軸承知識：特種鑄造 |
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特種鑄造 §1 金屬型鑄造 將液態(tài)合金澆入金屬鑄型,得到鑄件. 一 金屬型: 垂直式,水平式,復合式 垂直式: 易取件,沒澆注系統(tǒng)多用. 材 料: 灰鐵,要求高 鑄鋼 內 腔: 金屬型芯,砂芯. 有抽芯機構 二 鑄造工藝: 金屬型導熱快,沒有退讓性,透氣性. 1 金屬型應保持一定的工作溫度. 具有良好的充型條件和一定的激冷作用. 1) 噴刷涂料前預熱. 保證涂料層致密,均勻. 合金鑄鐵80— 2) 澆注前預熱 降冷卻速度,防白口. 2 噴刷涂料 1) 減緩冷卻速度,防白口 2) 防高溫液體對鑄型直接沖刷 3) 有一定蒸汽,排氣能力,防氣孔. 鑄 鐵—石墨粉涂料,炭墨涂料; 鋁合金—氧化鋅涂料,滑石粉 3 合理澆注溫度: ∵導熱快,t澆 比砂型高20~ 4 適宜出型時間 收縮快—出型難 冷速大—白口 三特點 1多次澆注,節(jié)工時,型砂,提高生產率 2改善勞動條件 3鑄件光潔度高 4組織致密,機械性能高 5成本高,周期長,工藝要求嚴,易出現(xiàn)白口,多用于生產有色金屬 §2 壓力鑄造 高壓下(5~500MPa)快速(0.001~0.2)將液態(tài)或半液態(tài)合金壓入金屬鑄型中,并在壓力下結晶. 專用設備:壓鑄機 專用壓型—壓型 一工藝過程 見書中P42 二特點 1精度,表面質量↑ 最小鑄孔直徑 2可壓除形狀復雜的薄壁件.(高壓 沖型↑) 3鑄件強,硬↑ (壓力下結晶致密) 4 生產率↑ 易自動化 5投資大,適于批量 6種類受限,不宜壓鑄高熔點合金 7壓速高,易形成氣孔 8不宜熱處理 應用:汽車 儀表行業(yè),廣泛應用. §3 熔模鑄造 溶膜鑄造是用易熔材料制成模型,然后在模型上涂掛耐火材料,經硬化后,在將模型熔化排出型外,從而獲得無分型面的鑄型,鑄型焙燒后即澆注 一工藝過程 1蠟模制作 1) 壓型:制蠟模的專用模具,鋼 銅 鋁 切削而成 2) 蠟模的壓制:石蠟,峰蠟,硬脂酸,松香等,將熔化的蠟料壓入壓型中,冷凝后取出,修去毛刺,得到蠟模 3) 蠟模組裝:若干蠟模焊在一個直澆棒上. 2結殼:蠟模涂上涂料,硬化 干燥等 1) 浸涂料(石英粉+粘結劑的糊狀物)表面光潔 2) 撒砂(粗石英砂)的目的:增厚型殼 3) 硬化(水玻璃+NH4CL—SIO2)化學硬化 3脫蠟 焙燒 1) 脫蠟:熱水或水蒸氣 2) 焙燒:加熱 800~ 4 填砂:澆注 1) 填砂:型殼放入鐵箱中,周圍干砂充填 2) 澆注:趁熱(600~ 5落砂 清理 冷卻后,破壞型殼,取出鑄件,去澆口,毛刺,退火或正火,以便得到所需機械性能. 二特點和應用 1鑄造精度,光潔度高,且可澆注形狀復雜的件 2能鑄造各種合金(型殼是高級耐火材料) 3單件,小批,大批量生產均可 4少 無切削加工(Ra3.2~1.6um)稍磨 5材料貴,工藝過程繁雜,生產周期長. 應用: 使用高熔點合金精密鑄件的成批,大量生產,形狀復雜,難以切削加工的小零件. 如:汽輪機葉片,工藝品 §4離心鑄造 將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(250~1500r/min)的鑄型中,使金屬液在離心力作用下充填鑄型并結晶. 一基本方式 1立式:圓筒件 自動形成內腔,壁厚不均用高度小的件. 2臥式:壁厚均勻,適于長筒,可雙金屬澆注. 二特點應用 第三部分 金屬壓力加工 概述 一 什么是壓力加工 靠外力使金屬材料產生塑性變形而得到預定形狀與性能的制件（毛坯或零件）的加工方法。 外力—— 沖擊力：錘類 靜壓力：壓力機 各類鋼和大多數(shù)有色金屬及其合金都具有一定的塑性，因此，都能在熱態(tài)或冷態(tài)下進行壓力加工。 應用廣泛：運輸工具96%； 汽車拖拉機95%； 航天、航空90%； 農用機械工業(yè)80%。 二 分類 1 軋制：金屬坯料在兩個回轉軋輥的縫隙中受壓變形以獲得各種產品的加工方法。靠摩擦力，坯料連續(xù)通過軋輥間隙而受壓變形。 主要產品：型材、圓鋼、方鋼、角鋼、鐵軌等。 2 擠壓：金屬坯料在擠壓模內受壓被擠出模孔而變形的加工方法。 正擠：金屬流動方向與凹模運動方向相同。 反擠：金屬流動方向與凹模運動方向相反。 3 拉拔：將金屬坯料拉過拉拔模的?？锥冃蔚募庸し椒?。 產品尺寸精度、表面光潔度較高，所以，常用于軋制件的再加工，提高產品質量。 