金屬塑性加工4

1、DLPU材料成形工藝材料成形工藝第三章第三章 金屬塑性成形金屬塑性成形DLPU回顧回顧l沖壓工藝分類沖壓工藝分類l沖裁沖裁變形過程變形過程l沖裁斷面沖裁斷面l沖裁間隙、對沖裁的影響沖裁間隙、對沖裁的影響l彎曲工藝彎曲工藝l應(yīng)力中性層、應(yīng)變中性層應(yīng)力中性層、應(yīng)變中性層l彎曲變形中出現(xiàn)的缺陷和解決辦法彎曲變形中出現(xiàn)的缺陷和解決辦法l 管材彎曲分類管材彎曲分類DLPU本節(jié)內(nèi)容 3.3 板料沖壓工藝 3.3.1 沖裁工藝 3.3.2 彎曲工藝 3.3.3 拉深工藝 3.3.4 脹形工藝 3.3.5 擠壓工藝 3.3.6 輥軋工藝 3.3.7 超塑性成形DLPU3.3.3 拉深工藝1 拉深零件分類拉深零

2、件分類(按變形特點按變形特點)2 拉深件不同部位的變形分析拉深件不同部位的變形分析3 拉深系數(shù)、拉深比拉深系數(shù)、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 拉深工藝（Deep drawing） 拉深拉深也稱拉延，是利用模具使沖裁后得到也稱拉延，是利用模具使沖裁后得到的平面毛坯變成為開口的空心零件的沖壓的平面毛坯變成為開口的空心零件的沖壓工藝方法。工藝方法。 DLPU拉深零件分類(按變形特點)DLPU直壁類拉深件圓筒形件、帶法蘭邊圓筒形件、階梯形件盒形件、帶法蘭邊的盒形件、其他形狀的零件平面法蘭邊零件、曲面法蘭邊零件DLPU曲面類拉深件球面類零件、錐形件、其他曲面零件平面法蘭

3、邊零件、曲面法蘭邊零件DLPU航空、工業(yè)、汽車DLPU拉深件不同部位的變形分析DLPU平面凸緣區(qū)應(yīng)力應(yīng)變拉深主要變形區(qū)拉深主要變形區(qū)DLPU凸緣圓角應(yīng)力應(yīng)變過渡區(qū)過渡區(qū)DLPU筒壁部分應(yīng)力應(yīng)變傳力區(qū)或已變形區(qū)傳力區(qū)或已變形區(qū)DLPU底部圓角部分應(yīng)力應(yīng)變過渡區(qū)過渡區(qū)DLPU筒底部分應(yīng)力應(yīng)變不變形區(qū)不變形區(qū)DLPU拉深系數(shù)、拉深比DLPU拉深系數(shù)、拉深比DLPU圓筒件多道次拉深成形d/D的比值的比值m稱為拉深系數(shù)稱為拉深系數(shù)一般取一般取m=0.50.8。根據(jù)不同的材料可以查手冊和書上的。根據(jù)不同的材料可以查手冊和書上的表。若產(chǎn)品的拉深系數(shù)表。若產(chǎn)品的拉深系數(shù)m小于相應(yīng)材料最小極限拉深系數(shù)小于相應(yīng)材

4、料最小極限拉深系數(shù)m極限，則應(yīng)采用極限，則應(yīng)采用多次拉深多次拉深。產(chǎn)品產(chǎn)品m總總 = m1m2m3mnDLPUDLPUDLPUDLPU拉深件的缺陷1、拉裂、拉裂 2、起皺、起皺 3、回彈、回彈DLPU1、拉裂的防止辦法DLPU2 起皺的預(yù)防拉深過程中影響毛坯是否起皺的主要因素有： 1）毛坯的相對厚度 t/D0 相對厚度較小, 拉深變形區(qū)抗失穩(wěn)能力越差, 也越容易起皺。 2）拉深系數(shù) m=d/D0 越小，拉深變形程度越大，其抗失穩(wěn)的能力變小。 3) 凹模工作部分的幾何形狀.與普通的平端面凹模相比，用錐形凹模拉深時，起皺的趨勢小一些，另外板料的機械性能，凹模的潤滑等等對起皺也有影響。DLPU1）動

