機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)HFUT塑性變形

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第六章 塑性成形,6.1,塑性成形理論基礎(chǔ),6.2,塑性成形方法,6.3,塑性成形工藝設(shè)計(jì),6.4,塑性加工方法的結(jié)構(gòu)工藝性,6.5,塑性成形新發(fā)展,返回,塑性成形：,指固態(tài)金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸及力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法。具有較好塑性的材料如鋼和有色金屬及其合金均可在冷態(tài)或熱態(tài)下進(jìn)行塑性成形加工。,塑性成形加工的特點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：,1改善金屬的組織，提高金屬的力學(xué)性能；,2節(jié)約金屬材料和切削加工工時，提高金屬材料的利用率和經(jīng)濟(jì)效益；,3具有較高的勞動生產(chǎn)率。,4適應(yīng)性廣。,缺點(diǎn)

2、：,1鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性要求較高，內(nèi)腔復(fù)雜零件難以鍛造；,2鍛造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工；,3需重型機(jī)器設(shè)備和較復(fù)雜模具，設(shè)備費(fèi)用與周期長；,4生產(chǎn)現(xiàn)場勞動條件較差。,常用塑性成形加工方法有：1自由鍛造；2模型鍛造；3擠壓；4拉拔；5軋鍛；6板料沖壓。如圖6-1所示。,塑性成形主要用于,主軸、曲軸、連桿、齒輪、葉輪、炮筒、槍管、吊鉤、飛機(jī)和汽車零件等力學(xué)性能要求高的重要零部件。,圖,6-1,各種塑性成形方法,第1節(jié) 塑性成形理論根底,6.1.1,塑性成形的實(shí)質(zhì),6.1.2,冷變形強(qiáng)化與再結(jié)晶,6.1.3,鍛造比與鍛造流線,6.1.4,塑性成形基本規(guī)律,6.1.5,金屬的鍛造性能,6.1

3、.1,塑性成形的實(shí)質(zhì),具有一定塑性的金屬坯料在外力作用下，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力到達(dá)一定的條件，就會發(fā)生塑性變形；由于金屬材料都是晶體，故要說明塑性變形的實(shí)質(zhì)，必須從其晶體結(jié)構(gòu)來說明。,1.,單晶體的塑性變形,單晶體的塑性變形有兩種方式：,滑移變形和雙晶變形,。,1滑移變形：晶體內(nèi)的一局部相對另一局部，沿原子排列緊密的晶面作相對滑動。其變形過程如圖6-2 所示。,晶體在晶面上的滑移，是通過位錯的不斷運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的 。如圖6-3所示。,當(dāng)很多晶面同時滑移積累起來就形成滑移帶，如圖6-4所示，形成可見的變形。,圖,6-2,單晶體的塑性變形,a),未變形前,b),彈性變形,c),彈、塑性變形,d),塑性變形后,圖,

4、6-3,位錯運(yùn)動形成滑移的示意圖,圖,6-4,很多晶面滑移組成滑移帶,2雙晶：亦叫孿晶。晶體在外力作用下，晶體內(nèi)一局部原子晶格相對于另一局部原子晶格發(fā)生轉(zhuǎn)動。如圖6-5所示。,2.,多晶體的塑性變形,多晶體是由大量的大小、形狀、晶格排列位向各不相同的晶粒所組成，故它的塑性變形很復(fù)雜，可分為,晶內(nèi)變形和晶間變形,。晶粒內(nèi)部的塑性變形稱為晶內(nèi)變形；晶粒之間相互移動或轉(zhuǎn)動稱為晶間變形。,如圖,6-6,所示。,多晶體的晶內(nèi)變形方式和單晶體一樣，,也是滑移和雙晶，,但各個晶粒所處的塑性變形條件不同，即晶粒內(nèi)晶格排列的方向性決定了其變形的難易，與外力成,45,度的滑移面最易變形。,因?yàn)槠洚a(chǎn)生的切應(yīng)力最大。

5、,如圖,6-7,反映了晶粒位向與受力變形的關(guān)系。,圖,6-5,晶體的雙晶變形,圖,6-6,多晶體塑性變形示意圖,a),變形前,b),變形后,圖,6-7,多晶體晶粒位向與受力變形關(guān)系示意圖,同時在多晶體的晶界處，由于相鄰晶粒間的位向差異，產(chǎn)生晶格的畸變，并有雜質(zhì)的存在，以及晶粒間犬牙交錯狀態(tài)，對多晶體的變形造成很大障礙。低溫時，晶界強(qiáng)度高于晶粒內(nèi)部強(qiáng)度，變形抗力大不易變形；高溫時，晶界強(qiáng)度降低，晶粒易于相互移動。所以多晶體由于存在晶界和各晶粒的位向差異，其變形抗力要遠(yuǎn)高于同種金屬的單晶體。,6.1.2,冷變形強(qiáng)化與再結(jié)晶,金屬塑性變形時，在不同的溫度下，對金屬組織和性能產(chǎn)生不同的影響。主要討論加

6、工硬化、回復(fù)和再結(jié)晶。,1. 冷變形強(qiáng)化加工硬化,指金屬在低溫下進(jìn)行塑性變形時，金屬的強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象，如圖6-8所示；變形程度越大，冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象越嚴(yán)重。,圖,6-8,常溫下塑性變形對低碳鋼力學(xué)性能的影響,冷變形強(qiáng)化的原因是,：在塑性變形過程中，在滑移面上產(chǎn)生了許多晶格方向混亂的微小碎晶，滑移面附近的晶格也產(chǎn)生了畸變，增加了繼續(xù)滑移的阻力，使繼續(xù)變形困難。,對某些不能通過熱處理來強(qiáng)化的金屬，可用低溫變形來提高金屬強(qiáng)度指標(biāo)，如用冷軋、冷拔和冷擠來提上下碳鋼、純銅、防銹鋁等所制型材和鍛壓件的強(qiáng)度和硬度。,但在塑性加工中，冷變形強(qiáng)化使塑性變形困難，故采用加熱的方法使金屬再結(jié)晶，

7、而獲得好的塑性。,2.,回復(fù),指當(dāng)溫度升高時，金屬原子獲得熱能，使冷變形時處于高位能的原子回復(fù)到正常排列，消除由于變形而產(chǎn)生的晶格扭曲的過程，可使內(nèi)應(yīng)力減少。,回復(fù)溫度較低，對于純金屬，可用下式計(jì)算：,式中,-,金屬的絕對回復(fù)溫度；,-,金屬的絕對熔化溫度；,回復(fù)作用不改變晶粒的形狀及晶粒變形時所構(gòu)成的方向性，也不能使晶粒內(nèi)部的破壞現(xiàn)象及晶界間物質(zhì)的破壞現(xiàn)象得到恢復(fù)，只是逐漸消除晶格的扭曲程度。故回復(fù)作用可以降低內(nèi)應(yīng)力，但力學(xué)性能變化不大，強(qiáng)度稍降低，塑性稍提高。,如圖,6-9b,所示。,圖,6-9,金屬的回復(fù)和再結(jié)晶示意圖,a)塑性變形后的組織 b金屬回復(fù)后的組織 c再結(jié)晶組,3.,再結(jié)晶,

