第三章 金属塑性成形

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1、第三章 金属塑性成形概述 什么是塑性成形 塑性的概念 塑性成形的主要方法 第一节 自由锻 Free Forging一、自由锻工艺规程的制定1. 绘制锻件图 第三章 塑性成形2. 确定锻造变形工艺方案 决定因素：形状特征、尺寸、技术要求。 具体内容：工序、尺寸、工具。 三个工序：基本工序、辅助工序、精整工序。 自由锻基本类型及其典型变形方案3. 计算坯料质量及尺寸GB=GF+GL= GF+ Gb+Gc尺寸：VB=GB/p 盘类零件： 轴类零件： 既拔长又镦粗的锻件：4. 确定温度制度（钢）开锻温度：10501250T终锻温度：750900oC 依据：可锻性、氧化、脱碳、过热、过烧、设备能力等5.

2、 力能参数计算1）.理论计算法2）.查表法6. 选择锻造设备 类型：气（汽）锤、液压机规格：以落锤重量表示。例如：100kN气锤、1000k N油压机 依据：锻件类型、材质、尺寸、现有设备二、自由锻工艺规程设计实例1. 压盖 条件： 45号钢，初轧坯 锻件图： 变形方案： 坯料尺寸：G 二G+G 二G+2.0%G+1.3 x452 x 149 x 10-6B F L F F按盘类：按轴类： 直径：长度：L=4G /D2兀=205mmB 温度制度：-开锻温度：1150T-终锻温度：800OC 计算压力：-查G ,计算G ,取卩=0.3,sz算得局部镦粗力P=0.421 冲孔力P=0.371 选0

3、.5吨自由锻锤 填写工艺卡片三、自由锻件的结构工艺性第二节模锻Die Forging一、模锻的特点与应用1.特点： 生产率高 形状复杂、尺寸精确 表面光洁、余量较小 操作简便、易于控制 锻造力大、模具复杂2 .适用： 成批生产的中小型、形状较为复杂的锻件。二、锤上模锻1. 锻模结构 开式模、闭式模 上模、下模 模膛- 制坯模膛、模锻模膛 间隙 顶料杆图示 锤上模锻设备 典型锤锻过程： 制坯：镦粗、压扁、拔长、滚压、弯曲。获得基本形状 预锻：预成形（粗锻）终锻：精锻切边：切断毛边或连皮2. 模锻工艺规程1）. 设计锻件图 选定分模面 加工余量 模锻斜度 圆角半径 冲孔连皮 选定分模面 :-脱模一

4、充满-平面简化-上下相似-减少余块 加工余量一按吨位法确定：t T T a T、 T-按零件形状尺寸精度确定：a=14mm二0.3 3mm 模锻斜度：a=3。、5。、7。、10。、12。、15。h/b T t a Ti 圆角半径外圆角半径： r=a+r_ 0一内圆角半径：R=23r一规范系列：1、1.5、 2、 3、4、 5、8、 10、 12、 15、 20mm 冲孔连皮 厚度s的取值：d=3080mm时，s=48mm d3d时,冲出孔穴第三章 塑性成形 其他技术细节：-表面缺陷-错移量-未注斜度、未注圆角-热处理规范2) 确定坯料尺寸 体积： VB=(VF+Vf+Vs)(1+k)烧损系数：

5、 k=23%坯料直径：盘类：m=H/D=1.82.2轴类：模膛系数：当不制坯，或有拔长工序时，k=1当有滚挤工步时， K=0.70.85 坯料长度： =4V/（ D2）3）确定变形工步按成品模段件的形状分配变形 两大类：短轴类：镦粗为主+预锻、终锻 长轴类（直轴类、弯轴类、枝芽类）：拔长、滚压+弯曲、成形+预锻、终锻 图示 锤上模锻变形工步 图示 锤上模锻变形工步4）确定锻后工序（精整） 切边冲孔：热冲、冷冲 校正：在模膛或专用校正模中进行 热处理：正火或退火 清理：酸洗、喷丸、喷砂、滚动清理 精压：平面精压、体积精压三、其他设备上的模锻1、热模锻压力机模锻（曲柄压力机） 特点： 静压力、平稳

