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材料成型技术_--_第三章锻压_3.2

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第三章 锻压 第三章 锻压成型 第3章 锻压 第三章锻压成型 材料成型技术 第三章锻压成形 第三章 锻压成形 3第三章锻压
资源描述:
3.2 金属塑性成形方法 主要有锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。 3.2.1 3.2.1 锻造锻造 锻造锻造是在加压设备及工(模)具的作用下,是在加压设备及工(模)具的作用下, 使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形,以使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形,以 获得具有一定几何尺寸、形状和质量的锻件的获得具有一定几何尺寸、形状和质量的锻件的 加工方法。加工方法。 按所用的设备和工(模)具的不同,按所用的设备和工(模)具的不同, 可分为可分为自由锻和模锻自由锻和模锻两大类。两大类。 1.自由锻 即只用简单的通用性工具,或在锻造设备的 上、下帖间直接使坯料变形而获得所需的 几何形状及内部质量锻件的加工方法。 (1)分类 1)手工锻造,生产小型锻件。 2)机器锻造,生产大、中、小型锻件。 (2)特点 1)金属坯料在水平方向可自由流动; 2)可使用多种锻压设备; 3)锻件力学性能好; 4)节约金属,减少切削加工工时; 5)锻件形状简单,精度低; 6)生产率较低,劳动强度较大。 主要用于形状简单的单件小批生产, 特别适于重型、大型锻件生产。 (4)自由锻的基本工序 分类分类 :: 1 1)辅助工序:)辅助工序: 为方便基本工序的操作而预先进行局部小变形 的工序。 如倒棱、压肩等。 2 2)精整工序:)精整工序: 修整锻件最终形状和尺寸、消除表面不平和歪 斜的工序。如修整鼓形、校平、校直等。 3 3)基本工序:)基本工序: 锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工序。 如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、锻接等。 2.模锻 即利用模具使毛坯变形获得锻件的方法。常用 的模锻设备有蒸汽-空气模锻锤、压力机等。 (1)模锻分类: 1)锤上模锻:在锻锤上进行; 2)胎模锻:在自由锻设备上使用可移动模具; 3)压力机上模锻: 在压力机上对热态金属进行模锻。 (2)模锻特点 1)坯料整体塑性变形,三向受压; 2)锻件尺寸精确,加工余量小; 3)锻件形状可较复杂; 4)生产率较高; 5)锻模造价高,制造周期长; 适于小型锻件的成批大量生产。 如飞机、机车、军工、轴承等制造业中的 齿轮、轴、连杆等零件。 1)锤上模锻: 即在锻锤上进行的模锻。 按所用设备和模具不同, 可分为锤模锻和胎模锻。 ①锤模锻:即在各种模锻锤上进行的模锻。 ★ 锻模模膛:→根据锻件形状和模锻工艺而 开设的凹腔。 (3)模锻方法 锤锻模具由带有燕尾的上模 、下模组成。下模固定在模座上 ,上模固定在锤头上,并随锤头 作上下往复锤击运动使锻坯在模 膛中成形。 模膛 种类 制坯模膛(体积分配) 模锻模膛(锻件成形) 切断模膛(锻件与坯料切离) 预锻→初步成形 终锻→最终成形 设飞边槽★ 放收缩率 镦粗 拔长 滚挤★ 弯曲 … ● 实际锻造时应根据锻件的复杂程度相应 选用单模膛锻模或多模膛锻模。 