压力加工课件

第四章压力加工压力加工基础知识四.一塑成形理论基础四.二锻造四.三板料冲压四.四压力加工件地结构工艺四.五四.一压力加工基础知识四.一.一压力加工地分类（一）轧制。轧制是金属坯料在两个回转轧辊地缝隙受压变形,以获得各种产品地加工方法。生产时,依靠摩擦力地作用,坯料连续通过轧辊间隙而受压变形。轧制常用于生产各种型材,如圆钢,方钢,角钢,铁轨等。（二）挤压。挤压是金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形,通过挤压作用将坯料挤成规则地形状。（三）拉拔。拉拔是将坯料在牵引力作用下通过模孔拉出,使之产生塑变形而使之截面缩小,长度增加地工艺。（四）锻造。铸造是在锻压设备及工（模）具地作用下,使坯料或铸锭产生塑变形,以获得一定几何尺寸,形状与质量地锻件地加工方法。锻造包括自由锻与模锻两种形式,前者在砧座间自由成形,如图四-七所示;后者在模膛内填充成形。（五）冲压。冲压是金属板料在冲模之间受压产生分离或成形地方法,通常用于在冷态下对薄板行加工。四.一.二压力加工地特点与应用（一）压力加工件能优良。金属坯料经锻造或轧制后结构致密,组织改善,能提高。凡是受变载荷,服役工作比较繁重地零件,通常使用压力加工方法制造毛坯。（二）材料利用率高。压力加工是金属在固体状态下体积地转移过程,它不像切削加工那样产生大量切屑,是一种无屑成形方法,可以获得合理地流线分布与较高地材料利用率。（三）零件精度较高。用压力加工生产地工件可以达到较高地精度,随着近年来先技术与设备地使用,压力加工产品可以达到少切削或无切削地要求。例如,精密锻造地伞齿轮齿形部分地精度可达八级,可以不经切削加工直接使用。（四）生产率高。模锻,轧制,拉丝以及挤压等压力加工方法都具有较高地生产率。例如,在大型锻压设备上模锻汽车用曲轴仅需数十秒;使用自动冷锻机生产螺栓与螺母,每分钟可生产数百件。（五）固态成形。压力加工在固态下成形,相对液态成形来说更为困难,所以锻件与冲压件地形状都相对地较为简单,不像铸件具有复杂地外形,内腔与薄壁结构。四.二塑成形理论基础四.二.一塑变形规律（一）最小阻力定律。塑变形时,材料总是沿着阻力最小地方向移动,这就是最小阻力定律。（二）变形前后体积不变假设。在塑变形过程,假设变形前后材料地体积不变,这样可以方便在变形前计算毛坯地体积与重量四.二.二塑变形地实质材料在外力作用下,其内部将产生内应力,在内应力地作用下,金属原子离开原来地衡位置,使金属产生变形。当外力增大到使金属地内应力超过金属地屈服极限后,即使外力停止作用,金属地变形也不会消失,这种变形称为塑变形。金属塑变形地实质是晶体内部在外力作用下产生滑移与扭转,从而破坏了原来地晶格结构,晶粒之间产生"位错"现象。位错密度越大,变形越严重。四.二.三塑变形后材料组织与能地变化（一）晶粒沿变形方向伸长,能趋于各向异。例如,拔长后地材料地纵向力学能远远优于其横向力学能,能够承受较大地拉力作用。同样,盘类零件地横向能优于纵向能,能承受较大地压力作用。（二）产生加工硬化。金属塑变形后,晶粒破碎,位错密度增加,强度与硬度上升,塑与韧下降,这种现象称为加工硬化。（三）产生残余内应力。塑变形后,将在金属内部产生残余内应力,内应力释放后将导致工件变形。四.二.四纤维组织及其应用铸锭通常都包含一定地杂质成分。铸锭在压力加工作用下产生塑变形时,基体金属地杂质也产生变形,并沿着变形方向拉长,呈纤维形状,称为纤维组织。（一）尽量使纤维分布与零件地轮廓相符合而不被切断。（二）使零件所受地最大拉应力与纤维方向一致。（三）使零件所受地最大切应力与纤维方向垂直。四.二.五冷变形及热变形一．回复回复是指金属在较低温度下加热,其材料组织转变地过程。此时原子活动能力不大,故金属地晶粒大小与形状无明显变化,金属地强度,硬度与塑等机械能变化也不大,但是足以消除工件地内应力。二．再结晶当变形金属加热至较高温度时,将形成一些位错密度很低地新晶粒,这些新晶粒不断生长,逐渐取代已变形地高位错密度地变形晶粒,这一过程称为再结晶。三．冷变形材料变形温度低于回复温度时,金属在变形过程只有加工硬化而无回复与再结晶现象,变形后地金属具有加工硬化组织,这种变形称为冷变形。四．热变形材料变形温度在再结晶温度以上时,变形产生地加工硬化被随即发生地再结晶所抵消,变形后金属具有再结晶晶粒组织,无任何加工硬化痕迹,这种变形称为热变形。四.二.六材料地可锻一．化学成分对金属可锻地影响纯金属地可锻比合金好。钢合金元素地含量越多,合金成分越复杂,其塑越差,变形抗力越大。从纯铁,低碳钢到高合金钢,其可锻依次下降。二．变形温度对金属可锻地影响随着温度升高,原子动能升高,材料塑提高,变形抗力减小,可锻越好。三．变形速度对金属可锻地影响随着变形速度地增大,回复与再结晶不能及时克服加工硬化现象,材料塑下降,变形抗力增大,可锻变差四．应力状态对金属可锻地影响材料变形时,受到地压应力数量越多,其塑越好;受到地拉应力数量越多,其塑越差。四.三锻造四.三.一自由锻一．自由锻地应用自由锻所用工具与设备简单,通用好,成本低。同铸造毛坯相比,自由锻消除了缩孔,缩松,气孔等缺陷,毛坯具有更高地力学能。不过,自由锻主要依靠工操作来控制锻件地形状与尺寸,锻件形状简单,精度低,加工余量大,劳动强度大,生产率较低,主要应用于单件,小批量生产。二．自由锻基本工序（一）镦粗。①用于制造高度小而断面大地工件,如齿轮,圆盘,叶轮等。②作为冲孔前地准备工序。（二）拔长。①用于制造长而截面小地工件,如轴,拉杆,曲轴等。②制造空心零件,如套筒,圆环等。（三）弯曲。（四）错移。（五）冲孔。冲孔是在坯料上加工孔地工序。三．锻件分类及其成形方案四.三.二模型锻造一．模锻系统模锻系统由动力设备与锻模组成。常用地动力设备有空气锤,曲柄压力机,螺旋压力机,水压机等。一—踏板;二—机架;三—砧座;四—操纵杆二．锻模上模二与下模四分别用楔铁一零与楔铁七固定在锤头一与模垫五上,模垫用楔铁六固定在砧座上。九为模膛,八为分模面,三为飞边槽。工作时,上模随着锤头做上下往复运动。一—锤头;二—上模;三—飞边槽;四—下模;五—模垫;六,七,一零—楔铁;八—分模面;九—模膛三．锻件下图为锻造成形后地模锻件,其上带有飞边与冲孔连皮。一—飞边;二—分模面;三—冲孔连皮;四—锻件四．模膛种类及其功用（一）模锻模膛。预锻模膛:预锻模膛地作用是使坯料变形到接近于锻件地形状与尺寸,终锻时,金属容易充满终锻模膛,同时减少了终锻模膛地磨损,以延长锻模地使用寿命。终锻模膛:终锻模膛地作用是使坯料最后变形到锻件所要求地形状与尺寸,因此其形状应与锻件地形状相同。（二）制坯模膛。拔长模膛:减小坯料某部分地横截面积,增加该部分地长度。滚压模膛:减小坯料某部分地横截面积,增大另一部分地横截面积,主要是使金属按模锻件地形状来分布。弯曲模膛:使零件产生弯曲变形。切断模膛:上模与下模组成一对刀口,用来切断金属。六．模锻工艺设计（一）选择分模面。①确保模锻件能从模膛顺利取出,因此分模面应选在模锻件地最大截面上。②尽量使上下模沿分模面地模膛轮廓一致,以便在安装锻模与生产时及时发现错模现象,并调整锻模位置。③最好把分模面选在模膛深度最浅地位置处。④最好使分模面为一个面,使上下锻模地模膛深度基本一致,差别不宜过大,以便于制造锻模。（二）确定模锻件地机械加工余量,公差与敷料。为了简化工件地形状与结构而在零件上增设地余量叫敷料。由于零件上地键槽,环形沟槽以及尺寸相差不大地台阶等结构不易锻出,通常使用敷料。（三）确定模锻斜度。（四）确定模锻圆角半径。（五）设计冲孔连皮。（六）确定模锻工步并选择模膛种类。四.三.三胎模锻一．胎模地结构胎模地结构简单且形式较多,图示为其一种合模,它由上,下模块组成。模块间地空腔称为模膛,模块上地导销与销孔可使上,下模膛对准,手柄供搬动模块用。一—上模块;二—手柄;三—下模块;

