轴承知识：特种铸造 |
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特种铸造 §1 金属型铸造 将液态合金浇入金属铸型,得到铸件. 一 金属型: 垂直式,水平式,复合式 垂直式: 易取件,没浇注系统多用. 材 料: 灰铁,要求高 铸钢 内 腔: 金属型芯,砂芯. 有抽芯机构 二 铸造工艺: 金属型导热快,没有退让性,透气性. 1 金属型应保持一定的工作温度. 具有良好的充型条件和一定的激冷作用. 1) 喷刷涂料前预热. 保证涂料层致密,均匀. 合金铸铁80— 2) 浇注前预热 降冷却速度,防白口. 2 喷刷涂料 1) 减缓冷却速度,防白口 2) 防高温液体对铸型直接冲刷 3) 有一定蒸汽,排气能力,防气孔. 铸 铁—石墨粉涂料,炭墨涂料; 铝合金—氧化锌涂料,滑石粉 3 合理浇注温度: ∵导热快,t浇 比砂型高20~ 4 适宜出型时间 收缩快—出型难 冷速大—白口 三特点 1多次浇注,节工时,型砂,提高生产率 2改善劳动条件 3铸件光洁度高 4组织致密,机械性能高 5成本高,周期长,工艺要求严,易出现白口,多用于生产有色金属 §2 压力铸造 高压下(5~500MPa)快速(0.001~0.2)将液态或半液态合金压入金属铸型中,并在压力下结晶. 专用设备:压铸机 专用压型—压型 一工艺过程 见书中P42 二特点 1精度,表面质量↑ 最小铸孔直径 2可压除形状复杂的薄壁件.(高压 冲型↑) 3铸件强,硬↑ (压力下结晶致密) 4 生产率↑ 易自动化 5投资大,适于批量 6种类受限,不宜压铸高熔点合金 7压速高,易形成气孔 8不宜热处理 应用:汽车 仪表行业,广泛应用. §3 熔模铸造 溶膜铸造是用易熔材料制成模型,然后在模型上涂挂耐火材料,经硬化后,在将模型熔化排出型外,从而获得无分型面的铸型,铸型焙烧后即浇注 一工艺过程 1蜡模制作 1) 压型:制蜡模的专用模具,钢 铜 铝 切削而成 2) 蜡模的压制:石蜡,峰蜡,硬脂酸,松香等,将熔化的蜡料压入压型中,冷凝后取出,修去毛刺,得到蜡模 3) 蜡模组装:若干蜡模焊在一个直浇棒上. 2结壳:蜡模涂上涂料,硬化 干燥等 1) 浸涂料(石英粉+粘结剂的糊状物)表面光洁 2) 撒砂(粗石英砂)的目的:增厚型壳 3) 硬化(水玻璃+NH4CL—SIO2)化学硬化 3脱蜡 焙烧 1) 脱蜡:热水或水蒸气 2) 焙烧:加热 800~ 4 填砂:浇注 1) 填砂:型壳放入铁箱中,周围干砂充填 2) 浇注:趁热(600~ 5落砂 清理 冷却后,破坏型壳,取出铸件,去浇口,毛刺,退火或正火,以便得到所需机械性能. 二特点和应用 1铸造精度,光洁度高,且可浇注形状复杂的件 2能铸造各种合金(型壳是高级耐火材料) 3单件,小批,大批量生产均可 4少 无切削加工(Ra3.2~1.6um)稍磨 5材料贵,工艺过程繁杂,生产周期长. 应用: 使用高熔点合金精密铸件的成批,大量生产,形状复杂,难以切削加工的小零件. 如:汽轮机叶片,工艺品 §4离心铸造 将液态金属浇入高速旋转(250~1500r/min)的铸型中,使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶. 一基本方式 1立式:圆筒件 自动形成内腔,壁厚不均用高度小的件. 2卧式:壁厚均匀,适于长筒,可双金属浇注. 二特点应用 第三部分 金属压力加工 概述 一 什么是压力加工 靠外力使金属材料产生塑性变形而得到预定形状与性能的制件（毛坯或零件）的加工方法。 外力—— 冲击力：锤类 静压力：压力机 各类钢和大多数有色金属及其合金都具有一定的塑性，因此，都能在热态或冷态下进行压力加工。 应用广泛：运输工具96%； 汽车拖拉机95%； 航天、航空90%； 农用机械工业80%。 二 分类 1 轧制：金属坯料在两个回转轧辊的缝隙中受压变形以获得各种产品的加工方法。靠摩擦力，坯料连续通过轧辊间隙而受压变形。 主要产品：型材、圆钢、方钢、角钢、铁轨等。 2 挤压：金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。 正挤：金属流动方向与凹模运动方向相同。 反挤：金属流动方向与凹模运动方向相反。 3 拉拔：将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。 