锻造冲压工艺学.ppt

锻造冲压工艺学 主讲 曹富荣电话第一章锻造与冲压概论 1 定义 锻压是锻造与冲压的简称 锻造是采用锭材 棒材在设备及工 模 具作用下 使坯料产生塑性变形 获得所需形状 尺寸和质量的工件的加工过程 冲压是常温下在机器上把板材加工成零件 冲压件 的过程 2 锻压加工的主要方法如图1和图2所示 自由锻在上下工具之间成形 模锻模腔中成形 冷挤 冷锻 图1锻造方法 热锻 冷锻 冲裁 弯曲 深拉延 胀形 图2冲压方法 3 锻压的历史 特点与发展方向 3 1历史a久远 有几千年的历史 手工制作 例如 中国秦朝兵马俑出土地的宝剑制作 西方damascus刀的制作 金银首饰的制作等等 bwatt蒸汽革命之后机器驱动 出现了第一台简易平锻机 至今有几百年的历史 c今天 大型现代化设备出现 门类比较齐全 应用于机械制造 冶金 造船 航空航天 汽车 机车车 电力 化工 兵器等部门 3 2特点a铸造是针对塑性较低的材料提供接近零件形状的毛坯 例如机床床身 发动机机匣 b锻造一般采用热加工 得到高强度质量的零件 例如蜗轮叶片 飞机起落架 c冲压一般是冷加工得到零件 例如飞机蒙皮 电子仪表 电子接插件 电路板等 冲压与锻造的区别举例 一架飞机上有1000种锻压件 而机上冲压件数量是锻压件的几倍 d锻压与其它成形方法 轧制 挤压 拉伸等 对比锻压指向品种多而复杂的坯料或零件 轧制 挤压 拉伸等指向板 带 条 箔 管 棒 型 线的一次加工产品 该产品尚需二次加工 锻 冲 铆 焊 例如 纯铝的保温瓶盖与医学用瓶盖 其工艺为 冶炼 铸锭 热轧 冷轧 卷取 冲压 3 3发展方向a设备向巨型化发展 一组数据说明 70万kn模锻水压力机 液体压力传动 12万kn热模锻压力机 机械传动 145万kj对击锤11万kn螺旋压力机b设备专门化 精密化和程控化 主要是因为电子技术的应用 例如 cnc计算机数控技术的应用 造成无人化车间 柔性制造系统 flexiblemanufacturingsystem fms 机器人使用 cad cam技术应用 一句话 实现无人化 智能化的控制 c提高锻压件的精度和模具寿命 实现锻压件的标准化 实现整机制造中零件的系列化和通用化 例如各种零件中心 齿轮中心 轴承中心 曲柄连杆加工中心 螺母与螺钉中心等 便是上面 三化 的例子 d模锻的比例加大 自由锻的比例减少 e理论模拟或模型预报锻压cad cam技术的发展与应用 从微观角度 显微研究 或有限元模拟角度进行 例如上海交通大学和华中科技大学的模具中心 哈尔滨工业大学精密热加工中心 f锻造新工艺 精锻 等温成形 精密碾压 电墩 旋锻 辊锻 摆动碾压 超塑性成形等 冲压新工艺 软模成形 差温拉深法 爆炸成形 电水成形 电磁成形 旋压 4 锻压设备 锻压设备是制造产品的工具 原机械部把锻压设备分为八大类 但是从原理上划分可分为三种 锤类 曲柄压力机类 液压机类 4 1锻锤利用冲击能量 结构简单 工艺适应性好 用于锻造 缺点 振动 噪音大 因此大吨位锤受到限制 中国 蒸汽 空气锤在16t以下 对大吨位的对击锤 国内1000kj 国外1400kj 因其不利因素 噪音 振动 被抑制 4 2曲柄压力机利用周期性的机械静压力进行工作 用于锻造与冲压 例如热模锻压力机最大达120mn 冲压最大达80mn 4 3液压机利用液体压力进行工作 包括水压机和油压机 国内120mn 350mn 国外750mn 5锻压应用与工艺 5 1应用锻造在冶金厂应用 高速钢 钛等高温合金的锻造开坯 之后才进行轧或挤成板棒材 锻造在机械厂应用 主要为重要零件准备毛坯 例如圆饼 锻造成齿轮毛坯 冲压应用 制备各工业领域的零件 5 2工艺流程视具体零件加工 毛坯加工而定 但可以提炼出模锻一般的工艺 下料 加热 模锻 切边 冲孔 酸洗与清理 热处理 去氧化皮 打磨或刮削 涂漆 检验等 冲压 冲裁 弯曲 拉深 胀形等 6机械类制造厂的组成和锻压车间的生产特点 