机械制造基础教案第3章塑性成形

1、 机械制造基础 课程教案授课时间第 周 星期 第 节课次授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排8授课题目（教学章、节或主题）：第三章 塑性成形教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1 *熟悉金属塑性变形及对金属组织和性能的影响，金属的锻造性能及其影响因素。2 掌握自由锻和锤上模锻的特点及工艺过程，能绘制简单锻件图。了解其他模锻方法的特点，对典型锻件具有较合理的选用锻造方法的能力。3 熟悉板料冲压的特点、工艺过程及应用。4 具有分析、小型零件锻造和冲压结构工艺性的初步能力。5. 了解精密模锻、零件的轧制、挤压和精密冲压等加工方法的特点和应用。教学重点及难点：重点：冷

2、、热塑性变形对金属的结构组织、性能的影响。金属的可锻性及影响因素；自由锻工艺规程内容和要求，自由锻件的结构设计；模锻的特点、板料冲压的特点、应用难点：冷、热塑性变形对金属的结构组织、性能的影响教 学 基 本 内 容方法及手段第三章 塑性成型概 述一、金属塑性成形（压力加工）金属材料在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。二、塑性成形的基本生产方式1轧制 ；2挤压；3拉拔；4自由锻造；5模型锻造；6板料冲压课程教案（续）教 学 基 本 内 容方法及手段上砥铁下砥铁坯料三、塑性成形（压力加工）的特点1力学性能高1）组织致密；2）晶粒细化；3）压合铸造缺陷；

3、4）使纤维组织合理分布。2节约材料1）力学性能高，承载能力提高；2）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。3生产率高4适用范围广1）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。1 金属塑性成形工艺基础§1 金属的塑性成形原理一、金属塑性变形的实质1.单晶体的塑性变形1）滑移：晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对滑动。2）孪晶：晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。滑移2. 多晶体的塑性变形多晶体塑性变形的实质：晶内变形晶粒内部发生滑移和孪晶；同时晶粒之间发生滑移和转动。孪晶晶间变形滑动转动二、塑性变形后金属的组织和性能1.冷变形及其影响1）组织变化的特征：晶粒沿变形

4、最大方向伸长；晶格与晶粒均发生畸变；晶粒间产生碎晶。2）性能变化的特征：加工硬化：随着变形程度的增加，其强度和硬度不断提高，塑性和韧性不断下降。有利：强化金属材料。不利：进一步的塑性变形带来困难。2. 回复T回 = （0.250.3）T熔 （K）3. 再结晶T再 = （0.350.4）T熔 （K）冷变形以下以上热变形T再4 . 热变形及其影响1）不产生加工硬化2）使组织得到改善，提高了力学性能 细化晶粒； 压合了铸造缺陷； 组织致密。3）形成纤维组织5 . 纤维组织 塑性变形时所形成的杂质带。使材料性能具有了方向性。（1）在平行于纤维组织的方向上：材料的抗拉强度提高（2）在垂直于纤维组织的方向

5、上：材料的抗剪强度提高§2 金属塑性成形工艺基础一、金属的可锻性是金属材料在压力加工时成形的难易程度。1 . 可锻性的衡量指标1）塑性：材料的塑性越好，其可锻性越好。2）变形抗力：材料的变形抗力越小，其可锻性越好。2 . 影响可锻性的因素1）金属的本质化学成分：Me越低，材料的可锻性越好。组织状态：纯金属和固溶体具有良好的可锻性。2）变形条件变形温度：T温越高，材料的可锻性越好。变形速度：V变越小，材料的可锻性越好。应力状态：三向压应力 塑性最好、变形抗力最大。 三向拉应力 塑性最差、变形抗力最大。二、锻造温度范围始锻温度：过热、过烧 缺陷终锻温度：加工硬化45: 1200800三、

6、金属的变形规律1. 体积不变定律2. 最小阻力定律2 金属的塑性成形方法§2-1 自由锻造一、自由锻设备65750Kg空气锤锻锤630Kg5T蒸汽空气锤水压机压力机油压机锻锤吨位 =落下部分总重量 = 活塞+锤头+锤杆。压力机吨位 =滑块运动到下始点时所产生的最大压力。二、自由锻基本工序基本工序 完成锻件基本变形和成形的工序。1. 礅粗：H减小；F增大。1.25H0/D02.52. 拔长：F减小；L增大。3. 冲孔：4. 弯曲：5. 扭转：6. 错移：三、自由锻工艺规程的制定1. 锻件图的绘制1）机械加工余量2）公差：（1/31/4）余量3）敷料2. 坯料重量和尺寸的计算G坯 = （

7、1+k）G锻K 消耗系数G坯 = G锻+G料头+G芯料+G烧拔长：Y=F坯/F锻 镦粗：Y=H坯/H锻 1.25H0/D02.5所以： 圆截面坯料：所以：长轴类锻件：3 . 锻造工序的选择轴、杆类零件：镦粗、拔长筒类零件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长盘类、环类零件：镦粗（拔长及镦粗）、冲孔（芯轴上扩孔）4 . 锻造温度范围及加热火次的确定5 . 锻造设备的选择6 . 确定工时 7 . 填写工艺卡四、自由锻件结构工艺性1. 避免斜面和锥度2. 避免曲面相交3. 避免加强筋和凸台4. 采用组合工艺§2-2 模型锻造模型锻造 将金属坯料放在具有一定形状的模锻模膛内受压、变形，获得锻件的方法。特

