塑性成形工艺与模具设计最简明.docx

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塑性成形工艺与模具设计最简明

第一章

塑性成形（塑性加工、压力加工）：

金属材料在一定的外力作用下，利用金属的塑性而使其成形为具有一定形状及一定力学性能的加工方法。

塑性成形工艺与其他加工工艺相比，特点：

1、材料利用率高

2、力学性能好

3、尺寸精度高

4、生产效率高

塑性成形工艺的分类

按加工对象的属性：

一次塑性加工（轧制、挤压、拉拔等）、二次塑性加工

按塑性成形毛坯特点：

体积成形（块形成形）、板料成形

轧制：

纵轧、横轧、斜轧

挤压（坯料后端施加压力）：

正挤压、反挤压、复合挤压

拉拔（坯料前端施加压力）

板料成形（冲压、冷冲压、板料冲压），按性质分为：

分离工序（落料、冲孔、切断、切边、剖切等）、成形工序（弯曲、拉深、翻边、胀形、扩口、缩口、旋压等）

体积成形，分为锻造（自由锻、模锻）、挤压（开式模锻、闭式模锻）

自由锻，主要用于单件、小批量生产、大锻件生产或冶金厂开坯。

冲压工艺分类

按变形性质分类：

1、分离工序

2、成形工序

*按基本变形方式分类：

1、冲裁

2、弯曲

3、拉深

4、成形

*按工序组合形式分类

1、简单工序

2、组合工序（1、复合冲压2、连续冲压3、连续-复合冲压）

板料成形的失稳现象：

拉伸失稳（板料在拉应力作用下局部出现缩颈或断裂）

压缩失稳（板料在压应力作用下出现起皱）

*板料冲压成形性能影响较大的力学性能指标：

1、屈服强度σs（小好）

2、屈强比σs/σb（小好）

3、伸长率

4、硬化指数n

硬化指数：

单向拉伸硬化曲线可写成σ=cε^n，其中指数n即为硬化指数，表示在塑性变形中材料的硬化程度。

*Q：

什么叫加工硬化和硬化指数?

加工硬化对冲压成形有有利和不利的影响？

A：

加工硬化：

指随着冷变形程度的增加，金属材料的强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降的现象。

优：

由于加工过硬化使变形抗力提高，又提高了材料承载能力。

缺：

加工硬化变形越大，会使断面在局部地方易形成缩颈，容易被拉断不利于成形。

5、厚向异性系数γ（大好）

厚向异性系数越大，表示板料越不易在厚度方向上产生变形，不易出现变薄和增厚。

6、塑性成型基本规律：

①加工硬化规律；②卸载弹性恢复规律；③最小阻力定律；④塑性变形体积不变定律

第二章

*冲裁过程：

1、弹性变形阶段

2、塑性变形阶段

3、断裂分离阶段

*冲裁件质量指标

1、断面质量

2、尺寸精度（模具制造精度的影响、模具间隙的影响、材料性质厚度与轧制方向的影响、零件形状尺寸的影响）

3、形状误差

*冲裁断面的组成

1、圆角带（小好）

2、光亮带（宽好）措施：

减小间隙

3、断裂带（窄好）

4、毛刺（小好）

*影响断面质量的因素：

1、材料性能的影响

2、模具间隙的影响

3、模具刃口钝利情况的影响

4、模具和设备的导向情况（影响最大）

*间隙对模具寿命的影响（零件质量、冲裁力、模具寿命）

间隙小：

引起冲裁力、侧压力、摩擦力、卸料力、推件力增大，甚至会使材料粘连刃口，这就加剧了刃口的磨损；如果出现二次剪切，产生的碎屑也会使磨损加大。

间隙小，落料件或废料往往梗塞在凹模洞口，导致凹模胀裂。

间隙大：

零件毛刺增大，卸料力增大，反而使刃口磨损加大。

排样的分类

1、有废料排样

2、少废料排样

3、无废料排样

排样选择的影响因素

1、零件的形状

2、零件的断面质量、精度

3、材料的利用率

4、冲模结构

5、模具寿命

6、操作的方便与安全

7、生产率

*冲裁顺序的安排

1、级进冲裁的顺序安排（先冲孔；采用定距侧刃时，侧刃切边工序一般安排在前，与首次冲孔同时进行，以便控制送料进距，采用两个定距侧刃时，也可安排成一前一后；套料级进冲裁按由里向外的顺序，先冲内轮廓，后冲外轮廓。

