材料成型精品课件：3金属压力加工.ppt

1、第三章 金属压力加工,金属压力加工是利用外力，使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。 压力加工方法分类 1、轧制 轧制是借助于摩擦力和压力使金属坯料通过两个旋转的轧辊间的空隙而变形的压力加工方法。 轧制主要用于生产各种规格的钢板、型钢和钢管等钢材。,2、挤压 挤压是利用压力，将金属坯料从挤压模的模孔中挤出而成形的压力加工方法。正挤压；反挤压；复合挤压。,3、拉拔 拉拔是利用拉力，将金属坯料拉过拉拔模的模孔而成形的压力加工方法。常需经多次拉拔，依次通过形状和尺寸逐渐变化的模孔，才能得到所需截面的产品。,4、自由锻 自由锻是利用冲击力或压力，使

2、放在上下砧之间的金属坯料变形，从而得到所需锻件的压力加工方法。 5、模锻 模锻是利用冲击力或压力，使放在锻模模膛内的金属坯料变形，最后充满模膛而成形的压力加工方法。 6、板料冲压 板料冲压是利用压力，使放在冲模间的金属板料产生分离或变形的压力加工方法。,第一节 金属压力加工工艺基础,1-1 金属塑性变形的实质 1、单晶体的塑性变形 单晶体塑性变形的主要方式是滑移。 滑移是在切应力作用下，晶体的一部分原子相对另一部分原子，沿着一定的晶面（滑移面）和一定的方向（滑移方向）产生的移动。,实际晶体的滑移不象理想晶体那样，而是通过位错运动实现的。,2、多晶体的塑性变形 1）每个晶粒变形不均匀 2）晶粒间

3、也产生滑动和转动。 3）变形抗力大,1-3 塑性变形后金属的组织和性能,1、加工硬化 金属在进行塑性变形时，随着变形程度的增加，强度和硬度不断提高，塑性和冲击韧性不断降低，这种现象称为加工硬化。,加工硬化的金属内部组织变化特点： 1、各晶粒沿变形最大的方向伸长； 2、位错密度增加，晶格严重扭曲，产生内 应力； 3、滑移面和晶粒间产生碎晶。,2、回复和再结晶,1）回复: 当加热温度不高时，晶格扭曲被消除，内应力明显降低，但力学性能变化不大，部分地消除了加工硬化。 T回复=（0.250.3）T 熔点（K） 式中T回复为金属回复的绝对温度； T熔点为金属熔化的绝对温度。,2）再结晶,再结晶 以某些碎

4、晶或杂质为晶核，成长为新的等轴细晶粒的过程称为再结晶。 再结晶消除了全部加工硬化，使金属的强度和硬度明显下降，塑性和韧性显著提高。 一般纯金属的再结晶温度为： T再结晶0.4T熔点（K）,消除金属加工硬化的热处理方法叫再结晶退火。 再结晶的特点 1、只有产生加工硬化的金属才能产生再结晶。 2、不同于同素异构转变，不发生晶体结构变化。 3、可以细化晶粒。但过份地延长加热时间，则晶粒还会不断长大，使金属力学性能下降。,塑性变形后的金属加热时组织和性能的变化,3、冷变形、热变形和温变形,1) 冷变形 金属在回复温度以下的变形称为冷变形，具有加工硬化组织。 冷变形特点 冷变形可以使工件获得较高的精度和

5、表面质量。冷变形也是强化金属的一种重要手段。但变形抗力大。,2)热变形 金属在再结晶温度以上的变形称为热变形，具有再结晶组织。 热变形特点 金属在热变形过程中，也产生加工硬化，但随时被再结晶所消除。热变形时，金属的变形抗力小，塑性好。工件的表面质量低于冷变形。 3)温变形 金属在回复温度和再结晶温度之间的变形，称为温变形。兼有冷变形、热变形的综合特点。,4、金属锻件的特点,1、金属更加致密。 2、获得细化的再结晶组织。因此，金属的力学性能得到很大提高。 3、形成纤维组织，或称流线。,纤维组织 金属晶界上的夹杂物随晶粒沿变形最大方向被拉长得到的组织。,纤维组织的特点,变形程度越大，纤维组织越明显

