工艺技术-锻压成形工艺课件(ppt 102页)

第 11章 压力加工 概述： 一、压力加工的概念 压力加工 是金属坯料在外力的作用下产生塑性变形， 从而获得一定形状、尺寸和性能的原材料、毛坯或零 件的加工方法。 二、压力加工的特点和应用范围 （ 1）力学性能高：既可以改变材料的形状和尺寸，又能改变材 料的组织和性能。可以压合铸造组织的内部缺陷，使成分均匀， 夹杂物均布，形成纤维组织，细化晶粒。所以， 锻压件的机械性 能好 。近年来，采用形变热处理的方法 (将压力加工与热处理工 艺相结合 )，可同时获得形变强化和相变强化，进 步提高零件 的强韧性。 l （ 2）节省金属：由于提高了金属的力学性能，在同样受力和工 作条件下，可以缩小零件的截面尺寸。 l （ 3）生产率高：多数压力加工方法，特别是轧制、挤压、拉拔 等，金属连续变形，且变形速度很高，故生产率高。 l 压力加工与铸造相比，成本较高，成形较困难，由于是在固态 下成形，无法获得截面形状 (特别是内脏 )复杂的产品。 11-1 压力加工理论基础压力加工理论基础 11-1-1 金属的纤维组织及锻造比金属的纤维组织及锻造比 锻造比：锻造比： 通常用拔长时的通常用拔长时的 变形程度变形程度 来衡量。来衡量。 纤维组织： 热加工使得材料内部的各种可变形的夹杂物 沿塑性变形方向拉长所形成的 流线组织 。 纤维组织的明显程度与 锻造比有关。锻造比有关。 热加工时应力求使 流线合理分布： 最大正应力与纤维方向一致，最大切应 力与纤维方向垂直，并尽可能使纤维方向沿零件的轮廓 分布而不被切断。 滚压成型后螺纹内部的纤维分布 吊钩中的纤维组织 11-1-2 金属的锻造性能 1、金属的锻造性（可锻性） 是衡量材料在利用锻造成型时的难易程度的工艺性能。 它是由材料的 塑性 和 变形抗力 两个因素决定。塑性好， 变形抗力小的材料，锻造性能就好。反之依然。 2、影响金属锻造性的因素 1）金属的本质 a. 化学成分 低碳钢、低合金钢及铝合金锻造性好，高合金钢的 锻造性差，铸铁不能锻造。 b. 组织结构 ：具有细小的晶粒、单相组织、面心立方结构的合 金具有好的锻造性。 2）变形条件 a. 变形温度 :锻造时，必须合理地控制锻造温度范围，即始锻温 度与终锻温度之间的温度间隔，始锻温度是指金属开始锻造时的温 度， 般为锻造时所允许的最高加热温度，终锻温度是指金属停止 锻造时的温度。 在锻造过程中随着温度的降低，工件材料的变形 能力下降，变形抗力增大，下降至终锻温度时，必须停止锻造。重 新加热，以保证材料具有足够的塑性和防止锻裂。 确定锻造温度范用的理论依据主要是合金状态图。 常见加热缺陷有：氧化、脱碳、 过热 、 过烧 和开裂。 过热 :由于加热温度过高或高温下保温时间过长而引起 晶粒粗大的现象。可通过 正火 细化晶粒，恢复锻造性 能。 过烧： 加热温度过高接近金属熔点时，晶界出现氧化 或熔化的现象。加热缺陷无可挽回。 b. 变形速度 : 变形速度 ：指单位 时间内材 料的变形 程度。 变形速 度与锻造 性能的关 系如图 。 l C.应力状态：变形方法不同，在金属中产生的应力状态也 不同，即使同一种变形方式，金属内内部不同位置的应力 状态也可能不同。 l 金属在挤压时三向受压 (图 114(a)， 表现出较高的塑 性和较大的变形抗力；拉拔时两向受压、一向受拉 (图 ll 4(b),表现出较低的塑性和较小的变形抗力；平砧墩粗时 (图 11 4(c) ）， 坯料内部处于三向压应力状态，但侧表面层 在水平方向却处于拉应力状态，因而在工件侧表面容易产 生垂直方向的裂纹。 l 三向受压时金属的塑性最好，出现拉应力则使塑性降低 。因为压应力阻碍了微裂纹的产生和发展，而金属处于拉应 力状态时，内部缺陷处会产生应力集小，使缺陷易于扩展和 导致金属的破坏。因此，选择变形方法时，对于塑性好的金 属，变形时出现拉应力是有利的，可减少变形时的能量消耗 。而对于塑性差的金属材料，应避免在拉应力状态下变形， 尽量采用三向压应力下变形。 在金属变形过程中遵循体积不变和最小阻力定 律（金属变形时首先向阻力最小的方向流动）。 11-1-3 金属的变形规律金属的变形规律 1、体积不变定律、体积不变定律 金属坯料变形后的体积等于变形前的体积。金属坯料变形后的体积等于变形前的体积。 2、最小阻力定律、最小阻力定律 金属变形时首先向阻力最小的方向流动。金属变形时首先向阻力最小的方向流动。 