材料成型及控制工程专业英语 4 plastic forming processes and dies

1、- 0 - 这一节主要介绍锻压工业以及锻件在我们生活中的重要作用，重点介绍锻压这一节主要介绍锻压工业以及锻件在我们生活中的重要作用，重点介绍锻压技术及其显著的经济效益。技术及其显著的经济效益。 早期，锻压是加热和锤击金属成形的过程。现在，金属不必通过加热来锻造早期，锻压是加热和锤击金属成形的过程。现在，金属不必通过加热来锻造，可以采用不同类型的重型机械来完成，这些机械应用快速、精密的冲击和挤，可以采用不同类型的重型机械来完成，这些机械应用快速、精密的冲击和挤压（使工件成形）。在如今的锻压工业中，现代机械技术提高了锻压工作者的压（使工件成形）。在如今的锻压工业中，现代机械技术提高了锻压工作者的能

2、力和丰富的经验，能够生产性能和应用良好的金属工件。能力和丰富的经验，能够生产性能和应用良好的金属工件。 锻压工艺随着锻压学科的发展，取得了长足的进步。因而，由于机械零件服锻压工艺随着锻压学科的发展，取得了长足的进步。因而，由于机械零件服务要求越来越苛刻，锻压并不是唯一的成形工艺。锻压允许改善和控制金属组务要求越来越苛刻，锻压并不是唯一的成形工艺。锻压允许改善和控制金属组织，以提高力学性能。当然，锻压是金属内部产生了连续的织，以提高力学性能。当然，锻压是金属内部产生了连续的“晶粒流动晶粒流动”，这，这种种“晶粒流动晶粒流动”可依据工件形状确定其方向，并使得材料强度显著提高。因此可依据工件形状确定

3、其方向，并使得材料强度显著提高。因此，事实上从铝到锆，广泛的结合机械和物理性能，都可以进行锻压，从而满足，事实上从铝到锆，广泛的结合机械和物理性能，都可以进行锻压，从而满足宇航时代的应用要求。宇航时代的应用要求。 技术上，将锻压定义为：在冲击或压力作用下，通过控制塑性变形改变金属技术上，将锻压定义为：在冲击或压力作用下，通过控制塑性变形改变金属形状、晶粒及性能以扩大其应用范围。但是，通过认识其服务人类的方式以及形状、晶粒及性能以扩大其应用范围。但是，通过认识其服务人类的方式以及锻件设计、购买、使用的重要特征，可以清晰理解锻压的真正含义。锻件设计、购买、使用的重要特征，可以清晰理解锻压的真正含义

4、。形状实际上涵盖了对人类有用的每一个基本外形。锻件服形状实际上涵盖了对人类有用的每一个基本外形。锻件服役温度范围从低温到超高役温度范围从低温到超高30003000华氏温度，并且可在自然中华氏温度，并且可在自然中任何腐蚀环境中使用。相同的材料，锻件在经济方面比其任何腐蚀环境中使用。相同的材料，锻件在经济方面比其他成形方法具有更强的竞争力。他成形方法具有更强的竞争力。- 1 - 2 - 3 -4.1.1 模锻模锻 模锻是一种系列的复杂工艺过程，特别适合于具有特殊要求的航模锻是一种系列的复杂工艺过程，特别适合于具有特殊要求的航空航天用钛合金和镍基合金组件。模锻的基本要求是将坯料制造和空航天用钛合金和

5、镍基合金组件。模锻的基本要求是将坯料制造和模具成形密切结合，使材料达到最终客户要求的几何形状、质量和模具成形密切结合，使材料达到最终客户要求的几何形状、质量和工程性能。工程性能。 在锻造镍基合金和钛合金时，需要严格的工艺进行温度和变形速在锻造镍基合金和钛合金时，需要严格的工艺进行温度和变形速率控制，以获得可预测的锻造后的结构，这种类型结构对应于平衡率控制，以获得可预测的锻造后的结构，这种类型结构对应于平衡性能的固相线的温度。性能的固相线的温度。 依据残余应变依据残余应变/晶粒结构可以预测锻后结构，其中需要关注和控制晶粒结构可以预测锻后结构，其中需要关注和控制的主要因素是模具几何结构、模具预热温

