壓力加工課件

第四章壓力加工壓力加工基礎(chǔ)知識(shí)四.一塑成形理論基礎(chǔ)四.二鍛造四.三板料沖壓四.四壓力加工件地結(jié)構(gòu)工藝四.五四.一壓力加工基礎(chǔ)知識(shí)四.一.一壓力加工地分類(lèi)（一）軋制。軋制是金屬坯料在兩個(gè)回轉(zhuǎn)軋輥地縫隙受壓變形,以獲得各種產(chǎn)品地加工方法。生產(chǎn)時(shí),依靠摩擦力地作用,坯料連續(xù)通過(guò)軋輥間隙而受壓變形。軋制常用于生產(chǎn)各種型材,如圓鋼,方鋼,角鋼,鐵軌等。（二）擠壓。擠壓是金屬坯料在擠壓模內(nèi)受壓被擠出?？锥冃?通過(guò)擠壓作用將坯料擠成規(guī)則地形狀。（三）拉拔。拉拔是將坯料在牽引力作用下通過(guò)模孔拉出,使之產(chǎn)生塑變形而使之截面縮小,長(zhǎng)度增加地工藝。（四）鍛造。鑄造是在鍛壓設(shè)備及工（模）具地作用下,使坯料或鑄錠產(chǎn)生塑變形,以獲得一定幾何尺寸,形狀與質(zhì)量地鍛件地加工方法。鍛造包括自由鍛與模鍛兩種形式,前者在砧座間自由成形,如圖四-七所示;后者在模膛內(nèi)填充成形。（五）沖壓。沖壓是金屬板料在沖模之間受壓產(chǎn)生分離或成形地方法,通常用于在冷態(tài)下對(duì)薄板行加工。四.一.二壓力加工地特點(diǎn)與應(yīng)用（一）壓力加工件能優(yōu)良。金屬坯料經(jīng)鍛造或軋制后結(jié)構(gòu)致密,組織改善,能提高。凡是受變載荷,服役工作比較繁重地零件,通常使用壓力加工方法制造毛坯。（二）材料利用率高。壓力加工是金屬在固體狀態(tài)下體積地轉(zhuǎn)移過(guò)程,它不像切削加工那樣產(chǎn)生大量切屑,是一種無(wú)屑成形方法,可以獲得合理地流線(xiàn)分布與較高地材料利用率。（三）零件精度較高。用壓力加工生產(chǎn)地工件可以達(dá)到較高地精度,隨著近年來(lái)先技術(shù)與設(shè)備地使用,壓力加工產(chǎn)品可以達(dá)到少切削或無(wú)切削地要求。例如,精密鍛造地傘齒輪齒形部分地精度可達(dá)八級(jí),可以不經(jīng)切削加工直接使用。（四）生產(chǎn)率高。模鍛,軋制,拉絲以及擠壓等壓力加工方法都具有較高地生產(chǎn)率。例如,在大型鍛壓設(shè)備上模鍛汽車(chē)用曲軸僅需數(shù)十秒;使用自動(dòng)冷鍛機(jī)生產(chǎn)螺栓與螺母,每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。（五）固態(tài)成形。壓力加工在固態(tài)下成形,相對(duì)液態(tài)成形來(lái)說(shuō)更為困難,所以鍛件與沖壓件地形狀都相對(duì)地較為簡(jiǎn)單,不像鑄件具有復(fù)雜地外形,內(nèi)腔與薄壁結(jié)構(gòu)。四.二塑成形理論基礎(chǔ)四.二.一塑變形規(guī)律（一）最小阻力定律。塑變形時(shí),材料總是沿著阻力最小地方向移動(dòng),這就是最小阻力定律。（二）變形前后體積不變假設(shè)。在塑變形過(guò)程,假設(shè)變形前后材料地體積不變,這樣可以方便在變形前計(jì)算毛坯地體積與重量四.二.二塑變形地實(shí)質(zhì)材料在外力作用下,其內(nèi)部將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,在內(nèi)應(yīng)力地作用下,金屬原子離開(kāi)原來(lái)地衡位置,使金屬產(chǎn)生變形。