熱加工基礎(chǔ)05.ppt

1、板料成形又叫板料沖壓,是利用壓力裝置和模具使板材產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得成形件或制品的成形方法。,板料沖壓,一般沖壓板厚6mm，且通常在常溫下進行，故又稱為冷沖壓，只有當板厚超過8mm時才采用熱成形。,優(yōu)點： (1)沖壓件精度高，表面光潔，無切削，互換性好； (2)沖壓件質(zhì)量輕、強度、剛性較高； (3)操作簡便，生產(chǎn)率高，易于自動化； (4)廢料少，成本低；,板料沖壓,缺點： (1)變形沖壓件的材料應有足夠塑性與較低變形抗力 ； (2)有加工硬化現(xiàn)象，嚴重時使金屬失去近一步變形的能力 ； (3)模具費用高，不宜單件小批生產(chǎn)。,板料沖壓,沖壓設(shè)備,（1）沖床,板料沖壓,剪床 完成剪切工序，為

2、沖壓準備原材料的主要設(shè)備。,板料沖壓,板料分離工序,分離工序是使坯料一部分相對于另一部分分離而得到工件或者坯料，如落料，沖孔，切斷，修整等。 落料與沖孔 （沖裁） 落料是從板料上沖出一定外形的零件或坯料，沖下部分是成品。 沖孔是在板料上沖出孔，沖下部分是廢料。,（2） 切斷 切斷是指用剪刀或沖模將坯料或其他型材沿不封閉輪廓進行分離的工序。 斷用于制取形狀簡單，精度要求不高的平板類工件或下料。,板料分離過程,（3）修整 如零件的精度和表面粗糙度的要求較高，則需要用修整工序。,板料分離過程,金屬板料沖裁成形過程 彈性變形階段、塑性變形階段、斷裂分離階段。,板料分離過程,精密沖裁：在普通沖裁的基礎(chǔ)上

3、，通過改進沖裁模具，使材料呈塑性剪切的形式進行沖裁，以提高制件的精度，改斷面質(zhì)量。主要有光潔沖裁、負間隙沖裁、帶齒圈壓板精沖、往復沖裁等。,板料分離過程,齒圈壓板,1）凸凹模間隙 單邊間隙用C表示，雙邊間隙用Z表示。,沖裁工藝設(shè)計,間隙大小對沖裁件斷面質(zhì)量的影響,沖裁工藝設(shè)計,當沖裁件斷面品質(zhì)要求較高時，應選取較小的間隙值。 沖裁件斷面品質(zhì)無嚴格要求時，應盡可能加大間隙，以利于提高沖模壽命。 合理間隙Z的數(shù)值按經(jīng)驗公式計算：Z = m t 其中 t材料厚度； m與材質(zhì)及厚度有關(guān)的系數(shù)。,沖裁工藝設(shè)計,板材較薄時，m可按如下數(shù)據(jù)選用： 低碳鋼、純鐵 m=0.060.09 銅、鋁合金 m=0.06

4、 0.10 高碳鋼 m=0.08 0.12 當板料厚度 t 3mm時，因沖裁力較大，應適當放大系數(shù)m。 對沖裁件斷面無特殊要求時，系數(shù)m可放大1.5倍。,沖裁工藝設(shè)計,2）凸、凹模刃口尺寸確定 落料模 凹模尺寸=落料件尺寸 凸模尺寸=凹模尺寸最小合理間隙值 因凹模磨損后增大了落料尺寸，因此，凹模設(shè)計應接近落料件最小極限尺寸。,沖裁工藝設(shè)計,沖孔模 凸模尺寸=沖孔尺寸，以凸模為基準設(shè)計。 凹模尺寸=凸模尺寸+最小合理間隙值 凸模磨損后減小沖孔尺寸，因此，凸模設(shè)計應接近沖孔最大極限尺寸。,沖裁工藝設(shè)計,3）沖裁力計算 沖裁力是選用設(shè)備噸位和檢驗模具強度的一個重要依據(jù)。對于平刃沖模的沖裁力按下式計算

5、：,式中 P沖裁力； k系數(shù)；一般取k=1.3 L沖裁周邊長度； t板料厚度；,材料抗剪切強度。,沖裁工藝設(shè)計,4）排樣設(shè)計 （1）有廢料排樣 （2）少廢料排樣 （3）無廢料排樣,沖裁工藝設(shè)計,變形工序是使坯料發(fā)生塑性變形而形成一定形狀和尺寸的工件，主要有彎曲、拉深、翻邊、成形、收口等。 （1） 彎曲與卷邊 彎曲：是用模具把坯料彎成所需要形狀的過程，可以在各種機械或液壓壓力機上進行。,板料變形工序,彎曲工序主要有,彎曲變形工序,彎曲變形主要發(fā)生在彎曲中心角范圍，板料內(nèi)層受壓縮短，外層受拉伸長。,中性層變形區(qū)厚度方向，切向伸長與壓縮變形區(qū)間，有一層金屬不變形。稱為中性層。用于計算展開長度。,彎曲

