《固态成形技术》PPT课件.ppt

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1、材料成形技术基础,第三章 固态材料塑性成形过程,第1节 概述 第2节 金属塑性成形过程的理论基础 第3节 锻造方法 第4节 板料成形方法 第5节 其它他塑性成形简介,主要内容,3.1 概述,金属塑性成形的概念,它是指在外力作用下，使金属材料产生预期的塑性变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。 在工业生产中又称压力加工。,3.1 概述,金属材料固态成形的基本成形条件:,被成形的金属材料应具备一定的塑性; 要有外力作用于固态金属材料上。 金属固态成形受到内外两方面因素的制约。 内在因素即金属本身能否进行固态变形和可形变的能力大小。 外在因素即需要多大的外力。另外，外界条件（如

2、温度等）对内外因素有相当大的影响，且成形过程中两因素相互影响。,金属塑性成形的主要方法,3.1 概述,优点： 组织细化致密、力学性能提高； 体积不变的材料转移成形，材料利用率高; 生产率高，易机械化、自动化等。 可获得精度较高的零件或毛坯，可实现少无切削加工。 缺点： 不能加工脆性材料； 难以加工形状特别复杂（特别是内腔）、体积特别大的制品； 设备、模具投资费用大。,金属固态塑性成形优缺点,按金属固态成形时的温度分为两大类：,冷变形过程 冷变形是指金属在进行塑性变形时的温度低于该金属的再结晶温度。 冷变形过程的特征：变形后具有加工硬化现象，强度、硬度升高，塑性和韧度下降. 热变形过程 是指金属

3、材料在其再结晶温度以上进行的塑性变形。,3.1 概述,冷变形过程的特征： 变形后具有加工硬化现象，强度、硬度升高，塑性和韧度下降。 热变形过程的特征： 金属在热变形中始终保持良好的塑性，可使工件进行大量的塑性变形；又因高温下金属的屈服强度较低，故变形抗力低，易于变形。 热变形使内部组织结构致密细小，力学性能特别是韧度明显改善和提高。因为金属材料内部的缩松、气孔或空隙被压实，粗大（树枝状）的晶粒组织结构被再结晶细化。 形成纤维组织，力学性能具有方向性。,3.1 概述,冷变形过程优点：,冷变形过程缺点： 冷变形过程的加工硬化使金属的塑性变差，给进一步塑性变形带来困难。 对加工坯料要求其表面干净、无

4、氧化皮、平整。 加工硬化使金属变形处电阻升高，耐蚀性降低。,冷变形制成的产品尺寸精度高、表面质量好。 对于不能用热处理方法提高强度、硬度的金属构件（特别是薄壁细长件）。 利用加工硬化来提高构件的强度、硬度不但有效而且经济。,3.1 概述,3.2 金属塑性成形过程的理论基础,塑性成形性能（可锻性） 衡量因素塑性指标和变形抗力； 塑性越高，变形抗力越低，可锻性越好。,影响金属塑性成形性能的因素： 内在因素、加工条件、应力状态等。 内在因素： 化学成分钢的含碳量越大，塑性成形性越差;钢的合金元素含量越高，塑性成形性能越差. 金属组织单相固溶体的塑性成形性优于多相组织，常温下，均匀细晶的塑性成形性优于

5、粗晶组织，钢中存在网状二次渗碳体时塑性成形性下降。,3.2 金属塑性成形过程的理论基础,加工条件： 变形温度 温度越高，塑性指标增加，变形抗力降低，可锻性提高。 变形速度 一方面变形速度增大硬化速度随之增大，塑性指标下降，变形抗力增大，可锻性变坏； 另一方面变形速度越大，热效应越明显，使塑性指标提高、变形抗力下降，可锻性变好。 一般生产条件下采用较小变形速度。,3.2 金属塑性成形过程的理论基础,应力状态： 三个方向中的压应力数目越多，塑性越好，变形抗力增大；拉应力数目多，则金属的塑性就差，变形抗力降低。,3.2 金属塑性成形过程的理论基础,3.2.2 塑性变形基本规律,体积不变规律 金属固态

6、成形加工中金属变形后的体积等于变形前的体积（又叫质量恒定定理） 最小阻力定律 金属在塑性变形过程中，其质点都将沿着阻力最小的方向移动。(最小周边法则） （3）加工硬化,定义：自由锻造是利用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形，从而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件成形过程。,3.3.1 自由锻造,3.3 锻造方法,车床主轴自由锻 盘套类锻件锻造,自 由 锻 优 点,3.3.1 自由锻造,自 由 锻 缺 点,3.3.1 自由锻造,自由锻成形过程,3.3.1 自由锻造,零件图 - 绘制锻件图 - 计算坯料质量和尺寸-下料-确定工序-加热温度-设备等- 加热坯料、锻打-检

7、验-锻件,自由锻成形过程 1）绘制锻件图 绘制锻件图时要考虑: 敷料 加工余量 锻件公差,3.3.1 自由锻造,锻件加工余量： 与零件的形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等因素有关，通常自由锻锻件的加工余量为46mm，它与生产的设备、工装精度、加热的控制和操作技术水平有关，零件越大，形状越复杂，则余量就大。 锻件公差： 锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量，因为锻造操作中掌握尺寸有一定困难，外加金属的氧化和收缩等原因，使锻件的实际尺寸总有一定的误差。规定锻件的公差，有利于提高生产率。自由锻锻件的公差一般为（12）mm。,3.3.1 自由锻造,2）计算坯料质量和尺寸 确定坯料质量： G坯料=G锻件+

