金属材料成型基础4
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
65~750Kg
一、自由锻设备
锻锤 空气锤 水压机 油压机 蒸汽—空气锤 630Kg~5T
压力机
锻锤吨位 = 落下部分总重量 = 活塞+锤头+锤杆 压力机吨位 = 滑块运动到下始点时所产生的最大压力
二、自由锻基本工序
基本工序 — 完成锻件基本变形和成形的工序。 1. 礅粗： H ，S 2. 拔长： L 3. 冲孔： 4. 弯曲： 5. 扭转： 6. 错移：
三、冲模的分类及结构
1. 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只完成两个以上的 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。
0
3.2 全部
5）确定冲孔连皮
2. 确定模锻工序 1）基本工序 圆盘类零件：镦粗 长杆类零件：制坯 2）修正工序 切边； 冲孔； 校正； 热处理； 清理。 预锻 预锻 终锻 终锻
汽车凸轮轴
工序：拔长、滚挤、预锻、终锻、切边。
§2-3
板料冲压
利用冲模对金属板料施加压力，使其产生分离或变形获 得所需零件的工艺方法。 拖拉机：400多个。 冷冲压： t < 8 mm 三米收割机：1000多个。
应用：形状较复杂的中小型锻件的成批、大量生产。
一、锤上模锻
（一）锤上模锻设备 蒸汽—空气模锻捶
（二）锻模结构 模膛 — 形成锻件基本形状和尺寸的空腔。 锻模 飞边槽
桥部 — 增加金属流动的阻力，促使金属充满模膛。 仓部 — 容纳多余的金属。
（三）模膛的分类
模锻模膛
模膛
终锻模膛 预锻模膛
延伸模膛 滚压模膛 制坯模膛 弯曲模膛 切断模膛
弹性变形阶段
断裂分离阶段
塑性变形阶段
1
4
3 2 1
塌角区 光亮带区 剪裂带区 毛刺
2
3
4
2）冲裁模设计及冲裁工艺特点 ① 凸凹模要具有锋利的刃口 ② 凸凹模间隙要合理 Z 双边间隙 Z = （5%~10%）t
③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
1
冲孔：以凸模为设计基准 D凸 = d孔 ④ 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 D凹 = D凸 + Z
2
（二）变形工序
使坯料的一部分相对一部分产生位移而不被破坏的工序。
（拉深、弯曲、翻边、成形等） 1 . 拉深
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
h d d
Dd h 2
2）拉深废品
① 拉裂（拉穿）
② 起皱
3）拉深模设计及工艺特点 ① 凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角； r凹=(6~10)t r凸=（0.6~1）r凹 ② 凸凹模间隙要合理 Z =（1.1-1.2）t Z — 单边间隙
第一节 金属塑性成形工艺原理
§1-1 金属的塑性变形与再结晶
一、金属塑性变形的实质
1.单晶体的塑性变形 1）滑移： 晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对滑动。
τ
τ
τ
τ
但实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。
2）孪生： 晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。
孪晶面 孪晶面
2. 多晶体的塑性变形 滑移 晶内变形 孪生 滑动 晶间变形 转动 多晶体塑性变形的实质：
第三章 金属的塑性成形（压力加工）
重点：
1）金属塑性成形工艺原理 2）塑性成形工艺方法 3）锻件、冲压件结构工艺性
难点：
1）金属塑性成形工艺原理
2）塑性成形工艺方法
概
述
ห้องสมุดไป่ตู้
一、金属塑性成形
金属材料在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形 状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。
二、金属塑性成形的基本生产方式
700 600 500
强 度极 限/MPa