产品尺寸精度、表面光洁度较高，所以，常用于轧制件的再加工，提高产品质量。 坯料：低碳钢、有色金属及合金。 外力：拉力。 4 自由锻：金属坯料在上、下抵铁间受冲击力或压力而变形。 外力：压力。 5 模锻：金属坯料在具有一定形状的模膛内受冲击力或压力而变形的加工方法。 6 冲压：金属板料在冲模之间受压产生分离或成形。 1—5 立体变形（三维）； 6 平面变形（二维）； 1—6 可冲击力、可静压力。 三 特点：（与铸造比） 1 优点：（1）结构致密、组织改善、性能提高、强、硬、韧↑ （2）少无切削加工，材料利用率高。 （3）可以获得合理的流线分布（金属塑变是固体体积转移过程）。 （4）生产效率高。（如：曲轴 、螺钉） 2 缺点：（1）一般工艺表面质量差（氧化）。 （2）不能成型形状复杂件（相对） （3）设备庞大、价格昂贵。 （4）劳动条件差（强度↑、噪音↑） 第一章 金属塑性变形 §1 金属塑性变形的实质 一 晶体： 1 晶体：物质中的原子按一定规律在三维空间周期重复排列。 2 单晶体：具有一个晶粒的晶体（由一个晶核生长而成的晶体）。 3 多晶体：大量晶粒组成的晶体。 二 变形： 1 弹性变形：（暂时的变形）σ＜σe 力未去除。 弹性塑性变形：（暂时变形）σ＜σs 力未去除。 纯塑性变形：永久变形 外力去除。 2 变形机制： 单晶体塑性变形：滑移。 多晶体塑性变形：滑移+晶粒转动。 三 滑移： 1 单晶体： 在切应力作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑动，叫滑移。这个晶面—滑移面。 ※ 与滑移面垂直的应力不引起滑移，只会弹性变形，大到一定程度引起脆断。 （上面所描述的滑移运动，相当于两部分晶体彼此进行的刚体性运动，是由外力作用下发生的，而且所需力较大，但使测力却小得多。近代塑性理论研究认为滑移变形是由于位错的滑移运动引起的。） 理想晶体结构：锌单晶理论计算：σs= 实测 σs= 晶体内部存在缺陷： 点缺陷：缺一个原子。 线缺陷：缺一行原子、—位错。 面缺陷： 滑移逐步在滑移面上传布，直至晶体表面。 2 多晶体 塑性变形先在晶面方向有利于滑移的晶粒内开始，然后不利于滑移的晶粒向有利变形的方向转动， 协调变形，使滑移继续进行。 §2 塑性变形后金属的组织和性能 一、 组织： 1 、 晶粒沿变形最大的方向伸畅。 2、 晶格晶粒均发生扭曲，产生内应力。 3、 晶粒间产生碎晶。 二、性能： 强度，硬度↑。塑性，韧性↓ 原因：（微观）碎晶，晶格扭曲，增大滑移阻力。 三、加工硬化 塑变程度增大，金属强度，硬度升高；塑性，韧性下降的现象。 1、 有利：强化金属，形变强化 有害：变形抗力↑，继续压力加工困难，对模具不利，设备吨位↑ 加工硬化的结果使金属的晶体构造处于不稳定的应力状态，具有自发恢复稳定状态的趋势（室温不行） 2、消除方法：加热 回复 再结晶 1）回复：金属冷变形后，加热到一定温度，原子恢复正常排列，消除了晶格扭曲。加工樱花部分消除，原子获得能量。震动加剧，回复正常排列。 T回＝（0.25～0.3）T熔 （室温＋273） T回、T熔分别位金属回复、熔化的绝对温度。 2）再结晶：温度再增加，金属原子获得更多能量，则以碎晶和杂质位核结晶成新的晶粒。 实质：无畸变组织代替即便组织，完全消除加工硬化。 T再＝0.4T熔 T再—金属绝对再洁净温度。 再结晶退火—加热—再结晶—金属再次获得良好塑性 高温下受力塑性变形—硬化于再结晶同时存在 四、冷变形、热变形 冷变形—T再以下发生的变形。 热变形—T再以上发生的变形。 * 1、冷变形后具有加工硬化组织，能获得较高的表面光洁度及硬度，但变形程度不宜过大，避免破裂。 2、热变形可得到再结晶组织，变形程度大，无加工硬化，获得良好的机械性的组织。 冷变形后的件若继续加工，要再结晶退火。 ∴金属压力加工主要采用热变形来进行。 五、锻造和纤维组织 1、锻造 1镦粗：横截面积变大：Y镦＝F/F0＝H0/H＞1 2拨长：横截面积变小：Y镦＝F0/F＞1 F0—变形前横截面面积， F—变形后横截面面积 Y＜2 组织细化，性能↑ Y＝2～5 方向性↑ Y＞5 组织紧密程度，晶粒细化，均达极限。性能方向性↑↑ 出现性能方向性的组织已是纤维组织。 2、 纤维组织： 金属发生塑性变形时，金属的晶粒形状和沿晶 界分布的杂质形状都发生变化，它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构较纤维组织。 