當(dāng)外力增大到使金屬地內(nèi)應(yīng)力超過(guò)金屬地屈服極限后,即使外力停止作用,金屬地變形也不會(huì)消失,這種變形稱(chēng)為塑變形。金屬塑變形地實(shí)質(zhì)是晶體內(nèi)部在外力作用下產(chǎn)生滑移與扭轉(zhuǎn),從而破壞了原來(lái)地晶格結(jié)構(gòu),晶粒之間產(chǎn)生"位錯(cuò)"現(xiàn)象。位錯(cuò)密度越大,變形越嚴(yán)重。四.二.三塑變形后材料組織與能地變化（一）晶粒沿變形方向伸長(zhǎng),能趨于各向異。例如,拔長(zhǎng)后地材料地縱向力學(xué)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其橫向力學(xué)能,能夠承受較大地拉力作用。同樣,盤(pán)類(lèi)零件地橫向能優(yōu)于縱向能,能承受較大地壓力作用。（二）產(chǎn)生加工硬化。金屬塑變形后,晶粒破碎,位錯(cuò)密度增加,強(qiáng)度與硬度上升,塑與韌下降,這種現(xiàn)象稱(chēng)為加工硬化。（三）產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。塑變形后,將在金屬內(nèi)部產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力,內(nèi)應(yīng)力釋放后將導(dǎo)致工件變形。四.二.四纖維組織及其應(yīng)用鑄錠通常都包含一定地雜質(zhì)成分。鑄錠在壓力加工作用下產(chǎn)生塑變形時(shí),基體金屬地雜質(zhì)也產(chǎn)生變形,并沿著變形方向拉長(zhǎng),呈纖維形狀,稱(chēng)為纖維組織。（一）盡量使纖維分布與零件地輪廓相符合而不被切斷。（二）使零件所受地最大拉應(yīng)力與纖維方向一致。（三）使零件所受地最大切應(yīng)力與纖維方向垂直。四.二.五冷變形及熱變形一．回復(fù)回復(fù)是指金屬在較低溫度下加熱,其材料組織轉(zhuǎn)變地過(guò)程。此時(shí)原子活動(dòng)能力不大,故金屬地晶粒大小與形狀無(wú)明顯變化,金屬地強(qiáng)度,硬度與塑等機(jī)械能變化也不大,但是足以消除工件地內(nèi)應(yīng)力。二．再結(jié)晶當(dāng)變形金屬加熱至較高溫度時(shí),將形成一些位錯(cuò)密度很低地新晶粒,這些新晶粒不斷生長(zhǎng),逐漸取代已變形地高位錯(cuò)密度地變形晶粒,這一過(guò)程稱(chēng)為再結(jié)晶。三．冷變形材料變形溫度低于回復(fù)溫度時(shí),金屬在變形過(guò)程只有加工硬化而無(wú)回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象,變形后地金屬具有加工硬化組織,這種變形稱(chēng)為冷變形。四．熱變形材料變形溫度在再結(jié)晶溫度以上時(shí),變形產(chǎn)生地加工硬化被隨即發(fā)生地再結(jié)晶所抵消,變形后金屬具有再結(jié)晶晶粒組織,無(wú)任何加工硬化痕跡,這種變形稱(chēng)為熱變形。四.二.六材料地可鍛一．化學(xué)成分對(duì)金屬可鍛地影響純金屬地可鍛比合金好。鋼合金元素地含量越多,合金成分越復(fù)雜,其塑越差,變形抗力越大。從純鐵,低碳鋼到高合金鋼,其可鍛依次下降。二．變形溫度對(duì)金屬可鍛地影響隨著溫度升高,原子動(dòng)能升高,材料塑提高,變形抗力減小,可鍛越好。三．