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简介
这是金属塑性成形ppt，包括了金属塑性成形，金属塑性变形基础，自由锻，模锻，板料冲压，其他塑性成形方法，常用塑性成形方法的选择等内容，欢迎点击下载。
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02657-2A 第二章 金属塑性成形 第二章 金属塑性成形 (1)能改善金属的组织，提高金属的力学性能 金属材料经压力加工后，其组织、性能都得到改善和提高，塑性加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可使粗大晶粒细化，得到细密的金属组织，从而提高金属的力学性能。 (2)可提高材料的利用率 金属塑性成形主要是靠金属在塑性变形时改变形状，使其体积重新分配，而不需要切除金属，因而材料利用率高。 (3)具有较高的生产率 塑性成形加工一般是利用压力机和模具进行成形加工，生产效率高。 (4)可获得精度较高的毛坯或零件 压力加工时坯料经过塑性变形获得较高的精度。 第二章 金属塑性成形 第一节 金属塑性变形基础 第二节 自 由 锻 第三节 模 锻 第四节 板 料 冲 压 第五节 其他塑性成形方法 第六节 常用塑性成形方法的选择 第二章 金属塑性成形 (1)能改善金属的组织，提高金属的力学性能 金属材料经压力加工后，其组织、性能都得到改善和提高，塑性加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可使粗大晶粒细化，得到细密的金属组织，从而提高金属的力学性能。 第一节 金属塑性变形基础 一、金属塑性变形概念 二、影响金属塑性成形性能的内在因素与加工条件 三、金属塑性变形对组织和性能的影响 四、常用合金的压力加工性能 (一) 塑性成形性能 (二)金属塑性变形基本规律 1.最小阻力定律 指金属在塑性变形过程中，如果金属质点有向几个方向移动的可能时，则金属各质点将向阻力最小的方向移动。 2.加工硬化 金属在常温下随着变形量的增加，强度、硬度提高， 塑性和韧度下降。 3.体积不变规律 实践证明，金属材料在塑性变形时，变形前与变形后的体积保持不变。 (一)影响塑性成形性能的内在因素 (二)影响塑性成形性能的加工条件 1.化学成分 不同化学成分的金属其塑性与变形抗力不同，塑性成形性能也不同，通常情况下，纯金属的塑性成形性能较合金的好。 2.金属组织 金属内部的组织结构不同，其塑性成形性能也有很大差别，纯金属及单相固溶体合金的塑性成形性能较好，钢中有碳化物和多相组织时，塑性成形性能变差。 1.变形温度 通常，随变形温度升高，金属原子动能增加，热运动加剧，削弱了原子间的结合力，减小了滑移阻力，使金属的变形抗力减小，塑性提高，塑性成形性能得到改善。 2.变形速度 是指单位时间内变形程度的大小。 3.应力状态 金属材料在塑性变形时的应力状态不同， 对塑性的影响也不同。 (一)变形程度的影响 (二)纤维组织(流线)的影响 (三)变形温度的影响 1)必须注意纤维组织的方向， 要使零件工作时的正应力方向与纤维方向一致，切应力方向与纤维方向垂直。 2)要使纤维的分布与零件的外形轮廓相符合，尽量不被切断。 第二节 自 由 锻 一、自由锻工序 二、自由锻工艺规程的制定 三、自由锻件的结构工艺性 (一)基本工序 (二)辅助工序 (三)修整工序 1.镦粗 沿工件轴向进行锻打，使工件横截面积增加、高度减小的工序。 3.冲孔 利用冲头在坯料上冲出通孔或不通孔的工序。 4.