金属工艺学_03锻压03_LJH

金属工艺学全套课件

金属工艺学

机械与动力工程学院

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金属热加工工艺

金属连接成形(焊接) 金属连接成形(焊接) 热加工工艺 金属固态塑性成形(锻压) 金属固态塑性成形(锻压)

金属液态凝固成形(铸造) 金属液态凝固成形(铸造)

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3 冲压板料冲压(冷冲压): 板料冲压(冷冲压):板料在模具作用下产生内应力，当其达到一定数值时， 用下产生内应力，当其达到一定数值时， 毛坯的某些部位产生与内应力作用相对应 的变形(断裂)从而得到制件。 的变形(断裂)从而得到制件。 冲压加工的对象为板料， 冲压加工的对象为板料，厚度一般不超过 4~6mm,一般不需要进行加热。(目前也 一般不需要进行加热。( 。(目前也 有采用热冲压加工厚度较大或成形要求较 高的板料。) 高的板料。)

冲压生产的特点： )产品有较高的精度和较低的表面粗糙度值， 冲压生产的特点： (1)产品有较高的精度和较低的表面粗糙度值，互换性好，一般无需再进行切削加工；(2)冷变形强化作用显著， 互换性好，一般无需再进行切削加工；( )冷变形强化作用显著，零 ；( 件的重量轻、强度和刚度较高；( 生产过程靠模具与设备完成， ;(3) 件的重量轻、强度和刚度较高；( )生产过程靠模具与设备完成，便 于机械化、自动化，生产效率高。 于机械化、自动化，生产效率高。 常用设备有剪床和冲床。剪床为冲床备料，将板料切成条料； 常用设备有剪床和冲床。剪床为冲床备料，将板料切成条料；冲压加工 在各类冲床上进行，吨位一般不超过5000kN,最大吨位达 在各类冲床上进行，吨位一般不超过 ，最大吨位达40000kN。 。

冲模结构复杂，精度高，制作费用高，冲压适合于大批量生产。 冲模结构复杂，精度高，制作费用高，冲压适合于大批量生产。

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3 冲压 板料冲压成形基本工序落料 冲孔 分离工序 冲压基本工序 修整 切断 拉深 变形工序 弯曲 胀形 翻边 冲裁

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3.1 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。包括落料、冲孔、切断、修整等。 分离的工序。包括落料、冲孔、切断、修整等。 一、落料与冲孔(冲裁 ) 落料与冲孔( 利用冲模将板料以封闭的 轮廓与坯料分离的冲压方法称 为冲裁， 为冲裁，冲裁是落料和冲孔的 总称。 总称。 落料是被分离的部分为成品，而周边是废料； 落料是被分离的部分为成品，而周边是废料； 是被分离的部分为成品 废料 冲孔是被分离的部分为废料，而周边是成品 是被分离的部分为废料 成品。 冲孔是被分离的部分为废料，而周边是成品。

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3.1 分离工序1. 冲裁变形过程弹性变形

阶段 塑性变形阶段 断裂分离阶段毛刺 剪裂带

光亮带

冲裁断面形式

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3.1 分离工序2. 凸凹模间隙对冲裁件质量的影响当间隙过小时，如图， 当间隙过小时，如图，外表尺寸略有增 内腔尺寸略有缩小(弹性回复)。 大，内腔尺寸略有缩小(弹性回复)。 光面宽度增加，塌角、毛刺、 光面宽度增加，塌角、毛刺、斜度等都 有所减小，工件质量较高。 有所减小，工件质量较高。 当间隙过大时，如图，断面光面减小， 当间隙过大时，如图，断面光面减小， 塌角与斜度增大， 塌角与斜度增大，形成厚而大的拉长毛 且难以去除， 刺，且难以去除，同时冲裁的翘曲现象 严重。外形尺寸缩小，内腔尺寸增大， 严重。外形尺寸缩小，内腔尺寸增大， 模具寿命较高。 模具寿命较高。 当间隙合适时，如图， 当间隙合适时，如图，这时光面约占板 厚的1/2~ 左右 切断面的塌角、 左右， 厚的 ~1/3左右，切断面的塌角、毛 刺和斜度均很小。 刺和斜度均很小。零件的尺寸几乎与模 具一致，完全可以满足使用要求。 具一致，完全可以满足使用要求。

间隙小

间隙适中

间隙大

Z = c t,t — 板厚；c — 与板料性能及厚度有关的系数 板厚； ,

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3.1 分离工序3. 凸凹模刃口尺寸的确定设计落料模时 应先按落料件确定凹模刃口尺 设计落料模时，应先按落料件确定凹模刃口尺 落料模 按落料件确定 取凹模作为设计基准件， 寸，取凹模作为设计基准件，然后根据间隙 Z 确定 凸模尺寸(即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值)。 凸模尺寸(即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值)。

设计冲孔模时 先按冲孔件确定凸模尺寸， 设计冲孔模时，先按冲孔件确定凸模尺寸，取 冲孔模 冲孔件确定凸模尺寸 凸模为设计基准件， 凸模为设计基准件，然后根据间隙 Z 确定凹模尺寸 即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值)。 (即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值)。

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3.1 分离工序落料凹模和冲孔凸模尺寸

落料凹模基本尺寸应取 落料凹模基本尺寸应取 工件尺寸公差范围内的 较小的尺寸。 较小的尺寸。

冲孔凸模基本尺寸应取 冲孔凸模基本尺寸应取 工件尺寸公差范围内的 较大尺寸。 较大尺寸。

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3.1 分离工序4. 冲裁件的排样

排样是指落料件在条料、 排样是指落料件在条料、带料 或板料上合理布置的方法。 或板料上合理布置的方法。 落料件的排样有两种类型： 落料件的排样有两种类型：无 搭边排样和有搭边排样。 搭边排样和有搭边排样。前者材料 利用率高，但冲裁件质量不高；后 利用率高，但冲裁件质量不高； 者冲裁件断口毛刺小，质量较高。 者冲裁件断口毛