8、指當(dāng)溫度升高到一定程度時，金屬原子獲得更高的熱能，通過金屬原子的擴(kuò)散，使冷變形強(qiáng)化的結(jié)晶構(gòu)造進(jìn)行改變，成長出許多正常晶格的新晶粒，新晶粒代替原變形晶粒的過程即為再結(jié)晶。,如圖,6-9c,所示。,再結(jié)晶過程：先在變形金屬中出現(xiàn)再結(jié)晶核心小晶塊，或破碎物，結(jié)晶核心周圍的畸變晶格中的原子向再結(jié)晶核心聚集，從不穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)過渡，有秩序地排列起來，而形成新的具有正常晶格結(jié)構(gòu)的晶粒，直至新晶粒完全形成，再結(jié)晶結(jié)束。如果繼續(xù)升溫或保溫，再結(jié)晶晶粒還會聚合長大，即二次再結(jié)晶。,再結(jié)晶使內(nèi)應(yīng)力全部消除，強(qiáng)度降低，塑性增加。如圖6-10所示為變形后的金屬在加熱時組織和性能的變化。,圖,6-10,變形后的金屬

9、在加熱時組織和性能的變化,1內(nèi)應(yīng)力曲線,2晶粒度曲線,3強(qiáng)度曲線變形抗力,4延伸率曲線,再結(jié)晶的最低溫度稱為再結(jié)晶溫度，一般純金屬的再結(jié)晶溫度為：,再結(jié)晶處理,：,利用金屬再結(jié)晶過程消除低溫變形后的冷變形強(qiáng)化，恢復(fù)金屬的良好塑性，以利于后繼的冷變形加工。,4.,冷變形和熱變形,冷變形：指金屬在其再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行塑性變形。如冷沖壓、冷彎、冷擠、冷鐓、冷軋和冷拔，能獲得較高的硬度及外表質(zhì)量。,熱變形：指金屬在其再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行塑性變形。如鍛造、熱擠和軋制等，能消除冷變形強(qiáng)化的痕跡，保持較低的塑性變形抗力和良好的塑性。,6.1.3 鍛造比和鍛造流線纖維組織,1. 鍛造流線的形成,在金屬鑄錠中含有

10、的夾雜物多分布在晶界上，在金屬塑性變形時，晶粒沿變形方向伸長，塑性夾雜物也隨著變形一起被拉長，呈帶狀分布；脆性夾雜物被打碎呈碎粒狀或鏈狀分布；通過再結(jié)晶過程，晶粒細(xì)化，而夾雜物卻依然呈條狀和鏈狀被保存下來，形成鍛造流線。如圖6-11所示。鍛造流線使金屬的力學(xué)性能呈現(xiàn)各向異性，平行于纖維方向塑性和韌性增加，垂直于纖維方向那么下降。,2,、,鍛造比,它是鍛造生產(chǎn)中代表金屬變形大小的一個參數(shù)，一般用鍛造過程中的典型工序的變形程度來表示：如鐓粗工序，鍛造比為：,圖,6-11,熱軋對晶粒組織的影響,拔長鍛造比：,3. 鍛造比對金屬的組織和性能的影響,一般情況下，增加鍛造比，可使金屬組織細(xì)密化，提高鍛件的

11、力學(xué)性能。但當(dāng)鍛造比過大，金屬組織的緊密程度和晶粒細(xì)化程度已到極限，故力學(xué)性能不再升高，而增加各向異性。鍛造比越大，鍛造流線越明顯，其力學(xué)性能的方向性越明顯。如圖6-12所示為碳素結(jié)構(gòu)鋼錠采用不同鍛造比進(jìn)行拔長后的力學(xué)性能變化曲線。當(dāng)鍛造比增加時，鋼的強(qiáng)度在橫向和縱向差異不大，而塑性和韌性縱向明顯好于橫向。,鍛造流線的穩(wěn)定性很高，而且用熱處理不能消除。故在設(shè)計(jì)和制造易受沖擊載荷的零件時，必須考慮鍛造流線的方向，使最大正應(yīng)力與流線方向一致，切應(yīng)力或沖擊應(yīng),圖,6-12,鍛造比對力學(xué)性能的影響,力與流線方向垂直；使鍛造流線的分布與零件的外形輪廓相符合，而不被切斷。,如圖,6-13,所示的拖鉤，,如

12、圖,6-14,所示的齒輪。,6.1.4 塑性成形根本規(guī)律,塑性成形規(guī)律：就是塑性成形時金屬質(zhì)點(diǎn)流動的規(guī)律，即在給定條件下，變形體內(nèi)將出現(xiàn)什么樣的位移速度場和位移場，以確定物體形狀、尺寸的變化及應(yīng)變場。從而為選擇變形工步和設(shè)計(jì)成形模具奠定根底。,1.,體積不變定律,金屬塑性變形前后體積不變，實(shí)際中略有縮?。豢捎?jì)算各工序尺寸。,2. 最小阻力定律,塑性變形時金屬質(zhì)點(diǎn)首先向阻力最小方向移動。一般金屬某質(zhì)點(diǎn)移動時阻力最小方向是通過該質(zhì)點(diǎn)向金屬變形局部的周邊所作的法線方向，如圖6-15，圖6-16所示。,圖,6-13,拖鉤的纖維流線,圖,6-14,不同成形工藝齒輪的流線分布,a),棒料經(jīng)切削成形,b),

13、扁鋼經(jīng)切削成形,c),棒料鐓粗后切削成形,d),熱軋成形,圖,6-15,不同截面的金屬流動情況,a),圓形,b),正方形,c),長方形,圖,6-16,金屬鐓粗變形,金屬的鍛造性能,金屬的鍛造性能是用來衡量金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度，是金屬的工藝性能指標(biāo)之一。常用金屬的塑性和變形抗力兩個因素來綜合衡量。塑性越好，變形抗力越小，那么鍛造性能越好。影響金屬鍛造性能的因素有：金屬的本質(zhì)和金屬的變形條件。,1.金屬本質(zhì)的影響,1金屬的化學(xué)成分：化學(xué)成分不同，塑性不同，鍛造性能不同。,2金屬的組織狀態(tài)：組織結(jié)構(gòu)不同，鍛造性能不同；單一固溶體組成的合金，塑性好，鍛造性能好；鑄態(tài)柱狀組織和粗晶結(jié)構(gòu)

14、不如細(xì)小均勻的晶粒結(jié)構(gòu)；金屬內(nèi)部有缺陷也不一樣。,1變形溫度：溫度升高，塑性上升，降低變形抗力，易于鍛造；但溫度過高也會產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷，如氧化，脫碳、過熱和過燒等。故要嚴(yán)格控制鍛造溫度范圍。,鍛造溫度范圍指始鍛溫度與終鍛溫度間的溫度范圍，以合金狀態(tài)圖為依據(jù)。對始鍛溫度，原那么是在不出現(xiàn)過熱和過燒的前提下，盡量提高始鍛溫度。碳鋼的始鍛溫度為AE線下2000C。終鍛溫度即停止鍛造的溫度，對于鍛件質(zhì)量有很大影響，終鍛溫度太高，停鍛后晶粒會重新長大，降低鍛件力學(xué)性能；太低，再結(jié)晶困難，冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，變形抗力太大，甚至產(chǎn)生鍛造裂紋，也易損壞設(shè)備和工具。,碳鋼在加熱時奧氏體晶粒長大示意圖如圖6-17

