金屬工藝學(xué)-板料沖壓課件

1、第三章 沖 壓 利用沖模在壓力機(jī)上使板料分離或變形，從而獲得沖壓件的加工方法。又叫冷沖壓。坯料一般為小于4mm的板料原材料：具有塑性的金屬材料，如低碳鋼、奧氏體不 銹鋼、銅或鋁及其合金等，也可以是非金屬 材料，如膠木、云母、纖維板、皮革等。一、沖壓概述二、沖壓的特點(diǎn)1、可生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件、零件精度高、表面粗 糙度低、互換性好。零件的強(qiáng)度高、剛度好； 2、材料的利用率高，一般可達(dá)7080%；3、適應(yīng)性強(qiáng)，金屬及非金屬均可用沖壓方法加工 ，零件可大可小。4、生產(chǎn)率高，每分鐘可沖壓小件數(shù)千件，易實(shí) 現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。5、模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高。三、沖壓的基本工序分離工序變形工序基本工序剪切沖裁落

2、料沖孔切口修邊剖切彎曲拉伸翻邊成形分離工序示意圖第一節(jié) 分離工序一、落料及沖孔 落料是被分離的部分為成品，而周邊是廢料；沖孔是被分離的部分為廢料，而周邊是成品；落料沖孔1.沖裁變形過(guò)程變形三階段 沖裁力的變化 沖裁零件斷面2.凸凹模間隙間隙小間隙大間隙適中單邊間隙的計(jì)算式中 m與材料厚度、性能有關(guān)的系數(shù)； 板料厚度，單位為mm。c=m材料 m低碳鋼、純鐵 m=0.060.09銅、鋁合金 m=0.060.1高碳鋼 m=0.081.2 沖裁間隙系數(shù)m值的選擇 3.凹凸模刃口尺寸的確定 （1） 落料尺寸由凹模決定，應(yīng)以凹模為設(shè)計(jì)基 準(zhǔn)，凸模尺寸與凹模配制；（3）凹模的刃口基本尺寸應(yīng)接近落料件的最小極

3、 限尺寸；凸模刃口基本尺寸應(yīng)趨向于孔的最 大極限尺寸。（2）沖孔尺寸由凸模決定，應(yīng)以凸模為設(shè)計(jì)基 準(zhǔn)，凹模尺寸與凸模配制。（4）當(dāng)凸、凹模采用配制加工時(shí)，刃口尺寸的制 造公差一般為沖裁件公差的1/41/3。 如果凸、凹模分別加工時(shí)，其制造公差之和應(yīng) 小于或等于最大與最小間隙之差的絕對(duì)值，即： （凹+凸）Zmax Zmin。（5）刃口尺寸計(jì)算要根據(jù)模具制造特點(diǎn)，沖裁件 的形狀簡(jiǎn)單時(shí)，其模具采用分別加工法計(jì)算， 沖裁件形狀復(fù)雜時(shí)，其模具用配制法計(jì)算。落料凹模和沖孔凸模尺寸落料凹?；境叽鐟?yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較小的尺寸。沖孔凸?；境叽鐟?yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。二、修整 三、切斷 （1）

4、外緣修整：修整沖裁件外形（2）內(nèi)孔修整：修整沖裁件內(nèi)孔4.沖裁件的排樣 排樣方式：有搭邊排樣、無(wú)搭邊排樣 第二節(jié) 變形工序 變形工序是使坯料一部分相對(duì)于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工序。1、拉深過(guò)程拉深中常見(jiàn)的缺陷1）拉穿拉穿出現(xiàn)的原因： 凸、凹模的圓角半徑 凸、凹模間隙 拉深系數(shù) m=d/D 潤(rùn)滑2）起皺為了防止起皺，可用壓邊圈把坯料壓緊。起皺是由于法蘭部分在切向力的作用下導(dǎo)致的結(jié)果。影響起皺的因素： 毛坯的相對(duì)厚度（/D） 拉深系數(shù)正確選擇拉深系數(shù) 拉深系數(shù)不小于0.50.8。 坯料的塑性差取上限值，塑性好取下限值。 如果拉深系數(shù)過(guò)小，不能一次拉深成形時(shí)， 則可采用多次拉深工藝。旋壓的基本要