6 1机械类制造厂的组成机制厂以产品来定厂名称和安排生产 a生产流程完整的机制厂 例如飞机制造公司 发动机制造公司 汽车厂 拖拉机厂等 一般包括三个部分 i生产车间 分厂 直接生产产品 毛坯车间为后续加工准备坯料或毛坯的车间 例如铸钢 铸铁 有色铸造 自由锻 模具车间 加工车间加工上面毛坯成成品零件 例如金工 冲压 焊接 热处理 电镀 油漆 油泵 起落架 机轮等车间 装配车间零件装配成整机 包括部件装配和整机装配 即零件 集合成部件 组装成整机 ii辅助车间为生产车间服务 例如工具 模具 机修 标准件等车间 iii动力车间为全厂提供动力或能源 例如锅炉 煤气 送变电 水泵等车间 b生产流程不完整 以某一部分为主的厂子 以毛坯车间为主的机制厂 例如铸锻厂 汽车锻件厂 机床铸造厂 以加工和装配车间为主的机制厂 例如冲压件厂 拖拉机配件厂 电机厂等 6 2锻压车间及其生产特点 根据生产特点 将锻压车间分为大锻件自由锻车间 中小锻件自由锻车间 热模锻车间 冷锻和冲压车间 i大锻件自由锻车间产品 几吨到几百吨的大型自由锻件 目前自由锻的锻件重达260吨 原材料 钢锭生产方式 单件 小批量设备 水压机 30 120mn ii中小锻件自由锻车间产品 小于1 5吨的自由锻件 原材料 棒材或小钢锭生产方式 小批量设备 1 5t蒸汽 空气锤 65 750kg空气锤中小型液压机 螺旋压力机 iii热模锻车间产品 模锻件原材料 棒材生产方式 大批量设备 蒸汽 空气模锻锤热模锻压力机平锻机螺旋压力机模锻水压机iiv冷锻车间产品 通用件或标准件原材料 冷拉棒材 卷材生产方式 大批量 多品种设备 冷挤压机 冷墩机等v冲压车间直接制产品 例如冲压 焊 铆接 喷 涂 漆等 6 3锻压车间平面布置 大型厂 汽车厂 飞机制造公司 拖拉机厂等 呈ii字形或山字形 中小型厂 呈 一 字形 举例1 拖拉机厂 备料 检验 图3 字型拖拉机厂 工具模具库 模锻工段 自由锻工段 毛坯库 精整 酸洗 热处理 图4山字型auto厂 图5 一 字型冲压车间 举例3 冲压厂 举例2 汽车制造厂 7本课程的体系简介 7 1拓宽成形知识面 巩固所学的塑性力学和金属学等课程 7 2获得毛坯 零件及其设计的基本知识 7 3学时分配20学时 锻造10学时 冲压10学时 课内 课外 1 2分配 7 4参考书与杂志1 扬振恒 锻造工艺学 西北工业大学出版社 19842 李云瑞等 塑性加工导论 西北工业大学出版社 19963 王允禧等 锻造与冲压工艺学 冶金工业出版社 19974 齐克敏等 材料成型工艺学 冶金工业出版社 20065 傅老寿 锻压技术问答 机械工业出版社 19936 金堂 机械工艺学读本 19997 杨守山 有色金属塑性加工学 冶金工业出版社 19808 李奎华 肖景容 冲压工艺学 19909 吴诗敦 冲压工艺学 西北工业大学出版社 1987 10 j materproctech11 metforming12 mettreatment13 machine design14 锻压技术 北京机电研究院 15 金属成形工艺 兵工52所 16 热加工工艺 陕西船舶公司 17 金属热处理18 金属热处理学报19 塑性工程学报 第二章锻造辅助工序介绍 2 1原材料的准备a原材料 少数大锻件采用铸锭 多数锻件采用型材 圆 方棒材 板材 具体牌号和状态参见 锻压数据手册 或 金属材料手册 或 工程材料手册 b下料方法 锻造之前 需要把各种型材 通常圆形d 250mm 方形边长a 100mm 长2 9m 和钢坯 a 450mm 分成若干段 称做下料 具体锻造下料方法如下 1 剪切法分冷剪和热剪法 对碳钢 直径小于70mm 合金钢直径小于50mm采用冷剪法 对直径更大料采用热切法 特点是效率高 2 锯切法断面好 下料尺寸精确 速度慢 3 摩擦切割用高速转动的砂轮盘对金属进行磨削下料 优点是断面好 尺寸精 缺点是经常换砂轮 