金属工艺学文本教案

金属工艺学文本教案内容摘要：

终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。 有飞边槽，斜度、圆角小 ②制坯模膛：形状复杂的模锻件，使金属能合理分布，接近锻件形状，更容易地充满模膛 Ⅰ 拔长模膛：减少坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度（图 ） 模锻件沿轴向横截面积相差较大时使用。 Ⅱ 滚压模膛：减少坯料某一部分的横截面积，以增加另一部分的横截面积 （图 ） Ⅲ 弯曲模膛：对于弯曲的杆类模锻件进行弯曲（图 ） Ⅳ 切断模膛：在上模与下模的角上组成一对刃口，用来切断金属（图 ） （ 2）制定模锻工艺规程 ①绘制模锻件 图 Ⅰ分模面 ：上下锻模在模锻件上的分界面 表示方法： a— — — — a 确定原则：图 ⅰ确保模锻件能从模膛中取出，应选在模锻件最大尺寸的截面上。 ⅱ上下模膛在分模面处轮廓一致，以防止发生错模 ⅲ选在能使模膛深度最浅的位置处，便于充满模膛 ⅳ应使零件上所加的敷料最少 ⅴ分模面应为一个平面，使模膛深度基本一致，差别不宜过大，便于制造锻模 综合分析，图 中的 dd面是最合理的分模面。 Ⅱ余量、公差、敷料及冲孔连皮 余量一般为 1~4mm，公差一般取在177。 (~3) mm 之间。 当模锻件孔径 d 25mm 时孔应锻出，但需留冲孔连皮。 冲孔连皮的厚度与孔径 d 有关，当孔径为 30~80mm 时 ,冲孔连皮的厚度为4~8mm。 Ⅲ 模锻斜度 模锻件上平行于锤击方向的表面必须具有斜度，以便于从模膛中取出锻件。 ① 模锻模膛 图 分模面的选择 16 对于锤上模锻，模锻斜度一般为 5176。 ~15176。 模锻斜度与模膛深度和宽度有关。 模膛深度与宽度的比值 (h/b)越大，取的斜度值也越大。 α 2＝α 1＋（ 2176。 ~5176。 ） α 1外壁斜度（即当锻件冷却时锻件与模壁离开的表面） α 2内壁斜度（即当锻件冷却时锻件与模壁夹紧的表面） Ⅳ 模锻圆角半径 在模锻件上所有两平面的交角处均需做成圆 角 目的：增大锻件强度 便于金属流动，充满模膛 避免锻模上的内尖角处产生裂纹（应力集中） 减缓锻模外尖角处的磨损，从而提高锻模的使用寿命。 R＝（ 2~3） r R内圆角半径， r外圆角半径 r＝ ~12mm 模膛深度越深，圆角半径取值就越大。 ②确定模锻工步 主要根据模锻件的形状和尺寸来确定 Ⅰ长轴类模锻件 （图 ， ） 锻件长度与宽度之比较大，锻造过程中锤击方向垂直于锻件的轴线。 常采用拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻等。 Ⅱ盘类模锻件 （图 ） 长、宽比近似为 1 的锻件，常选用镦粗、终锻等工步 ③修整工序 Ⅰ切边和冲孔 切去飞边和连皮 Ⅱ校正： 切边之后，锻件变形，在终锻模膛及专门的校正模中进行校正 Ⅲ热处理： 清除模锻件的过热组织或加工硬化组织，使模锻件具有所需的力学性能，正火或退火 Ⅳ清理： 去除氧化皮、油污及其他表面缺陷（残余毛刺）酸洗、滚筒处理、喷丸处理 用于模锻生产的压力机有摩擦压力机、曲柄压力机、平锻压力机、模锻水压机等。 （ 1）摩擦压力机上模锻（螺旋压力机） Ⅰ原理： 图 Ⅱ吨位： 机械： 80000KN 常用 10000KN 以下 液压： 120200KN（国内） Ⅲ模锻特点： ⅰ 滑块行程不固定，具有锤的功能。 ⅱ 滑块运动速度慢，再结晶过程可以充分进行，特别适合于锻造低塑性合金钢和有色金属 (如铜合金 )等。 ⅲ 滑块打击速度慢，设备有顶料装置，可以使用整体式锻模，组合模具，锻件形状可以非常复杂，简化加工，省料，降低成本。 ⅳ 承受偏心载荷能力差，适于单膛模锻。 对于形状复杂的锻件，需要在自由锻设备或其它设备上制坯。 图 摩擦压力机传动简图 图 曲柄压力机传动简图 17 （ 2）曲柄压力机上模锻 Ⅰ原理： 图 Ⅱ吨位： 2020～ 125000KN（种类、吨位规格很多） Ⅲ模锻特点： ⅰ 行程固定，有良好 的导向和顶料装置，锻件精度高。 ⅱ 可采用组合模具，制造简单，更换容易，节省贵重模具材料，降低成本。 ⅲ 设备有顶料装置，可用于杆类件的端部镦粗。 