6、變形工序,這種塑性變形程度的大小與彎曲半徑r的大小有關(guān)，r越小，變形程度越大，金屬的加工硬化作用越強。r太小就有可能在工件彎曲的部分外側(cè)開裂。 彎曲變形極限用最小彎曲半徑表示。 最小彎曲半徑：板厚一定，彎曲半徑r減小，板料外側(cè)伸長，保證不彎裂的最小半徑。,彎曲變形工序,當彎曲變形完畢后，凸模回程時，工件所彎的角度會因金屬彈性變形的恢復而略有曾加，稱為回彈現(xiàn)象。 卷邊也是彎曲的一種。,彎曲變形工序,回彈主要與材質(zhì)有關(guān)，某些材質(zhì)的回彈角度甚至高達10，設(shè)計模具時應考慮它的影響。 減少回彈的措施 (1)改進彎曲件局部結(jié)構(gòu)和選用合適的材料 如設(shè)計加強筋 選s, E的材料或退火處理. (2)補償法 根據(jù)

7、回彈趨勢修正凸?；虬寄！９S用的最多。,彎曲變形工序,（2）拉深 拉深：是將平板料放在凹模上，沖頭把材料拉入凹模而形成空心形狀工件的過程。,拉深變形工序,拉深變形過程： 凸緣為主要變形區(qū)，如是圓形零件，圓形坯料外徑直徑隨拉深變形而減小，轉(zhuǎn)化為零件側(cè)壁。 凸緣區(qū)徑向受拉產(chǎn)生拉應變，切向（周向）受壓產(chǎn)生壓應變。,拉深變形工序,在拉深過程中，工件的底部并未發(fā)生變形，而工件的直壁部分則經(jīng)歷了很大程度的塑性變形，引起了加工硬化作用。 當坯料直徑D與工件直徑d相差越大（ d/ D 越?。瑒t變形區(qū)越寬，變形程度就大。從底向上金屬的加工硬化作用就越強，拉深的變形阻力就越大，甚至有可能把工件直壁底部拉裂。,拉

8、深變形工序,d/D的比值m稱為拉深系數(shù) 一般取m=0.50.8。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)m小于相應材料最小極限拉深系數(shù)m極限，則應采用多次拉深。 產(chǎn)品m總 = m1m2m3mn,拉深變形工序,拉深主要缺陷：起皺和拉裂,拉深變形工序,防止拉裂的主要措施： （1）限制拉深系數(shù) （2）正確確定凸、凹模的圓角半徑 （3）合理規(guī)定凸、凹模間隙 （4）采用多次拉深和敷涂拉深潤滑劑,拉深變形工序,（3） 翻邊 在帶孔的坯料上通過凸模獲得豎立的凸緣的過程。 當工件所需的凸緣較高，用一次翻邊成形可能會使孔的邊緣造成破裂，這時可以采用先拉深，后沖孔，再翻邊成型的過程來實現(xiàn)。,板料變形工

9、序,板料變形工序,（4）收口：是使工件口部縮小，高度增加的過程。,（5）滾彎（含卷板） 滾彎是板料（工件）送入可調(diào)上輥與兩個固定下輥間、根據(jù)上下輥的相對位置不同，對板施加連續(xù)的塑性彎曲成形，改變上輥的位置可改變板材的滾彎的曲率。 還有一種滾彎是將板料一次通過若干對上下輥，每通過一對上下輥產(chǎn)生一定的變形，最終使板料成形為具有一定形狀的截面。,板料變形工序,利用板料制造各種沖壓產(chǎn)品零件時，各種過程的選擇，過程順序的安排和各過程應用次數(shù)，都是以產(chǎn)品零件的形狀和尺寸及每道工序中材料所允許的變形程度為依據(jù)。 形狀比較復雜或者特殊的零件，往往要用幾個基本過程多次沖壓才能完成。變形程度較大時，還要進行中間退

10、火。,板料變形工序,某零件材質(zhì)為Q235的沖壓過程： 1落料 2拉深 3第二次拉深 4沖孔 5翻邊,板料變形工序,黃銅彈殼的沖壓過程： 1落料 2拉深 3第二次拉深 4多次拉深 5成形 6收口 工件壁厚要經(jīng)過多次減薄拉深，由于變形程度較大，工序間要進行多次退火。,板料變形工序,沖壓件的精度和表面品質(zhì) 在滿足需要的情況下盡可能降低要求，以降低成本，提高生產(chǎn)率。沖壓一般精度:落料不超過IT10，沖孔不超過IT9，彎曲不超過IT9IT10。拉深件直徑在IT9IT10,高度尺寸為IT8IT10。 對沖壓件表面品質(zhì)要求，盡可能不高于原材料的所具有的表面品質(zhì)。否則將要增加切削加工等工序，增加成本。,板料沖