6、。 常用锻造比Y表示变形程度。坯料拔长时的锻造比为： Y=F0/F 式中F0为坯料拔长前的横截面积；F为坯料拔长后的横截面积。 纤维组织使金属在性能上具有方向性。 纵向（平行于纤维方向）上的塑性、韧性提高， 横向（垂直于纤维方向）上的塑性、韧性则降低。 纤维组织的稳定性很高，不能用热处理或其它方法加以消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。,合理利用纤维组织,1、应使零件在工作中所受的最大正应力方向与纤维方向重合。2、最大切应力方向与纤维方向垂直。3、并使纤维分布与零件的轮廓相符合，尽量不被切断。,1-4 金属的锻造性能,1、可锻性概念 金属的锻造性能，是指金属材料在压力加工时获得

7、优质产品难易程度的工艺性能。 衡量指标：金属的塑性和变形抗力。塑性越高，变形抗力越小，则金属的可锻性越好。,2、影响可锻性的因素 1)金属的本质 化学成分 纯金属的可锻性比合金好。而钢的可锻性随碳和合金元素的质量分数的增加而变差。 组织结构 固溶体（如奥氏体）的可锻性好，而化合物（如渗碳体）差。金属在单相状态下的可锻性比在多相状态下的好。 细晶粒金属的塑性较粗晶粒的好，可锻性较好。（但变形抗力较大）,2)压力加工条件 (1)变形温度 随着温度的升高，钢的强度下降，塑性上升，即钢的可锻性变好。因此，压力加工都力争在高温下进行，即采用热变形。 锻造温度范围 开始锻造的温度称为始锻温度，指金属在锻造

8、前加热允许的最高温度。始锻温度过高必将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。,过热 加热温度过高，导致晶粒急剧长大的现象。该缺陷可以通过重新的热处理加以消除。 过烧 加热温度过高（过热之后），导致晶界严重氧化，甚至局部熔化的现象。 产生该缺陷后，性能极脆，并不能挽救，只能报废。 停止锻造的温度称为终锻温度，指金属热变形允许的最低温度。终锻温度过低，金属的加工硬化严重，变形抗力急剧增加，使加工难于进行。,碳钢的锻造温度范围,(2)变形速度,1、随变形速度的增大，加工硬化严重，可锻性变坏。 2、另一方面，在变形过程中，产生热效应现象。热效应现象使金属的塑性提高，变形抗力减小，可锻性变好。,但是，除

9、了高速锤以外，在普通锻压设备上都不可能超过临界变形速度。所以，一般塑性较差的金属，应以较小的变形速度，在压力机上进行锻造。,(3)应力状态,三个方向中压应力的数目越多，则金属的塑性越好。拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。 压应力使各种缺陷受到抑制，不易扩展，故可提高金属的塑性。 在拉应力作用下，极易扩展，甚至破坏，使金属失去塑性。 同号应力状态下的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。,综上所述，金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于加工条件。在压力加工过程中，要力求创造最有利的加工条件，提高塑性，降低变形抗力。,6-1 判断题 1压力加工是利用金属产生塑性变形获得零件或毛坯的一种方法。在

10、塑性变形的过程中，理论上认为金属只产生形状的变化而其体积是不变的。 （ ） 2把低碳钢加热到1200时进行锻造，冷却后锻件内部晶粒将沿变形最大的方向被拉长并产生碎晶。如将该锻件进行再结晶退火，便可获得细晶组织。 （ ） 3将化学成分和尺寸相同的三个金属坯料加热到同一温度，分别在空气锤、水压机和高速锤上进行相同的变形，其变形抗力大小应相同。 （ ） 4在外力作用下金属将产生变形。应力小时金属产生弹性变形，应力超过s时金属产生塑性变形。因此，塑性变形过程中一定有弹性变形存在。 （ ） 5只有经过塑性变形的钢才会发生回复和再结晶。没有经过塑性变形的钢，即使把它加热到回复或再结晶温度以上也不会产生回复

11、或再结晶。 （ ） 6塑性是金属可锻性中的一个指标。压力加工时，可以改变变形条件；但不能改变金属的塑性。 （ ） 7冷变形不仅能改变金属的形状，而且还能强化金属，使其强度、硬度升高。冷变形也可以使工件获得较高的精度和表面质量。 （ ） 8某一批锻件经检查，发现由于纤维组织分布不合理而不能应用。若对这批锻件进行适当的热处理，可以使锻件重新得到应用。 （ ） 9对于塑性变形能力较差的合金，为了提高其塑性变形能力，可采用降低变形速度或在三向压应力下变形等措施。 （ ）,6-2 选择题 1钢制的拖钩如图6-1所示，可以用多种方法制成。其中，拖重能力最大的是（ ）。 A 铸造的拖钩；B锻造的拖钩；C切割