6、度、润滑的主要因素是模具几何结构、模具预热温度、润滑/隔热、动能输入隔热、动能输入以及工件表面温度。以及工件表面温度。模具预热可解决因模具材料强度影响的有限应用。润滑模具预热可解决因模具材料强度影响的有限应用。润滑/隔热需要隔热需要区别应用，如果工件适合变形而且应用从区别应用，如果工件适合变形而且应用从100%润滑（通过部分润滑润滑（通过部分润滑）到无润滑。几种不同熔点和粘度的玻璃被用于镍合金和钛合金锻）到无润滑。几种不同熔点和粘度的玻璃被用于镍合金和钛合金锻件。件。- 4 - 5 -4.1.2 压力锻造压力锻造 压力锻造与采用锤的快速击打相反，采用缓慢的挤压行为压力锻造与采用锤的快速击打相反

7、，采用缓慢的挤压行为使塑性金属发生变形。这种挤压行为完全的施加在工件中心，使塑性金属发生变形。这种挤压行为完全的施加在工件中心，彻底的使之成形。这种压力由机械或液压垂直施加。机械压力彻底的使之成形。这种压力由机械或液压垂直施加。机械压力可以快速的施压被广泛应用，其施加压力范围为可以快速的施压被广泛应用，其施加压力范围为50吨吨-10000吨吨。 小型压锻件可采用闭式压锻模，滑块仅要求一次挤压动作。小型压锻件可采用闭式压锻模，滑块仅要求一次挤压动作。压力在挤压动作末尾达到最大，以使材料成形。模具可以分解压力在挤压动作末尾达到最大，以使材料成形。模具可以分解为多个单元进行固定，所有的凹模也可采用一

8、个模块。小型锻为多个单元进行固定，所有的凹模也可采用一个模块。小型锻件成形通常采用多个模具进行组合。对于不同材料，模具设计件成形通常采用多个模具进行组合。对于不同材料，模具设计不同，铜合金比钢锻压阻力小，因此，可以成形复杂形状的锻不同，铜合金比钢锻压阻力小，因此，可以成形复杂形状的锻件。铜合金挤压流动性好，可以顺利挤出。件。铜合金挤压流动性好，可以顺利挤出。- 6 -在压力锻造过程中，压力机输出压力转换到金属上比落锻锤的在压力锻造过程中，压力机输出压力转换到金属上比落锻锤的压力大的多。锻锤的冲击力部分被机械和基础吸收。金属的压压力大的多。锻锤的冲击力部分被机械和基础吸收。金属的压力减少越多，操

9、作费用越低。大部分压锻件形状比较系统，表力减少越多，操作费用越低。大部分压锻件形状比较系统，表面十分光滑，比锤锻件具有良好的公差等级。但是，对于形状面十分光滑，比锤锻件具有良好的公差等级。但是，对于形状不规则和复杂的工件采用锤锻比较经济。压力锻造常常用于其不规则和复杂的工件采用锤锻比较经济。压力锻造常常用于其他锻压的后续精锻。他锻压的后续精锻。落锤锻过程中，接近期望形状的片状金属被置于模面之间最终落锤锻过程中，接近期望形状的片状金属被置于模面之间最终成形为尺寸精确的工件。这种成形方法广泛应用于钢和黄铜件成形为尺寸精确的工件。这种成形方法广泛应用于钢和黄铜件的制造。大铸锭目前采用液压机取代汽锤，

10、这样压力更大。未的制造。大铸锭目前采用液压机取代汽锤，这样压力更大。未来，可以进行冷铸锭的成形并更接近最终尺寸。落锤锻应在和来，可以进行冷铸锭的成形并更接近最终尺寸。落锤锻应在和轧制相同的温度下进行，与轧制一样可以改善钢的物理性能。轧制相同的温度下进行，与轧制一样可以改善钢的物理性能。在终锻阶段，钢的加热温度不能太高，因为过热会导致冷却后在终锻阶段，钢的加热温度不能太高，因为过热会导致冷却后钢力学性能的变差。锻件的加热温度通常用肉眼观察，但是，钢力学性能的变差。锻件的加热温度通常用肉眼观察，但是，制造大量相同方式的锻件时，需要通过炉子进行加热，这样温制造大量相同方式的锻件时，需要通过炉子进行加

