第八章压力加工.ppt

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1、12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院1前言1、何为金属塑性成形？金属塑性成形是利用金属材料所具有的塑性，对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。它是锻造与冲压的总称，属于压力加工的范畴。锻压设备锻压设备第八章第八章 金属塑性成形金属塑性成形 金属变形过程：金属材料在外力作用下发生弹性变形当外力超过一定值后产生塑性变形外力继续加大，发生断裂十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院2锻造比是锻造时变形程度的一种表示方法。通常用变形前后的截面比、长度比或高度比

2、来表示。锻造比对锻件的锻透程度和力学性能有很大影响。当锻造比达到2时，随着金属内部组织的致密化，锻件纵向和横向的力学性能均有显著提高；当锻造比为2-5时，由于流线化的加强，力学性能出现各向异性，纵向性能虽仍略提高，但横向性能开始下降，锻造比超过5后，因金属组织的致密度和晶粒细化度均已达到最大值，纵向性能不再提高，横向性能却急剧下降。一般，碳素结构钢取2-3，合金结构钢取3-4。对于某些高合金工具钢和特殊性能的合金钢，为促进合金碳化物分布的均匀化，击碎钢中的碳化物，常采用较大的锻造比。锻造比越大，锻造流线越明显；锻造流线的稳定性很高，不能用热处理方法消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和

3、形状。5.锻造比 十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院3对拔长：对拔长：Y锻锻=F0（原截面）原截面）/F（拔长后截面）拔长后截面）对镦粗：对镦粗：Y锻锻=H0（镦前高度）镦前高度）/H（镦后高度）镦后高度）结构钢钢锭的锻造比一般为结构钢钢锭的锻造比一般为24；各类钢坯和轧材的锻造比一般为各类钢坯和轧材的锻造比一般为1.1 1.3。零件设计和制造中充分利用锻造流线零件设计和制造中充分利用锻造流线：1）零件最大拉应力方向应与锻造流线平行）零件最大拉应力方向应与锻造流线平行;2）零件最大剪切应力方向应与锻造流线垂直）零件最大剪切应力方向

4、应与锻造流线垂直;3）零件外形轮廓应与锻造流向的分布相符合）零件外形轮廓应与锻造流向的分布相符合 而不被切断而不被切断。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院46.金属的锻造性能金属的锻造性能是指金属在塑性成形时获得优质产品的难易程度。其优劣常用塑性和变形抗力综合衡量。金属的塑性用金属的断面收缩率、等来表示。变形抗力系指在压力加工过程中变形金属作用于施压工具表面单位面积上的压力。变形抗力越小，则变形中所消耗的能量越少。塑性高、变形抗力小则锻造性能好。它决定于金属的本质和变形条件。（一）金属的本质1.化学成分,纯金属一般具有良好的锻造性

5、能。碳钢随碳的质量分数的增加，锻造性能逐渐变差。合金元素的加入会劣化锻造性能。2.金属组织,纯金属及固溶体锻造性能好，而碳化物的锻造性能差。铸态柱状晶组织和粗晶结构不如细小而又均匀晶粒结构的金属锻造性能好。3.晶体结构,面心立方体心立方密排六方。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院5（二）变形条件（二）变形条件 1变形温度 变形温度低，金属的塑性差、变形抗力大，不但锻压困难，而且容易开裂。提高金属变形时的温度，可使原子动能增加，原子间的结合力消弱，使塑性提高，变形抗力减小。锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的间隔。锻造温度范围

6、的确定以合金状态图为依据。一般：始锻温度：AE线下200左右。终锻温度：800（T再以上）碳钢的锻造温度范围碳钢的锻造温度范围十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院6（二）变形条件（二）变形条件 2变形速度 变形速度指单位时间内的变形程度。变形速度低时，金属的回复和再结晶能够充分进行，塑性高、变形抗力小；随变形速度的增大，回复和再结晶不能及时消除冷变形强化，使金属塑性下降，变形抗力增加，锻造性能变差。常用的锻压设备不可能超过临界变形速度。图：变形速度对塑性及变形抗力图：变形速度对塑性及变形抗力图：变形速度对塑性及变形抗力图：变形速度对

7、塑性及变形抗力的影响示意图的影响示意图的影响示意图的影响示意图十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院7 3.应力状态 采用不同的变形方法，在金属中产生的应力状态是不同的。应力状态对于塑性的影响为：压应力数目越多，塑性越好；拉应力数目越多，塑性越差；应力状态对于变形抗力的影响为：同号应力状态下的变形抗力大于异号状态下的变形抗力。所以，在选择变形方法时，对于塑性高的金属，变形时出现拉应力有利于减少能量消耗；对于塑性低的金属应尽量采用三向压应力以增加塑性，防止裂纹。（二）变形条件（二）变形条件图：拉拔时金属应力状态图：拉拔时金属应力状态图：

