八 压力加工成型PPT课件

.,1,第八章压力加工成型,概述：,一、压力加工:固体金属在外力作用下产生塑性变形,获得一定形状、尺寸和力学性能的材料、毛坯或零件的成型加工方法。,2、成形实质：固态流动成形,3、目的：获得具有一定形状，尺寸和机械性的原材料毛坯和零件。,二、特点及应用（与铸造对比）,1、压力加工件机械性能高。,2、材料利用率高。,1、必要条件,外力（外因）,塑性变形能力（内因）,.,2,3、不易获得形状复杂的锻件。,用于制造形状较简单，受力复杂的零件毛坯。,三、生产方式,1、轧制,横轧轧辊轴线与坯料轴线互相平行,斜轧轧辊轴线与坯料轴线相交一定角度,楔横轧在两个轴线平行的轧辊上装有楔块轧制时，楔块逐渐挤压坯料，使坯料直径变小，长度增加。,纵轧轧辊轴线与坯料轴线互相垂直,.,3,.,4,.,5,2、挤压,正挤压坯料流动方向与凸模运动方向一致,反挤压坯料流动方向与凸模运动方向相反,径向挤压坯料流动方向与凸模运动方向垂直,复合挤压坯料上一部分金属的流动方向与凸模运动方向相同，另一部分金属的流动方向与凸模运动方向相反。,.,6,.,7,3、拉拔,.,8,4、自由锻,5、模锻,6、板料冲压,.,9,8.1金属的塑性变形,一、塑性变形的实质,一）、单晶体的塑性变形,1、在作用下的变形情况,只能使晶体产生弹性变形或断裂而不能产生塑性变形,2、在作用下的变形情况,.,10,滑移面总是原子排列最密的面，滑移方向总是原于排列最密的方向。,滑移在外力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对另一部分发生的相对位移。,产生滑移的晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。,.,11,一个滑移面及面上的一个滑移方向组成一个滑移系。,体心立方晶格：62=12,面心立方晶格：43=12,密排六方晶格：13=3,.,12,孪晶在外力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向在一个区域内作连续顺序的位移。,滑移量是原子间距的整数倍滑移后两部分晶体的位向仍保持不变,位移量是一个原子间距的几分之一,孪晶后，两部分晶体的位向发生了改变,.,13,二）、多晶体的塑性变形,1、变形,晶内变形,滑移,孪晶,移动,晶间变形,转动,变形不均匀,变形抗力较大,形成纤维组织各向导性,2、特点：,.,14,二、塑性变形后金属的组织和性能,一）、组织的变化,1、晶粒沿变形最大方向伸长纤维组织；,2、晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；,3、晶粒间产生碎晶。4、改善铸态组织,二）、性能的变化加工硬化,1、概念,随着塑性变形的进行，强度硬度增加而塑性韧性下降的现象称为加工硬化。,.,15,2、对生产的影响,可提高金属的强度，硬度和耐磨性,冷卷弹簧提高屈强比,冷冲自行车挡泥板提高金属的表面强度,给继续变形造成困难,3、消除再结晶,回复,.,16,再结晶,T再0.4T熔,晶粒长大,金属以一些碎晶，杂质为核心，形成细小的等轴晶粒,使加工硬化彻底消除，塑性完全恢复的现象。,4、冷、热变形,冷变形在再结晶温度以下进行的变形,特点：a.精度高，表面质量好,b.强度、硬度高,c.劳动条件好,d.变形抗力大，内应力大,.,17,热变形在再结晶温度以上进行的变形,特点：,机械性能得的提高,a.晶粒得到细化,缺陷被消除,b.形成纤维组织性能呈方向性,纤维组织的合理利用,零件最大正应力方向与纤维方向平行,零件最大切应力方向与纤维方向垂直,纤维沿零件轮廓形状分布不被切断,.,18,三、金属的锻造性,一）、概念,金属的锻造性是指锻造金属材料的难易程度,二）、衡量指标,1、塑性：金属不产生裂纹所允许的最大变形程度,2、变形抗力：金属在变形时抵抗工具作用的力。,三）、影响因素,1、金属本质,化学成分：C、W、Mo、V、Ti,组织结构：纯金属、单相固溶体/第二相铸态、粗晶、夹杂,.,19,2、变形条件,变形温度,在一定温度范围内，T“锻”,a.始锻温度原则上高但不过热不过烧,过热：加热温度过高或保温时间过长晶粒剧烈长大的现象,过烧：加热温度高到接近金属熔点时，炉气中的氧气渗入形成脆性晶界破坏了晶粒间的结合的现象。