11、热，这样温度通过高温温度计测量，并能实现自动控制。度通过高温温度计测量，并能实现自动控制。- 7 -4.2 旋转模弯曲旋转模弯曲压力加工在过去数年中显著的增长，但是，和其他制造方法一压力加工在过去数年中显著的增长，但是，和其他制造方法一样，技术上存在与产品变化难以保持同步的缺点。典型的一个方样，技术上存在与产品变化难以保持同步的缺点。典型的一个方面就是弯曲模。面就是弯曲模。所以，尽管弯曲件持续增加，两种通用的主要弯曲方式所以，尽管弯曲件持续增加，两种通用的主要弯曲方式V形形槽模弯曲和折弯弯曲有时明显落后于现代大体积产品和精密要求槽模弯曲和折弯弯曲有时明显落后于现代大体积产品和精密要求。模具弯曲

12、通常出现一系列问题区域，特别是大体积产品。在弯模具弯曲通常出现一系列问题区域，特别是大体积产品。在弯曲过程中，从合适的弯曲角和最小扭曲到减少需求吨位和固定材曲过程中，从合适的弯曲角和最小扭曲到减少需求吨位和固定材料，旧的料，旧的V型槽模弯曲和折弯弯曲很容易产生许多问题。但是，型槽模弯曲和折弯弯曲很容易产生许多问题。但是，新的旋转模弯曲能够解决其他弯曲方法产生的问题。新的旋转模弯曲能够解决其他弯曲方法产生的问题。- 8 -旋转模弯曲由旋转模弯曲由Ready Tool公司发明并申请了专利，它是公司发明并申请了专利，它是一种可生产大范围弯曲件的成形工艺。这种弯曲模具可一种可生产大范围弯曲件的成形工艺

13、。这种弯曲模具可以制造高精度的弯曲件，在弯曲吨位下弯曲精度为，比以制造高精度的弯曲件，在弯曲吨位下弯曲精度为，比其他弯曲方法需要吨位的其他弯曲方法需要吨位的50-80%都小。都小。如图所示，将垂直的移动施压转换为旋转的移动，是如图所示，将垂直的移动施压转换为旋转的移动，是一种高效和具有有影响力的金属弯曲方法。这种采用内一种高效和具有有影响力的金属弯曲方法。这种采用内置凸轮也能提供不寻常的角度并保证其精度和一致性。置凸轮也能提供不寻常的角度并保证其精度和一致性。之前的弯曲工艺需要一系列的工序来保证精度，而旋之前的弯曲工艺需要一系列的工序来保证精度，而旋转模弯曲通常一次施压就能完成。转模弯曲通常一

14、次施压就能完成。旋转模弯曲也不能完全代替旋转模弯曲也不能完全代替V形槽模弯曲或折弯弯曲。形槽模弯曲或折弯弯曲。但是那些旋转模弯曲适合的情况下，其在经济效益和实但是那些旋转模弯曲适合的情况下，其在经济效益和实际效率比其他弯曲方法显著提高。际效率比其他弯曲方法显著提高。- 9 -4.3 Fine Blanking 精密冲裁精密冲裁 The punch has a round edge and a small clearance and this is best used for blanks， but appears to give less satisfactory results when u

15、sed for producing holes. 凸模有 圆角边和小的间隙，这最适合于落料件，但是对于冲孔似乎并不能有较满意的结果。 句中“appear”译为“看来，似乎，出现”。 In fine blanking the breaking stress during shearing occurs only at the edges of the punch and die. 精密冲裁中，剪切时破坏应力仅发生在凸凹刃口处。短语“breaking stress”可译为“破坏应力”，“breaking strain”可译为“破坏应变”。 Notes:New Words and Expressio

