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1、材料成形工艺基础 主讲 张小立,金属塑性成形工艺方法 金属塑性成形工艺设计 金属塑性成形件结构设计,一、何谓冲压成形 板料冲压成形是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法，板料冲压的坯料厚度一般小于4mm，通常是在常温下进行的，所以又叫冷冲压。 二、工艺分类 分离工序: 落料、冲孔、切断 变形工序：拉深、弯曲 三、板料冲压的特点 1、操作简单，加工效率高； 2、一般不需再进行切削加工，因而节约材料，节约能源消耗； 3、加工质量高，基本不需要后序加工； 4、对工人技术要求低； 5、灵活性差。,第三节 板料的冲压成形,四、应用 1、较大批量； 2、原始坯料较薄的板材；3、只能生产薄壁的制件。,五、
2、常用冲压方法,(一) 冲裁与剪切（分离工序） 1、剪裁工序及其设备,2、冲压设备,高精密钣金冲床,剪板机,落料：被分离的部分为成品，而留下的部分是废料； 冲孔：被分离的部分为废料，而留下的部分是成品。 剪切：板料按不封闭轮廓分离的工序叫切断（剪切）。,3、落料、冲孔和剪切,4、冲裁变形过程,4.1 冲裁过程示意图,4.2 冲裁工艺要素,冲裁间隙凸、凹模间隙不仅严重影响冲裁面的断面品质，而且影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。只有当间隙合适时，上下裂纹重合一线，冲裁力、卸料力和推件力适中，模具才有足够长的寿命。 合理排样排样是指落料件在条料、带料或板料上合理布置的方法。 排样
3、合理可使废料最少，材料利用率最大。 落料件的排样有两种类型：无搭边排样和有搭边排样。,1）冲裁断面,2）冲裁模设计及冲裁工艺特点, 凸凹模要具有锋利的刃口, 凸凹模间隙要合理,Z = （5%10%）t, 凸凹模刃口尺寸要正确,落料：以凹模为设计基准,D凹 = d落,D凸= D凹 - Z,D凸 = d孔,D凹 = D凸 + Z,冲孔：以凸模为设计基准, 排样要合理,排样：冲裁件在板料上的布置方式。,有接边排样,少无接边排样,落料件的排样有两种类型：无搭边排样和有搭边排样。,修正,利用修正模沿冲裁件外缘或 内孔刮削一薄层金属，切掉 剪裂带和毛刺。提高其尺寸 精度降低表面粗糙度。,IT9-IT7 R
4、a = 1.6-0.8 m,1、何谓拉深成形 拉深成形是在压力机的压力作用下，利用模具使金属板料产生塑性变形成为开口空心件的一种冲压工艺，不仅能生产锅、盆、壶等各种各样的日用品，而且在汽车、拖拉机、电器、仪表以及在航空工业中得到极其广泛的应用。,（二）拉深（拉延、压延）,本系列压机适用于金属材料的拉深、弯曲、翻边、冷挤、冲裁等工艺。,YQ32系列四柱液压机,拉深加工产品示例,使坯料在凸模的作用下压入凹模， 获得空心体零件的冲压工序。,1）拉深变形过程,拉深过程示意图,2）拉深废品, 拉裂（拉穿）, 起皱, 控制拉深系数（m）,m = d/D =（0.5-0.8）,D=100,d=20；h=42
5、,d1=55,d2=32,32/55=0.58,d3=20,20/32=0.628, 设置压边圈, 涂润滑油,3）拉深模设计及工艺特点, 凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角；, 凸凹模间隙要合理,r凹=(510)t r凸=（0.7-1）t,Z =（1.1-1.2）t,3) 旋压,旋压是指板坯与芯模共同旋转，由辊轮进给并施加压力，使板坯紧贴芯模逐点局部变形的冲压成形工艺 .,弯曲是将平板坯料弯成一定角度、一定曲率而形成一定形状零件的工序。,弯曲过程示意图,2、弯曲,1）弯曲的变形特点 变形区域主要在圆角部位； 外层金属受拉应力，内层金属受压应力。,2）弯曲缺陷 弯裂 回弹,3）弯曲工艺特点 弯曲
6、半径 rrmin=（0.25-1）t ； 毛刺应位于内侧； 弯曲线应尽量与坯料纤维方向垂直； “回弹”问题,a）设计补偿角,b）对工件进行退火,c）设计加强筋,3、翻边、成形,1）翻边 在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。,2）成形 包括：起伏、胀形、压印等,板料冲压成形,六、冲模的分类和结构,简单冲模 冲床在一次行程中只完成一个冲压工序。 2. 连续冲模 冲床在一次行程中在不同的工位同时完成两个以上的冲压工序。 3. 复合冲模 冲床在一次行程中在同一工位同时完成两个以上的冲压工序。,返回,返回,返回,第四节 金属的其他塑性成形工艺,一 轧制工艺（特种轧制）,运动特征：工件在回转中成形
7、。 成形特征：连续局部成形。,与传统锻造比较，具如下优点： 1）工作载荷小，是模锻几分之一 2）设备重量轻、生产率高。 3）产品精度高 4）工作环境好、易实现机械化。 缺点： 1）通用性差，需专用设备和模具。 2）设计制造复杂，适用于大批量生产。,1 辊锻,原理：纵轧:轧辊上有扇形 模具，毛坯局部变形。 应用： 制坯和成形。,2 横轧与斜轧:,1）楔横轧原理图,2）螺旋孔型斜轧,3 辗环： 环形零件辗扩，加工环形零件。,摆辗：摆动辗压简称 原理： 局部接触，顺次加压，连续成形。 特点： 省力、无冲击振动、无噪声； 工件精度高、设备费 用低。,辗环原理图,二 体积成形工艺,1）挤压：受三向压应力
8、,优点：,节约原材料 产品强度和精度高、Ra低，产品高 劳动条件好 生产率高,缺点：,变形抗力大，要求设备有较大能量、刚度,应用：成批小件生产,特点：（1）优质、生产率高。 （2）节能、节材。,2）等温锻造和超塑性锻造 原理：模具和坯料保持相同温度。 特点及应用： 用于锻造温度范围狭窄金属，如钛合金、铝合金等， 尤其航天工业薄壁零件。,3）液态模锻 原理：将液态金属直接注入模膛，施以静压力，使熔融 或半熔融态金属在压力下结晶凝固，并产生少量塑性变形。 特点： 与铸造比：无须浇注系统，节约金属；组织比压铸件细密。 与锻造比：成形压力小及能耗少2/33/4；组织比一般模锻件差。 应用：用于各种材料、形状复杂件， 如铝合金炮弹引，高压阀体等。,4）粉末锻造 原理：将粉末冶金和精密模锻结合一起。 分类：粉末锻造- 烧结锻造- 粉末冷锻-用粉末成坯，烧结后冷锻。 特点：尺寸精度高，表面光洁； 性能、生产效率优于粉末冶金产品。 应用：汽车上火花塞壳；汽车齿轮和连杆。,直接加热锻造 烧结后加热锻造,三、其他塑性成形方法,1 爆炸成形,2 轧制,板材轧制,棒 材 轧 制,钢球轧制,课 后 作 业,P126: (4) (6) P 138: (3),
