金属塑性成形工艺设计.ppt

3 3金属塑性成形工艺设计 3 3 1自由锻工艺设计主要内容 绘制锻件图 确定变形工序 计算坯料的重量和尺寸 确定加热温度及冷却方式 选定锻造设备等 来自中国最大的资料库下载 1 绘制锻件图 锻件图 零件图 余块 加工余量 锻造公差绘制方法 一般用粗实线画出锻件最终轮廓 用双点划线画出零件的主要轮廓形状 在尺寸线上方或左面标注锻件的尺寸与公差 在尺寸线下方或右面用圆括号标出零件尺寸 例 如图所示的轴 批量为10件 月 材料为45号钢 安徽工程科技学院机械系 AUTS 2 确定变形工序锻造变形工序应依据锻件的形状 尺寸 技术要求 生产批量和生产条件等综合考虑 一般来说 盘类锻件以镦粗为主 轴杆类锻件以拔长为主 空心件肯定要冲孔 大孔还需要进一步扩孔 弯杆少不了弯曲 各类自由锻件的基本变形工序方案见表3 8 3 计算毛坯重量 m0 md mc mq 1 式中m0 毛坯重量 kg md 锻件重量 kg mc 冲孔芯料重量 kg mq 切除料头重量 kg 烧损率 燃料加热一般取2 3 电加热取0 5 1 4 计算毛坯尺寸 当锻造的第一工序为镦粗时 则坯料直径 D0 0 8当锻造的第一工序为拔长时 D0 DmaxD0 毛坯直径 mm V0 坯料的体积 mm3 Dmax 拔长后锻件的最大直径 mm Y 锻造比 来自中国最大的资料库下载 根据算出的坯料重量可算出坯料的体积 坯料的尺寸则取决于第一工序的性质 若是镦粗 则坯料的高径比不应超过2 5 以免镦弯 但要大于1 25 使下料方便 若是拔长 则按锻件的最大截面 最小变形 处满足锻造比要求来选择坯料尺寸 最后所确定的坯料直径或边长应为标准值 市场可买到 再按体积计算坯料的长度 即 L0 V0 F0 4V0 D02采用钢锭为坯料的大型锻件 则根据算出的坯料重量选取标准钢锭 5 确定锻造温度范围及加热冷却规范 1 锻造温度范围 对于45号钢始锻温度 1200 终锻温度 800 2 加热 箱式加热炉 煤 油或电能 可将冷的坯料直接送入高温的加热炉中 提高生产率 3 冷却 空冷 WC 0 5 的碳钢及WC 0 3 的低合金钢中 小锻件一般采用空冷 6 选择锻造设备 1 选择依据 锻件重量 类型和尺寸 设备吨位大小要适当 既不能造成能量的过分浪费 又要保证锻件能充分锻透 2 确定方法 理论计算法和查表法 目前生产中比较实用的是查表法 可根据锻件大小和形状查表选择锻锤的吨位 工艺设计还包括选用工夹具 确定加热设备 制定加热及冷却规范 热处理工艺等内容 最终需将设计结果填写在工艺卡片上 7 零件结构的自由锻工艺性 应避免锥形 楔形 尽量采用圆柱面或平行平面 以利于锻造 各表面交接处应避免弧线或曲线 尽量采用直线或圆 以利于锻制 应避免肋板或凸台 以利于减少余块和简化锻造工艺 大件和形状复杂的锻件 可采用锻 焊 锻 螺纹联接等组合结构 以利于锻造和机械加工 8 自由锻工艺设计示例 例 试绘出图示齿轮轴的自由锻件图 并选择锻造工序和计算坯料尺寸 安徽工程科技学院机械系 AUTS 解 绘锻件图 根据锻件总长度340 最大直径100查表知 a 10 4绘出锻件图如下 50 8 150 8 360 8 30 130 340 110 4 70 4 50 4 40 60 100 变形工序 头部镦粗 杆部分段拔长 计算坯料 头部镦粗段V1 3 14 0 552 0 5 0 475dm3D01 0 8 1 63 79 mm杆部拔长段D02 Dmax 1 14 1 22 70 80 86 mm最终取D0 80mmV锻 