12、钢板制成的拖钩。 2有一批经过热变形的锻件，晶粒粗大，不符合质量要求，主要原因是（ ）。 A始锻温度过高；B始锻温度过低；C终锻温度过高；D终锻温度过低。 3锻造比是表示金属变形程度的工艺参数。用碳钢钢锭锻造大型轴类锻件时锻造比应选（ ）。 Ay 11.5 ；By 1.52.5 ；Cy2.53.0；Dy5 。 4有一批连杆模锻件，经金相检验，发现其纤维不连续，分布不合理。为了保证产品质量应将这批锻件（ ）。 A进行再结晶退火；B进行球化退火；C重新加热进行第二次锻造；D报废。 5经过热变形的锻件一般都具有纤维组织。通常应使锻件工作时的最大正应力与纤维方向（ ）；最大切应力与纤维方向（ ）。 A

13、平行； B垂直； C呈45角； D呈任意角度均可。 6碳的质量分数（含碳量）大于0.8的高碳钢与低碳钢相比，可锻性较差。在选择终锻温度时，高碳钢的终锻温度却低于低碳钢的终锻温度；其主要原因是为了（ ）。 A使高碳钢晶粒细化提高强度； B使高碳钢获得优良的表面质量； C打碎高碳钢内部的网状碳化物。,6-3 应用题 1钨的熔点为3380，铅的熔点为327，试计算钨及铅的再结晶温度。钨在900进行变形，铅在室温（20）进行变形，试判断它们属于何种变形。 T回=0.3T熔点（K) (3380+273) 0.3 =3653 0.3 = 1096（823 ） T再 =0.4T熔点（K) (3380+273

14、) 0.4 =3653 0.4 = 1461（1188 ） T回（823 ） 900 T再（1188 ）所以为温变形 铅 T再 =0.4T熔点（K) (327+273) 0.4 =6000.4 = 240（-33） 所以铅在室温（20）进行变形为热变形 2圆钢拔长前直径为100mm，拔长后为50mm，试计算锻造比y。 y=F0/F=(100/50)2=4,第二节 锻造方法 - 自由锻,自由锻 利用冲击力或压力，使放在上下砧之间的金属坯料产生塑性变形，从而得到所需锻件的压力加工方法。 自由锻分手工锻造和机器锻造两种，目前都采用机器锻造。 自由锻通常采用热变形，常以逐段变形的方式来达到成形的目的，

15、 自由锻只能锻造形状简单的锻件，生产率低，劳动强度大，锻件精度差、表面粗糙、加工余量大。 自由锻只适用于单件、小批量生产。 自由锻是大型锻件唯一可能的锻造方法。,2-1 自由锻设备,自由锻锤 产生冲击力使金属变形的，生产中使用的自由锻锤是空气锤和蒸汽-空气自由锻锤。 自由锻锤的吨位是用落下部分（包括上砧、锤头和工作缸活塞）质量来表示，空气锤的吨位用一般为501000公斤。蒸汽-空气自由锻锤的吨位，一般为15吨。,水压机 水压机是以静压力使金属变形的。水压机的吨位用所能产生的最大压力来表示，一般为5150MN。 水压机靠静压力工作，无振动，变形速度低（水压机上砧速度约为0.10.3m/s；锻锤锤

16、头速度可达78m/s)，有利于改善材料的可锻性，并容易达到较大的锻透深度。常用于大型锻件的生产，所锻钢锭质量可达300吨。,2-2 自由锻的基本工序,根据变形性质和变形程度的不同，自由锻工序可分为辅助工序、基本工序及修整工序。 压钳口、倒棱、压肩、校直、滚圆、压平,1、镦粗 降低高度，增大横截面积。 工艺要求： 1坯料原始高度h0与直径d0之比小于2.5，即h0/d02.5，否则会镦弯。 2镦粗部分加热要均匀，以使变形均匀。 3镦粗面必须垂直于轴线。,2、拔长 减小横截面积，增大长度。 拔长方法 1、拔长 2、带心轴拔长 3、心轴上扩孔 工艺要点 1、不断翻转90。 2、拔长面的la，愈小效率