8、G烧损+G料头 式中：G坯料坯料质量。 G锻件锻件质量。 G烧损加热时坯料因表面氧化而烧损的质量，第一次加热取被加热金属质量分数的2%3%，以后各次加热取1.5%2.0%； G料头锻造过程中被冲掉的那部分金属的质量，如冲孔时坯料中部的料芯，修切端部产生的料头等。,3.3.1 自由锻造,确定坯料尺寸 首先根据材料的密度和坯料质量计算出坯料相应的体积； 根据体积不变原则和采用的基本工序类型（如拔长、镦粗等）的锻造比、高度与直径之比等； 然后计算出坯料横截面积、直径或边长等尺寸。,3.3.1 自由锻造,中小型锻件，大多使用型材，圆钢应用较多。 当锻件锻造的第一工序为镦粗时，则： 1.25DH2.5D

9、 坯料直径为： 式中 坯料的体积坯料的高度或长度：,3.3.1 自由锻造,当锻造件的第一工序为拔长时，则： 由此便可计算坯料直径 ,即 圆坯料 方坯料 注意：圆钢直径大小是标准的，如计算的坯料直径与圆钢标准直径不符，则应将坯料直径就近取成圆钢直径，然后再重新计算坯料高度H或长度L。,3.3.1 自由锻造,典型锻件的锻造比,3.3.1 自由锻造,选择锻造工序、确定锻造温度和冷却规范等。 选择锻造工序 分为基本工序、辅助工序、精整工序三类。 基本工序：镦粗、拔长、冲孔等,3.3.1 自由锻造,盘类锻件,轴及杆类锻件,可采用镦粗、冲孔、压肩、整修,可采用拔长、压肩、整修,3.3.1 自由锻造,筒及环

10、类锻件,弯曲类锻件,可采用镦粗、冲孔、拔长、整修,可采用拔长、弯曲,3.3.1 自由锻造,曲拐轴类锻件,其他复杂锻件,可采用拔长、分段、错移、整修,可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修,3.3.1 自由锻造,辅助工序：压肩、倒棱、压钳口等。 精整工序：整形、清出表面氧化皮等。,3.3.1 自由锻造,锻造温度范围及加热冷却范围 常用金属材料的锻造温度范围,3.3.1 自由锻造,锻后锻件的冷却： 锻件仍有较高的温度，冷却时由于表面冷却快，内部冷的慢，锻件表里收缩不一，可能使一些塑性较低的或大型复杂锻件产生变形或开裂等缺陷。,3.3.1 自由锻造,锻件冷却方式常有下列3种： 1）直接在空气中冷却（空冷

11、），此种多用于碳含量小于0.5%的碳钢和碳含量小于0.3%的低合金钢中小型锻件。 2）在炉灰或干砂中缓冷 对用于中碳钢、高碳钢和大多数低合金钢中的中型锻件。 3）随炉缓冷 锻后随即将锻件放入500到700摄氏度的炉中随炉缓冷，用于中碳钢和低合金钢的大型锻件以及高合金钢的重要锻件。,3.3.1 自由锻造,自由锻典型过程举例 轴类、盘类、环类、筒类、弯曲类等 轴类件自由锻工序,3.3.1 自由锻造,3.3.1 自由锻造,盘类件自由锻工序,3.3.1 自由锻造,3.3.1 自由锻造,环类件自由锻工序,3.3.1 自由锻造,筒类件自由锻工序,3.3.1 自由锻造,弯曲件自由锻工序,3.3.1 自由锻造

12、,锻造设备： 中小型锻件所采用的主要是空气锤，空气锤的吨位选择见下表或查锻造手册。,3.3.1 自由锻造,自由锻件结构技术特征 自由锻件上应避免锥体、曲线或曲线交接以及椭圆形、工字形截面等结构,3.3.1 自由锻造,3.3.1 自由锻造,自由锻件上应避免加强筋、凸台等结构。,3.3.1 自由锻造,当锻件的横截面有急剧变化或形状较复杂时，可将其设计成几个简单件构成的组合件，用焊接或机械连接方法连成整体件。,3.3.1 自由锻造,复杂件结构 成形性差的结构 成形性好的结构,3.3.1 自由锻造,3.3.2 模型锻造,定义：它是将坯料置于锻模模腔内，然后施加冲击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的

13、成形过程。,模型锻造时坯料是整体塑性成形 坯料三向受压。,与自由锻相比，模锻具有如下优点: 生产效率高。 能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理。 模锻件的尺寸较精确，表面质量好，加工余量较小。 节省金属材料，减少切削加工工作量。在批量足够的条件下，能降低零件成本。 模锻操作简单，劳动强度低。,3.3.2 模型锻造,缺点： 模锻设备吨位限制，锻件质量一般在150kg以下。设备投资较大，模具费用高，工艺灵活性较差，生产准备周期较长。 适合于小型锻件的大批、大量生产。,3.3.2 模型锻造,模锻已广泛应用于飞机、机车、汽车、拖拉机、军工、轴承等制造业中。 最常见的零件是齿轮、轴、连杆、杠

