金属塑性加工4

1、DLPU材料成形工艺材料成形工艺第三章第三章 金属塑性成形金属塑性成形DLPU回顾回顾l冲压工艺分类冲压工艺分类l冲裁冲裁变形过程变形过程l冲裁断面冲裁断面l冲裁间隙、对冲裁的影响冲裁间隙、对冲裁的影响l弯曲工艺弯曲工艺l应力中性层、应变中性层应力中性层、应变中性层l弯曲变形中出现的缺陷和解决办法弯曲变形中出现的缺陷和解决办法l 管材弯曲分类管材弯曲分类DLPU本节内容 3.3 板料冲压工艺 3.3.1 冲裁工艺 3.3.2 弯曲工艺 3.3.3 拉深工艺 3.3.4 胀形工艺 3.3.5 挤压工艺 3.3.6 辊轧工艺 3.3.7 超塑性成形DLPU3.3.3 拉深工艺1 拉深零件分类拉深零

2、件分类(按变形特点按变形特点)2 拉深件不同部位的变形分析拉深件不同部位的变形分析3 拉深系数、拉深比拉深系数、拉深比4 拉深件的缺陷拉深件的缺陷5 拉深方法拉深方法DLPU 拉深工艺（Deep drawing） 拉深拉深也称拉延，是利用模具使冲裁后得到也称拉延，是利用模具使冲裁后得到的平面毛坯变成为开口的空心零件的冲压的平面毛坯变成为开口的空心零件的冲压工艺方法。工艺方法。 DLPU拉深零件分类(按变形特点)DLPU直壁类拉深件圆筒形件、带法兰边圆筒形件、阶梯形件盒形件、带法兰边的盒形件、其他形状的零件平面法兰边零件、曲面法兰边零件DLPU曲面类拉深件球面类零件、锥形件、其他曲面零件平面法兰

3、边零件、曲面法兰边零件DLPU航空、工业、汽车DLPU拉深件不同部位的变形分析DLPU平面凸缘区应力应变拉深主要变形区拉深主要变形区DLPU凸缘圆角应力应变过渡区过渡区DLPU筒壁部分应力应变传力区或已变形区传力区或已变形区DLPU底部圆角部分应力应变过渡区过渡区DLPU筒底部分应力应变不变形区不变形区DLPU拉深系数、拉深比DLPU拉深系数、拉深比DLPU圆筒件多道次拉深成形d/D的比值的比值m称为拉深系数称为拉深系数一般取一般取m=0.50.8。根据不同的材料可以查手册和书上的。根据不同的材料可以查手册和书上的表。若产品的拉深系数表。若产品的拉深系数m小于相应材料最小极限拉深系数小于相应材

4、料最小极限拉深系数m极限，则应采用极限，则应采用多次拉深多次拉深。产品产品m总总 = m1m2m3mnDLPUDLPUDLPUDLPU拉深件的缺陷1、拉裂、拉裂 2、起皱、起皱 3、回弹、回弹DLPU1、拉裂的防止办法DLPU2 起皱的预防拉深过程中影响毛坯是否起皱的主要因素有： 1）毛坯的相对厚度 t/D0 相对厚度较小, 拉深变形区抗失稳能力越差, 也越容易起皱。 2）拉深系数 m=d/D0 越小，拉深变形程度越大，其抗失稳的能力变小。 3) 凹模工作部分的几何形状.与普通的平端面凹模相比，用锥形凹模拉深时，起皱的趋势小一些，另外板料的机械性能，凹模的润滑等等对起皱也有影响。DLPU1）动

5、态控制压边力DLPU拉深压边装置DLPU双动拉深1顶料器2拉深凸模3压力机工作台4拉深垫（弹簧、橡胶或气垫）5滑块6拉深凹模7压边圈8顶杆DLPU拉深件毛坯尺寸的确定基本原则：1. 不考虑厚度的变化；2. 体积不变3. 以板料的中心线为准（为了计算方便，常以边缘尺寸计算）DLPU回转体件毛坯尺寸的确定DLPU带法兰回转体的毛坯尺寸确定DLPU拉延筋DLPU拉延筋的主要作用设拉延筋的主要作用有如下几点。（1）增加局部区域的进料阻力，使整个拉延件进料速度达到平衡状态。（2）加大拉延成型的内应力数值，提高覆盖件的刚性。（3）加大径向拉应力，减少切向压应力；延缓或防止起皱。拉延筋 拉延槛DLPU设置拉