17、愈高，l(0.40.8)b,3、冲孔 冲孔方法 1实心冲子冲孔。 2空心冲子冲孔 工艺要求 1冲孔前先镦粗。 2d450mm的孔，用实心冲子冲孔；d 450mm的孔，用空心冲子冲孔。 3d25mm的孔，一般不冲出。,2-3 自由锻工艺规程的制定,1.绘制锻件图 绘制锻件图应考虑以下几个因素： 敷料 为了简化零件形状、便于锻造而增加的一部分金属称为敷料(也称为余块)。 机械加工余量 零件的加工表面上为机械加工而增加的一层金属。 锻件公差 锻件的实际尺寸与名义尺寸之间所允许的偏差，称为锻件公差。,2.确定坯料质量和尺寸 (1)确定坯料质量 G坯料G锻件+G烧损+G切损 (2)确定坯料尺寸 当采用拔

18、长工序锻造时： F坯料YF锻件 以碳素钢锭为坯料, Y2.53；以型材为坯料，Y1.31.5；以合金结构钢钢锭为坯料，Y34。 当采用镦粗工序锻造时， 1.25D0H02.5D0,3.选择锻造工序,轴的自由锻件图和锻造工序,2-4 自由锻件锻造结构工艺性,零件的自由锻结构工艺性 1、避免圆锥面和斜面 2、避免圆柱之间的相贯面 3、避免凸台与筋的设计,7-1 判断题 自由锻是单件、小批量生产锻件最经济的方法，也是生产重型、大型锻件的唯一方法。因此，自由锻在重型机械制造中具有特别重要的作用。 （ ） 2绘制自由锻件图时，应考虑填加敷料和加工余量，并标出锻件公差。也就是说，在零件的所有表面上，都应给

19、出加工余量。 （ ） 3自由锻冲孔前，通常先要镦粗，以使冲孔面平整和减少冲孔深度。 （ ） 7-2 选择题 1镦粗、拔长、冲孔工序都属于（ ）。 A精整工序；B辅助工序；C基本工序。 2图7-1所示锻件，用自由锻锻造，坯料的直径为140mm，长度为220mm，其基本工序是（ ）。 A拔长100局部镦粗拔长60切断； B整体镦粗拔长100拔长60切断； C拔长100拔长60局部镦粗切断； D局部镦粗拔长100拔长60切断。,1试分析如图7-2所示的几种镦粗缺陷产生的原因 （设坯料加热均匀）。 锻锤吨位小，高径比过大（2.5)，端面不平行与轴线不垂直,2如图7-3所示的整体活塞采用自由锻制坯。试在

20、右侧双点划线绘制的零件轮廓图上定性绘出锻件图，选择合理的坯料直径（现有圆钢直径有：120、110、100、90、80、70），并说明理由，拟定锻造基本工序，在表7-1中画出工序简图。 R2H / R2H=1708160 180/110 218/100 268/90=2.98 坯料直径： 100 选择原因：局部镦粗时保证高径比 2.5,下料,局部 镦粗,拔长、切料头,3为修复一台大型设备，需制造一个圆锥齿轮，如图7-4所示。试选择锻造方法，定性绘出锻件图，并制定锻造基本工序，在表7-2中画出工序简图。,自由锻,1下料,2镦粗,3冲孔,4如图7-5所示，通常碳钢采用平砧拔长，高合金钢采用V型砧拔长

21、，试分析砧型对钢的变形有何影响?,V型砧使压应力数目增多，提高金属的可锻性，适合于拔长塑性较差的高合金钢。,5如图7-6所示支座零件，采用自由锻制坯，试修改零件结构设计不合理处。 6图7-7所示零件，采用自由锻制坯，试修改零件结构设计不合理之处。,2-5 胎模锻,胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的压力加工方法。 胎膜：只有一个模膛，不固定在锻造设备上的锻模。 胎模锻的特点 与自由锻相比，生产率和锻件精度都较高，能锻出形状较复杂的锻件。 与模锻相比，胎模结构简单，制造容易，成本低。但是胎模锻件的精度不如锤上模锻件高，劳动强度仍较大。,胎模锻适用于小型锻件的中小批生产，在没有模锻设备的中小

22、型工厂应用较为广泛。 胎模种类较多，主要有扣模、筒模（筒模主要用于锻造回转体盘类锻件。）及合模三种。,扣模：由上下扣组成，坯料在模中不翻转，主要为合模制坯或锻制简单非回转体锻件。,筒模：也叫套模，分开式和闭式。 开式：主要生产回转体盘类锻件。 闭式：主要生产端面有凸台或凹坑的回转体锻件。,合模：也叫焖子，和锤上模锻的终锻一样，利用 飞边槽形成阻力，使金属充满模膛，得到锻件。 与锤上模锻不同的是，合模成形对飞边要求不高，有时可以没有。主要生产形状复杂的非回转体锻件。,第三节 模 锻 3-1 锤上模锻,模锻是利用冲击力或压力，使放在锻模模膛内的金属坯料受压变形，最后充满模膛而成形的压力加工方法。,