14、杆、手柄等，但模锻常限制在150kg以下的零件。 冷成形工艺（冷镦、冷锻）主要生产一些小型制品或零件，如螺钉、钉子、铆钉、螺栓等，由于锻模造价高，制造周期长，故模型锻造仅适用于大批量生产。,3.3.2 模型锻造,模锻过程,3.3.2 模型锻造,模锻过程 1)绘制模锻件图 应考虑分模面、加工余量、锻件公差和敷料 、模锻斜度 、模锻件圆角半径 等。 分模面 确定分模面位置原则： 要保证模锻件易于从模膛中取出，故通常分模面选择在模锻件最大截面上。 所选定的分模面应能使模膛的深度最浅，这样有利于金属充满模膛，便于锻件的取出和锻模的制造。 选定的分模面应能使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，这样在安装锻模

15、和生产中发现错模现象时，便于及时调整锻模位置。,3.3.2 模型锻造,d）分模面最好是平面，且上下锻模的模膛深度尽可能一致，便于锻模制造。 e)所选分模面尽可能使锻件上所加的敷料最少，这样既可提高材料的利用率，又减少了切削加工的工作量。第2种孔不能锻。,3.3.2 模型锻造,分模面选择比较图,加工余量、锻件公差和敷料 模锻件的加工余量和公差比自由锻件的小得多。小型模锻件的加工余量一般在24mm，锻件公差一般为0.5 1mm。,3.3.2 模型锻造,对于孔径d25mm的模锻件，孔应锻出，但须留冲孔连皮； 冲孔连皮厚度与孔径有关，当孔径为30 80mm时，连皮厚度为4 8mm。,3.3.2 模型锻

16、造,模锻斜度 目的是便于从模膛中取出锻件。,常用模锻斜度系列为：357101215 模锻斜度与模膛深度有关，当模膛深度与宽度的比值（h/b)越大时，取较大的斜度值。内壁斜度应比外壁斜度大25 在具有顶出装置的锻压机械上，其模锻件上的斜度比没有顶出装置的小一级。,3.3.2 模型锻造,模锻件圆角半径 模锻件上凡是面与面相交处均应做成圆角。 目的:增大锻件强度，利于锻造时金属充满模膛，避免锻模上的内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处的磨损，提高锻模的使用寿命。,3.3.2 模型锻造,要求: 钢质模锻件 外圆角半径取1.5 12mm， 内圆角半径比外圆角大2 3倍；模膛深度越深，圆角半径取值越大。,例

17、 一齿轮，材料为45钢，产量为3000件/月，选用模锻加工。 该件直径25的孔不锻出（因放在机加工余量后孔径25），外径的加工余量放4mm（半径上放2mm），高度上加工余量放2.5mm。分模面如图所示，凡垂直分模面的立壁均放模锻斜度5。,3.3.2 模型锻造,2）坯料质量和尺寸计算 模锻件坯料质量 =模锻件质量+氧化烧损质量+飞边（连皮）质量 飞边质量的多少与锻件形状和大小有关，一般按锻件质量的20% 25%计算。 氧化烧损按锻件质量和飞边质量总和的3% 4%计算，其他规则可参照自由锻坯料质量及尺寸计算。,3.3.2 模型锻造,3）模锻工序确定 盘类模锻件： 一般采用镦粗和终锻工序；对于一些高

18、轮毂、薄轮辐的模锻件，采用镦粗-预锻-终锻工序。,3.3.2 模型锻造,长轴类模锻件工序选择有： 预锻-终锻 滚压-预锻-终锻 拔长-滚压-预锻-终锻 拔长-滚压-弯曲-预锻-终锻等,3.3.2 模型锻造,模锻件成形过程中工序的多少与零件结构设计、坯料形状及制坯手段等有关。 如：弯曲连杆模锻,3.3.2 模型锻造,锻造截面变化较大的长轴类锻件时，常采用断面呈周期性变化的坯料见图所示：,（a）周期性轧制坯料 （b）弯曲（c）预锻 （d）终锻,3.3.2 模型锻造,或者用辊锻机来轧制原坯料代替拔长和滚压工序见图，这样可使模锻过程简化，生产效率高。,（a）原料 （b）辊锻 （c）坯料 1扇形辊锻模

19、2锻辊,3.3.2 模型锻造,4）修整工序 切边与冲孔 锻成的模锻件，通常其周边都带有飞边，有通孔的锻件还有连皮。须用切边模和冲孔模将飞边和连皮切除。,3.3.2 模型锻造,校正 在形状复杂的锻件切边（冲连皮）之后进行校正提高锻件精度。 热处理 目的是为了消除锻件的过热组织或加工硬化组织、内应力等，使模锻件具有所需的组织和性能。 清理 清除氧化皮、油污及其他表面缺陷，以提高模锻件的表面质量。清理方法有：滚筒打光。喷丸清理、酸洗等。,3.3.2 模型锻造,对于要求精度高和表面粗糙度低的模锻件，除进行上述各修整工序外，还应在压力机上进行精压。,3.3.2 模型锻造,5）锻模模膛 分为模锻模膛和制坯