4 气割法用普通焊枪把金属局部加热进行熔断 尤其适用于厚板料 500mm的切割 2 2加热 目的 提高塑性 改变组织 为锻造准备热坯或为热处理之需要 1 加热方法火焰炉 煤炉 油炉 煤气炉 适用于碳钢 低合金钢 电加热设备 电阻炉 感应炉 适用于合金钢 有色金属 2 钢加热过程中应注意的四点现象 氧化 脱碳 过热 过烧 1 氧化氧化性气体 o2 co2 h2o和so2 与钢发生反应 例如fe 1 2 o2 feo 2 脱碳化学反应造成钢表面层碳含量的减少叫脱碳 例如fe3c o2 3fe co2 3 过热温度过高造成晶粒粗大 4 过烧加热到接近熔化温度并在此温度下长期保留 不仅晶粒粗大 而且晶界熔化 3 锻造温度范围的确定锻造温度范围指开始锻造温度 始锻温度 和终结锻造温度 终锻温度 之间的温度区间 1 确定的原则或方法三图定温 相图 塑性 抗力图 再结晶图图6塑性 抗力图图7再结晶图 具体的锻造温度数据 参见 锻造工手册 和 锻压数据手册 举例1 对45号钢 查得1200 800 对w18cr4v 查得1150 900 举例2 fe c相图定温方法对c 2 1 的钢材 t始 tsolidus 150 250 a1线对ta1碳钢 0 77 处 a1 15 50 对亚共析钢 a1 50 100 acm对过共析钢 由相图可见 基本处于单相奥氏体加工状态 t终 图8fe c相图局部 2 加热规范的确定加热规范 装炉时炉子的初始温度 加热各阶段的升温速度 保温时间和总的加热时间 最终加热温度 炉中装料数量等 图919 5t20mnmo冷钢锭的加热规范遵照原则 a导热性差的高碳钢 高合金钢 断面大的冷钢锭用低温预热小于800 入炉 防热裂 b导热性好的低碳钢 低合金钢 断面小的钢锭 直接入炉 用最快的速度加热 图919 5t20mnmo冷钢锭的加热规范 2 3模锻件的切边和冲孔连皮 1 模锻件的切边和冲孔连皮指切去模锻件的飞边和冲去模锻件的内孔连皮 是模锻工艺中的一个工序 并非非有不可 2 方式热冲切高合金钢 镁合金 冷冲切低合金钢 铝合金 铜合金 图10飞边与冲孔连皮 2 4锻件的冷却 热处理 清理和质量检验 锻造后 还需要进行冷却 热处理 表面清理和校正等后续工序 对精度要求高的锻件还要进行精压 不合格的锻件要返工和报废 因而有工序间的质量检验 1 冷却冷却不当 会造成钢件表里不一 产生残余应力 可能造成开裂 尤其对大型锻件 高合金钢锻件要注意 冷却方法 a空冷出模后空气中冷却 适用于有色金属 铝 镁 钛合金 锻件 b坑冷 箱冷 中碳钢 碳素工具钢 大多数低合金钢的中型锻件 c炉冷速度慢 生产率低 适用于大型锻件 中碳钢和低合金钢 和高合金钢的重要锻件 2 热处理目的 改善组织 调整锻件硬度 利于切削加工 消除内应力 图11各种热处理示意图 3 清理 实质是氧化皮的清理锻件在机加工前后一般都进行热处理 机加工前的热处理为锻件热处理 或毛坯热处理 机加工后的热处理为零件热处理 或最终热处理 1 锻造前清理 用钢丝刷子清除 大坯料用高压水喷射冲刷 砂轮打磨 火焰清理 2 锻后氧化皮清理 酸洗反应去皮法 喷砂 喷丸和抛丸处理 a喷砂 喷丸在2 3个大气压 喷砂 5 6个大气压 喷丸 大气压下 以压缩空气为动力使砂粒或钢丸产生高速运动 喷射到锻件表面以打掉氧化皮 b抛丸利用以2000 3000rpm高速转动叶片的离心力 把钢球打到锻件上 c滚筒清理摩擦去皮 d振动清理 图12抛丸处理 4 质量检验检查内容 按照标准进行 几何尺寸和形状检查 表面质量 磁力探伤 内部质量 超声波 机械性能 hv b s k等 磁粉沿工作面排列 磁力线在缺陷处弯曲 又称磁粉检验 图13磁粉探伤 专题 形变热处理 现代生产 1 实质 形变强化 相变强化 锻造与热处理的合 s 0 fe3c 2 应用不仅应用在钢中 还应用在有色金属铝和镁合金中 举例 图14低温形变淬火热处理 