机械制造工艺教案第二章4-5节(09-05).ppt

1 机械制造工艺基础 主讲教师 周世权 2 2 4冷塑性加工基础ColdplasticityworkingFundamentals 冷塑性加工 在再结晶温度以下的塑性加工工艺 板料冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法 称为冷冲压 1 板料冲压具有下列特点 1 可以冲压出形状复杂的零件 且废料较少 2 冲压件的质量稳定 互换性较好 3 能获得质量轻 材料消耗少 强度和刚度都较高的零件 4 冲压操作简便 易于实现机械化和自动化 生产率很高 故零件成本低 3 2 冲压设备剪床和冲床 剪床用来把板料剪切成一定宽度的条料 dd42 以供下一步的冲压工序用 冲床用来实现冲压工序 dd15 以制成所需形状和尺寸的成品零件 冲床最大吨位已达40000KN 3 冲压工序基本工序有分离工序和成形工序两大类 分离工序 使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序 如落料 dd14 冲孔 dd38 切断和修边 dd12 c 成形工序 使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破坏的工序 如拉深 dd60 弯曲 dd05 翻边 dd78 胀形 dd64 等 4 1 弹性变形阶段冲头使板料产生弹性压缩 拉伸与弯曲等变形 若卸去载荷 板料则恢复原状 dd37 1 冲裁变形过程 2 塑性变形阶段板料中的内应力值达到屈服极限 板料金属产生塑性变形 位于凸 凹模刃口处出现微裂纹 dd38 3 断裂分离阶段已形成的上下裂纹逐渐扩展 上下裂纹相遇重合后 板料被剪断分离 5 1 间隙 冲裁模的凸模和凹模间存在的适当空隙 2 间隙过小 由于上下裂纹向内扩展时不能互相重合 将产生第二次剪切 在端面中间留下撕裂面 3 间隙过大 板料受到很大的拉伸和弯曲应力作用 冲裁件圆角和斜度加大 光亮带小 毛刺大而厚 难以去除 4 合理间隙 上下裂纹互相重合 冲裁件断面平直 光洁 质量最好 2 间隙对切断面质量的影响 td18 6 单边间隙 z 的合理数值可按下述经验公式计算出 z mt式中 t 材料厚度 mm m 与材料性能及厚度有关的系数 实用中 材料较薄时 m可以选用如下数据 低碳钢 纯铁m 0 06 0 09铜 铝合金m 0 06 0 1高碳钢m 0 03 0 12当材料厚度S 3mm时 由于冲裁力较大 应适当把系数m放大 对冲裁件断面没有特殊要求时 系数m可放大1 5倍 7 板料成形时只允许产生弹性变形和塑性变形 不允许产生微裂纹 因此 变形中的加工硬化达到一定程度后必须进行再结晶退火 弯曲成形 dd05 1 弯曲变形过程 随着凸模下降 弯曲部分的材料由弹性变形过渡到弹塑性变形状态 最后将板料弯曲成与凸模尺寸形状一致的工件 3 板料成形时的变形过程 8 2 弯曲变形特点 外层受拉伸而伸长 内层受压缩而缩短 在外层外表面 拉伸应力与拉伸应变最大 板料越厚 内弯曲半径r越小 则拉伸应变越大 越容易弯裂 dd07 为防止弯裂 弯曲的最小半径应为rmin 0 25 1 t t为金属板料的厚度 材料塑性好 则弯曲半径可小些 9 1 拉深变形过程 dd60 利用模具使冲裁后得到的平板毛坯变形成开口空心零件工序称为拉深 2 拉深变形特点 拉探件的底部厚度基本不变 坯料外径D减去内径d的环形部分的金属 切向受压应力作用 径向受拉应力作用 逐步进入凸模与凹模之间的间隙 形成拉深件的直壁 凸模与凹模之间的间隙较大 一般z 1 1 1 2 t 直壁主要受拉应力作用 厚度有所减小 而直壁与底之间的过渡圆角部被拉薄最严重 拉深件的凸缘部分受切向压应力作用 厚度有所增大 2 拉深成形 t9 11 10 复习思考题1 比较落料和拉深工序的凸凹模结构及间隙有什么不同 为什么 2 试分析冲裁与成形时 板料经历的变形阶段和不同部位的变形特点 11 2 5冲裁与成形工序MetalShearingandFormingProcess 一 冲裁工序冲裁 使坯料按封闭轮廓分离的工序 主要是指落料与冲孔工序 落料 dd14 冲落部分为成品 余下的为废料 冲孔 dd38 为了获得带孔的冲裁件 冲去的为废料 12 落料模 以凹模为基准 按落料件先确定凹模刃口尺寸 然后根据间隙确定凸模刃口尺寸 即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值 冲孔模 以凸模为基准 按冲孔件先确定凸模刃口尺寸 然后根据间隙确定凹模刃口尺寸 即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值 为了保证零件的尺寸要求 并提高模具的使用寿命 