15、a所示，鍛造溫度見圖6-17b。,2.,金屬的變形條件,圖,6-17a,碳鋼在加熱時奧氏體的形成及晶粒長大示意圖,圖,6-17b,碳鋼的鍛造溫度范圍,2變形速度：指金屬在鍛壓加工過程中單位時間內(nèi)的相對變形量。變形速度的影響較復(fù)雜：一方面變形速度增大，冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，變形抗力增大，鍛造性能變壞；另一方面變形速度很大時產(chǎn)生的熱能使金屬溫度升高，提高塑性，降低變形抗力，鍛造性能變好。 如圖6-18所示。,3變形時的應(yīng)力狀態(tài)：不同壓力加工方法，金屬內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)是不同的，如圖6-19所示。在金屬塑性變形時，壓應(yīng)力數(shù)目越多，其塑性變形越好，因?yàn)閴簯?yīng)力使滑移面緊密結(jié)合，防止產(chǎn)生裂紋；拉應(yīng)力那么使塑性變

16、形降低，應(yīng)為它使缺陷擴(kuò)大，使滑移面別離。但壓應(yīng)力時變形抗力增大。故必須綜合考慮塑性和變形抗力。,圖,6-18,變形速度對塑性及變形抗力的影響,1,變形抗力曲線,2,塑性變化曲線,圖,6-19,不同變形方式時的應(yīng)力狀態(tài),a),擠壓,b),拉拔,c),自由鍛,思考題：,1.,試述單晶體和多晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)。,2.,鍛造流線的存在對金屬力學(xué)性能有何影響？在零件設(shè)計(jì)中應(yīng)注意哪些問題？,3.,試述金屬的鍛造性能及其影響因素。,第,2,節(jié) 塑性成形方法,6.2.1,鍛造,自由鍛,自由鍛指將金屬坯料放在鍛造設(shè)備的上下抵鐵之間，施加沖擊力或壓力，使之產(chǎn)生自由變形而獲得所需形狀的成形方法。坯料在鍛造過程中，除

17、與上下抵鐵或其它輔助工具接觸的局部外表外，都是自由外表，變形不受限制，鍛件的形狀和尺寸靠鍛工的技術(shù)來保證，所用設(shè)備與工具通用性強(qiáng)。,自由鍛主要用于單件、小批生產(chǎn)，也是生產(chǎn)大型鍛件的唯一方法。,1. 自由鍛設(shè)備,自由鍛設(shè)備常用的有鍛錘和壓力機(jī)。,1空氣錘：它由電動機(jī)直接驅(qū)動，打擊速度快，錘擊能量小，適用于小型鍛件；其結(jié)構(gòu)與原理如圖6-20所示。,2蒸汽空氣錘：利用蒸汽或壓縮空氣作為動力，構(gòu)造及工作原理如圖6-21所示，適用于中小型鍛件。,3水壓機(jī)：以壓力代替錘鍛時的沖擊力，適用于鍛造大型鍛件；其工作過程包括空程、工作行程、回程、懸空。其原理和結(jié)構(gòu)如圖6-22所示。,圖,6-20,空氣錘,圖,6-

18、21,雙柱拱式蒸汽,空氣自由鍛錘,1工作氣缸 2落下局部 3機(jī)架 4砧座 5操作手柄 6滑閥,7進(jìn)氣管 8滑閥氣缸 9活塞 10錘桿 11排氣管,圖,6-22,自由鍛水壓機(jī)本體結(jié)構(gòu),1,工作缸,2,工作柱塞,3,上橫梁,4,活動橫梁,5,立柱,6,下橫梁,7,回程缸,8,回程柱塞,9,回程橫梁,10,拉桿,11,上砧,12,下砧,1根本工序：改變坯料的形狀和尺寸以到達(dá)鍛件根本成形的工序，包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、扭轉(zhuǎn)、錯移等。最常用的是鐓粗、拔長、沖孔。,2輔助工序：為了方便根本工序的操作，而使坯料預(yù)先產(chǎn)生某些局部變形的工序。如壓鉗口、倒棱和切肩。,3精整工序：修整鍛件的最后尺寸和形狀

19、，消除外表的不平和歪扭，使鍛件到達(dá)圖紙要求的工序。如修整鼓形、平整端面、校直彎曲。,2. 自由鍛工序,根據(jù)作用與變形要求的不同，可分為根本工序、輔助工序和精整工序。,3.自由鍛的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：,1自由鍛使用工具簡單，不需要造價昂貴的模具；,2可鍛造各種重量的鍛件，對大型鍛件，它是唯一方法,3由于自由鍛的每次鍛擊坯料只產(chǎn)生局部變形，變形金屬的流動阻力也小，故同重量的鍛件，自由鍛比模鍛所需的設(shè)備噸位小。,缺點(diǎn)：,1鍛件的形狀和尺寸靠鍛工的操作技術(shù)來保證，故尺寸精度低，加工余量大，金屬材料消耗多；,2鍛件形狀比較簡單，生產(chǎn)率低，勞動強(qiáng)度大。故自由鍛只適用于單件或小批量生產(chǎn)。,6.2.1.2,模鍛,模鍛

20、是將加熱好的坯料放在鍛模模膛內(nèi)，在鍛壓力的作用下迫使坯料變形而獲得鍛件的一種加工方法。坯料變形時，金屬的流動受到模膛的限制和引導(dǎo)，從而獲得與模膛形狀一致的鍛件。,與自由鍛相比，模鍛的優(yōu)點(diǎn)是：,1由于有模膛引導(dǎo)金屬的流動，鍛件的形狀可以比較復(fù)雜；,2鍛件內(nèi)部的鍛造流線比較完整，從而提高了零件的力學(xué)性能和使用壽命。,3鍛件外表光潔，尺寸精度高，節(jié)約材料和切削加工工時；,4生產(chǎn)率較高；,5操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化；,6生產(chǎn)批量越大本錢越低。,模鍛的缺點(diǎn)：,1模鍛是整體成形，摩擦阻力大，故模鍛所需設(shè)備噸位大，設(shè)備費(fèi)用高；,2鍛模加工工藝復(fù)雜，制造周期長，費(fèi)用高。故只適用于中小型鍛件的成批或大批生產(chǎn)。如

21、圖6-23所示為典型模鍛件。,模鍛廣泛應(yīng)用于,國防工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)，按質(zhì)量計(jì)算模鍛件在飛機(jī)上占,85%,，坦克占,70%,，汽車占,80%,，機(jī)車占,60%,。,圖,6-23,典型模鍛件,按使用設(shè)備不同，模鍛可分為：錘上模鍛、胎模鍛、曲柄壓力機(jī)上模鍛、摩擦壓力機(jī)上模鍛、平鍛機(jī)上模鍛等。,1. 錘上模鍛,錘上模鍛即在模鍛錘上的模鍛。模鍛錘的構(gòu)造如圖6-24a所示，鍛模結(jié)構(gòu)如圖6-24b所示，由帶有燕尾的上模和下模組成。其運(yùn)動過程如動畫所示。,模膛根據(jù)其功能不同可分為制坯模膛和模鍛模膛兩大類：,1制坯模膛。用于將形狀復(fù)雜的模鍛件初步鍛成近似鍛件的模膛。又可分為：,1拔長模膛。減少坯料某局部橫截面積

22、，增加該局部長度，如圖6-25a所示。,2滾壓模膛。翻轉(zhuǎn)操作使零件成形的模膛。如圖6-25b所示。,圖,6-24a,模鍛錘,圖,6-24b,錘上鍛模,1,錘頭,2,上模,3,飛邊槽,4,下模,5,模墊,6,、,7,、,10,楔鐵,8,分模面,9,模膛,圖,6-25b,滾壓模膛,圖,6-25a,拔長模膛,a開式 b閉式,a開式 b閉式,3彎曲模膛。使坯料彎曲的模膛，如圖6-25-c所示。,4切斷模膛。如圖6-25d所示。,（,2,）模鍛模膛,1,）預(yù)鍛模膛,。為改善金屬流動條件，使鍛件最終成形前獲得接近終鍛形狀的模膛。,2,）終鍛模膛,。模鍛時最后成形用模膛，需有飛邊槽。帶沖孔連皮和飛邊的鍛件,