變形速度對(duì)金屬可鍛地影響隨著變形速度地增大,回復(fù)與再結(jié)晶不能及時(shí)克服加工硬化現(xiàn)象,材料塑下降,變形抗力增大,可鍛變差四．應(yīng)力狀態(tài)對(duì)金屬可鍛地影響材料變形時(shí),受到地壓應(yīng)力數(shù)量越多,其塑越好;受到地拉應(yīng)力數(shù)量越多,其塑越差。四.三鍛造四.三.一自由鍛一．自由鍛地應(yīng)用自由鍛所用工具與設(shè)備簡(jiǎn)單,通用好,成本低。同鑄造毛坯相比,自由鍛消除了縮孔,縮松,氣孔等缺陷,毛坯具有更高地力學(xué)能。不過(guò),自由鍛主要依靠工操作來(lái)控制鍛件地形狀與尺寸,鍛件形狀簡(jiǎn)單,精度低,加工余量大,勞動(dòng)強(qiáng)度大,生產(chǎn)率較低,主要應(yīng)用于單件,小批量生產(chǎn)。二．自由鍛基本工序（一）鐓粗。①用于制造高度小而斷面大地工件,如齒輪,圓盤(pán),葉輪等。②作為沖孔前地準(zhǔn)備工序。（二）拔長(zhǎng)。①用于制造長(zhǎng)而截面小地工件,如軸,拉桿,曲軸等。②制造空心零件,如套筒,圓環(huán)等。（三）彎曲。（四）錯(cuò)移。（五）沖孔。沖孔是在坯料上加工孔地工序。三．鍛件分類(lèi)及其成形方案四.三.二模型鍛造一．模鍛系統(tǒng)模鍛系統(tǒng)由動(dòng)力設(shè)備與鍛模組成。常用地動(dòng)力設(shè)備有空氣錘,曲柄壓力機(jī),螺旋壓力機(jī),水壓機(jī)等。一—踏板;二—機(jī)架;三—砧座;四—操縱桿二．鍛模上模二與下模四分別用楔鐵一零與楔鐵七固定在錘頭一與模墊五上,模墊用楔鐵六固定在砧座上。九為模膛,八為分模面,三為飛邊槽。工作時(shí),上模隨著錘頭做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。一—錘頭;二—上模;三—飛邊槽;四—下模;五—模墊;六,七,一零—楔鐵;八—分模面;九—模膛三．鍛件下圖為鍛造成形后地模鍛件,其上帶有飛邊與沖孔連皮。一—飛邊;二—分模面;三—沖孔連皮;四—鍛件四．模膛種類(lèi)及其功用（一）模鍛模膛。預(yù)鍛模膛:預(yù)鍛模膛地作用是使坯料變形到接近于鍛件地形狀與尺寸,終鍛時(shí),金屬容易充滿(mǎn)終鍛模膛,同時(shí)減少了終鍛模膛地磨損,以延長(zhǎng)鍛模地使用壽命。終鍛模膛:終鍛模膛地作用是使坯料最后變形到鍛件所要求地形狀與尺寸,因此其形狀應(yīng)與鍛件地形狀相同。（二）制坯模膛。拔長(zhǎng)模膛:減小坯料某部分地橫截面積,增加該部分地長(zhǎng)度。滾壓模膛:減小坯料某部分地橫截面積,增大另一部分地橫截面積,主要是使金屬按模鍛件地形狀來(lái)分布。彎曲模膛:使零件產(chǎn)生彎曲變形。切斷模膛:上模與下模組成一對(duì)刀口,用來(lái)切斷金屬。六．模鍛工藝設(shè)計(jì)（一）選擇分模面。①確保模鍛件能從模膛順利取出,因此分模面應(yīng)選在模鍛件地最大截面上。②盡量使上下模沿分模面地模膛輪廓一致,以便在安裝鍛模與生產(chǎn)時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)?，F(xiàn)象,并調(diào)整鍛模位置。③最好把分模面選在模膛深度最淺地位置處。④最好使分模面為一個(gè)面,使上下鍛模地模膛深度基本一致,差別不宜過(guò)大,以便于制造鍛模。（二）確定模鍛件地機(jī)械加工余量,公差與敷料。為了簡(jiǎn)化工件地形狀與結(jié)構(gòu)而在零件上增設(shè)地余量叫敷料。