8、点：1）生产率高；2）锻件的尺寸精度和表面质量高；3）材料利用率高；4）可锻造形状较复杂的零件；5）模具成本高、设备昂贵；6）锻件不能任意大。一般不得超过150kg。一、锤上模锻（一）锤上模锻设备：蒸汽空气模锻捶（二）锻模结构增加金属流动的阻力，促使金属充满模膛。锻模模膛飞边槽桥部：形成锻件基本形状和尺寸的空腔。仓部：容纳多余的金属。（三）模膛的分类终锻模膛模锻模膛预锻模膛模膛延伸模膛滚压模膛制坯模膛弯曲模膛切断模膛（四）锻模工艺规程的制定1. 绘制锻件图1）分模面的选择分模面应选在锻件的最大截面处；分模面的选择应使模膛浅而对称；分模面的选择应使锻件上所加敷料最少；分模面应最好是平直面。2)确

9、定加工余量、公差和敷料加工余量：14mm；公差：0.33mm3）设计模锻斜度外壁斜度：57 0；内壁斜度：712 0。4）设计模锻圆角外圆角：r = 1.512mm；内圆角：R=（23）r5）确定冲孔连皮2. 确定模锻工序1）基本工序圆盘类零件：镦粗 预锻 终锻长杆类零件：制坯 预锻 终锻2）修正工序切边；冲孔；校正；热处理；清理。（五）模锻件结构工艺性1. 易于从锻模中取出锻件；2. 零件的外形应力求简单、对称、平直；3. 避免薄壁、高筋、凸起等结构；4. 避免设计深孔、多孔结构；5. 采用锻焊组合工艺。二、胎模锻造利用自由锻设备在活动模具上生产模锻件的方法。1. 扣模2. 筒模3. 合模应

10、用：没有模锻设备的中、小型锻件的批量生产。§3 板料冲压利用冲模对金属板料施加压力，使其产生分离或变形获得所需零件的工艺方法。冷冲压：t < 8 mm拖拉机：400多个；三米收割机：1000多个。一、冲压设备1. 剪床：下料设备1）斜刃剪；2）平刃剪；3）圆盘剪2. 冲床：冲压设备1）开式冲床；2）闭式冲床二、冲压基本工序及变形特点（一）分离工序使坯料的一部分相对另一部分产生分离的工序（冲孔、落料、修正、剪切、切边等）。1. 冲裁（落料、冲孔）使坯料沿封闭轮廓分离的工序。1）冲裁的变形过程弹性变形阶段塑性变形阶段断裂、分离阶段43弹性变形阶段断裂分离阶段21塑性变形阶段剪裂带区

11、；3光亮带区；2塌角区；1毛刺42）冲裁模设计及冲裁工艺特点 凸凹模要具有锋利的刃口； 凸凹模间隙要合理；Z 双边间隙；Z = （5%10%）t凸凹模刃口尺寸要正确；落料：为制得件2。以凹模为设计基准。1D凹 = d落；D凸= D凹 - Z冲孔：为制得件1。以凸模为设计基准。D凸 = d孔；D凹 = D凸 + Z 排样要合理2排样：冲裁件在板料上的布置方式。a）有接边排样；b）少无接边排样。3）冲裁力： （N）L 冲裁件周边长度（mm）；K 安全系数（1.3）；t 坯料的抗剪强度（N/mm2）。t 坯料厚度（mm）；2 . 修正利用修正模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，切掉剪裂带和毛刺。提高

12、其尺寸精度降低表面粗糙度。IT9-IT7 Ra = 1.6-0.8 mm（二）变形工序使坯料的一部分相对另一部分产生位移而不被破坏的工序（拉深、弯曲、翻边、成形等）。1拉深使坯料在凸模的作用下压入凹模，获得空心体零件的冲压工序。2）拉深废品 拉裂（拉穿）； 起皱3）拉深模设计及工艺特点 凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角；r凹=10t r凸=（0.6-1）r凹。 凸凹模间隙要合理Z =（1.1-1.2）t；Z 单边间隙 控制拉深系数（m）；m = d/D =（0.5-0.8） 设置压边圈 涂润滑油2. 弯曲将平直板料弯成一定的角度或圆弧的工序。1）弯曲的变形特点 变形区域主要在圆角部位； 外层

13、金属受拉应力，内层金属受压应力2）弯曲缺陷：弯裂3）弯曲工艺特点弯曲半径 rrmin=（0.25-1）t ； 毛刺应位于内侧； 弯曲线应尽量与坯料纤维方向垂直； “回弹”问题：a）设计补偿角；b）对工件进行退火；c）设计加强筋。3. 翻边、成形1）翻边在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。2）成形包括：起伏、胀形、压印等。三、冲模的分类及结构1. 简单冲模冲床在一次行程中只完成一个冲压工序。2. 连续冲模冲床在一次行程中在不同的工位同时只完成两个以上的冲压工序。3. 复合冲模冲床在一次行程中在同一工位同时完成两个以上的冲压工序。四、冲压件结构工艺性1. 冲压方法对结构工艺性的要求1）对冲裁件的要求 冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用； 应避免细长槽和细长臂结构； 冲裁件的内外转角处，应尽量避免尖角。 冲裁件孔的尺寸2）对弯曲件的要求 弯曲件的形状应力求简单、对称，并考虑材料纤维方向； 弯曲半径不能小于材料允许的最小弯曲半