23、如圖,6-26,所示。,根據(jù)模鍛件的復(fù)雜程度，可將鍛模設(shè)計(jì)為單膛鍛模和多膛鍛模，簡單鍛件如齒輪坯可僅設(shè)計(jì)為單膛鍛模；對彎曲連桿可設(shè)計(jì)為多膛鍛模，,如圖,6-27,所示。,圖,6-25d,切斷模膛,圖,6-25c,彎曲模膛,圖,6-26,帶沖孔連皮和飛邊的模鍛齒輪坯,1,飛邊,2,分模面,3,沖孔連皮,4,鍛件,圖,6-27,彎曲連桿的模鍛過程,2.,胎模鍛,胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用簡單的非固定模具胎模生產(chǎn)模鍛件的一種工藝方法。其特點(diǎn)是，與自由鍛相比，生產(chǎn)率和鍛件精度較高，粗糙度低，節(jié)約金屬材料。與模鍛相比，節(jié)約了設(shè)備投資，簡化了模具制造。但生產(chǎn)率和鍛件質(zhì)量比模鍛低，勞動強(qiáng)度大，平安性差，模具

24、壽命低。胎模鍛適用于小型鍛件的中小批量生產(chǎn)。,胎模結(jié)構(gòu)可分為以下幾類，如圖6-28所示。,1摔模，用于鍛造回轉(zhuǎn)體鍛件；,2扣模，用于平整側(cè)面；,3套筒模，用于鐓粗鍛件；,4合模，用于鍛造比較復(fù)雜的鍛件。,圖,6-28,胎模種類,a摔模 b扣模 c開式套筒模 d閉式套筒模 e合模,3. 曲柄壓力機(jī)上模鍛,曲柄壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)與傳動原理如圖6-29所示，噸位一般為2001200kN；與錘上模鍛比，具有下述特點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：,1鍛造力是壓力，坯料的變形速度較低，可鍛造較低塑性合金；,2鍛造時滑塊的行程不變，每個變形工步在一次行程中即可完成，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，具有很高生產(chǎn)率；,3滑塊運(yùn)動精度高，并有鍛件

25、頂出裝置，使模鍛斜度、加工余量、鍛造公差減小，鍛件精度比錘上模鍛高。,4振動和噪聲較小，勞動條件改善。,圖,6-29,曲柄壓力機(jī),1電動機(jī) 2小帶輪 3大帶輪飛輪 4傳動軸 5小齒輪 6大齒輪 7離合器,8偏心軸 9連桿 10滑塊 11楔形工作臺 12下頂桿 13楔鐵 14頂出機(jī)構(gòu),15制動器 16凸輪,缺點(diǎn)：,1設(shè)備費(fèi)用高，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜；,2滑塊行程和壓力不能在鍛造過程中調(diào)整，因此不能進(jìn)行拔長、滾壓等制坯。,4.,摩擦壓力機(jī)上模鍛,摩擦壓力機(jī)是將飛輪旋轉(zhuǎn)所積蓄的能量轉(zhuǎn)化成金屬的變形能進(jìn)行鍛造的，屬鍛錘類鍛壓設(shè)備。其結(jié)構(gòu)與傳動原理如圖6-30所示。,摩擦壓力機(jī)上模鍛的特點(diǎn)如下：,1滑塊運(yùn)動速度

26、低，可鍛造低塑性合金鋼和有色金屬；,2承受偏心載荷能力差，僅適合單膛模鍛；,3打擊速度低，可采用組合模具，降低生產(chǎn)本錢，縮短生產(chǎn)周期；,圖,6-30,摩擦壓力機(jī),1,電動機(jī),2V,帶,3,摩擦盤,4,飛輪,5,螺桿,6,螺母,7,滑塊,8,導(dǎo)軌,9,機(jī)架,10,工作臺,12,操縱機(jī)構(gòu),4滑塊行程不固定，故工藝性廣泛。,5. 平鍛機(jī)上模鍛,平鍛機(jī)相當(dāng)于臥式的曲柄壓力機(jī)，它沿水平方向?qū)ε髁鲜┘渝懺靿毫?。其結(jié)構(gòu)和原理如圖6-31所示。其特點(diǎn)是：,1坯料都是棒料或管材，并且只進(jìn)行局部一端加熱和局部變形加工，因此可鍛造立式鍛壓設(shè)備上不能鍛造的某些長桿類鍛件。平鍛機(jī)上鍛件如圖6-32所示。,2鍛模有兩個分

27、模面，鍛件出模方便，可以鍛出在其它設(shè)備上難以完成的在不同方向上有凸臺或凹槽的鍛件。,3需配備對棒料局部加熱的專用加熱爐。,4是高效率、高質(zhì)量、容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的鍛造方法，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格貴，適用于大批量生產(chǎn)。,圖,6-31,平鍛機(jī)的工作情況和傳動系統(tǒng),1,電動機(jī),2,飛輪,3,離合器,4,傳動軸,5,制動器,6,曲軸,7,連桿,8,主滑塊,9,滾輪,10,凸模,11,擋板,12,固定凹模,13,坯料,14,活動凹模,15,橫滑塊,16,杠桿系統(tǒng),17,側(cè)滑塊,18,滾輪,19,凸輪,圖,6-32,平鍛機(jī)上鍛造的鍛件,6.精密模鍛,精密模鍛是在普通鍛壓設(shè)備上，裝置具有模腔形狀復(fù)雜近于產(chǎn)品零件形

28、狀、尺寸精度高的鍛模，直接鍛造出所要求的產(chǎn)品零件，如圖6-33所示的差速器行星錐齒輪。精密模鍛與一般模型鍛造相比，其特點(diǎn)是：,1鍛件公差小，外表質(zhì)量高；,2鍛件內(nèi)部形成按輪廓分布的封閉纖維組織，力學(xué)性能好。,3其缺點(diǎn)是模具制造復(fù)雜，對坯料尺寸和加熱質(zhì)量要求較高，僅適于大批量生產(chǎn)。,工藝要點(diǎn)：,1選擇合理的成形工藝與制造精密鍛造所用模具；,2選好坯料和加熱方法。,圖,6-33,差速器行星錐齒輪,差速器行星錐齒輪鍛件圖,精密模鍛壞料與凹模接觸情況,a),不合理,b),合理,6.2.2,板料沖壓,板料沖壓是利用裝在沖床上的沖模對金屬板料加壓，使之產(chǎn)生變形或別離，從而獲得零件或毛坯的加工方法。板料沖壓

29、又稱薄板沖壓或冷沖壓。,板料沖壓的特點(diǎn)：,1在常溫下加工，金屬板料必須具有足夠的塑性和較低的變形抗力。,2金屬板料經(jīng)冷變形強(qiáng)化，獲得一定的幾何形狀后，結(jié)構(gòu)輕巧，強(qiáng)度和剛度較高。,3沖壓件尺寸精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，一般不需機(jī)械加工即可作零件使用。,4沖壓生產(chǎn)操作簡單，生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。,5可以沖壓形狀復(fù)雜的零件，廢料少。,6沖壓模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，制造費(fèi)用高，只適用于大批量生產(chǎn)。,沖壓工藝廣泛應(yīng)用于,汽車、飛機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、儀表電器、輕工和日用品等工業(yè)部門。,6.2.2.1 板料沖壓的根本工序,板料沖壓的根本工序按變形性質(zhì)可分為別離工序和變形工序兩大類。,1. 別離工序

