《压力加工方法》课件

压力加工方法压力加工方法是一种广泛应用于金属成形、粉末冶金、塑料加工等领域的制造工艺。通过施加压力，改变材料的形状、尺寸或内部结构，从而制造出各种产品。课程大纲压力加工简介压力加工的定义、分类及应用领域。压力加工的原理塑性变形理论、应力应变关系、加工工艺参数等。压力加工设备各种压力加工机床的类型、结构和功能。主要加工方法冲压、挤压、轧制、锻造等典型工艺流程。压力加工简介压力加工是利用外力使材料产生塑性变形，从而改变其形状、尺寸或内部组织结构的加工方法。压力加工广泛应用于机械制造、航空航天、汽车制造、电子等领域。压力加工的分类轧制加工轧制加工是指金属材料在轧机中通过两个或多个轧辊的间隙，受到压缩而产生塑性变形，从而改变金属材料的形状、尺寸和性能。挤压加工挤压加工是指将金属坯料置于挤压机中，通过模具孔挤压成型，使金属坯料在挤压模具的孔型中流动，从而形成所需的形状和尺寸。锻造加工锻造加工是指利用锻锤或压力机对金属坯料进行锤击或挤压，使金属材料产生塑性变形，从而改变其形状、尺寸和性能。冲压加工冲压加工是指利用冲床或压力机，通过冲模和模具对金属板材施加压力，使金属板材发生塑性变形，从而形成所需形状和尺寸的工件。压力加工的主要原理塑性变形压力加工利用外力使材料发生塑性变形，改变材料的形状和尺寸。塑性变形是指材料在外力作用下发生永久性变形，不会发生断裂。应力与应变压力加工过程中，外力作用于材料表面，产生应力。应力超过材料的屈服强度，材料就会发生塑性变形，产生应变。塑性变形的基本理论11.应力-应变关系塑性变形过程中，材料的应力-应变关系呈现出非线性特征，并伴随应变硬化现象。22.变形机制塑性变形主要由晶体材料内部的位错运动实现，位错运动的阻力决定了材料的强度。33.温度和速度的影响温度和变形速度会显著影响材料的塑性变形行为，例如高温下塑性增强，高速变形下塑性降低。44.材料的塑性指标常见的塑性指标包括伸长率、断面收缩率、屈服强度等，它们反映了材料抵抗塑性变形的能力。单轴压缩变形1定义单轴压缩变形是指物体在单一方向上受到压力，并产生形变的过程。这种变形通常发生在材料的横截面上。2应用单轴压缩变形广泛应用于金属加工、塑料成型和陶瓷制造等领域。例如，锻造、挤压、冲压等加工过程都涉及单轴压缩变形。3特点单轴压缩变形会导致物体在受力方向上缩短，而在垂直于受力方向上膨胀。这种变形通常是不可逆的，这意味着材料在卸荷后不会完全恢复其原始形状。双轴压缩变形1材料受力两侧受力2变形方式高度降低，面积增加3应用场景锻造、挤压4特点塑性变形，提高材料强度双轴压缩变形，材料在两个方向上受到压缩力，导致其高度降低，面积增加。常见的应用场景包括锻造、挤压等。剪切变形剪切变形概述剪切变形是指材料在平行于其表面的力作用下发生形状变化的过程。在剪切变形过程中，材料的横截面发生相对位移，而其长度保持不变。剪切变形类型剪切变形可分为两种类型：单向剪切和双向剪切。单向剪切是指材料在单一方向上受到剪切力的作用，而双向剪切则是在两个方向上受到剪切力的作用。剪切变形应用剪切变形在金属加工、塑料加工和橡胶加工等行业有着广泛的应用。例如，冲压、剪切、弯曲等加工过程都是利用剪切变形原理来实现的。剪切应力剪切变形过程中，材料内部会产生剪切应力，剪切应力的大小与剪切力的大小成正比，与材料的截面积成反比。剪切应变剪切变形过程中，材料的形状变化可以用剪切应变来表示。剪切应变是指材料在剪切力作用下发生的形变，它等于材料的横截面位移与材料长度的比值。压力加工设备冲压机冲压机用于对金属板材进行冲孔、弯曲、拉伸等加工，可用于生产各种形状的零件。