機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)課件ppt_05模鍛工藝和冷塑性加工基礎(chǔ)

1、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)鍛壓工藝塑性加工基礎(chǔ)和鍛造工藝?yán)詈ＦG華中科技大學(xué)船海學(xué)院機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝回顧塑性成形的概念：通過外力使材料產(chǎn)生塑性變形，達(dá)到改變材料的形狀、尺寸和機(jī)械性能的目的的一類工藝方法稱為塑性成形 。塑性變形的實(shí)質(zhì)：金屬在外力超過屈服強(qiáng)度時產(chǎn)生永久性變形的性質(zhì)稱為塑性變形，是金屬鍵的不飽和性的反映。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝罩=-3- -機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝塑性變形對金屬性能影響：加工硬化：金屬在塑性變形時，隨著變形量的增加，強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象。加工硬化產(chǎn)生的原因：由于晶體的滑移變形量的增大，位錯及亞晶界的數(shù)量增多，晶格畸變 量增大，使位錯運(yùn)動困難，滑移無法進(jìn)

2、行。導(dǎo)致 金屬內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力 。利：金屬產(chǎn)生加工硬化后，將可以提高強(qiáng)度和硬度，有利于提高材料和零件的承載能力和耐 磨性。弊：導(dǎo)致進(jìn)一步的塑性變形困難，使塑性成形無法進(jìn)行或?qū)е聰嗔褭C(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝消除加工硬化：再結(jié)晶：經(jīng)過塑性變形的金屬，在加熱過程中， 強(qiáng)度和硬度下降，塑性和韌性提高的現(xiàn)象稱為再結(jié)晶 。再結(jié)晶的實(shí)質(zhì)：由于塑性變形后，金屬內(nèi)部存在大量的位錯，亞晶和晶格畸變，所以塑性變形后的金 屬處于高能狀態(tài)，有自發(fā)地向低能態(tài)轉(zhuǎn)化的傾向，但 在室溫時，原子的活動能力很差，向低能態(tài)轉(zhuǎn)化需要 很長的時間 。再結(jié)晶溫度：塑性變形后的金屬，通常要加熱到某一溫度才開始發(fā)生再結(jié)晶，這一溫度稱為再結(jié)

3、晶溫 度 。晶粒粗大：溫度再增加，晶粒長大開始長大，晶粒長大的速度很快，導(dǎo)致晶粒過大，使雜質(zhì)富集，導(dǎo)致塑性下降機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝影響再結(jié)晶的因素：純金屬：再結(jié)晶溫度為：T再=0.4T熔，所以， 熔點(diǎn)高的金屬，再結(jié)晶溫度也高 。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝影響再結(jié)晶的因素：變形量：塑性變形量愈大，能態(tài)愈高，再結(jié)晶進(jìn) 行越容易，再結(jié)晶溫度愈低 。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝影響再結(jié)晶的因素：雜質(zhì)和合金元素：金屬中雜質(zhì)和合金元素越高， 由于雜質(zhì)和合金元素阻礙原子的擴(kuò)散和晶界的遷移， 使再結(jié)晶進(jìn)行困難，金屬再結(jié)晶溫度越高 。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝影響再結(jié)晶的因素：加熱和保溫時間：加熱和保溫時間越長，原

4、子的擴(kuò)散路程越長，再結(jié)晶進(jìn)行越容易，再結(jié)晶溫度愈低。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝塑性變形的類型：冷變形：金屬在再結(jié)晶溫度以下的塑性變形稱為冷變形。通常也稱為冷壓力加工。沿變形方向，晶粒被拉長，位錯和亞晶較多，并產(chǎn)生加工硬化 。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝塑性變形的類型：冷變形強(qiáng)化：在冷壓力加工中，因產(chǎn)生加工硬化，不利于要求變形大的復(fù)雜零件的成形。但可利用冷壓力加工實(shí)現(xiàn)非熱處理強(qiáng)化金屬的冷變形強(qiáng)化 。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝塑性變形的類型：冷變形產(chǎn)品：冷變形產(chǎn)品具有表面質(zhì)量好、尺寸精度高、機(jī)械性能好的特點(diǎn)，一般不需再切削加工。常溫下進(jìn)行的冷鐓、冷擠、冷軋以及冷沖壓等都屬于冷變形 。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工

