锻造知识课件-1

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1、工程材料及热加工基础,南京航空航天大学,第十章 压力加工,10.1 压力加工理论基础,本章重点：塑性变形的基础理论、金属的可锻性，各种塑性成形方法的特点、应用和结构工艺设计，冲压加工的基本原理和加工方法。,10.3 板料冲压,10.2 常用的锻造方法,利用塑性变形的加工方法,压力加工借助外力的作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件。,概 述,能改善金属的组织，提高金属的机械性能； 提高材料的利用率和经济效益（节省材料和切削加工工时）； 具有较高的劳动生产率。,压力加工方法的优点,不能获得形状复杂的锻件； 初次投资费用高（设备、工模具、厂房）； 生产现场劳动条件差。,缺

2、点,概 述,轧制、挤压、拉拔 金属型材、板材、钢材、线材等； 自由锻、模锻 承受重载的机械零件，如机器主轴、重要齿轮、连杆、炮管、枪管等； 板料冲压 汽车制造、电器、仪表及日用品。,压力加工的应用,概 述,10.1 压力加工理论基础,材料在外力的作用下，变形过程一般可分三个阶段：弹性变形、塑性变形和断裂； 滑移、孪生是最基本的金属中塑性变形方式； 位错在晶界堆积，晶界使金属塑性变形抗力提高； 冷变形后，晶粒沿变形方向被拉长，产生变形织构,并形成残余内应力。,10.1.1 塑性变形知识回顾,冷变形和热变形,冷变形 在Tm的温度下进行的塑性变形。 热变形 在Tm的温度下进行的塑性变形。,冷变形,加

3、工硬化,冲压、冷弯、冷挤、冷轧,塑性材料,热变形,加工硬化+再结晶,锻造、热挤、轧制,变形量大，易氧化,10.1 压力加工理论基础,10.1.2 纤维组织和锻造比,锻造比 变形程度的大小,镦粗：y = H0 / H,拔长：y = F0 / F,金属材料,形成锻造流线 （各向异性）,y,y,流线的纵向性能高于横向,y 1,组织紧密 晶粒细化,10.1 压力加工理论基础,流线的合理分布,流线与工件最大拉应力方向一致； 流线与切应力、冲击方向垂直； 沿工件外轮廓连续分布。,10.1 压力加工理论基础,10.1.2 金属的可锻性,塑性 变形抗力,塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。,影响因素：

4、 1、金属的本质 化学成分、金属的组织状态 2、变形条件 变形温度、变形速度、应力状态,可锻性是金属材料的工艺性能指标之一,10.1 压力加工理论基础,10.1 压力加工理论基础,塑性变形区的压应力数目越多，合金的塑性越好。拉应力数目越多，塑性越差。,10.1 压力加工理论基础,判断合金锻造性的经验公式： K= /b,K-锻造性判据。 -断面收缩率。 b -抗拉强度。 级别 K （%/Mpa) 锻造性 1 2.1 优,10.1 压力加工理论基础,10.2 常用的锻造方法,利用冲击力或压力在上下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。,坯料变形时，除与上、下抵铁或其它辅

5、助工具接触部分表面外，都是自由表面，变形不受限制。,10.2.1 自由锻,能生产各种大小的锻件。 对于大型锻件，自由锻是唯一可能的生产方法。 自由锻采用通用的设备和工具，成本低，生产准备周期短。 只能锻造形状简单件， 生产率低，工人的劳动强度大， 锻件表面质量差， 只适用于单件小批量生产。,1. 自由锻特点与应用,10.2 常用的锻造方法,2. 自由锻设备,),变形大、锻透深度大、内部质量好，没有振动，噪音小。,20MPa (200个大气压),0.40.9MPa (49个大气压）,10.2 常用的锻造方法,空气锤,10.2 常用的锻造方法,水压机,蒸汽或压缩空气,双柱拱式蒸汽锤,10.2 常用

6、的锻造方法,水压机,10.2 常用的锻造方法,3. 自由锻的工序,基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、错移、扭转; 辅助工序：倒棱、压肩等； 精整工序：修整鼓形、平整端面、校直弯曲。,10.2 常用的锻造方法,基本工序拔长,10.2 常用的锻造方法,基本工序镦粗,10.2 常用的锻造方法,基本工序冲孔,10.2 常用的锻造方法,基本工序 弯曲,10.2 常用的锻造方法,基本工序 错移,10.2 常用的锻造方法,基本工序 扭转,10.2 常用的锻造方法,4. 锤上自由锻工艺规程的制订,a) 绘制锻件图,锻件图 = 零件图 + 加工余量、锻件公差和余块,轴锻件图,齿轮锻件图,10.2 常用的锻造方法