图15高温形变淬火热处理 举例 al合金7475固溶 温轧 时效 又如铝型材ld30 6061 ld31 6063 al mg si系中mg2si强化 图16锻铝冷却方式 第三章自由锻造 1 分类分为锤上自由锻 一般用于中小锻件 和水压机上自由锻 一般用于大锻件 2 特点灵活性大 生产准备周期短 单件小批量 3 1自由锻基本工序和锻件 一 基本工序墩粗 延伸 冲孔 弯曲 扭转 切割 锻造焊接 例如齿轮零件生产 墩粗 冲孔 扩孔 1 墩粗是使坯料高度减小而横截面增大的锻造工序 用于制造齿轮 法兰 圆盘 叶轮和饼类件 图17墩粗注意事项 高径比 h d 小于等于2 5 3 否则双鼓 2 延伸指使坯料横截面积减小 以增加其长度的锻造工序 常用来制造轴杆类锻件 例如连杆 传动轴等 注意事项 a翻转以使变形均匀 b错开操作时翻转前后要错开 以使变形均匀 c延伸断面转换方法d台阶轴延伸时 要用压棍压痕或压肩 便于锻造出台阶和凹槽 档 图18延伸园断面坯料时截面转变方法 先压痕后压肩切分成几段之后 然后在 上延伸 台阶直径差小时用压痕 h20mm先压痕后压肩 压痕或压肩的目的是通过压痕或压肩 把长段分成小段 可保证过渡面平齐 减少相邻区金属拉缩 e为防止端部产生凹入和夹层 端部的最小切料长度a要满足如下要求 a 0 33d 对圆坯 a 0 4b 当b h 1 5 a 0 5b 当b h 1 5 图19压痕与压肩 3 冲孔用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序叫冲孔 方法 实心冲孔 空心冲孔 垫环冲孔 注意事项 为防止周围环形区纵向裂 要在高温下冲孔 4 错移坯料的一部分相对于另一部分平行错移开的锻造工序 一面错 二面错 图20错移 二 锻件 3 2锻件图的制订 锻件图的制订属于基础性的工作 1 术语锻件图是在零件图基础上进行的 是编制工艺的第一步 1 锻件图以零件图为基础 加上机械加工余量和公差之后 当锻件形状复杂时 还必须加上余块以简化形状 绘制而成的图叫锻件图 2 机械加工余量当锻造不能达到零件的尺寸精度和粗糙度要求时 零件表面需增加一层供切削加工用的金属叫机械加工余量 简称余量 3 余块在锻造的某些地方加添一些大于余量的金属 以简化锻件的外形 这种加添的金属部分叫做余块 4 公差锻件的实际尺寸与基本尺寸之差允许有一定限度的误差范围 叫做锻造公差 锻件图的有关名词图解 图21锻件的各种尺寸 公差及机械加工余量示意图 锻件名义 公称 基本 尺寸 零件名义尺寸 机械加工余量锻件实际尺寸 锻件名义尺寸 公差 2 锻件图的绘制绘制锻件图的步骤 1 据零件图确定锻件形状 做适当的形状简化 2 余量和公差的确定 根据零件图查表而定 3 先算出锻件实际尺寸 然后画图 对于一张完善的锻件图 要标明锻件的形状 尺寸 余量公差 材料牌号 锻后热处理方法和要求 个别重要件还应在锻件图中指明截取机械性能实验 金相组织观察用试样的方向和位置以及其它特殊要求 3 3原坯料的计算1 原坯料重量先确定原坯料重量 然后定其体积和尺寸 1 原坯重精确确定方法原坯重包括锻件重和各种损耗重量 损耗指火耗 切除料头与冲孔芯料等的损耗 g坯 g锻 g损 g锻 g火耗 g料头 g芯料对钢锭g锭坯 g锻 g切冒口 g切水口 g烧损 g切料损失 g冲孔芯损g切冒口 0 2 0 25g锭 碳钢 0 25 0 35g锭 合金 g切水口 0 03 0 05g锭 碳钢 0 05 0 10g锭 合金钢 g烧损 0 02g锭 第一火 0 015g锭 以后各火 g切料头损失 1 65d2kg 园坯水压机 2 2hb2kg 方坯 g冲孔芯损 v冲孔芯损 v冲孔芯损 0 15 0 2 d2h 实心冲头时 0 785d2h 空心冲头时 0 55 0 56 d2h 垫环上冲孔时式中 d 冲孔直径cm 金属密度钢的密度 7 85g cm3h 坯料高度cm 2 原坯重简化方法g锭坯 