,b.终锻温度原则上低但无硬化,.,20,变形速度,变形速度单位时间内的变形程度,热效应在变形的过程中，变形能力转化为热能使金属温度升高的现象。,碳钢的锻造温度范围,.,21,a.对塑性的影响,b.对变形抗力的影响,压应力数目,拉应力数目,塑性,塑性,压应力拉应力,同号应力异号应力,应力状态,.,22,.,23,8.2自由锻,概述,一、定义：自由锻是利用冲击力或静压力在锻压设备的上、下两砧铁之间产生变形，从而得到所需形状及尺寸的锻件的方法,二、分类,1、手工锻造,2、锤上自由锻造,3、液压机上自由锻造,锤上自由锻造适用于生产中，小型自由锻件，液压机上的锻造适用于生产大型自由锻件。,三、设备,.,24,1、空气锤,驱动由空气带动锤头工作。,利用69个大气压的蒸气或压缩空气带动锤头工作。,吨位较大0.55吨,用于锻中型,较大型锻件。,.,25,3、水压机,利用高压水2040MPa推动大活塞形成巨大的静压力使金属变形。吨位50015000吨，用于锻大型锻件。,万吨级水压机的吨位和台数是一个国家重型机械制造工业水平的一个重要标志。,4、生产率低，劳动强度大，对工人技术水平要求高。,四、特点,主要用于品种繁多的单件小批生产。,1、所用设备、工具简单、通用、成本低、灵活性大。,2、锻件大小不限，是制造大型锻件的唯一方法。,3、锻件精度低，形状不能太复杂。,.,26,五、自由锻基本工序,用于锻造齿轮坯、法兰盘等零件毛坯。,.,27,用于锻造轴杆及套筒类零件毛坯。,1、实心冲子冲孔,2、空心冲子冲孔,3、在垫环上冲孔,.,28,四）、弯曲将坯料弯成曲线或一定角度。,用于锻造各种弯曲类锻件,.,29,用于锻造多拐曲轴、麻花钻等。,用于切除钢锭底部、夹持锻件的钳把部分、锻件料头以及分割锻件等。,用于锻造曲轴类锻件。,.,30,六、自由锻工艺规程,一）、绘制锻件图,1.锻件余量,3.余块（敷料）为简化锻件形状便于锻造而多留出的那一部分金属。,.,31,二）、计算坯料的质量和尺寸,1.坯料质量,G坯G锻G烧G其他,坯料尺寸应根据坯料的体积(V坯)和第一个基本工序的性质(镦粗或拔长)来确定：,2.确定坯料尺寸,.,32,碳素钢锭Y2.53,轧材Y1.31.5,三）、安排锻造工序,如齿轮坯：镦粗冲孔。,长轴类(轴类)锻件：主要工序为拔长。,如曲轴：拔长错移扭转。,弯曲锻件:拔长弯曲(多次)。,复杂形状的锻件,各种工序的组合。,短轴类(饼块类)锻件：主要工序为镦粗（有凸肩的,局部镦粗；带孔的选镦粗冲孔）。,.,33,四）、选择锻造设备,五）、确定锻造温度范围,六）、填写锻造工艺卡,七）、自由锻工艺示例,1、汽车半轴,.,34,2、齿轮坯,.,35,七、自由锻锻件结构工艺性,一）、外形尽量简单避免截交与相贯,二）、不允许有锥度和斜面,三）、不允许有筋和凸台,四）、复杂件，断面有急剧变化的锻件应采用组合件,.,36,8.3模锻,概述：,一、特点及应用：,1、生产率较高，对工人技术要求不高。,2、锻件较复杂,精度、Ra较好。,3、机加工余量小,材料利用率高。,4、劳动强度较小,5、变形抗力大,设备吨位大。（限于150kg以下锻件),7、工艺灵活性较差。,6、生产准备周期长(锻模制造周期长,成本高,寿命低),.,37,二、方式,压力机上模锻,主要用于中小型锻件的大批大量生产,锤上模锻,胎模锻,.,38,三、锤上模锻,一）、设备（蒸气空气模锻锤）,1、锤头与导轨之间的间隙小且导轨很长,2、砧座质量大且机架与砧座直接连接,二）、锻模,1、模锻模膛,终锻模膛,形状与锻件一致,设有飞边槽,带孔件冲孔连皮,容纳多余的金属,增大金属流动阻力,.,39,预锻模膛,形状接近锻件,斜度、圆角比较大,无飞边槽,2、制坯模膛,拔长模膛,滚挤模膛,弯曲模膛,切断模膛,.,40,分模面的选择,b.使上下模膛深度最浅,c.上、下模膛沿分模面轮廓一致,d.使锻件上加余块最少,三）、模锻工艺规程,1、绘制模锻件图,公差0.33mm,余量0.55mm,确定余量、公差和余块,.,41,模锻圆角,a.便于金属流动与充满模膛,b.防止模膛过早开裂与压塌,r(1.512)mm,模锻斜度,便于取出锻件21,R(23)r,2、确定模锻工步,长轴类锻件,.,42,锻造工艺过程为：,制坯（如拔长、滚压、弯曲、成形）预锻终锻。