5、態(tài)控制壓邊力DLPU拉深壓邊裝置DLPU雙動拉深1頂料器2拉深凸模3壓力機工作臺4拉深墊（彈簧、橡膠或氣墊）5滑塊6拉深凹模7壓邊圈8頂桿DLPU拉深件毛坯尺寸的確定基本原則：1. 不考慮厚度的變化；2. 體積不變3. 以板料的中心線為準（為了計算方便，常以邊緣尺寸計算）DLPU回轉(zhuǎn)體件毛坯尺寸的確定DLPU帶法蘭回轉(zhuǎn)體的毛坯尺寸確定DLPU拉延筋DLPU拉延筋的主要作用設(shè)拉延筋的主要作用有如下幾點。（1）增加局部區(qū)域的進料阻力，使整個拉延件進料速度達到平衡狀態(tài)。（2）加大拉延成型的內(nèi)應(yīng)力數(shù)值，提高覆蓋件的剛性。（3）加大徑向拉應(yīng)力，減少切向壓應(yīng)力；延緩或防止起皺。拉延筋 拉延檻DLPU設(shè)置拉

6、延筋的主要原則（1）拉延件有圓角和直線部分，在直線部分敷設(shè)拉延筋，使進料速度達到平衡。（2）拉延件有直線部分，在深度淺的直線部分敷設(shè)拉延筋，深度深的直線部分不設(shè)拉延筋。（3）淺拉延件，圓角和直線部分均敷設(shè)拉延筋，但圓角部分只敷設(shè)一條筋，直線部分敷設(shè)13條筋。當有多條拉延筋時，注意使外圈拉延筋“松”些，內(nèi)圈拉延筋“緊些”，改變拉延筋高度可達到此目的。（4）拉延件輪廓呈凸凹曲線形狀，在凸曲線部分設(shè)較寬拉延筋，凹曲線部分不設(shè)拉延筋。（5）拉延筋或拉延檻盡量靠近凹模圓角，可增加材料利用率和減少模具外廓尺寸，但要考慮不要影響修邊模的強度DLPU軟模拉深1. 凸模采用氣體、聚氨酯、粘塑性介質(zhì)以及橡膠等高分

7、子材料；同時采用剛性凹模2. 凹模采用高壓液體，或橡膠，同時采用剛性凸模，例如充液拉深DLPU反向拉深DLPU本部分重點 拉深工藝的受力變形分析（圓筒件） 拉深系數(shù)、拉深比（極限）的概念 拉深缺陷的起因及預(yù)防 拉深載荷的影響因素DLPU3.3.4 脹形工藝（Bulging drawing） 脹形工藝的特點及分類 管材脹形DLPU脹形工藝的特點及分類 利用模具強迫板料厚度減薄和表面積增大，以獲取零件幾何形狀的沖壓加工方法叫做脹形（Bulging） 脹形部分的金屬主要以雙向拉伸為主，變形部分金屬減薄。DLPU脹形工藝的分類根據(jù)零件形狀分類：根據(jù)零件形狀分類： 平板毛坯的局部成形 圓柱形空心毛坯的脹

8、形 管類毛坯的脹形（波紋管） 平板毛坯的拉形根據(jù)模具分類：根據(jù)模具分類： 剛模脹形 橡皮脹形 液壓脹形DLPU平板脹形 也稱起伏成形或局部成形 根據(jù)工件的要求，可以在板上壓出各種形狀，如壓筋、壓包、壓字、壓花紋、壓標示等，可以增加工件的剛度，還可以裝飾作用。DLPU管材脹形管材脹形是依靠材料的拉伸，在壓力的作用下使直徑較小的管坯沿徑向向外擴張的成形工序。根據(jù)要求，即可以對管坯進行局部擴張，也可以對整個管坯進行擴張DLPU管材脹形的方法DLPU剛性模脹形DLPU管材脹形的受力DLPU軸向無收縮的自由脹形 脹形部位完全靠管坯壁后的局部變薄而成形，由于管坯軸向無收縮或收縮量極小，其變形性質(zhì)為局部成形