100g锻 a式中a 金属利用率 查表确定 2 坯尺寸确定v坯 g坯 d坯 0 8 1 v坯 1 3 圆坯 h 1 25 2 5 d坯 a坯 0 75 0 9 v坯 1 3 方坯 3 4自由锻力能参数的确定一般用镦粗力 功 来选择设备 方法有理论分析法和经验法 1 理论法a水压机锻造时的最大变形力f pa 式中p 平均单位压力a 锻件与工具接触面在水平方向的投影面积例如 圆形锻件墩粗的计算当h d 0 5 p s 1 d 3h 当h d 0 5 p s 1 d 4h b锻锤锻造要计算变形功率来确定设备打击能量 因其打击力不定 例如 圆柱锻件墩粗变形功为w sv ln h0 h 1 9 d h d0 h 式中d0 h0 坯料直径和高度 d h 锻件直径和高度 v 锻件体积 2 经验法 3 5自由锻工艺制定步骤 1 根据零件图作出锻件图 2 确定原坯料的重量和尺寸 g v 3 选定变形工序 决定工步尺寸 选择主要工具和辅助工具 4 力能计算 选择锻压设备 5 确定锻造温度范围 加热和冷却规范 6 确定锻后热处理规范 7 提出锻件的技术要求 8 填写工艺卡片 第四章模锻 定义 将上下模块分别固定在模锻的凹槽中 迫使金属充满型槽而得到模锻件的成形过程叫模锻 特点 生产效率高 是自由锻的3 4倍 尺寸精度高 光洁度高 形状复杂 成本降低 缺点 件重小于150kg 对设备要求高 分类 开式模锻带飞边 适合于锻造形状复杂的锻件 闭式模锻不带飞边 适合于锻造形状简单的锻件 4 1锤上模锻 4 1 1锻件图的设计 1 确定模锻方案飞边fm 分模面 2 确定分模面的位置分模面的定义 上下模在锻件上的分界面 要使型槽最浅 金属容易充满 锻件出模方便 确定分模面的四个原则 a便于脱模分模面选在锻件的最大尺寸的截面上 b便于错位检查使分模面上下模的模膛外形一致 c便于模具制造分模面尽量选平面 d保证金属流线完整 3 确定余量和公差 也即确定锻件尺寸 图22分模面示意图 f m 飞边 jb3834 85根据零件的形状尺寸和材料性质查厂用资料 介绍锻件形状复杂系数s 举例说明 不便于错位检查 满足模膛外形上下一致原则 分模面选在锻件的最大尺寸的截面上 a便于脱模 b便于错位检查 c便于模具制造 模锻的余量与公差问题 要确定模锻的余量与公差要知道 锻件质量 锻件形状复杂系数 分模线形状 锻件的材质系数 零件加工精度和加热条件 a锻件质量根据质量查表确定模锻的余量与公差 b锻件形状复杂系数 模锻的余量与公差 s 是锻件重量与相应的锻件外廓包容体的重量之比 s m锻件 m外廓包容体 图26确定s用图 可见 s定义存在主观性 新标准将锻件形状复杂系数分成4级 简单级 s1 0 63 1一般 s2 0 32 0 63较复杂级 s3 0 16 0 32复杂级 s4 0 16 c分模线形状d材质系数m1c 0 65 碳钢 合金元素 3 合金钢e零件加工精度 该标准jb3834 85适合于零件表面粗糙度高于ra3 2的表面 若低于ra3 2 余量要适当加大 4 确定模锻斜度 拔模角 为便于终锻成形的锻件从模膛中取出 锻模模膛侧壁要有一定斜度即留拔模角 外壁斜度一般取3 5 7 而内壁斜度要比外壁大一档 3 或相等 5 确定圆角半径为了使金属在模膛内易于流动和保持金属流线的连续性 提高锻模使用寿命而把锻件上所有棱角做成圆弧 该圆弧的半径叫圆角半径 锻件的凸角圆角半径称外圆角半径 锻件的凹角圆角半径称内圆角半径 6 确定孔的初形和冲孔连皮 7 锻件特殊结构的设计 8 绘制锻件图冷锻件图 检验用图热锻件图 制模锻工具用图 4 1 2飞边与连皮 1 飞边及飞边槽尺寸1 飞边作用a增加金属流出模膛的阻力 迫使金属充满模膛的各个部分 b容纳多余金属 c缓冲作用 减弱上下模具的打击 2 飞边槽结构型式分桥部 起抑制金属流动的作用 和仓部 容纳多余属 图27飞边的四种形式 型式 型式 型式 型式 应用广泛 