6、、振动小 滑块速度低、行程固定 刚性好， 精度高 可采用组合模 一次成形，变形量不宜过大，采用分步成形 设备结构复杂2. 平锻机模锻1）. 设备特点 具有曲柄压力机所有特点。2）.工艺特点 坯料水平放置，长度不受限制。 出模方便，可锻出侧面带有凸台、凹槽，带有深孔、通孔的锻件。 锻件外壁不需斜度，带孔件不留飞边和连皮，接近零件形状。 尺寸精度高、光洁，生产率高。 可实现镦粗、冲孔、成形、穿孔、切断等（不能拔长）工步。 适用于带头部的杆件、套圈类零件的大批生产。 设备结构复杂造价高。3. 螺旋压力机模锻1）. 设备特点 飞轮摩擦式螺旋压力机、液压传动螺旋压力机行程和速度介于模锻锤和曲柄压力机之间

7、 0.51m/sec 先冲击，后静压。具有锤锻和压力机的双重特性。2）.工艺特点 工艺适应性良好。 偏心载荷承受能力差，仅适用于单膛模锻。 有顶出机构，适用于带有头部及杆部的回转小锻件。 效率低，吨位小。四、模锻件的结构工艺性 合理分模面、斜度、圆角半径。 配合表面留有加工余量，非配合表面设计成非加工表面。 零件外形力求简单、平直、对称、截面相差不宜过于悬殊，避免薄壁、高肋、凸 起等不利于成形的结构。 避免窄沟、深槽、深孔、多孔结构。 形状复杂的锻件采用其他成形方法。第三节 板料冲压 Sheet Forming一、板料冲压的特点及应用1. 加工特点 复杂薄壁件，尺寸精度高，表面光洁。 冷作强化

8、可使零件刚度提高、重量减轻。 机组自动化程度高。2. 应用：五金零件、仪器仪表零件、汽车外壳、建筑构件等 二、冲压基本工序两大基本工序：分离（冲裁）、成形（冷弯）1. 冲裁1）.目的：使板料按一定规则分离。2）.种类：切断、冲孔、落料、切边、切口、剖切 第三章 塑性成形3）.冲裁过程弹性变形T塑性变形T断裂T分离冲裁力 F=K t t L （N）其中：K 冲裁系数（1.3 ）t 材料剪切强度极限（ MPa ）t 板料厚度（ mm ）L 周长（ mm ）4）.冲裁间隙c合理的c值可使断裂口相遇。 C值与板厚和材质有关。 C值影响冲裁力和冲裁质量。 c=0.060.08t 软料C=0.080.2t

9、 硬料 刃口尺寸：落料模，凸模： d=D-2C冲孔模，凹模：d=D+2c5) .冲裁后的整修 第三章 塑性成形2. 弯曲1). 弯曲的基本概念 遵从弹塑性规律 变形发生在折弯角区域 中性层 弯曲角和弯曲半径 回弹2) .弯曲的类型 简单弯曲 卷绕 扭曲3) .应力-应变分析 中性层表面相对应变：0 = t/(2r) 真应变：e0= ln(1+ s0)4) .几个值得注意的问题 最小弯曲半径： r = 0.251.0 tmin 弯曲力矩：当无硬化的纯塑性弯曲时，n=0,c=o ,则M二Bt2G /4ss 弹性恢复现象：受材料力学性能、板厚、形状、相对弯曲半径等影响。措施：选用合适的材料、改进成形

10、结构、采用适当的模具、采用拉弯工艺 注意弯曲方向与材料纤维方向的关系 弯曲过程中避免撕裂的措施3拉深 拉延、深冲 将板件经过冲拉成杯状件。 包括：筒形件、球面形件、盒形件、阶梯形件。 如将翻边、扩口、冲孔等工序相结合，可加工十分特殊和复杂的零件。1 ).拉深过程 力平衡 三个变形区2).拉深件的主要质量问题 起皱 纵裂 掉底3 ).质量问题的防止措施(i=1n)限制拉深系数：m二d/d 般规律：t/d J T mTiT T mT 模具圆角半径：凹模： R =520t凸模：R Rd 间隙控制： c=1.11.5t 适当的压边力、采用压边圈和适当润滑 再结晶退火4 成形1). 翻边按坯料情况，可分