坯料：低碳鋼、有色金屬及合金。 外力：拉力。 4 自由鍛：金屬坯料在上、下抵鐵間受沖擊力或壓力而變形。 外力：壓力。 5 模鍛：金屬坯料在具有一定形狀的模膛內受沖擊力或壓力而變形的加工方法。 6 沖壓：金屬板料在沖模之間受壓產生分離或成形。 1—5 立體變形（三維）； 6 平面變形（二維）； 1—6 可沖擊力、可靜壓力。 三 特點：（與鑄造比） 1 優(yōu)點：（1）結構致密、組織改善、性能提高、強、硬、韌↑ （2）少無切削加工，材料利用率高。 （3）可以獲得合理的流線分布（金屬塑變是固體體積轉移過程）。 （4）生產效率高。（如：曲軸 、螺釘） 2 缺點：（1）一般工藝表面質量差（氧化）。 （2）不能成型形狀復雜件（相對） （3）設備龐大、價格昂貴。 （4）勞動條件差（強度↑、噪音↑） 第一章 金屬塑性變形 §1 金屬塑性變形的實質 一 晶體： 1 晶體：物質中的原子按一定規(guī)律在三維空間周期重復排列。 2 單晶體：具有一個晶粒的晶體（由一個晶核生長而成的晶體）。 3 多晶體：大量晶粒組成的晶體。 二 變形： 1 彈性變形：（暫時的變形）σ＜σe 力未去除。 彈性塑性變形：（暫時變形）σ＜σs 力未去除。 純塑性變形：永久變形 外力去除。 2 變形機制： 單晶體塑性變形：滑移。 多晶體塑性變形：滑移+晶粒轉動。 三 滑移： 1 單晶體： 在切應力作用下，晶體的一部分與另一部分沿著一定的晶面產生相對滑動，叫滑移。這個晶面—滑移面。 ※ 與滑移面垂直的應力不引起滑移，只會彈性變形，大到一定程度引起脆斷。 （上面所描述的滑移運動，相當于兩部分晶體彼此進行的剛體性運動，是由外力作用下發(fā)生的，而且所需力較大，但使測力卻小得多。近代塑性理論研究認為滑移變形是由于位錯的滑移運動引起的。） 理想晶體結構：鋅單晶理論計算：σs= 實測 σs= 晶體內部存在缺陷： 點缺陷：缺一個原子。 線缺陷：缺一行原子、—位錯。 面缺陷： 滑移逐步在滑移面上傳布，直至晶體表面。 2 多晶體 塑性變形先在晶面方向有利于滑移的晶粒內開始，然后不利于滑移的晶粒向有利變形的方向轉動， 協(xié)調變形，使滑移繼續(xù)進行。 §2 塑性變形后金屬的組織和性能 一、 組織： 1 、 晶粒沿變形最大的方向伸暢。 2、 晶格晶粒均發(fā)生扭曲，產生內應力。 3、 晶粒間產生碎晶。 二、性能： 強度，硬度↑。塑性，韌性↓ 原因：（微觀）碎晶，晶格扭曲，增大滑移阻力。 三、加工硬化 塑變程度增大，金屬強度，硬度升高；塑性，韌性下降的現(xiàn)象。 1、 有利：強化金屬，形變強化 有害：變形抗力↑，繼續(xù)壓力加工困難，對模具不利，設備噸位↑ 加工硬化的結果使金屬的晶體構造處于不穩(wěn)定的應力狀態(tài)，具有自發(fā)恢復穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢（室溫不行） 2、消除方法：加熱 回復 再結晶 1）回復：金屬冷變形后，加熱到一定溫度，原子恢復正常排列，消除了晶格扭曲。加工櫻花部分消除，原子獲得能量。震動加劇，回復正常排列。 T回＝（0.25～0.3）T熔 （室溫＋273） T回、T熔分別位金屬回復、熔化的絕對溫度。 2）再結晶：溫度再增加，金屬原子獲得更多能量，則以碎晶和雜質位核結晶成新的晶粒。 實質：無畸變組織代替即便組織，完全消除加工硬化。 T再＝0.4T熔 T再—金屬絕對再潔凈溫度。 再結晶退火—加熱—再結晶—金屬再次獲得良好塑性 高溫下受力塑性變形—硬化于再結晶同時存在 四、冷變形、熱變形 冷變形—T再以下發(fā)生的變形。 熱變形—T再以上發(fā)生的變形。 * 1、冷變形后具有加工硬化組織，能獲得較高的表面光潔度及硬度，但變形程度不宜過大，避免破裂。 2、熱變形可得到再結晶組織，變形程度大，無加工硬化，獲得良好的機械性的組織。 冷變形后的件若繼續(xù)加工，要再結晶退火。 ∴金屬壓力加工主要采用熱變形來進行。 五、鍛造和纖維組織 1、鍛造 1鐓粗：橫截面積變大：Y鐓＝F/F0＝H0/H＞1 2撥長：橫截面積變?。?/span>Y鐓＝F0/F＞1 F0—變形前橫截面面積， F—變形后橫截面面積 Y＜2 組織細化，性能↑ Y＝2～5 方向性↑ Y＞5 組織緊密程度，晶粒細化，均達極限。性能方向性↑↑ 出現(xiàn)性能方向性的組織已是纖維組織。 