适合于下型或上型较浅的锻件 适合于复杂外形的锻件 用于模槽中难于充满的部分 2 连皮与连皮型式1 冲孔连皮 带孔的模锻件 不能直接锻出透孔 必须先留一层金属 然后在切边机上冲除 称冲孔连皮 留连皮的目的 减轻并缓冲锻模的刚性接触 避免其损坏 2 连皮的型式 平底连皮 斜底连皮 拱底连皮 带仓连皮 图28连皮的四种形式 4 1 3模锻工艺制定的主要内容和步骤 1 据锻件选择较先进的工艺方案 2 据锻件及选用方案设计锻件图 3 确定模锻所需的工步 进行工步设计和模膛设计 4 计算并选用坯料 确定设备的吨位 5 确定和设计模具 绘制模具图 6 确定切边 冲孔工艺及设计模具 7 加热 冷却及热处理规范的制定 8 确定清理 校正工艺及设备 4 1 4连杆件的模锻过程原始坯料 拔长 滚压 弯曲 预锻 终锻 飞边 锻件 其中制坯工步包括 拔长 滚压 弯曲等 模锻工步包括 预锻 终锻 4 2其它锻压设备上的模锻1 曲柄压力机上模锻2 螺旋压力机上模锻3 平锻机上模锻其中1 2的工作部分做垂直往复运动 现在平锻机的工作部分增加了水平往复运动 第六章冲压概论 1 定义 对板料进行室温塑性变形 以得到所需形状 尺寸和性能的零件的一种金属加工方法叫冲压 2 特点 与切削相比 成本低 生产率高 尺寸精度高 易实现机械化 3 分类 据变形抗力 分类 分离工序 b切断 落料 冲孔 切割 成形工序 b s屈服 弯曲 拉深 翻边 胀形等 图29冲压工序示意图 4 应用离开冲压件 寸步难行 是金属材料工业的深加工 5 发展方向 1 新理论现代化 有限元引入 2 机械化与自动化 3 模具设计与制造现代化6 冲压变形的趋向性与控制 1 冲压变形趋向性 冲压坯料的各部分在同一模具的作用下 有可能发生不同形式的变形 叫冲压变形趋向性 a冲压坯料的分区 传力区和变形区如图所示 冲压时变形力p通过坯料的传力区而施加于变形区 使其产生塑性变形 在成形过程中 二区的范围与尺寸不断地变化 且它们也互相转化 随凹模下降 变形区增大 传力区减小 图30缩口变形坯料各部分的划分 b弱区变形理论对缩口变形 要求变形区为弱区 即弱区先变形 2 坯料变形趋向性的控制 实质是变形区与传力区相互转化的控制 a合理确定坯料和半成品尺寸d0 dp0 2 0 3翻边d0 dp 2 5 d0 dp 0 15胀形式中d0 坯料外径 d0 坯料内径 dp 冲头直径 b改变模具形状即改变模具工作部分的几何形状和尺寸 例如 增大凸模的圆角半径 减小凹模圆角半径有利于翻孔变形 c改善润滑条件即减少或增加坯料与模具表面的摩擦阻力 例如 改善润滑 减少压边力 有利于拉深变形而不利于翻孔和胀形 d局部加热降低抗力目的是使变形区的变形抗力降低 提高传力区的强度 例如 拉深 缩口 无模拉深时给变形区局部加热 7 板料冲压工艺性的试验方法 1 板料冲压工艺性 指板料冲压成为所设计零件形状的能力 2 试验方法 弯曲 拉楔 杯突等 a弯曲反复弯曲试验 t5mm 达到 角 b拉楔将楔形试样拉过模口 各部位变形量不同 叫拉楔 c杯突试验用试样发生裂纹时用冲头 凸模 的压入板料深度来鉴定板料冲压工艺性的方法叫杯突试验 d拉深试验取在侧壁不致破坏条件下可能拉深的最大毛坯直径dmax与冲头直径dp之比来确定极限拉深比ldr 以ldr作为拉深性能指标 ldr dmax dp 图31拉楔 第七章冲裁 定义 利用模具使板料产生分离的冲压工序 包括冲孔 落料 切边和切口等 应用 制成品零件 为弯曲 拉深等工序准备坯料 例如 垫片生产过程 落料 冲孔 成品 7 1冲裁弯曲过程凸模与凹模组成上下刃口 板料放在凹模上 凸模逐渐下降 使板料产生变形 直至全部分离 完成冲裁过程 分成3个阶段 弹性变形阶段 塑性变形阶段 断裂阶段 冲裁断面的三个特征区 圆角带 弹性变形 光亮带 塑性变形 断裂带 断裂 图32冲裁示意图 图33冲裁断面示意图 7 2冲裁间隙与凸凹模刃口尺寸的确定1 