金屬的塑性成形方法(趙)

第三篇

金屬壓力加工

概述

5．模型鍛造一、金屬塑性成形（壓力加工）金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的毛坯或零件的生產(chǎn)方法。二、塑性成形的基本生產(chǎn)方式

1．軋制2．擠壓3．拉拔4．自由鍛造6．板料沖壓上砥鐵下砥鐵坯料1）零件大小不受限制；2）生產(chǎn)批量不受限制。三、塑性成形（壓力加工）的特點1．力學性能高1）組織致密；2）晶粒細化；3）壓合鑄造缺陷；4）使纖維組織合理分布。2．節(jié)約材料1）力學性能高，承載能力提高；2）減少零件制造中的金屬消耗（與切削加工相比）。

3．生產(chǎn)率高4．適用范圍廣§1金屬的塑性成形原理

各種壓力加工方法，都是通過對金屬材料施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形來實現(xiàn)的。單晶體的塑性變形形式主要有滑移。第一章

金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)

一、金屬塑性變形的實質(zhì)1.單晶體的塑性變形滑移：晶體的一部分相對一部分沿一定的晶面發(fā)生相對滑動。ττττ要實現(xiàn)上述鋼性滑移，從理論上計算所需的外力比實際上測得的要大幾千倍。所以實際金屬的滑移是靠位錯的移動來實現(xiàn)的。位錯運動引起塑性變形的示意圖2.多晶體的塑性變形晶內(nèi)變形晶間變形滑移滑動轉(zhuǎn)動多晶體塑性變形的實質(zhì)：晶粒內(nèi)部發(fā)生滑移；同時晶粒之間發(fā)生滑移和轉(zhuǎn)動。二、塑性變形后金屬的組織和性能1.冷變形及其影響1）組織變化的特征：①晶粒沿變形最大方向伸長；②晶格與晶粒均發(fā)生畸變；③晶粒間產(chǎn)生碎晶。2）性能變化的特征：加工硬化：隨著變形程度的增加，其強度和硬度不斷提高，塑性和韌性不斷下降。有利：強化金屬材料不利：進一步的塑性變形帶來困難2.回復(fù)T回=（0.25~0.3）T熔3.再結(jié)晶T再

=（0.35~0.4）T熔T再冷變形熱變形以上以下(K)(K)4.熱變形及其影響1）不產(chǎn)生加工硬化2）使組織得到改善，提高了力學性能①細化晶粒；②壓合了鑄造缺陷；3）形成纖維組織③組織致密。5.纖維組織（1）在平行于纖維組織的方向上：材料的抗拉強度提高（2）在垂直于纖維組織的方向上：材料的抗剪強度提高§2金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)一、金屬的可鍛性是金屬材料在壓力加工時成形的難易程度。1.可鍛性的衡量指標1）塑性：2）變形抗力：材料的塑性越好，其可鍛性越好。是指壓力加工過程中變形金屬作用于施壓工具表面單位面積上的壓力，材料的變形抗力越小，其可鍛性越好。2.影響可鍛性的因素1）金屬的本質(zhì)①化學成分：含形成碳化物的金屬越低，材料的可鍛性越好。②組織狀態(tài)：純金屬和固溶體具有良好的可鍛性。2）變形條件①變形溫度：③應(yīng)力狀態(tài)：②變形速度：塑性、變形抗力塑性變形抗力T溫越高，材料的可鍛性越好。V變越小，材料的可鍛性越好。三向壓應(yīng)力—塑性最好、變形抗力最大。三向拉應(yīng)力—塑性最差、變形抗力最大。三、金屬的變形規(guī)律1.體積不變定律2.最小阻力定律二、鍛造溫度范圍始鍛溫度：終鍛溫度：過熱、過燒