6、延筋的主要原则（1）拉延件有圆角和直线部分，在直线部分敷设拉延筋，使进料速度达到平衡。（2）拉延件有直线部分，在深度浅的直线部分敷设拉延筋，深度深的直线部分不设拉延筋。（3）浅拉延件，圆角和直线部分均敷设拉延筋，但圆角部分只敷设一条筋，直线部分敷设13条筋。当有多条拉延筋时，注意使外圈拉延筋“松”些，内圈拉延筋“紧些”，改变拉延筋高度可达到此目的。（4）拉延件轮廓呈凸凹曲线形状，在凸曲线部分设较宽拉延筋，凹曲线部分不设拉延筋。（5）拉延筋或拉延槛尽量靠近凹模圆角，可增加材料利用率和减少模具外廓尺寸，但要考虑不要影响修边模的强度DLPU软模拉深1. 凸模采用气体、聚氨酯、粘塑性介质以及橡胶等高分

7、子材料；同时采用刚性凹模2. 凹模采用高压液体，或橡胶，同时采用刚性凸模，例如充液拉深DLPU反向拉深DLPU本部分重点 拉深工艺的受力变形分析（圆筒件） 拉深系数、拉深比（极限）的概念 拉深缺陷的起因及预防 拉深载荷的影响因素DLPU3.3.4 胀形工艺（Bulging drawing） 胀形工艺的特点及分类 管材胀形DLPU胀形工艺的特点及分类 利用模具强迫板料厚度减薄和表面积增大，以获取零件几何形状的冲压加工方法叫做胀形（Bulging） 胀形部分的金属主要以双向拉伸为主，变形部分金属减薄。DLPU胀形工艺的分类根据零件形状分类：根据零件形状分类： 平板毛坯的局部成形 圆柱形空心毛坯的胀

8、形 管类毛坯的胀形（波纹管） 平板毛坯的拉形根据模具分类：根据模具分类： 刚模胀形 橡皮胀形 液压胀形DLPU平板胀形 也称起伏成形或局部成形 根据工件的要求，可以在板上压出各种形状，如压筋、压包、压字、压花纹、压标示等，可以增加工件的刚度，还可以装饰作用。DLPU管材胀形管材胀形是依靠材料的拉伸，在压力的作用下使直径较小的管坯沿径向向外扩张的成形工序。根据要求，即可以对管坯进行局部扩张，也可以对整个管坯进行扩张DLPU管材胀形的方法DLPU刚性模胀形DLPU管材胀形的受力DLPU轴向无收缩的自由胀形 胀形部位完全靠管坯壁后的局部变薄而成形，由于管坯轴向无收缩或收缩量极小，其变形性质为局部成形

9、，故胀形极限变形程度主要取决于材料的允许伸长率DLPU轴向有压缩的胀形管坯在内压力和轴向压力共同作用下胀形，施加轴向压力的结果，不仅使管坯在胀形过程中产生轴向压缩变形，以补偿变形区材料的不足，而且使胀形区的应力应变状态得到了改善。DLPU变形区璧厚的变化DLPU液压成形（Hydroforming）a typical part that is being formed by hydroforming technique.The tube is pressurized while axially fed towards the expansion zoneDLPU工程应用DLPU工程实例轿车排气管

10、DLPU工程实例轿车车体Volvo Hydroformed Structure concept in aluminum,(Schuler Hydroforming 1998)DLPU高级轿车的鸟笼（cage）式车架Car frame, (AUDI, 1998)DLPU轻型卡车的底盘液压胀形件DLPU轿车后桥的铝合金液压胀形DLPU轿车排气管道的液压胀形DLPU轿车排气管道的液压胀形DLPU液压胀管的主要破坏形式失稳 起皱 胀裂1 当轴向推进的速度过快时，管坯的轴向压缩大于径向的扩张，容易产生失稳和起皱。2 当轴向推进的速度过慢时，管坯的径向的扩张大于轴向压缩，管壁变得越来越薄，最后产生破裂。D

11、LPU本部分重点 管材胀形的受力（有无轴向进给的区别） 管材胀形的模具有哪几类? 管材液压胀形的过程？ 管材液压胀形的缺陷有哪些？DLPU3.5 3.5 其他塑性成形简介其他塑性成形简介3.3.5挤压成形挤压成形金属坯料受金属坯料受三向压应力作用，产生塑性变形，从模三向压应力作用，产生塑性变形，从模具空口挤出或充满型腔成形，获得制品具空口挤出或充满型腔成形，获得制品。DLPU1）零件的挤压方式）零件的挤压方式3.5.1 3.5.1 挤压成形挤压成形DLPU2）挤压特点）挤压特点挤压分为挤压分为冷挤压、温挤压和热挤压冷挤压、温挤压和热挤压1）冷挤压）冷挤压 室温下的挤压，其特点：室温下的挤压，其