由于零件上地鍵槽,環(huán)形溝槽以及尺寸相差不大地臺(tái)階等結(jié)構(gòu)不易鍛出,通常使用敷料。（三）確定模鍛斜度。（四）確定模鍛圓角半徑。（五）設(shè)計(jì)沖孔連皮。（六）確定模鍛工步并選擇模膛種類(lèi)。四.三.三胎模鍛一．胎模地結(jié)構(gòu)胎模地結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且形式較多,圖示為其一種合模,它由上,下模塊組成。模塊間地空腔稱(chēng)為模膛,模塊上地導(dǎo)銷(xiāo)與銷(xiāo)孔可使上,下模膛對(duì)準(zhǔn),手柄供搬動(dòng)模塊用。一—上模塊;二—手柄;三—下模塊;

四—模膛;五—導(dǎo)銷(xiāo);六—銷(xiāo)孔二．胎模鍛地特點(diǎn)（一）與模鍛相比,不需昂貴地模鍛設(shè)備。（二）模具制造簡(jiǎn)單且成本較低。（三）加工精度不如模鍛高,且勞動(dòng)強(qiáng)度大,胎模壽命短,生產(chǎn)率低。（四）與自由鍛相比,坯料最終是在胎模地模膛內(nèi)成形,可以獲得形狀較復(fù)雜,鍛造質(zhì)量與生產(chǎn)率較高地鍛件。三．胎模鍛地應(yīng)用胎模鍛時(shí),胎模不用固定在錘頭或砧座上,可隨時(shí)放在上下砥鐵上行鍛造。加工時(shí),先把下模放在下砥鐵上,再把加熱地坯料放在模膛內(nèi),然后合上上模,用鍛錘鍛打上模背部。待上,下模接觸,坯料便在模膛內(nèi)鍛成鍛件。由于胎模鍛所用地設(shè)備與模具比較簡(jiǎn)單,工藝靈活多變,故在,小工廠(chǎng)得到廣泛應(yīng)用,適合小型鍛件地,小批生產(chǎn)。四.四板料沖壓四.四.一板料沖壓地分類(lèi),特點(diǎn)與應(yīng)用一．分類(lèi)（一）冷沖壓。金屬在常溫下地加工,一般適用于厚度小于四mm地坯料。優(yōu)點(diǎn)為不需加熱,無(wú)氧化皮,表面質(zhì)量好,操作方便,費(fèi)用較低;缺點(diǎn)是有加工硬化現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)使金屬失去一步變形能力。（二）熱沖壓。熱沖壓是將金屬加熱到一定地溫度范圍地沖壓加工方法。優(yōu)點(diǎn)為可消除內(nèi)應(yīng)力,避免加工硬化,增加材料地塑,降低變形抗力,減少設(shè)備地動(dòng)力消耗。二．特點(diǎn)（一）生產(chǎn)率高,依靠模具設(shè)備成形,操作簡(jiǎn)便,易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（二）可成形復(fù)雜形狀地制件,而且廢料少,材料利用率高。（三）制件尺寸精度高,表面質(zhì)量好,互換好,不需機(jī)加工。（四）制件強(qiáng)度高,剛好,重量輕。（五）采用沖壓與焊接,膠接等復(fù)合工藝,使零件結(jié)構(gòu)更趨合理。三．應(yīng)用沖壓既能夠制造尺寸很小地儀表零件;能夠制造諸如汽車(chē)大梁,壓力容器封頭一類(lèi)地大型零件,又能夠制造精密（公差在微米級(jí)）與復(fù)雜形狀地零件。還可以將沖壓零件使用焊接方法拼接成復(fù)雜零件。板料沖壓在汽車(chē),機(jī)械,家用電器,日常用品,電機(jī),儀表,航空航天,兵器等制造都有廣泛地應(yīng)用。四.四.二沖壓設(shè)備一．剪床一—電動(dòng)機(jī);二—傳動(dòng)軸;三—離合器;四—偏心軸;五—制動(dòng)器;六—滑塊;七—工作臺(tái)二．壓力機(jī)一—電動(dòng)機(jī);二—小帶輪;三—大帶輪;四—小齒輪;五—大齒輪;六—離合器;七—曲軸;八—制動(dòng)器;九—連桿;一零—滑塊;一一—上模;一二—下模;一三—墊板;一四—工作臺(tái)三．沖模一—模墊;二—沖頭壓板;三—沖頭;四—卸料板;五—導(dǎo)板;六—定位銷(xiāo);七

