第八章工程材料塑性加工

此外，还要计算坯料尺寸、选择设备、确 定加热冷却规范等
•312
第八章工程材料塑性加工
(三)压力机上模锻
1.摩擦(螺旋)压力机
摩擦压力机兼具
锻锤与压力机双 重特性，且结构 简单，造价低，
投资少，使用维
修方便，中小型工厂用以代替模锻锤、曲柄 压力机，进行中小型模锻件的小批中批生 产，如铆钉、螺帽、配气阀、齿轮、三通 阀体等
•324
第八章工程材料塑性加工
3.拉深件的成形质量问题 最常见的质量问题是破裂和起皱 (1)破裂 通常出现在直壁与底部过渡圆角处，原因： 凸凹模圆角半径设计不合理 圆角半径过小易产生拉裂, 故模缘必须作成圆角 凸凹模间隙不合理: 间隙过小，摩擦力大， 工件易拉裂、擦伤，模具寿命降低 一般,凸凹模间隙z=(1.1～1.2)s
(1)镦粗 坯料高度减小、截面增大
(2)拔长 坯料长度增加、截面减小
(3)冲孔 在坯料上获得内孔
还有弯曲、切割、扭转、错移等
2.辅助工序 为方便基本工序操作，进行的 预先变形工序，如压肩、倒棱、压钳口
3.精整工序 减少锻件表面缺陷(不平、歪扭 等)的工序，如滚圆平整、校正弯曲等
•298
第八章工程材料塑性加工
第八章-工程材料-塑性加 工
2020/12/12
第八章工程材料塑性加工
3.适应性较广 合金种类与制品尺寸、重量范 围广
4.生产率高 易实现机械化、自动化
二.局限
1.要求材料具有良好塑性
2.形状通常较铸件简单，特别是内腔
3.设备、模具投资费用高
三.应用
广泛用于工业生产各领域，制作各种原材料、 机械设备等零件
(2)冲孔模
凸模刃口尺寸=冲孔件孔尺寸
凹模刃口尺寸=凸模刃口尺寸+间隙值
•319
第八章工程材料塑性加工
思考凹模式平面吗？
第八章工程材料塑性加工
产品
第八章工程材料塑性加工
考虑工作过程中的磨损：
凹模刃口尺寸↑，导致落料件尺寸↑，故落 料时取凹模刃口尺寸偏小些
凸模刃口尺寸↓，导致冲孔件尺寸↓，故冲 孔时取凸模刃口尺寸偏大些
锻造比y= •变形前坯料截面积F0(或高度H0) •变形后坯料截面积F(或高度H)
y值,可查有关手册
然后确定坯料长度
•302
第八章工程材料塑性加工
此外，还要选择锻造设备,确定锻造温度范围和锻后冷却 规范等
二.模锻 (一)概述 1.概念
坯料在模具模膛内受压，在模膛限制下流动塑性变形， 获得与模膛形状相符的锻件
模锻斜度通常取5°～15
模膛深度/模膛宽度(h/b)
愈大，斜度 值取得愈大 内壁斜度 2应较外壁斜度 1大2°～5° 模锻圆角半径
锻件上两表面交角处应有圆角, 便于锻造时 金属流动, 防止模具尖角产生裂纹，并减少 磨损，提高使用寿命
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第八章工程材料塑性加工
外圆角半径r取1.5～12mm 内圆角半径R较r大2～3倍 模膛愈深，圆角半径应愈大
第八章工程材料塑性加工
(二)弯曲 使坯料一部分相对另一部分弯曲成一定角度
•s •压缩 •r
1.弯曲半径
•拉伸
弯曲时，坯料内侧受压，外侧受拉
弯曲太大，会造成工件开裂,坯料厚度s愈 大，弯曲半径r愈小，压、拉应力愈大，愈 易弯裂
•32
第八章工程材料塑性加工
为防止弯裂，弯曲半径r≮最小弯曲半径rmin , 通常rmin＝(0.25～1)s 影响最小弯曲半径rmin的因素： (1)坯料纤维方向(弯曲线与纤维方向直) (2)坯料塑性(塑性好) (3)坯料表面质量(表面质量好，光洁) 2.回弹现象 弯曲后因弹性恢复， 制品的弯曲部位角度增大
3.球体胀形
在强大压力p的作用下，使球形多面体胀成 球体
•蓝色多面体 • 胀成球体
4.拉形
在强大拉力p的作用下，坯料紧靠模型产生 塑性变形，用于薄板大曲率半径曲面成形
•330
•305
第八章工程材料塑性加工
要求:终锻模膛尺寸较锻件放大一个收缩量,
沿模膛四周开飞边槽:强迫金属充填型腔,并容 纳多余金属
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预锻模膛
使终锻时金属容易充满终锻模膛，形状、 尺寸接近终锻模膛,要求较终锻模膛圆角和 斜度大、不设飞边槽
形状简单、批量小的锻件可不设预锻模膛
(2)制坯模膛
(对形状复杂锻件)使坯料基本接近模锻形状， 以利于金属很好充满模膛
适于中小型锻件的大批生产，飞机、坦克、汽车、 机车上的锻件中大部分是模锻件
1.设备 主要使用蒸汽-空气模锻锤
•304
第八章工程材料塑性加工