刺小，质量较高。

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3.1 分离工序二、修整 修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金 属，以切除普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带以及 毛刺，从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。 毛刺，从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。

修整后冲裁件公差等级可 达IT6~IT7,表面粗糙度 ~ , Ra为0.8~1.6µm。 为 ~ 。

修整工序简图

三、切断

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3.2 变形工序变形工序(成形工序) 变形工序(成形工序)是使坯料在不破坏的条件下 发生塑性变形以获得所需要的形状。 发生塑性变形以获得所需要的形状。变形工序主要包括 拉深、弯曲、翻边、胀形等。 拉深、弯曲、翻边、胀形等。 一、拉深 拉深过程及变形特点： 拉深过程及变形特点：拉深(亦称拉延),其 拉深(亦称拉延),其 ), 基本过程如图， 基本过程如图，凸模及凹模 均有一定的圆角， 均有一定的圆角，间隙一般 稍大于板料厚度。 稍大于板料厚度。拉深件的 底部一般不变形， 底部一般不变形，厚度基本 不变。 不变。直壁的厚度有所减小 (靠近底部的直壁圆角部位 减薄最为严重)。 减薄最为严重)。

圆筒形零件的拉深

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3.2 变形工序拉深常见缺陷及防止措施1. 从拉深过程中可以看到，拉深件中最危险的部位是 从拉深过程中可以看到， 直壁与底部的过渡圆角处， 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“拉裂” 防止“拉裂”的措施有： 极限时，此处将被“拉裂”。防止“拉裂”的措施有：

正确选择拉深系数 合理设计拉深模工作零件 改善模具表面精度及润滑条件

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3.2 变形工序正确选择拉深系数拉深件直径d与坯料直径 的比值称为拉深系数 拉深件直径 与坯料直径D的比值称为拉深系数，代表 与坯料直径 的比值称为拉深系数， 了板料在拉深时的成形极限， 表示， 了板料在拉深时的成形极限，用m表示，即m = d/D。 表示 。 拉深系数不小于0.5~ (越小拉深效果越明显)。 )。坯 拉深系数不小于 ~0.8(越小拉深效果越明显)。坯 料的塑性差取上限值，塑性好取下限值。 料的塑性差取上限值，塑性好取下限值。如果拉深系数过小， 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。 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

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3.2 变形工序合理设计拉深模工作零件凸凹模圆角半径：材料为钢的拉深件， 凸凹模圆角半径：材料为钢的拉深件，可取 r凹 = 10δ,而 r , 凸凹模圆角半径过小，产品容易拉裂

。 凸 =(0.6~1)r凹。凸凹模圆角半径过小，产品容易拉裂。 ( ~ ) 凸凹模间隙： 凸凹模间隙：一般取 Z =(1.1~1.2)δ. ( ~ )

改善模具表面精度和润滑条件2. 拉深的另一种常见缺陷 是起皱。 起皱。原因在于法兰部分在拉深过程 中受到切向压应力作用， 中受到切向压应力作用，当达 到一定值时， 到一定值时，材料将发生压缩 失稳，从而产生起皱现象。 失稳，从而产生起皱现象。预 防措施一般是设置压边圈。 防措施一般是设置压边圈。

压边圈

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3.2 变形工序二、弯曲 弯曲是将坯料弯成一定的角度， 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。 一定形状零件的工序。压弯时， 压弯时 ， 靠近凸模一侧的金属 在切向压应力下产生压缩变形， 在切向压应力下产生压缩变形 ， 凹模一侧的金属则在切向拉应 力作用下产生伸长变形。 当外侧的拉应力超过板料的抗 拉强度时，将发生破裂。 拉强度时 ，将发生破裂。 板料 越厚， 越小， 越厚，内弯曲半径 r 越小，则 对应拉应力越大。 对应拉应力越大。对应一定性 能 、形状的板料都存在一个最 小圆角半径 rmin (称为最小弯 曲半径，一般为板厚的0.25~1 曲半径 ， 一般为板厚的 代表弯曲的成形极限。 倍 ),代表弯曲的成形极限。

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3.2 变形工序弯曲时应尽可能使弯曲线与板坯的纤维方向 弯曲时应尽可能使弯曲线与板坯的纤维方向 垂直。 垂直。 回弹现象：由于弹性变形的恢复， 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。 弹回一点，使被弯曲的角度增大。一般回弹角为 0~10°。 ~ °

不合理

合理

弯曲线与坯料纤维方向垂直

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3.2 变形工序胀形(成形) 胀形(成形)胀形主要用于平板毛坯的局部胀形(起伏成形),如压制 胀形主要用于平板毛坯的局部胀形(起伏成形),如压制 局部胀形 ), 凹坑，加强筋，起伏形的花纹及标记等。另外， 凹坑，加强筋，起伏形的花纹及标记等。另外，管类毛坯的胀 如波纹管)、平板毛坯的拉形等，均属胀形工艺。 )、平板毛坯的拉形等 形(如波纹管)、平板毛坯的拉形等，均属胀形工艺。

平板毛坯胀形

管坯胀形

球体胀形

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3.2 变形工序翻边翻边是在坯料的平面部 分或曲面部分上使板料沿一 定的曲率翻成竖立边缘的冲 压成形方法。 压成形方法。包括内孔翻边 和外缘翻边。 和外缘翻边。

旋压旋压的基本要点是： 旋压的基本要点是： (1) 合理的转速 (2) 合理的过渡形状 (3) 合理加力

翻边

旋压

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