其他 (1)弯曲 使用一定的工具将坯料弯成一定角度和形状的工序。 (2)扭转 使坯料的一部分相对于另一部分旋转一定角度的工序。 (3)错移 使坯料的一部分相对于另一部分错开， (4)切割 将坯料分割开的工序。 (一)绘制自由锻件图 (二)确定锻造工序和锻造比 (三)计算坯料质量与尺寸 (四)选择锻造设备 (五)确定锻造温度范围 (六)填写工艺卡片 1.敷料 为了简化锻件形状而增加的金属称为敷料，如图2-11所示。 3.锻件公差 零件的基本尺寸加上锻件余量叫做锻件的基本尺寸。 2.确定锻造比 锻造比是锻压加工的重要工艺参数， 锻造比大表明锻件变形程度大，锻造工作量也大。 1.计算坯料质量 2.确定坯料尺寸 先根据坯料质量和材料的密度计算出坯料的体积，然后根据锻件最大横截面积与锻造比计算出坯料相应的横截面积，再按体积不变原则算出坯料的直径(或边长)和下料长度。 1.尽量避免锥体或斜面结构 锻造具有锥体或斜面结构的锻件，需制造专用工具，锻件成形也比较困难，从而使工艺过程复杂，不便于操作，影响设备使用效率，应尽量避免，如图2-14所示。 2.避免几何体的交接处形成空间曲线 如图2-15a所示的圆柱面与圆柱面或平面相交，锻件成形十分困难。 3.避免加强肋、凸台，工字形、椭圆形或其他非规则截面及外形 如图2-16a所示的锻件结构，难以用自由锻方法获得，若采用特殊工具或特殊工艺来生产，会降低生产率，增加产品成本。 4.合理采用组合结构 锻件的横截面积有急剧变化或形状较复杂时，可设计成由数个简单件构成的组合体，如图2-17所示。 第三节 模 锻 1) 生产效率较高。 2) 能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理，力学性能较高。 3) 模锻件的尺寸较精确、表面质量较好、加工余量较小，可节省金属材料，减少切削加工工作量。 4) 模锻操作简单、劳动强度低。 一、锤上模锻特点与锻模结构 二、锤上模锻工艺规程的制定 三、锤上模锻件的结构工艺性 四、压力机上模锻 五、胎模锻 (一)锤上模锻特点 (二)锤上模锻的锻模结构 1)锻件是在冲击力作用下，经过多次连续锤击在模膛中逐步成形的，且因惯性力的作用，金属沿高度方向的流动和充填能力较强。 2)锤头的上下行程、打击速度均可调节，能实现轻重缓急不同的打击，因而也可进行制坯工作。 3)锤上模锻的适应性广，可生产多种类型的锻件，可以单膛模锻，也可以多膛模锻。 1.制坯模膛 对于形状复杂的模锻件，为了使坯料基本接近模锻件的形状，以便模锻时金属能合理分布，并很好地充满模膛，必须预先在制坯模膛内制坯。 (1)拔长模膛 其作用是减小坯料某部分的横截面积，以增加其长度。 (2)滚挤模膛 用来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积，从而使金属坯料能够按模锻件的形状来分布。 (3)弯曲模膛 用来使杆类模锻件的坯料弯曲，如图2-21所示。 2.模锻模膛 模锻模膛包括预锻模膛和终锻模膛。 (1)终锻模膛 其作用是使金属坯料最终变形到所要求的形状与尺寸。 (2)预锻模膛 其作用是在制坯的基础上，进一步分配金属，使之更接近终锻形状和尺寸，以便终锻时金属容易充满终锻模膛， 避免形成皱折、充不满等缺陷，同时减少终锻模膛的磨损，延长锻模的使用寿命。 3.切断模膛 切断模膛是在上模与下模的角部组成一对刃口，用来切断金属，如图2-24所示。 (一)绘制模锻件图 (二)确定模锻基本变形工序 (三)计算坯料质量与尺寸 (四)选择模锻设备 (五)确定锻造温度 (六)确定锻后工序 1.分模面 即上下锻模在模锻件上的分界面。 