材料成形原理与工艺第16章冲拉与板料成形.ppt

材料成形原理与工艺 之 塑性成形篇 吴国清 塑性加工工艺 之 拉拔 冲压 第14章 拉拔 drawing 坯料在牵引力作用下通过模孔拉出 使之产生塑性 变形而得到截面缩小 长度增加的工艺 优点 n 尺寸精确 表面光洁 n 工具 设备简单 n 连续高速生产断面小的长制品 缺点 n 道次变形量与两次退火间的总变形量有限 n 长度受限制 棒材和管材的拉拔 实心拉拔 用于加工棒 材 型材和 线材 减小 截面积 空心拉拔 用于加工管 材 减径 减小壁厚 拉拔加工产品 与热轧相比 冷拔的特点是 1 能获得断面尺寸更小的钢材 最小 直径可达0 001mm 2 可提高产品的尺寸精度和减小表面 粗糙度 3 通过冷拔或冷拔与热处理相结合可 改善产品的力学性能 4 产品按横截面形状 尺寸 化学 成分 最终热处理状态 力学性能 等分为多种类型 金属冷加工后的微观组织特征 拉拔变形后产 生晶体变形和择 优取向 定向织构导致材料各向异性 单晶体多晶体定向织构多晶体 各向异性 各向同性 各向异性 金属拉拔加工的应力状态 拉拔力 外力 P 正压力 N 摩擦力 T 来自模壁 金属处于两向压 一向拉的应力状态 金属拉拔加工后的残余应力 金属拉拔加工常见缺陷 常见加工缺陷有 中心裂纹 表面裂纹 起皮 麻坑 内外层力 学性能不均匀等 影响拉拔的因素 n材料强度增加 拉拔力上升 n断面减缩率增加 拉拔力上升 n拉拔速度提高 拉拔力增加 n模具与坯料间的摩擦导致拉拔力加大 提高模具硬度 光度和强制润滑可以减 小摩擦力 从而降低拉拔阻力 n模具与芯头的振动可以降低拉拔力 原 因是 振动时摩擦付之间的暂时分离 且振动有消除应力的作用 强制润滑 辊式模拉拔技术 两辊拉拔 n两辊拉拔时模具被动的随被拉坯料作滚动运动 以辊形来 保证产品截面 坯料的应力状态应力状态同固定模拉拔 但滚动摩擦使摩擦力减小 相应压应力增大 拉应力减小 应力状态不变 摩擦力减小 拉应力减小 辊式模拉拔技术 n采用辊式模拉拔时 较固定模摩 擦阻力小 降低了拉拔力 减小 了不均匀变形 减少了模具磨损 破坏 可提高拉拔速度和加工效 率 还可调节辊距实现锥形拉拔 n加工精度较固定模拉拔低 无模拉拔技术 n采用无模拉拔技术 坯料加热减小了变形抗力 避免 了模具与坯料间的摩擦阻力 可减小拉拔力和不均匀 变形 这种技术更适合超塑性变形 其他拉拔新技术 n包套集束拉丝可生产超细金属丝线 n借助玻璃熔液粘度高 可抽丝的特点将金属置于玻璃管中加热 待熔化 后随玻璃抽丝 可生产几微米直径的超细金属丝 冲压 stamping pressing 靠压力机和模具对板材 带材 管材和型材等施加 外力 使之产生塑性变形或分离 从而获得所需形 状和尺寸的工件 冲压件 的成形加工方法 优点 n冲压加工的生产效率高 且操作方便 易于实现机械化与自动化 n冲压件的尺寸与形状精度高 表面质量好 质量稳定 互换性好 n冲压件可加工尺寸范围大 形状复杂 强度和刚度均较高 n省料 节能 成本较低 缺点 n噪音和振动 操作者的安全 冲压件占汽车零件数量的60 80 在飞 机制造中占70 80 导弹 卫星 电器 电机和仪表的绝大多数零件是冲压件 落料及冲孔 落料是被分离的部分为成品 而周边是废料 冲孔是被分离的部分为废料 而周边是成品 落料过程冲孔过程 冲裁 blanking 图 冲裁件断面特征 冲裁件断面由圆角带 