一、概述 1、自由锻的概念 将加热后的坯料放在铁砧上，在压力或冲击力的作用下使其自由变 形获得锻件的方法。 2、自由锻的分类 手工自由锻和机器自由锻。 3、自由锻的特点 坯料的变形不受模具限制，设备和工具的通用性大，锻件的重量不 受限制，是 生产大型锻件的唯一方法 。但是，生产率低，锻件精度 低，加工余量大，只适合于单件小批量生产形状简单件。 11-2 常用锻造方法常用锻造方法 11-2-1 自由锻造自由锻造 二、自由锻设备 1、空气锤 利用电机作动力，结构小，打击速度快，锤击能量小，只适 合于 100Kg以下 小件 的锻造。 2、 蒸汽 -空气锤 以 69个大气压的蒸汽或压缩空气为动力。适合于 中型 或较 大锻件的锻造。 3、水压机 l 利用水泵产生的高压水作动力。具有行程大，变形速度慢， 工件变形均匀等优点，并且产生的是静压力，可制成大吨位 的设备，适合于锻造 大型 锻件。 l 缺点是结构大，供水与操作系统复杂。 l 基本工序有基本工序有 镦粗 、 拔长 、 冲孔 、 弯曲 、切割等。 三、自由锻的基本工序三、自由锻的基本工序 1、绘制锻件图（在零件图基础上考虑 加工余量、 锻件公差、余块 ） 其中余块是指为了简化锻件形状、便 于锻造而增加的一部分金属。 2、选择自由锻工序依据是锻件的形状、尺寸、技术要求和 生产数量。 3、计算坯料质量和尺寸 4、选择锻造设备根据坯料的种类、质量以及锻造基本工序 、设备的锻造能力并结合实际来确定 5、确定锻造温度范围 四、自由锻工艺规程的制订 名词解释 : flange (法兰 ) A protruding rim, edge, rib, or collar, as on a wheel or a pipe shaft, used to strengthen an object, hold it in place, or attach it to another object. 凸缘车轮或管道上突出的边、缘、肋条或环圈，用来增加 物体强度、固定物体或使某一物体附着在另一物体上 . 法兰阀 Tower flange flange .Flange 一、概述 1、模锻的概念 将加热后的坯料放在锻模模膛内受压变形获得锻件的方法。 2、模锻的分类 锤上模锻和其它设备上模锻（曲柄压力机、平锻机、摩擦压力机等 ） 3、模锻的特点 生产率高，锻件形状可以较复杂，锻件尺寸精确，加工余量小，机 械性能好。但是，锻模受较大的冲击力和热疲劳应力，需要专用模 具钢，模具成本高，只适合于大批量生产中小件。 11-2-2 模型锻造模型锻造 1、模锻设备 蒸汽 -空气锤（与自由锻的蒸汽 -空气锤结构工作原理 基本相同）与其它模锻设备相比，模锻锤的打击速度 快（ 68m/s)行程不固定，可在一副锻模的不同模膛 完成多种工序。 缺点：震动大，无顶出装置，只适合于高度较小的 锻件及精度要求不高的锻件的锻造。 2、锻模结构 由带燕尾 上模 和 下模 组成。 锻模模膛 可分为： 制坯模膛 和 模锻模膛 二、 锤上模锻 1）绘制锻件图（选择分模面、加工余量和模锻公 差、连皮、模锻斜度和圆角半径 ） 2）计算坯料质量和尺寸 3）选择模锻工序 4）选择锻造设备 5）确定锻造温度范围 3、模锻工艺规程的制订、模锻工艺规程的制订 选择分模面 确定加工余量、公差、余块和连皮。连皮是指模锻时不 能直接锻出通孔，在该部位留有一层较薄的金属。 确定模锻斜度和圆角半径（便于取出锻件）。 选择模锻工序 变形工序的确定 根据锻件图复杂程度确定，之后设计模膛。 与锤上模锻相比其特点： 1） 滑块行程固定，机身结构刚性大，导轨的导向精度高。 2） 设有上下顶出装置，可自动脱模，故锻件的模锻斜度小 。 3） 变形是在滑块的一次行程中完成，变形比较均匀，力学 性能均匀一致，生产率高 4） 对坯料产生的是静压力，这对变形速度敏感的低塑性材 料的成型更有利。 5） 生产率高，无冲击和震动，故劳动条件好。但设备复杂 ，造价高，需要其它辅助设备。因此主要用于具有现代化 辅助设备的大厂模锻件的大批量生产 。 三、曲柄压力机上模锻 1）摩擦压力机的工作原理 五、摩擦压力机上模锻 2）摩擦压力机锻造的特点及应用范围 ： 摩擦压力机 (图 11l 8)是靠飞轮旋转所积蓄的能量转化 为金属的变形能而进行锻造的。 电动机经带轮、摩擦盘、飞轮和螺杆带动滑块作上 、下往复运动，操纵机构控制左、右摩擦盘分别与飞轮 接触，利用摩擦力改变飞轮转向。 