7、,b) 坯料的质量及尺寸计算,坯料的质量：G 坯料 = G 锻件 + G 烧损+ G 切头 + G 芯子,坯料的尺寸,锻件的锻造比,采用的变形方式,轴类零件,盘盖类零件,轧材: y 1.3 钢锭: y = 2.55,镦粗(防弯):H/D2.5,10.2 常用的锻造方法,c) 确定变形工步,齿轮坯自由锻工艺过程:,锻件图,下料,镦粗,垫环局部镦粗,冲孔,冲子冲孔,修整,10.2 常用的锻造方法,半轴自由锻工艺,锻件图 材料: 18CrMnTi 坯料尺寸:130240 坯料重量:25kg 锻造设备:0.5T自由锻锤,锻出头部,拔长,拔长及修整台阶,拔长并留出台阶,锻出凹挡及拔长端部并修整,确定锻造

8、温度范围和锻后冷却规范,选择温度范围依据相图 碳钢的始锻温度低于AE线150250 ，终锻温度高于再结晶温度50100 。 锻后冷却有三种方法： 中小型 碳钢件可以空冷。 成分复杂的合金钢锻件，锻后在地坑中冷却。 高合金钢锻件必须装炉缓慢冷却。,始锻温度,终锻温度,10.2 常用的锻造方法,5. 自由锻零件的结构工艺性,尽量避免锥面或斜面 避免圆柱与圆柱面相交 避免椭圆形、工字型或其它非规则形状截面及非规则外形 避免肋板和凸台,10.2 常用的锻造方法,比较下列锻件的结构工艺性,10.2.2 模 锻,将加热后的坯料放在模膛内受压变形而获得锻件的一种加工方法。,10.2 常用的锻造方法,1. 模

9、锻件的特点及应用,尺寸精度高； 锻件形状复杂； 操作简单，生产效率高； 流线完整、性能好。,特点：,应用：中、小型锻件的成批和大量生产,为什么？,答案：1）受模锻设备吨位的限制； 2）锻模成本高。,10.2 常用的锻造方法,2. 模锻设备,10.2 常用的锻造方法,模锻锤,可以镦粗、拔长、滚挤、弯曲、成形、预锻、终锻。,长轴类锻件,短轴类锻件,10.2 常用的锻造方法,曲柄压力机,行程不能调节； 不能拔长和滚挤； 每个变形工步在 一次行程中完成。,10.2 常用的锻造方法,平锻机,平锻机上模锻过程,10.2 常用的锻造方法,摩擦压锻机,螺杆与滑块非刚性连接，承受偏心能力差； 滑块行程、打击能量

10、可自动调节。,10.2 常用的锻造方法,摩擦压锻作业,10.2 常用的锻造方法,3. 锤上模锻工艺,a) 模锻的变形工序和模锻模膛,制坯工序，制坯模膛（锻件初步成形）,模锻工序，模锻模膛（锻件最终成形）,弯曲连杆的多模膛锻模,10.2 常用的锻造方法,选定分模面 确定加工余量和锻造公差（加工表面） 模锻斜度 圆角半径 冲孔连皮,b) 模锻件图的制订,模锻件图包括的内容：,齿轮坯模锻件图,10.2 常用的锻造方法,分模面的选择原则,能从模膛中顺利取出; 金属易于充满模膛； 简化模具制造； 能及时发现错模； 减少余块节约金属。,齿轮坯锻件分模面的选择,10.2 常用的锻造方法,c) 变形工序的确定

11、,短轴类锻件： 镦粗制坯和终锻 成形。 长轴类锻件： 拔长、滚挤、弯曲制坯和 预断、终锻成形。,10.2 常用的锻造方法,4. 模锻件的结构工艺性,应具有合理的分型面； 锻件上与分型面垂直的非加工表面应设计有结构斜度； 在满足使用要求的前提下，锻件形状应力求简化； 应尽量避免窄沟、深槽和深孔、多孔结构； 可采用锻-焊组合工艺，简化模锻工艺。,10.2 常用的锻造方法,模锻件结构工艺性,10.2 常用的锻造方法,问题： 小型锻件的中、小批量生产应采用自由锻还是模锻？,答案：胎膜锻 在自由锻设备上使用非固定模具（胎膜） 生产模锻件的工艺方法。,特点： 与自由锻相比：生产率高，精度高（余量小）， 与