3 14 0 552 0 5 0 352 1 0 252 2 1 1 27dm3m锻 V锻 m烧损 m锻 3 m锻 m料损忽略不计m坯 1 03m锻 1 03 V锻 L0 mm即坯料尺寸为 80 260 3 3 2锤模锻工艺设计 主要内容 1 绘制模锻件图 2 计算坯料的重量和尺寸 3 确定模锻工步 4 选择锻压设备 5 设计锻模模膛 6 确定锻造温度范围 加热和冷却规范 AUTS 1 绘制模锻件图模锻件图 零件图 分模面 加工余量 模锻斜度 冲孔连皮 余块 圆角 公差 分模面 上 下模的分界面 选择原则 A 应选在锻件最大截面处 以利锻件脱模 B 尽量选用平面 以简化模具结构 方便制造 C 应选在上 下模膛轮廓相同的位置上 以便于及时发现错模 D 选在模膛深度最浅且上 下模深度基本一致的位置 以便于金属充满模膛 例1 余块 为简化形状而增加的料块 窄槽 齿形 小孔 孔径小于25mm 深孔 深度大于3倍直径 横向孔以及其它妨碍出模的凹部均不锻出 冲孔连皮 为避免上 下冲头对撞损坏模具而在模锻通孔时留下的金属层 连皮厚度一般为4 8mm 锻后再由冲孔切边模切除 加工余量和公差 只在锻后需机加工之处添加 模锻斜度 垂直于分型面的表面上加 外壁斜度5 或7 内壁斜度7 或10 圆角半径 所有转角都应为圆角 内圆角r 1 4mm 外圆角R 3 4 r 安徽工程科技学院机械系 AUTS 齿轮锻件图 3 计算坯料尺寸 根据锻件质量和加热 锻造过程中的损耗计算 略 4 选定模锻锤吨位 根据锻件质量查表确定 5 确定锻造温度范围 加热和冷却规范 2 确定模锻工步 拔or滚or弯制坯 预锻 终锻 盘类 齿轮 法兰等 镦粗制坯 预锻 终锻 轴类 曲轴 连杆等 6 修整工序 即模锻件成形后提高精度和表面质量的工序 切边 即带飞边的模锻件终锻后切除飞边的工序 冲连皮 即带孔的锻件经终锻后 冲除孔内连皮的工序 校正 即为消除锻件在锻后产生的弯曲 扭转等变形 使之符合锻件图技术要求的工序 热处理和清理 模锻件经过修整后 一般还需通过热处理和清理 采用正火或退火 细化晶粒 清理表面缺陷或氧化皮 7 零件结构的模锻工艺性 应有合理的分模面 保证锻件从模膛中取出又利于金属填充 减少余块和易于制模 与分模面垂直的非加工面应有结构斜度 以利于从模膛中取出锻件 应避免肋的设置过密或高宽比过大 以利于金属充填模腔 应避免腹板过薄 以减小变形抗力及利于金属充填模腔 应尽量避免深孔或多孔结构 以利于制模和减少余块 形状复杂件宜采用锻 焊 锻 螺纹联接等组合结构 以简化模具和减少余块 7 模锻工艺设计示例 例 齿轮零件 材料为45钢 中批量生产 试编制模锻工艺规程 1 零件结构分析 零件结构合理 2 绘制锻件图 该零件孔内应有连皮 参考有关标准和资料 选定机械加工余量 锻件公差 模锻斜度 模锻圆角等参数值 绘出锻件图 3 确定变形工步 该锻件系盘类件 应采用镦粗 终锻工步 4 选择修整工序 需安排切边 冲连皮 校正 热处理 正火或退火 清理等修整工序 3 3 3冲压工艺设计 自学 冲压工艺设计包括冲裁 弯曲 拉深等工序中的工艺设计以及冲压工序选择 模具选择等 1 冲裁工艺设计 1 落料模刃口尺寸 落料件尺寸取决于凹模刃口尺寸 且随着凹模磨损刃口尺寸会增大 2 冲孔模刃口尺寸 由于制件孔的尺寸取决于凸模刃口尺寸 且随着凸模磨损刃口尺寸会减少 安徽工程科技学院机械系 AUTS 确定新制凸模 凹模尺寸的基本原则为 落料 以凹模为基准 凹模尺寸接近于落料件的最尺寸 凸模比凹模缩小一个最小间隙值 