2、 纖維組織： 金屬發(fā)生塑性變形時，金屬的晶粒形狀和沿晶 界分布的雜質形狀都發(fā)生變化，它們將沿著變形方向被拉長，呈纖維形狀。這種結構較纖維組織。 1） 影響：使金屬材料的機械性能出現(xiàn)方向性 平行纖維方向：塑、韌性↑ 垂直纖維方向：塑、韌性↓ 2） 利用：因流線穩(wěn)定性很高，不能用熱處理方法消除，只有經過鍛壓使金屬變形，才能改變方向和形狀。因此，位提高零件機械性能，盡量做到： a) 使纖維方向于零件的輪廓相符合，而不被切斷。 b) 使零件受σmax拉應力與纖維方向一致。τmax與纖維垂直。 §3金屬的可銹性 可銹性：是衡量材料在經受壓力加工時獲得量件難度程度的一個工藝性能。 在力作用下穩(wěn)定改變自己形態(tài)或尺寸，而其各質點間聯(lián)系不破換的能力。 包括方面：1塑性↑：變形時金屬不易開裂。δ、ψ、αk↑ ↓ 2變形抗力↓：省力，不易磨損模具，小設備，消耗能量小。 一、 金屬本質的影響： 1 化學成分：1）純金屬可鍛性良好（合金晶格畸變）Fe＞F 2） 含有形成碳化物的元素，則可鍛性↓。 如：W、Ti|。 WC使硬質合金硬、脆。 2、金屬組織影響：1）固溶體（如A）比碳化物（Fe 3）晶粒細、均勻、可鍛性↑。 3、 晶體結構：面心立方＞體心立方＞密排六方。 二 加工條件： 1 變形溫度：t↑ 變形抗力↓ 塑性↑ T再以上，塑性↑↑ 如：碳鋼在A3線上，組織為A、面心、塑性↑ ※ t過高，易產生“過熱”、“過燒”、“脫碳”、“嚴重氧化”。 始鍛溫度：AE線下 終鍛溫度：800℃?。?/span>T再以上） 2 變形速度：單位時間內的變形程度。 V＜C：∵V固、V再來不及完全消除加工硬化。 V＞C： 熱效應，明顯提高變形溫度，但只在高速錘上才能有熱效應。 高速錘：12— 3 應力狀態(tài)： 壓應力下變形，對塑性有利，阻止裂紋擴展，焊合（孔、縫） 拉應力下變形，對塑性不利，氣孔、裂紋等缺陷處易引起應力集中，缺陷擴展，導致破裂。 1—9 塑性逐漸下降 ※ 三向不等壓應力會使大理石塑性變形，擠壓比拉拔時塑性好，三向壓應力不等，才能塑變，否則彈變。 壓應力會加大金屬內摩擦，使變形抗力增加，故本質塑性較高的變形時出現(xiàn)拉應力，可減少變形抗力，對本質塑性較差的，應盡量在壓應力下進行，以防止裂紋產生。 作業(yè)： 1 碳鋼在鍛造溫度范圍內變形時，是否會有加工硬化？ 2 鉛在 4 如何提高金屬的塑性？最常用的措施是什么？ 5 “趁熱打鐵”的含意？ 6 三向壓應力相等,能否產生塑性變形？ 第二章 自由鍛 自由鍛造: 利用沖擊力或壓力使金屬在上、下兩抵鐵之間產生變形，得到所需的形狀和尺寸的鍛件，金屬在受力變形時，在抵鐵間向各個方向自由流動，不受限，形狀、尺寸由鍛工控制。 一 特點：1 工具簡單、通用性強。（成型部分） 2 應用廣泛，幾克——幾百噸，機械性能高。 3 鍛件尺寸精度差，材料利用率低。 4 只能用于形狀簡單的鍛件。 5 勞動強度大（尤其手工）。 二 分類：1 手工鍛：砧子，大、小錘，爐子等，小型件。 2 機器鍛：空氣缸、蒸汽—空氣缸，沖擊力 液壓機、噸位 靜壓力 §1 幾個主要工序 一 鐓粗：截面增加、高度減小的工序。 應用：1）小截面變成大截面，高度減小件。 2）沖孔前，平整端面。 3）提高機械性能（細化組織、破壞碳化物）（與拔長配合） ※ H/D=0.8—2 一般毛坯 H/D=2—3 雙鼓形 H/D＞3 失穩(wěn) H/D＜0.8 變形小、變形力大。 二 拔長：毛坯橫截面減小，長度增加。 應用：1）減小截面，增加長度。 2）提高機械性能（與鐓粗反復進行） ※ 1 拔長時不斷翻轉。 2 送進量： 合適：L/h=0.5—1 L/h＞1 展寬過大，拔長效率↓ L/h＜0.5 折疊 與雙鼓形類似。 三 沖孔： 透孔、不透孔（盲孔） 開式沖孔 閉式沖孔—反擠壓 ※ 1 開式沖孔，先鐓平端面 2 沖通孔時：薄件—面沖通：H/D＜0.125 實心單面沖孔 厚件雙面沖： 一面沖2/3δ 反面沖通。 為拔沖頭方便，沖孔時灑煤粉。 四 彎曲： 毛坯彎成一定角度。 外側受拉 內側受壓 內側起皺 ※ 彎曲角度不可太大，過大 外側拉裂 §2 自由鍛件的結構工藝性 原則：滿足使用性能要求，符合自由鍛工藝要求，節(jié)約金屬，保證質量，提高生產率。 一 盡量避免錐體或斜面（因必用專用工具，成型困難） 二 鍛件由幾個簡單幾何體構成時，交接處不應形成空間曲線。 三 鍛件不應設計出凸臺、筋板。 四 橢圓形、工字形等避免。 