模锻锤的锤击力大小与锤击频率可控，在 各种模锻方法中具较好适应性 模锻件质量为0.5～150kg 2.锻模结构 3.模膛分类(按功用分) (1)模锻模膛
终锻模膛 锻件最终成形的模膛，其形状与锻件相同
•303
第八章工程材料塑性加工
2.优点
(1)锻件精度高,加工余量小,表面粗糙度小，减少切削加工 量，材料利用率高
(2)可锻造形状较复杂的锻件 (3)锻件流线分布较完整合理,力学性能高 (4)生产率较高,易实现自动化
3.缺点
(1)模具制造费用高，不宜小批、单件生产
(2)受设备吨位限制，锻件重量一般<150kg
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第八章工程材料塑性加工
回弹角通常<10°，随坯料屈服强度、弯 曲角度增大而增大
弯曲模具角度应较弯曲成品件角度小一 个回弹角 (三)胀形 利用坯料局部厚度变薄成形的工序 1.平板坯料胀形(压筋) 在平板上压制突起、凹坑、加强筋、花纹 图案、印记等
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第八章工程材料塑性加工
2.管坯胀形
使管坯或局部直径胀大，或形成复杂形状 空心件(如波纹管、高压气瓶等)
第八章工程材料塑性加工
(四)设备
1.剪床
平面剪床、滚剪
2.冲床 单曲柄冲床、双曲柄冲床、油压冲床
二.分离工序
使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序
(一)落料和冲孔(冲裁)
使坯料沿封闭轮廓分离的工序 落料:要落下部分的料,
•落料
冲孔:要冲下的孔
•冲孔
•317
第八章工程材料塑性加工
1.冲裁过程
•弹性变形阶段， •塑性变形阶段，•断裂分离阶段， •出现圆角带 •出现光亮带 •产生撕裂带
•295
第八章工程材料塑性加工
8.1 锻造成形
一.自由锻 (一)概述 1.概念
坯料在上下砧之间受压 (冲击力或静压力)后，在非 受力方向自由流动塑性变形，获得锻件 2.特点与应用 (1)工具简单，通用性较大，无需专用模具 (2)大、中、小型件均可锻造
•296
第八章工程材料塑性加工
(3)生产率较低，锻件形状简单，精度低， 加工余量大，材料损耗多
•313
第八章工程材料塑性加工
2.曲柄压力机上模锻 (1)滑块行程一定，模具具有顶件机构，故锻
件形状、尺寸精度高，且可进行局部镦粗 (2)作用力为静压力，可采用
组合模，节约了贵重金属 (3)在模膛内一次成形，
因此变形应逐步进行 (4)生产率高，劳动条件好 但设备复杂，造价高，适合大批大量生产
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第八章工程材料塑性加工
8.2 板料冲压成形
一.概述
(一)概念
利用冲模使板料产生分离或成形(塑性变 形)，获得冲压件的加工方法叫做冲压成形
通常在冷态下进行，又称冷冲压，板厚超 过8～10mm，采用热冲压
(二)优点
1.可冲压形状复杂件
2.冲压件精度高，互换性好
3.冲压件质量轻、强度、刚性较高
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第八章工程材料塑性加工
•321
第八章工程材料塑性加工
三.成形工序 坯料的一部分相对另一部分产生位移(塑性 变形)而不破裂的工序
(一)拉深 1.拉深过程 将平板坯料变形成开口中空件的成形工序
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第八章工程材料塑性加工
2.拉深系数
•坯料
=拉深系数m m是衡量拉深变形程度的指标
•制品
m↓，变形程度↑，坯料拉入凹模愈困难， 易拉裂.一般，拉伸系数m≮0.5～0.8
尽量使分模面为平面，上下模膛深度差别 不大
•
•s
余量、公差和敷料
模锻件余量与公差比自由锻件小：
余量一般为1～4mm，偏差一般取±0.3～
3mm锻件上孔径d≥25mm,且深度h≤2d
孔应锻出,
但需留冲孔连皮s,孔径为30～80mm时，s
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第八章工程材料塑性加工
模锻斜度
锻件上垂直与分模面的表面(侧壁)须具斜度, 以便锻件从模膛中取出
•325
第八章工程材料塑性加工
•拉深系数过小: 导致变形程度加大，拉深 件直壁部分承受的拉应力加大，易拉裂
模具表面精度和润滑条件差
(2)起皱(法兰部分) 无压边圈或压边力
较小,法兰部分在切向
•压
•板
•圆角
