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1、塑 性 成 形,常用锻造方法,自由锻 模锻 胎模锻,手工锻造 机器锻造,锤上自由锻(冲击力) 水压机上自由锻(压力),锤上模锻 曲柄压力机上模锻 平锻机上模锻 摩擦压力机上模锻,第一节 自由锻,定义:用简单的通用性工具,将加热好的坯料放在锻 造设备的上、下砧铁之间直接使其变形获得所 需锻件的加工方法。 一、自由锻工序 基本工序:镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、 错移等,镦粗,错移,扭转,弯曲,冲孔,第二节 自由锻,二、自由锻工艺规程的制订 1、绘制锻件图 应考虑:余块(敷料)、机械加工余量、锻造公差,第二节 自由锻,2、确定变形工艺方案:基本工序、辅助工序、修整工序,第二节 自由锻,局部镦
2、粗,局部镦粗,切肩,心轴扩孔,扭转,第二节 自由锻,3、计算坯料质量及尺寸 (1)坯料质量的确定 m坯 = m锻+m损 = m锻+m烧+m切 (2)坯料尺寸的确定 先计算体积:V坯 = m坯 / 然后计算坯料的直径D0或边长A0,若镦粗,则: 1.25 H0 /D0 2.5 圆坯料: D0 = (0.8 1.0) 3 V坯 方坯料: A0 = (0.7 0.9) 3 V坯 若拔长,则: 坯料截面积 F坯 Y拔 F锻max 圆坯料: D0 = Y拔 F坯 方坯料: A0 = F坯 注:应按国家标准修正 4、选定锻造设备 见表3-6 5、确定锻造温度范围 见表3-7,第二节 自由锻,自由锻的工艺规
3、程示例,自由锻的工艺规程示例,自由锻的工艺规程示例,第三节 模型锻造,定义:将加热后的坯料置于具有一定形状和尺寸的锻 模模膛内,使其受压变形而获得锻件的方法。 特点: 生产率高 模锻件尺寸和表面精度高 模锻件力学性能好 易于实现机械化、自动化生产 设备、工艺复杂,成本高、周期长,第三节 模型锻造,应用:中、小型锻件的大批量生产 分类: 锤上模锻 曲柄压力机上模锻 平锻机上模锻 摩擦压力机上模锻,第三节 模型锻造,锤上模锻,锤上模锻工艺过程: 切断坯料 加热坯料 模锻 切边、冲孔 校正锻件 锻件热处理 表面清理 检验,锤上模锻,第三节 模型锻造,锻模模膛,单模膛锻模 多模膛锻模,制坯模膛 模锻模
4、膛,预锻模膛 终锻模膛,模锻工艺规程,一、设计锻件图 1、选择分模面,盘类零件应径向分模,分模面应为一平面,上下模膛轮廓相同,模锻工艺规程,2、确定加工余量及锻造公差 按照零件的形状尺寸和锻件的 精度等级确定; 按锻锤吨位确定(见表312) 3、确定模锻斜度 1,2 = 315 2 1 h / b 4、确定模锻圆角半径 r = 加工余量 + 零件圆角半径 R = (23)r,模锻工艺规程,5、冲孔连皮 当d=3080mm时, s = 48mm,模锻工艺规程,二、计算坯料尺寸 V坯=(V锻+V飞+V连)(1+K) 盘类零件: D坯 = 1.08 3 V坯/m 轴类零件: D坯= 1.13 2 k
5、Fmax,三、确定变形工步,短轴类,长轴类(直轴类),模锻工艺规程,长轴类(弯轴类),长轴类(枝芽类),模锻工艺规程,四、锻后工序 1、切边冲孔 2、校正 3、热处理 4、清理 5、精压,第四节 板料冲压,定义:利用冲模对金属板料加压,使之分离或变形,从 而获得冲压件的加工方法 特点:(1)可成形复杂薄壁件 (2)成形精度较高 (3)生产率高 (4)模具结构较复杂,费用高 应用范围:复杂薄壁件的大批量生产,第四节 板料冲压,板料冲压的基本工序:分离工序、成形工序,分离工序,成形工序1,成形工序2,第四节 板料冲压,一、冲裁 定义:利用冲模将板料沿封闭的轮廓线分离的工序。 落料:被分离的部分为成