落料时凹模刃口尺寸应靠近落料件公差范围内的最小尺寸 冲孔时 选取凸模刃口尺寸靠近孔的公差范围内的最大尺寸 td90 1 凸模与凹模刃口尺寸的确定 13 冲裁件的设计不仅应保证具有良好的使用性能 而且也应具有良好的工艺性能 冲裁件的形状冲裁件的形状应力求简单 对称 尽可能采用圆形或矩形等规则形状 应避免 td54 长槽或细长的悬臂结构 td55 否则使模具制造困难 降低模具寿命 冲裁件的圆角冲裁件上直线与直线 曲线与直线的交接处 均应用适宜的圆角连接 td33 因为圆角可以大大减少应力集中 有效地消除冲裁模开裂现象 冲裁件的最小圆角半径如表2 2所示 2 冲裁件的结构工艺性 14 表2 2 15 冲裁件的孔径及孔距冲裁件的孔径太小 凸模易折断和压弯 冲孔的允许最小尺寸与模具结构 材料性能及板料厚度有关 3 弯曲 Bending 弯曲是将坯料弯成具有一定角度和形状的工艺方法 弯曲可以在压力机上使用弯曲模进行 也可以使用折板机 弯管机 滚弯机 拉弯机进行 弯曲工艺及特点弯曲线 弯曲时应尽可能使弯曲线与坯料流线方向垂直 dd05 若弯曲线与流线方向一致 则容易产生破裂 此时应增大弯曲半径 16 回弹 BendingSpring 在弯曲结束后 由于弹性变形的恢复 坯料略微弹回一点 使被弯曲的角度增大 dd06 一般回弹角为0 10 因此在设计弯曲模时 必须使模具的角度比成品件角度小一个回弹角进行补偿 以便在弯曲回弹后得到准确的弯曲角度 17 弯曲伸长与尺寸计算零件在弯曲时 弯曲圆角部分内侧受压缩而缩短 外侧受拉伸而伸长 从缩短过渡到拉长 应该有一层纤维既未缩短也未拉长 即它的长度在弯前与弯后并不改变 这一层纤维称为中性层 可以根据弯曲前 后中性层长度不变的原则来确定弯曲件的毛坯展开长度和尺寸 具体的计算方法是先把零件分成直线和圆弧部分 如图2 50 零件可分为1 2 3 4 5五段 直线部分1 3 5的长度 从零件所注尺寸经过换算可得 圆弧部分2 4的尺寸根据中性层位置计算可得 即弯曲件的展开长度应为 图2 50 18 各个弯曲部分中性层长度计算如下 当 90 时式中L 弯曲件的展开长度 毫米 弯曲中心角 度 r 弯曲件内表面的圆角半径 毫米 t 弯曲件原始厚度 毫米 x 中性层系数 x值随r t增大而增大 一般取值范围为0 2 0 5 对于r t值较小的弯曲件 在计算弯曲件的展开长度时 可以先用上述公式进行初步计算 经过试压后才能最后确定合适的毛坯形状和尺寸 19 4 拉深拉深件质量分析圆筒形件拉深过程顺利进行的两个主要障碍是凸缘起皱和筒壁拉断 凸缘起皱 拉深过程中 凸缘材料在周向产生很大的压应力 这一压力犹如压杆两端受压失稳似的使凸缘材料失去稳定而形成皱褶 在凸缘最外缘处 切向压应力最大 因而成为起皱最严重的地方 如图2 54 筒壁拉断 当凸缘部分材料的变形抗力过大时 使得筒壁所传递的力量超过筒壁本身的极限抗拉强度 使得筒壁在最薄的凸模圆角处产生破裂 形成拉穿废品 如图2 55 20 图2 54 图2 55 21 拉深件出现破裂现象与下列因数有关 凸凹模圆角半径 t9 7 拉深模的工作部分不能是锋利的刃口 必须做成一定的圆角 对于钢的拉深件 取r凹 10t 而r凸 0 6 1 r凹 这两个圆角半径过小时 则容易将板料拉破 22 凸凹模间隙拉深模的间隙远比冲裁模大 一般取单边间隙c 1 1 1 2 t 间隙过小 模具与拉深件的摩擦力增大 易拉破工件和擦伤工件表面 且降低模具寿命 间隙过大 又容易使拉深件起皱 影响拉深件的尺寸精度 23 2 拉深系数与拉深次数拉深系数 m d D 拉深件直径d与坯料直径D的比值称为拉深系数 用m表示 其值一般为0 5 0 8 m越小 表明拉深件直径越小 变形程度越大 坯料被拉入凹模越困难 易产生拉穿废品 多次拉深 如果拉深系数过小 不能一次拉深成形时 则可采用多次拉深工艺 但多次拉深过程中 加工硬化现象严重 为保证坯料具有足够的塑性 在一两次拉深后 应安排工序间的退火处理 其次 在多次拉深中 拉深系数应一次比一次大 以保证拉深件的质量 使生产顺利进行 总拉深系数等于各次拉深系数的乘积 m总 m1 m2 mn 1 mn 24 图2 57 3 拉深件的结构工艺性拉深件外形应简单 对称 深度不宜过大 以便使拉深次数最少 容易成形 td41 图2 57 如消音器后盖 如图2 57 经改造后 冲压工序由原来的八道减少为两道工序 同时 节省材料50 25 图2 58 拉深件的圆角半径应取合适 td43 其最小半径如图2 58 否则会增加拉深次数和整形工作 也增多模具数量 并容易产生废品和提高成本 拉深件的尺寸精度不宜要求过高 拉深件的制造精度包括直径方向的精度和高度方向的精度 在一般情况下 拉深件的精度不应要求过高 26 复习思考题1 用 50冲孔模具来生产 50落料件能否保证冲压