20、模膛两大类： 模锻模膛 模锻模膛分为终锻模膛和预锻模膛两种。 终锻模膛作用：使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸。它的形状与锻件的形状相同；因锻件冷却时要收缩，终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量，一般钢件收缩量取1.2%1.5%。,3.3.2 模型锻造,飞边槽作用：促使金属充满模膛，增加金属从模膛中流出的阻力，同时容纳多余的金属。,飞边槽的基本结构形式,3.3.2 模型锻造,预锻模膛作用：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终锻时金属容易充满终锻模膛，同时也减小了终锻模膛的磨损，延长使用寿命。 预锻模膛和终锻模膛的主要区别是：前者的圆角和斜度较大，没有飞边槽,3.3.2 模型锻造,制坯

21、模膛 对于形状复杂的模锻件为了使坯料形状基本接近模锻件形状，使金属能合理分布和很好地充满模膛，须预先在制坯模膛内制坯，然后再进行预锻和终锻。 制坯模膛：拔长模膛、滚挤模膛、弯曲模膛、切断模膛等。,3.3.2 模型锻造,拔长模膛用来减少坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。,3.3.2 模型锻造,滚挤模膛用来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。它主要是使金属按模锻件形状分布。,3.3.2 模型锻造,弯曲模膛对于弯曲的杆类模锻件，需用进行弯曲制坯。 坯料可直接或先经其他制坯工序后再放入弯曲模膛内进行弯曲变形。,3.3.2 模型锻造,切断模膛 用来从坯料上切下锻件或从锻件上切下钳

22、口部金属。,3.3.2 模型锻造,6）金属在模膛内的变形过程 其形变过程可分为三个阶段。以锤上模锻盘类锻件为例： 三个阶段： 充型阶段； 形成飞边和充满阶段； 锻足阶段。,3.3.2 模型锻造,充型阶段。在最初的几次锻击时，金属在外力作用下发生塑性变形，坯料高度减小，水平尺寸增大，并有部分金属压入模膛深处。这一阶段直到金属与模膛侧壁接触达到飞边槽桥口为止如图。 形成飞边和充满阶段。在继续锻造时，由于金属充满模膛圆角和深处的阻力较大，金属向阻力较小的飞边槽内流动，形成飞边。由于飞边在随后急剧变冷以至金属流入飞边槽的阻力急剧增大，变形力也迅速增大，见图（d）,3.3.2 模型锻造,锻足阶段。由于坯

23、料体积往往都偏多或者飞边槽阻力偏大，因而，虽然模膛已经充满，但上下模还未合拢，需进一步锻足。,特点： 变形仅发生在分模面附近区域，以便向飞边槽挤出多余的金属，变形力也急剧增大，直至达到最大值p3为止，见图（d）中p2p3线。,3.3.2 模型锻造,3.3.2 模型锻造,飞边的作用： 强迫充填； 容纳多余的金属； 减轻上模对下模的打击，起缓冲作用。,3.3.2 模型锻造,影响金属充满模膛的因素： 金属的塑性和变形抗力。 塑性高、变形抗力低的金属容易充满模膛。 飞边槽的形状和位置。 飞边槽部宽度与高度之比（b/h）及槽部高度h是主要因素。 b/h越大，h越小，则金属在飞边流动阻力越大。强迫充填作用

24、越大，但变形抗力也增大。,3.3.2 模型锻造,金属模锻时的温度。金属的温度高，其塑性好、抗力低，易于充满模膛。 锻件的形状和尺寸。具有空心、薄壁或凸起部分的锻件难于锻造、锻件尺寸越大，形状越复杂，则越难锻造。 设备的工作速度。工作速度较大的设备其充填性较好。 充填方式。镦粗比挤压易于充型。 其他 如锻模有无润滑、有无预热等。,3.3.2 模型锻造,7）模锻件结构技术特征 模锻零件必须具有一个合理的分模面，以保证模锻件易于从锻模中取出、敷料最少、锻模制造容易。,零件外形力求简单、平直和对称，尽量避免零件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高凸起 等结构，以便于金属充满模膛和减少工序。,3.3.2

25、 模型锻造,尽量避免有深孔或多孔结构。 在可能的情况下，对复杂零件采用锻-焊组合，以减少敷料，简化模锻过程。,3.3.2 模型锻造,概念：在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种模具称为胎模的单膛模具，将已加热的坯料用自由锻方法预锻成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。,3.3.3 胎模锻造,种类： 扣模、套筒模（开式套筒模、闭式套筒模）、合模。,1）扣模： 用于锻造非回转体锻件，具有敞开的模膛。锻造时工件一般不翻转，不产生毛边，可用于制坯也可成形。,3.3.3 胎模锻造,2）套筒模： 套筒模主要用于回转体锻件如齿轮、法兰等，有开式和闭式两种。开式套筒模一般只有下模（套筒和垫块），没有