1)要保证模锻件能从模膛中顺利取出，这是确定分模面的最基本原则。 2)分模面应尽量选在能使模膛深度最浅的位置上，以便金属容易充满模膛，并有利于锻模制造。 3)应尽量使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，以便在锻模安装及锻造中容易发现错模现象，及时予以调整，保证锻件质量。 4)分模面尽量采用平面，并使上下锻模的模膛深度基本一致，以便均匀充型，并利于锻模制造。 5)使模锻件上的敷料最少，锻件形状尽可能与零件形状一致，以降低材料消耗，并减少切削加工工作量。 2.加工余量和锻造公差 模锻件是在锻模模膛内成形的， 3.模锻斜度 为便于锻件从模膛中取出，在垂直于分模面的锻件表面(侧壁)必须有一定的斜度，称为模锻斜度，如图2-27所示。 4.模锻圆角半径 为了便于金属在模膛内流动，提高锻模强度， 避免锻模内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处的磨损，提高锻模使用寿命，模锻件上所有平面的交界处均需作成圆角，如图2-28所示。 5.冲孔连皮 具有通孔的零件，锤上模锻时不能直接锻出通孔，孔内还留有一定厚度的金属层，称为冲孔连皮(见图2-23)。 1.长轴类模锻件基本工序 常用的工序有拔长、滚挤、弯曲、预锻和 ２.盘类模锻件基本工序 常选用镦粗、终锻等工序。 2.校正 对于细长、扁薄、落差较大和形状复杂的模锻件，在切边、冲孔及其他工序中都可能引起变形，需要进行压力校正。 3.清理 为了提高模锻件的表面质量，改善其切削加工性能，模锻件需要进行表面清理，去除在生产中产生的氧化皮、所沾油污及其他表面缺陷等。 4.精压 对于要求尺寸精度高和表面粗糙度小的模锻件，还应在精压机上进行精压。 1.应具有合理的分模面 以使金属易于充满模膛，模锻件易于从锻模中取出，且敷料最少，锻模容易制造。 2.合理的模锻圆角与模锻斜度 模锻零件上，除与其他零件配合的表面外，均应设计为非加工表面。 3.零件外形力求简单 应尽量平直、对称，避免零件截面积差别过大，或具有薄壁、高肋等不良结构。 4.尽量避免深孔或多孔结构 若孔径小于30mm或孔深大于直径两倍时，锻出困难。 5.采用组合结构 对复杂锻件，为减少敷料，简化模锻工艺，在可能条件下，应采用锻造—焊接或锻造—机械联接组合工艺，如图2-36所示。 (一)热模锻曲柄压力机上模锻 (二)摩擦压力机上模锻 (三)平锻机上模锻 (1)生产效率高 滑块行程固定，每个模膛在滑块的一次行程中完成成形。 (2)锻件精度高 滑块行程固定，且又具有良好的导向装置和自动顶件机构，锻件余量、公差和模锻斜度都比锤上模锻小。 (3)可使用组合模具 因工作过程中滑块速度较慢(0.25～0.5m/s)，具有静压力作用性质，故可采用镶块式组合锻模，使模具制造简单，更换容易，且可节省贵重金属。 (4)静压振动、噪声小，劳动条件好 (1)适应性强 滑块行程和锻压力(具有一定冲击作用)不固定，因而可实现轻打、重打、在一个模膛内进行多次锻打。 (2)利于对变形速度敏感金属材料的模锻 滑块运行速度低，锻击频率也低，金属变形过程中的再结晶可以充分进行，因而特别适于锻造再结晶速度慢，对变形速度敏感的金属材料，如低塑性合金钢和有色金属。 (3)可使用组合模具 由于工作速度低，设备又带有下顶料装置，可采用组合式模具，不仅使模具制造简化、节约材料、降低成本。 (1)扩大了模锻适用范围 平锻模有两个分型面，可以锻出锤上模锻和热模锻压力机上模锻无法锻出的锻件，如侧面有凹挡的双联齿轮。 (2)锻件精度高 平锻件尺寸精确，表面粗糙度值小，生产率高，易于实现机械化操作。 (3)材料利用率高 可锻出无飞边、无冲孔连皮、外壁无斜度的锻件，材料利用率可达85%～95%。 第四节 板 料 冲 压 1)操作简单，生产率高，易于实现机械化和自动化。 2)冲压件的尺寸精确、表面光洁、质量稳定、互换性好，一般不再进行机械加工，即可作为零件使用。 3)金属薄板经过冲压塑性变形获得一定几何形状，并产生冷变形强化，使冲压件具有质量轻、强度高和刚性好的优点。 一、分离工序 二、变形工序 三、冷冲压模具 四、冲压工艺设计实例分析 五、冲压件结构工艺性 (一)冲孔和落料(统称冲裁) (二)整修 (三)精密冲裁 1.冲裁过程 冲裁凸模和凹模具有锋利的刃口，之间留有间隙，板料的冲裁过程可分为弹性变形、塑性变形、断裂分离三个阶段，如图2-41所示。 2.冲裁工艺设计 包括冲裁件的结构工艺性分析、凸凹模间隙的确定 (2)凸凹模刃口尺寸计算 冲裁件尺寸和冲裁模间隙都决定于凸凹模刃口尺寸，因此凸凹模刃口尺寸是设计冲裁模时最重要的工艺计算，它关系到模具寿命和冲裁件的尺寸精度。 (4)排样设计 落料件在条料、带料或板料上的布置方法称为排样。 (一)弯曲 (二)拉深 (三)其他变形工序 1.弯曲变形 弯曲变形过程如图2-48所示。 (1)最小弯曲半径 (2)中性层 在变形区的厚度方向，缩短和伸长的两个变形区之间， (2)弯曲力的计算 (3)弯曲工序按排 对于形状简单的弯曲件，如V形、U形、Z形件等，只需一次弯曲就可以成形。 1.拉深变形过程与质量控制 拉深变形过程如图2-51所示，原始直径为D0的板料，经过凸模压入到凹模孔口中，拉深后变成内径为d、高度为h的筒形零件。 (1)限制拉深系数 这是防止拉裂的主要工艺措施。 (2)凹凸模工作部分应加工成圆角 一般，凹模圆角半径为R凹=(5～10)t，凸模圆角半径为R凸=(0.7～1)t。 (3)合理的凸凹模间隙 间隙过小，容易拉穿；间隙过大，容易起皱。 (4)减小拉深时的阻力 例如，压边力要合理不应过大；凸、凹模工作表面要有较小的表面粗糙度；在凹模表面涂润滑剂以减小摩擦。 2.筒形件的拉深工艺 包括拉深件结构工艺性分析、拉深件毛坯尺寸计算、拉深系数和拉深次数的确定、拉深力的计算等。 (1)拉深件毛坯尺寸计算 对于不变薄拉深，毛坯的尺寸按变形前后表面积相同，且形状相似的原则确定。 (2)拉深次数的确定 深度小的工件可以一次拉深成形， 2.表中数据适用于未经中间退火时的拉深。 3.表中较小值适用于大的凹模圆角半径R凹=(8～15)t，较大值适用于小的凹模圆角半径R凹=(4～8)t。 1.简单冲模 在压力机的一个冲压行程中只完成一道工序的冲模，如图2-57所示。 2.连续冲模 在一付模具上有多个工位，在压力机的一个冲压行程中，在不同工位同时完成多道工序的冲模，如图2-58所示。 3.复合冲模 在一付模具上只有一个工位，而在一个工位上有几付凸、凹模，在压力机的一个冲压行程中，在同一工位上完成两道或两道以上冲压工序的冲模，如图2-59所示。 (1)工作零件 使板料成形的零件，如凸模、凹模、凸凹模等。 (2)定位、导料零件 使条料或半成品在模具上定位、沿工作方向送进的零部件。 (3)卸料及压料零件 为防止工件变形，压住模具上的板料及将工件或废料从模具上卸下或推出的零件。 (4)结构零件 在模具的制造和使用中起装配、固定作用的零件，如上、下模座、模柄，凸、凹模固定板、导柱、导套等。 (1)结构工艺性分析 该件结构较简单，外形尺寸31、 19.8的精度分别为IT14和IT12级，两个ϕ4小孔为螺钉安装孔，尺寸精度为IT12，内孔ϕ11的尺寸精度为IT10，用冲裁工序可以完成；所用材料Q235的冲压性能良好，板料厚3mm属中等厚度，对表面质量无特殊要求。 (2)拟定工艺方案 从零件结构分析，该件所需基本工序为落料、冲孔两种。 (3)毛坯的排样设计 根据已确定的连续冲压工艺，该零件常见的排样有三种方案，如图2-61所示。 (4)进行连续冲模结构设计 (5)选择压力机 (6)编写冲压工艺文件。 (一)冲裁件结构工艺性 (二)弯曲件的结构工艺性 (三)拉深件的结构工艺性 (四)冲压件的精度与表面质量要求应合理 (五)组合件与加强筋设计 1) 冲裁件的形状应力求简单、对称，并有利于排样时合理利用材料，尽可能提高材料的利用率。 2) 冲裁件转角处应以圆角过渡，尽量避免尖角，以减小角部模具的磨损。 3) 由于受到凸、凹模强度及模具结构的限制，冲裁件应避免长槽和细长悬臂结构，对孔的最小尺寸及孔距间的最小距离，也都有一定限制。 1) 弯曲件的弯曲半径不应小于最小弯曲半径rmin，如果弯曲半径r小于rmin时，可采用减薄弯曲区厚度的方法，以加大相对弯曲半径r/t(见图2-64a)。 2) 弯曲件应尽量对称，以防止在弯曲时发生工件偏移。 3) 应尽可能沿材料纤维方向弯曲，多向弯曲时，为避免角部畸变，应先冲工艺孔或切槽(见图2-64c)。 1)拉深件的形状应力求简单、对称。 2)尽量避免直径小而深度过大，否则不仅需要多副模具进行多次拉深，而且容易出现废品。 3)如图2-65所示，拉深件的底部与侧壁、凸缘与侧壁交接处应有足够的圆角，一般应满足rd≥2t，R≥(2～4)t，且R＞rd，方形件r≥3t。 1.冲压件的精度 应与冲压工序的经济精度相适应，以满足需要为前提，不应提出过高要求，否则将需要增加其他精整工序，使成本提高，生产率降低。 2.冲压件表面质量 不应高于原材料表面质量，否则需增加切削加工等工序，使产品成本大幅度提高。 第五节 其他塑性成形方法 一、挤压 二、拉拔 三、辊轧 四、旋压 五、精密模锻 六、超塑性成形 (一)挤压工艺特点 (二)挤压工艺分类 1)挤压时，强烈的三向压应力状态能充分提高金属坯料的塑性，可以加工锻造困难的一些金属材料。 2)挤压法不仅可以生产出断面形状简单的管、棒等型材，还可以生产出断面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变断面的零件。 3)挤压制品精度较高、表面粗糙度小。 4)挤压变形后零件内部的纤维组织连续，基本沿零件轮廓分布而不被切断，从而提高了金属的力学性能。 5)材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易于实现生产过程的自动化。 1.根据金属流动方向和凸模运动方向的不同分 (1)正挤压 金属流动方向与凸模运动方向相同，如图2-66a所示。 (2)反挤压 金属流动方向与凸模运动方向相反，如图2-66b所示。 (3)复合挤压 挤压过程中坯料的一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，而另一部分金属流动方向与凸模运动方向相反，如图2-66c所示。 (4)径向挤压 金属流动方向与凸模运动方向成90°角，如图2-66d所示。 2.按照挤压时金属坯料所处的温度不同分 (1)热挤压 挤压时坯料变形温度高于金属材料的再结晶温度，与锻造温度相同。 (2)冷挤压 坯料变形温度低于材料再结晶温度(通常是室温)的挤压工艺。 (3)温挤压 将坯料加热到再结晶温度以下高于室温的某个合适温度进行挤压的方法，介于热挤压和冷挤压之间。 1)拉拔制品尺寸精确，表面粗糙度小。 2)拉拔生产设备简单，维护方便，只要更换模具就可以在一台设备上生产多品种与规格的制品。 