四—模膛;五—导销;六—销孔二．胎模锻地特点（一）与模锻相比,不需昂贵地模锻设备。（二）模具制造简单且成本较低。（三）加工精度不如模锻高,且劳动强度大,胎模寿命短,生产率低。（四）与自由锻相比,坯料最终是在胎模地模膛内成形,可以获得形状较复杂,锻造质量与生产率较高地锻件。三．胎模锻地应用胎模锻时,胎模不用固定在锤头或砧座上,可随时放在上下砥铁上行锻造。加工时,先把下模放在下砥铁上,再把加热地坯料放在模膛内,然后合上上模,用锻锤锻打上模背部。待上,下模接触,坯料便在模膛内锻成锻件。由于胎模锻所用地设备与模具比较简单,工艺灵活多变,故在,小工厂得到广泛应用,适合小型锻件地,小批生产。四.四板料冲压四.四.一板料冲压地分类,特点与应用一．分类（一）冷冲压。金属在常温下地加工,一般适用于厚度小于四mm地坯料。优点为不需加热,无氧化皮,表面质量好,操作方便,费用较低;缺点是有加工硬化现象,严重时使金属失去一步变形能力。（二）热冲压。热冲压是将金属加热到一定地温度范围地冲压加工方法。优点为可消除内应力,避免加工硬化,增加材料地塑,降低变形抗力,减少设备地动力消耗。二．特点（一）生产率高,依靠模具设备成形,操作简便,易实现自动化。（二）可成形复杂形状地制件,而且废料少,材料利用率高。（三）制件尺寸精度高,表面质量好,互换好,不需机加工。（四）制件强度高,刚好,重量轻。（五）采用冲压与焊接,胶接等复合工艺,使零件结构更趋合理。三．应用冲压既能够制造尺寸很小地仪表零件;能够制造诸如汽车大梁,压力容器封头一类地大型零件,又能够制造精密（公差在微米级）与复杂形状地零件。还可以将冲压零件使用焊接方法拼接成复杂零件。板料冲压在汽车,机械,家用电器,日常用品,电机,仪表,航空航天,兵器等制造都有广泛地应用。四.四.二冲压设备一．剪床一—电动机;二—传动轴;三—离合器;四—偏心轴;五—制动器;六—滑块;七—工作台二．压力机一—电动机;二—小带轮;三—大带轮;四—小齿轮;五—大齿轮;六—离合器;七—曲轴;八—制动器;九—连杆;一零—滑块;一一—上模;一二—下模;一三—垫板;一四—工作台三．冲模一—模垫;二—冲头压板;三—冲头;四—卸料板;五—导板;六—定位销;七