五 截面變化不宜太大。 鍛造比太大 六 外表面復雜的鍛件不應設計 分別鍛造、焊接或機械聯(lián)接。 §3 自由鍛造工藝規(guī)程的制定 內容：由零件圖→繪制鍛件圖→計算坯料質量和尺寸→選擇鍛造工序→設備和噸位→加熱規(guī)范→規(guī)定技術要求→檢驗要求→編制勞動組織和工時。 一 繪制鍛造圖：根據零件圖繪制 1 敷料：為簡化鍛件形狀而增添的金屬（也叫余塊）。 2 加工余量：自由鍛件精度、尺寸、表面質量較差。 需切削加工，所以，留余量。 3 鍛造公差：鍛件實際尺寸和名義尺寸之間所允許的最大偏差。 零件圖用雙點劃線，鍛件實線， 零件尺寸加括號，公差查手冊。 二 計算坯料質量和尺寸 1 鍛件的坯料質量 G坯料=G鍛+G燒+G料頭 G燒損=G鍛×（2—3）% （首次） G鍛×（1.5—2）% （二次以后） G料頭=G鍛×（2—4）% （鋼材） 2 尺寸：與第一道工序的變形性質有關。 鐓粗： 毛坯1.25＜H/D＜2.5 拔長： 鋼錠坯料：y≥2.5—3 軋制鋼料：y=1.3—1.5 坯料截面積=鍛件最大部分截面×y 三 選擇鍛造工序： 包括基本工序、輔助工序及修整工序。 根據鍛件技術要求，坯料情況，生產批量等確定。 一般：盤類：鐓粗、（或拔長、鐓粗）沖孔。 軸類：拔長（拔+鐓粗）、壓肩。 筒類：鐓粗（鐓+拔）、沖孔、在心軸上拔長。 環(huán)類：鐓粗（拔+鐓）、沖孔。 四 選擇鍛造設備 鐓粗：G=（0.002—0.003）kF（kg） k為系數(shù)，與σb有關，F為鍛件鐓粗后與工具接觸面水平投影.(mm2) 拔長: G= F—坯料橫截面面積（cm2） 新書 P72 表3—4 六 鍛后冷卻及熱處理 空冷 坑冷 爐冷 退火 正火（+高溫回火） 工具鋼：正火或球化退火 中碳鋼、合金鋼：一般調質。（對于不進行最終熱處理） 作業(yè)： 在如圖兩種砧鐵上拔長時，效果有何不同？ 第三章 模鍛 模鍛：金屬坯料在模具中成型，得到與模膛形狀相符的鍛件。 一 特點 優(yōu)點：1 操作技術要求不高，生產率高。 2 尺寸精確，加工余量小。 3 形狀較復雜。 4 節(jié)省材料，減少切削量，降低成本（批量）。 缺點：1 受設備噸位限制，質量不能太大（ 2 鍛模成本高，不宜于小批、單件生產。 3 勞動強度較低。 二 設備：錘和壓力機
模鍛件質量除由模具控制外，模鍛設備也是主要因素之一。 §1 錘上模鍛 一 工藝規(guī)程制定： （1） 根據鍛件類型及具體生產條件確定合理工藝方案。 （2） 由零件圖及工藝方案→鍛件圖。 （3） 確定工步，進行模膛設計和工步設計。 （4） 計算毛坯質量、尺寸、確定設備噸位。 （5） 設計鍛模 （6） 確定切邊、沖孔工序并設計相應模具。 （7） 加熱、冷卻、熱處理規(guī)范。 （8） 確定校正、清理工藝及設備 1 確定工藝方案： 1） 長軸類鍛件 拔長—滾壓—預鍛—終鍛 同一模具上設置 2） 短軸類（盤類）件 鐓粗—終鍛 鐓粗—預鍛—終鍛 2 制定鍛件圖 1） 選分模面：（關系到出模、成型、材料利用率等） 原則：a、 保證鍛件能完整地從模膛中取出 b、 使模膛淺而寬，便于加工、利于金屬流動 c、 應使上、下模膛沿分模面的輪廓一致，便于檢查上、下模錯移d、 分模面應使鍛件上敷料最少 e、 分模面盡量選平面 f、 有流線要求時，依受載情況確定 2） 確定余量、公差、敷料 機械加工余量：一般1— 公差： 一般±0.3— a、 模膛公差 b、 防止上、下模沒閉合，金屬沒充滿模膛 c、 上、下模錯移 d、 模膛磨損、變形等 敷料：為簡化形狀，d＜25— 3） 確定模鍛斜度 鍛件上平行于錘擊方向必有斜度，以利于取件，且鍛件冷卻收縮，鍛?；貜棥?/span> 斜度大小與鍛件形狀尺寸、材料性質（摩擦系數(shù)）、鍛造方法（如平鍛有頂出裝置，斜度?。┑扔嘘P。 一般鋼件外模鍛斜度 α=5—15° 內斜度比外斜度大 2—3°，因為內壁冷縮，夾緊工件。 4） 確定圓角半徑：鍛件兩平面交接處均要做成圓角。 a、 金屬易于充滿模膛 b、 模凹角處易應力集中、裂紋 c、 凸尖角處有圓角磨損減輕，提高模具壽命 d、 避免拉斷流線 e、 沖孔連皮 d＞25 沖孔，連皮厚度與孔徑d有關， d=30— 3 確定模鍛工步 與確定的工藝方案一致 模膛—制坯模膛—拔長、滾壓、彎曲、切斷 模鍛模膛—預鍛模膛和終鍛模膛 1） 制坯模膛 作用：（1）使坯料形狀和尺寸接近鍛件（為預鍛和終鍛做準備） （2）清除坯料表面的金屬氧化皮 a、 拔長模膛：減少某部分橫截面，以增加其長度， 閉式、開式，一般設在鍛模邊緣，需翻轉。 