11、壓結(jié)構(gòu)工藝性,一、沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性,沖壓件的形狀和尺寸 落料件的外形應能使排樣合理，廢料最少。,（a）中少無搭邊排樣的形狀較（b）合理。,板料沖壓結(jié)構(gòu)工藝性,落料和沖孔的形狀和大小應使凸、凹模工作部分具有足夠的強度。,孔與孔的間距不能太??； 工件周邊的凹凸部分不能太窄太深； 轉(zhuǎn)角都應有一定的圓角等。,板料沖壓結(jié)構(gòu)工藝性,1、彎曲件形狀應盡量對稱，工作過程防止材料偏移 2、彎曲半徑不能小于材料允許的最小彎曲半徑。 3、彎曲件孔必須位于變形區(qū)以外 4、彎曲件的直變高度必須大于2倍板厚 5、彎曲件的尺寸公差最好在IT13以下,板料沖壓結(jié)構(gòu)工藝性,二、彎曲結(jié)構(gòu)件的工藝性,1、拉深件的外形應力求簡單對

12、稱且不宜太高，以便易于成形和減少拉深次數(shù) 2、拉深件的圓角半徑應盡量大一些，以便成形和減少拉深次數(shù)及整形工序。 3、拉深件各部分的比例應合理，其凸緣的寬度應盡量窄且一致 4、拉深件的公差等級及表面質(zhì)量。,板料沖壓結(jié)構(gòu)工藝性,三、拉深件的結(jié)構(gòu)工藝性,其他塑性成形簡介,3.5.1擠壓成形 金屬坯料受三向壓應力作用，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。,1）零件的擠壓方式,擠壓成形,2）擠壓特點 擠壓分為冷擠壓、溫擠壓和熱擠壓 1）冷擠壓 室溫下的擠壓，其特點： 三向壓應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、可加工難鍛金屬。 可生產(chǎn)管

13、、棒等型材，也可生產(chǎn)斷面復雜或具有深孔、薄壁及變斷面零件。,擠壓成形,制品精度較高，尺寸精度可達IT7IT6、表面粗糙度Ra=1.6 - 0.2，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)生產(chǎn)自動化。 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理。,擠壓成形,縫紉機梭心套殼（材料2Cr13）冷擠壓,擠壓成形,2）溫擠壓 坯料溫度高于室溫，低于再結(jié)晶溫度的擠壓。 其特點： 坯料可不進行預先軟化處理、潤滑處理和中間退火等。 與冷擠壓相比，降低了變形抗力，增加每個工序的變形程度，提高了模具的使用壽命。 溫擠壓零件的精度和

14、力學性能低于冷擠壓零件。 對于一些冷擠壓難以塑性成形的材料，均可采用溫擠壓,擠壓成形,微型電機外殼的材料為不銹鋼，坯料尺寸為25.8X14mm，若采用冷擠壓則需要多次擠壓才能成形，生產(chǎn)率低，但若將坯料加熱到260，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 （a）坯料 （b）復合擠壓 （c）正擠壓,擠壓成形,3）熱擠壓 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。 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)。 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。,擠壓成形,拉拔成型,拉拔：在拉

15、力作用下，迫使金屬坯料通過拉拔模孔，以獲得相應形狀與尺寸制品的塑性加工方法,輥軋成形,常見輥軋有：輥鍛、橫軋、斜軋等。 輥鍛：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。,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。,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、葉片、刺刀、鐵道道岔等。,輥軋成形,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15%左右。 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

16、輪箍、大型軸承圈、齒圈、法蘭等。,輥環(huán)軋制示意圖 1驅(qū)動輥 2毛坯 3從動輪 4導向輥 5信號輥,輥軋成形,橫軋 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 將帶齒形的軋輪做徑向進給，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齒谷，相鄰部分的金屬被軋輪齒部“反擠”而形成齒頂。直齒和斜齒均可用熱軋成型。,輥軋成形,2）螺旋斜軋：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），同時受壓塑性變形，獲得制品。,輥軋成形,3）橫楔軋：橫楔軋是用兩個外表面鑲有楔形凸塊，并作同向旋轉(zhuǎn)的平行軋輥對沿軋輥軸向送進的坯料進行軋制成形的方法。,輥軋成形,超塑性成形,指金屬或合金在低變形速率、一定變形溫度和均勻細晶粒度條件下，伸長率超過100%的塑性變形。,特點 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，變形應力可比常態(tài)下金屬的變形應力降低幾倍至幾十倍。 可獲得形狀復雜、薄壁的工件，且工件尺寸精確。 超塑性成形后的工件，具有較均勻而細小的晶粒組織，力學性能均勻一致；具有較高的抗應力腐蝕