5、點(diǎn)：(1)合理的轉(zhuǎn)速;(2)合理的過(guò)渡形狀;(3)合理加力。5、旋壓圓頭搟棒的旋壓過(guò)程 旋壓成形主要用于各類(lèi)回轉(zhuǎn)體，如燈罩、壓力鍋體、氣瓶、導(dǎo)彈殼體及封頭等。旋壓系數(shù)：m=d/D一般m0.60.8二、彎曲 彎曲是將坯料彎成一定的角度，一定的曲率形成一定形狀零件的工序。彎曲過(guò)程 彎曲產(chǎn)品彎曲中常出現(xiàn)的問(wèn)題1）彎裂彎裂出現(xiàn)的原因： 內(nèi)彎曲半徑小 彎曲線(xiàn)與坯料纖維方向平行回彈現(xiàn)象-由于彈性變形的恢復(fù)，坯料略微彈 回一點(diǎn)，使被彎曲的角度增大。2）回彈彎曲時(shí)的回彈現(xiàn)象 1回彈前 2回彈后一般回彈角為010。 翻邊是在坯料的平面部分或曲面部分上使板料沿一定的曲率翻成豎立邊緣的沖壓成型方法。分內(nèi)孔翻邊和外緣

6、翻邊兩種。3、翻邊翻邊筒翻邊系數(shù)：K0=d0/d鍍錫鐵皮：K00.65酸 洗 鋼：K00.681）脹形主要用于平板毛坯的局部脹形（或叫起伏 成型），如壓制凹坑，加強(qiáng)筋，起伏形的花紋 及標(biāo)記等。4、成形管坯脹形1凸模； 2凹模；3坯料；4橡膠；5外套2）另外，管類(lèi)毛坯的脹形（如波紋管）、平板毛坯 的拉形等，均屬脹形工藝。第三節(jié) 沖裁件結(jié)構(gòu)工藝性 1.對(duì)沖裁件的要求一、沖壓件的形狀及尺寸（1）落料件的外形和沖孔件的內(nèi)形應(yīng)力求簡(jiǎn)單（2）沖裁件的結(jié)構(gòu)尺寸必須考慮材料的厚度（3）轉(zhuǎn)角處應(yīng)盡量避免尖角，以圓角過(guò)渡。一般圓角半徑為R0.25t（t為板厚）；1）彎曲件形狀應(yīng)盡量對(duì)稱(chēng)，彎曲半徑不能小于材 料允許

7、的最小彎曲半徑；2）彎曲邊過(guò)短不易彎成型，故應(yīng)使彎曲邊高度H2s；2.對(duì)彎曲件的要求若H2s，則必須壓槽，或增加彎曲邊高度，然后加工去掉。彎曲邊高 帶孔彎曲件4）當(dāng)L過(guò)小時(shí),可在彎曲線(xiàn)上沖工藝孔,如對(duì)零件孔 的精度要求較高，則應(yīng)彎曲后再?zèng)_孔。3）彎曲帶孔零件時(shí)，為避免孔的變形，孔的位置 如圖所示，L（1.52）s3.對(duì)拉伸件的要求1）外形應(yīng)簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)；一般：rd2s，R（24）s，r3s。2）應(yīng)盡量避免直徑小而深度過(guò)深；3）底部與側(cè)壁、凸緣與側(cè)壁應(yīng)有足夠的圓角； 4）拉深件的壁厚變薄量一般要求不應(yīng)超出拉伸 工藝壁厚變化的規(guī)律； 最大變薄率約在10%18%左右5）不要對(duì)拉深件提出過(guò)高的精度和表面

8、質(zhì)量要求；二、簡(jiǎn)化工藝及節(jié)省材料的設(shè)計(jì)沖壓焊接結(jié)構(gòu)零件沖口工藝的應(yīng)用消音器后蓋零件結(jié)構(gòu)三、沖壓件的厚度盡可能采用較薄的材料；局部采用加強(qiáng)筋。四、沖壓件的精度和表面質(zhì)量落料件：不超過(guò)IT10沖孔件：不超過(guò)IT9彎曲件：不超過(guò)IT10IT9拉深件：高度尺寸精度不超過(guò)IT10IT8 直徑尺寸精度不超過(guò)IT10IT94整修與精密沖裁 1凸模 2齒圈壓板 3坯料 4凹模 5頂板a）帶齒圈壓板精沖b）普通沖裁 修整后沖裁件公差等級(jí)達(dá)IT6IT7，表面粗糙度Ra為0.81.6m。1、簡(jiǎn)單沖模五、沖模的分類(lèi)和構(gòu)造簡(jiǎn)單沖模模具簡(jiǎn)單，造價(jià)低。2、連續(xù)沖模（級(jí)進(jìn)模）連續(xù)沖模生產(chǎn)率高，要求定位精度高。3、復(fù)合沖模落料