间隙对质量等因素的影响a间隙对断面质量的影响合理间隙时 裂纹相互重合 冲压件的断面平直 光洁 毛刺小 间隙c过小时 凹模刃口处的裂纹进入凸模下面的压应力区便停止发展了 凸模继续下压时 上下裂纹中间部分产生二次剪切 被凸模挤入凹模中 结果二头呈现光亮带 中部撕裂带 间隙c过大时 弯曲拉伸成分加大 压应力拉伸增加 撕裂区变大 光亮带变小 毛刺大而厚 难去掉 b间隙c对模具寿命的影响间隙减小 模具与板料间的摩擦增加 磨损增加 模具寿命减小 c间隙c对冲裁力p的影响间隙增加 冲裁力减小 间隙增大 冲裁力减小 图34间隙过小 图35间隙过大 2 合理间隙的确定图如图c t b tg t 1 b t tg 式中 4 6 b 产生裂纹时凸模压入的深度或光亮带宽度 t 材料厚度 c 单面间隙 3 凸凹模刃口尺寸确定生产实践告诉我们 冲孔时凸模越磨越小 落料时凹模越磨越大 冲孔件的尺寸等于凸模尺寸 落料件的尺寸等于凹模尺寸 所以提出如下原则 设计冲孔件时 以凸模作为设计基准 间隙取在凹模上 设计落料件时 以凹模作为设计基准 间隙取在凸模上 冲孔dp d x 0 p冲孔件尺寸在凸模尺寸上加上磨损量dd dp zmin d 0间隙取在凹模上落料dd d x d 0落料件尺寸在凹模尺寸上减去磨损量dp dd zmin 0 p间隙取在凹模上式中 dp dd 冲孔凸凹模名义尺寸 dd dp 落料凹凸模名义尺寸 x 磨损量 p d 凸 凹模的制造公差 图36间隙的确定图 7 3冲裁力目的 选择压力机 对模具强度进行校验 冲裁力是使坯料发生剪切断裂需要的力 1 平刃口模具冲裁力通式 p f l t 式中f 剪切面积 剪切强度 l 冲裁件周长 t 冲裁件厚度 实用公式 p lt b式中 b 抗拉强度 2 减低冲裁力的方法f减小 用斜刃剪来剪切 阶梯布置凸模图 减小 热冲 使 减小 p减小 第八章弯曲 定义 把材料弯曲成一定角度 形状的工序叫弯曲 应用 汽车大梁 自行车把 门把8 1弯曲过程 变形规律1 宏观过程分析随弯曲的进行 ri t逐渐变小 变形程度变大 当ri t min max微观过程分析弯曲变形过程 经历弹性 弹塑性 塑性变形三个阶段 2 弯曲变形的几点规律 1 分区弯曲变形区域主要在零件的圆角部分 而在直壁部分基本无变形 2 中性层与中性层半径 弯曲变形区内 板料外层纤维受拉伸长 内层纤维受压缩短 中间必有一层纤维的长度不变 叫中性层 相应地 存在中性层半径 3 弯曲系数kw r t 图37弯曲宏观过程 图38弯曲微观过程 8 2应变中性层位置 和最小弯曲半径rmin的确定1 应变中性层位置 的确定当r t 5 即弯曲程度不大时 r t 2 即位于板厚中央 当r t 5 即小的圆角半径弯曲时 弯曲程度增加时 t r t 2 试推导之根据体积不变条件v0 lbt v r2 r2 2 b 1 中性层变形前后长度不变l 2 又r r t 3 式中 减薄系数将 2 3 代入 1 中得 t r t 2 4 式中t 板厚 r 弯曲件内半径 r 弯曲件外半径 弯曲件中心角 中性层到内表面距离ktkt r 2t 2 r 1 5 图39确定中性面图示 2 最小弯曲半径rmin的确定定义 在保证坯料外表面纤维不发生破坏的条件下 工件能够弯成的内表面的最小圆周半径叫最小弯曲半径rmin 公式rmin 2 2 max t 2 max 1 6 推导e l l0 l0 r 1 f0 f f0 1 f f0 1 l0 l e 1 e 2 又r r t 3 t r t 2 4 将 1 3 4 代入 2 中 r t 1 r t r t r t r 1 t 2 1 r t 得 r 2 2 t 2 1 5 又由于实验结论 r t min 断面减缩率 max所以 6 式得证 应用 kw rmin t kw越小越塑性好 8 3弯曲力矩弯曲力矩m mw s8 4弹性恢复 弹复 弹复 弯曲件 不论是弹性弯曲还是塑性弯曲 外力去除后 