b、 滾壓模膛：減少某部分橫截面，以增加另一部分橫截面， 使金屬按鍛件形狀分布。 開式：橫截面相差不大 —— 操作時不需翻轉 閉式：最大、最小橫截面相差大 c、彎曲模膛：需彎曲的桿類件，用彎曲模膛來彎曲坯料，轉90°放入模膛 成型。 d、切斷模膛：它是在上、下模的角組成的一對刀口，單件時用來切下鍛件或切下鉗口；多件時，用它分離單件。 除上述模膛外，還有鐓粗、壓扁等制坯模膛。 2）模鍛模膛 （1） 預鍛模膛 1） 使坯料變形到接近于鍛件的形狀、尺寸，使金屬易于充滿終鍛模膛。 2） 減少對終鍛模膛的磨損，提高鍛模壽命。 Δ與終鍛模膛區(qū)別：斜度和圓角大，沒有飛邊槽。 Δ形狀簡單、小批量、可不用鍛模。 （2） 終鍛模膛：使坯料變形成鍛件圖上要求的形狀、尺寸和精度。 ※ （a）因熱脹冷縮，終鍛模膛尺寸要比鍛件尺寸放大一個收縮量。 （b）模膛四周有飛邊槽—增加金屬從模膛中流出阻力，容納多余的金屬。 （c）對于有通孔件，留有沖孔連皮。 4 計算毛坯質量和尺寸，確定設備噸位 G坯=G鍛+G飛+G氧+G連皮 G飛=G鍛×（15—25）% G氧=（G鍛+G飛）×（3—4）% 尺寸： 盤類件： 鐓粗為主 1.25＜H坯/D坯＜2.5 長軸類：以拔長為主 L坯=（1.05—1.30）V坯/F坯 =（1.34—1.66）V坯/D2坯 噸位：G= p (kN) p= k1k2σsF/1000（kN） k1——變形速度系數(shù)2.5—3.5 k2—變形系數(shù)與摩擦條件系數(shù) F—包含飛邊在內的鍛件最大截面 5 鍛模設計 模塊尺寸、燕尾、起重孔等 6 切邊、沖孔模具設計 7 確定加熱、冷卻和熱處理規(guī)范 加熱：火焰加熱、電加熱 加熱速度依坯料尺寸、成分、組織、性能等制定。 冷卻：依具體坯料情況確定。 熱處理：改善組織、性能、消除內應力，退火、正火、調質、高溫回火等。 8 確定校正、清理 校正變形：終鍛模膛、校正模 清理：去毛刺、氧化皮 、切邊、沖孔。 精壓：壓力機上，平面精壓、體積精壓、提高精度 精度可達：±0.1— 粗糙度：Ra=1.6—0.8μm 二 模鍛零件結構工藝性 設計模鍛件時，應根據模鍛特點和工藝要求，使零件結構符合下列原則，以便于模鍛生產和降低成本。 1 必須具有合理的分模面（鍛件易取出，敷料少，鍛模易做）。 2 模鍛斜度、圓角 3 非加工面尺寸精度要符合模鍛生產工藝，加工面留余量。 4 鍛件形狀盡量簡單對稱，各截面差不可太大。 5 盡量避免深孔、多孔。（簡化模具制造、提高壽命） 6 若形狀復雜，用鍛焊結構，減少敷料。 §2 胎模鍛 胎模鍛是在自由鍛設備上使用胎模生產模鍛件的工藝方法。 一 特點：1 與自由鍛對比 1） 鍛件形狀、尺寸與鍛工技術無關，操作簡單η↑ 2） 精度高，敷料少，加工余量，節(jié)省金屬，減輕后續(xù)加工的工作量。 3） 內部組織、纖維分布更合理。 2 與模鍛比 1） 擴大自由鍛設備生產范圍，設備簡單 2） 局部成型，小設備干大活 3） 模局不固定，成本低，可一個以上分模面，件可復雜 4） 鍛件質量比模鍛差（形狀、尺寸精度、余量） 整形模： 成型模：導柱、定位、切邊、沖孔。 §3 其它設備上的模鍛 作業(yè)： 1 改正模鍛件不合理處。 2 下圖零件采用錘上模鍛制造，選最佳分模面。 1 圓角、拔模斜度、分模面、沖孔連皮。 2 了解分模面選擇原則 第四章 板料沖壓 板料沖壓：利用沖模使板料產生分離或成型的加工方法。 一般冷態(tài)下成型，δ＞8— 應用：廣泛，航天、航空、汽車、儀表 特點：1 可沖壓出成型復雜的件，廢料少。 2 產品具有足夠高的精度和較低的表面粗糙度，互換性好。 3 質量輕，材料消耗少，強、剛度高。 4 操作簡單，便于自動化，生產率高。 5 模具復雜，適于大批量生產。 原材料塑性高：低C鋼、鋁合金、銅合金、鎂合金、塑性高的合金鋼。 剪床—剪料 沖床—沖壓 §1 分離工序 分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序 一 落料及沖孔（沖裁） 坯料按封閉輪廓分離 落料—被分離的部分為成品，而周邊為廢料 沖孔—被分離的部分為廢料，而周邊是成品 1 沖裁變形過程： 1） 彈性變形階段：沖頭接觸后，繼續(xù)向下運動， 產生：彈性壓縮、拉伸、彎曲等。 