挤压机挤压机用于将金属坯料挤压成各种形状的型材，适用于生产管材、棒材、型材等。轧机轧机用于将金属坯料轧制成各种尺寸的板材、带材、薄板等，是大型压力加工设备。锻造锤锻造锤用于对金属坯料进行锻造，使金属坯料获得所需的形状和尺寸。压力加工机床的主要部件床身床身是压力加工机床的基座，安装其他部件，承受加工载荷。滑块滑块是压力加工机床的移动部件，与工作台相对运动，实现压力加工。工作台工作台是压力加工机床的固定平台，放置工件，承受加工载荷。驱动系统驱动系统是压力加工机床的动力源，提供滑块运动所需的动力。压力加工机床的控制系统控制系统的种类压力加工机床的控制系统通常包括手动控制、半自动控制和全自动控制。手动控制通常用于简单的加工工艺，半自动控制适用于一些复杂的加工工艺，全自动控制则适用于大批量生产。控制系统的功能压力加工机床的控制系统主要负责控制机床的运动、速度、压力、时间、温度等参数，以确保加工过程的精度和效率。控制系统的组成压力加工机床的控制系统通常由控制器、传感器、执行器、人机界面等部分组成。冲压加工11.定义冲压加工是指利用冲压机和模具，对板材进行裁剪、弯曲、拉伸、成形等加工过程。22.优势冲压加工效率高、精度高、成本低，适用于批量生产，在汽车、电子、航空等领域应用广泛。33.过程冲压加工过程包括模具设计、冲压机选择、加工参数设定、冲压操作等步骤。44.常见工艺冲压加工的常见工艺包括冲孔、冲剪、弯曲、拉伸、成形等，可实现复杂的零件形状加工。挤压加工定义挤压加工是一种利用模具对金属坯料施加压力，使其在模具的型腔内流动成形的加工方法。优势挤压加工能够提高材料的强度和韧性，并能够生产出各种形状的复杂零件。应用挤压加工广泛应用于航空航天、汽车、机械制造、电子等领域。轧制加工轧制过程轧制过程涉及将金属坯料通过一对旋转的轧辊间，以减小其横截面积。产品种类轧制加工可生产各种金属板材、带材、型材等。工业应用轧制加工广泛应用于汽车、航空航天、建筑等行业。滚镦加工11.冷镦滚镦加工是一种重要的金属塑性成形工艺，它在冷态下进行，可以提高材料的强度和硬度。22.旋转滚镦过程通过旋转圆形或方形的工件，使其与旋转的滚轮接触，滚轮以一定的速度和压力作用在工件上。33.压缩滚轮的旋转和压力使得工件的材料被压缩，并形成一个新的形状或尺寸，通常用于制造紧固件、轴承和齿轮。44.优势滚镦加工的优势在于它可以提高材料的强度和硬度，同时可以节省材料和降低成本。锻造加工定义锻造加工是指通过对金属坯料施加压力，使金属产生塑性变形，从而获得预定形状和尺寸的加工方法。锻造加工可以提高金属的机械性能，例如强度、硬度、韧性等。应用锻造加工广泛应用于机械制造、航空航天、汽车等领域。例如，发动机曲轴、连杆、齿轮、轴承等关键零件都采用锻造加工。模锻加工模锻优势模锻加工可以制造出形状复杂、尺寸精确的零件，并提高材料的机械性能。模锻特点模锻采用金属模具，在锻锤或压力机的作用下，使金属材料在模具型腔内成形。模锻流程模锻工艺包括：预热、锻造、冷却、清理等环节，每个环节都至关重要。高能量速成形高速冲压利用高速冲击力对金属材料进行成形，效率高、精度高。爆炸成形利用爆炸产生的能量对金属材料进行成形，适合制造大型薄壁件。电磁成形利用电磁力对金属材料进行成形，可实现复杂形状的成形。表面强化处理表面硬度提升通过表面强化处理，可显著提高材料的硬度和耐磨性，延长其使用寿命。抗疲劳性能增强表面强化处理可以有效抑制材料的疲劳裂纹扩展，提高其抗疲劳性能。耐腐蚀性提升通过表面改性，可以增加材料的耐腐蚀性，提高其在恶劣环境下的使用寿命。压力加工工艺参数的选择11.