23、模锻的特点 模锻生产率较高，可以锻造出形状比较复杂的锻件。 模锻件尺寸精度和表面质量较高，加工余量小，可以节省金属材料，减少机械加工工作量。 模锻适合于中小型锻件的大批大量生产。,1 模锻设备,锤上模锻所用设备有蒸汽-空气模锻锤。 蒸汽-空气模锻锤的特点 1、机架直接安装在砧座上，形成封闭结构，锤的刚度高， 2、锤头与导轨之间的间隙较小， 3、砧座较重（约为落下部分质量的2025倍）。 蒸汽-空气模锻锤的吨位也用落下部分质量（活塞、锤杆、锤头和上模的质量）表示，一般为116吨，可用于模锻质量为0.5150公斤的锻件。,2 锻模,1）模锻模膛 模锻模膛分为终锻模膛和预锻模膛两种。 终锻模膛 终锻

24、模膛的作用是使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸。 模膛四周设有飞边槽，飞边槽由桥部和仓部组成。 桥部起阻力圈作用，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛。仓部用以容纳多余金属。流入飞边槽的金属在上下模打靠前还能起一定的缓冲作用。,具有通孔的锻件，不可能靠上、下模模膛的突起部分将冲孔处的金属全部挤掉，故终锻后在锻件孔内总要留下一层金属，称冲孔连皮。把飞边和冲孔连皮冲掉后，才能得到有通孔的模锻件。 预锻模膛 预锻模膛的作用是使坯料变形到接近锻件的形状和尺寸。 预锻模膛不设飞边槽，对于形状简单或批量不大的模锻件可不设置预锻模膛。,2）制坯模膛,制坯模膛有以下几种。 1、拔长模膛，2、滚

25、压模膛，3、弯曲模膛，4、切断模膛,弯曲连杆 多膛锻模,3、模锻工艺规程的制定,1) 绘制模锻锻件图 （1）选择分模面 1 保证模锻件从模膛中取出，一般来讲分模面应选在锻件最大截面处； 2 上下两模分模面模膛轮廓一致，易于发现错模现象； 3 分模面选在使模膛深度最小位置，便于充模、取件、模具制造； 4 应使敷料最少； 5 最好分模面是一个平面，便于锻模制造。,(2)确定敷料、加工余量和模锻公差 模锻件的敷料较少，加工余量和公差也比自由锻件小得多。 对于孔径d25mm的带孔模锻件，孔应锻出，但需留冲孔连皮。 (3)确定模锻斜度和圆角半径 模锻件上平行于锤击方向的表面必须具有斜度，以便于从模膛中取

26、出锻件，这一斜度称为模锻斜度。模锻件上所有两表面的交角处均需做成圆角。,2) 确定模锻工步,坯料在一付锻模的一个模膛内的变形过程称为一个模锻工步。模锻工步的名称与模膛的名称相同。 1、盘类件2、轴类件,4 模锻工艺过程,下料 加热 模锻前需将坯料在加热炉中加热到规定的始锻温度，而且要均匀热透。 模锻 坯料从开始变形到最后成形，一般都是在锻模的相应模膛里经过几个模锻工步完成的。 切边和冲孔 从终锻工步得到的锻件一般都带有飞边和冲孔连皮，须在切边压力机上将它们切除。,校正 校正变形 热处理 模锻件热处理的目的是调整硬度，消除内应力，细化晶粒和为最终热处理作好组织准备。模锻件常用的热处理有退火、正火

27、和调质等。 表面清理 表面清理的方法有滚筒清理、喷丸清理、酸洗和砂轮打磨等。 精压 尺寸精度和表面质量要求高的模锻件，应在精压机上进行精压。 检验 模锻件质量检验是保证质量的必要措施。,5 零件的模锻结构工艺性,(1)零件必须具有一个合理的分模面。 (2)零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出模锻斜度。两非加工表面之间的交角处均应为圆角。 (3)零件外形力求简单、平直、对称无薄壁高筋。 (4）在零件结构允许的条件下，设计时应尽量避免有深孔或多孔结构。 (5）在可能的条件下，形状复杂的零件应采用锻-焊结构，以减小敷料，简化模锻工艺。,3-2 曲柄压力机上模锻,曲柄压力机上模锻的特点： 1变形