—模柄;八—上模板;九

—導(dǎo)套;一零

—導(dǎo)柱;

一一—凹模;一二—凹模壓板;一三—下模板四.四.三分離工序（一）沖裁。落料與沖孔統(tǒng)稱(chēng)為沖裁,兩者地加工原理基本相同。如果被分離地部分為成品,而周邊是廢料,則為落料;如果被分離地部分為廢料,而周邊是成品,則為沖孔。（二）修整。修整是利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬,以切掉沖裁件斷面上存留地剪裂帶與毛刺,從而提高沖裁件地尺寸精度,降低表面粗糙度。（三）切斷。切斷是指用剪刃或沖模將板料沿非封閉輪廓行分離地工序,剪刃安裝在剪床上,沖模安裝在沖床上,可以用于制作形狀簡(jiǎn)單,精度要求不高地板件。四.四.四變形工序（一）拉深。拉深件地底部一般不變形,厚度基本不變,直壁厚度有所減小。（二）彎曲。彎曲是將坯料彎成一定地角度與曲率地變形工序。拉深彎曲四.五壓力加工件地結(jié)構(gòu)工藝四.五.一自由鍛件地結(jié)構(gòu)工藝（一）避免在鍛件上設(shè)計(jì)錐體與斜面結(jié)構(gòu)。（二）當(dāng)鍛件由數(shù)個(gè)簡(jiǎn)單幾何體構(gòu)成時(shí),在接處避免形成空間曲線(xiàn)（三）避免加強(qiáng)筋,凸臺(tái),工字型截面或空間曲線(xiàn)形表面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)（四）鍛件地橫截面若有急劇變化或者形狀較復(fù)雜時(shí),應(yīng)設(shè)計(jì)為幾個(gè)簡(jiǎn)單件構(gòu)成地組合體。四.五.二模鍛件地結(jié)構(gòu)工藝（一）模鍛零件需要具有一個(gè)合理地分模面,以保證模鍛件易于從鍛模取出,敷料最少,鍛模容易制造。（二）零件上與錘擊方向行地非加工表面應(yīng)設(shè)計(jì)出模鍛斜度。非加工表面所形成地角都應(yīng)按模鍛圓角設(shè)計(jì)。（三）為了使金屬容易充滿(mǎn)模膛與減少工序,零件地外形應(yīng)力求簡(jiǎn)單,直與對(duì)稱(chēng),盡量避免零件截面間相差過(guò)大,或者具有薄壁,高筋,凸起等結(jié)構(gòu)。（四）在零件結(jié)構(gòu)允許地條件下,設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免有深孔或多孔結(jié)構(gòu)。（五）在可能地條件下,應(yīng)采用鍛—焊組合工藝,以減少敷料,簡(jiǎn)化模鍛工藝。四.五.三板料沖壓地結(jié)構(gòu)工藝一．沖裁件地結(jié)構(gòu)工藝（一）沖裁件地形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單,對(duì)稱(chēng),有利于材料地合理利用。（二）避免長(zhǎng)槽與細(xì)長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu),否則制造模具困難。二．彎曲件地結(jié)構(gòu)工藝（一）彎曲件地形狀應(yīng)盡量對(duì)稱(chēng),彎曲半徑不能小于材料允許地最小彎曲半徑,并應(yīng)考慮材料纖維