9、，故脹形極限變形程度主要取決于材料的允許伸長率DLPU軸向有壓縮的脹形管坯在內(nèi)壓力和軸向壓力共同作用下脹形，施加軸向壓力的結(jié)果，不僅使管坯在脹形過程中產(chǎn)生軸向壓縮變形，以補償變形區(qū)材料的不足，而且使脹形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)得到了改善。DLPU變形區(qū)璧厚的變化DLPU液壓成形（Hydroforming）a typical part that is being formed by hydroforming technique.The tube is pressurized while axially fed towards the expansion zoneDLPU工程應(yīng)用DLPU工程實例轎車排氣管

10、DLPU工程實例轎車車體Volvo Hydroformed Structure concept in aluminum,(Schuler Hydroforming 1998)DLPU高級轎車的鳥籠（cage）式車架Car frame, (AUDI, 1998)DLPU輕型卡車的底盤液壓脹形件DLPU轎車后橋的鋁合金液壓脹形DLPU轎車排氣管道的液壓脹形DLPU轎車排氣管道的液壓脹形DLPU液壓脹管的主要破壞形式失穩(wěn) 起皺 脹裂1 當軸向推進的速度過快時，管坯的軸向壓縮大于徑向的擴張，容易產(chǎn)生失穩(wěn)和起皺。2 當軸向推進的速度過慢時，管坯的徑向的擴張大于軸向壓縮，管壁變得越來越薄，最后產(chǎn)生破裂。D

11、LPU本部分重點 管材脹形的受力（有無軸向進給的區(qū)別） 管材脹形的模具有哪幾類? 管材液壓脹形的過程？ 管材液壓脹形的缺陷有哪些？DLPU3.5 3.5 其他塑性成形簡介其他塑性成形簡介3.3.5擠壓成形擠壓成形金屬坯料受金屬坯料受三向壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生塑性變形，從模三向壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生塑性變形，從模具空口擠出或充滿型腔成形，獲得制品具空口擠出或充滿型腔成形，獲得制品。DLPU1）零件的擠壓方式）零件的擠壓方式3.5.1 3.5.1 擠壓成形擠壓成形DLPU2）擠壓特點）擠壓特點擠壓分為擠壓分為冷擠壓、溫擠壓和熱擠壓冷擠壓、溫擠壓和熱擠壓1）冷擠壓）冷擠壓 室溫下的擠壓，其特點：室溫下的擠壓，其

12、特點：三向壓應(yīng)力使材料的晶粒組織更加致密、充分提高金屬塑三向壓應(yīng)力使材料的晶粒組織更加致密、充分提高金屬塑性，使擠壓件強度、硬度及耐疲勞性能顯著提高、可加工難性，使擠壓件強度、硬度及耐疲勞性能顯著提高、可加工難鍛金屬。鍛金屬。可生產(chǎn)管、棒等型材，也可生產(chǎn)斷面復(fù)雜或具有深孔、薄可生產(chǎn)管、棒等型材，也可生產(chǎn)斷面復(fù)雜或具有深孔、薄壁及變斷面零件。壁及變斷面零件。3.5.1 3.5.1 擠壓成形擠壓成形DLPU制品精度較高，尺寸精度可達制品精度較高，尺寸精度可達IT7IT6、表面粗糙度、表面粗糙度Ra=1.6 - 0.2，實現(xiàn)少無切屑加工。，實現(xiàn)少無切屑加工。材料利用率、生產(chǎn)率高；生產(chǎn)方便靈活，易實現(xiàn)

13、生產(chǎn)自動材料利用率、生產(chǎn)率高；生產(chǎn)方便靈活，易實現(xiàn)生產(chǎn)自動化?；＠鋽D壓變形力大，限制了冷擠壓件的尺寸和質(zhì)量；冷擠壓冷擠壓變形力大，限制了冷擠壓件的尺寸和質(zhì)量；冷擠壓模具材質(zhì)要求高，坯料常進行軟化、去氧化皮和特殊潤滑處模具材質(zhì)要求高，坯料常進行軟化、去氧化皮和特殊潤滑處理。理。3.5.1 3.5.1 擠壓成形擠壓成形DLPU縫紉機梭心套殼（材料縫紉機梭心套殼（材料2Cr132Cr13）冷擠壓）冷擠壓3.5.1 3.5.1 擠壓成形擠壓成形DLPU2）溫擠壓溫擠壓坯料溫度高于室溫，低于再結(jié)晶溫度的擠壓。坯料溫度高于室溫，低于再結(jié)晶溫度的擠壓。其特點：其特點：坯料可不進行預(yù)先軟化處理、潤滑處理和中