11、为平面翻边和曲面翻边两种。 按变形性质，可分为伸长类翻边和压缩类翻边。 应力应变分析 伸长：遵从材料拉伸塑性变形和断裂规律 压缩：符合材料压缩塑性变形和失稳规律 第三章 塑性成形2) . 胀形利用机械或液压方法使筒状材料鼓起的一种成形方式。 材料表面以拉应力为主，伴以减薄，变形均匀性较好。3) . 起伏和压肋4) . 旋压和爆炸成形三、板料冲压件的结构工艺性1. 冲压件的形状 尽可能采用规则、对称形状 落料形状便于排样和套裁 加强筋的应用 适当采用冲压-焊接方法生产形状复杂的零件 适当采用冲口成形工艺 改进零件形状，简化工艺和降低成本2. 冲压件的尺寸 圆角过渡，防止撕裂 避免狭长冲口和过小的

12、冲孔间距 注意材料的最小弯曲半径 拉深件的圆角半径不宜过小3. 冲压件的精度和表面质量 按照各基本工序的经济精度设计冲压结构 允许冲压件表面质量低于原料表面质量 一般精度分配 :落料:WIT10 ;冲孔:WIT9 ;弯曲：WIT910 ; 拉深高度:WIT810 ;整形后:WIT67 ;直径公差:WIT910第四节 轧制成形 Rolling一、轧制成形的特点及应用1. 特点：断面减缩、大延伸以长形件为主 变形速度较大 成形的连续性强 生产效率高2.应用： 各种金属的板、管、型材 应用于建筑、机械、化工、电气、仪表、交通、民用等二、基本概念1. 体积不变(秒流量相等)2. 最小阻力定律3. 宽展

13、4. 前滑5. 咬入6. 加工硬化和动态再结晶三、几个重要参数1. 变形参数压下量：Ah二H-h, s= Ah/H (%)延伸系数：卩二F/F H h宽展：AB=B-B =F(H, Ah,f,o,R.)h Hs2. 运动学参数秒流量： Fv =Fv =Fv =Fv ， 一1122 i i n n前滑系数：S=(v -v)/vh h R R四、变形不均匀问题不均匀变形的客观存在后果：轧件开裂、拉缩，或堆积、失稳影响因素：断面形状、变形量、摩擦系数五、典型加工方式举例1. 板带材轧制四辊单机架热轧中厚板四辊多机架热连轧板带多辊单机架冷轧板带多辊多机架冷连轧板带2. 钢管轧制 无缝管加工基本工艺过程

14、 基本工艺：坯料准备穿孔轧管精整 斜轧加工生产 纵轧加工生产 焊管加工基本工艺过程 基本工艺：成型 焊接 精整 高频直缝焊管生产 其他焊管生产3. 型材轧制 小型型材生产 中型型材生产 大型型材生产 线材生产 孔型设计问题第五节 挤压和拔制成形一、挤压成形1.类型：正挤、反挤、复合挤压2. 工艺特点： 应力状态有利于提高塑性 成形断面复杂 组织性能改善思考题1. 塑性成形加工的特点是怎样的？其主要方法有哪些？2. 金属材料的塑性和变形抗力（屈服极限）受那些因素影响？其规律是怎样的？3. 碳钢在锻造温度范围内变形时，是否会产生冷变形强化?4. 塑性差的金属材料进行锻造时应注意什么问题?5. 铅（

15、熔点为327C ）在200钨（熔点为3380C ）在1100C时变形，各属何种变形？6. 用棒料切削加工成形和用棒料冷镦成形获得的六角螺栓其力学性能有何不同?为什么？7. 重要的巨型锻件（如水轮机主抽）应该采用什么锻造方法？为什么？8. 试制定如图所示的双联齿轮和齿轮轴的自由锻工艺规程（锻件图、变形工步、坯 料尺寸）。9. 图示零件采用锤上模锻时，最合适的分模面在何处？10.如图所示的汽车后半轴零件，大批量生产时，可以用哪些方法制造?11. 能否利用冲制孔径为100mm工件的冲孔模改制成拉深内径为100mm的无凸缘筒 形件的拉深模？如可能的话，模具要做哪些改变?(材料厚2mm)12. 用厚度为2mm的Q235钢板冲压成形如图所示的零件，应采取怎样的冲制过程？13.用图示板料毛坯拉深(b)图或(c)图零件时，哪个较难成形?为什么?14. 轧制成形的主要特点是什么？轧制生产的主要产品？15. 宽展的影响因素主要有哪些？影响规律是怎样的？16. 轧制变形不均匀所导致的结果主要有哪些？ 其规律如何？17. 冷轧和热轧的区别何在？18. 挤压成形有哪些方法?各有何特点?19. 钢管生产有哪两种基本方法?试简述之.20. 拔制成形有哪些方法?各有何特点?