缺陷加工硬化45:1200℃~800℃第二章

鍛造§2-1鍛造方法一、自由鍛造

1設(shè)備鍛錘壓力機空氣錘蒸汽—空氣錘水壓機油壓機65~750Kg630Kg~5T落下部分總重量=活塞+錘頭+錘桿滑塊運動到下始點時所產(chǎn)生的最大壓力鍛錘噸位=壓力機噸位=二、自由鍛基本工序基本工序—完成鍛件基本變形和成形的工序。H完全礅粗局部礅粗，S1.25≤H0/D0≤2.53.沖孔：4.彎曲：5.扭轉(zhuǎn)：6.錯移：1.礅粗：2.拔長：，SL芯軸拔長芯軸擴孔三、自由鍛工藝規(guī)程的制定1.鍛件圖的繪制1）余量：在零件加工表面上為切削加工而增加的尺寸。2）公差3）敷料：為了簡化零件的形狀和結(jié)構(gòu)、便于鍛造而增加的一部分金屬。2.坯料重量和尺寸的計算G坯

=G鍛+G料頭+G芯料+G燒是鍛件名義尺寸的允許變動量（1/3~1/4）余量四、自由鍛件結(jié)構(gòu)工藝性1.避免斜面和錐度2.避免曲面相交3.避免加強筋和凸臺4.采用組合工藝§2-2模型鍛造模型鍛造—將金屬坯料放在具有一定形狀的模鍛模膛內(nèi)受壓、變形，獲得鍛件的方法。特點：1）生產(chǎn)率高；2）鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量高；3）材料利用率高；4）可鍛造形狀較復(fù)雜的零件；5）模具成本高、設(shè)備昂貴；6）鍛件不能任意大。一般不得超過150kg。一、錘上模鍛（一）錘上模鍛設(shè)備蒸汽—空氣模鍛捶（二）鍛模結(jié)構(gòu)鍛模模膛飛邊槽—形成鍛件基本形狀和尺寸的空腔?！菁{多余的金屬。（三）模膛的分類模膛模鍛模膛制坯模膛終鍛模膛預(yù)鍛模膛延伸模膛滾壓模膛彎曲模膛切斷模膛（四）鍛模工藝規(guī)程的制定1.繪制鍛件圖1）分模面的選擇①分模面應(yīng)選在鍛件的最大截面處；②分模面的選擇應(yīng)使模膛淺而對稱；③分模面的選擇應(yīng)使鍛件上所加敷料最少；④分模面應(yīng)最好是平直面。2)確定加工余量、公差和敷料加工余量：1~4mm公差：0.3~3mm3）設(shè)計模鍛斜度外壁斜度：5~70內(nèi)壁斜度：7~1204）設(shè)計模鍛圓角外圓角：r=1.5~12mm內(nèi)圓角：R=（2~3）r5）確定沖孔連皮2.確定模鍛工序1）基本工序圓盤類零件：鐓粗預(yù)鍛終鍛長桿類零件：制坯預(yù)鍛終鍛2）修正工序切邊；沖孔；校正；熱處理；清理。（五）模鍛件結(jié)構(gòu)工藝性1.易于從鍛模中取出鍛件；2.零件的外形應(yīng)力求簡單、對稱、平直；3.避免薄壁、高筋、凸起等結(jié)構(gòu)；4.避免設(shè)計深孔、多孔結(jié)構(gòu)；5.采用鍛焊組合工藝。二、胎模鍛造利用自由鍛設(shè)備在活動模具上生產(chǎn)模鍛件的方法。1.扣模2.筒模3.合模應(yīng)用：沒有模鍛設(shè)備的中、小型鍛件的批量生產(chǎn)?！?板料沖壓利用沖模對金屬板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形獲得所需零件的工藝方法。冷沖壓：t<8mm拖拉機：400多個。玉米收割機：1000多個。一、沖壓設(shè)備1.剪床：2.沖床：下料設(shè)備沖壓設(shè)備1）開式?jīng)_床2）閉式?jīng)_床3.4.1