12、特点：三向压应力使材料的晶粒组织更加致密、充分提高金属塑三向压应力使材料的晶粒组织更加致密、充分提高金属塑性，使挤压件强度、硬度及耐疲劳性能显著提高、可加工难性，使挤压件强度、硬度及耐疲劳性能显著提高、可加工难锻金属。锻金属。可生产管、棒等型材，也可生产断面复杂或具有深孔、薄可生产管、棒等型材，也可生产断面复杂或具有深孔、薄壁及变断面零件。壁及变断面零件。3.5.1 3.5.1 挤压成形挤压成形DLPU制品精度较高，尺寸精度可达制品精度较高，尺寸精度可达IT7IT6、表面粗糙度、表面粗糙度Ra=1.6 - 0.2，实现少无切屑加工。，实现少无切屑加工。材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易实现

13、生产自动材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易实现生产自动化。化。冷挤压变形力大，限制了冷挤压件的尺寸和质量；冷挤压冷挤压变形力大，限制了冷挤压件的尺寸和质量；冷挤压模具材质要求高，坯料常进行软化、去氧化皮和特殊润滑处模具材质要求高，坯料常进行软化、去氧化皮和特殊润滑处理。理。3.5.1 3.5.1 挤压成形挤压成形DLPU缝纫机梭心套壳（材料缝纫机梭心套壳（材料2Cr132Cr13）冷挤压）冷挤压3.5.1 3.5.1 挤压成形挤压成形DLPU2）温挤压温挤压坯料温度高于室温，低于再结晶温度的挤压。坯料温度高于室温，低于再结晶温度的挤压。其特点：其特点：坯料可不进行预先软化处理、润滑处理和中

14、间退火等。坯料可不进行预先软化处理、润滑处理和中间退火等。与冷挤压相比，与冷挤压相比，降低了变形抗力降低了变形抗力，增加每个工序的变形程，增加每个工序的变形程度，度，提高了模具的使用寿命。提高了模具的使用寿命。温挤压零件的精度和力学性能低于冷挤压零件。温挤压零件的精度和力学性能低于冷挤压零件。对于一些对于一些冷挤压难以塑性成形的材料冷挤压难以塑性成形的材料，均可采用温挤压。，均可采用温挤压。3.5.1 3.5.1 挤压成形挤压成形DLPU微型电机外壳的材料为不锈钢，坯料尺寸为微型电机外壳的材料为不锈钢，坯料尺寸为25.8X14mm，若，若采用冷挤压则需要多次挤压才能成形，生产率低，但若将坯料采

15、用冷挤压则需要多次挤压才能成形，生产率低，但若将坯料加热到加热到260，采用温挤压，则只需要两次挤压即可成形。，采用温挤压，则只需要两次挤压即可成形。 微型电机外壳温挤压过程微型电机外壳温挤压过程（a）坯料）坯料 （b）复合挤压）复合挤压 （c）正挤压）正挤压3.5.1 3.5.1 挤压成形挤压成形DLPU3）热挤压热挤压再结晶温度以上，与锻造温度相同。其特点：再结晶温度以上，与锻造温度相同。其特点：变形抗力小、塑性好。变形抗力小、塑性好。由于加热温度高，氧化脱碳及热胀冷缩等问题会大大降由于加热温度高，氧化脱碳及热胀冷缩等问题会大大降低产品的尺寸精度和表面品质。低产品的尺寸精度和表面品质。一般

16、用于高强（硬）度金属材料的毛坯成形，如：高碳一般用于高强（硬）度金属材料的毛坯成形，如：高碳钢、高强度结构钢、高速钢、耐热钢等。钢、高强度结构钢、高速钢、耐热钢等。3.5.1 3.5.1 挤压成形挤压成形DLPU3.3.3 3. .6 6 辊轧成形辊轧成形常见辊轧有：常见辊轧有：辊锻、横轧、斜轧辊锻、横轧、斜轧等。等。辊锻：辊锻：使坯料通过装有圆弧形模块的一对相对旋转的轧使坯料通过装有圆弧形模块的一对相对旋转的轧辊时，受压而变形的生产方法。辊时，受压而变形的生产方法。DLPU它与轧制不同的是这对模块可装拆更换，以便生产不它与轧制不同的是这对模块可装拆更换，以便生产不同形状的毛坯或零件。同形状的