5、藝塑性變形的類型：熱變形：金屬在再結(jié)晶溫度以上的塑性變形稱為熱 變形。通常也稱為熱壓力加工。因在再結(jié)晶溫度以上， 原子的活動能力強(qiáng)，位錯，亞晶和晶格畸變消除，晶粒很快長成為無畸變的規(guī)則的再結(jié)晶組織。從而消除了加工硬化 。熱變形的利用：熱壓力加工時，金屬變形抗力小，塑性好，可用于大尺寸及塑性較差的材料的塑性成形。 利用熱壓力加工，還可以細(xì)化晶粒，分散雜質(zhì)，焊合缺 陷。熱變形產(chǎn)品：由于熱變形是在高溫下進(jìn)行的，因而金屬在加熱過程中，表面容易形成氧化皮，而且產(chǎn)品尺 寸精度和表面質(zhì)量較低，勞動條件和生產(chǎn)率也較差。自 由鍛、熱模鍛、熱軋等為熱壓力加工 。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝塑性變形后的性態(tài)：纖維組織：

6、純金屬塑性變形后，晶粒沿變形方向 被拉長，微觀上呈纖維形狀，稱為纖維組織 。流線：鑄錠在壓力加工中產(chǎn)生塑性變形時，基體金屬的晶粒形狀和沿晶界分布的雜質(zhì)形狀都發(fā)生了變形， 它們將沿著變形方向被拉長，微觀上呈纖維形狀而宏觀 上呈流線形狀，這種結(jié)構(gòu)叫流線 。特點(diǎn)：順纖維和流線方向的機(jī)械性能比橫纖維和流線方向的好。金屬的變形程度越大，纖維組織和流線 就越明顯，機(jī)械性能的方向性也就越顯著。流線的化學(xué) 穩(wěn)定性強(qiáng)，通過熱處理是不能消除的，只能通過不同方 向上的鍛壓才能改變流線的分布狀況。而纖維組織可通 過再結(jié)晶退火的熱處理消除機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝塑性變形后的性態(tài)：流線組織的利用：使流線分布與零件的輪廓相

7、符合而不被切斷，使零件所受的最大拉應(yīng)力與纖維方向一 致，最大切應(yīng)力與纖維方向垂直 。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝金屬的可鍛性：可鍛性的概念：金屬材料在經(jīng)受壓力加工時產(chǎn)生塑性變形的工藝性能。金屬的可鍛性好， 表明該金屬適合于經(jīng)受壓力加工成型?？慑懶?差，說明該金屬不宜于選用壓力加工方法成型 ?？慑懶缘脑u定指標(biāo)：可鍛性的優(yōu)劣是以金屬的塑性和變形抗力來綜合評定的。塑性高， 則金屬變形不易開裂；變形抗力小，則鍛壓省 力。兩者綜合起來，金屬材料就具有良好的可鍛性。 金屬的可鍛性取決于材料的性質(zhì)(內(nèi)因) 和加工條件(外因)。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝影響可鍛性的因素：合金成分：純金屬的可鍛性比合金的可鍛性好。鋼

8、中合金元素含量越多，合金成分越復(fù)雜，其塑性越差，變形抗力越大。例如純鐵、低碳鋼和高合金鋼，它們的可鍛性是依次下降的 。組織：純金屬及固溶體(如奧氏體)的可鍛性好。而碳化物(如滲碳體)的可鍛性差。鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒結(jié)構(gòu)不如晶粒細(xì)小而又均勻的組織的可鍛性好 。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝影響可鍛性的因素：溫度：在一定的變形溫度范圍內(nèi)，隨著溫度升高， 原子動能升高，從而塑性提高，變形抗力減小，有效改善了可鍛性 。過熱：加熱溫度過高，晶粒急劇長大，金屬機(jī)械性 能降低的現(xiàn)象 。過燒：加熱溫度接近熔點(diǎn)，晶界氧化破壞了晶粒間 的結(jié)合，使金屬失去塑性，坯料報廢的現(xiàn)象機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝影響可鍛性的因素：始鍛