强 度极 限 220 布氏硬度 180 160 延 伸率 % 140 120 60 80 %
随着变形程度的增加，其
400 300 200 100 0
强度和硬度不断提高，塑 性和韧性不断下降。
有利：强化金属材料
变形程度
不利：进一步的塑性变形带来困难
2. 温度对冷变形后金属组织和性能的影响
② 压合了铸造缺陷；
③ 组织致密。
3）形成纤维组织 在热变形过程中，材料内部的夹杂物及其它非基体物质。沿 塑性变形方向所形成的流线组织，称为纤维（流线）组织。
（1）在平行于纤维组织的方向上：材料的抗拉强度提高 （2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的抗剪强度提高
第二节 金属塑性成形工艺方法
§2-1 自由锻造
晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶 粒之间发生滑移和转动。
二、塑性变形后金属的组织和性能
1.冷变形对金属组织和性能的影响 1）组织变化的特征： ①晶粒沿变形最大方向伸长； ②晶格与晶粒均发生畸变； ③晶粒间产生碎晶。
2）性能变化的特征：
HB
360
冲 击韧度 /J cm -2
加工硬化：
延 伸率 %
320 280 240 200 160 120 80 40 0 冲 击韧度 20 40
3）弯曲工艺特点
①弯曲半径 r≥rmin=（0.25-1）t ；
② 毛刺应位于内侧；
③ 弯曲线应尽量与坯料纤维方向垂直；
④ “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
③ 控制拉深系数（m）
m = d/D =（0.5-0.8）
D=100 d1=55 d3=20 d=20；h=42 d2=32
32/55=0.58
20/32=0.628
④ 设置压边圈 ⑤ 涂润滑油
2. 弯曲 将平直板料弯成一定的 角度或圆弧的工序。 1）弯曲的变形特点 ① 变形区域主要在圆角部位； ② 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
，S 完全礅粗 局部礅粗
1.25≤ H0/D0 ≤ 2.5 芯轴拔长 芯轴扩孔
§2-2
模型锻造
模型锻造 — 将金属坯料放在具有一定形状的模锻模膛 内受压、变形，获得锻件的方法。 特点： 1）生产率高； 2）锻件的尺寸精度和表面质量高；
3）材料利用率高； 4）可锻造形状较复杂的零件； 5）模具成本高、设备昂贵； 6）锻件不能任意大。一般不得超过150kg。
1．轧制
2．挤压
3．冷拔
4．自由锻造
上砥铁
坯料 下砥铁
5．模型锻造
6．板料冲压
三、塑性成形（压力加工）的特点
1．力学性能高 1）组织致密； 2）晶粒细化； 3）压合铸造缺陷； 4）使纤维组织合理分布。
2．节约材料 1）力学性能高，承载能力提高； 2）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。 3．生产率高 4．适用范围广 1）零件大小不受限制； 2）生产批量不受限制。
1)回复
T回 =(0.25~ 0.3)T熔
(K)
组织：与冷变形后基本形同 性能：仅物理性能改变 3）再结晶
T再 =( 0.35~0.4)T熔
(K)
组织：恢复到冷变形前的状态 性能：加工硬化消除
热变形
以上
T再
以下
冷变形
3. 热变形及其影响
1）不产生加工硬化 发生了动态恢复和动态再结晶 2）使组织得到改善，提高了力学性能 ① 细化晶粒；
一、冲压设备
1. 剪床： 下料设备
1）斜刃剪
2）平刃剪
3）圆盘剪 2. 冲床： 冲压设备 1）开式冲床 2）闭式冲床
二、冲压基本工序及变形特点
（一）分离工序 使坯料的一部分相对另一部分产生分离的工序。 （冲孔、落料、修正、剪切、切边等） 1. 冲裁（落料、冲孔） 使坯料沿封闭轮廓分离的工序。 1）冲裁的变形过程 ①弹性变形阶段 ②塑性变形阶段 ③断裂、分离阶段
（四）锻模工艺规程的制定 1. 绘制锻件图
1）分模面的选择
①分模面应选在锻件的最大截面处； ②分模面的选择应使模膛浅而对称；
③分模面的选择应使锻件上所加敷料最少；
④分模面应最好是平直面。
b
a
d
c
b
a
d
c
2)确定加工余量、公差和敷料 加工余量：1~4mm 公差：0.3~3mm 3）设计模锻斜度 外壁斜度：5~7 0 内壁斜度：7~12 4）设计模锻圆角 外圆角：r = 1.5~12mm 内圆角：R=（2~3）r