6、品,周边是废料。 冲孔:获得孔,被分离的是废料,冲裁断面特征,第四节 板料冲压,1、冲裁的变形分离过程,冲裁变形的三个阶段,弹性变形 阶段,塑性变形 阶段,断裂分离 阶段,第四节 板料冲压,2、冲裁间隙 (1)对冲裁件断面质量的影响 (2)对模具的影响,第四节 板料冲压,3、冲裁模刃口尺寸的确定 落料:凹模尺寸=落料件最小极限尺寸 凸模尺寸=凹模尺寸 - 2Z 冲孔:凸模尺寸=冲孔件最大极限尺寸 凹模尺寸=凸模尺寸+ 2Z 4、冲裁力计算 5、冲裁排样 有废料排样、少废料排样、无废料排样,二、成形工序 1、弯曲 最小相对弯曲半径 rmin/t (0.251.0) 弯曲线与纤维方向尽量垂直,第四
7、节 板料冲压,第四节 板料冲压,回弹现象:外力去除后,塑性变形保留,弹性变 形恢复,使坯料产生与弯曲变形方向 相反的变形 解决办法:设计回弹角,2、拉深(拉延) 定义:将平面板料制成各种开口的中空形状零件的变形工艺 (1)拉深变形过程分析,第四节 板料冲压,第四节 板料冲压,(2)拉深件质量问题分析 起皱,防止措施:限制拉深系数、采用压边圈,第四节 板料冲压,(2)拉深件质量问题分析 拉裂 防止措施: 凸、凹模无刃口,须加工成圆角 R凹=(520)t R凸 = (0.61.0) R凹 合理规定凸、凹模间隙,Z = (1.11.5) t 良好润滑,减小摩擦,一、自由锻锻件的结构工艺性,第五节 锻
8、压件结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,二、模锻件的结构工艺性 有合理分模面; 应设计模锻斜度、模锻圆角; 零件外形力求简单、平直、对称; 尽量避免窄沟、深槽、深孔、多孔; 形状复杂件应采用锻焊结构。,第五节 锻压件结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,三、板料冲压的结构工艺性 1、冲压件的形状 (1)应尽量简单,便于排样,第五节 锻压件结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,(2)对于复杂件,采用冲焊结构以简化冲压工艺 (3)采用冲口工艺,减少组合件数量,第五节 锻压件结构工艺性,(4)在
9、不影响使用性能前提下,尽量简化程序以减少工序,第五节 锻压件结构工艺性,2、冲压件的尺寸 (1)冲裁件应采用圆角 (2)避免窄槽,第五节 锻压件结构工艺性,3、弯曲件的弯曲半径应大于最小弯曲半径,第五节 锻压件结构工艺性,4、拉深件的圆角半径,塑性加工新工艺,第一节 轧制,定义:靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝之间,并使之受到压缩产生塑性变形的过程。,一、轧制过程及其基本原理 简单理想轧制过程: 两个轧辊均被驱动、直径相等、转速相同; 轧制过程中两个轧辊完全对称; 轧辊为刚性的;轧件除受轧辊作用外,不受其它外力作用; 轧件的机械性质均匀。,二、轧制方法,按轧制温度: 热轧,冷轧
10、 按轧件与轧辊的相对运动关系 纵轧:轧辊的纵轴线相互平行,轧件运动方向与延伸方向与轧辊纵轴线垂直。 斜轧:轧辊的纵轴线倾斜互成一定角度,轧件边旋转边沿自身纵轴线方向前进,且前进方向与轧辊纵轴线方向成一定角度。 横轧:轧辊轴线与轧件轴线互相平行,且轧辊与轧件作相对转动的轧制方法 。,纵轧 斜轧 楔横轧,横轧,四、管材轧制,1. 无缝钢管 (1)穿孔,(2)轧管:自动轧管机 (3)均整:带芯棒斜轧 (4)定径和减径:无芯棒连轧 2. 焊管 将管坯(钢板或带钢)弯曲成所需的钢管形状,然后采用焊接法焊接成钢管。,五、型材轧制 型材轧制主要用于各种型钢生产。大多数有色金属型材主要采用挤压、拉拔的方法生产