压应力作用下产生皱折 •圆角
板料相对厚度(s/D)、拉深系数m、压边 力F0愈小，起皱愈容易
•326
•32
第八章工程材料塑性加工
m受坯料塑性、板材厚度、模具圆角、凸 凹模间隙、润滑条件、压板压力大小等因 素影响
对深腔拉深件，可采用多道次拉深，这样， 每道次拉深系数不会太小，但总拉深系数 变小(m总=m1×m2×m3×m
多道次拉深过程中，会产生加工硬化现象， 因此，拉深几次后, 应及时安排软化退火， 以提高塑性，并且拉深系数应逐次增大
•齿轮零件图
•齿轮锻件图
•下料 •镦粗 •垫环局 •部镦粗
•冲孔
•冲 子扩
•修整
(2)轴类零件：拔长(或镦粗-拔孔长)、切肩、
锻台阶等
•301
第八章工程材料塑性加工
3.坯料质量和尺寸计算 (1)坯料质量 m坯=m锻+m烧+m料头 m烧≈2.5m锻% (2)坯料尺寸 先根据坯料质量算出坯料体积 再考虑锻造比与变形方式确定坯料截面尺寸
4.冲裁力的计算
是选用冲床吨位和设计检验模具强度的重 要依据
与冲裁周边长度、坯料厚度、材料抗剪强 度有关
•320
第八章工程材料塑性加工
(二)修整
利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄 层金属，以切掉冲裁件断面撕裂带和毛刺， 提高冲裁件尺寸精度和降低断面表面粗糙 度
(三)切断
用剪刀或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离
(三)自由锻工艺规程的制订
1.绘制锻件图
以零件图为基础，结合自由锻特点绘制
(1)敷料 为简化锻件形状，便于锻造而增加 的一部分金属
如锻不出的凹档、台阶、
小孔、斜面、锥面等
(2)锻件余量 自由锻件
精度低，表面质量差，均要经
切削加工制成零件，锻件上需
增加供切削加工用的金属
•299
第八章工程材料塑性加工
锻件余量大小与零件形状、尺寸有关, 具体 可查表 (3)锻件公差 锻件名义尺寸的允许变动量锻 件名义尺寸=零件名义尺寸+(敷料)余量 公差根据锻件形状、尺寸及生产条件选取
•锻件图
•300
第八章工程材料塑性加工
2.选择锻造工序 根据锻件形状和工序特点确定
(1)盘类零件：镦粗(或拔长-镦粗)、冲孔等
4.操作简便,易于自动化
5.生产率高,废料较少，冲压件成本低
(三)局限
1.原材料必须具有足够塑性与较低变形抗力, 如低碳钢、铜合金、铝合金、低碳低合金 钢(板、条、带料)
2.模具制造复杂，费用高，不宜单件小批生 产
(四)应用
应用广泛，特别是汽车、拖拉机、航空、 电器、仪表及国防工业
适于大批量生产 •316
2.冲裁凸凹模间隙
间隙应合理，否则影响冲
裁件断面质量、尺寸精度，以 •冲裁件
及模具寿命等合理间隙范围取决于板料材质
和厚度(表8-1)
•318
第八章工程材料塑性加工
3.凸、凹模刃口尺寸的确定
冲裁件尺寸和冲模间隙由凸、凹模刃口尺 寸决定
(1)落料模
凹模刃口尺寸
=落料件外形尺寸
凸模刃口尺寸
=凹模刃口尺寸-间隙值
•306
第八章工程材料塑性加工
拔长模膛 滚挤模膛 弯曲模膛 成形模膛 4.制订模锻工艺规程 (1)绘制模锻件图 (以零件图为基础) 分模面 上下锻模在模锻件上的分界面
•取不出锻件
•易错模 •模膛太深•合理分模面
•孔锻不出 •307
第八章工程材料塑性加工
选在模锻件最大截面上(上图左1) 分模面处上下模膛的轮廓相同(上图左2) 使模膛深度最浅(上图左3) 使锻件中敷料最少(上图左3)
•齿轮坯模锻件图
•310
第八章工程材料塑性加工
(2)确定模锻工步 主要根据锻件形状确定
•锻件图
•拔长 •坯料
•成形
•预锻
•带枝芽长轴锻件的变形工艺
•锻件图 •坯料
•拔长
•弯曲
•叉形长轴锻件的变形工艺
• 盘类件 •变形工艺
•镦粗
•成形镦粗
•终锻
•311
第八章工程材料塑性加工
(3)修整工序 切(飞)边和冲孔(切连皮) 校正(变形) 热处理 (正火或退火，改善组织与力学性能) 清理(改善表面质量) 精压(提高锻件精度，降低表面粗糙度)
适于多品种、单件、小批生产，对于大型 锻件，是唯一加工方法
3.设备 (1)空气锤(冲击力)
锻造小型件 (2)蒸汽-空气锤(冲击力)
锻造质量<1500kg的锻件 (3)水压机(静压力)
锻造质量达300t的锻件
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第八章工程材料塑性加工
(二)自由锻工序
1.基本工序 使金属坯料产生塑性变形，获 得所需形状、尺寸的工序