14、間退火等。坯料可不進行預(yù)先軟化處理、潤滑處理和中間退火等。與冷擠壓相比，與冷擠壓相比，降低了變形抗力降低了變形抗力，增加每個工序的變形程，增加每個工序的變形程度，度，提高了模具的使用壽命。提高了模具的使用壽命。溫擠壓零件的精度和力學性能低于冷擠壓零件。溫擠壓零件的精度和力學性能低于冷擠壓零件。對于一些對于一些冷擠壓難以塑性成形的材料冷擠壓難以塑性成形的材料，均可采用溫擠壓。，均可采用溫擠壓。3.5.1 3.5.1 擠壓成形擠壓成形DLPU微型電機外殼的材料為不銹鋼，坯料尺寸為微型電機外殼的材料為不銹鋼，坯料尺寸為25.8X14mm，若，若采用冷擠壓則需要多次擠壓才能成形，生產(chǎn)率低，但若將坯料采

15、用冷擠壓則需要多次擠壓才能成形，生產(chǎn)率低，但若將坯料加熱到加熱到260，采用溫擠壓，則只需要兩次擠壓即可成形。，采用溫擠壓，則只需要兩次擠壓即可成形。 微型電機外殼溫擠壓過程微型電機外殼溫擠壓過程（a）坯料）坯料 （b）復(fù)合擠壓）復(fù)合擠壓 （c）正擠壓）正擠壓3.5.1 3.5.1 擠壓成形擠壓成形DLPU3）熱擠壓熱擠壓再結(jié)晶溫度以上，與鍛造溫度相同。其特點：再結(jié)晶溫度以上，與鍛造溫度相同。其特點：變形抗力小、塑性好。變形抗力小、塑性好。由于加熱溫度高，氧化脫碳及熱脹冷縮等問題會大大降由于加熱溫度高，氧化脫碳及熱脹冷縮等問題會大大降低產(chǎn)品的尺寸精度和表面品質(zhì)。低產(chǎn)品的尺寸精度和表面品質(zhì)。一般

16、用于高強（硬）度金屬材料的毛坯成形，如：高碳一般用于高強（硬）度金屬材料的毛坯成形，如：高碳鋼、高強度結(jié)構(gòu)鋼、高速鋼、耐熱鋼等。鋼、高強度結(jié)構(gòu)鋼、高速鋼、耐熱鋼等。3.5.1 3.5.1 擠壓成形擠壓成形DLPU3.3.3 3. .6 6 輥軋成形輥軋成形常見輥軋有：常見輥軋有：輥鍛、橫軋、斜軋輥鍛、橫軋、斜軋等。等。輥鍛：輥鍛：使坯料通過裝有圓弧形模塊的一對相對旋轉(zhuǎn)的軋使坯料通過裝有圓弧形模塊的一對相對旋轉(zhuǎn)的軋輥時，受壓而變形的生產(chǎn)方法。輥時，受壓而變形的生產(chǎn)方法。DLPU它與軋制不同的是這對模塊可裝拆更換，以便生產(chǎn)不它與軋制不同的是這對模塊可裝拆更換，以便生產(chǎn)不同形狀的毛坯或零件。同形狀的

17、毛坯或零件。輥鍛不僅可作為模鍛前的制坯工序，還可直接輥鍛出制品，輥鍛不僅可作為模鍛前的制坯工序，還可直接輥鍛出制品，如各種扳手、鋼絲鉗、鐮刀、鋤頭、犁鏵、麻花鉆、連桿、如各種扳手、鋼絲鉗、鐮刀、鋤頭、犁鏵、麻花鉆、連桿、葉片、刺刀、鐵道道岔等。葉片、刺刀、鐵道道岔等。3.5.2 3.5.2 輥軋成形輥軋成形DLPU輥環(huán)軋制（擴孔）輥環(huán)軋制（擴孔） 輥環(huán)軋制是用來擴大坯料的外徑和內(nèi)徑，以得到各種輥環(huán)軋制是用來擴大坯料的外徑和內(nèi)徑，以得到各種環(huán)狀毛坯或零件的軋制過程，用它代替鍛造方法生產(chǎn)環(huán)形環(huán)狀毛坯或零件的軋制過程，用它代替鍛造方法生產(chǎn)環(huán)形鍛件，可節(jié)省金屬鍛件，可節(jié)省金屬15%左右。左右。 生產(chǎn)出