8、拉拔时金属应力状态图：拉拔时金属应力状态图：挤压时金属应力状态图：挤压时金属应力状态图：挤压时金属应力状态图：挤压时金属应力状态十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院84.坯料表面质量 表面粗糙或有划痕、微裂纹、粗大夹杂都会在变形过程中产生应力集中，使缺陷扩展甚至开裂。故塑性加工前应对坯料表面进行清理消除缺陷，有时甚至需要进行表面预切削去掉坯料的表层金属。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院9n概念：只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧铁间直接使坯料变形而获得所需的

9、几何形状及内部质量的锻件，这种方法称为自由锻。第二节第二节 常用锻造方法常用锻造方法一、自由锻自由锻n特点：1）工具简单、通用性强；2）应用广泛，几克几百吨，机械性能高；3）锻件尺寸精度差，材料利用率低；4）只能用于形状简单的锻件；5）劳动强度大（尤其手工）；坯料坯料十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院104、自由锻零件结构工艺性、自由锻零件结构工艺性p原则：满足使用性能要求，符合自由锻工艺要求，节约金属，保证质量，提高生产率。p尽量避免锥体或斜面（因必用专用工具，成型困难）p锻件由几个简单几何体构成时，交接处不应形成空间曲线。p锻

10、件不应设计出凸台、筋板。p椭圆形、工字形等复杂截面应避免。p截面变化不宜太大。锻造比太大p外表面复杂的锻件不应设计，可采用分别锻造，然后焊接或机械联接。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院114、自由锻零件结构工艺性、自由锻零件结构工艺性零件结构应尽可能简单、对称、平直；应避免零件上的锥形、楔形结构；锻造困难；改为平面、圆柱面好斜面斜面十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院12应避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交；应设计成平面和圆柱面交接，或平面交接避免相贯相交十五十五

11、863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院13加强肋和表面凸台等结构难以用自由锻方法获得，应避免；椭圆形或工字形截面，弧线及曲线形表面也应避免；十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院14对横截面尺寸相差很大或形状复横截面尺寸相差很大或形状复杂的零件，的零件，应尽可能分尽可能分别对其其进行行锻造，然后用螺造，然后用螺纹连接。接。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院15截面有急剧变化或形状较复杂时，应分成几个易锻造的简单件，再用焊

12、接或机械连接法结合成整体。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院16u概念：模锻是指金属坯料在一定形状的锻模模膛内受冲击力或压力而变形的加工方法。u原理：模锻的工作原理与蒸汽空气自由锻基本相同，只是其采用专用的锻模对金属材料进行成形。u分类：按模具类型模锻可分为开式模锻（有飞边模锻）、闭式模锻（无飞边模锻）和多向模锻等；按设备类型模锻可分为锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等。第二节第二节 模锻模锻十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院17（1）分模面的选择 u 原则：a、保证锻

13、件能完整地从模膛中取出；b、使模膛浅而宽，便于加工、利于金属流动；c、应使上、下模膛沿分模面的轮廓一致，便于检查上、下模错移；d、分模面应使锻件上敷料最少；e、分模面尽量选平面；f、有流线要求时，依受载情况确定；三、锤上模锻工艺规程的制订三、锤上模锻工艺规程的制订十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院18c c分模面分模面选择比较选择比较a ab bd da ac cb bd d a-aa-a面面锻件无法取出；锻件无法取出；b-bb-b面金属不易充满面金属不易充满模膛，且不利于锻模制造和敷料较多（因孔不模膛，且不利于锻模制造和敷料较多

14、（因孔不能锻出），浪费金属，增加加工工时；能锻出），浪费金属，增加加工工时；c-cc-c面面易易发生错模现象；发生错模现象；d-dd-d面最合理。面最合理。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院19u具有合理的分模面，保证模锻件易于从锻模中取出、敷料最少、锻模易于制造；应有模锻斜度和圆角；四、模锻件的结构工艺性十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院20零件的小截面直径与大截零件的小截面直径与大截面直径之比为面直径之比为0.5，不符合，不符合模锻生产的要求。模锻生产的要求。模锻

15、件扁而薄，模锻时薄部金模锻件扁而薄，模锻时薄部金属冷却快，不宜充满模膛。属冷却快，不宜充满模膛。C图零件有一个高而薄的凸图零件有一个高而薄的凸缘，金属难以充满模膛，而缘，金属难以充满模膛，而且取出锻件较为困难。且取出锻件较为困难。u零件外形力求简单、平直和对称，尽量避免模锻件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构；四、模锻件的结构工艺性十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院21孔径小于25mm或孔深大于直径两倍时，锻造困难；便于模具制造和延长模具使用寿命20u设计时尽量避免深孔或多孔结构；四、模锻件的结构工艺性u形状复杂的锻件应

