材料成形技术课件32金属塑性成形方法.ppt
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1、 3.2 3.2 金属塑性成形方法金属塑性成形方法 主要有锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。主要有锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。3.2.1 3.2.1 锻造锻造 锻造锻造是在加压设备及工(模)具的作用下,是在加压设备及工(模)具的作用下,使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形,以使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形,以获得具有一定几何尺寸、形状和质量的锻件的获得具有一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。加工方法。按所用的设备和工(模)具的不同,按所用的设备和工(模)具的不同,可分为可分为自由锻和模锻自由锻和模锻两大类。两大类。1.1.自由锻自由锻即即只用简单的通用性工具,或在锻造设备的只用简
2、单的通用性工具,或在锻造设备的上、下帖间直接使坯料变形而获得所需的上、下帖间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的加工方法。几何形状及内部质量锻件的加工方法。(1 1)分类)分类 1 1)手工锻造,生产小型锻件。)手工锻造,生产小型锻件。2 2)机器锻造,生产大、中、小型锻件。)机器锻造,生产大、中、小型锻件。(2 2)特点)特点 1 1)金属坯料在水平方向可自由流动;)金属坯料在水平方向可自由流动;2 2)可使用多种锻压设备;)可使用多种锻压设备;3 3)锻件力学性能好;)锻件力学性能好;4 4)节约金属,减少切削加工工时;)节约金属,减少切削加工工时;5 5)锻件形状简单,精度
3、低;)锻件形状简单,精度低;6 6)生产率较低,劳动强度较大。)生产率较低,劳动强度较大。主要用于形状简单的单件小批生产,主要用于形状简单的单件小批生产,特别适于重型、大型锻件生产。特别适于重型、大型锻件生产。(4 4)自由锻的基本工序)自由锻的基本工序分类分类 :1 1)辅助工序:)辅助工序:为方便基本工序的操作而预先进行局部为方便基本工序的操作而预先进行局部小小变形变形的工序。的工序。如倒棱、压肩等如倒棱、压肩等。2 2)精整工序:)精整工序:修整锻件最终形状和尺寸、消除表面不平和歪修整锻件最终形状和尺寸、消除表面不平和歪斜的工序。如修整鼓形、校平、校直等。斜的工序。如修整鼓形、校平、校直
4、等。3 3)基本工序:)基本工序:锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工序。锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工序。如如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、锻接等。镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、锻接等。2.2.模锻模锻即即利用模具使毛坯变形获得锻件的方法。常用利用模具使毛坯变形获得锻件的方法。常用的模锻设备有蒸汽的模锻设备有蒸汽-空气模锻锤、压力机等。空气模锻锤、压力机等。(1 1)模锻分类:)模锻分类:1 1)锤上模锻:在锻锤上进行;)锤上模锻:在锻锤上进行;2 2)胎模锻:在自由锻设备上使用可移动模具;)胎模锻:在自由锻设备上使用可移动模具;3 3)压力机上模锻:)压力机上模锻:在压力机上对热态金
5、属进行模锻。在压力机上对热态金属进行模锻。(2 2)模锻特点)模锻特点1 1)坯料整体塑性变形,三向受压;)坯料整体塑性变形,三向受压;2 2)锻件尺寸精确,加工余量小;)锻件尺寸精确,加工余量小;3 3)锻件形状可较复杂;)锻件形状可较复杂;4 4)生产率较高;)生产率较高;5 5)锻模造价高,制造周期长;)锻模造价高,制造周期长;适于适于小型锻件的成批大量生产。小型锻件的成批大量生产。如飞机、机车、军工、轴承等制造业中的如飞机、机车、军工、轴承等制造业中的齿轮、轴、连杆等零件。齿轮、轴、连杆等零件。1 1)锤上模锻:)锤上模锻:即在锻锤上进行的模锻。即在锻锤上进行的模锻。按所用设备和模具不