16、ns New Words and Expressions ：fine blanking精密冲裁 cut edge剪切刃 shaving eivi n.刨削，修整 blankbl k n.落料件，毛坯 producing hole冲孔 cutting punch冲裁凸模 burrb n.毛刺 bolster b ulst n.垫板 clearance kli r ns n.间隙;（公差中的）公隙 ejectori d ekt（r） n.卸料器 orthodox d ks adj.传统的 shearing zone剪切区 精密冲裁是一种采用剪切刃精确冲裁板料产品的技术，它的剪切刃可与机械修整媲美。

17、这种既快捷又方便的加工方法值得认真考虑，特别是考虑到可省掉像刨削这样的操作，零件的数目也证实了冲裁工具的成本下降了。 根据加工工件的类型可分为以下两种精密冲裁方法: （1）凸模有圆角边和小的间隙，这最适合于落料件，但是对于冲孔似乎并不能有较满意的结果。 （2）这个方法使用一个沿外廓四周有V槽的V形夹板的冲裁凸模，在一个非圆形的凸模接触表面之前，夹具紧紧夹住落料件。 在第一种方法中，冲模的圆角半径由材料的硬度和厚度以及轮廓外形来决定。这个半径很重要，半径增加过大会导致变形和在落料件的下侧出现毛刺。因此，重要的是要找到一个最小半径，它能对零件产生好的影响。根据不同条件，这个半径可以在2 mm之间。

18、 通常精密冲裁所需的加载只是传统冲裁所需加载的10%。精密冲裁可以加工大半径和得到大的爆裂压力，因此必须注意工具设计，这就意味着让冲模完全沉入的垫板必须有足够的面积。 为了确保消除凸模偏转，牢固凸模是必要的，若不压住板块将导致失败，在设计中要注意这点。锋利的剪切刃也值得注意，一个明显的事实是凸模由高碳高铬钢制成。 工具设计中一个至关重要的问题是凸模和凹模间的间隙，它们比传统冲裁工具中的间隙都要小些。通常规定，总的间隙在0.03 mm之间为好，需要强调的是，这里所说的是总的间隙而不是每一个孔或落料件。 由于间隙小，将落料件从凸模中脱离的脱模力较高，脱出材料所需的加载比普通冲裁工具的高出10%左右

19、。 第二种方法是:在操作中用V形凸边围绕落料件并夹紧，这样凸边压进材料中。如图2 -2所示为压力冲下时的情形，图中显示了压力板如何夹紧带钢、如何实现冲裁以及最终零件如何由下级卸料器排出。 有必要对普通冲裁和精密冲裁的不同作个正确评价。例如，用传统的冲裁工具剪切加 工时，材料的变形发生在剪切区，破坏应力发生在凸模完全穿透材料之前。 图2 -2 带V形夹板的精密冲裁过程 精密冲裁中，剪切时破坏应力仅发生在凸凹刃口处，在剪切区材料只产生了变形。 4.4 Flow Through Conical Converging Dies 锥锥形收口模具中金属流动形收口模具中金属流动 通过圆锥收口模的金属流动研究

20、包括诸如拉丝、开式冷挤压、静液挤压和通过闭式模腔的挤压之类的工艺。 图所示为一个钢坯及模具。钢坯由各向同性材料制成，不同材料的特性将在后面加以考虑分析。在下面的简化中，钢坯为一半径为R0的圆柱型棒料，将该棒料压入圆锥收敛模具中，使其半径还原为Rf。半径的缩小通过模具入口处（A0）到出口处（Af）的横截面积来衡量。这里，. 4.5 Basic Stretch Forming If we use a hemispherical punch and firmly clamp the sheet periphery during the punch， we have a punch stretchin

21、g tool set. 在冲压过程中，如果采用一个半球形的冲头且稳固地夹住板材周边，那么我们就有了一套冲压拉伸工具装置。 句中“If”引出条件状语从句。 It is clear that height depends on the strain hardening ability of the sheet， but also on the lubrication system employed. 很显然，拉伸高度依赖于板材的应变硬化特 性，但是也与采用的润滑系统有关。 短语“strain hardening”可译为“应变硬化”。“It is clear that”引出主语从句。 Notes:N

22、ew Words and Expressions New Words and Expressions ：stretch forming拉伸成型 springback n.回弹 tensile stress拉应力 strain gradient应变梯度 jawd n.夹具 ramr m n.压头 plane strain平面应变 stretch draw forming拉伸成型 wrapr p v.包住 grip rip v.抓紧 adaptation d p tei n n.适应 hemispherical hemi sferik l adj.半球形的 peripheryp rif ri n.