均有弹性回复 简称弹复 1 回弹的确定有二种方法 公式法和经验法 这里介绍公式法 公式法确定弹复角和弯曲半径弹前弹后r模具半径r0零件要求的半径 弯曲角 0弯曲角 中心角 0中心角 中性层半径 0中性层半径 0 回弹角 图40回弹前后的尺寸变化 从图41四边形abcd中可看出来 180 因为 0 则 0 所以 0 中性层长度不变 r r0 0所以 r0 r 0 0 0 r0 r 1 180 0 r0 r 1 0 下面关键是定出r0与r的关系 实质是求外层纤维的残余变形 弹后外表纤维残余变形e残 e弹前 e弹后 1 e弹前 t 2 弹前 t 2 弹前 2 e弹后 拉 e m弹 w e mw s w e m s e 3 式中 拉 弹性弯矩m弹给与外层纤维的拉应力w 弯曲工件的断面系数e 材料的弹性模量将 2 3 代入 1 e残 t 2 弹前 m s e 4 又因为e残 t 2 弹后 5 由 4 5 相等得 弹前 弹后 1 2m s 弹后 et 6 为实用方便 可令 弹前 r 弹后 r0 m 1 5r 1 1 r0 3 s et 7 根据 7 式可根据零件半径求出模具半径 由 7 式r0 r 1 1 3 sr et 8 8 式代入 0 式 得到 180 0 1 3 sr et 10 图41角度确定 2 影响回弹的因素 180 0 1 3 sr et 1 机械性能 s增加e减少 增大弹复大 2 相对弯曲半径r t r t增加 增大 3 弯曲中心角 增加 0增加 4 弯曲方式校正弯曲的回弹比自由弯曲的小 5 零件形状形状复杂的弯曲件因回弹困难 弯后回弹角 较小 图42弯曲中心角 3 减少弹复的措施 1 弯曲件加上加强筋 如图43所示 2 选e大 s小的材料 对硬材料要退火处理以减少回复 3 工具尺寸补偿单角弯时 凸模 顶角 减小 减小 圆角半径做小些双角弯时 在凸模两侧分别做出弹复角或在模具底部做成圆弧形 图43添加加强筋 图44做出弹复角和圆弧形 8 5弯曲件坯料尺寸确定宽板弯曲 认为b t不变 仅l改变 所以坯料尺寸实际就是确定l长度 弯曲件展直后的长度为原来直线部分长度与弯曲部分中性层长度之和 l总 l直 l弯中性层 l弯 180 r kt 180 其中k 0 32 0 5 图45弯曲件坯料尺寸确定 第九章拉深 定义 拉深是利用冲裁得到的板料通过模具制成开口空心零件的冲压工艺方法 特点 与冲裁相比 1 凸凹模之间间隙较大 2 凸 凹模均有较大的圆角半径 9 1拉深变形过程的应力应变状态1 凸缘区2 凹模转角区3 传力区4 凸模转角区5 筒底区 1 1 坯径向 2 2 坯厚向 3 3 坯切向 图46拉深变形过程的分区 1区主变形区作用 主变形区 弱区 起皱现象的解释 若不用压边圈 2 0 无压边圈的 2 c 2 c m 0 c m 而有压边圈的 2 c 2 m c 2 c m 因为c 2有压边圈 2 表明无压边的 2比有压边的 2要大 则发生材料的拱起 叫 起皱 这是起皱的物理本质 2区凹模转角区作用 传力 形状过渡 3区筒壁区作用 传力区 在弹性范围内 4区凸模圆角区作用 传力 弯曲 有人称危险断面 5区筒底区作用 传力区 处于平面应力状态 9 2拉深过程力学分析凸缘变形区的应力分布r 外缘半径 r 内缘半径沿r方向合力为零 1 d 1 r dr t 1r t 2 3tdr sin 2 0 1 数学简化 很小 sin 2 2 忽略d dr高阶无穷小 得微分平衡方程d 1 1 3 dr r 2 由塑性条件 1 3 s 取 1 1 因为 3 0 取 s为平均值 sm 所以 1 3 1 1 sm 3 3 代入 2 d 1 1 1 smdr r边界条件 r r 时 1 0边界上 r r时 1 1任意处 0 1d 1 1 1 sm r rdr r 1 1 1 smln r r 4 上式是 1由r r 的分布规律 呈对数变化 讨论 1 r r内缘 1最大 1max