1） 影响：使金属材料的机械性能出现方向性 平行纤维方向：塑、韧性↑ 垂直纤维方向：塑、韧性↓ 2） 利用：因流线稳定性很高，不能用热处理方法消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变方向和形状。因此，位提高零件机械性能，尽量做到： a) 使纤维方向于零件的轮廓相符合，而不被切断。 b) 使零件受σmax拉应力与纤维方向一致。τmax与纤维垂直。 §3金属的可锈性 可锈性：是衡量材料在经受压力加工时获得量件难度程度的一个工艺性能。 在力作用下稳定改变自己形态或尺寸，而其各质点间联系不破换的能力。 包括方面：1塑性↑：变形时金属不易开裂。δ、ψ、αk↑ ↓ 2变形抗力↓：省力，不易磨损模具，小设备，消耗能量小。 一、 金属本质的影响： 1 化学成分：1）纯金属可锻性良好（合金晶格畸变）Fe＞F 2） 含有形成碳化物的元素，则可锻性↓。 如：W、Ti|。 WC使硬质合金硬、脆。 2、金属组织影响：1）固溶体（如A）比碳化物（Fe 3）晶粒细、均匀、可锻性↑。 3、 晶体结构：面心立方＞体心立方＞密排六方。 二 加工条件： 1 变形温度：t↑ 变形抗力↓ 塑性↑ T再以上，塑性↑↑ 如：碳钢在A3线上，组织为A、面心、塑性↑ ※ t过高，易产生“过热”、“过烧”、“脱碳”、“严重氧化”。 始锻温度：AE线下 终锻温度：800℃ （T再以上） 2 变形速度：单位时间内的变形程度。 V＜C：∵V固、V再来不及完全消除加工硬化。 V＞C： 热效应，明显提高变形温度，但只在高速锤上才能有热效应。 高速锤：12— 3 应力状态： 压应力下变形，对塑性有利，阻止裂纹扩展，焊合（孔、缝） 拉应力下变形，对塑性不利，气孔、裂纹等缺陷处易引起应力集中，缺陷扩展，导致破裂。 1—9 塑性逐渐下降 ※ 三向不等压应力会使大理石塑性变形，挤压比拉拔时塑性好，三向压应力不等，才能塑变，否则弹变。 压应力会加大金属内摩擦，使变形抗力增加，故本质塑性较高的变形时出现拉应力，可减少变形抗力，对本质塑性较差的，应尽量在压应力下进行，以防止裂纹产生。 作业： 1 碳钢在锻造温度范围内变形时，是否会有加工硬化？ 2 铅在 4 如何提高金属的塑性？最常用的措施是什么？ 5 “趁热打铁”的含意？ 6 三向压应力相等,能否产生塑性变形？ 第二章 自由锻 自由锻造: 利用冲击力或压力使金属在上、下两抵铁之间产生变形，得到所需的形状和尺寸的锻件，金属在受力变形时，在抵铁间向各个方向自由流动，不受限，形状、尺寸由锻工控制。 一 特点：1 工具简单、通用性强。（成型部分） 2 应用广泛，几克——几百吨，机械性能高。 3 锻件尺寸精度差，材料利用率低。 4 只能用于形状简单的锻件。 5 劳动强度大（尤其手工）。 二 分类：1 手工锻：砧子，大、小锤，炉子等，小型件。 2 机器锻：空气缸、蒸汽—空气缸，冲击力 液压机、吨位 静压力 §1 几个主要工序 一 镦粗：截面增加、高度减小的工序。 应用：1）小截面变成大截面，高度减小件。 2）冲孔前，平整端面。 3）提高机械性能（细化组织、破坏碳化物）（与拔长配合） ※ H/D=0.8—2 一般毛坯 H/D=2—3 双鼓形 H/D＞3 失稳 H/D＜0.8 变形小、变形力大。 二 拔长：毛坯横截面减小，长度增加。 应用：1）减小截面，增加长度。 2）提高机械性能（与镦粗反复进行） ※ 1 拔长时不断翻转。 2 送进量： 合适：L/h=0.5—1 L/h＞1 展宽过大，拔长效率↓ L/h＜0.5 折叠 与双鼓形类似。 三 冲孔： 透孔、不透孔（盲孔） 开式冲孔 闭式冲孔—反挤压 ※ 1 开式冲孔，先镦平端面 2 冲通孔时：薄件—面冲通：H/D＜0.125 实心单面冲孔 厚件双面冲： 一面冲2/3δ 反面冲通。 为拔冲头方便，冲孔时洒煤粉。 四 弯曲： 毛坯弯成一定角度。 外侧受拉 内侧受压 内侧起皱 ※ 弯曲角度不可太大，过大 外侧拉裂 §2 自由锻件的结构工艺性 原则：满足使用性能要求，符合自由锻工艺要求，节约金属，保证质量，提高生产率。 一 尽量避免锥体或斜面（因必用专用工具，成型困难） 二 锻件由几个简单几何体构成时，交接处不应形成空间曲线。 三 锻件不应设计出凸台、筋板。 四 椭圆形、工字形等避免。 五 截面变化不宜太大。 锻造比太大 六 外表面复杂的锻件不应设计 分别锻造、焊接或机械联接。 §3 自由锻造工艺规程的制定 内容：由零件图→绘制锻件图→计算坯料质量和尺寸→选择锻造工序→设备和吨位→加热规范→规定技术要求→检验要求→编制劳动组织和工时。 一 绘制锻造图：根据零件图绘制 1 敷料：为简化锻件形状而增添的金属（也叫余块）。 2 加工余量：自由锻件精度、尺寸、表面质量较差。 需切削加工，所以，留余量。 3 锻造公差：锻件实际尺寸和名义尺寸之间所允许的最大偏差。 零件图用双点划线，锻件实线， 零件尺寸加括号，公差查手册。 二 计算坯料质量和尺寸 1 锻件的坯料质量 G坯料=G锻+G烧+G料头 G烧损=G锻×（2—3）% （首次） G锻×（1.5—2）% （二次以后） G料头=G锻×（2—4）% （钢材） 2 尺寸：与第一道工序的变形性质有关。 镦粗： 毛坯1.25＜H/D＜2.5 拔长： 钢锭坯料：y≥2.5—3 轧制钢料：y=1.3—1.5 坯料截面积=锻件最大部分截面×y 三 选择锻造工序： 包括基本工序、辅助工序及修整工序。 根据锻件技术要求，坯料情况，生产批量等确定。 一般：盘类：镦粗、（或拔长、镦粗）冲孔。 轴类：拔长（拔+镦粗）、压肩。 筒类：镦粗（镦+拔）、冲孔、在心轴上拔长。 环类：镦粗（拔+镦）、冲孔。 四 选择锻造设备 镦粗：G=（0.002—0.003）kF（kg） k为系数，与σb有关，F为锻件镦粗后与工具接触面水平投影.(mm2) 拔长: G= F—坯料横截面面积（cm2） 新书 P72 表3—4 六 锻后冷却及热处理 空冷 坑冷 炉冷 退火 正火（+高温回火） 工具钢：正火或球化退火 中碳钢、合金钢：一般调质。（对于不进行最终热处理） 作业： 在如图两种砧铁上拔长时，效果有何不同？ 第三章 模锻 模锻：金属坯料在模具中成型，得到与模膛形状相符的锻件。 一 特点 优点：1 操作技术要求不高，生产率高。 2 尺寸精确，加工余量小。 3 形状较复杂。 4 节省材料，减少切削量，降低成本（批量）。 缺点：1 受设备吨位限制，质量不能太大（ 2 锻模成本高，不宜于小批、单件生产。 3 劳动强度较低。 二 设备：锤和压力机
模锻件质量除由模具控制外，模锻设备也是主要因素之一。 §1 锤上模锻 一 工艺规程制定： （1） 根据锻件类型及具体生产条件确定合理工艺方案。 （2） 由零件图及工艺方案→锻件图。 （3） 确定工步，进行模膛设计和工步设计。 （4） 计算毛坯质量、尺寸、确定设备吨位。 （5） 设计锻模 （6） 确定切边、冲孔工序并设计相应模具。 （7） 加热、冷却、热处理规范。 （8） 确定校正、清理工艺及设备 1 确定工艺方案： 1） 长轴类锻件 拔长—滚压—预锻—终锻 同一模具上设置 2） 短轴类（盘类）件 镦粗—终锻 镦粗—预锻—终锻 2 制定锻件图 1） 选分模面：（关系到出模、成型、材料利用率等） 原则：a、 保证锻件能完整地从模膛中取出 b、 使模膛浅而宽，便于加工、利于金属流动 c、 应使上、下模膛沿分模面的轮廓一致，便于检查上、下模错移d、 分模面应使锻件上敷料最少 e、 分模面尽量选平面 f、 有流线要求时，依受载情况确定 2） 确定余量、公差、敷料 机械加工余量：一般1— 公差： 一般±0.3— a、 模膛公差 b、 防止上、下模没闭合，金属没充满模膛 c、 上、下模错移 d、 模膛磨损、变形等 敷料：为简化形状，d＜25— 3） 确定模锻斜度 锻件上平行于锤击方向必有斜度，以利于取件，且锻件冷却收缩，锻模回弹。 斜度大小与锻件形状尺寸、材料性质（摩擦系数）、锻造方法（如平锻有顶出装置，斜度小）等有关。 一般钢件外模锻斜度 α=5—15° 内斜度比外斜度大 2—3°，因为内壁冷缩，夹紧工件。 4） 确定圆角半径：锻件两平面交接处均要做成圆角。 a、 金属易于充满模膛 b、 模凹角处易应力集中、裂纹 c、 凸尖角处有圆角磨损减轻，提高模具寿命 d、 避免拉断流线 e、 冲孔连皮 d＞25 冲孔，连皮厚度与孔径d有关， d=30— 3 确定模锻工步 与确定的工艺方案一致 模膛—制坯模膛—拔长、滚压、弯曲、切断 模锻模膛—预锻模膛和终锻模膛 1） 制坯模膛 作用：（1）使坯料形状和尺寸接近锻件（为预锻和终锻做准备） （2）清除坯料表面的金属氧化皮 a、 拔长模膛：减少某部分横截面，以增加其长度， 闭式、开式，一般设在锻模边缘，需翻转。 b、 滚压模膛：减少某部分横截面，以增加另一部分横截面， 使金属按锻件形状分布。 