6、同,按所用设备和模具不同,可分为可分为锤模锻和胎模锻锤模锻和胎模锻。锤模锻:锤模锻:即在各种模锻锤上进行的模锻。即在各种模锻锤上进行的模锻。锻模模膛:锻模模膛:根据锻件形状和模锻工艺而根据锻件形状和模锻工艺而 开设的凹腔。开设的凹腔。(3 3)模锻方法)模锻方法 锤锤锻锻模模具具由由带带有有燕燕尾尾的的上上模模、下下模模组组成成。下下模模固固定定在在模模座座上上,上上模模固固定定在在锤锤头头上上,并并随随锤锤头头作作上上下下往往复复锤锤击击运运动动使使锻锻坯坯在在模模膛膛中成形。中成形。模膛模膛种类种类制坯模膛(制坯模膛(体积分配体积分配)模锻模膛(模锻模膛(锻件成形锻件成形)切断模膛(切断模
7、膛(锻件与坯料切离锻件与坯料切离)预锻预锻初步成形初步成形终锻终锻最终成形最终成形设飞边槽设飞边槽 放收缩率放收缩率镦粗镦粗拔长拔长滚挤滚挤弯曲弯曲 实际锻造时应根据锻件的复杂程度相应实际锻造时应根据锻件的复杂程度相应选用单模膛锻模或多模膛锻模。选用单模膛锻模或多模膛锻模。一般一般形状简单的锻件形状简单的锻件采用仅有终锻模膛的采用仅有终锻模膛的单模膛锻模,单模膛锻模,而而形状复杂的锻件形状复杂的锻件(如截面不均匀、轴线弯(如截面不均匀、轴线弯曲、不对称等)则需采用具有制坯、预锻、曲、不对称等)则需采用具有制坯、预锻、终锻等终锻等多个模膛多个模膛的锻模逐步成形。的锻模逐步成形。下面让我们来看一下
8、弯曲连杆在锤上模下面让我们来看一下弯曲连杆在锤上模锻时所用的多模膛锻模及其成形过程。锻时所用的多模膛锻模及其成形过程。弯曲弯曲滚挤滚挤拔长拔长锻锻模模切切边边模模制制坯坯工工步步预锻预锻终锻终锻切边切边模模锻锻工工步步切切断断工工步步胎模锻胎模锻:即在自由锻造设备上使用可移动模具生产模锻即在自由锻造设备上使用可移动模具生产模锻 件的一种锻造方法。件的一种锻造方法。特点:特点:与自由锻相比:锻件质量好;生产率高;与自由锻相比:锻件质量好;生产率高;节约金属。节约金属。与模锻相比:与模锻相比:操作灵活;生产准备周期短;操作灵活;生产准备周期短;锻锻件件表表面面质质量量较较差差;劳劳动动强强度度大大
9、。胎模的种类:胎模的种类:扣模;筒模;合模。扣模;筒模;合模。2 2)锻造压力机模锻)锻造压力机模锻(自学(自学)在压力机上对热态金属进行锻造。在压力机上对热态金属进行锻造。液压机模锻:模锻液压机是用高压液体(通常为液压机模锻:模锻液压机是用高压液体(通常为液压机模锻:模锻液压机是用高压液体(通常为液压机模锻:模锻液压机是用高压液体(通常为水或油)来驱动安装在活动横梁上的锻模进行模水或油)来驱动安装在活动横梁上的锻模进行模水或油)来驱动安装在活动横梁上的锻模进行模水或油)来驱动安装在活动横梁上的锻模进行模锻的。锻的。锻的。锻的。锻压机模锻:锻压机即热模锻机械压力机,是通锻压机模锻:锻压机即热模
10、锻机械压力机,是通锻压机模锻:锻压机即热模锻机械压力机,是通锻压机模锻:锻压机即热模锻机械压力机,是通过曲柄连杆机构使滑块往复运动进行模锻的。过曲柄连杆机构使滑块往复运动进行模锻的。过曲柄连杆机构使滑块往复运动进行模锻的。过曲柄连杆机构使滑块往复运动进行模锻的。平锻机模锻:平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块平锻机模锻:平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块平锻机模锻:平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块平锻机模锻:平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块的卧式压力机。的卧式压力机。的卧式压力机。的卧式压力机。螺旋压力机模锻:螺旋压力机是靠主螺杆的旋转螺旋压力机模锻:螺旋压力机是靠主螺杆的旋转螺旋压力机模锻:螺旋压力机是靠
11、主螺杆的旋转螺旋压力机模锻:螺旋压力机是靠主螺杆的旋转带动滑块上下运动,向上实现回程,向下进行锻带动滑块上下运动,向上实现回程,向下进行锻带动滑块上下运动,向上实现回程,向下进行锻带动滑块上下运动,向上实现回程,向下进行锻打的压力机。打的压力机。打的压力机。打的压力机。3.2.2 3.2.2 冲压冲压 是使板料经分离或成形而得到制是使板料经分离或成形而得到制件的工艺统称。件的工艺统称。(1 1)冲压设备:)冲压设备:1 1)剪床)剪床把板料切成一定宽度的条料,把板料切成一定宽度的条料,为后续的冲压备料。为后续的冲压备料。2 2)冲床)冲床完成冲压的各道工序,完成冲压的各道工序,生产出合格的产品
12、。生产出合格的产品。(2 2)冲压特点)冲压特点1 1)冲压件轻、薄、刚度好;)冲压件轻、薄、刚度好;2 2)生产率和材料利用率高;)生产率和材料利用率高;3 3)成品成品形状可较复杂、形状可较复杂、尺寸精度高尺寸精度高、表面质表面质量好、量好、质量稳定质量稳定 ,一般无需切削加工;,一般无需切削加工;4 4)大批量生产时,产品成本低。)大批量生产时,产品成本低。应用:应用:汽车、拖拉机、电机、电器、仪表仪器、汽车、拖拉机、电机、电器、仪表仪器、轻工和日用品及国防工业生产等领域。轻工和日用品及国防工业生产等领域。常用的冲压材料常用的冲压材料有低碳钢、高塑性合金钢、铝有低碳钢、高塑性合金钢、铝和