12、模锻相比： 成本低（设备、模具）。,10.2 常用的锻造方法,5. 胎膜锻,扣模,组合筒模,合模,10.2 常用的锻造方法,10.3 板料冲压,金属板料,产生分离、变形,冲压件,冲模和冲床,冲床冲压设备 冲模冲压工具（分上模和下模）,冲床,手动冲床,10.3 板料冲压,数控冲床,10.3 板料冲压,10.3.1 板料冲压的基本工序及特点,可冲压形状复杂的零件，废料少； 冲件尺寸精度高，质量稳定，互换性好； 质量轻、强度高、刚性好； 操作简单，生产率高； 板料必须具备足够的塑性，冲模制造复杂、费用高。,基本工序 ： 冲裁、弯曲、拉深和成形,特点：,10.3 板料冲压,1. 冲裁,板料沿封闭轮廓分

13、离的工序（落料和冲孔） 。,冲孔和落料有何异同？,相同： 模具结构； 坯料变形过程.,落料 冲孔,10.3 板料冲压,塌角 光亮带 剪裂带 毛刺,a) 冲裁过程及受力分析,冲裁区,各部分的尺寸比例与材料的性质、板厚、模具结构等条件有关。,10.3 板料冲压,10.3 板料冲压,b) 冲裁件的形状和尺寸,1）冲裁件形状尽量简化，便于模具加工、热处理； 2）应考虑排样，节省材料。,10.3 板料冲压,c) 模具的尺寸,冲孔：,D凸 = D孔, D凹 = D凸 + 2Z,模具间隙 Z = (0.050.25) t 其中 t 板料厚度。,尺寸,模具间隙过小，模具寿命下降 模具间隙过大，冲件质量下降,落

14、料： D凹 = D落料, D凸 = D凹 - 2Z,修整模的间隙为0.0060.01mm; 修整时单边切除量0.050.2mm; 修整后的切面粗糙度Ra=1.250.65; 尺寸精度IT6IT7.,问题：冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度达不到 要求时，如何处理？,外缘修整,内孔修整,d) 冲裁件的修整,10.3 板料冲压,e) 冲裁模,连续模,简单模,10.3 板料冲压,. 弯曲,弯曲问题：弯裂、回弹？,10.3 板料冲压,a）防止弯裂和回弹措施,防止弯裂 实际弯曲半径 r 最小弯曲半径 rmin 回弹的防止 改变模具尺寸，使弹复后达到零件的尺寸； 改变模具的结构； 拉弯。,10.3 板料冲压,拉

15、弯,弹复现象,带有顶板的双角弯曲,10.3 板料冲压,b）弯曲件展开尺寸计算,弯曲件的弯曲部位边薄，长度变长：,10.3 板料冲压,） 弯曲件结构工艺性,弯曲半径不应小于最小弯曲半径，但也不宜过大； 弯曲部位与板料边缘及板料上孔的距离有限制； 应尽量沿材料纤维方向弯曲，多向弯曲时，应先冲工艺孔或切槽。,10.3 板料冲压,d）弯曲模,简单弯曲模压制一般弯曲件,斜楔式弯曲模压制多角形弯曲件,10.3 板料冲压,3. 拉深,平面板料 开口中空形件,拉深过程,拉深的变形和应力,10.3 板料冲压,正常拉深,10.3 板料冲压,拉深起皱,拉深开裂,10.3 板料冲压,防止皱折,加压边圈,压边力不宜过大能压住工件不致起皱即可。,10.3 板料冲压,防止拉穿,模具结构 凸凹模加工成圆角 R凸 m min (d-筒径，D-坯料直径） 否则应多次拉深 涂润滑剂减少摩擦,10.3 板料冲压,多次拉深,10.3 板料冲压,拉深力P的确定: Pmax=3(b+s)(D-d-r凹)s b：材料的抗拉强度； s：材料的屈服强度； D: 毛坯直径； d:拉伸凹模直径； r凹:拉伸凹模圆角半径； s: 材料厚度。,10.3 板料冲