9、拉伸復(fù)合沖模拉伸件精度高，模具復(fù)雜。特種壓力加工方法簡(jiǎn)介 精密模鍛 零件擠壓 零件軋制 超塑性成形 在模鍛設(shè)備上鍛造出形狀復(fù)雜、高精度鍛件的鍛造工藝。如精密鍛造錐齒輪，其齒形部分可直接鍛出而不必再切削加工。 精密模鍛件尺寸精度可達(dá) ITl5ITl2、表面粗糙度值Ra3.21.6 m。右圖是TSl2差速齒輪鍛件圖。 1、精密模鍛 保證精密模鍛的措施： (1) 精確計(jì)算原始坯料的尺寸，否則會(huì)增大鍛件尺寸公差，降低精度。 (2) 精細(xì)清理坯料表面，除凈坯料表面的氧化皮、脫碳層及其它缺陷等。 (3) 采用無(wú)氧化或少氧化加熱法，盡量減少坯料表面形成的氧化皮。 (4) 精鍛模膛的精度必須比鍛件精度高兩級(jí)。

10、精鍛模應(yīng)有導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，以保證合模準(zhǔn)確。精鍛模上應(yīng)開(kāi)有排氣小孔，以減小金屬的變形阻力，更好地充滿(mǎn)模膛。 (5) 模鍛進(jìn)行中要很好地冷卻鍛模和進(jìn)行潤(rùn)滑。設(shè)備：精密模鍛一般都在剛度大、運(yùn)動(dòng)精度高的設(shè)備(如曲柄壓力機(jī)、摩擦壓力機(jī)、高速錘等)上進(jìn)行。特點(diǎn)：精度高；生產(chǎn)率高；成本低等。2、零件擠壓擠壓是使坯料在擠壓模內(nèi)受壓被擠出模孔而變形的加工方法。按金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向的不同，擠壓可分為如下四種： 擠壓又可按坯料的擠壓溫度不同分為：熱擠壓、冷擠壓和溫?cái)D壓。(1) 熱擠壓：擠壓時(shí)，坯料變形的溫度高于再結(jié)晶溫度，與鍛 造溫度相同。 特點(diǎn)：熱擠壓中，金屬的變形抗力小，允許的變形程度較 大，生產(chǎn)率高。

11、但產(chǎn)品表面較粗糙。 應(yīng)用：熱擠壓廣泛地應(yīng)用于冶金部門(mén)，生產(chǎn)鋁、銅、鎂及 其合金的型材和管材等。目前也越來(lái)越多地用于機(jī) 器零件和毛坯的生產(chǎn)。 (2) 冷擠壓 擠壓時(shí)坯料變形的溫度低于再結(jié)晶溫度，經(jīng)常是 在室溫下。 應(yīng)用：圖所示為純鐵底座零件，長(zhǎng)期以來(lái)是采用切削加工方法制造，工序多。改用冷擠壓成形后，一次擠壓成形，尺寸精度完全符合設(shè)計(jì)要求，表面粗糙度值為Ra1.40.8 m。 特點(diǎn)：冷擠壓中，金屬的變形抗力較大，變形程度不宜過(guò)大。 變形后的金屬，其內(nèi)部組織為冷變形強(qiáng)化組織，故產(chǎn) 品的強(qiáng)度高，且產(chǎn)品的表面較光潔。(3) 溫?cái)D壓 溫?cái)D壓時(shí)金屬坯料變形的溫度介于室溫和再結(jié)晶溫度之間(100800)。特點(diǎn)