摩擦压力机的行程速度介于模锻锤和曲柄压力机之 间，滑块行程和打击能量均可自由调节，坯料在一 个 模膛内可以多次锤击，能够完成镦粗、成形、弯曲、预 锻等成形工序和校正、精整等后续工序。 摩擦压力机构造简单，投资费用少，工艺适应性广， 但传动效率低，广泛用于中批量生产的小型模锻件，以 及某些低塑性合金锻件。 l 是 介于自由锻与锤上模锻之间的一种锻造方法，兼有 两者的特点，一般先用自由锻方法使坯料预成形，然 后放在胎模中终锻成型。 l 胎模的结构形式很多，常用胎模结构如图 11-20所示。 l 扣模 主要用于非回转体锻件的局部或整体成形； l 筒模 主要用于锻造法兰盘、齿轮坯等回转体盘类零 件； l 合模 由上、下模两部分组成，主要用于锻造形状较 复杂的非回转体锻件。 l 胎模锻造的特点介于自由锻与锤上模锻之间，比自 由锻生产率高，锻件质量较好，锻模简单，生产准备 周期短，广泛用于中、小批量的小型锻件的生产。 五、胎模锻五、胎模锻 l 板料冲压是利用冲模在压力机上对板料施加压力使其变形或分离， 从而获得一定形状、尺寸的零件的加工方法。板料冲压通常在常温 下进行，又称冷冲压，只有当板厚大于 810 mm时才采用热冲压。 l 冲压加工的应用范围广泛，既适用于金属材料，也适用于非金属 材料；既可加工仪表上的小型制件，也可加工汽车覆盖件等大型制 件。在汽车、拖拉机、电器、航空、仪表及日常生活用品等制造行 业中，均占有重要地位。 l 板料冲压具有下列 特点 ： l （ 1）生产率高，操作简便，便于实现机械化和自动化； l （ 2）产品质量好：尺寸精度和表面质量较高。互换性好，一般不 须进一步加工。 l （ 3）板料利用率高：可冲制复杂的零件，废料少 。 11-3 板料冲压 板料冲压的基本工序可分为：板料冲压的基本工序可分为： 分离工序 和 成形（变形） 工序 两大类。 1、分离工序 利用利用 冲模使 冲压件与冲压件与 板料分离的工序。包括 剪切 、 冲孔 、落料 等。 剪切 ：使板料沿不封闭的轮廓分离。 冲孔、落料 （冲裁） ：使板料沿封闭的轮廓分离。如果 落下去的是零件，周边是废料为 落料 ，反之为 冲孔 。 11-3-1 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序 分离变形过程及影响分离质量的因素 分离变形过程包括 弹性变形 、 塑性变形 、 断裂 三个阶段 。 断口区域包括： 塌角 、 光亮带 、 断裂带 和 毛刺 等 4部分。 间隙： 过大或过小都将使上下裂纹不重合，毛刺增大 。 刃口尺寸： 设计落料模时， 应先按落料件确定凹模刃 口尺寸，取凹模作设计基准件，然后根据 间隙确定凸模尺寸，即用缩小凸模刃口尺 寸来保证间隙值 ； 设计冲孔模时， 应先按 冲孔 件确定凸模刃口 尺寸，取凸模作设计基准件，然后根据间隙 确定凹模尺寸，即用扩大凹模刃口尺寸来保 证间隙值。 使板料的一部分相对于另一部分产生位移的工序，即 板料只产生塑性变形而不破裂。 如 弯曲、拉深、翻边、旋压、成形 等工序。 2、成形工序 l 2.弯曲 l 弯曲是将板料、型材或管材弯成一定角度或弧度的工序 。 l 板料弯曲时，内侧金属受切向压应力，产生压缩变形； 外层金属受切向拉应力，产生伸长变形，表现为图 1129所 示的板料上矩形网格发生变化。当拉应力超过材料的抗拉强 度时，即会造成金属破裂。坯料厚度 t 越大 ,弯曲半径 r 越 小，材料所受的内应力就越大，越容易弯裂 。因此， 必须控制最小弯曲半径，通常取 (0.251)t。 材料塑性好时 取下限。 l 弯曲时还应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直 (图 1120)， 亦即使材料所受的拉应力与纤维方向一致，否则容 易产生破裂。 3. 拉 深 拉深是将板料变形为中空形状零件的工序，可以生产筒形 、锥形、球形、方盒形以及其他非规则形状的中空零件 (图 1132)。 拉深过程为，在凸模作用下，板料被拉入凸模和凹模的 间隙中，形成中空零件。其凸缘和凸模圆角部位变形最大。 凸缘部分在圆周切线方向受压应力，压应力过大时，会发生 折皱 (图 ll34) ，坯料厚度愈小，拉探深度 H愈大，愈容易产 生折皱。为防止折皱，可采用有压板拉深 (图 1135 )，凸模圆 角部位承受筒