26、上模（锤砧代替上模），优点是结构简单，可以得到很小或不带斜度的锻件。取件时一般要翻转180度; 缺点是对上下砧的平行度要求较严。闭式套筒模一般由上模、套筒等组成，锻造中金属处于模膛的封闭空间中变形，不形成毛边。,3.3.3 胎模锻造,3）合模： 一般由上下模及导向装置组成，见图，用来锻造形状复杂的锻件，锻造过程中多余金属流入飞边槽形成飞边。,3.3.3 胎模锻造,优点： 与自由锻相比，胎模锻具有锻件品质较好（表面光洁、尺寸较精确、纤维分布合理）、生产率高和节约金属等优点。 与模锻相比，胎模锻具有操作比较灵活、胎模模具简单、容易制造加工、成本低、生产准备周期短等优点。,3.3.3 胎模锻造,缺点

27、： 胎模锻件比模锻件表面品质较差； 精度较低、所留的机加工余量大； 操作者劳动强度大、胎模寿命较低。 胎模锻适用于中、小批量生产小型多品种的锻件。,3.3.3 胎模锻造,1）锻件成本及降低成本的主要途径,（1）锻件成本由下列几项组成 原材料费用：主要是锯割好的各类型材或坯料的费用； 燃料费用：即加热炉用的燃油、煤气等费用； 动力费用：包括电力、蒸汽和压缩空气； 生产工人工资和附加费用； 专项费用：如添置过程装备费用，购置锻模等； 车间经费：包括管理和组织车间生产所发生的各项费用； 企业管理费：在计算时把上述的总和分摊给全月完成工时总量，得出单位小时生产费用成本。,3.3.4 锻造生产技术指标,

28、(2)降低成本的主要途径,提高锻件品质，减少废品损失，提高劳动生产率。 尽量节省燃料和动力。,3.3.4 锻造生产技术指标,2）锻造生产技术经济指标,每一锻工锻件年产量（kg/人）； 每一生产工人锻件年产量（kg/人）； 车间总面积年产量（kg/人）； 每104kN锻压设备能力年产量（kg/104）； 锻件成品率； 锻件千克成本（元/kg）。,3.3.4 锻造生产技术指标,板料成形又叫板料冲压,是利用压力装置和模具使板材产生分离或塑性变形，从而获得成形件或制品的成形方法。,3.4 板料成形方法,一般冲压板厚6mm，且通常在常温下进行，故又称为冷冲压，只有当板厚超过8mm时才采用热成形。,优点：

29、 (1)冲压件精度高，表面光洁，无切削，互换性好； (2)冲压件质量轻、强度、刚性较高； (3)操作简便，生产率高，易于自动化； (4)废料少，成本低；,3.4 板料成形方法,缺点： (1)变形冲压件的材料应有足够塑性与较低变形抗力 ； (2)有加工硬化现象，严重时使金属失去近一步变形的能力 ； (3)模具费用高，不宜单件小批生产。,3.4 板料成形方法,冲压设备,（1）冲床,3.4 板料成形方法,剪床 完成剪切工序，为冲压准备原材料的主要设备。,3.4 板料成形方法,3.4.1 板料分离过程,分离过程是使坯料一部分相对于另一部分分离而得到工件或者坯料，如落料，冲孔，切断，修整等。落料与冲孔

30、落料是从板料上冲出一定外形的零件或坯料，冲下部分是成品。 冲孔是在板料上冲出孔，冲下部分是废料。,1）金属板料冲裁成形过程 弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段。,3.4.1 板料分离过程,2）凸凹模间隙 单边间隙用C表示，双边间隙用Z表示。,3.4.1 板料分离过程,间隙大小对冲裁件断面质量的影响,3.4.1 板料分离过程,当冲裁件断面品质要求较高时，应选取较小的间隙值。 冲裁件断面品质无严格要求时，应尽可能加大间隙，以利于提高冲模寿命。 合理间隙Z的数值按经验公式计算：Z = m t 其中 t材料厚度； m与材质及厚度有关的系数。,3.4.1 板料分离过程,板材较薄时，m可按如下数据选

31、用： 低碳钢、纯铁 m=0.060.09 铜、铝合金 m=0.06 0.10 高碳钢 m=0.08 0.12 当板料厚度 t 3mm时，因冲裁力较大，应适当放大系数m。 对冲裁件断面无特殊要求时，系数m可放大1.5倍。,3.4.1 板料分离过程,3）凸、凹模刃口尺寸确定 落料模 凹模尺寸=落料件尺寸 凸模尺寸=凹模尺寸最小合理间隙值 因凹模磨损后增大了落料尺寸，因此，凹模设计应接近落料件最小极限尺寸。,3.4.1 板料分离过程,冲孔模 凸模尺寸=冲孔尺寸，以凸模为基准设计。 凹模尺寸=凸模尺寸+最小合理间隙值 凸模磨损后减小冲孔尺寸，因此，凸模设计应接近冲孔最大极限尺寸。,3.4.1 板料分离

32、过程,4）冲裁力计算 冲裁力是选用设备吨位和检验模具强度的一个重要依据。对于平刃冲模的冲裁力按下式计算：,式中 P冲裁力； L冲裁周边长度； S板料厚度； k系数；一般取k=1.3,材料抗剪切强度。,3.4.1 板料分离过程,（2） 切断 切断是指用剪刀或冲模将坯料或其他型材沿不封闭轮廓进行分离的工序。 断用于制取形状简单，精度要求不高的平板类工件或下料。,3.4.1 板料分离过程,（3） 修整 如零件的精度和表面粗糙度的要求较高，则需要用修整工序。,3.4.1 板料分离过程,3.4.2 板料成形过程,成形过程是使坯料发生塑性变形而形成一定形状和尺寸的工件，主要有拉深、弯曲、翻边、成形、收口等