光亮带 断裂带和毛刺四 部分组成 圆角带是刃口附近板料弯曲和伸长变形 的结果 是变形区对这部分坯料作用而产生的 光 亮带是在侧压力作用下板料相对滑移的结果 由于 裂纹的产生一般在刃口侧面 故在普通冲裁加工中 总有毛刺产生 间隙小间隙大间隙适中 主要工艺参数 冲裁加工时 变形区集中在凸模与凹模刃口连线为中 心的狭窄区域 凸 凹模间隙c是冲裁工艺计算及模具设计中的主要工 艺参数 一般 合理间隙值为材料厚度的5 10 拉深过程及变形特点 凸模和凹模有一定的圆角 其间 隙一般稍大于板料厚度 拉深件 的底部一般不变形 厚度基本不 变 直壁厚度有所减小 圆筒形零件的拉深 拉深也称拉延 是利用模具 使冲裁后得到的平面毛坯变成 为开口空心零件的冲压工艺 拉深 drawing 图 拉深变形过程 凸模与毛坯接触时 毛坯首先弯曲 与凸模圆角接触处 的材料发生胀形 凸模继续下降 法兰部分坯料在切向 压应力 径向拉应力作用下通过凹模圆角向直壁流动 进行拉深变形 拉深是弯曲 胀形 拉深的变形过程 拉深件中最危险的部位是直壁与底部的过渡圆角处 当拉应力 超过材料的强度极限时 此处将被 拉穿 防止措施 正确选择拉伸系数 合理设计拉深模工作零件 起皱是由于法兰部分在切向力的 作用下导致的结果 防止措施 用压边圈把坯料压紧 拉深中常见的缺陷 正确选择拉深系数 拉深件直径d与坯料直径D的比值称为拉深系数 用m表示 即m d D 拉深系数不小于0 5 0 8 坯料的塑性差取上限值 塑性好取 下限值 如果拉深系数过小 不能一次拉深成 形时 则可采用多次拉深工艺 第一次拉深系数 m1 d1 D 第二次拉深系数 m2 d2 d1 第几次拉深系数 mn dn dn 1 总的拉深系数 m m1 m2 mn 弯曲是将坯料弯成一定的 角度 一定的曲率形成一 定形状零件的工序 弯曲 bending 图 弯曲变形过程 图 弯曲变形区 包括弹性弯曲 弹 塑性弯曲 塑性弯曲和校正弯曲四个阶段 弯曲时还应尽可能使弯曲线与坯 料纤维方向垂直 与坯料纤维方向垂直 回弹现象 由于弹性变形的恢复 坯料略微弹回一点 使被弯曲的角 度增大 一般回弹角为0 10 应变中性层 外层受拉伸长而厚度减薄 内层受压缩短使板料增厚 n相对弯曲半径 r t 越小 板料减薄量越大 弯曲长度的增 加量越大 n弯曲加工极限 r t min 塑性好的材料 r t min 1 0 一般 为1 2 表面缺陷和微观组织缺陷影响弯曲成形 弯曲成形件 胀形 bulging 管坯胀形 1 凸模 2 凹模 3 坯料 4 橡胶 5 外套 使金属板料或毛坯件中间位 置产生鼓凸变形 从而获得 表面积增大的零件的一种冲 压成形方法 局部胀形 压筋条 凹坑 花纹 波纹管 整体胀形 飞机蒙皮 汽车外罩 图 胀形变形过程 凸模与毛坯接触 凹模圆角处坯料 发生弯曲 同时 凸模底部毛坯产 生胀形变形 坯料屈服后硬化 变 形向外扩展 随后 材料全部进入 塑性变形 胀形变形是弯曲 局部 胀形以及由于加工硬化 贴模面积 增加 胀形向外扩展的过程 1 胀形结束后 坯料外径不变 变形区不断扩大 变形区 材料不向外转移 2 胀形过程中 材料厚度减薄 表面积增大 并在凹模内 形成凸包 3 由于变形区在变形过程中一直受双向拉应力的作用 不 易产生变形起皱 4 胀形不适用于深形件加工 5 胀形力单调增加 特点 胀形深度 hmax 0 15 0 22 d d 凸包直径 胀形系数 Kmax