材料性质材料的强度、塑性、硬度等都会影响工艺参数的选择。22.加工方法不同的加工方法需要选择不同的工艺参数，例如冲压、挤压、锻造等。33.产品形状产品的形状、尺寸和精度也会影响工艺参数的选择。44.加工设备加工设备的类型、能力和性能也会影响工艺参数的选择。压力加工的质量控制尺寸精度尺寸控制是压力加工的重要指标之一。严格控制尺寸偏差，确保产品满足设计要求。采用精密的测量仪器和控制方法，对产品尺寸进行严格的检测和控制。表面质量表面质量对产品的性能和使用寿命有重要影响。控制表面粗糙度、光洁度、硬度等指标。采用先进的表面处理技术，例如抛光、喷丸处理等，提高产品表面质量。力学性能力学性能是产品的重要指标，包括强度、硬度、韧性等。通过合理的工艺参数控制，确保产品满足力学性能要求。采用拉伸试验、硬度测试等方法对产品进行力学性能检测。内部组织内部组织结构影响产品性能和可靠性。通过显微镜观察，分析内部组织结构，控制其均匀性和完整性。采用热处理等工艺手段，改善内部组织结构，提高产品性能。压力加工的缺陷及其预防裂缝金属材料内部产生裂纹，降低强度。凹陷表面出现不均匀的凹陷，影响外观和尺寸精度。折叠材料在加工过程中发生折叠，导致强度降低。变形工件形状偏离设计要求，影响功能和外观。压力加工中的能量消耗分析加工类型能量消耗影响因素冲压较低材料厚度，冲压速度挤压中等挤压压力，挤压速度锻造较高锻造温度，锻造锤重量压力加工过程中能量消耗主要用于克服材料变形阻力，以及克服摩擦和设备本身的机械损耗。能量消耗与加工类型、工艺参数、设备效率等因素密切相关。压力加工中的环境影响因素噪声污染压力加工设备运行时会产生噪音，对周围环境造成噪音污染。空气污染压力加工过程中会产生粉尘、烟雾等污染物，影响空气质量。水污染压力加工过程中会排放废水，如冷却水、清洗水等，可能造成水污染。能源消耗压力加工过程需要大量的能源，如电力、燃料等，会消耗能源资源。压力加工的发展趋势智能化发展压力加工将更加智能化，通过数字化技术实现过程控制、质量监控和优化。绿色化发展节能减排，降低生产成本，减少对环境的影响。复合化发展结合先进的材料、工艺和装备，实现多元化应用。精密化发展提高加工精度，满足对产品质量和性能的要求。压力加工技术应用案例压力加工在许多行业都有广泛应用，如汽车制造、航空航天、电子、医疗等等。这些行业都需要使用压力加工技术来生产各种形状和尺寸的零件。例如，汽车制造中，压力加工用于制造汽车的车身、底盘、发动机等零部件，通过冲压、挤压、锻造等加工工艺来实现对金属材料的成型。典型工艺流程分析压力加工工艺流程通常涉及多个步骤，每个步骤都需要精心的控制和监控，才能确保最终产品的质量和性能。1材料准备选择合适的材料并进行预处理，例如切削、热处理等。2成形加工根据产品设计进行冲压、挤压、轧制等加工，改变材料的形状和尺寸。3后续处理进行表面处理、热处理等，提高产品性能和外观。4质量检测对产品进行尺寸、性能等方面的检测，确保符合要求。通过对典型工艺流程的分析，可以更好地理解压力加工的原理和技术，并为实际生产提供指导。常见问题及解决方案压力加工过程中会遇到各种问题，例如裂纹、变形、尺寸误差等。这些问题会影响产品的质量和性能，因此需要及时解决。例如，裂纹问题可能由材料缺陷、工艺参数不当、模具设计不合理等原因引起。解决方法包括选用优质材料、优化工艺参数、改进模具设计等。针对不同的问题，需要采取不同的解决措施，例如调整压力、温度、速度等工艺参数，更换模具，优化工件形状等。对于一些复杂的问题，可能需要进行深入分析，找出根本原因，并采取针对性的解决方案。本课程小结