3)受拉应力的影响，金属的塑性不能充分发挥。 4)适合于连续高速生产断面较小的长制品，例如丝材、线材等。 (一)辊锻 (二)横轧 (三)斜轧 1)扁断面的长杆件，如扳手、链环等。 2)带有头部，且沿长度方向横截面面积递减的锻件，如叶片等。 3)连杆，国内已有不少工厂采用辊锻方法锻制连杆，生产率高，简化了工艺过程。 1)旋压是局部连续成形，变形区很小，因此所需要的成形工艺力就小，仅为整体冲压成形力的几十分之一，甚至更小。 2)旋压工具简单，费用低，而且旋压设备的调整、控制简便灵活，具有很大的柔性，非常适合于多品种小批量生产。 3)有一些形状复杂的零件，冲压难以成形，但却适合旋压加工。 4)旋压件尺寸精度高，甚至可与切削加工相媲美。 5)旋压零件表面粗糙度容易保证。 (一)精密模锻工艺特点 (二)精密模锻种类 1)要求精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料，否则会增大锻件尺寸公差，降低精度。 2)模锻前应精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其他缺陷等。 3)为提高锻件的尺寸精度和减小表面粗糙度，应采用无氧化或少氧化加热方法，尽量减少坯料表面形成的氧化皮。 4)精密模锻件的精度在很大程度上取决于锻模的加工精度，因此精锻模膛的精度必须很高，一般要比锻件的精度高两级。 5)模锻时，预先要很好地进行锻模润滑和冷却。 6)精密模锻一般都在刚度大、精度高的模锻设备上进行，如曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤等。 1.冷锻成形 这是一种优质、高效、低消耗的先进制造技术，被广泛应用于汽车零件的大批量生产中，当前国外一台普通轿车采用的冷锻件总量为40～45kg，其中齿形类零件总量达10kg以上，冷锻成形的齿轮单件重量可达1kg以上，齿形精度可达7级。 2.温锻与热锻成形 温锻和热锻成形的分界线是再结晶温度，一般在再结晶温度以上进行的叫热锻，在再结晶温度以下进行的叫温锻。 3.精锻控制成形 这是一种复合塑性成形工艺，是将不同种类的塑性加工方法组合起来，利用各自的优点，如冷锻的高精度和热锻、温锻的低变形抗力等，目的是节约材料和能源，减少加工难度和加工工序，提高零件的加工精度，提高劳动生产率和降低成本。 (一)金属超塑性成形特点 (二)超塑性成形的应用 1.超塑性模锻和挤压 钢铁采用普通压力加工成形通常需要高压力(应力达3500MPa)、高能量和高强度模具，由于钢材塑性的限制，形成一个形状较复杂的制品，往往需要经多次挤压、中间处理，成形的精度还不高。 2.超塑性冲压成形 如采用锌铝合金材料，超塑性一次拉深成形的高径比是普通拉深的十倍以上，而且质量好，无方向性。 3.超塑性气压成形 如图2-72所示，将金属板料置于模具之中，与模具一起加热到规定温度，向模具内吹入压缩空气，使板料紧贴凸模或凹模成形，从而获得较复杂的壳体零件。 第六节 常用塑性成形方法的选择 1)应保证零件或毛坯的使用性能。 2)要依据生产批量大小和工厂设备能力、模具装备条件。 3)在保证零件技术要求的前提下，尽量选用工艺简便、生产率高、质量稳定的塑性成形方法。 (1)金属的塑性越好，变形抗力越大，金属可锻性越好。 (2)为了提高钢材的塑性变形能力，可以采用降低变形速度或在三向压应力下变形等工艺。 (3)为了消除锻件中的纤维组织，可以用热处理方法实现。
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