第7章 金属塑性成形

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1、第7章金属塑性成形 7 1金属的塑性成形工艺基础7 2金属的锻造7 3板料冲压7 4金属的其它塑性成型方法 7 1金属的塑性成形工艺基础 7 1 1金属的塑性成形7 1 2加工硬化和再结晶7 1 3塑性变形使金属形成纤维组织7 1 4金属的可锻性 7 1 1金属的塑性成形 1 块料成形 1 一次加工这是属冶金工业领域内的原材料生产的加工方法 可提供型材 板材 管材和线材等 其加工方法包括轧制 挤压和拉拔 在这类成形过程中 变形区的形状随时间是不变化的 属稳定的变形过程 适于连续的大批量生产 2 板料成形 2 二次加工这是为机械制造工业领域内提供零件或坯料的加工方法 这类加工方法包括自由锻和模缎

2、 统称为锻造 在锻造过程中 变形区随时间是不断变化的 属非稳定性塑性变形过程 适于间歇生产 金属塑性成形方法的种类 7 1 2加工硬化和再结晶 回复和再结晶示意图 图中虚线为原来的晶界 7 1 3塑性变形使金属形成纤维组织 螺钉的纤维组织比较 不同加工方法制成齿轮坯的纤维组织 吊钩纤维的正确分布 曲轴纤维分布 a 纤维被切断b 纤维完整分布 7 1 4金属的可锻性 挤压时金属的应力状态 拉拔时的应力状态 碳钢的锻造温度范围 低碳钢的机械性能与温度变化的关系 7 2金属的锻造 7 2 1金属的锻前加热和锻成后冷却7 2 2自由锻造7 2 3模型锻造7 2 4胎模锻造7 2 5锻压零件的结构工艺性

3、 7 2 1金属的锻前加热和锻成后冷却 1 加热的目的提高金属的塑性 降低变形抗力 使其易于流动成形并获得良好的锻后组织 2 加热的方法根据热源不同可分为火焰加热法和电加热法 3 锻件的冷却规范锻件的冷却规范 主要是根据材料的化学成分 组织特点 锻前状态和锻件尺寸等因素来确定合适的冷却速度或冷却方法 根据所需的冷却速度不同 常用的冷却方法有空冷 坑 箱 冷 炉冷等 7 2 2自由锻造 1 自由锻造设备 空气锤结构图 双柱拱式蒸气锤构造及工作原理 具有三个工作缸的锻造水压机 2 自由锻造工艺 1 自由锻造的工艺规程自由锻造工艺规程的内容包括 绘制锻件图 计算坯料的质量和尺寸 选择锻造工序 确定锻

4、造设备和吨位 确定锻造温度范围 冷却和热处理规范 规定技术要求和检验要求 以及编制劳动组织和工时定额 敷料因为自由锻造只能锻制形状简单的锻件 所以零件上的某些凹档 台阶 小孔 斜面 锥面等都要进行适当的简化 以减少锻造的困难 提高生产率 为了简化锻件形状而增加的金属称为敷料 敷料 双联齿轮的锻件图 计算坯料的质量和尺寸 锻件的坯料质量 锻件质量 氧化损失 截料损失选择锻造工序自由锻造的基本工序有 拔长 镦粗 冲孔 弯曲 扭转 错移 切割等 选择锻造工序是根据锻件的形状来确定的 锻件分类及锻造用工序 2 自由锻造典型工艺举例 7 2 3模型锻造 与自由锻比较 模锻生产具有如下特点 有高的生产率

5、锻件尺寸精确 表面粗糙度小 因而加工面的加工余量可以减少 以节省加工时间 金属材料和能耗 可以生产形状较为复杂的锻件 模锻所用锻模价格较贵 需要能力较大的专用设备 1 模锻用设备 蒸汽 空气模锻锤 曲柄压力机传动图 平锻机动作图 平锻机传动系统图 平锻机上模锻过程图 平锻机上锻造的锻件 a 外形图b 传动图摩擦压力机 2 模锻锤上的模锻工艺 锤锻模的固定及单模膛模锻 飞压槽的型式拔长模膛滚压模膛弯曲模膛 曲轴模锻工艺过程锤锻模 切边模 冲孔模 3 模锻工艺规程制定模锻工艺规程包括有以下内容 绘制模锻件图模锻件图是设计和制造锻模 计算坯料以及检查锻件的依据 绘制模锻件图应考虑的问题有合理选择分模

6、面 确定余量 公差和余块 确定模锻斜度和圆角半径等 根据零件图绘制的模锻件图称为冷锻件图 用以检查锻件质量 在冷锻件图的基础上增加各个尺寸的热膨胀量绘制的模锻件图 称为热锻件图 用以制造锻模的终锻模膛 计算坯料尺寸 确定模锻工步根据锻件类别 选择所需的制坯工步 选择模锻设备 确定修整及辅助工序内容包括切边 冲孔 校正 热处理和清理等 4 模锻件结构的工艺性 要有一个正确合理的分模面 设计适合于模锻工艺的截面几何形状 零件设计时尽量采用标准件 合理选择分模面 加设凸边防止错移 直线分模面 对称的截面 截面相差过大的结构 高筋的凸耳 左右件的设计 7 2 4胎模锻造 有锁扣的锻模 7 2 5锻压零