33、。 （1）拉深 拉深：是将平板料放在凹模上，冲头把材料拉入凹模而形成空心形状工件的过程。,拉深变形过程： 凸缘为主要变形区，如是圆形零件,圆形坯料外径直径随拉深变形而减小，转化为零件侧壁。 凸缘区径向受拉产生拉应变，切向（周向）受压产生压应变。,3.4.2 板料成形过程,在拉深过程中，工件的底部并未发生变形，而工件的直壁部分则经历了很大程度的塑性变形，引起了加工硬化作用。 当坯料直径D与工件直径d相差越大（ d/ D 越小），则变形区越宽，变形程度就大。从底向上金属的加工硬化作用就越强，拉深的变形阻力就越大，甚至有可能把工件直壁底部拉裂。,3.4.2 板料成形过程,d/D的比值m称为拉深系数

34、一般取m=0.50.8。根据不同的材料可以查手册和书上的表。若产品的拉深系数m小于相应材料最小极限拉深系数m极限，则应采用多次拉深。 产品m总 = m1m2m3mn,3.4.2 板料成形过程,拉深主要缺陷：拉裂和起皱,3.4.2 板料成形过程,（2） 弯曲与卷边 弯曲：是用模具把坯料弯成所需要形状的过程，可以在各种机械或液压压力机上进行。,3.4.2 板料成形过程,弯曲工序主要有,3.4.2 板料成形过程,弯曲变形主要发生在弯曲中心角范围，板料内层受压缩短，外层受拉伸长。,3.4.2 板料成形过程,中性层变形区厚度方向，切向伸长与压缩变形区间，有一层金属不变形。称为中性层。用于计算展开长度。,

35、金属坯料在凸模的压力作用下，按凸凹模的形状发生整体弯曲变形，工件弯折部分的内侧被压缩，外侧被拉伸。 这种塑性变形程度的大小与弯曲半径r的大小有关，r越小，变形程度越大，金属的加工硬化作用越强。r太小就有可能在工件弯曲的部分外侧开裂。,3.4.2 板料成形过程,弯曲变形极限用最小弯曲半径表示。 最小弯曲半径：板厚一定，弯曲半径r减小，板料外侧伸长，保证不弯裂的最小半径。 当弯曲变形完毕后，凸模回程时，工件所弯的角度会因金属弹性变形的恢复而略有曾加，称为回弹现象。 卷边也是弯曲的一种。,3.4.2 板料成形过程,回弹主要与材质有关，某些材质的回弹角度甚至高达10，设计模具时应考虑它的影响。 减少回

36、弹的措施 (1)改进弯曲件局部结构和选用合适的材料 如设计加强筋 选s, E的材料或退火处理. (2)补偿法 根据回弹趋势修正凸模或凹模。工厂用的最多。,3.4.2 板料成形过程,(3)校正法 适合 t 0.8 r 又不大时,可在变形区整形。 原理：校正力迫使弯曲内层金属产生切向伸长应变,校正后,内外层金属都处于被伸长状态,卸载后，内外回弹趋势相反，回弹量抵消。 校正压缩量为t的2-5%. (4)拉弯法 适用于料很薄，且半径很大的工件。 同校正弯曲原理，内外层回弹相互抵消。,3.4.2 板料成形过程,（3） 翻边 在带孔的坯料上通过凸模获得竖立的凸缘的过程。 当工件所需的凸缘较高，用一次翻边成

37、形可能会使孔的边缘造成破裂，这时可以采用先拉深，后冲孔，再翻边成型的过程来实现。,3.4.2 板料成形过程,（4）成形和收口 成形是利用局部变形使坯料或半成品改变形状的过程。主要用于成形刚性筋条，或增大半成品的局部半径等。,3.4.2 板料成形过程,收口是使工件口部缩小，高度增加的过程。,3.4.2 板料成形过程,（5）滚弯（含卷板） 滚弯是板料（工件）送入可调上辊与两个固定下辊间、根据上下辊的相对位置不同，对板施加连续的塑性弯曲成形，改变上辊的位置可改变板材的滚弯的曲率。 还有一种滚弯是将板料一次通过若干对上下辊，每通过一对上下辊产生一定的变形，最终使板料成形为具有一定形状的截面。,3.4.

38、2 板料成形过程,滚弯用于生产直径较大的圆柱、圆环、容器及各种各样的波纹板以及高速公路护栏等，尤其是厚壁件。 要求材料有足够的塑性，使工件外表面不超过断裂应变，精度一般符合要求，表面品质主要取决于原材料，且设备用专门的滚弯机。,3.4.2 板料成形过程,利用板料制造各种冲压产品零件时，各种过程的选择，过程顺序的安排和各过程应用次数，都是以产品零件的形状和尺寸及每道工序中材料所允许的变形程度为依据。 形状比较复杂或者特殊的零件，往往要用几个基本过程多次冲压才能完成。变形程度较大时，还要进行中间退火。 图3.50为一零件冲压过程，材质为Q235，图3.51是黄铜弹壳的冲压过程，工件壁厚要经过多次减