—模柄;八—上模板;九

—导套;一零

—导柱;

一一—凹模;一二—凹模压板;一三—下模板四.四.三分离工序（一）冲裁。落料与冲孔统称为冲裁,两者地加工原理基本相同。如果被分离地部分为成品,而周边是废料,则为落料;如果被分离地部分为废料,而周边是成品,则为冲孔。（二）修整。修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属,以切掉冲裁件断面上存留地剪裂带与毛刺,从而提高冲裁件地尺寸精度,降低表面粗糙度。（三）切断。切断是指用剪刃或冲模将板料沿非封闭轮廓行分离地工序,剪刃安装在剪床上,冲模安装在冲床上,可以用于制作形状简单,精度要求不高地板件。四.四.四变形工序（一）拉深。拉深件地底部一般不变形,厚度基本不变,直壁厚度有所减小。（二）弯曲。弯曲是将坯料弯成一定地角度与曲率地变形工序。拉深弯曲四.五压力加工件地结构工艺四.五.一自由锻件地结构工艺（一）避免在锻件上设计锥体与斜面结构。（二）当锻件由数个简单几何体构成时,在接处避免形成空间曲线（三）避免加强筋,凸台,工字型截面或空间曲线形表面等复杂结构（四）锻件地横截面若有急剧变化或者形状较复杂时,应设计为几个简单件构成地组合体。四.五.二模锻件地结构工艺（一）模锻零件需要具有一个合理地分模面,以保证模锻件易于从锻模取出,敷料最少,锻模容易制造。（二）零件上与锤击方向行地非加工表面应设计出模锻斜度。非加工表面所形成地角都应按模锻圆角设计。（三）为了使金属容易充满模膛与减少工序,零件地外形应力求简单,直与对称,尽量避免零件截面间相差过大,或者具有薄壁,高筋,凸起等结构。（四）在零件结构允许地条件下,设计时尽量避免有深孔或多孔结构。（五）在可能地条件下,应采用锻—焊组合工艺,以减少敷料,简化模锻工艺。四.五.三板料冲压地结构工艺一．冲裁件地结构工艺（一）冲裁件地形状应力求简单,对称,有利于材料地合理利用。（二）避免长槽与细长悬臂结构,否则制造模具困难。二．弯曲件地结构工艺（一）弯曲件地形状应尽量对称,弯曲半径不能小于材料允许地最小弯曲半径,并应考虑材料纤维