30、,使坯料的一局部與另一局部別離的工序。主要有：,1沖孔和落料沖裁 兩個工序的變形過程和模具結(jié)構(gòu)是一樣的，沖孔是在板料上沖出孔洞，而落料是得到與孔洞同樣形狀的板料。如圖6-34所示。,1沖裁過程分析。板料沖裁時有變形和別離兩個過程；如圖6-35所示，當(dāng)凸模向下運(yùn)動壓住板料時，板料受到擠壓，產(chǎn)生彈性變形并進(jìn)而產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)上下刃口附近材料內(nèi)的應(yīng)力超過一定限度后，即開始出現(xiàn)裂紋，裂紋擴(kuò)展，板料切離。,沖裁區(qū)可分為塌角、光亮帶、剪裂帶和毛刺四局部。光亮帶具有最好的尺寸精度和光潔的外表。其它三個區(qū)域降低沖裁件質(zhì)量。這與凹凸模間隙、刃口鋒利程度、模具結(jié)構(gòu)、材料的性質(zhì)，板料厚度等有關(guān)。,圖,6-34,落料

31、與沖孔示意圖,a),落料,b),沖孔,圖,6-35,沖裁過程,a),變形三階段,b),沖裁力的變化,c),沖裁零件斷面,3凹凸模刃口尺寸確實(shí)定。沖裁后，沖下件的尺寸和余料的相應(yīng)尺寸是不同的，二者相差數(shù)值為模具間隙的兩倍。故在設(shè)計(jì)沖孔模具時，應(yīng)使凸模刃口尺寸等于孔的尺寸，凹模刃口尺寸為孔的尺寸加兩倍間隙值；落料模具時，凹模刃口尺寸為成品尺寸，凸模刃口尺寸為成品尺寸減去相應(yīng)間隙值。模具間隙一般為板料厚度的5%10%。,2凸凹模間隙。間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力大小和模具壽命影響很大。間隙適宜，上下裂紋重合，斷口外表平整，毛刺小，沖裁力小。間隙太小，上下裂紋不重合，斷口中部出現(xiàn)撕裂，毛刺也會增大，還會加

32、速模具模損，沖裁質(zhì)量很快惡化；間隙太大，材料的拉伸變形增大，塌角、毛刺、剪裂帶均增大，沖裁質(zhì)量惡化。,4沖裁力計(jì)算。沖裁力是選用沖床噸位和檢驗(yàn)?zāi)＞邚?qiáng)度的主要依據(jù)，平刃沖模的沖裁力可用下式計(jì)算：,沖裁力，單位為,kN,；,沖裁件周邊長度，單位為,mm,；,板料剪切強(qiáng)度，單位為,MPa,；,板料厚度，單位為,mm,；,系數(shù)，與模具間隙、刃口、材料力學(xué)性能、厚度等有關(guān)，常取,1.3,。,式中,5沖裁件的排樣。排樣指落料件在條料、帶料或板料上進(jìn)行合理布置的方法。如圖6-36為四種不同排樣方法消耗材料的比照。排樣可分為無搭邊排樣圖6-36d和有搭邊排樣如圖6-36a、b、c)。,2修整。利用修整模沿沖裁

33、件的外緣或內(nèi)孔，切去一薄層金屬，以除去塌角、剪裂帶和毛刺，提高尺寸精度和降低外表粗糙度。修整沖裁件的外形為外緣修整，修整內(nèi)孔為內(nèi)緣修整。如圖6-37所示。,3切斷。指用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進(jìn)行別離的工序。剪刃安裝在剪床上，把大板料剪成條料或平板零件。,圖6-36 不同排樣方式材料消耗比照,a) b) c) d),圖,6-37,修正工序簡圖,a) 外緣修整 b內(nèi)緣修整,1-,凸模,2-,凹模,4精密沖裁。用壓邊圈使板料沖裁區(qū)處于靜壓作用下，抑制剪裂紋的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)塑性變形別離的沖裁方法。目前已大規(guī)模采用。,5切口。將材料沿不封閉的曲線局部地別離開，其別離局部的材料發(fā)生彎曲的沖壓方法。,2.

34、,變形工序,變形工序是使坯料的一局部相對于另一局部產(chǎn)生相對位移而不破裂的工序。,1拉深。是使平面板料變?yōu)殚_口的中空形狀零件的沖壓工序，又稱拉延。拉深件種類很多，大體可分為旋轉(zhuǎn)件、矩形件和復(fù)雜件，如圖6-38所示。對較深零件還可采用屢次拉深法，如圖6-39所示。,圖,6-38,各種拉深件,圖,6-39,拉深工序圖,1坯料 2第一次拉深的產(chǎn)品第二次拉深的坯料,3凸模 4凹模 5成品,1拉深變形過程。 拉深過程如圖6-40所示，板料在拉深過程中的變形過程和應(yīng)力分布如下圖，在凸模壓力作用下，處于凸模底部的板料被壓入凹模，形成筒底，在拉深過程中根本不變形，受徑向和切向拉應(yīng)力；拉深零件的側(cè)壁由底部以外的環(huán)

35、形局部變形后形成，受軸向拉應(yīng)力；尚未進(jìn)入凹模的環(huán)形區(qū)存在徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力。,由于上述應(yīng)力的作用，拉深件的壁厚在不同的部位有減薄或增厚的變化，側(cè)壁的上部增加最多，靠近底部的圓角部位附近，壁厚最小，也是拉深過程中最容易破裂的局部。底部和側(cè)壁的拉應(yīng)力應(yīng)限制在不使材料發(fā)生塑性變形內(nèi)，而環(huán)形區(qū)內(nèi)的徑向拉應(yīng)力應(yīng)到達(dá)或超過材料的屈服極限，任何部位的應(yīng)力總和應(yīng)小于強(qiáng)度極限。否那么會造成拉穿缺陷。同時環(huán)狀變形區(qū)的切向壓力很大，易使板料出現(xiàn)皺折，應(yīng)采取措施預(yù)防。,圖,6-40,拉深過程及變形和應(yīng)力,1,凸模,2,壓邊圈,3,板料,4,凹模,a變形過程 b應(yīng)力分布,2拉深板料的計(jì)算?？梢愿怕缘匕凑绽钋昂蠊ぜ?/p>

36、面積相等的原那么計(jì)算，對圓筒狀零件根據(jù)面積相等有：,3,）拉深系數(shù)與拉深次數(shù),。,拉深系數(shù)，板料拉深時的變形程度， ，即拉深后的工件直徑與板料直徑或半成品直徑之比。拉深系數(shù)越小，生產(chǎn)率越高，拉深應(yīng)力越大。能保證拉深過程正常進(jìn)行的最小拉深系數(shù)，稱為極限拉深系數(shù)。它與材料的內(nèi)部組織、力學(xué)性能、板料相對厚度、沖模的圓角半徑、間隙值及潤滑條件有關(guān)。對不能一次拉,零件高度；,切邊余量。,式中,制成形的可屢次拉深，拉深系數(shù)可取大些。,4拉深廢品及缺陷。拉深過程中，環(huán)狀變形區(qū)的切向壓力很大，當(dāng)毛坯中多余三角形不能順利變厚及沿高度方向伸長時，易使板料出現(xiàn)皺折，嚴(yán)重時導(dǎo)致坯料拉穿。如圖6-41所示。,預(yù)防措施：