11、。 型钢的轧制方法:在轧辊上加工出轧槽,把两个或两个以上轧辊的轧槽对应装配起来,形成孔型。轧制时,轧件通过一系列孔型,一般断面积由大变小,长度由短变长,以达到所要求的形状和尺寸。,角钢 槽钢 工字钢 孔型系统示例,六、线材轧制,特点: (1)总的延伸率大,轧件温降快,头尾温差大,轧制速度高。 (2)机架多、分工细,产品比较单一、轧机专业程度高。 (3)高速无扭转轧机具有特殊的孔型系统 。,Y型轧机 45轧机,第二节 挤压,定义:对放在挤压筒内的金属坯料施加压力,使之从特定的模孔中流出,获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加工方法。 挤压方法: 可按挤压方向、变形特征、润滑状态、挤压温度、挤压速度、
12、模具种类或结构、坯料形状或数目、制品形状或数目分类。,常用挤压方法,3. 特点: 具有比轧制更为强烈的三向压应力状态图,金属可以发挥其最大的塑性,获得大变形量。可加工用轧制或锻造加工有困难甚至无法加工的金属材料。 可生产断面极其复杂的,变断面的管材和型材。 灵活性很大,只需更换模具,即可生产出很多产品。 产品尺寸精确,表面质量好。,工艺流程简单,设备投资少,实现生产过程自动化和封闭化比较容易。 金属的固定废料损失较大。挤压余量1015,轧件的切头尾损失仅为13。 加工速度低。 沿长度和断面上制品的组织、性能不够均一。 工具消耗较大。,小结: 挤压法非常适合于生产品种、规格、批数繁多的有色金属管
13、、棒、型材及线坯。在生产断面复杂的或薄壁的管材和型材,直径与壁厚之比趋近于2的超厚壁管材,以及脆性的有色金属和钢铁材料方面,挤压法是唯一可行的压力加工方法。,圆棒正挤压时子午面上网格变化示意图 锥模挤压 平模挤压,纵向线两次弯曲,弯曲角度由外向内逐渐缩小。压缩锥(变形区)。 横向线弯曲。 外层网格变形为平行四边形,说明承受了剪切变形,外层金属的主延伸变形比内层的大,沿纵向制品后端的主延伸变形比前端的大。 使用平模或大模角锥模挤压时,都存在死区。模角增大、摩擦加大、挤压比减小、挤压速度降低,死区增大。死区的存在对提高制品表面质量极为有利。 棒材前端横向线弯曲很小,制品头部晶粒粗大,机械性能低劣,
14、应切除。,3. 影响金属流动的因素 (1)挤压筒壁上的摩擦力 (2)筒温 (3)金属导热性 (4)润滑剂的绝热性 (5)合金相状态 (6)金属的强度 (7)模角 (8)变形程度,三、挤压工具,第三节 拉拔加工,一、拉拔原理、方法、特点 定义: 在外加拉力的作用下,迫使金属通过模孔产生塑性变形,以获得与模孔形状、尺寸相同的制品的加工方法,称之为拉拔(或称为拉伸)。是生产管材、棒材、型材及线材的主要方法之一。,拉拔成形原理示意图,2. 拉拔方法 实心材拉拔棒材、型材、线材 空心材拉拔管材,3. 特点 (1)拉拔制品尺寸精度高,表面光洁度好。 (2)工具与设备简单,维护方便。 (3)最适合于连续高速
15、生产断面尺寸小的长制品。 (4)拉拔道次变形量和两次退火间的总变形量受到限制,工艺过程长。过大的道次加工率将导致制品尺寸、形状不合格,甚至被拉断。原因是变形区内为两压一拉应力状态,不利于充分发挥金属的塑性。,二、拉拔基本原理,圆棒拉拔时的应力与变形,拉拔制品内部的周期性裂纹示意图,2. 管材拉拔时的应力与变形 (1)空拉,第四节 特种锻造,1. 辊锻 定义:将坯料用一对装有模具转向相反的锻辊曳入,产生塑性变形,获得具有一定形状尺寸和性能锻件的加工方法称为辊锻,是来自于轧制的锻造成形方法。 一般模锻:模具直线运动 辊锻:模具旋转运动 轧制:轧辊整个圆周都是工作部分,采用长 坯料 辊锻:只有扇形模