39、薄拉深，由于变形程度较大，工序间要进行多次退火。,3.4.2 板料成形过程,某零件材质为Q235的冲压过程： 1落料 2拉深 3第二次拉深 4冲孔 5翻边,3.4.2 板料成形过程,黄铜弹壳的冲压过程： 1落料 2拉深 3第二次拉深 4多次拉深 5成形 6收口 工件壁厚要经过多次减薄拉深，由于变形程度较大，工序间要进行多次退火。,3.4.2 板料成形过程,3.4.3 冲模的分类及构造,冲模是冲压生产中必不可少的模具。冲模结构是否合理对冲压生产的效率和模具寿命都有很大影响。 冲模按基本构造可分为简单模，连续模和复合模三类。,简单模 简单模是指在曲柄压力机的一次行程中只能完成一个工序的冲模。,3.

40、4.3 冲模的分类及构造,（2）连续模 冲压设备在一次行程内在模具不同的工位可以完成两个或两个以上工序的冲模。,3.4.3 冲模的分类及构造,特点： 生产效率高，便于实现机械化和自动化，适用于大批量生产，操作方便安全。 结构复杂，制造精度高，周期长，成本高。 由于定位积累误差，所以内外形同心度高的零件不适合这种模具。,3.4.3 冲模的分类及构造,（3）复合模,在冲压设备的一次行程中，在模具的同一工位同时完成数道冲压工序的冲模。,3.4.3 冲模的分类及构造,特点： 结构紧凑，冲出的制件精度高，生产率也高，适合大批量生产，尤其是孔与制件外形的同心度容易保证，但模具结构复杂，制造较困难。适用于产

41、量大、精度高的冲压件。,3.4.3 冲模的分类及构造,冲压件的精度和表面品质 在满足需要的情况下尽可能降低要求，以降低成本，提高生产率。冲压一般精度:落料不超过IT10，冲孔不超过IT9，弯曲不超过IT9IT10。拉深件直径在IT9IT10,高度尺寸为IT8IT10。 对冲压件表面品质要求，尽可能不高于原材料的所具有的表面品质。否则将要增加切削加工等工序，增加成本。,3.4.4 板料冲压结构技术特征,冲压件的形状和尺寸 落料件的外形应能使排样合理，废料最少。,（a）中少无搭边排样的形状较（b）合理。 避免长槽与细长悬臂结构，因这些结构模具制造困难、模具寿命低。,3.4.4 板料冲压结构技术特征

42、,落料和冲孔的形状和大小应使凸、凹模工作部分具有足够的强度。,孔与孔的间距不能太小； 工件周边的凹凸部分不能太窄太深； 转角都应有一定的圆角等。,3.4.4 板料冲压结构技术特征,弯曲件形状应尽量对称，工作过程防止材料偏移。弯曲半径不能小于材料允许的最小弯曲半径。 弯曲件冲孔的位置临近圆弧之处时，如孔的形状和位置精度要求较高，应在成形后再冲孔。 拉深件上有孔应在成形后再冲， 除非是大平底部 中间小孔不影响成形。,3.4.4 板料冲压结构技术特征,拉深件的外形应力求简单对称且不宜太高，以便易于成形和减少拉深次数。,圆角半径r12t; R=3t; rd3t; r0.15H,3.4.4 板料冲压结构

43、技术特征,结构件应尽量简化成形过程和节约材料 在使用功能不变的情况下，应尽量简化结构，以减少工序，节省材料，降低成本。 如消声器后盖零件，原结构设计须由8道工序完成；改进后只需3道工序且材料节省50%。,3.4.4 板料冲压结构技术特征,采用冲口，以减少一些组合件 如图原设计用三个件铆接或焊接组合而成，现采用冲口（切口弯曲）制成整体零件，节省了材料，也简化了成形过程，提高了生产率。,3.4.4 板料冲压结构技术特征,采用冲焊结构。 对于某些形状复杂或特别的冲压件，可设计成若干个简单的冲压件，然后再焊接或用其他连接方法形成整体件。,3.4.4 板料冲压结构技术特征,冲压件的厚度 在强度、刚度允许

44、的情况下，应尽量采用厚度较薄的材料来制作，以减少金属的消耗、减轻结构质量。 对局部刚度不够的地方，可采用加强筋。,3.4.4 板料冲压结构技术特征,3.5 其他塑性成形简介,3.5.1挤压成形 金属坯料受三向压应力作用，产生塑性变形，从模具空口挤出或充满型腔成形，获得制品。,1）零件的挤压方式,3.5.1 挤压成形,2）挤压特点 挤压分为冷挤压、温挤压和热挤压 1）冷挤压 室温下的挤压，其特点： 三向压应力使材料的晶粒组织更加致密、充分提高金属塑性，使挤压件强度、硬度及耐疲劳性能显著提高、可加工难锻金属。 可生产管、棒等型材，也可生产断面复杂或具有深孔、薄壁及变断面零件。,3.5.1 挤压成形