7、件的结构工艺性 锻压 焊接联合结构 1 自由锻件的工艺性要求 a 错误的b 正确的自由锻零件的结构设计 1 避免曲线交接 凸台 加强筋以及椭圆和工字型等截面 2 避免截面积变化太大 2 模锻件的工艺性要求 考虑到模锻的工艺特点 设计零件应注意下列要求 模锻零件应有合理的分模面 杆类零件的各处横截面积应较为均匀 最小与最大截面积之比应大于0 3 0 5 避免薄壁高肋以及叉形和分支 结构设计不合理的模锻零件 7 3板料冲压 7 3 1冲压设备7 3 2板料冲压基本工序7 3 3冲模7 3 4冲压件的工艺性要求 板料冲压所以能被广泛应用是由于它具有下列特点 可以冲压形状复杂的零件而废料较少 能保证产

8、品具有足够高的精度和小的粗糙度 可以满足一般互换性的要求 能获得重量轻 材料消耗少 强度和刚度较高的零件 冲压操作简单 工艺过程便于机械化自动化生产绿高 成本低 7 3 1冲压设备 平口剪和圆盘剪的刃口 单柱冲床 双动冲床传动图 7 3 2板料冲压基本工序 1 落料和冲孔 冲裁变形过程接触弹簧修改前后对比 2 弯曲 弯曲过程图弯曲时的纤维方向 3 拉深 拉深工序图 拉深件起皱拉深许可圆角半径 4 其它冲压工序 滚珠轴承隔离圈的冲压过程 5 冲压工艺举例 黄铜弹壳的冲压过程 7 3 3冲模 1 简单冲模 2 连续冲模 3 复合冲模 7 3 4冲压件的工艺性要求 1 冲裁件的形状和尺寸2 弯曲件3

9、 拉深件 1 冲裁件的形状和尺寸 冲裁件形状应尽可能简单 对称 排样废料少 除在少 无废料排样或采用镶拼模结构时 允许工件有尖锐的清角外 冲裁件的外形或内孔交角处应采用圆角过渡 避免清角 尽量避免冲裁件上过长的悬臂与狭槽 冲裁件孔与孔之间 孔与零件边缘之间的壁厚 因受模具强度和零件质量的限制 其值不能太小 冲裁件的孔径因受冲孔凸模强度和刚度的限制 不宜太小 否则凸模容易折断和压弯 冲裁件形状对工艺性的影响示例 冲裁件的结构工艺性 弯曲件的冲孔位置 2 弯曲件 弯曲件的弯曲半径不宜过大和过小 弯曲件的形状与尺寸应尽可能对称 高度也不应相差太大 保证弯曲件直边平直的直边高度不应小于 否则需先压槽或

10、加高直边 弯曲后切掉 带孔的板料在弯曲时 如果孔位位于弯曲变形区内 则孔的形状会发生畸变 当图7 3 29所示弯曲件在弯曲时 为防止交接处应力集中而产生撕裂 可预先冲裁卸荷孔或切槽 也可以将弯曲线移动一段距离 以离开尺寸突变处 弯曲件尺寸的标注应考虑工艺性 弯曲件尺寸标注不同 会影响冲压工序的安排 压槽后进行弯曲 弯曲件形状对弯曲过程的影响 带缺口的弯曲件 弯曲件直边高度直边侧面带斜边的弯曲件 弯曲件的孔边距防止孔变形的措施 防止弯曲边交接处应力集中的措施 a 可先落料冲孔后弯曲 b c 弯曲后冲孔尺寸标注与工艺的关系 3 拉深件 拉深件高度尽可能小 以便能通过l 2次拉深工序成形 拉深件的形

11、状尽可能简单 对称 避免尖底形 以保证变形均匀 有凸缘的拉深件 最好满足 而且外轮廓与直壁断面最好形状相似 拉深件的圆角半径尽可能大些 由于拉深件各部位的料厚有较大变化 所以对零件图上的尺寸应明确标注是外壁尺寸还是内壁尺寸 不能同时标注内外尺寸 由于拉深件有回弹 所以零件横截面的尺寸公差一般都在ITl3级以下 多次拉探的零件对外表面或凸缘的表面 允许有拉探过程中所产生的印痕和口部的回弹变形 但必须保证精度在公差之内 拉深件的材料应具有良好的成形性能 成双组合拉深 7 4金属的其它塑性成型方法 7 4 1零件的轧制7 4 2零件的挤压7 4 3精密模锻7 4 4多向模锻7 4 5锻压新工艺技术简

12、介 7 4 1零件的轧制 1 辊锻轧制2 辗环轧制3 轧制齿轮 1 辊锻轧制 2 辗环轧制 3 轧制齿轮 7 4 2零件的挤压 1 零件的挤压方式挤压过程 落料表面 表面清理 镦粗预成形 软化退火 磷化润滑 反挤压成形 软化退火 磷化润滑 正挤压成形2 冷挤压金属在室温下进行挤压称为冷挤压 3 温挤压一般认为把金属坯料加热到100 800后进行挤压 称为温挤压 挤压方式 核心套壳的冷挤压成形工作 冷挤压零件 纯铝零件的挤压 凿岩机钎套的温挤压工艺图 7 4 3精密模锻 精密模锻是在一般模锻基础上逐步发用起来的 种少无切削加工新工艺 与一般模锻相比 它能获得表面质量好 机械加工余量少和尺寸精度较高的锻件 从而能提高材料利用率 目前 精密成形主要应用于两个方面 1 精化毛坯2 精锻零件 7 4 4多向模锻 多向模锻过程示意图 典型的多向模锻件 多向模锻属于闭式模锻 它实质上是以挤压为主 挤压和模锻复合成形的工艺 其变形过程也可分为三个变形阶段 第I阶段是基本成形阶段 第II阶段是充满阶段 第III阶段是形成飞边阶段 三通管接头的成形过程图 7 4 5锻压新工艺技术简介 1 超塑性成型2 粉末锻造3 高能率成型 粉末冶金制品的压制过程