ⅳ 滑块行程一定，只能一次成形，复杂件应采用多台设备成形，不宜进行拔长和滚压工步。 Ⅴ 适于大批量生产，但设备复杂，造价高 167。 板料冲压成形 板料冲压：利用模具使板料产生分离或成形的加工方法。 （一般板料厚度 4mm,不需加热，亦称冷冲压。 8～ 10mm 以上时，热冲压） 特点：（ 1）零件形状复杂，废料少。 （ 2）产品精度高，互换性好 （ 3）产品质量小，材料消耗 少，强度、刚度高 （ 4）操作简单，生产率高，成本低 冲压设备： （ 1）剪床：下料用设备，将板料剪成一定宽度的条料，以供冲压之用。 （ 2）冲床：实现冲压工序，制成所需形状和尺寸的产品的设备，最大吨位可达 40000kN。 冲压工序：分离工序和成形工序两大类 一．分离工序 使坯料的一部分相对另一部分发生分离的工序 ：使坯料沿封闭轮廓分离的工序 落料：制坯工序，被分离部分为成品，周边是废料 冲孔：加工工序，被分离部分是废品，周边是成品 （ 1）冲裁变形过程：图 三个阶段： ①弹性变形阶段 冲 头接触板料后，继续向下运动的初始阶段，使板料产生弹性压缩、拉伸与弯曲等变形，这时冲头略挤入材料，板料另一侧也略挤入凹模口。 随着冲头的继续压入，板料中的应力迅速增大，达到弹性极限。 此时，凸模（冲头）处的材料略有弯曲，凹模上的材料则向上翘。 凸、凹模之间的间隙越大，弯曲和上翘越明显。 ②塑性变形阶段 冲头继续压入，压力增加，板料中的应力值达到屈服极限时，则产生塑性变形，即进入塑性变形阶段。 随着冲头挤入材料的深度逐渐增大，塑性变形程度逐渐增大，材料内部的拉应力和弯矩都增大，位于凸凹模刃口处的材料硬化加剧，出现微裂纹 ，塑性变形阶段结束。 此阶段除剪切变形外，还存在弯曲和拉伸变形。 间隙越大，弯曲和拉伸也越大。 图 冲裁变形过程 18 ③断裂分离阶段 冲头继续压入，已形成的上、下微裂纹逐渐扩大并向材料内延伸，像楔形那样发展，当上、下裂纹相遇重合时，材料被剪断分离。 冲裁件断裂面有明显的区域特征 光亮带：冲头挤压切入所形成的光滑表面，断面质量最佳 剪裂带：剪裂带，是材料在剪断分离时所形成的断裂带，表面粗糙 （ 2）凸凹模间隙 间隙过大：断面质量差，光亮带小一些，剪裂带和毛刺均较大 间隙过小：断面质量好，光亮带增大，但毛刺也增大，模具磨损严重，寿命受影响。 合理选择模具间隙，主要考虑冲裁件断面质量和模具寿命这两个主要的因素。 一般说来，当对冲裁件断面质量要求较高时，应选取较小的间隙值，而当冲裁件的质量要求不高时，则应可能地加大间隙值，以利于提高冲模的寿命。 （ 3）凸、凹模刃口尺寸确定： 冲孔件：尺寸取决于凸模刃口尺寸。 设计时，取凸模作设计基准件，然后根据凸凹模间隙 Z 值确定凹模尺寸（即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值）。 落料件：尺寸取决于凹模刃口的尺寸。 设计落料模时，取凹模作设计基准件，然后根据凸凹模间隙 Z 值确定凸模尺寸（即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值）。 （ 4）冲裁力： 平刃冲裁： kLSP 或 bLSP  式中 P— 冲裁力， N； L— 冲裁周边长度， mm； S— 坯料厚度， mm τ — 材料抗剪强度， MPa； k— 系数，一般可取 k= σ b－材料强度 τ ＝ b 2．修整： 利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，切掉冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺，提高精度。 （ 1）外缘修整：修整冲裁件外形，图 （ 2）内孔修整：修整冲裁件内孔，图 3．剪切（切断）： 利用剪刃或模具使坯料沿不封闭轮廓线分离的工序。 二 变形工序 利用模具使板料的一部分相对于另一部分产生位移而又不破裂的工序。 （ 1）原理（圆筒形件的拉深）：（图 ）利用模具使平板坯料变成开口空心零件的成形工序。 过程：在凸模作用下，板料产生塑性变形，被拉入凸模和凹模的间隙中，形成空心零件。 特点：ⅰ 法兰部分向内收缩（毛坯变化图） 图 修整工序简图 图 拉深工序 19 ⅱ 板厚基本不变。 