2） 塑性變形階段： σ≥σs 產生塑變→（冷態(tài)）加工硬化， σ≥σb 微裂紋 3） 斷裂分離階段：沖頭繼續(xù)壓入，裂紋上、下擴展，重合。 斷面 光亮帶—上、下塑性變形，沖頭壓入形成 剪切帶—剪切分離 （斷裂帶） 圓角帶—變形開始彎曲，拉伸所至。 2 凸凹模間隙： 間隙大小影響斷面質量、模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。 間隙大：1）材料拉應力大，塑性變形階段結束早 2）亮帶小，剪裂帶、毛刺大 3）卸料力和推件力小 間隙?。?/span>1）壓應力大、拉應力小，抑制裂紋 2） 凸模刃口裂紋比正常向外，毛刺增大 3） 凸模與沖孔、凹模與落料之間摩擦增大 4） 降低模具壽命 總之：沖裁件斷面質量要求較高時，選較小間隙 沖裁件斷面質量無嚴格要求時，選較大間隙 一般（5—10%）S 以利于提高沖模壽命 3 凸凹模刃口尺寸確定： 沖孔模：1） 以沖孔件確定凸模尺寸，考慮磨損，凸模選孔的最大尺寸（公差允許內） 2） 以凸模為基準，加上間隙，設計凹模 落料模：a） 以落料件確定凹模刃口尺寸，考慮凹模磨損，凹模刃口尺寸取公差范圍最小值。 b）以凹模尺寸為基準，減去間隙，設計沖模 4 沖裁力的計算 選沖床噸位，檢驗模具強度的依據， 平刃沖模的沖裁力：P=KLSτ （N） L—沖裁周邊長度mm； S—坯料厚度mm τ—抗剪強度Mpa ； K—系數(shù)，間隙不均，刃口鈍化等。 5 沖裁件的排樣： 排樣合理，提高材料利用率 無搭邊排樣：落料件形狀的一個邊作為另一個落料件邊緣，材料利用率高，尺寸不準，毛刺不在同一平面上。 有搭邊排樣：各落料件之間有一定尺寸的搭邊，毛刺小，在同一平面上，尺寸準，費材料。 二 修整： 利用修整模沿沖裁件外緣或內孔刮削一薄層金屬，以切掉普通沖裁時，在沖裁件斷面上存留的剪裂帶、毛刺，提高沖裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。 外緣修整：修沖裁件外形 內緣修整：內孔 與切削加工相似，間隙小，可采用負間隙，凸模大于凹模， 精度達 IT6—IT7 表面粗糙度為Ra0.8—1.6 ▽7—▽8 三 切斷： 用剪床或沖模把板料沿不封閉輪廓進行分離的工序 剪切：大板料剪成條料 沖模：生產簡單、精度要求不高的平板件 §2 變形工序 變形工序是使坯料的一部分相對于另一部分產生位移而不破裂的工序，拉深、彎曲、翻邊、成型等。 一 拉深 1 拉深過程： 1） D直徑平板放在凹模上。 2） 凸模向下運動，板料被拉入凸、凹模的間隙中，形成空心零件。 受力分析： 底部：不變形、傳遞拉力，厚度基本不變。 環(huán)形部分：拉力，厚度略減小。 法蘭部分：切向受壓力，變厚。 底角部分：拉力、變厚。 2 拉深中的廢品： 1） 拉裂 σt＞σb 無其底角部分 拉裂影響因素： （1） 凸凹模的圓角半徑：不可太鋒利，否則易拉裂， 鋼件：r凹=10s r凸=（0.6—1）r凹 （2） 凸凹模間隙：過小，模具與拉深件間的摩擦力增大，易拉裂工件，同時擦傷工件表面， 降低模具壽命（磨損）。 Z=（1.1—1.2）S 過大：起皺 （3） 拉深系數(shù)： m=d/D 衡量拉深變形程度，m越小，變形越大，易拉穿，材料塑性好m可↓，一般：m≥0.5—0.8（易塑性來?。?/span> 若m過小，則采用多數(shù)拉深，mn＞mn－1＞mn－2…… 兩次拉深之間退火,消除加工硬化， m總= mn ×mn－1×mn－2…… （4） 潤滑：加潤滑劑，減小摩擦，降低拉力，減小模具磨損。 2） 起皺： 發(fā)蘭受切向壓力，起皺，起皺后坯料拉不進凹模，在凹模入口處， 拉裂，若能拉入，產品側壁有痕跡。 影響因素： t/D 小，起皺，m小，起皺 防止方法：壓邊圈 3 毛坯尺寸及拉深力的確 按變形前后板料面積不變，計算毛坯尺寸， 拉深力： Pmax=3（σb ＋σS）（D－d－r凹）S Pmax——最大拉深力（N）， σb 、σS 抗拉、屈服強度， D——毛坯直徑mm， d——凹模直徑mm r凹——凹模圓角半徑mm S——材料厚度mm 4 旋壓法生產拉深件 旋壓件上生產，不用沖模，變形小，能生產大型封頭。 