一般形状简单的锻件 采用仅有终锻模膛的单模膛锻模, 而形状复杂的锻件(如截面不均匀、轴线弯 曲、不对称等)则需采用具有制坯、预锻、 终锻等多个模膛的锻模逐步成形。 下面让我们来看一下弯曲连杆在锤上模 锻时所用的多模膛锻模及其成形过程。 ③弯曲 ②滚挤 ①拔长 锻模切边模 制坯工步 ④预锻 ⑤终锻 ⑥切边 模锻工步 切断工步 ②胎模锻: 即在自由锻造设备上使用可移动模具生产模锻即在自由锻造设备上使用可移动模具生产模锻 件的一种锻造方法。件的一种锻造方法。 特点:特点: 与自由锻相比:锻件质量好;生产率高;与自由锻相比:锻件质量好;生产率高; 节约金属。节约金属。 与模锻相比:与模锻相比: 操作灵活;生产准备周期短;操作灵活;生产准备周期短; 锻件表面质量较差;劳动强度大。锻件表面质量较差;劳动强度大。 胎模的种类胎模的种类::扣模;筒模;合模。扣模;筒模;合模。 2)锻造压力机模锻(自学) 在压力机上对热态金属进行锻造。 ①液压机模锻:模锻液压机是用高压液体(通常为 水或油)来驱动安装在活动横梁上的锻模进行模 锻的。 ②锻压机模锻:锻压机即热模锻机械压力机,是通 过曲柄连杆机构使滑块往复运动进行模锻的。 ③平锻机模锻:平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块 的卧式压力机。 ④螺旋压力机模锻:螺旋压力机是靠主螺杆的旋转 带动滑块上下运动,向上实现回程,向下进行锻 打的压力机。 3.2.2 冲压 1.冲压 是使板料经分离或成形而得到制 件的工艺统称。 (1)冲压设备: 1)剪床→把板料切成一定宽度的条料 , 为后续的冲压备料。 2)冲床→完成冲压的各道工序, 生产出合格的产品。 (2)冲压特点 1 1)冲压件轻、薄、刚度好;)冲压件轻、薄、刚度好; 2 2)生产率和材料利用率高;)生产率和材料利用率高; 3 3))成品形状可较复杂、形状可较复杂、尺寸精度高、、表面质 量好、质量稳定质量稳定 ,一般无需切削加工;,一般无需切削加工; 4 4))大批量生产时,产品成本低。大批量生产时,产品成本低。 应用:汽车、拖拉机、电机、电器、仪表仪器 、轻工和日用品及国防工业生产等领域。 常用的冲压材料有低碳钢、高塑性合金钢、铝 和铝合金、铜和铜合金等金属板料、带料与卷 料,还可加工纸板、塑料板、胶木板、纤维板 等非金属板料。 安徽工程科技学院机械系安徽工程科技学院机械系 A U A U T S T S ⑴⑴冲裁:冲裁:即利用冲模将板料以封闭或不封闭的轮即利用冲模将板料以封闭或不封闭的轮 廓线与坯料分离的冲压方法。廓线与坯料分离的冲压方法。 即用带刃口的冲模使板料分离。 沿封闭轮廓分离 (冲孔、落料等) 沿非封闭轮廓分离 (切断、切口、剖切等) 冲 裁 凸模 凹 模 板坯 2.2.冲压基本工序冲压基本工序 安徽工程科技学院机械系安徽工程科技学院机械系 A U T SA U T S 1)冲裁变形过程 ◆三个阶段:弹性变形→塑性变形→剪裂分离 ◆冲后断面特征: 对应各变形阶段, 冲裁断面相应地分为 塌角、光亮带、剪裂带 和毛刺区。 光亮带宽度越大, 塌角越小, 剪裂带的宽度和斜度越小, 则剪切面的质量越好 塌角 光亮带 剪裂带 毛刺 塌角 光亮带 剪裂带 毛刺 冲裁件断面组成示意图 冲孔件 落料件 2)冲裁间隙 :指凹模与凸模工作部分的水平 投影尺寸之差。 (一般用字母Z代表双边间隙) 冲裁间隙的大小直接影响冲裁件的质量、 冲裁力的大小和模具寿命。 冲裁间隙的影响: ①对断面质量:Z过大,断面质量不好; ②对模具寿命:Z加大,提高寿命; ③对冲裁力:Z加大,可减小冲裁力。 合理选择间隙值Z (根据材料种类、料厚、精度要求等确定) ①当断面质量要求较高时,应选较小的间隙值; ②当断面质量无严格要求时,应尽可能加大间隙。 