开式：横截面相差不大 —— 操作时不需翻转 闭式：最大、最小横截面相差大 c、弯曲模膛：需弯曲的杆类件，用弯曲模膛来弯曲坯料，转90°放入模膛 成型。 d、切断模膛：它是在上、下模的角组成的一对刀口，单件时用来切下锻件或切下钳口；多件时，用它分离单件。 除上述模膛外，还有镦粗、压扁等制坯模膛。 2）模锻模膛 （1） 预锻模膛 1） 使坯料变形到接近于锻件的形状、尺寸，使金属易于充满终锻模膛。 2） 减少对终锻模膛的磨损，提高锻模寿命。 Δ与终锻模膛区别：斜度和圆角大，没有飞边槽。 Δ形状简单、小批量、可不用锻模。 （2） 终锻模膛：使坯料变形成锻件图上要求的形状、尺寸和精度。 ※ （a）因热胀冷缩，终锻模膛尺寸要比锻件尺寸放大一个收缩量。 （b）模膛四周有飞边槽—增加金属从模膛中流出阻力，容纳多余的金属。 （c）对于有通孔件，留有冲孔连皮。 4 计算毛坯质量和尺寸，确定设备吨位 G坯=G锻+G飞+G氧+G连皮 G飞=G锻×（15—25）% G氧=（G锻+G飞）×（3—4）% 尺寸： 盘类件： 镦粗为主 1.25＜H坯/D坯＜2.5 长轴类：以拔长为主 L坯=（1.05—1.30）V坯/F坯 =（1.34—1.66）V坯/D2坯 吨位：G= p (kN) p= k1k2σsF/1000（kN） k1——变形速度系数2.5—3.5 k2—变形系数与摩擦条件系数 F—包含飞边在内的锻件最大截面 5 锻模设计 模块尺寸、燕尾、起重孔等 6 切边、冲孔模具设计 7 确定加热、冷却和热处理规范 加热：火焰加热、电加热 加热速度依坯料尺寸、成分、组织、性能等制定。 冷却：依具体坯料情况确定。 热处理：改善组织、性能、消除内应力，退火、正火、调质、高温回火等。 8 确定校正、清理 校正变形：终锻模膛、校正模 清理：去毛刺、氧化皮 、切边、冲孔。 精压：压力机上，平面精压、体积精压、提高精度 精度可达：±0.1— 粗糙度：Ra=1.6—0.8μm 二 模锻零件结构工艺性 设计模锻件时，应根据模锻特点和工艺要求，使零件结构符合下列原则，以便于模锻生产和降低成本。 1 必须具有合理的分模面（锻件易取出，敷料少，锻模易做）。 2 模锻斜度、圆角 3 非加工面尺寸精度要符合模锻生产工艺，加工面留余量。 4 锻件形状尽量简单对称，各截面差不可太大。 5 尽量避免深孔、多孔。（简化模具制造、提高寿命） 6 若形状复杂，用锻焊结构，减少敷料。 §2 胎模锻 胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的工艺方法。 一 特点：1 与自由锻对比 1） 锻件形状、尺寸与锻工技术无关，操作简单η↑ 2） 精度高，敷料少，加工余量，节省金属，减轻后续加工的工作量。 3） 内部组织、纤维分布更合理。 2 与模锻比 1） 扩大自由锻设备生产范围，设备简单 2） 局部成型，小设备干大活 3） 模局不固定，成本低，可一个以上分模面，件可复杂 4） 锻件质量比模锻差（形状、尺寸精度、余量） 整形模： 成型模：导柱、定位、切边、冲孔。 §3 其它设备上的模锻 作业： 1 改正模锻件不合理处。 2 下图零件采用锤上模锻制造，选最佳分模面。 1 圆角、拔模斜度、分模面、冲孔连皮。 2 了解分模面选择原则 第四章 板料冲压 板料冲压：利用冲模使板料产生分离或成型的加工方法。 一般冷态下成型，δ＞8— 应用：广泛，航天、航空、汽车、仪表 特点：1 可冲压出成型复杂的件，废料少。 2 产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，互换性好。 3 质量轻，材料消耗少，强、刚度高。 4 操作简单，便于自动化，生产率高。 5 模具复杂，适于大批量生产。 原材料塑性高：低C钢、铝合金、铜合金、镁合金、塑性高的合金钢。 剪床—剪料 冲床—冲压 §1 分离工序 分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序 一 落料及冲孔（冲裁） 坯料按封闭轮廓分离 落料—被分离的部分为成品，而周边为废料 冲孔—被分离的部分为废料，而周边是成品 1 冲裁变形过程： 1） 弹性变形阶段：冲头接触后，继续向下运动， 产生：弹性压缩、拉伸、弯曲等。 2） 塑性变形阶段： σ≥σs 产生塑变→（冷态）加工硬化， σ≥σb 微裂纹 3） 断裂分离阶段：冲头继续压入，裂纹上、下扩展，重合。 