二 彎曲： 坯料的一部分相對于另一部分彎曲成一定角度的工序 1 受力分析：外側受拉，內側受壓，σt＞σb，外側拉裂 板厚 S↑ r↓ 則σt↑ 易裂 2 最小彎曲半徑rmin=（0.25—1）S 塑↑ rmin可小些 3 彎曲方向：彎曲時盡可能使彎曲線與毛坯的纖維方向一致 4 回彈：回彈現(xiàn)象 0——10° 防止方法：（1）彎曲的模具角度小一個回彈角 （2）彎曲時兩端加拉力，壓力→拉力 三 翻邊：在帶孔的平坯上用擴孔的方法獲得凸緣的工序， r凸=（4—9）t k0=d0/d＜1 （鍍錫鐵皮k0≥0.65——0.7 酸洗鋼 k0≥0.68——0.72） 若k0 過小，可先拉深-----沖孔-------翻邊 四 成形 （脹形） 局部變形 制造加強筋 局部直徑擴大 §3 沖模的分類和構造 沖模結構合理與否對沖壓件質量、沖壓生產的效率及模具壽命等都有很大的影響。 一 簡單沖模： 一次沖程只完成一個工序 凸模被壓板固定在上模板上，上模板通過模柄與沖床滑塊連接，凹模被壓板固定在下模板上，下模板用螺釘固定在工作臺上，凹模上裝有導料板，導料板前有定位銷，導料板上裝有卸料板，防止凸模把料帶上去。導柱、導套：保證凸凹模對正，間隙均勻。 二 連續(xù)沖模：連模具不同部位，一次沖程能完成幾道工序，墊片------先沖孔、后落料。 三 復合模：在模具的同一部分上同時完成幾道工序 §4 沖壓件結構工藝性 設計沖壓件不僅要滿足零件的使用性能，還應有良好的工藝性能，以減少材料的消耗，延長模具壽命，提高生產率，降低成本及保證沖壓件質量。 一 沖壓件的形狀和尺寸 1 沖裁件： 1）落料件外形和沖孔件的孔形應力求簡單、對稱，排樣時廢料少、，盡可能采用圓形、矩形，避免長槽、長懸結構，總之：利于制造模具，提高模具壽命，節(jié)省材料。 2） 沖孔時 d≥t 方孔L≥0.9t t——料厚，凸模↑ 孔距， 孔與邊距≥t 保證凹模壽命，外緣凸出或凹進的尺寸≥1.5t，保證件不變形。 3）沖裁件：兩相鄰邊要用圓弧聯(lián)接，避免應力集中， 2 彎曲件： 1） r ＞rmin 彎曲半徑左右對稱，若彎曲非對稱件，用坯料上孔定位。 2） 短邊彎曲，彎曲高度 h＞2t ，若過短，先彎長，后切短。 3） 帶孔件彎曲 L＞（1.5—2）t 若孔與立壁近，先彎后沖 3 拉深件 1）外形對稱簡便，不宜太高，—便于制模具，成形容易。 2）拉深件不能同時保證內外尺寸，必須注明其一。（∵有間隙） 3）拉深件圓角半徑不能小于允許值。 4）對半敞開件，可先拉深——后切斷，工件組成對稱件。 5）帶凸緣件，凸緣大小要合適。過大，增加拉深次數(shù)；過小，壓邊圈失效，易起皺。 合適尺寸：d+12t≤d凸≤d+25t 對各類沖壓件的共同要求： 1 材料的選擇：普通材料——貴重材料，塑性↑ 薄件，加筋提高剛度。 2 外形對稱：受力均勻，模具易制造。 3 復雜件：沖——焊， 沖——鉚結合。 二 沖壓件的厚度 強度，剛度允許，盡量用薄料，可采用加強筋（脹形），提高剛度，省材料。 三 沖壓件的精度和表面質量 不能超過最高可能的精度，表面質量不能高于原材料表面質量。 一般精度：薄件： IT10； 沖孔： IT9 ； 彎曲：IT9——IT10 拉深高度公差：IT8——IT10； 經整形：IT6——IT7； 直徑公差：IT9——IT10 作業(yè)： 1 用φ50沖孔模具加工φ50薄料件能否保證精度？ 2用φ250×1.5料拉深φ50筒件，能否一次拉出？ 1 （1）分清沖孔、薄料概念 （2）沖孔，薄料模具設計原則 （3）精度差 2 （1）拉深系數(shù) m≥0.5——0.8 （2）m1＜m2＜m3…………… （3） 附加：潤滑、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 試述下圖沖壓件的生產過程（工序排列） 落料——沖孔——彎曲 第五章 壓力加工先進工藝簡介 先進工藝特點： 1 盡量使鍛壓件的形狀接近零件形狀，以便達到少、無切削加工的目的，節(jié)省材料，合理纖維組織，提高零件機械性能， 2 具有更高的生產率。 3 減少變形力，可以小設備干大件。 4 廣泛用電加熱，少氧化加熱，提高表面質量，改善勞動條件。 §1 軋制 一 縱軋： 軋輥軸線與坯料軸線互相垂直的軋制方法。 1 輥鍛軋制：軋輥上裝上圓弧形模塊。 2 輾環(huán)軋制：對稱擴孔，自動控制尺寸，可軋截面不同件，如火車輪箍 二 橫軋：軋輥線與坯料軸線平行 齒輪軋制：對輾 三 斜軋：軋輥線與坯料軸線成一定角度。如：軋鋼球，周期性截面變化桿件，冷軋絲杠。 四 楔橫軋：利用兩個外表面鑲有楔塊，并作同向旋轉的平行軋輥軸向送進的坯料進行軋制的方法，稱為楔橫軋。 