12、： 與熱擠壓相比，坯料氧化脫碳少，表面粗糙度值低，產(chǎn)品 尺寸精度較高。 與冷擠壓相比，變形抗力低，增大了每個(gè)工序的變形程 度，提高了模具的壽命，擴(kuò)大了冷擠壓產(chǎn) 品材料的品種。溫?cái)D壓產(chǎn)品的表面粗糙度值可達(dá)Ra6.33.2m。應(yīng)用：適合于擠壓中碳鋼和合金鋼件。零件擠壓工藝具特點(diǎn)：(1) 擠壓時(shí)金屬坯料處于三向受壓狀態(tài)，可提高金屬坯料的塑性，因而適合于擠壓的材料品種多，如非鐵金屬、碳鋼、合金鋼、不銹鋼及工業(yè)純鐵等。在一定的變形量下，某些高碳鋼、軸承鋼，甚至高速鋼等也可進(jìn)行擠壓。(2) 可制出形狀復(fù)雜、深孔、薄壁和異型斷面的零件。(3) 擠壓零件的精度可達(dá)IT7IT6，表面粗糙度值可達(dá)Ra3.20.4

13、m，從而可達(dá)到少、無(wú)屑加工的目的。(4) 擠壓變形后，零件內(nèi)部的纖維組織基本上是沿零件外形分布而不被切斷，從而提高了零件的力學(xué)性能。(5) 節(jié)省原材料。其材料利用率可達(dá)70，生產(chǎn)率也較高，比其它鍛造方法提高幾倍。設(shè)備：擠壓是在專(zhuān)用擠壓機(jī)(有液壓式、曲軸式、肘桿式等)上進(jìn)行的，也可在適當(dāng)改造后的通用曲柄壓力機(jī)或摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行。3、 零件軋制優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)率高、質(zhì)量好、成本低，并可大量減少金屬 材料消耗等。分類(lèi)：根據(jù)軋輥軸線(xiàn)與坯料軸線(xiàn)方向的不同，軋制分為 縱軋、橫軋、斜軋、楔橫軋等幾種。1）縱軋 縱軋是軋輥軸線(xiàn)與坯料軸線(xiàn)互相垂直的軋制方法。包括各種型材軋制和輥鍛軋制等。 輥鍛軋制是使坯料通過(guò)裝有弧形

14、模塊的一對(duì)作相反旋轉(zhuǎn)的軋輥，受壓變形的生產(chǎn)方法。 輥鍛軋制既可作為模鍛前的制坯工序，也可直接輥鍛工件。目前，成形輥鍛適用于生產(chǎn)如下三種類(lèi)型的鍛件： (1) 扁斷面的長(zhǎng)桿件：如板手、活動(dòng)扳手、鏈環(huán)等。 (2) 帶有不變形頭部、而沿長(zhǎng)度方向橫截面面積遞減的鍛件：如葉片等。葉片輥鍛成形與銑削成形相比，材料利用率提高4倍，生產(chǎn)率提高2.5倍，且葉片質(zhì)量好。 (3)連桿件：用輥鍛工藝鍛制連桿生產(chǎn)率高，工藝過(guò)程得以簡(jiǎn)化，但需進(jìn)行后續(xù)的精整工藝。 (1)輾環(huán)軋制 它是用來(lái)擴(kuò)大環(huán)形坯料的內(nèi)外直徑，獲得各種環(huán)狀零件的軋制方法。 2）橫軋 這種方法生產(chǎn)的環(huán)類(lèi)件呈各種形狀，如火車(chē)輪箍、軸承座圈、齒輪及法蘭等。 (2

15、) 齒輪軋制 采用熱橫軋可制造出直齒輪和斜齒輪這是一種無(wú)屑或少屑加工齒輪的新工藝。下圖為熱軋齒輪示意圖。 軋制前將坯料加熱，然后將帶有齒形的軋輪1 作徑向進(jìn)給，迫使軋輪與坯料 2對(duì)輾，這樣坯料上的一部分金屬受壓形成齒谷，相鄰部分的金屬被軋輪齒部“反擠”而上升，形成齒頂。 3）斜軋 斜軋亦稱(chēng)螺旋斜軋。它是軋輥軸線(xiàn)與坯料軸線(xiàn)相交一定角度的軋制方法。 如鋼球軋制、周期軋制、冷軋絲杠等。 4）楔橫軋 帶有楔形模具的兩(或三個(gè))軋輥，以相同的方向旋轉(zhuǎn)，棒料在它的作用下反向旋轉(zhuǎn)的軋制，稱(chēng)為楔橫軋。下圖為兩輥式楔橫軋。 超塑性成形也是壓力加工的一種新工藝。 超塑性是指金屬或合金在特定條件下，即低的形變速率( = 10-2 10-4 s-1)、一定