16、采用锻-焊或锻-机械加工联接的方法，减少余块以简化模锻工艺。u不与其他机件配合的表面应设计为非加工面，尺寸精度要符合模锻生产工艺；十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院22第三节第三节 板料冲压板料冲压n板料冲压：板料冲压是指金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法。材料:原材料塑性高低C钢、铝合金、铜合金、镁合金、塑性高的合金钢。冲压常用的设备：剪床和冲床等。剪床为冲床备料，将板料切成条料；而冲压加工主要在各类冲床上进行。凹模凹模凸模凸模坯料坯料加工范围：冷态下8毫米：冷冲压热态冲压8-10毫米：热冲压十五十五863子课题子课

17、题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院23板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院24（一）分离工序使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序；如：剪切、落料、冲孔和修整等工序1切断（剪裁）：将材料沿不封闭的曲线分离的冲压方法称为切断。主要用于将板料切成具有一定宽度的条料，为成形工序的备料工序。一、冲压的基本工序一、冲压的基本工序图：剪切示意图图：剪切示意图备料工序设备为剪床十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学

18、院25（一）分离工序2冲裁：利用凹、凸模使坯料按封闭轮廓分离的工序。落料和冲孔总称为冲裁。落料和冲孔的工艺过程完全相同，当坯料被冲下的部分为成品，周边为废料时，该工艺过程称为落料；当坯料的周边为成品，被分离的材料为废料时，该工艺过程称为冲孔。一、冲压的基本工序一、冲压的基本工序十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院26落料变形过程分为以下三个阶段落料变形过程分为以下三个阶段：弹性变形阶段塑性变形阶段断裂分离阶段圆角带圆角带是在冲裁变形开始时，由于是在冲裁变形开始时，由于金属纤维的弯曲与拉伸所形成。金属纤维的弯曲与拉伸所形成。光亮带光亮

19、带是由于金属挤入凹模内产是由于金属挤入凹模内产生挤压变形所引起的。生挤压变形所引起的。断裂带断裂带是金属层被拉断的结果。是金属层被拉断的结果。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院27冲裁模具尺寸：（1）冲裁间隙：即凸凹模间隙。间隙大小影响断面质量、模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。间隙过大冲裁件断面质量粗糙，尺寸精度误差大；间隙过小冲模磨损严重，卸料、落料难。原则：冲裁件断面质量要求较高时，选较小间隙；Z=（0.06-0.12）S冲裁件断面质量无严格要求时，选较大间隙；一般取（510%）S，以利于提高冲模寿命。影响

20、冲裁件的主要因素：影响冲裁件的主要因素：凸凹模间隙凸凹模间隙、刃口的锋利程度及冲裁力。、刃口的锋利程度及冲裁力。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院28（2）刃口尺寸：冲孔模：1）以冲孔件确定凸模尺寸，考虑磨损，凸模选孔的最大尺寸（公差允许内）；2）以凸模为基准，加上间隙，设计凹模；落料模：1）以落料件确定凹模刃口尺寸，考虑凹模磨损，凹模刃口尺寸取公差范围最小值；2）以凹模尺寸为基准，减去间隙，设计冲模；冲孔：凸模为准 d孔=d凸 d 凹=d孔+Z落料：凹模为准 d落料=d 凹 d凸=d落料-Z十五十五863子课题子课题验收汇报验收

21、汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院29思考题思考题用用50冲孔模具来生产冲孔模具来生产50落料件能否保证冲压落料件能否保证冲压件的精度？为什么？件的精度？为什么？答答：不不能能保保证证冲冲压压件件的的精精度度，落落料料件件的的直直径径大大于于50mm。因因为为凹凹模模的的尺尺寸寸决决定定落落料料件件尺尺寸寸，此此题题中中使使用用的的凸凸模模直直径径为为50mm，而而凹凹模模的的直直径径为为5 50+Z mm（Z为为凸凸凹凹模模之间的间隙），所以落料件的直径大于之间的间隙），所以落料件的直径大于50mm。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料

22、科学与工程学院材料科学与工程学院30（二）变形工序1拉深（拉延）变形区在一拉一压的应力状态作用下，使板料（浅的空心坯）成形为空心件（深的空心件）而厚度基本不变的加工方法称为拉深，也叫拉延。使坯料的一部分相对另一部分产生位移而不破裂的工序。包括拉深、弯曲、翻边、成形等工序。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院31D D直径平板放在凹模上。在凸模作用下，板料产生塑直径平板放在凹模上。在凸模作用下，板料产生塑性变形，被拉入凸模和凹模的间隙中，使坯料直径性变形，被拉入凸模和凹模的间隙中，使坯料直径缩小高度增加，形成开口中空零件。缩小高度增加