分離工序

分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序。如落料、沖孔、切斷、精沖等。二、沖壓基本工序及變形特點（一）分離工序使坯料的一部分相對另一部分產(chǎn)生分離的工序。（沖孔、落料、修正、剪切、切邊等）1.沖裁（落料、沖孔）1）沖裁的變形過程①彈性變形階段②塑性變形階段③斷裂、分離階段塑性變形階段彈性變形階段斷裂分離階段使坯料沿封閉輪廓分離的工序。12341塌角區(qū)2光亮帶區(qū)3剪裂帶區(qū)4毛刺2）沖裁模設(shè)計及沖裁工藝特點①凸凹模要具有鋒利的刃口②凸凹模間隙要合理Z雙邊間隙Z=（5%~10%）t凸凹模間隙對沖裁件質(zhì)量的影響當間隙過小時，如圖示，外表尺寸略有增大，內(nèi)腔尺寸略有縮小（彈性回復(fù)）。光面寬度增加，塌角、毛刺、斜度等都有所減小，工件質(zhì)量較高。當間隙過大時，如圖示，斷面光面減小，塌角與斜度增大，形成厚而大的拉長毛刺，且難以去除，同時沖裁的翹曲現(xiàn)象嚴重。外形尺寸縮小，內(nèi)腔尺寸增大，模具壽命較高。當間隙合適時，如圖所示，這時光面約占板厚的1/2～1/3左右，切斷面的塌角、毛刺和斜度均很小。零件的尺寸幾乎與模具一致，完全可以滿足使用要求。間隙小間隙大間隙適中③凸凹模刃口尺寸要正確落料：以凹模為設(shè)計基準D凹

=d落D凸=D凹

-ZD凸

=d孔D凹=D凸

+Z沖孔：以凸模為設(shè)計基準④排樣要合理排樣：沖裁件在板料上的布置方式。有接邊排樣少無接邊排樣122.修正利用修正模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬，切掉剪裂帶和毛刺。提高其尺寸精度降低表面粗糙度。

IT9-IT7Ra=1.6-0.8цm（二）變形工序使坯料的一部分相對一部分產(chǎn)生位移而不被破壞的工序。（拉深、彎曲、翻邊、成形等）D1.拉深使坯料在凸模的作用下壓入凹模，獲得空心體零件的沖壓工序。1）拉深變形過程ddh2）拉深廢品①拉裂（拉穿）②起皺3）拉深模設(shè)計及工藝特點①凸凹模的工作部分必須具有一定的圓角；r凹=10tr凸=（0.6-1）r凹②凸凹模間隙要合理Z=（1.1-1.2）tZ—單邊間隙③控制拉深系數(shù)（m）m=d/D=（0.5-0.8）D=100d=20；h=42d1=55d2=3232/55=0.58d3=2020/32=0.628④設(shè)置壓邊圈⑤涂潤滑油2.彎曲將平直板料彎成一定的角度或圓弧的工序。1）彎曲的變形特點①變形區(qū)域主要在圓角部位；②外層金屬受拉應(yīng)力，內(nèi)層金屬受壓應(yīng)力。2）彎曲缺陷彎裂3）彎曲工藝特點①彎曲半徑r≥rmin=（0.25-1）t；②

彎曲線應(yīng)盡量與坯料纖維方向垂直；③“回彈”問題a）設(shè)計補償角b）對工件進行退火c）設(shè)計加強筋3.翻邊、成形1）翻邊在帶孔的平坯料上用擴孔的方法獲得凸緣的工序。2）成形包括：起伏、脹形、壓印等三、沖模的分類及結(jié)構(gòu)1.簡單沖模2.連續(xù)沖模3.復(fù)合沖模沖床在一次行程中只完成一個沖壓工序。沖床在一次行程中在不同的工位同時只完成兩個以上的沖壓工序。沖床在一次行程中在同一工位同時完成兩個以上的沖壓工序。四、沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性1.沖壓方法對結(jié)構(gòu)工藝性的要求1）對沖裁件的要求①沖裁件的形狀應(yīng)力求簡單、對稱，有利于材料的合理利用；②應(yīng)避免細長槽和細長臂結(jié)構(gòu)；

③沖裁件的內(nèi)外轉(zhuǎn)角處，應(yīng)盡量避免尖角。工序圓弧角最小圓角半徑黃銅、紫銅、鋁低碳鋼合金鋼落料0.24×t0.35×t0.30×t0.50×t0.45×t0.70×t沖孔0.20×t0.45×t0.35×t0.60×t0.50×t0