一、自由锻设备
锻锤 空气锤 水压机 油压机 蒸汽—空气锤 630Kg~5T
压力机
锻锤吨位 = 落下部分总重量 = 活塞+锤头+锤杆 压力机吨位 = 滑块运动到下始点时所产生的最大压力
二、自由锻基本工序
基本工序 — 完成锻件基本变形和成形的工序。 1. 礅粗： H ，S 2. 拔长： L 3. 冲孔： 4. 弯曲： 5. 扭转： 6. 错移：
三、冲模的分类及结构
1. 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只完成两个以上的 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。
0
3.2 全部
5）确定冲孔连皮
2. 确定模锻工序 1）基本工序 圆盘类零件：镦粗 长杆类零件：制坯 2）修正工序 切边； 冲孔； 校正； 热处理； 清理。 预锻 预锻 终锻 终锻
汽车凸轮轴
工序：拔长、滚挤、预锻、终锻、切边。
§2-3
板料冲压
利用冲模对金属板料施加压力，使其产生分离或变形获 得所需零件的工艺方法。 拖拉机：400多个。 冷冲压： t < 8 mm 三米收割机：1000多个。
应用：形状较复杂的中小型锻件的成批、大量生产。
一、锤上模锻
（一）锤上模锻设备 蒸汽—空气模锻捶
（二）锻模结构 模膛 — 形成锻件基本形状和尺寸的空腔。 锻模 飞边槽
桥部 — 增加金属流动的阻力，促使金属充满模膛。 仓部 — 容纳多余的金属。
（三）模膛的分类
模锻模膛
模膛
终锻模膛 预锻模膛
延伸模膛 滚压模膛 制坯模膛 弯曲模膛 切断模膛
弹性变形阶段
断裂分离阶段
塑性变形阶段
1
4
3 2 1
塌角区 光亮带区 剪裂带区 毛刺
2
3
4
2）冲裁模设计及冲裁工艺特点 ① 凸凹模要具有锋利的刃口 ② 凸凹模间隙要合理 Z 双边间隙 Z = （5%~10%）t
③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
1
冲孔：以凸模为设计基准 D凸 = d孔 ④ 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 D凹 = D凸 + Z
2
（二）变形工序
使坯料的一部分相对一部分产生位移而不被破坏的工序。
（拉深、弯曲、翻边、成形等） 1 . 拉深
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
h d d
Dd h 2
2）拉深废品
① 拉裂（拉穿）
② 起皱
3）拉深模设计及工艺特点 ① 凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角； r凹=(6~10)t r凸=（0.6~1）r凹 ② 凸凹模间隙要合理 Z =（1.1-1.2）t Z — 单边间隙
第一节 金属塑性成形工艺原理
§1-1 金属的塑性变形与再结晶
一、金属塑性变形的实质
1.单晶体的塑性变形 1）滑移： 晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对滑动。
τ
τ
τ
τ
但实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。
2）孪生： 晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。
孪晶面 孪晶面
2. 多晶体的塑性变形 滑移 晶内变形 孪生 滑动 晶间变形 转动 多晶体塑性变形的实质：
第三章 金属的塑性成形（压力加工）
重点：
1）金属塑性成形工艺原理 2）塑性成形工艺方法 3）锻件、冲压件结构工艺性
难点：
1）金属塑性成形工艺原理
2）塑性成形工艺方法
概
述
ห้องสมุดไป่ตู้
一、金属塑性成形
金属材料在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形 状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。
二、金属塑性成形的基本生产方式
700 600 500
强 度极 限/MPa
强 度极 限 220 布氏硬度 180 160 延 伸率 % 140 120 60 80 %