37、,1拉深模具的工作局部，應(yīng)加工成合理的圓角，,2控制凸模和凹模之間的間隙；,3合理的拉深系數(shù)；,4為減少由于摩擦引起的拉深件內(nèi)應(yīng)力的增加及減少模具磨損，應(yīng)涂潤滑劑。,5為防止皺折，通常用壓邊圈將工件壓住，但壓力應(yīng)適中。,圖,6-41,起皺與拉穿,a),起皺,b),拉穿,2彎曲。 彎曲是將平直板料彎成一定角度和圓弧的工序。如圖6-42所示變形區(qū)外層金屬受切向拉應(yīng)力作用，發(fā)生伸長變形；內(nèi)層金屬受切向壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生壓縮變形；在這兩個應(yīng)力-應(yīng)變區(qū)之間存在一個不產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變的中性層，位置在板料的中心部位。,彎曲變形區(qū)的外表層存在最大的切向拉應(yīng)力和最大的伸長變形，是最危險的部位。如果最大拉應(yīng)力超過材料

38、的強(qiáng)度極限，那么會造成板料破裂。最大拉應(yīng)力與彎曲半徑、板料厚度、材料性能有關(guān)。彎曲時應(yīng)使實(shí)際彎曲半徑大于材料允許的最小半徑，并使拉應(yīng)力方向和鍛造流線方向一致。如圖6-43所示。,彈復(fù)回彈：塑性彎曲使板料產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，當(dāng)外載荷去除后，彈性變形局部恢復(fù)，從而使板料產(chǎn)生與彎曲方向相反的變形 。如圖6-44所示。,彎曲過程 b彎曲產(chǎn)品,1工件 2凸模 3凹模,圖,6-42,彎曲過程中金屬變形簡圖,圖,6-43,彎曲時的纖維方向,圖,6-44,彎曲時的回彈現(xiàn)象,1,回彈前,2,回彈后,彈復(fù)現(xiàn)象會影響彎曲件的尺寸精度。材料的屈服強(qiáng)度越高，彈復(fù)角越大；彎曲半徑越大，彈性變形所占比例越大，彈復(fù)角越大

39、；彎曲半徑不變時，彎曲角越大，彈復(fù)角越大。,克服彈復(fù)現(xiàn)象的措施有：,1增大凸模壓下量，或適當(dāng)改變模具尺寸，使彈復(fù)后到達(dá)零件要求。,2改變彎曲時的應(yīng)力狀態(tài)，把彈復(fù)現(xiàn)象限制在最小范圍內(nèi)。,3翻邊。 是使平板坯料上的孔或外圓獲得內(nèi)、外凸緣的變形工序。如圖6-45所示。,4成形。利用局部變形使坯料或半成品改變形狀的工序。如壓肋、收口、脹形等。如圖6-46所示為橡皮壓肋和橡皮脹形。,圖,6-45,翻邊簡圖,1,坯料,2,翻邊,3,凸模,4,凹模,圖,6-46,成形工序簡圖,a),壓肋,b),脹形,1.,簡單模,在壓力機(jī)的一次行程中只完成一道工序的模具，,如圖,6-47,所示。模具結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適于

40、小批量生產(chǎn)。,6.2.2.2,沖模的分類與構(gòu)造,2. 連續(xù)模,連續(xù)模又稱級進(jìn)模，在沖床的一次行程中，在模具不同部位上同時完成數(shù)道沖壓工序的模具，如圖6-48所示。連續(xù)模生產(chǎn)效率高、易于實(shí)現(xiàn)自動化，但定位精度要求高，制造本錢高，適于大批量生產(chǎn)。,3. 復(fù)合模,在壓力機(jī)的一次行程中，在模具的同一位置完成一道以上工序的模具，如圖6-49所示的落料拉深復(fù)合模。零件精度高、平整性及生產(chǎn)率高，但模具制造復(fù)雜本錢高，適于大批量生產(chǎn)中小型零件。,圖,6-47,簡單模,1,凸模,2,凹模,3,上模板,4,下模板,5,模柄,6,凸模壓板,7,凹模壓板,8,卸料板,9,導(dǎo)板,10,定位銷,11,導(dǎo)套,12,導(dǎo)柱,圖

41、,6-48,連續(xù)模,1,落料凸模,2,定位銷,3,落料凹模,4,沖孔凸模,5,沖孔凹模,6,卸料板,7,坯料,8,成品,9,廢料,a),沖壓前,b),沖壓時,圖,6-49,落料及拉深復(fù)合模,1擋料銷 2、3凸凹模(落料凸模、拉深凹模) 4條料,5壓板卸料器 6落料凹模 7拉深凸模 8頂出器,9落料成品 10開始拉深件 11零件(成品) 12廢料,a),沖壓前,b),沖壓時,6.2.3,其他塑性加工方法,1. 擠壓成形,擠壓成形是使坯料在外力作用下，使模具內(nèi)的金屬坯料產(chǎn)生定向塑性變形，并通過模具上的孔型，而獲得具有一定形狀和尺寸的零件的加工方法。,擠壓的優(yōu)點(diǎn)：,1可提高成形零件的尺寸精度，并減小

42、外表粗糙度。2具有較高的生產(chǎn)率，并可提高材料的利用率。,3提高零件的力學(xué)性能。,4擠壓可生產(chǎn)形狀復(fù)雜的管材、型材及零件。,缺點(diǎn)：變形阻力大，需能量較大的鍛壓設(shè)備，模具易磨損。,成形方式：,根據(jù)成形時溫度的不同可分為：,1熱擠壓：在擠壓前，將金屬坯料加熱，使坯料在一般鍛造溫度范圍內(nèi)進(jìn)行擠壓。塑性好，變形抗力小，但對模具的耐熱性能要求高，且零件尺寸精度較低，外表較粗糙。,2溫?cái)D壓：將金屬加熱到一定溫度對鋼材一般為8000C以下，再擠壓。既利用其塑性好，變形抗力低；又可提高尺寸精度，減小外表粗糙度。,3冷擠壓：使金屬在室溫狀態(tài)下擠壓成形。變形抗力大，但零件尺寸精度高，外表粗糙度低。冷擠壓成形所產(chǎn)生的

43、加工硬化作用，提高零件的強(qiáng)度。適用于變形抗力較低，塑性較好的有色金屬及其合金、低碳鋼、低碳合金鋼。,根據(jù)金屬的流動方向和凸模運(yùn)動方向的關(guān)系可分為：,1正擠壓：兩者方向相同，如圖6-50a所示。,2反擠壓：兩者方向相反，如圖6-50b所示。,3復(fù)合擠壓：兩方向同時發(fā)生，如圖6-50c所示。,4徑向擠壓：金屬的流動方向與凸模運(yùn)動方向垂直。如圖6-50d所示。,圖,6-50,擠壓的幾種方式,a),b),c),d),a),正擠壓,b),反擠壓,c),復(fù)合擠壓,d),徑向擠壓,1,凸模,2,凹模,3,坯料,4,擠壓產(chǎn)品,2.軋制成形,軋制也叫壓延，是金屬坯料通過一對旋轉(zhuǎn)軋輥之間的間隙而使坯料受擠壓產(chǎn)生橫