23、，形成开口中空零件。1)1)、拉深过程、拉深过程十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院322)、拉深中的废品拉穿拉穿：一一般出现在直壁与底部的过渡圆角处。般出现在直壁与底部的过渡圆角处。起起皱皱：坯坯料料边边缘缘在在切切线线方方向向受受到到压压缩缩，产产生生波波浪浪变变形，导致起皱。形，导致起皱。拉穿拉穿起皱起皱图：拉深废品图：拉深废品十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院33拉深系数拉深系数：mm=d 件件/D料料m1 m2 m3,变变形形越越来来越越小小；中中途途安安排排

24、中中间间退火提高坯料塑性。退火提高坯料塑性。m，变形程度变形程度，一般一般m=0.50.8 m 0.5，要多次拉深。要多次拉深。多次拉深的总拉深系数等于的各次拉深的乘积。多次拉深的总拉深系数等于的各次拉深的乘积。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院34防止起皱的措施：压边圈防止起皱的措施：压边圈一般一般（板厚（板厚S/直径直径D）100 2 不用压边圈不用压边圈 （板厚（板厚S/直径直径D）1001.5 必须用压边圈必须用压边圈中空零件还可采用旋压方式生产中空零件还可采用旋压方式生产:不需复杂的冲模，变不需复杂的冲模，变 形力小，生

25、产率低。形力小，生产率低。图：有压边圈的拉深示意图图：有压边圈的拉深示意图压杆压杆坯料坯料顶柱顶柱模具模具十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院35为防止坯料被拉穿，应采取如下工艺措施：1）凸凹模应有合理的圆角；2）合理的凸凹模间隙：过小，易拉裂；过大，易起皱。3）合理的拉深系数：m=d/D衡量拉深变形程度，m越小，变形越大，易拉穿，材料塑性好，m可，一般：m0.50.8（易塑性来取），若m过小，则采用多数拉深，m应一次比一次大，两次拉深之间可退火,消除加工硬化。4）润滑：加润滑剂，减小摩擦，降低拉力，减小模具磨损。为防止起皱，可对坯

26、料使用压边圈。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院36用用2501.5板料能否一次拉深直径为板料能否一次拉深直径为50的拉的拉深件？应采取哪些措施才能保证正常生产？深件？应采取哪些措施才能保证正常生产？思考题答：因为：答：因为：（m为拉深系数）为拉深系数）所以此件不能一次拉深成形。所以此件不能一次拉深成形。应采取的措施是：应采取的措施是：多次拉深（可安排多次拉深（可安排45次）；次）；多多次次拉拉深深后后，对对工工件件进进行行退退火火处处理理，保保证证足足够够的塑性；的塑性；加润滑剂，来减少摩擦阻力。加润滑剂，来减少摩擦阻力。十五十

27、五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院37指将板料、型材或管材在弯矩作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法称为弯曲。受力分析：外侧受拉，内侧受压，tb，外侧拉裂，板厚r则t易裂2弯曲最小弯曲半径rmin=（0.251）塑性rmin可小些压应力拉应力板料越厚，内弯曲半径r越小，则拉、压应力越大，越容易弯裂。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院38弯曲时应使弯曲线纤维方向；即拉应力与板料内部的锻造流线的方向一致。弯曲完，弹性变形要恢复，工件弯曲角度略有增大，这种现象称为回弹现象

28、。回弹角约为 00100。设计弯曲模时，模具角度应小于一个回弹角。弯曲时两端加拉力，压力拉力。考虑回弹现象十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院39 1对冲裁件的要求 1）落料件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，避免长槽、长悬臂结构。总之：应利于制造模具，提高模具寿命，节省材料。2）冲孔时 圆孔 dt 方孔 L0.9t t料厚；孔距、孔与边距t 保证凹模寿命；外缘凸出或凹进的尺寸1.5t，保证件不变形。3）冲裁件：两相邻边要用圆弧联接，避免应力集中。4）排样要合理，废料尽量少。二、冲压零件结构工艺性二、冲压零件

29、结构工艺性十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院40三、三、冲冲压件的压件的构造工艺性构造工艺性冲压件的形状要求冲压件的形状要求冲压件尽量简单、对称；冲压件尽量简单、对称；排样要合理；交接面圆排样要合理；交接面圆弧过渡弧过渡。冲裁时尽量避免窄而长冲裁时尽量避免窄而长结构，否则模具制造困结构，否则模具制造困难，且寿命短；难，且寿命短；十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报12/18/2022材料科学与工程学院材料科学与工程学院41对于形状复杂的冲压件，先分对于形状复杂的冲压件，先分别冲制若干简单件，然后焊接别冲制若干简单件，然后焊接成复杂件，以简化冲压工艺，成复杂件，以简化冲压工艺，降低成本。降低成本。采用冲口工艺，以减少组合件数量，节采用冲口工艺，以减少组合件数量，节省材料和简化工艺过程。省材料和简化工艺过程。十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报