ⅲ 压边力以法兰不起皱为准 ⅳ 模具间隙 Z＝（ ～ ） s （ 2）拉深系数： m=d/D 其中： d— 拉深件直径（中性层） D— 拉深前毛坯直径 m意义：ⅰ 拉深系数是衡量变形程度的指标 m↓，变形程度↑ ⅱ 确定拉深成形成功与否的判据 一般： m≥ ~（极限拉深系数） 多次拉深： 当实际拉深系数 m[m]（极限拉深系数）常采用多次拉深工艺，（图 和） 多次拉深过程中加工硬化现象严重。 为保证坯料具有足够的塑性，生产中坯料经过一两 次拉深后，应安排工序间的退火处理。 其次，在多次拉深中，拉深系数应一次比一次略大些，确保拉深件质量，使生产顺利进行。 总拉深系数等于每次拉深系数的乘积。 （ 3）拉深件的成形质量问题 Ⅰ破裂：多发生在直壁与底部的过渡圆角处。 （图 ） 主要原因：ⅰ凸、凹模圆角半径设计不合理。 凸、凹模圆角半径（尤其是Rd）过小，容易拉裂。 普通低碳钢板， Rd=（ 6～ 15） S， Rp=（ ～ 1） Rd ⅱ凸凹模间隙不合理，间隙过小，模具与工件摩擦增大，易拉裂工件，擦伤工件表面，降低模具寿命，一般拉深模间隙 Z＝ （ ～ ） S ⅲ拉深系数过小， m值过小时，板料变形程度加大，拉深件直壁部分承受的拉力也加大，当超出其承载能力时，即会被拉断。 ⅳ模具表面精度和润滑条件差，增大摩擦阻力 Ⅱ起皱：多发生在拉深件的法兰部分。 凹模入口区 压边力过小，相对厚度 S/D，拉深系数 m过小。 2．弯曲成形 坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的变形工序 （ 1）分类： V 形弯曲、 U 形弯曲 （ 2）最小弯曲半径： rmin=（ ~1） S （ 3）坯料纤维方向：与弯曲线垂直（图 ） （ 4）回弹：回弹角 0176。 ～ 10176。 胀形是利用坯料局部厚度变薄形成零件的成形工序。 是冲压成形的一种基本形式，也常和其他方式结合出现于复杂形状零件的冲压过程之中。 胀形主要有平板坯料胀形、管坯胀形、球体胀形、拉形等几种方式。 （ 1）平板坯料胀形： Ⅰ原理：图 平板坯料放在凹模上，加压边圈并在压边圈上施加足够大的压边力，当凸模向凹模内压入时，坯料被压边圈压住不能向凹模内收缩，只能靠凸模底部坯料的不断变薄，来实现变形过程。 图 弯曲时的纤维方向 图 平板坯料胀形 20 Ⅱ特点：ⅰ 坯料直径不变 ⅱ 压边力足够 ⅲ 变形只靠凸模底 部坯料厚度变薄来实现 Ⅲ应用：压制突起、凹坑、加强筋、花纹图及印记等，和拉深成形结合，用于增大汽车覆盖件刚度。 （ 2）管坯胀形：（图 ） Ⅰ原理：在凸模压力的作用下，管坯内的橡胶变形，直径增大，将管坯直径胀大，靠向凹模。 胀形结束后，凸模抽回，橡胶恢复原状，从胀形件中取出。 凹模采用分瓣式，从外套中取出后即可分开，将胀形件从中取出。 有时也可以用液体或气体代替橡胶。 Ⅱ应用：复杂的空心零件，例如波纹管、高压气瓶等。 （ 3）球体胀形（图 ） Ⅰ原理：用焊接方法将板料焊成多面体，然后向其内部用液体或 气体打压。 在强大压力作用下，板料发生塑性变形，多面体变成球体。 Ⅱ应用：大型容器制造，石油化工，冶金，造纸等。 （ 4）拉形：（图 ） Ⅰ原理：在强大的拉力作用下，使坯料紧靠在模型上并产生塑性变形。 Ⅱ应用：薄板，曲率半径很大的曲面形状零件，如飞机的蒙皮等。 在坯料的平面或曲面部分上，使坯料沿一定的曲线翻成竖直边缘的冲压方法。 翻边的种类较多，常用的是圆孔翻边。 Ⅰ原理（圆孔翻边）：图 翻边前坯料孔的直径是 d0,变形区是内径为 d0、外径为 d1的环形部分。 翻边过程中变形区在凸模作用 下内径不断扩大，翻边结束时达到凸模直径，最终形成了竖直的边缘。 Ⅱ特点：ⅰ 坯料直径不变 ⅱ 压边力足够大 ⅲ 局部变形 Ⅲ翻边系数： K0＝ d0/d d0－翻边前孔径 d－翻边后孔径 Ⅳ翻边工艺措施： 当零件所需凸缘的高度较大，一次翻边计算出的翻边系数 K0 值小于极限翻边系数时，常采用以下措施： ⅰ K0较小时：拉深→切底 ⅱ K0很小时：拉深→冲孔→翻边 图 其中拉深过程中可采用多次拉深或中间退火的办法 翻边在汽车、拖拉机、车辆等工业部门的应用更为普遍。 三．冲模的结构与分类 ：压力机 的一次行程中只完成一道工序的冲模（图 ）。