44、截面減少、長度增加的塑性變形過程。它是生產(chǎn)型材、板材和管材的主要方法。生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、本錢低、節(jié)約金屬。,按軋輥的形狀、軸線配置等的不同，軋制可分為：輥鍛、輾環(huán)、橫軋、斜軋。,1輥鍛：使坯料通過一對旋轉(zhuǎn)的裝有圓弧形模塊的軋輥時受輾壓而變形的加工方法，如圖6-51所示。這種方法用于制造扳手、鉆頭、連桿等。,2輾環(huán)：通過擴(kuò)大環(huán)形坯料的內(nèi)、外徑來獲得各種環(huán)形零件的工藝方法，如圖6-52所示。這種方法用于加工火車輪箍、軸承座圈、齒輪及凸緣等。,圖,6-51,輥鍛,1,鍛輥,2,模塊,3,坯料,圖,6-52,輾環(huán),1,驅(qū)動輥,2,芯輥,3,坯料,4,導(dǎo)向輥,5,信號輥,3橫軋：軋輥軸線與坯料軸線

45、平行，且軋輥與坯料作相對轉(zhuǎn)動的軋制方法；如圖6-53所示為齒輪橫軋。,4斜軋：軋輥相互傾斜配置，以相同方向旋轉(zhuǎn)，坯料在軋輥的作用下反方向旋轉(zhuǎn)，同時作軸向運(yùn)動的軋制方法，如圖6-54a軋制鋼球，圖6-54b軋制周期變截面型材。,5楔橫軋：利用兩個外外表鑲有楔形凸塊、作同向旋轉(zhuǎn)的平行軋輥對沿軋輥軸向送進(jìn)的坯料進(jìn)行軋制的方法，如圖6-55所示，主要用于加工階梯軸、錐形軸等。,3. 拉拔成形,拉拔是使金屬坯料通過一定形狀的?？?，使其橫截面減小、長度增加的加工方法，如圖6-56所示。產(chǎn)品形狀尺寸精確、外表質(zhì)量好、機(jī)械強(qiáng)度高，常用于拔制金屬絲、細(xì)管材和異型材等。,圖,6-53,熱軋齒輪示意圖,1,帶形軋輪

46、,2,坯料,3,感應(yīng)加熱器,圖,6-54,螺旋斜軋,a),軋制鋼球,b),軋制周期變截面型材,圖,6-55,兩輥式斜橫軋,1,導(dǎo)板,2,軋件,3,帶楔形凸塊的軋輥,圖,6-56,拉拔示意圖,1,模具,2,坯料,4.,超塑性成形,超塑性是指金屬材料在特定條件下所表現(xiàn)出極大的異常塑性的現(xiàn)象。利用材料的超塑性進(jìn)行成形的方法即為超塑性成形，,如圖,6-57,所示。其變形抗力低、充模性能好、工件尺寸精確、力學(xué)性能好。,5.,擺動輾壓,上模軸線相對坯料軸線傾斜一個角度，上模一邊繞軸線旋轉(zhuǎn)，一邊對坯料進(jìn)行壓縮的加工方法。,如圖,6-58,所示。局部變形，無沖擊，噪聲振動小，生產(chǎn)率高；常用于加工回轉(zhuǎn)體類、盤類

47、零件，如汽車半軸、齒輪等。,6.,液態(tài)模鍛,將定量的熔化金屬液倒入凹模型腔內(nèi)，在金屬液即將凝固或半凝固狀態(tài)下用沖頭加壓，使其凝固成形的加工方法。,圖,6-57,塑性板料拉深示意圖,1,凸模,2,壓板,3,凹模,4,電熱元件,5,板料,6,-,高壓油孔,7,工件,a),拉深過程,b),成品件,圖,6-58,擺動輾壓,7.,高速高能成形,在極短時間內(nèi)將化學(xué)能、電能、電磁能或機(jī)械能傳遞給坯料，使之迅速成形的加工方法，如爆炸成形、電液成形、電磁成形等。,思考題：,1. 試述錘上模鍛的鍛模模膛的分類。,2. 沖裁時，板料的變形和別離過程如何？,3. 試為以下零件選擇塑性成形方法。,發(fā)動機(jī)曲軸、大型水輪機(jī)

48、軸、汽車大梁、鋁飯盒、無切削齒輪、鋼球。,第,3,節(jié) 塑性成形工藝設(shè)計(jì),3.6.1,自由鍛工藝規(guī)程的制訂,自由鍛的工藝規(guī)程包括：繪制鍛件圖，計(jì)算坯料的重量和尺寸，確定變形工步，選定設(shè)備和工具，確定鍛造溫度范圍，加熱、冷卻及熱處理的方法及標(biāo)準(zhǔn)等。,1.,繪制鍛件圖,鍛件圖是根據(jù)零件圖，并考慮加工余量，鍛造公差和余塊等繪制而成。它是計(jì)算坯料、確定變形工藝、設(shè)計(jì)工具和檢驗(yàn)鍛件的依據(jù)。,加工余量，鍛造公差和余塊及典型鍛件圖的畫法,如圖,6-59,所示。,圖,6-59,加工余量、余塊及鍛件圖的畫法,1坯料質(zhì)量。 坯料質(zhì)量為鍛件質(zhì)量與鍛造時各種金屬損耗的質(zhì)量之和。可用下式計(jì)算：,2.,計(jì)算坯料質(zhì)量和尺寸,

49、坯料質(zhì)量；,鍛件質(zhì)量；,坯料加熱時因氧化而燒損質(zhì)量，常取鍛件的,2.5%,；,沖孔時的芯料質(zhì)量；,鍛造中被切掉部分的質(zhì)量。,式中,2坯料尺寸。 首先根據(jù)坯料質(zhì)量計(jì)算出坯料體積，然后考慮鍛造比和變形方式等因素確定坯料截面尺寸，最后計(jì)算出長度尺寸或鋼錠尺寸。,3. 確定變形工序,確定變形工序的依據(jù)是鍛件的形狀特征、尺寸、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等。包括確定鍛件成形所必需的根本工序、輔助工序和精整工序，以及設(shè)備和工具 。對軸桿類采用拔長為根本工序；對空心類采用鐓粗加沖孔；對曲軸類采用拔長和錯移。,工藝規(guī)程還包括選擇鍛造設(shè)備、確定加熱火次、確定工夾具、加熱設(shè)備、加熱及冷卻標(biāo)準(zhǔn)、熱處理及鍛件的后續(xù)熱

50、處理等。,3.6.2,自由鍛工藝規(guī)程實(shí)例,現(xiàn)以冷軋軋輥為例，確定其工藝卡,如表,3-1,所示。,6.6.3,模鍛工藝規(guī)程的制訂,模鍛工藝規(guī)程包括制訂鍛件圖、計(jì)算坯料尺寸、確定模鍛工步模膛、選擇設(shè)備及安排修整工序等。,1.,制訂鍛件圖,鍛件圖是生產(chǎn)和檢驗(yàn)鍛件及設(shè)計(jì)鍛模的依據(jù)。制訂鍛件圖時應(yīng)考慮如下問題：,1分模面確實(shí)定。 分模面即是上下鍛模在模鍛件上的分界面，其位置影響鍛件成形、鍛件出模、模具加工、工步安排、金屬材料消耗和鍛件質(zhì)量。應(yīng)遵循以下原那么。,表3-1冷軋軋輥?zhàn)杂慑懝に嚳?續(xù),圖,6-60,分模面的選擇比較,保證模鍛件能從模膛取出，應(yīng)在最大截面處分模；如圖6-60所示， 面不合理。,防止