）

2、多工序工件用单工序冲裁时的顺序安排（先落料使毛坯与条料分离，然后以外轮廓定位进行其他冲裁；冲裁大小不同、相距较近的孔时，为减少孔的变形，应先冲大孔，后冲小孔。

）

*Q:

试比较单工序模、级进模和复合模的结构特点及应用？

A：

冲裁模种类

结构特点

应用

单工序模

由上模和下模两部分组成

生产效率低，结构简单，制造精度不是太高，适用于小批量单件生产，要求精度不高的零件

级进模（连续模）

在单工序模的基础上发展起来的一种多工位、高效率冲模

可减少模具和设备数量，生产率高，操作方便安全，便于实现冲压自动化，在大批量生产中效果显著

复合模

既是落料凸模又是冲孔凹模的凸凹模

生产效率高，结构复杂，制造精度高，适用于大批量生产，精度要求高的零件

*Q:

冲裁模一般由哪几类零部件组成？

它们在冲裁模中分别起什么作用？

A：

零部件

作用

工作零件

实现冲裁变形使材料正确分离，保证冲裁件形状

定位零件

确定条料在模具中的正确位置

卸料及推件零件

将冲裁后由于弹性恢复而卡在凹模孔内和箍在凸模上的工件和废料脱卸下来

导向零件

保证上模和下模正确运动

连接固定零件

将凸、凹模固定于上、下模座，以及将上、下模固定在压力机上

*模具零件的分类

1、工艺零件（工作零件、定位零件、压料出件卸料零部件）

2、结构零件（导向零件、紧固及其他零件）

标准模架：

上模座、下模座、导柱、导套等

*Q：

确定冲裁工艺方案的依据是什么？

冲裁工艺的工序组合方式是根据什么来确定的？

A：

应在工艺分析的基础上制订几种可能的方案，再根据工件的批量、形状、尺寸等多方面的因素，全面考虑、综合分析，选取一个较为合理的冲裁方案。

根据影响因素：

1、生产批量

2、冲裁件尺寸精度

3、对工件尺寸、形状的适应性

4、模具制造、安装调整和成本

5、操作方便和安全

*模具压力中心的确定

冲压模中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向件的磨损，提高模具及压力机寿命。

第三章

*弯曲：

将板料、棒料、管料和型材等弯曲成一定形状及角度的零件的成形方法。

*弯曲现象及弯曲中的问题

1、回弹

2、弯裂

3、变形区变薄

4、长度增加

*最小相对弯曲半径（r/t最小值）的影响因素

1、材料的力学性能

2、板料的纤维方向

3、板料的表面质量和侧边质量

4、零件的弯曲中心角α

5、板料的厚度

*（弯曲）回弹：

当弯曲件从模具中取出后，发生了弯曲角和弯曲半径与模具不一致的现象。

*影响弯曲件回弹量的因素

1、材料的力学性能

2、相对弯曲半径r/t

3、弯曲方式

4、弯曲角α

5、工件形状

6、其他影响因素

*减小回弹的措施

1、改进弯曲件局部结构及选用合适材料

2、在工艺上采取措施

3、采用补偿法

4、改变变形区的应力状态

5、软模法

6、用拉弯法减少回弹

*拉深（拉延）：

利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心工件，或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的一种冲压加工方法。

拉深时变形区是否失稳起皱的影响因素

1、凸缘部分材料的相对厚度

2、切向压应力σ3的大小

3、材料的力学性能

4、凹模工作部分几何形状

防止拉裂的措施

1、根据板材成形性能，采用适当的拉深比和压边力

2、增加凸模表面粗糙度

3、改善凸缘部分的润滑条件

4、合理设计模具工作部分形状和尺寸

5、选用拉深性能好的材料

*拉深系数：

拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯（或半成品）的直径之比。

拉深系数是一个小于1的数值，其值愈大，表示拉深前后毛坯直径变化愈小，即变形程度愈小。

其值愈小，则毛坯直径变化愈大，即变形程度大。

第四章

*翻边：

沿曲线或直线将薄板坯料边部或坯料上预制孔边部窄带区域的材料弯折成竖边的塑性加工方法。

影响圆孔翻边成形极限的因素有

1、材料种类及其力学性能

2、预制孔的孔口状态

3、材料的相对厚度

4、凸模的形状

第九章

*Q：

什么是锻造，在生产上是怎么分类的？

A：

锻造（热锻工艺）：

利用锻压设备，通过工具或模具使金属毛坯产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和内部组织的工件的一种压力加工方法。