断面 光亮带—上、下塑性变形，冲头压入形成 剪切带—剪切分离 （断裂带） 圆角带—变形开始弯曲，拉伸所至。 2 凸凹模间隙： 间隙大小影响断面质量、模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。 间隙大：1）材料拉应力大，塑性变形阶段结束早 2）亮带小，剪裂带、毛刺大 3）卸料力和推件力小 间隙小：1）压应力大、拉应力小，抑制裂纹 2） 凸模刃口裂纹比正常向外，毛刺增大 3） 凸模与冲孔、凹模与落料之间摩擦增大 4） 降低模具寿命 总之：冲裁件断面质量要求较高时，选较小间隙 冲裁件断面质量无严格要求时，选较大间隙 一般（5—10%）S 以利于提高冲模寿命 3 凸凹模刃口尺寸确定： 冲孔模：1） 以冲孔件确定凸模尺寸，考虑磨损，凸模选孔的最大尺寸（公差允许内） 2） 以凸模为基准，加上间隙，设计凹模 落料模：a） 以落料件确定凹模刃口尺寸，考虑凹模磨损，凹模刃口尺寸取公差范围最小值。 b）以凹模尺寸为基准，减去间隙，设计冲模 4 冲裁力的计算 选冲床吨位，检验模具强度的依据， 平刃冲模的冲裁力：P=KLSτ （N） L—冲裁周边长度mm； S—坯料厚度mm τ—抗剪强度Mpa ； K—系数，间隙不均，刃口钝化等。 5 冲裁件的排样： 排样合理，提高材料利用率 无搭边排样：落料件形状的一个边作为另一个落料件边缘，材料利用率高，尺寸不准，毛刺不在同一平面上。 有搭边排样：各落料件之间有一定尺寸的搭边，毛刺小，在同一平面上，尺寸准，费材料。 二 修整： 利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉普通冲裁时，在冲裁件断面上存留的剪裂带、毛刺，提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。 外缘修整：修冲裁件外形 内缘修整：内孔 与切削加工相似，间隙小，可采用负间隙，凸模大于凹模， 精度达 IT6—IT7 表面粗糙度为Ra0.8—1.6 ▽7—▽8 三 切断： 用剪床或冲模把板料沿不封闭轮廓进行分离的工序 剪切：大板料剪成条料 冲模：生产简单、精度要求不高的平板件 §2 变形工序 变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序，拉深、弯曲、翻边、成型等。 一 拉深 1 拉深过程： 1） D直径平板放在凹模上。 2） 凸模向下运动，板料被拉入凸、凹模的间隙中，形成空心零件。 受力分析： 底部：不变形、传递拉力，厚度基本不变。 环形部分：拉力，厚度略减小。 法兰部分：切向受压力，变厚。 底角部分：拉力、变厚。 2 拉深中的废品： 1） 拉裂 σt＞σb 无其底角部分 拉裂影响因素： （1） 凸凹模的圆角半径：不可太锋利，否则易拉裂， 钢件：r凹=10s r凸=（0.6—1）r凹 （2） 凸凹模间隙：过小，模具与拉深件间的摩擦力增大，易拉裂工件，同时擦伤工件表面， 降低模具寿命（磨损）。 Z=（1.1—1.2）S 过大：起皱 （3） 拉深系数： m=d/D 衡量拉深变形程度，m越小，变形越大，易拉穿，材料塑性好m可↓，一般：m≥0.5—0.8（易塑性来取） 若m过小，则采用多数拉深，mn＞mn－1＞mn－2…… 两次拉深之间退火,消除加工硬化， m总= mn ×mn－1×mn－2…… （4） 润滑：加润滑剂，减小摩擦，降低拉力，减小模具磨损。 2） 起皱： 发兰受切向压力，起皱，起皱后坯料拉不进凹模，在凹模入口处， 拉裂，若能拉入，产品侧壁有痕迹。 影响因素： t/D 小，起皱，m小，起皱 防止方法：压边圈 3 毛坯尺寸及拉深力的确 按变形前后板料面积不变，计算毛坯尺寸， 拉深力： Pmax=3（σb ＋σS）（D－d－r凹）S Pmax——最大拉深力（N）， σb 、σS 抗拉、屈服强度， D——毛坯直径mm， d——凹模直径mm r凹——凹模圆角半径mm S——材料厚度mm 4 旋压法生产拉深件 旋压件上生产，不用冲模，变形小，能生产大型封头。 