经验公式:Z=mδ (m是系数,δ是料厚) 冲裁软钢、铝合金、铜合金等软材料时: Z=(6%~8%)δ 冲裁硬钢等材料时:Z=(8%~12%)δ 冲厚板或精度较低的冲裁件时,间隙还可适 当增大。 3)排样: 即冲裁件在板料或带料上的布置方法。即冲裁件在板料或带料上的布置方法。 排样原则:合理。排样原则:合理。 目的:简化模具结构,提高材料利用率。目的:简化模具结构,提高材料利用率。 4 4)提高冲裁质量的冲压工艺:)提高冲裁质量的冲压工艺: 当冲裁件剪断面用做工作表面或配合表面时,当冲裁件剪断面用做工作表面或配合表面时, 常采用常采用整修、挤光、精密冲裁整修、挤光、精密冲裁等冲压工艺以提等冲压工艺以提 高冲裁质量。高冲裁质量。 ⑵弯曲: 即将板料、型材或管材在弯矩的作用下弯成 具有一定曲率和角度的制件的成形方法。 1)弯曲变形过程: 弹性变形 塑性变形 塑性弯曲 板料受力:外侧受拉应力“+”; 内侧受压应力“-”。 外层开裂:当б外>бb时,则产生弯裂。 故应限制板料的最大弯曲变形程度(即最小 弯曲半径), 同时注意毛坯下料方向,最好 使板料流线方向与弯曲线垂直。 3)回弹---由于外力去除后弹性变形的恢复, 造成工件的弯曲角度、曲率半径与模具不一致 的现象。 故一般在设计弯曲模时,模具角度应比成品 角度略小一个回弹角度;或改进工件结构、弯 曲方式及模具结构来减少回弹。 2 2)最小弯曲半径:)最小弯曲半径: 即坯料弯曲时最外层纤维濒于拉裂时内表面的即坯料弯曲时最外层纤维濒于拉裂时内表面的 弯曲半径,用符号弯曲半径,用符号r rmin min表示。 表示。 故在生产中:故在生产中:r r>>r rmin min。。 4 4)弯曲的分类和应用:)弯曲的分类和应用: 按所用设备和工具不同,弯曲可分为压弯,拉弯和按所用设备和工具不同,弯曲可分为压弯,拉弯和 辊弯等类型。辊弯等类型。 ①压弯:即用凸模将坯料压入凹模弯曲成形。压弯:即用凸模将坯料压入凹模弯曲成形。 弯曲工艺适应性强,弯曲工艺适应性强,最常用;最常用; ②拉弯:是使坯料在受拉状态下沿模具弯曲成形。拉弯:是使坯料在受拉状态下沿模具弯曲成形。 用于弯曲半径较大的工件;用于弯曲半径较大的工件; ③辊弯:是使坯料受辊轴旋转时摩擦力作用,连续辊弯:是使坯料受辊轴旋转时摩擦力作用,连续 进入辊轴间弯曲成形。进入辊轴间弯曲成形。 常用于圆柱面和圆锥面加工。常用于圆柱面和圆锥面加工。 ⑶⑶拉深拉深::也称为拉延,是使板料成形为空心件而 也称为拉延,是使板料成形为空心件而 厚度基本不变的加工方法。厚度基本不变的加工方法。 ★ 拉深模与冲裁模的主要区别: 工作部分不是锋利的刃口而是圆角; 凸模与凹模的间隙显著增加,一般 单侧间隙应稍大于板厚。 弹性变形 塑性变形。 1)拉深变形过程过程:: d d D0 2)拉深系数m: 即拉深变形后制件直径d与其毛坯直径D0之比。 m=d/D0 ( m越小,表示变形程度越大) mmin为极限拉深系数:在工件不至拉裂的条件下, 所能达到的最小拉深系数。 多次拉深:当m<mmin时,如拉深弹壳、笔帽等则 要采用多次拉深。 mmin=0.5~0.8 拉深次数<4~5次,且要求m1<m2<…<mn m=m1 m2 … mn 3 3))拉深缺陷:拉深缺陷:拉裂、起皱拉裂、起皱 拉裂拉裂---筒壁与底部的过渡处破裂。 防止措施: ①采用多次拉深,使用润滑剂; ②合理规定间隙及加大模具圆角半径。 起皱---由于切向压应力过大使毛坯失稳而 造成变形区折皱。 防止措施:①采用压边圈压紧坯料; ②间隙不能过大,m不能过小。 ⑷其他冲压成形工艺 1)缩口:即将管件或空心制件的端部沿径向加压, 使其径向尺寸缩小的加工方法。 