《锻造冲压工艺学》PPT课件.ppt

锻造冲压工艺学,主讲：曹富荣2007.9,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而有压边圈的2=c(2-m)=c2-cm。因为c2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+d1）(R+dR)t-1Rt+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d1=-（1+3）dR/R(2)由塑性条件1-3=s,取=1.1,因为30，取s为平均值sm，所以1+3=1.1sm(3)(3)代入（2）d1=-1.1smdR/R边界条件：R=R时，1=0边界上；R=R时，1=1任意处01d1-1.1smRRdR/R1=1.1smln(R/R)(4)上式是1由rR的分布规律，呈对数变化。讨论：(1)R=r内缘，1最大，1max=1.1smln(R/r)R=R外缘，3最大，3max=1.1sm（2）刚开始拉深时的拉应力拉深刚开始时，R=D0/2，r=dp/2，式中，D0-变形前坯料的初始直径dp-凸模直径，1=1.1smln(Dp/dp)，定义m=dp/D0拉深系数。,图47凸缘变形区的应力分布,凹模,凸模,板料,3,/2,R,1,2、拉深力的计算上面推导的为了计算拉深力。主动力（拉深力）P要克服变形区阻力1和压边摩擦力2Q引起的阻力m和凹模圆角弯曲的阻力w已知m2Q/（dpt）wb/2Rd/t+1（由弯与反弯功平衡原理得到）单位拉深力pP/dpt(1+m)exp(/2)+w因为exp(/2)=1+(/2)1+1.6从而p(1+m)(1+1.6)+w(1.1smln(R/r)+(2Q)/(dpt)(1+1.6)+b/(2Rd/t+1)进一步拉深力Ppdpt上式为所求的拉深力公式。,图48拉深力确定,9.3拉深工件的起皱与防止定义：拉深时，如板坯较薄，很可能在切向压应力3的作用下，造成板材失稳，发生起皱现象。1、影响毛坯起皱的因素（1）板坯相对厚度t/D0,t/D0越小，抗失稳能力越差，越易起皱。（2）拉深系数m=d/D0,m越小，变形程度越大，sm增加，3增加，所以起皱。（3）凹模工作部分的几何形状。平端面凹模与锥模相比易起皱。2、防止起皱方法（1）减小拉深变形程度。可采取多次拉深。（2）锥模拉深代替平拉。（3）加压边圈防皱。,9.4拉深工艺计算1、拉深系数mm=d/D0凸模直径除以板坯直径叫拉深系数。m与变形程度成反比关系，所以m不能过小，否则拉裂。2、拉深次数nn=1+lgdn-lg(m1D0)/lgm式中m-平均拉深系数，n-拉深道次，m1-第一道次拉深系数，dn-工件直径，D0-拉深坯料直径。对于多次拉深，需要用上式计算（近似）拉深次数。推导如下：设m2=m3=mn=mD0拉至d1d1m1D0d1拉至d2d2md1mm1D0d2拉至d3d3md2m2m1D0dn-1dndnmn-1m1D0取对数,lgdn=(n-1)lgm+lg(m1D0)所以n=1+lgdn-lg(m1D0)/lgm,得证。,复习思考题1、锻压加工主要有那些方法？2、锻压与其它加工方法（铸造、轧制、挤压、拉伸）相比有什么特点？3、锻造在冶金厂和机械类厂有何应用？4、生产流程完整的机制类厂一般包括那几个部分？5、模锻工艺一般由那些工序组成？6、合金钢加热过程要注意那四个现象？锻造加热温度如何确定？7、自由锻包括那些基本工序？其锻件分几类？8、名词解释：锻件图、余量、余块、公差9、自由锻工艺规程包含那些内容？10、模锻如何分类？各生产何种形状的产品？11、模锻分模面的确定遵循什么原则？12、模锻为什么留圆角？,13、有孔件模锻为什么留冲孔连皮？有集中形式？14、飞边槽有什么作用？有几种形式？15、列出可能的锻造新工艺？16、有那些冲压方法？17、冲压工艺性实验有