28、力是静压力，工作时震动，噪音较小。 2劳动条件好，操作技术要求低，效率高，便于自动化。 3可采用有导柱模具，锻件精度高，余块、余量、公差小。有顶出装置，锻模斜度小。 4.对于对速度较为敏感的金属适合使用。 5.行程一定，不适合拔长、滚压等工艺。,6锻件氧化皮不易清除。 7所有模膛均一次成形，一次成形金属变形量大，毛坯易于向水平方向流动，飞边大。形状复杂锻件终锻前必须有预成形和预锻。 8.设备复杂，造价高，主要用于大批量生产。,3-3 平锻机上模锻,平锻机上模锻的特点： 1平锻机上模锻时，可锻出带实心或空心头部的长杆类锻件和带头部的长管类锻件，也可用长棒料逐件连续模锻带通孔或不通孔的锻件。 2平

29、锻机的锻模是由三部分组成的，具有两个互相垂直的分模面，因而可锻出在两个方向上带有凹挡或内孔的锻件（锻锤及曲柄压力机无法锻出）。,3 平锻机上模锻的锻件敷料少、模锻斜度小（因有两个分模面，有利于锻件出模）、飞边也小，而且经常是没有飞边。材料利用率高，可达85-95%。 4 平锻机造价高，对于非回转件及中心不对称件较难锻造。 5 坯料氧化皮不能自动脱落，平锻前需清除。,平锻机上模锻的典型工艺过程,平锻机的锻模是由三部分组成的，具有两个互相垂直的分模面，因而可锻出在两个方向上带有凹挡或内孔的锻件，如汽车倒车齿轮锻件平锻工步。,3-4 摩擦压力机上模锻,摩擦压力机上模锻的特点： 1、摩擦压力机滑块运动

30、速度缓慢，所以生产率较低。 2、对塑性较差的金属变形，反而有利（再结晶可以充分进行），因此适合模锻再结晶速度较低的低塑性合金钢和非铁金属(如铜合金等)。 3、承受偏心能力差，通常适于单膛模锻。 4、摩擦压力机具有结构简单、造价低、使用维修方便、工艺用途广泛等优点，所以广泛用于中小批生产的情况下生产小型模锻件。,第四节 板料冲压,板料冲压是利用压力，使放在冲模间的板料产生分离或变形的压力加工方法。 板料冲压一般是在冷态下进行的，所以又叫冷冲压。只有当板厚超过810mm时，才采用热冲压。 板料冲压的特点： 1、生产率很高，工艺过程便于机械化和自动化； 2、可冲压形状复杂的零件，而且废料较少； 3、

31、产品具有较高的精度和表面质量，一般不需要进一步机械加工，适于批量生产。 4、板料冲压所用的原材料，必须具有足够高的塑性。,4-1 冲压设备,板料冲压的设备主要是剪床和冲床。 剪床的用途是把板料剪成一定宽度的条料，以供下一道冲压工序用。 冲床是板料冲压生产中的主要设备。安装上模具用于冲裁、弯曲、拉深和胀形形等冲压工序。,4-2 板料冲压的基本工序,板料冲压的基本工序可分为分离工序和变形工序两大类。 1、分离工序 分离工序是指使板料的一部分与另一部分相互分离的工序。如剪切、落料、冲孔和修整等。 1）剪切 使板料沿不封闭的轮廓线分离的工序称为剪切。它属于备料工序，其任务是：根据冲压工艺的要求，将板料

32、剪成条料或其他形状坯料 2）冲裁 使板料沿封闭的轮廓线分离的工序称为冲裁。冲裁主要指落料和冲孔。,板料冲裁的变形过程 弹性变形阶段 塑性变形阶段 断裂分离阶段。 先后在凸凹模刃口侧面出现微裂纹。凸模再继续加压，已形成的上下微裂纹逐渐扩大并向内延伸。如凸凹模间隙合适，上下裂纹就能相迎重合，实现分离。,冲裁模尺寸 冲裁模的凸模和凹模的工作刃口必须很锋利，凸模与凹模之间必须有合理的间隙z。即z510%s 落料模的凹模刃口尺寸应等于落料件的外形尺寸，而凸模刃口尺寸等于凹模刃口尺寸减去2倍间隙值； 冲孔模的凸模刃口尺寸应等于孔的尺寸，而凹模刃口尺寸等于凸模刃口尺寸加上2倍间隙值。 落料件排样 落料件在板

