粗糙。卸料力,推件力小。間隙過(guò)?。荷舷铝芽p錯(cuò)開,邊緣粗糙。磨損嚴(yán)重。間隙可按下式計(jì)算: c=mδ δ---板料厚度。m----系數(shù)。機(jī)械工程材料成型及工藝19機(jī)械工程材料成型及工藝19663、凹凸模刃口尺寸的確定落料—以凹模刃口尺寸作為基準(zhǔn),根據(jù)間隙的大小確定凸模尺寸。(凹模尺寸等于零件的尺寸)沖孔—以凸模為基準(zhǔn),有間隙確定凹模的尺寸,即凸模尺寸同零件尺寸??紤]磨損:落料凹模尺寸靠近零件公差范圍內(nèi)的最小尺寸沖孔凸模尺寸靠近零件公差范圍內(nèi)的最大尺寸4、沖裁件的排樣排樣應(yīng)使廢料最少。排料有‘無(wú)搭邊和有搭邊’兩種類型。
noticea、前三圖是“有搭邊”優(yōu)點(diǎn)是毛刺小,且在同一平面上,尺寸準(zhǔn)確。b、D圖“無(wú)搭邊”毛刺不在同一平面上。尺寸不易準(zhǔn)確。機(jī)械工程材料成型及工藝19noticea、前三圖是“有搭邊”優(yōu)點(diǎn)是毛刺小,且在同一平面67二、修整修整——沿外緣或內(nèi)孔刮削一層金屬。機(jī)理與切削相似,
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