18、來的環(huán)類件，其橫截面可以是多種形狀的，如生產(chǎn)出來的環(huán)類件，其橫截面可以是多種形狀的，如火車輪箍、大型軸承圈、齒圈、法蘭等。火車輪箍、大型軸承圈、齒圈、法蘭等。輥環(huán)軋制示意圖輥環(huán)軋制示意圖1驅(qū)動輥驅(qū)動輥 2毛坯毛坯 3從從動輪動輪 4導(dǎo)向輥導(dǎo)向輥 5信號信號輥輥3.5.2 3.5.2 輥軋成形輥軋成形DLPU橫軋橫軋 軋輥軸線與坯料軸線互相平行的軋制方法。軋輥軸線與坯料軸線互相平行的軋制方法。1）齒輪齒形軋制）齒輪齒形軋制 將帶齒形的軋輪做將帶齒形的軋輪做徑向進給徑向進給，迫使軋輪，迫使軋輪與坯料對輾，在對輾過程中，坯料上一部分金屬受壓形成與坯料對輾，在對輾過程中，坯料上一部分金屬受壓形成齒谷，

19、相鄰部分的金屬被軋輪齒部齒谷，相鄰部分的金屬被軋輪齒部“反擠反擠”而形成齒頂。而形成齒頂。直齒和斜齒均可用熱軋成型。直齒和斜齒均可用熱軋成型。 3.5.2 3.5.2 輥軋成形輥軋成形DLPU2）螺旋斜軋）螺旋斜軋：帶螺旋槽的軋輥軸線相互交叉，同向旋轉(zhuǎn)，帶螺旋槽的軋輥軸線相互交叉，同向旋轉(zhuǎn)，軋坯作螺旋運動（繞自身軸反轉(zhuǎn)，并軸向向前），同時受壓軋坯作螺旋運動（繞自身軸反轉(zhuǎn)，并軸向向前），同時受壓塑性變形，獲得制品。塑性變形，獲得制品。3.5.2 3.5.2 輥軋成形輥軋成形DLPU3）橫楔軋）橫楔軋：橫楔軋是用兩個外表面鑲有楔形凸塊，并橫楔軋是用兩個外表面鑲有楔形凸塊，并作同向旋轉(zhuǎn)的平行軋輥對沿

20、軋輥軸向送進的坯料進行軋作同向旋轉(zhuǎn)的平行軋輥對沿軋輥軸向送進的坯料進行軋制成形的方法。制成形的方法。3.5.2 3.5.2 輥軋成形輥軋成形DLPU楔橫軋的變形過程楔橫軋的變形過程主要是主要是靠軋輥上的楔形凸靠軋輥上的楔形凸塊壓延坯料，使坯料徑向塊壓延坯料，使坯料徑向尺寸減小，長度尺寸增加尺寸減小，長度尺寸增加。它具有產(chǎn)品精度和品質(zhì)較它具有產(chǎn)品精度和品質(zhì)較好，生產(chǎn)效率高，節(jié)省材好，生產(chǎn)效率高，節(jié)省材料，模具壽命高，易于實料，模具壽命高，易于實現(xiàn)機械化和自動化等特點?，F(xiàn)機械化和自動化等特點。但楔橫軋限于制造階梯類但楔橫軋限于制造階梯類等回轉(zhuǎn)體毛坯或零件。等回轉(zhuǎn)體毛坯或零件。3.5.2 3.5.2 輥軋成形輥軋成形DLPU3.3.3 3. .7 7 超塑性成形超塑性成形指金屬或合金在指金屬或合金在低變形速率、一定變形溫度和均勻細晶粒低變形速率、一定變形溫度和均勻細晶粒度度條件下，條件下，伸長率超過伸長率超過100%的塑性變形。的塑性變形。DLPU特點特點超塑性狀態(tài)下的金屬在拉伸變形過程中超塑性狀態(tài)下的金屬在拉伸變形過程中不產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象不產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，變形應(yīng)力可比常態(tài)下金屬的變形應(yīng)力可比常態(tài)下金屬的變形應(yīng)力降低幾倍至幾十倍。變形應(yīng)力降低