随着变形程度的增加，其
400 300 200 100 0
强度和硬度不断提高，塑 性和韧性不断下降。
有利：强化金属材料
变形程度
不利：进一步的塑性变形带来困难
2. 温度对冷变形后金属组织和性能的影响
② 压合了铸造缺陷；
③ 组织致密。
3）形成纤维组织 在热变形过程中，材料内部的夹杂物及其它非基体物质。沿 塑性变形方向所形成的流线组织，称为纤维（流线）组织。
（1）在平行于纤维组织的方向上：材料的抗拉强度提高 （2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的抗剪强度提高
第二节 金属塑性成形工艺方法
§2-1 自由锻造
晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶 粒之间发生滑移和转动。
二、塑性变形后金属的组织和性能
1.冷变形对金属组织和性能的影响 1）组织变化的特征： ①晶粒沿变形最大方向伸长； ②晶格与晶粒均发生畸变； ③晶粒间产生碎晶。
2）性能变化的特征：
HB
360
冲 击韧度 /J cm -2
加工硬化：
延 伸率 %
320 280 240 200 160 120 80 40 0 冲 击韧度 20 40
3）弯曲工艺特点
①弯曲半径 r≥rmin=（0.25-1）t ；
② 毛刺应位于内侧；
③ 弯曲线应尽量与坯料纤维方向垂直；
④ “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
③ 控制拉深系数（m）
m = d/D =（0.5-0.8）
D=100 d1=55 d3=20 d=20；h=42 d2=32
32/55=0.58
20/32=0.628
④ 设置压边圈 ⑤ 涂润滑油
2. 弯曲 将平直板料弯成一定的 角度或圆弧的工序。 1）弯曲的变形特点 ① 变形区域主要在圆角部位； ② 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
，S 完全礅粗 局部礅粗
1.25≤ H0/D0 ≤ 2.5 芯轴拔长 芯轴扩孔
§2-2
模型锻造
模型锻造 — 将金属坯料放在具有一定形状的模锻模膛 内受压、变形，获得锻件的方法。 特点： 1）生产率高； 2）锻件的尺寸精度和表面质量高；
3）材料利用率高； 4）可锻造形状较复杂的零件； 5）模具成本高、设备昂贵； 6）锻件不能任意大。一般不得超过150kg。
1．轧制
2．挤压
3．冷拔
4．自由锻造
上砥铁
坯料 下砥铁
5．模型锻造
6．板料冲压
三、塑性成形（压力加工）的特点
1．力学性能高 1）组织致密； 2）晶粒细化； 3）压合铸造缺陷； 4）使纤维组织合理分布。
2．节约材料 1）力学性能高，承载能力提高； 2）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。 3．生产率高 4．适用范围广 1）零件大小不受限制； 2）生产批量不受限制。
1)回复
T回 =(0.25~ 0.3)T熔
(K)
组织：与冷变形后基本形同 性能：仅物理性能改变 3）再结晶
T再 =( 0.35~0.4)T熔
(K)
组织：恢复到冷变形前的状态 性能：加工硬化消除
热变形
以上
T再
以下
冷变形
3. 热变形及其影响
1）不产生加工硬化 发生了动态恢复和动态再结晶 2）使组织得到改善，提高了力学性能 ① 细化晶粒；
一、冲压设备
1. 剪床： 下料设备
1）斜刃剪
2）平刃剪
3）圆盘剪 2. 冲床： 冲压设备 1）开式冲床 2）闭式冲床
二、冲压基本工序及变形特点
（一）分离工序 使坯料的一部分相对另一部分产生分离的工序。 （冲孔、落料、修正、剪切、切边等） 1. 冲裁（落料、冲孔） 使坯料沿封闭轮廓分离的工序。 1）冲裁的变形过程 ①弹性变形阶段 ②塑性变形阶段 ③断裂、分离阶段
（四）锻模工艺规程的制定 1. 绘制锻件图
1）分模面的选择
①分模面应选在锻件的最大截面处； ②分模面的选择应使模膛浅而对称；
③分模面的选择应使锻件上所加敷料最少；
④分模面应最好是平直面。
b
a
d
c
b
a
d
c
2)确定加工余量、公差和敷料 加工余量：1~4mm 公差：0.3~3mm 3）设计模锻斜度 外壁斜度：5~7 0 内壁斜度：7~12 4）设计模锻圆角 外圆角：r = 1.5~12mm 内圆角：R=（2~3）r