冲孔 以凸模为基准 凸模尺寸接近于冲孔件的最大尺寸 凹模比凸模放大一个最小间隙值 2 弯曲工艺设计 1 凸模圆角半径rp 一般情况下 凸模圆角半径取等于或略小于工件内侧圆角半径r 当工件圆角半径较大时且精度较高时 应进行回弹计算 2 弯曲件毛坯长度计算 弯曲件毛坯长度为弯曲件的直线部分和弯曲部分的中性层长度之和 3 拉深工艺设计 1 拉深间隙Z 即拉深模具中凸模和凹模之间的单边径向间隙 2 凸 凹模直径 当要求拉深件外形正确时 凹模直径应等于拉深件外径 凸模直径为凹模直径减去间隙值 当要求拉深件内形正确时 凸模直径应等于拉深件内径 凹模直径等于凸模直径加间隙值 3 毛坯直径计算 毛坯直径通常是根据拉深件与坯料表面积相等的原则计算得出的 4 拉深次数确定 当拉深件的拉深系数小于极限拉深系数时 须采用多次拉深工艺 4 冲压工序选择 1 工序类型的选择 主要根据冲压件的形状 尺寸等确定 查表 2 工序顺序 主要根据零件的结构形状和模具类型确定 带孔平板件采用单工序模时一般先落料后冲孔 采用连续模时则须先冲孔后落料 带空的弯曲件或拉深件应先弯曲或拉深后再冲孔 以防孔变形 形状复杂的弯曲件一般先弯两端和两侧 后弯中间部分 5 模具选择 1 模具类型的选择 按照冲模完成的工序性质可分为冲孔模 落料模 弯曲模 拉深模等 按其工序的组合程度可分为 单工序模 复合模和连续模三类 考虑因素 冲压件的形状 尺寸 精度要求和生产批量等 单工序模 只能完成一道冲压工序的冲模 简单模 特点 结构简单 制造容易 但生产效率低 适于生产小批量 低精度的冲压件 连续模 在冲床一次行程中 在模具不同工 级进模 上同时完成多道冲压工序的冲模 特点 结构简单 生产效率高 AUTS 复合模 在冲床的一次行程中 在模具的同一工位上同时完成多道冲压工序的冲模 特点 生产效率高但模具结构复杂 通常用于冲孔与落料 落料与拉深等少量工序的复合 适合大批量生产高精度的冲压件 连续模 冲孔凸模 落料凸模 凹模 导正销 复合模 凸凹模 凸模 凹模 2 模具结构的选择 考虑冲压件的形状 尺寸 精度及生产批量等 1 简易模 用于新品种试制或小批量生产 镶块式模 柔性模 低熔点合金模 2 高精度冲模 用于精密冲压件 6 零件结构的冲压工艺性 1 冲压件材料 应尽量选用价格较低的材料 并充分利用边角余料 以降低材料费 2 冲压件的精度和表面质量 冲压件的精度要求不应超过冲压工艺所能达到的一般精度 以减少制模成本和工序数 3 冲压件的形状和尺寸 1 冲裁件的形状和尺寸 落料件的外形和冲孔件的孔形均应简单 对称 落料件形状还应使排样时废料较少 冲裁件的各边交接处应采用圆弧过渡 以防止模具相应部位易于磨损或产生应力集中 冲裁件孔径和孔边距不得过小 以防止凸模刚性不足或孔边冲裂 2 弯曲件的形状和尺寸 弯曲件的形状 弯曲件的形状应力求简单 对称 尽量采用V形 Z形等简单 对称的形状 以利于制模和减少弯曲次数 弯曲半径 弯曲件的弯曲半径不应小于最小弯曲半径 以防止弯曲处开裂 但也不宜过大 以免因回弹量过大而使制件精度降低 弯曲边高度h 弯曲件的弯曲边不应过短 以利于弯曲成形 不允许增加弯曲边高度h时 可在弯曲后再切短或先预压工艺槽后再弯曲 防止孔变形 带孔工件弯曲时 孔的位置应避开变形区 或在孔附近预冲工艺孔 槽 以免弯曲时孔变形 防止撕裂 仅有局部弯曲的工件 应在交接处冲孔 以避免产生应力集中而撕裂 3 拉深件的形状和尺寸 拉深件形状 拉深件形状应力求简单 对称 尽量采用回转体 尤其是圆筒形 并尽量减少拉深件深度 以利于制