二 弯曲： 坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序 1 受力分析：外侧受拉，内侧受压，σt＞σb，外侧拉裂 板厚 S↑ r↓ 则σt↑ 易裂 2 最小弯曲半径rmin=（0.25—1）S 塑↑ rmin可小些 3 弯曲方向：弯曲时尽可能使弯曲线与毛坯的纤维方向一致 4 回弹：回弹现象 0——10° 防止方法：（1）弯曲的模具角度小一个回弹角 （2）弯曲时两端加拉力，压力→拉力 三 翻边：在带孔的平坯上用扩孔的方法获得凸缘的工序， r凸=（4—9）t k0=d0/d＜1 （镀锡铁皮k0≥0.65——0.7 酸洗钢 k0≥0.68——0.72） 若k0 过小，可先拉深-----冲孔-------翻边 四 成形 （胀形） 局部变形 制造加强筋 局部直径扩大 §3 冲模的分类和构造 冲模结构合理与否对冲压件质量、冲压生产的效率及模具寿命等都有很大的影响。 一 简单冲模： 一次冲程只完成一个工序 凸模被压板固定在上模板上，上模板通过模柄与冲床滑块连接，凹模被压板固定在下模板上，下模板用螺钉固定在工作台上，凹模上装有导料板，导料板前有定位销，导料板上装有卸料板，防止凸模把料带上去。导柱、导套：保证凸凹模对正，间隙均匀。 二 连续冲模：连模具不同部位，一次冲程能完成几道工序，垫片------先冲孔、后落料。 三 复合模：在模具的同一部分上同时完成几道工序 §4 冲压件结构工艺性 设计冲压件不仅要满足零件的使用性能，还应有良好的工艺性能，以减少材料的消耗，延长模具寿命，提高生产率，降低成本及保证冲压件质量。 一 冲压件的形状和尺寸 1 冲裁件： 1）落料件外形和冲孔件的孔形应力求简单、对称，排样时废料少、，尽可能采用圆形、矩形，避免长槽、长悬结构，总之：利于制造模具，提高模具寿命，节省材料。 2） 冲孔时 d≥t 方孔L≥0.9t t——料厚，凸模↑ 孔距， 孔与边距≥t 保证凹模寿命，外缘凸出或凹进的尺寸≥1.5t，保证件不变形。 3）冲裁件：两相邻边要用圆弧联接，避免应力集中， 2 弯曲件： 1） r ＞rmin 弯曲半径左右对称，若弯曲非对称件，用坯料上孔定位。 2） 短边弯曲，弯曲高度 h＞2t ，若过短，先弯长，后切短。 3） 带孔件弯曲 L＞（1.5—2）t 若孔与立壁近，先弯后冲 3 拉深件 1）外形对称简便，不宜太高，—便于制模具，成形容易。 2）拉深件不能同时保证内外尺寸，必须注明其一。（∵有间隙） 3）拉深件圆角半径不能小于允许值。 4）对半敞开件，可先拉深——后切断，工件组成对称件。 5）带凸缘件，凸缘大小要合适。过大，增加拉深次数；过小，压边圈失效，易起皱。 合适尺寸：d+12t≤d凸≤d+25t 对各类冲压件的共同要求： 1 材料的选择：普通材料——贵重材料，塑性↑ 薄件，加筋提高刚度。 2 外形对称：受力均匀，模具易制造。 3 复杂件：冲——焊， 冲——铆结合。 二 冲压件的厚度 强度，刚度允许，尽量用薄料，可采用加强筋（胀形），提高刚度，省材料。 三 冲压件的精度和表面质量 不能超过最高可能的精度，表面质量不能高于原材料表面质量。 一般精度：薄件： IT10； 冲孔： IT9 ； 弯曲：IT9——IT10 拉深高度公差：IT8——IT10； 经整形：IT6——IT7； 直径公差：IT9——IT10 作业： 1 用φ50冲孔模具加工φ50薄料件能否保证精度？ 2用φ250×1.5料拉深φ50筒件，能否一次拉出？ 1 （1）分清冲孔、薄料概念 （2）冲孔，薄料模具设计原则 （3）精度差 2 （1）拉深系数 m≥0.5——0.8 （2）m1＜m2＜m3…………… （3） 附加：润滑、退火 （4） d1=250×0.5=125 若d/125=50/d d＞75≈75 取d=25 75/125=0.6 50/75=0.67 m1=0.5 m2=0.6 m3=0.67 125 75 50 3 试述下图冲压件的生产过程（工序排列） 落料——冲孔——弯曲 第五章 压力加工先进工艺简介 先进工艺特点： 1 尽量使锻压件的形状接近零件形状，以便达到少、无切削加工的目的，节省材料，合理纤维组织，提高零件机械性能， 2 具有更高的生产率。 3 减少变形力，可以小设备干大件。 4 广泛用电加热，少氧化加热，提高表面质量，改善劳动条件。 §1 轧制 一 纵轧： 轧辊轴线与坯料轴线互相垂直的轧制方法。 1 辊锻轧制：轧辊上装上圆弧形模块。 2 辗环轧制：对称扩孔，自动控制尺寸，可轧截面不同件，如火车轮箍 二 横轧：轧辊线与坯料轴线平行 齿轮轧制：对辗 三 斜轧：轧辊线与坯料轴线成一定角度。如：轧钢球，周期性截面变化杆件，冷轧丝杠。 四 楔横轧：利用两个外表面镶有楔块，并作同向旋转的平行轧辊轴向送进的坯料进行轧制的方法，称为楔横轧。 