dmax d0 1 2 1 4 dmax 胀形后最大直径 d0 圆筒毛坯直径 胀形加工极限 翻边 flanging 在坯料的平面部分或曲面部 分上 利用模具的作用 使 之沿封闭或不封闭的曲线边 缘形成有一定角度的直壁或 凸缘的成型方法称为翻边 带圆孔的环形毛坯被压边圈压 紧 当滑块下行时 板料产生 弯曲的同时 底孔不断扩大 凸模下材料向侧面转移 直到 完全贴靠凹模形成直立竖边 翻边变形过程实质是弯曲 扩 孔和翻边的变形的过程 主要工艺参数 翻边系数Kf d0 d 反映了翻边加工的变形程度 当Kf Kfmin时 翻边件会产生破裂 在生产中 翻边系数Kf是进行翻边工艺计算和模具 设计的最主要工艺参数 Kfmin表示内孔翻边的加工 极限 一种成形金属空心回转体件的 工艺方法 在坯料随模具旋转 或旋压工具绕坯料旋转中 旋 压工具与坯料相对进给 从而 使坯料受压并产生连续 逐点 的变形 包含普通旋压和变薄 旋压 即强力旋压 旋压 旋压 spinning 特点 点成形 变形小 在一次成形中可完成普 通方法的多道工序 形状精度高 模具费 用低 加工方法简单 可完成大型件的旋 压成形 同时或分先后具有两种或两种以上变形性质的冲 压工序 前面论述的冲裁 弯曲 拉深 胀形 翻边都是 最基本的冲压工序 严格地说 几乎所有的冲压工序都是由基本工序 以不同的方式和不同的比例组合起来的复合成形 工序 复合成形 简单冲模 在冲床的一次冲 程中只完成一个 工序的冲模 称 为简单冲模 模 具简单 造价低 冲模的分类和构造 简单冲模 冲床的一次冲程中 在模具不同部位 上同时完成数道冲 压工序的模具 称 为连续模 生产率 高 要求定位精度 高 连续冲模 级进模 连续冲模 冲床的一次冲程中 在模具同一部位上同时完成数道冲压 工序的模具 称为复合模 精度高 模具复杂 复合冲模 落料拉伸复合冲模拉深件 工序组合 方式 模具结构简图 工序组合 方式 模具结构简图 落料冲孔 冲孔切边 切断弯曲 落料拉深 冲孔 切断弯曲 冲孔 落料拉深 冲孔 翻边 表 多工序组合复合模示例 工序组合 方式 模具结构简图工序组合方式模具结构简图 落料拉深 冲孔 翻边 落料拉深 切边 落料 涨形 冲孔 工序组合方 式 模具结构简图 工序组合方 式 模具结构简图 冲孔 落料 冲孔 切断 弯曲 冲孔 截断 冲孔 翻边 落料 表 多工序组合级进模示例 冲孔 弯曲 切断 冲孔 切断 连续 拉深 落料 冲孔 压印 落料 冲孔 翻边 落料 连续 拉深 冲孔 落料 成形性能试验标准 nGB T15825 1 1995 金属薄板成形性能与试验方法通用试验规程 nGB T15825 1 1995 金属薄板成形性能与试验方法成形性能和指标 nGB T15825 5 1995 金属薄板成形性能与试验方法弯曲试验 nGB4156 84 金属杯突试验方法 nGB T15825 3 1995 金属薄板成形性能与试验方法拉深与拉深载荷试验 nGB T15825 1 1995 金属薄板成形性能与试验方法扩孔试验 nGB15825 2008 金属扩孔试验方法 nGB T15825 1 1995 金属薄板成形性能与试验方法锥杯试验 nGB T15825 1 1995 金属薄板成形性能与试验方法凸耳试验 GB T15825 8 1995 金属薄板成形性能与试验方法成形极限图 FLD 试验 思考题 影响拉拔的因素有哪些 拉深加工的主要缺陷有哪些 。