主要靠兩楔塊壓縮坯料，使坯料徑向尺寸減小，長度增加。 楔塊分三部分組成：楔入部分、展寬部分、精整部分。 拔長？如何加入錐形軸？ 特點：1） 生產率高，每小時可生產千件。 2） 品精度高，徑向公差 3） 產品質量好，內部纖維連續(xù)，晶粒細化。 4） 節(jié)省原材料。 5） 設備投資少，模具壽命高，可達10——20萬件。 6） 無沖擊，噪音小，易自動化。 §2 擠壓 擠壓是坯料在擠壓筒中受強大的壓力作用而變形的加工方法。 一 分類： 1 按金屬流動方向分： 正擠壓：金屬流動方向與凸模運動方向相同。 反擠壓：金屬流動方向與凸模運動方向相反。 復合擠壓：正反擠壓同時發(fā)生。 徑向擠壓：金屬流動方向與凸模運動方向成90 °。 2 按變形溫度： 熱擠壓：T＞T再 變形抗力小，表面粗糙。 冷擠壓：T＜T再 變形抗力大，表面光潔，組織硬化，強度高。 溫擠壓：介冷熱之間，低于T再 下某一溫度，氧化脫碳少（與熱比）， 變形抗力?。ㄅc冷比），中碳鋼、合金鋼均可擠。 3 靜液擠壓：凸模與坯料之間充滿液體，凸模通過液體擠坯料，減少摩擦。 應用：低塑性材料，如 鉻、鎢等，麻花鉆。 二 特點：1 三向壓應力，塑↑ 2 零件精度高，粗糙度低， IT6——IT7 Ra3.2——0.8 3 形狀復雜件，深孔、薄壁、異形斷面件。 4 機械性能高，纖維合理。 5 節(jié)省原材料，生產率高，材料利用可達70%，易自動化。 §3 拉拔 拉拔：將金屬坯料從拉模的模孔中拉出使坯料變形的加工方法。一般常溫，故“冷拉” 特點：1 拉拔產生加工硬化，強度↑ 硬度↑ 2 受工壓——拉應力，變形量大易裂，∴拉前去應力，拉后退火（多道拉拔） 3 拉拔前清理表面，減少與模具摩擦，提高工件表面質量。 4 產品精度高，廣泛應用各類型材、線材、精鉸加工。 §4 精密模鍛 在模鍛設備上鍛造出形狀復雜、鍛件精度高的模鍛工藝，精度達IT7， 粗糙度Ra3.2——1.6 ▽5——▽6 特點：1 精確計算原始坯料的尺寸，嚴格按坯料質量下料。 2 精細清理表面，去氧化皮，脫碳層。 3 無氧化加熱，少氧化加熱，減少氧化皮。 4 鍛模精度高，導柱、導套、凹模開排氣孔。 5 鍛模潤滑，冷卻 （熱脹冷縮）。 6 設備剛度大，精度高。（壓力機、高速鉆等） 7 保護冷卻，（坑、介質、無焰淬火）少氧化。 §5 高速錘鍛造 利用高壓氣體在極短時間內突然膨脹，推動錘頭對擊。 特點：1 打擊速度高 （12—— 2 少、無氧化加熱，潤滑劑，頂出裝置，可鍛無斜度、小斜度、無飛邊件，Ra3.2—0.8。 3 流線合理，機械性能↑ 4 適合結構對稱件，模具磨損快，壽命↓，單模膛。 5 對廠房無抗震性要求，設備體積小。 §6 超塑性成形 超塑性：金屬材料在特定條件下可得到極大塑性。 1 動態(tài)超塑性：在材料相變溫度或同素異構轉變溫度附近經過多次溫度循環(huán)或應力循環(huán)，獲得超塑性。（應用少） 2 靜態(tài)超塑性：低形變速率：ε/=10-2——10-5 θ/s ε/=Σ/s 變形溫度：0.5——0.7Tm， 細晶：0.5——5μm，拉伸無縮頸 應用：1板料沖壓，可拉深很深筒。 2 板料氣壓成形。 3 擠壓、模鍛，如鈦合金。 特點：1 擴大了可鍛金屬種類。 2 充模性能好，精度高，余量小——0 3 機械性能均勻一致。（晶粒細） 4 變形抗力小，充分發(fā)揮中小型設備作用。 §7 擺動輾壓 利用一個繞中心軸擺動的圓錐形模具對坯料局部加壓的工藝方法。 若上模是錐體，可輾成一平面工件。若上模母線是曲線，可輾成表面形狀復雜件。 特點：1） 省力，局部受力變形，小設備干大件。 2） 可加工薄件，如 3） 產品質量高，省材料。 4） 噪音小，震動小，易自動化。 §8 多向模鍛 將加熱的金屬坯料置于多分模面的組合鍛模中，在多向鍛壓機上一次行程作用下，獲得飛邊，無斜度或小斜度多向孔穴鍛件。 實質：擠壓為主，加閉式模鍛。 無飛邊，生產率高。 §9 液態(tài)模鍛 鍛鑄結合，液態(tài)金屬澆入下模，用上模加壓，使液態(tài)金屬充滿模膛，并在壓力下結晶凝固并產生塑性變形，以獲得組織致密，性能良好的鍛件。 特點：1 組織致密，性能好。 2 省去鑄件的澆口、冒口。 3 省力，能加工脆性材料。 應用：大批，性能好，中小型件。 寧波三泰軸承有限公司 胡旭輝 13065807009
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