13、铝合金、铜和铜合金等金属板料、带料与卷和铝合金、铜和铜合金等金属板料、带料与卷料,还可加工纸板、塑料板、胶木板、纤维板料,还可加工纸板、塑料板、胶木板、纤维板等非金属板料。等非金属板料。安徽工程科技学院机械系安徽工程科技学院机械系A U T S冲裁:冲裁:即利用冲模将板料以封闭或不封闭的轮即利用冲模将板料以封闭或不封闭的轮廓线与坯料分离的冲压方法。廓线与坯料分离的冲压方法。即用即用带带刃口的冲模使板料分离。刃口的冲模使板料分离。沿封闭轮廓分离沿封闭轮廓分离(冲孔、落料冲孔、落料等等)沿非封闭轮廓分离沿非封闭轮廓分离(切断、切口、剖切切断、切口、剖切等)等)冲冲裁裁凸模凸模凹凹模模板坯板坯安徽工
14、程科技学院机械系安徽工程科技学院机械系A U T S1 1)冲裁变形过程)冲裁变形过程三个阶段:弹性变形三个阶段:弹性变形塑性变形塑性变形剪裂分离剪裂分离 冲后冲后断面特征:断面特征:对应各变形阶段,对应各变形阶段,冲裁断面相应地分为冲裁断面相应地分为塌角、光亮带、剪裂带塌角、光亮带、剪裂带和毛刺区和毛刺区。光亮带宽度越大,光亮带宽度越大,塌角越小,塌角越小,剪裂带的宽度和斜度越小,剪裂带的宽度和斜度越小,则剪切面的质量越好则剪切面的质量越好塌角塌角光亮带光亮带剪裂带剪裂带毛刺毛刺塌角塌角光亮带光亮带剪裂带剪裂带毛刺毛刺冲裁件断面组成示意图冲裁件断面组成示意图冲孔件冲孔件落料件落料件2 2)冲
15、裁间隙冲裁间隙 :指凹模与凸模工作部分的水平:指凹模与凸模工作部分的水平投影尺寸之差。投影尺寸之差。(一般用字母(一般用字母Z Z代表双边间隙)代表双边间隙)冲裁间隙的大小直接影响冲裁件的质量、冲裁间隙的大小直接影响冲裁件的质量、冲裁力的大小和模具寿命。冲裁力的大小和模具寿命。冲裁间隙的影响:冲裁间隙的影响:对断面质量:对断面质量:Z Z过大,断面质量不好;过大,断面质量不好;对模具寿命:对模具寿命:Z Z加大,提高寿命;加大,提高寿命;对冲裁力:对冲裁力:Z Z加大,可减小冲裁力。加大,可减小冲裁力。合理选择间隙值合理选择间隙值Z Z(根据材料种类、料厚、精度要求等确定根据材料种类、料厚、精
16、度要求等确定根据材料种类、料厚、精度要求等确定根据材料种类、料厚、精度要求等确定)当断面质量要求较高时,应选较小的间隙值;当断面质量要求较高时,应选较小的间隙值;当断面质量无严格要求时,应尽可能加大间隙。当断面质量无严格要求时,应尽可能加大间隙。经验公式:经验公式:Z Zm m (mm是系数,是系数,是料厚)是料厚)冲裁软钢、铝合金、铜合金等软材料时:冲裁软钢、铝合金、铜合金等软材料时:Z Z(6 68 8)冲裁硬钢等材料时:冲裁硬钢等材料时:Z Z(8 81212)冲厚板或精度较低的冲裁件时,间隙还可适冲厚板或精度较低的冲裁件时,间隙还可适当增大。当增大。3 3)排样:)排样:即冲裁件在板料
17、或带料上的布置方法。即冲裁件在板料或带料上的布置方法。排样原则:合理。排样原则:合理。目的:简化模具结构,提高材料利用率。目的:简化模具结构,提高材料利用率。4 4)提高冲裁质量的冲压工艺:)提高冲裁质量的冲压工艺:当冲裁件剪断面用做工作表面或配合表面时,当冲裁件剪断面用做工作表面或配合表面时,常采用常采用整修、挤光、精密冲裁整修、挤光、精密冲裁等冲压工艺以提等冲压工艺以提高冲裁质量。高冲裁质量。弯曲弯曲:即将板料、型材或管材在弯矩的作用下弯成即将板料、型材或管材在弯矩的作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法。具有一定曲率和角度的制件的成形方法。1 1)弯曲变形过程:)弯曲变形过程:弹性
18、变形弹性变形 塑性变形塑性变形 塑性弯曲塑性弯曲板料受力:外侧受拉应力板料受力:外侧受拉应力“+”“+”;内侧受压应力内侧受压应力“-”“-”。外层开裂:外层开裂:当当 外外 b b时,则产生弯裂。时,则产生弯裂。故应限制板料的最大弯曲变形程度(即最小故应限制板料的最大弯曲变形程度(即最小弯曲半径)弯曲半径),同时注意毛坯下料方向,最好同时注意毛坯下料方向,最好使板料流线方向与弯曲线垂直。使板料流线方向与弯曲线垂直。3 3)回回弹弹-由由于于外外力力去去除除后后弹弹性性变变形形的的恢恢复复,造造成成工工件件的的弯弯曲曲角角度度、曲曲率率半半径径与与模模具具不不一一致致的现象。的现象。故故一一般
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