17、毛坯或零件。辊锻不仅可作为模锻前的制坯工序，还可直接辊锻出制品，辊锻不仅可作为模锻前的制坯工序，还可直接辊锻出制品，如各种扳手、钢丝钳、镰刀、锄头、犁铧、麻花钻、连杆、如各种扳手、钢丝钳、镰刀、锄头、犁铧、麻花钻、连杆、叶片、刺刀、铁道道岔等。叶片、刺刀、铁道道岔等。3.5.2 3.5.2 辊轧成形辊轧成形DLPU辊环轧制（扩孔）辊环轧制（扩孔） 辊环轧制是用来扩大坯料的外径和内径，以得到各种辊环轧制是用来扩大坯料的外径和内径，以得到各种环状毛坯或零件的轧制过程，用它代替锻造方法生产环形环状毛坯或零件的轧制过程，用它代替锻造方法生产环形锻件，可节省金属锻件，可节省金属15%左右。左右。 生产出

18、来的环类件，其横截面可以是多种形状的，如生产出来的环类件，其横截面可以是多种形状的，如火车轮箍、大型轴承圈、齿圈、法兰等。火车轮箍、大型轴承圈、齿圈、法兰等。辊环轧制示意图辊环轧制示意图1驱动辊驱动辊 2毛坯毛坯 3从从动轮动轮 4导向辊导向辊 5信号信号辊辊3.5.2 3.5.2 辊轧成形辊轧成形DLPU横轧横轧 轧辊轴线与坯料轴线互相平行的轧制方法。轧辊轴线与坯料轴线互相平行的轧制方法。1）齿轮齿形轧制）齿轮齿形轧制 将带齿形的轧轮做将带齿形的轧轮做径向进给径向进给，迫使轧轮，迫使轧轮与坯料对辗，在对辗过程中，坯料上一部分金属受压形成与坯料对辗，在对辗过程中，坯料上一部分金属受压形成齿谷，

19、相邻部分的金属被轧轮齿部齿谷，相邻部分的金属被轧轮齿部“反挤反挤”而形成齿顶。而形成齿顶。直齿和斜齿均可用热轧成型。直齿和斜齿均可用热轧成型。 3.5.2 3.5.2 辊轧成形辊轧成形DLPU2）螺旋斜轧）螺旋斜轧：带螺旋槽的轧辊轴线相互交叉，同向旋转，带螺旋槽的轧辊轴线相互交叉，同向旋转，轧坯作螺旋运动（绕自身轴反转，并轴向向前），同时受压轧坯作螺旋运动（绕自身轴反转，并轴向向前），同时受压塑性变形，获得制品。塑性变形，获得制品。3.5.2 3.5.2 辊轧成形辊轧成形DLPU3）横楔轧）横楔轧：横楔轧是用两个外表面镶有楔形凸块，并横楔轧是用两个外表面镶有楔形凸块，并作同向旋转的平行轧辊对沿

20、轧辊轴向送进的坯料进行轧作同向旋转的平行轧辊对沿轧辊轴向送进的坯料进行轧制成形的方法。制成形的方法。3.5.2 3.5.2 辊轧成形辊轧成形DLPU楔横轧的变形过程楔横轧的变形过程主要是主要是靠轧辊上的楔形凸靠轧辊上的楔形凸块压延坯料，使坯料径向块压延坯料，使坯料径向尺寸减小，长度尺寸增加尺寸减小，长度尺寸增加。它具有产品精度和品质较它具有产品精度和品质较好，生产效率高，节省材好，生产效率高，节省材料，模具寿命高，易于实料，模具寿命高，易于实现机械化和自动化等特点。现机械化和自动化等特点。但楔横轧限于制造阶梯类但楔横轧限于制造阶梯类等回转体毛坯或零件。等回转体毛坯或零件。3.5.2 3.5.2 辊轧成形辊轧成形DLPU3.3.3 3. .7 7 超塑性成形超塑性成形指金属或合金在指金属或合金在低变形速率、一定变形温度和均匀细晶粒低变形速率、一定变形温度和均匀细晶粒度度条件下，条件下，伸长率超过伸长率超过100%的塑性变形。的塑性变形。DLPU特点特点超塑性状态下的金属在拉伸变形过程中超塑性状态下的金属在拉伸变形过程中不产生缩颈现象不产生缩颈现象，变形应力可比常态下金属的变形应力可比常态下金属的变形应力降低几倍至几十倍。变形应力降低