33、料上的布置方法，分为有接边排样和无接边排样。,3）修整 当零件精度和剪断面质量要求较高时，在落料和冲孔后，应进行修整工序。修整分外缘修整和内孔修整。,2、变形工序,变形工序是指使板料的一部分相对另一部分产生位移而不破裂的工序。有弯曲、拉深、翻边、胀形等。 1）弯曲 弯曲是指使板料的一部分相对另一部分沿直线(称为弯曲线)弯成一定的角度以形成一定形状零件的工序。,受力分析 板料内侧受压缩，外侧受拉伸，板料的表层应力最大，向板料中心应力逐渐减小。,变形程度 变形程度与弯曲角度无关，取决于弯曲半径r和板厚s 。板料的厚度s越厚、弯曲半径r越小，表明弯曲变形程度越大，当板料的外侧拉应力超过坯料的抗拉强度

34、时，即会造成弯裂。 防止弯裂的方法 应控制最小弯曲半径为rmin(0.251)s。 板料弯曲时应尽可能使弯曲线与板料纤维方向垂直。 回弹现象。一般板料的回弹角为010。因此在设计弯曲模时必须使模具的角度比工件角度小一个回弹角,2）拉深 使板料变形成为开口空心制件的工序称为拉深。 受力分析 不变形区基本不受力。 已变形区轴向拉应力 变形区径向拉应力和附加切向压应力。,模具特点 拉深的凸凹模工作部分均应作成圆角，凸模和凹模之间的间隙也应稍大于板料的厚度，一般取z(1.11.2)s。,变形程度 拉深系数md1/D0 易产生的缺陷 拉裂和起皱。 防止拉裂的方法 m0.50.8， 对于m0.5的拉深件，

35、可进行多次拉深。多次拉深时，m总m1.m2.m3且拉深系数应一次比一次略大，还应进行中间再结晶退火，以恢复塑性。,防止起皱的方法 板料越薄，拉深系数越小，则越容易起皱。 常用的防止起皱的方法是在拉深模上设置压边圈，通过压边圈的作用，使板料不易起皱，而达到防皱的目的。,3）翻边 翻边是将制件的孔缘或外缘沿曲线翻成一定角度的工序。 内孔翻边时的变形程度用翻边系数K0计算。 K0 =d0/D K0=0.680.72。 当K00.68时，如直接翻边，将产生翻裂缺陷，应采用先拉深，然后在此拉深件底部冲孔，再进行翻边。,4）胀形 胀形（又叫成形）是对板料或管状毛坯局部施加压力，变形区产生双向拉应力，厚度变

36、薄表面积增大，获得需要的几何形状。 变形特点： 胀形时变形局限于固定变形区内，板料既不向变形区以外转移，也不从外部进入变形区。 当D/d大于3时发生胀形变形。 胀形主要用于压制加强筋，增大半成品的部分内径等。,工序选择举例,板料冲压时，各工序的选择、工序顺序的安排都应以产品零件的形状、尺寸和精度要求以及每道工序中材料所允许的变形程度为依据。 下图是汽车消音器零件冲压工序。,举例 汽车消音器零件的冲压工序 （a）落料； （b）第一次拉深； （c）第二次拉深； （d）第三次拉深； （e）冲底孔； （f）内孔翻边；（g）外缘翻边； （h）切口。,4-3 冲模的分类和结构,1 简单模 在冲床的一次冲程

37、中只完成一个冲压工序的模具，称为简单模。,2 连续模 在冲床的一次行程中，在模具的不同部位上同时完成数道冲压工序的模具，称为连续模。 使用连续模可以减少模具和设备数量，提高生产效率，但模具结构较复杂。,3 复合模 在冲床的一次冲程中，在模具的同一部位上同时完成数道冲压工序的模具，称为复合模。 复合模结构较复杂，适用于精度高的冲压件。,4-4 板料冲压件结构工艺性,1 对冲裁件的要求 1）落料件的外形和冲孔件的孔形应力求简单、对称，尽可能采用圆形、矩形等规则形状。 2）孔及其相关尺寸的设计应如图3-77所示。,2 对弯曲件的要求,1.弯曲件形状应尽量对称，弯曲半径不能小于材料允许的最小弯曲半径，