9、溫度：金屬鍛造加熱時允許的最高溫度稱為始鍛溫度 。終鍛溫度：引起加工硬化甚至開裂的最低溫度稱為終鍛溫度 。鍛造溫度范圍：始鍛溫度與終鍛溫度之間的區(qū)間稱為鍛造溫度范圍。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝影響可鍛性的因素：變形速度：由于變形速度的增大，回復(fù)和再結(jié)晶不能及時克服加工硬化現(xiàn)象，金屬則表現(xiàn)出塑性下降、 變形抗力增大；但金屬在變形過程中，消耗于塑性變形 的能量有一部分轉(zhuǎn)化為熱能，使金屬溫度升高。當(dāng)變形 速度很高時，金屬的塑性提高、變形抗力下降，可鍛性 變好 。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝影響可鍛性的因素：高 。應(yīng)力狀態(tài)：壓應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑性愈好； 拉應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑性愈差。壓應(yīng)力使金屬內(nèi)部

10、原子間距減小，又不易使缺陷擴(kuò)展，故金屬的塑性會增機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝鍛造的應(yīng)用：主軸類零件：大多數(shù)受力較大或受交變載荷作用 的機(jī)械主軸都采用鍛造方法生產(chǎn) 。連桿：大多數(shù)受力較大或受交變載荷作用的連桿 都采用鍛造方法生產(chǎn) 。齒輪：大多數(shù)重載荷齒輪都用鍛造方法生產(chǎn) 。大梁：汽車大梁要求有高的機(jī)械性能，常用冷彎成形 。槍炮管：槍炮管要求機(jī)械性能和耐磨性能高，一 般用擠壓方法生產(chǎn) 。其他：塑性成形也廣泛用于電器、儀表及日用品 工業(yè)中的外殼制造 。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝鍛造工藝：自由鍛：金屬在人為控制下，通過改變受力的點(diǎn)位置和力的大小，而改變其形狀，并最終獲得所需尺寸 的坯件的成形方法。也稱為自由

11、成形 。胎模鍛：在自由鍛設(shè)備上，使用可移動的胎模具生產(chǎn)鍛件的鍛造方法稱為胎膜鍛。一般先將坯料經(jīng)過自 由鍛預(yù)鍛成近似鍛件的形狀，然后用胎模終鍛成型。固定模膛模鍛：通過塑性變形迫使坯料在鍛模型 槽內(nèi)成型生產(chǎn)鍛件的鍛造方法稱為模鍛或固定模膛成形。主要分為錘上模鍛和壓力機(jī)上模鍛 。沖壓分離：使坯料的一部分與另一部分相互分開的工序稱為分離工序。如落料、沖孔、切斷、精沖等 。沖壓變形：只允許產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，不允許產(chǎn)生微裂紋。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝模鍛工藝規(guī)程的制定：錘上模鍛成形的工藝過程：切斷毛坯加熱坯料模鍛切除模鍛件的飛邊校正鍛件表面清理檢 驗(yàn)入庫 。鍛件圖的繪制： 合理選擇模鍛件的分 模面；

12、確定模鍛件的 機(jī)械加工余量；標(biāo)注 模鍛斜度；標(biāo)注模鍛 圓角；留出沖孔連皮。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝模鍛工藝規(guī)程的制定：模鍛工步的確定： 長軸類：下料拔長 滾壓彎曲預(yù)鍛終鍛。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝模鍛工藝規(guī)程的制定：模鍛工步的確定：圓盤類：下料鐓粗預(yù)鍛終鍛。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性合理的分型面：模鍛零件必須具有一個合理的分模面，以保證模鍛件易于從鍛模中取出、敷料最少、鍛模容易制造 。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性拔模斜度和圓角：與錘擊方向平行的非加工表面，應(yīng)設(shè)計出模鍛斜度。非加工表面所形成的角都應(yīng)按模鍛圓角設(shè)計 。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性截面差不

13、可太大：零件外形力求簡單、平直和對稱，盡量避免零件截面間差別過大，或具有薄壁、高筋等結(jié)構(gòu)。為了使金屬容易充滿模膛和減少工序，零件的最小截面與最大截面之比如小于0.5就不宜采用模鍛方法制造 。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性避免高筋、薄壁機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性避免凸緣、多孔機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝自由鍛鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性錐體或斜面：防止鍛件上出現(xiàn)具有錐體或斜面的結(jié)構(gòu)、因?yàn)殄F體或斜面很難鍛制，應(yīng)改為圓柱體或平面機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝自由鍛鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性相貫面：與防止鍛件出現(xiàn)圓柱面與圓柱面相慣的結(jié)構(gòu)，因?yàn)橄鄳T線為空間曲線，無法鍛制， 應(yīng)改為平面相交機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓

14、工藝自由鍛鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性避免非規(guī)則結(jié)構(gòu)：防止鍛件出現(xiàn)橢圓形、工字形或其它非規(guī)則形狀截面及非規(guī)則外形的結(jié)構(gòu)，因?yàn)?非規(guī)則形狀截面及非規(guī)則外形，鍛制困難，應(yīng)改為規(guī) 則外形和規(guī)則形狀截面機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝自由鍛鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性避免肋板和凸臺：防止鍛件出現(xiàn)肋板和凸臺的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樽杂慑憻o法鍛制高筋和凸臺。應(yīng)將肋板改 為鍛后焊接，凸臺改為沉頭孔機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝自由鍛鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性避免鍛件形狀復(fù)雜：防止鍛件出現(xiàn)截面急劇變化或形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樽杂慑憻o法鍛制截面急劇 變化或形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。應(yīng)將工件分段鍛制，鍛后焊 接或機(jī)械連接組成整體。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝模鍛復(fù)習(xí)題并繪制其鍛件圖和給出

15、鍛造工步。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝2.4 冷塑性加工基礎(chǔ)冷塑性加工：是指在再結(jié)晶溫度以下的塑性加工工藝板料沖壓是利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形的工藝方法。也成為冷沖壓。的原理及分類： 用沖模使板料產(chǎn)生變形或分離的成形方法。 板料厚度小于8mm時，在室溫下進(jìn)行，稱冷沖壓。要求材料塑性好，常用的沖壓材料為低碳鋼、銅、鋁、鎂合金及不銹鋼等。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝2、板料沖壓的特點(diǎn)及應(yīng)用：（1） 特點(diǎn)：1） 可制出形狀復(fù)雜的零件，且廢料少。2） 產(chǎn)品精度高，表面粗糙度小，互換性好。3） 產(chǎn)品質(zhì)輕，強(qiáng)度和剛度高。4） 工藝和操作簡單，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動化。5） 沖模制造復(fù)雜，適于大批大量生產(chǎn)。（2）

16、應(yīng)用：汽車、拖拉機(jī)和飛機(jī)的外殼、箱體、容器等。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝1、落料及沖孔（統(tǒng)稱沖裁）：1) 沖裁變形過程：(1)彈性變形階段：(2）塑性變形階段：(3）斷裂分離階段：機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝2) 凸凹模間隙： 當(dāng)當(dāng)Z間過間隙小隙合，過適裂大時紋時，擴(kuò)，如展斷圖受面到9-光3限b面）制減，所小上示，下，塌裂這角紋時間與光將斜面產(chǎn)度增約大生占，二板形次厚成剪的厚切1/而，2大外1的表/3尺拉左寸長右略毛，有刺切增，斷大且面，難的內(nèi)以塌腔去角尺除、寸，毛同刺時略和沖有斜裁縮度的小均翹（很曲彈小現(xiàn)性。象回零復(fù)嚴(yán)件）重的。尺凸外寸凹形幾模尺乎間寸與的縮摩模小擦具，增一

17、內(nèi)腔致尺大，寸。完增光全大面可，寬以模度滿具增足壽加使，命用塌較要角高求、。毛刺、斜度等都有所減小，工件質(zhì)量較高。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝3) 凸凹模刃口尺寸的確定： 在沖裁件尺寸的測量和使用中，都是以光面的尺寸為基準(zhǔn)。 落料件的光面是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，而孔的光面是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的。 設(shè)計落料模時，應(yīng)先按落料件確定凹模刃口尺寸， 取凹模作設(shè)計基準(zhǔn)件，然后根據(jù)間隙Z確定凸模尺寸（即用縮小凸模刃口尺寸來保證間隙值）。 落料凹?；境叽鐟?yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較小的尺寸。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝3) 凸凹模刃口尺寸的確定： 設(shè)計沖孔模時，先按沖孔件確定凸模尺寸，取凸 模作設(shè)計基準(zhǔn)件，然后根據(jù)間隙Z確定凹模尺寸（即用擴(kuò)大凹模刃口尺寸來保證間隙值）。 沖孔凸模基本尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。f1021f101-ZZ/2f101 f50.5Z/2f50.5+Z機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝4) 沖裁件的排樣： 兩種類型：有搭邊排樣及無搭邊排樣。機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)鍛壓工藝2、修整： 修整是利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一