2)起伏:即在板坯或制品表面上通过局部变薄获得 各种形状的凸起与凹陷的成形方法。 3)翻孔:即在预先制好孔的半成品或未经制孔的板 料上冲制出竖直边缘的成形方法。 4)胀形:即板料或空心坯料在双向拉应力作用下, 使其产生塑性变形取得所需制件的成形方法。 实际生产中,应根据冲压件的形状采用多个 基本工序组合,经多次冲压才能完成。 3.2.3 轧制(自学) 轧制是金属材料(或非金属材料)在旋转轧锟 的阿姨里作用下,产生连续塑性变形,获得 所要求的截面形状并改变其性能的方法。 按轧锟轴线与轧制线间以及轧锟转向的关系不 同轧制可分为纵轧、斜轧和横轧三种。 1.纵轧 即轧锟轴线相平行,旋转方向相反,轧件作直 线运动的轧制。 锟锻也属纵轧类型,是用一对相向旋转的扇 形模具使坯料产生塑性变形,从而获得所需 锻件或锻坯的锻造工艺。 ⑵斜轧 即轧锟相互倾斜配置,以相同方向旋转,轧 件在轧锟的作用下反向旋转,同时还作轴 向运动,即螺旋运动的轧制方法。 常用的斜轧方法有 孔型斜轧和仿型斜轧两种。 广泛用于生产钢球、周期性轧材、麻花钻、空心管 套等零件或毛坯。 ⑶横轧 即轧锟轴线与轧件轴线平行且轧锟与轧件作 相对转动的轧制方法。 常用的横轧方法有楔横轧、齿轮轧制、辗环 。 分别用于生产 各种类形的台阶轴、齿轮、和螺纹。 3.2.4 挤压(自学) 1.正挤压:即使坯料从模孔中流出部分的运 动方向与凸模运动方向相同的挤压方法。 2.反挤压:即坯料的一部分沿着凸模与凹模 之间的间隙流出,其流动方向与凸模运动 方向相反的挤压方法。 3.复合挤压:即同时兼有正挤、反挤时金属 流动特征的挤压方法。 4.径向挤压:即坯料沿径向挤出的挤压方式 。 3.2.5 其它塑性成形方法(自学) 1.1.柔性模成形柔性模成形 即用液体、橡胶或气体的压力代替刚性凸模或凹即用液体、橡胶或气体的压力代替刚性凸模或凹 模使板料成形的方法。模使板料成形的方法。 ((1 1)橡皮成形:即利用橡皮作为通用凸模(或凹)橡皮成形:即利用橡皮作为通用凸模(或凹 模)进行板料成形方法。模)进行板料成形方法。 ((2 2)液压成形:即用液体(水或油)作为传压介)液压成形:即用液体(水或油)作为传压介 质,而使板材按模具形状产生塑性变形的方法。质,而使板材按模具形状产生塑性变形的方法。 ((3 3)液压)液压- -橡皮囊成形:即液体压力通过橡皮囊橡皮囊成形:即液体压力通过橡皮囊 作用于毛坯,使之成形的工序。作用于毛坯,使之成形的工序。 2.摆动辗压 即上模的轴线与被辗压工件(放在模下)的轴线倾 斜一个角度,模具一面绕轴心旋转,一面、对坯 料进行压缩的加工方法。 可用于坯料的镦粗、铆接、缩口、挤压等。 3.径向锻造 又称旋转锻造,是对轴向旋转送进的棒料或管料 施加径向脉冲打击力,锻成沿轴向具有不同横截 面制件的工艺方法。 4.粉末锻造 即金属粉末经压实后烧结,再用烧结体作为锻造毛 坯的锻造方法,锻造设备一般采用压力机或高速 锤。 5.液态模锻 即将定量的熔化金属倒入凹模模腔内,在金属即将 凝固或未凝固状态下用冲头加压,使其凝固以得 到所需形状短见的加工方法。锻造设备可采用通 用液压机或专用液压机。 6.超塑成形 即利用金属在特定条件(一定的温度条件、一定的变 速速度条件、一定的组织条件)下具有的超塑(高 的塑性和低的变形拉力)来进行塑性加工的方法。 常用的超塑性成形方法有超塑板料冲压、超塑挤压和 超塑模锻等。 7.高能成形 即利用高能率的冲击波,通过介质使金属板料产生塑 性变形而获得所需形状的加工方法。 按能源不同,高能成形可分为爆炸成形、电液成形、 电磁成形等类型。
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