16、一部分工作,短坯料,辊锻示意图,特点: (1)连续的静压过程,无冲击和振动。变形实质是坯料的拔长。 (2)生产率高。 (3)节约金属材料。 (4)设备结构简单。 (5)劳动条件好,易实现机械化和自动化。 (6)节约模具钢材。 (7)锻件质量好。,2.摆动辗压 摆辗是一种连续、局部、递增成形方法。 特点: (1)变形力小,能耗低。只有一般锻造变形力的1/51/20; (2)制件质量好,无震动,低噪音,模具寿命高,投资少,设备费用低,易实现自动化。 (3)上下接触面上的压力分布不同,上大下小;零件易出现上大下小或下大上小的蘑菇头形状;径向尺寸易增大,高度填充困难。 主要用于辗制薄盘类、锥齿轮、万向
17、节、非轴对称件等。,控制变形趋向性的措施 合理确定毛坯和半成品尺寸 改变模具工作部分的几何形状和尺寸 增大Rp,减小Rd,拉深阻力增大,翻边阻力减小。 改变毛坯与模具接触面之间的摩擦阻力 摩擦阻力减小,有利拉深变形,不利于翻边和胀形。,第五节 旋压成形,利用辊轮、压头等工具对随旋压模转动的坯料作进给运动并施压,使其径向尺寸产生显著变化,形成所需形状、尺寸零件的冲压加工方法。,第六节 精密模锻,在模锻设备上锻造出形状复杂、高精度锻件的模锻工艺。如精密模锻伞齿轮,其齿形部分可直接锻出而不必再经过切削加工。精密模锻件尺寸精度可达IT12IT15,表面粗糙度为Ra3.21.6m。,汽车差速锥齿轮精密模
18、锻件 尺寸精度可达IT12 IT15 表面粗糙度值Ra可达3.21.6m,精密模锻工艺特点: (1)精确计算原始坯料的尺寸,严格按坯料质量下料。 (2)精细清理坯料表面,除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其它缺陷等。 (3)采用无氧化或少氧化加热方法,尽量减少坯料表面形成的氧化皮。 (4)精锻模膛的精度必须很高,一般要比锻件的精度高两级。精密锻模一定有导柱、导套结构,以保证合模准确。为排除模膛中的气体,减小金属流动阻力,使金属更好地充满模膛,在凹模上应开有排气小孔。 (5)模锻时要很好地进行润滑和冷却锻模。 (6)精密模锻一般都在刚度大、精度高的曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤上进行。,超塑性成形,
19、定义:金属或合金在低的变形速率(=10-210- 4/s)、一定的变形温度(约为熔点绝对温度的一半)和均匀的细晶粒度(晶粒平均直径为.25m)条件下,其相对伸长率超过100%以上的变形。例如钢可超过500%、纯钛可超过300%、锌铝合金可超过1000%。 超塑性状态下的金属在拉伸变形过程中不产生缩颈现象,变形应力可比常态下金属的变形应力降低几倍至几十倍,因此极易变形,可采用多种工艺方法制出复杂零件。 常用材料:主要是锌铝合金、铝基合金、钛合金及高温合金。 主要应用: (1)板料超塑性冲压成形 采用锌铝合金等超塑性材料,可以一次拉深较大变形量的杯形件,而且质量很好,无制耳产生。 (2)板料超塑性气压成形 将具有超塑性性能的金属板料放于模具之中,把板料与模具一起加热到规定温度,向模具内吹入压缩空气或抽出模具内空气形成负压,使板料沿凸模或凹模变形,从而获得所需形状。气压成形能加工的板料厚度为0.44mm。 (3)超塑性锻造,高能成型,爆炸成型 电液成型 电磁成型,板料液压成型,液压胀形 冲液拉深 软介质成型/软模成型,冲液拉深示意图,
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