主要靠两楔块压缩坯料，使坯料径向尺寸减小，长度增加。 楔块分三部分组成：楔入部分、展宽部分、精整部分。 拔长？如何加入锥形轴？ 特点：1） 生产率高，每小时可生产千件。 2） 品精度高，径向公差 3） 产品质量好，内部纤维连续，晶粒细化。 4） 节省原材料。 5） 设备投资少，模具寿命高，可达10——20万件。 6） 无冲击，噪音小，易自动化。 §2 挤压 挤压是坯料在挤压筒中受强大的压力作用而变形的加工方法。 一 分类： 1 按金属流动方向分： 正挤压：金属流动方向与凸模运动方向相同。 反挤压：金属流动方向与凸模运动方向相反。 复合挤压：正反挤压同时发生。 径向挤压：金属流动方向与凸模运动方向成90 °。 2 按变形温度： 热挤压：T＞T再 变形抗力小，表面粗糙。 冷挤压：T＜T再 变形抗力大，表面光洁，组织硬化，强度高。 温挤压：介冷热之间，低于T再 下某一温度，氧化脱碳少（与热比）， 变形抗力小（与冷比），中碳钢、合金钢均可挤。 3 静液挤压：凸模与坯料之间充满液体，凸模通过液体挤坯料，减少摩擦。 应用：低塑性材料，如 铬、钨等，麻花钻。 二 特点：1 三向压应力，塑↑ 2 零件精度高，粗糙度低， IT6——IT7 Ra3.2——0.8 3 形状复杂件，深孔、薄壁、异形断面件。 4 机械性能高，纤维合理。 5 节省原材料，生产率高，材料利用可达70%，易自动化。 §3 拉拔 拉拔：将金属坯料从拉模的模孔中拉出使坯料变形的加工方法。一般常温，故“冷拉” 特点：1 拉拔产生加工硬化，强度↑ 硬度↑ 2 受工压——拉应力，变形量大易裂，∴拉前去应力，拉后退火（多道拉拔） 3 拉拔前清理表面，减少与模具摩擦，提高工件表面质量。 4 产品精度高，广泛应用各类型材、线材、精铰加工。 §4 精密模锻 在模锻设备上锻造出形状复杂、锻件精度高的模锻工艺，精度达IT7， 粗糙度Ra3.2——1.6 ▽5——▽6 特点：1 精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料。 2 精细清理表面，去氧化皮，脱碳层。 3 无氧化加热，少氧化加热，减少氧化皮。 4 锻模精度高，导柱、导套、凹模开排气孔。 5 锻模润滑，冷却 （热胀冷缩）。 6 设备刚度大，精度高。（压力机、高速钻等） 7 保护冷却，（坑、介质、无焰淬火）少氧化。 §5 高速锤锻造 利用高压气体在极短时间内突然膨胀，推动锤头对击。 特点：1 打击速度高 （12—— 2 少、无氧化加热，润滑剂，顶出装置，可锻无斜度、小斜度、无飞边件，Ra3.2—0.8。 3 流线合理，机械性能↑ 4 适合结构对称件，模具磨损快，寿命↓，单模膛。 5 对厂房无抗震性要求，设备体积小。 §6 超塑性成形 超塑性：金属材料在特定条件下可得到极大塑性。 1 动态超塑性：在材料相变温度或同素异构转变温度附近经过多次温度循环或应力循环，获得超塑性。（应用少） 2 静态超塑性：低形变速率：ε/=10-2——10-5 θ/s ε/=Σ/s 变形温度：0.5——0.7Tm， 细晶：0.5——5μm，拉伸无缩颈 应用：1板料冲压，可拉深很深筒。 2 板料气压成形。 3 挤压、模锻，如钛合金。 特点：1 扩大了可锻金属种类。 2 充模性能好，精度高，余量小——0 3 机械性能均匀一致。（晶粒细） 4 变形抗力小，充分发挥中小型设备作用。 §7 摆动辗压 利用一个绕中心轴摆动的圆锥形模具对坯料局部加压的工艺方法。 若上模是锥体，可辗成一平面工件。若上模母线是曲线，可辗成表面形状复杂件。 特点：1） 省力，局部受力变形，小设备干大件。 2） 可加工薄件，如 3） 产品质量高，省材料。 4） 噪音小，震动小，易自动化。 §8 多向模锻 将加热的金属坯料置于多分模面的组合锻模中，在多向锻压机上一次行程作用下，获得飞边，无斜度或小斜度多向孔穴锻件。 实质：挤压为主，加闭式模锻。 无飞边，生产率高。 §9 液态模锻 锻铸结合，液态金属浇入下模，用上模加压，使液态金属充满模膛，并在压力下结晶凝固并产生塑性变形，以获得组织致密，性能良好的锻件。 特点：1 组织致密，性能好。 2 省去铸件的浇口、冒口。 3 省力，能加工脆性材料。 应用：大批，性能好，中小型件。 宁波三泰轴承有限公司 胡旭辉 13065807009
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