,模锻时毛坯轴线方向（长度方向）与锻击方向垂直，金属主要沿高度方向流动，沿长度方向流动很少，往往需制坯。,盘类锻件,模锻时坯料轴线方向与打击方向相同，金属沿高度、宽度和长度方向同时流动。,.,43,工艺过程：,制坯（镦粗、压扁）终锻,3、修整工序,切边和冲孔,较正,热处理,清理,.,44,四、典型模锻件的工艺过程,.,45,五、模锻零件结构工艺性,1.便于锻件取出，加余块最少，锻模易于制造,2.外形力求简单、平直和对称，尽量避免锻件模截面积差别过大，避免锻件上有薄壁、高筋和凸起结构,3.复杂件要考虑锻焊组合结构,.,46,胎模锻是在自由锻造设备上使用可移动的锻模(胎模)生产模锻件的一种工艺方法。,二）、胎模种类及主要作用胎,六、胎模锻,一）、定义,1.扣模,主要用于锻造具有平直侧面的非回转体锻件,2.筒模,.,47,3.合模,主要用于锻造形状复杂的非回转体锻件,主要用于锻造回转体锻件,三）、工艺过程,.,48,锻件较自由锻件复杂,尺寸精度更高,机加工余量较少,材料利用利高。,更换模快,生产周期缩短,成本降低。,2、与模锻比较：,与模锻比较：,生产率高,机械性能更好(胎模内应力状态较好),工艺灵活,模具结构更简单,设备简单,经济。,四）、特点,1、与自由锻比较：,.,49,适于小批量生产，用自由锻成形困难，模锻又不经济的形状复杂的锻件。,.,50,七、其他设备上模锻,一）、摩擦压力机上模锻,.,51,二）、曲柄压力机上模锻（热模锻曲柄压力机）,.,52,三）、平锻机上模锻,四）、液态模锻,.,53,8.4板料冲压,概述,一、定义,板料冲压是利用冲模在冲床上使板料分离或变形的加工方法。,二、特点及应用,6、冲模制造复杂。,1、生产率高(靠模具设备成形，操作简便，易实现“两化”),2、可成形复杂形状的制件,废料少，材料利用率高。,3、制件尺寸精度高、表面质量好、互换性好,不需机加工,4、制件强度高、刚性好、重量轻。,5、加工成本低,.,54,冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如汽车大梁、压力容器封头一类的大型零件，又能够制造精密(公差在微米级)和复杂形状的零件。占全世界钢产60%-70%以上的板材、管材及其他型材，其中大部分经过冲压制成成品。冲压在汽车、机械、家用电器、日常用品、电机、仪表、航空航天、兵器等制造中，都有广泛的应用。,.,55,三、设备,.,56,.,57,四、基本工序,一）、分离工序,1.冲裁使坯料按封闭轮廓分离,落料冲下部分为工件，周边为废料,冲孔冲下部分为废料，周边是工件,将冲压件与板料按要求的轮廓线分离的工序,如剪切、落料、冲孔。落料和冲孔总称为冲裁。,.,58,冲裁时应注意的问题,凸凹模工作部分应有锋利的刃口,凸凹模间应有合理的间隙,.,59,正确确定凸凹模刃口的尺寸,冲孔：D凸D孔D凹D凸Z,落料：D凹D落D凸D凹Z,合理排样,2.修整,二）、变形工序,使坯料一部分相对另一部分产生位移而不破坏的工序,有搭边排样,无搭边排样,.,60,1.拉深：使平板毛坯变成开口空心零件的工序,.,61,b.凸凹模间要有合理的间隙,a.凸凹模工作部分要有合理的圆角,防止拉裂,c.拉深系数不能太小m=d/D,d.进行适当的润滑,两次拉深间需进行退火处理。,防止起皱增加压板,进行多次拉深时，后一次拉深系数较前一次略大些,.,62,2.弯曲：使板料或坯件弯成一定角度和形状的工序,.,63,防止弯裂,a.控制相对弯曲半径r/s不能太小,b.合理利用纤维组织,防止回弹,r/s板料强度回弹,3.翻边：使板料获得一定高度凸缘的方法,.,64,防止孔边拉裂,限制翻边系数,凸凹模工作部分要有圆角,K0d0/d不能太小,4.成型：利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序。,增加刚性如压筋,制造特殊形状的零件，,如胀形,收口,.,65,五）、冲压工序举例,1、汽车消音器,2、黄铜弹壳,.,66,五、冲压件的结构工艺性,一）、材料的选择,1.品种选择塑性好、价格便宜的板料,2.厚度以薄代厚（采用加强筋增加强度和刚性）,1.冲裁件,二）、形状尺寸设计,避免窄长结构,外形便于合理排样,.,67,冲裁件内、外转角应用圆弧连接，圆角半径应大于料厚的一半。,最小孔径、孔间距、孔边间不能太小,.,68,2.弯曲