51、錯模，應(yīng)使上下模膛輪廓相同。如圖6-60所示， 面不合理。,應(yīng)使模膛深度最淺，以利于金屬充滿模膛，模具加工；如圖6-60所示， 面不適宜。,節(jié)約金屬、減少切削加工量。如圖,6-60,所示， 面無法鍛出孔。,使分模面為平面，并使上下模膛深度基本一致。如圖,6-60,所示， 面分型最合適。,2確定加工余量、公差、余塊、模鍛斜度、圓角半徑、沖孔連皮。,加工余量、公差、余塊：比自由鍛件小，孔應(yīng)有沖孔連皮。,模鍛斜度：為取出模鍛件，在平行于錘擊方向的外表設(shè)計(jì)的斜度。如圖6-61a所示。,圓角半徑：在模鍛件上所有兩平面的交角處均需做成圓角，如圖6-61b所示，以增加鍛件強(qiáng)度，使鍛造時金屬易于充填模膛，防止

52、裂紋，減輕鍛模磨損。,最后繪制鍛件圖，,如圖,6-62,為齒輪坯的模鍛件圖。,圖,6-61a,模鍛斜度,圖,6-61b,模鍛圓角半徑,圖,6-62,齒輪坯模鍛件圖,2.,確定模鍛工步,模鍛工步主要根據(jù)模鍛件的形狀和尺寸來確定。,1長軸類。 長度明顯大于其寬度和高度的零件，如臺階軸、曲軸、連桿等，如圖6-63所示。鍛造時常選用拔長、滾壓、彎曲、預(yù)鍛、終鍛等工步。,2盤類。 軸向尺寸較短，在分模面上投影為圓形或長寬尺寸相近的零件，如齒輪、凸緣、十字軸等，如圖6-64所示。常采用鐓粗、終鍛等工步。,圖,6-63,長軸類鍛件,圖,6-64,盤類鍛件,3.,坯料計(jì)算,計(jì)算方法與自由鍛相同，包括鍛件、飛邊

53、、連皮、鉗口料頭和氧化皮的質(zhì)量。,4. 選擇模鍛設(shè)備,5. 安排修整工序,1切邊和沖孔，如圖6-65所示。,2校正。,3熱處理。正火或退火。,4清理。去除氧化皮、油污及其他外表缺陷。,5精壓。平面精壓或體積精壓，如圖6-66所示。,圖,6-65,切邊模和沖孔模,a),切邊模,b),沖孔模,圖,6-66,精壓,a),平面精壓,b),體積精壓,第,4,節(jié) 塑性加工方法的結(jié)構(gòu)工藝性,6.4.1,自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性,自由鍛采用簡單和通用性的工具，因此鍛件設(shè)計(jì)時應(yīng)在滿足使用要求的前提下采用簡單規(guī)那么的形狀。如表3-2所示。如圖6-67所示為自由鍛鍛件類型。,6.4.2,模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性,設(shè)計(jì)模鍛件時

54、，應(yīng)根據(jù)模鍛特點(diǎn)和工藝要求，使零件結(jié)構(gòu)符合以下原那么：,1模鍛件應(yīng)具備合理的分模面。,2僅配合外表設(shè)計(jì)為加工面，其余為非加工面，與錘擊方向平行的非加工面應(yīng)有模鍛斜度，連接面應(yīng)有圓角。,表,3-2,自由鍛件結(jié)構(gòu)工藝性要求,表3-2 自由鍛件結(jié)構(gòu)工藝性要求 續(xù),圖,6-67,自由鍛鍛件類型,3零件外形應(yīng)簡單、平直和對稱，截面相差不宜過于懸殊，防止高肋、薄壁、凸起等不利于成形的結(jié)構(gòu)。如圖6-68所示的a、b、c均不利成形，而d較好。,4應(yīng)防止窄溝、深槽、深孔及多孔結(jié)構(gòu)，以利于充填和模具制造。,5形狀復(fù)雜的鍛件應(yīng)采用鍛-焊或鍛-機(jī)械連接組合工藝，以減少余塊，簡化模鍛工藝。,6.4.3,板料沖壓件的結(jié)構(gòu)

55、工藝性,設(shè)計(jì)沖壓件時，應(yīng)在滿足使用要求的前提下，具有良好的沖壓工藝性能，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、節(jié)約金屬材料、降低生產(chǎn)本錢。,圖,6-68,模鍛零件形狀,1. 對各類沖壓件的共同要求,1盡量選用普通材料，盡量采用較薄板料和加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)，如圖6-69所示；,2盡量采用簡單而對稱的外形，使坯料受力均衡，簡化工序，便于模具制造，如圖6-70所示；,3精度要求不宜過高，否那么增加精壓工序；,4改進(jìn)結(jié)構(gòu)，簡化工藝，節(jié)約材料，如圖6-71的沖焊組合結(jié)構(gòu)，圖6-72的沖口工藝。,2. 對沖裁件的要求,1工件外形應(yīng)盡量符合既好又無廢料的排樣要求，如圖6-73所示；,2沖孔時應(yīng)力求簡單、對稱，盡量采用圓形、

56、矩形等規(guī)那么形狀；,圖,6-69,加強(qiáng)肋,a),無加強(qiáng)肋,b),有加強(qiáng)肋,圖6-70 消聲器后蓋形狀的改進(jìn),a改進(jìn)前 b改進(jìn)后,圖,6-71,沖,-,焊結(jié)構(gòu),圖,6-72,沖口工藝應(yīng)用,圖,6-73,零件形狀與材料利用率的關(guān)系,3防止長槽與細(xì)長懸臂結(jié)構(gòu)，如圖6-74為不合理結(jié)構(gòu)；,4圓孔直徑、方孔邊長、孔距等符合圖6-75的要求；,5沖裁線相交處應(yīng)有圓角過渡，以防止模具開裂。圓角半徑應(yīng)大于個板厚。,3. 拉深件的要求,1外形力求簡單，盡量采用軸對稱形狀，以減少拉深次數(shù)；,2盡量防止深度過大；,3拉深件的圓角半徑要適宜。,圖,6-74,不合理的長槽結(jié)構(gòu),圖,6-75,沖孔件尺寸與厚度的關(guān)系,4.對彎曲件的要求,1彎曲件形狀盡量對稱，彎曲半徑不得小于材料允許的最小半徑。,2彎曲邊不宜過短；,3彎曲帶孔件時，孔的位置應(yīng)大于1.52個板厚。如圖6-76所示。,圖,6-76,彎曲件結(jié)構(gòu)工藝性,a),彎曲邊高,b),帶孔的彎曲件,第5節(jié) 塑性成形新開展,1.,精密塑性成形技術(shù),如精沖技術(shù)、超塑性成形技術(shù)、航空制造技術(shù)、冷擠壓技術(shù)、成形軋制、無飛邊熱模鍛技術(shù)、溫鍛技術(shù)、多向模鍛技術(shù)等。,2.,快速制模技術(shù),快速成形技術(shù)的應(yīng)用。,3.,塑性成形的計(jì)算機(jī)模擬,思考題：,1.自由鍛和模鍛的工藝規(guī)程分別包括哪些主要內(nèi)容？,2.以下圖所示零件采用模鍛制坯，試修改設(shè)計(jì)不合理結(jié)構(gòu)，并說明理由；繪制鍛件圖。,