45、,制品精度较高，尺寸精度可达IT7IT6、表面粗糙度Ra=1.6 - 0.2，实现少无切屑加工。 材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易实现生产自动化。 冷挤压变形力大，限制了冷挤压件的尺寸和质量；冷挤压模具材质要求高，坯料常进行软化、去氧化皮和特殊润滑处理。,3.5.1 挤压成形,2）温挤压 坯料温度高于室温，低于再结晶温度的挤压。 其特点： 坯料可不进行预先软化处理、润滑处理和中间退火等。 与冷挤压相比，降低了变形抗力，增加每个工序的变形程度，提高了模具的使用寿命。 温挤压零件的精度和力学性能低于冷挤压零件。 对于一些冷挤压难以塑性成形的材料，均可采用温挤压。,3.5.1 挤压成形,微型电

46、机外壳的材料为不锈钢，坯料尺寸为25.8X14mm，若采用冷挤压则需要多次挤压才能成形，生产率低，但若将坯料加热到260，采用温挤压，则只需要两次挤压即可成形。,微型电机外壳温挤压过程 （a）坯料 （b）复合挤压 （c）正挤压,3.5.1 挤压成形,3）热挤压 再结晶温度以上，与锻造温度相同。其特点： 变形抗力小、塑性好。 由于加热温度高，氧化脱碳及热胀冷缩等问题会大大降低产品的尺寸精度和表面品质。 一般用于高强（硬）度金属材料的毛坯成形，如：高碳钢、高强度结构钢、高速钢、耐热钢等。,3.5.1 挤压成形,3.5.2 辊轧成形,常见辊轧有：辊锻、横轧、斜轧等。 辊锻：使坯料通过装有圆弧形模块的

47、一对相对旋转的轧辊时，受压而变形的生产方法。,它与轧制不同的是这对模块可装拆更换，以便生产不同形状的毛坯或零件。,辊锻不仅可作为模锻前的制坯工序，还可直接辊锻出制品，如各种扳手、钢丝钳、镰刀、锄头、犁铧、麻花钻、连杆、叶片、刺刀、铁道道岔等。,3.5.2 辊轧成形,辊环轧制（扩孔） 辊环轧制是用来扩大坯料的外径和内径，以得到各种环状毛坯或零件的轧制过程，用它代替锻造方法生产环形锻件，可节省金属15%左右。 生产出来的环类件，其横截面可以是多种形状的，如火车轮箍、大型轴承圈、齿圈、法兰等。,辊环轧制示意图 1驱动辊 2毛坯 3从动轮 4导向辊 5信号辊,3.5.2 辊轧成形,横轧 轧辊轴线与坯料

48、轴线互相平行的轧制方法。 1）齿轮齿形轧制 将带齿形的轧轮做径向进给，迫使轧轮与坯料对辗，在对辗过程中，坯料上一部分金属受压形成齿谷，相邻部分的金属被轧轮齿部“反挤”而形成齿顶。直齿和斜齿均可用热轧成型。,3.5.2 辊轧成形,2）螺旋斜轧：带螺旋槽的轧辊轴线相互交叉，同向旋转，轧坯作螺旋运动（绕自身轴反转，并轴向向前），同时受压塑性变形，获得制品。,3.5.2 辊轧成形,3）横楔轧：横楔轧是用两个外表面镶有楔形凸块，并作同向旋转的平行轧辊对沿轧辊轴向送进的坯料进行轧制成形的方法。,3.5.2 辊轧成形,楔横轧的变形过程 主要是靠轧辊上的楔形凸块压延坯料，使坯料径向尺寸减小，长度尺寸增加。它具

49、有产品精度和品质较好，生产效率高，节省材料，模具寿命高，易于实现机械化和自动化等特点。,但楔横轧限于制造阶梯类等回转体毛坯或零件。,3.5.2 辊轧成形,3.5.3 超塑性成形,指金属或合金在低变形速率、一定变形温度和均匀细晶粒度条件下，伸长率超过100%的塑性变形。,特点 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。 可获得形状复杂、薄壁的工件，且工件尺寸精确。 超塑性成形后的工件，具有较均匀而细小的晶粒组织，力学性能均匀一致；具有较高的抗应力腐蚀性能；工件内不存在残余应力。,3.5.3 超塑性成形,在超塑性状态下，金属材料的变形抗力小

50、，可充分发挥中、小型设备的作用。 超塑性成形前或过程中需对材料进行超塑性处理，还要在超塑性成形过程中保持较高的温度。,3.5.3 超塑性成形,超塑性成形的应用 板料深冲： 如图（a）所示，零件直径小但很长，若用普通拉深，则需多次拉深及中间退火，若用锌铝合金等超塑性材料则可一次拉深成形，且产品品质好，性能无方向性。,3.5.3 超塑性成形,超塑性挤压 超塑性挤压主要用于锌铝合金、铝基合金及铜基合金。 超塑性模锻 超塑性模锻主要用于镍基高温合金及钛合金。,3.5.3 超塑性成形,摆动辗压，是用一具有一定图形母线的上模，上模中线与摆辗机主轴中心线相交成角（摆角）。 当主轴旋转时，上模又绕主轴作轨迹运

51、动，滑块在油缸作用下上升对坯料施压，上模母线在坯料表面连续不断地滚压，使坯料表面由连续的局部塑性变形而达到整体变形，从而得到所需形状和尺寸的零件或制品。,3.5.4 摆辗,拉拔定义： 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。,3.5.5 拉拔,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、空心异型材,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。,