分类：

按金属变形时的温度

1、热锻

2、温锻

3、冷锻

按工作时所受作用力的来源

1、手工锻造（手锻）

2、机器锻造（机锻）

*根据所使用设备和工具

1、自由锻造（自由锻）

2、模型锻造（模锻）

3、胎模锻造（胎模锻）

4、特种锻造

*Q:

锻前加热的目的、方法及对锻件质量有何影响？

A：

目的：

1、提高金属塑性

2、降低变形抗力

3、使之易于流动成形并获得良好的锻后组织

方法及对锻件质量的影响：

1、火焰加热：

利用燃料（煤、焦炭、重油、柴油和煤气）在火焰加热炉内燃烧产生含有大量热能的高温气体（火焰），通过对流、辐射把热能传递毛坯表面，再由表面向中心热传导而使金属毛坯加热。

特点：

燃料来源方便、炉子修造简单、加热费用低、对毛坯的适应范围广。

但劳动条件差、加热速度慢、效率低、加热质量难以控制。

2、电加热：

通过把电能转变为热能来加热金属毛坯。

其中有感应电加热，接触电加热，电阻炉加热和盐浴加热。

特点：

加热温度受到电热体的限制，热效率也比其他加热法低，但对毛坯加热的适应范围较大，便于实现加热机械自动化，也可用保护气体进行少无氧化加热。

3、少无氧化加热：

（就是字面的意思）快速加热，利用介质保护加热和少无氧化火焰加热。

特点：

加热升温快，炉温分布均匀，控制简单可靠，可获得表面光洁和尺寸精确的锻件。

*Q：

确定锻造温度范围的原则是什么？

A：

保证钢有较高的塑性、较低的变形抗力，得到高质量锻件，同时锻造温度范围尽可能宽广些，以便减少加热火次，提高锻造生产率。

*Q：

确定锻造温度范围的基本方法有哪些？

A：

以钢的平衡图为基础，参考钢的塑性图、抗力图和再结晶图，由塑性、质量和变形抗力三方面加以综合分析，从而定出始锻温度和终锻温度。

*Q：

说出刚在加热过程中的常见缺陷。

A：

1、氧化

2、脱碳

3、过热和过烧

4、裂纹

第十章

*镦粗：

使毛坯高度减小而横截面积增大的锻造工序。

分类

1、平砧镦粗

2、垫环镦粗

3、局部镦粗

*拔长：

使毛坯横截面积减少而长度增加的锻造工序。

*冲孔：

采用冲子将毛坯冲出透孔或不透孔的锻造工序。

冲孔方法

1、实心冲子冲孔

2、空心冲子冲孔

3、在垫环上冲孔

*扩孔：

减小空心毛坯壁厚而增加其内外径的锻造工序。

方法：

1、冲子扩孔2、芯轴扩孔

第十二章

*Q：

与锤锻的各种特性相比，热模锻压力机上模锻有何特点。

A:

P295

1）热模锻压力机滑块行程一定，速度慢，不能实现逐步变形。

2）在热模锻压力机上需要采用拔长、滚挤等预锻工步时就需要在其他设备上完成。

3）为了获得精度高的的锻件，清除氧化皮很重要

4）由于热模锻压力机导向的精度高，并采用带有导柱的组合模，所以能锻出精度高的锻件。

*Q：

什么是工步设计？

在热模锻压力机上常有哪些工步？

设计时应注意什么？

A：

P297

*Q：

热模锻压力机上锻模结构有何特点？

A：

*Q：

说出摩擦压力机适合成形哪类锻件，型腔设计有何不同？

A：

适用于精密模锻和长杆类的镦锻。

不同之处：

*Q：

平锻机上的锻件有哪些特点？

哪些零件最适合在平锻机上锻造？

A:

P305（八条自己总结）

第十三章

*Q：

模锻件的后续工序包括哪些内容？

A：

切边、冲孔

*Q：

确定冷、热切边的原则。

A：

*Q：

怎样确定凸、凹模间隙？

A：

为了保证切边模间隙的均匀性，对于整体式切边模可采取先固定冲头，然后调整凹模。

对于镶块式切边模，可采取调整凹模镶块的方法。

第十四章

*Q：

什么是精密模锻，有何特点？

A：

精密模锻：

提高锻件精度和减小表面粗糙度的一种先进的模锻方法。

　　特点：

Ｐ３１５

1）提高劳动生产率和材料利用率，大大降低了零件的成本。

2）零件的使用寿命长。

3）可用于生产形状复杂、难以机械加工的零件。

4）对毛坯的要求高。

5）对毛坯加热质量要求高。