23、周边，外围 criterionkr i ti ri n n.判据 latitude l titju d n.纬度;区域 strain hardening应变硬化 constraintk n streint n.约束，压制 lubrication lu bri kei n n.润滑油 hydraulic bulging液压胀形 trough tr f n.槽 earring i ri n.制耳 hoop stress周向应力 基本拉伸成型基本拉伸成型 工业基本拉伸成型主要用于航空业生产大半径的零件。更重要地，以拉应力为主沿厚 度方向没有应变梯度的地方回弹就最小。将板材放置在冲模上，用夹具夹紧，直

24、到获得理想的形状再提起压头。因为在这个操作中绝大多数应变是平面应变，会出现较小的颈缩现象，所以只有那些要求最大应变相对较低的部件，或者材料具有良好的塑性和很好的润滑条件，才能获得理想的成型。 拉伸成型: 这种方法是将毛坯只从两边夹紧，拉伸至塑性区，然后在过半处包住凸模，击下凹模 完成操作。 这种加工的优点如下: （1）成品没有回弹。 （2）只需一次受压（尽管附带有一个额外的抓紧和拉伸机构）。 （3）避免大型冲击件在轻度拉伸时出现零应变区。 这种加工的缺点如下: （1）生产耗材增加了材料的浪费。 （2）仅适用于某些面板设计图样。 （3）适应现代化高速自动生产线也将带来一些问题。 在冲压过程中，如

25、果采用一个半球形的冲头且稳固地夹住板材周边，那么我们就有了 一套冲压拉伸工具装置。筒在破坏前要拉伸的高度应明晰判断。现在如果我们做个实验，将会发现:通常破坏不在筒的推杆处，而在一些远离推杆的区域。原因如下: 拉伸开始在推杆的热端，因为成型载荷增长（由于应变硬化）且冲头和板材间的摩擦 力增加，冲头上被包裹的金属不能滑行更远，承受不了摩擦力限制的那部分材料将产生变 形。所以，球形筒不再参与变形，最终破坏发生在筒和板材主体的连接处。很显然，拉伸高 度依赖于板材的应变硬化特性，但是也与采用的润滑系统有关。例如，如果出现零摩擦，破 坏将发生在推杆部，正如液压胀形，且拉伸高度将最大。 当冲压筒时，边缘通常

26、不平且有系列波纹和槽，这一现象叫做制耳。最常见的是四个 制耳，但也可能是其他数目。 制耳是由于板材平面上值的变化引起的。值高意味着变薄受阻，同时也阻止变厚。 因为落料件受冲压时，边缘受到周向压应力作用，所以导致高区域起皱，低区域出现 槽。 4.5.2 Deep Drawing and Ironing This process combines a modified tractrix die with a number of ironing rings to produce， originally， cartridges， with their traditional thin walls an

27、d thick bases. 此工艺结合了修正的具有大量减薄拉伸法兰的等切面曲线模，最初用于生产弹药 筒，具有传统的薄壁厚底特征。 句中“originally”译为“最初，原先”，引出下面的定语从句。 Another technique for producing a deep cup is by redrawing， which can be either a forward or a reverse process. 成型深筒件的另一技术是反拉伸工艺，反拉伸既可 以是前行过程也可以是逆行过程。 句中“which”引出定语从句短语。either .or.译为“不是就是，或 ”。 Notes:New Words and Expressions New Words and Expressions ：tractrix die等切面曲线模 ironing ai ni n.减薄拉伸;熨烫 cartridge k trid n.弹药筒 fire extinguisher灭火器 zinc phosphate磷酸锌 coolant ku l nt n.冷却剂 redrawingri dr i n.反拉伸 taper teip v.逐渐变小 rimrim n.边