38、并应合理利用材料的纤维组织，以免弯裂。 2.弯曲件的直边过短不易弯曲成形，应使弯曲件的直边长度H2s 。 3.弯曲带孔件时，为避免孔的变形，孔的位置应如图3-79所示。图中L应大于（1.52）s。 4.冲压件的边缘弯曲时，弯曲变形部分应远离应力集中处，以避免应力集中处因弯曲产生裂纹。,3 对拉深件的要求,1）拉深件外形应尽量简单、对称、且不宜过高，以便减少拉深次数。 2）拉深件的园角半径不能过小。最小园角半径见图388。,4 改进结构型式，以便简化工艺和节省材料,1）采用冲焊结构。对于形状复杂的冲压件，可分解成若干个简单件分别冲制，然后再焊成整体件。 2）采用冲口工艺，以减少组合件数量。,5

39、冲压件的厚度 在强度、刚度允许的条件下，应尽可能采用较薄的材料来制作零件，以减少金属的消耗。对局部刚度不够的地方，可增设加强筋等，如图3-91所示。 6 冲压件的尺寸精度和表面质量 对冲压件的尺寸精度要求，不应超过冲压工艺所能达到的一般尺寸精度，并应在满足使用要求的情况下尽量降低。,8-1 判断题 1如图8-l所示锻件，采用锤上模锻生产。从便于锻模制造，锻件容易出模的角度考虑分模面应选在a-a。 ( ） 2锻模中预锻模膛的作用是减少终锻模膛的磨损，提高终锻模膛的寿命。因此预锻模膛不设飞边槽，模膛容积稍大于终锻模膛，模膛圆角也较大，而模膛斜度通常与终锻模膛相同。 （ ） 3板料冲压落料工序中的凸

40、、凹模的间隙是影响冲压件剪断面质量的关键。凸、凹模间隙越小，则冲压件毛刺越小，精度越高。 （ ） 4板料弯曲时，弯曲后两边所夹的角度越小，则弯曲部分的变形程度越大。 （ ） 5拉深过程中坯料的侧壁受拉应力。拉应力的大小与拉深系数有关，拉深系数越大，则侧壁所受的拉应力越大。 （ ） 6受翻边系数的限制，一次翻边达不到零件凸缘高度要求时，则可以进行多次翻边。 （ ）,8-2 选择题 1锻造圆柱齿轮坯100件，为提高生产率决定采用胎模锻。应选用（ ）。 A扣模； B合模； C筒模。 2平锻机上模锻所使用的锻模由三部分组成，具有两个相互垂直的分模面，因此平锻机最适于锻造（ ）。 A连杆类锻件； B无孔

41、盘类锻件； C带头部杆类锻件； DA和C。 3拉深变形在没有压板的条件下，板料进入凹模前受（ ）。在有压板的条件下，板料进入凹模前受（ ）。 A两向拉应力，一向压应力； B一向拉应力，一向压应力； C两向压应力，一向拉应力； D三向压应力。 4厚1mm直径350的钢板经拉深制成外径为150的杯形冲压件。由手册中查得材料的拉深系数ml0.6，m20.80，m30.82，m40.85。该件要经过（ ）拉深才能制成。 A一次； B两次； C三次； D四次。 5大批量生产外径为50mm，内径为25mm，厚为2mm的零件。为保证孔与外圆的同轴度应选用（ ）。 A简单模； B连续模； C复合模。 6设计冲

42、孔凸模时，其凸模刃口尺寸应该是（ ）。 A冲孔件尺寸； B冲孔件尺寸2z（z为单侧间隙）； C冲孔件尺寸2z； D冲孔件尺寸z。,1大批量生产下列几种锻件，试选择合适的模锻设备。 （1）齿轮轴（图8-2） （2）制动杠杆（图8-3）（3）倒车齿轮（图8-4） （4）汽车半轴（图8-5）,2图8-6（a）所示的常啮合齿轮，年产15万件，锻坯由锤上模锻生产。试在（b）图上修改零件不合理的结构，在（c）图上定性绘出修改后齿轮的锻件图。,3如图8-7所示冲压件，采用厚l.5mm低碳钢板进行批量生产。试确定冲压的基本工序，并在表8-1中绘出工序简图。 4如图8-8所示冲压件，采用厚l.5mm低碳钢板进行批量生产。试确定冲压的基本工序。,图8-9（a）所示为油封内夹圈，（b）所示为油封外夹圈，均为冲压件。试分别列出冲压基本工序，并说明理由。（材料的极限圆孔翻边系数K0.68）。提示 d0 = d1 2H - 0.43R - 0.22t 式中：d0冲孔直径（mm）；d1翻边后竖立直边的外径（mm）；H从孔内测量的竖立直边高度（mm）；R圆角半径（mm）；t板料厚度（mm）。,