武汉理工大学现代材料成型复习资料精华版.docx

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武汉理工大学现代材料成型复习资料精华版

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现代材料成型复习资料

目录

第一篇板材成形工艺知识要点2

第1章冲压技术基础2

第2章冲压成形的特点与基本规律2

第3-4章冲裁工艺与模具设计4

第二篇体积成型工艺与模具设计9

第1章热锻成型基础9

第2章自由锻造工艺11

第5章螺旋（摩擦）压力机15

第6章平锻机模锻与模具15

第7章模锻后续工序16

第一篇板材成形工艺知识要点

第1章冲压技术基础

第2章冲压成形的特点与基本规律

1．冲压——是一种通过模具对板材施加压力或拉力，使板材塑性成形，有时对板料施加剪切力而使板材分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法，由于冲压加工经常在材料冷状态下进行，因此也称冷冲压。

冲压工艺的原材料一般为板材或带材，故也称板材冲压。

2．冲压工艺可以分成分离工序和成型工序两大类。

3．冲压工艺与厚度变化及破坏形式的关系

类别

应力状态性质

破坏应力

变形区厚度变化

破坏形式

1

拉伸类

拉应力

变薄

破裂

2

压缩类

压应力

变厚

起皱

3

剪切类

切应力

不变

切断分离

4.n值、r值与成形性能的关系

加工硬化（应变强化）：

使金属的强度指标（如屈服强度、硬度）提高、塑性指标（如延伸率）降低的现象，也为冷作硬化。

硬化指数n：

反映了板材的变形强化能力。

是均匀应变值.

n值大，可推迟失稳点到来，对拉伸工艺有利.

塑性应变比r：

产生均匀变形阶段的拉伸试样宽度与厚度上的真实应变之比。

反映了板材由于各向异性，板平面方向与板厚方向的变形能力差异。

r=1各向异性，r≠1各向异性。

r＞1平面方向易变形，r＜1厚度方向易变形

n值反映拉伸类工艺的成形性能，

r值反映压缩类工艺的成形性能

5.冲压成形中毛坯的区域分析

塑性变形区——应力状态满足屈服准则的区域（正在产生塑性变形的区域）

不变形区——没有满足屈服准则的区域（不会产生塑性变形）

已变形区——已经完成了塑性变形的区域

待变形区——暂不变形的区域

传力区——将冲模的作用力传递给变形区的区域

冲压成形过程是不断变化的连续过程，各个区域之间可以相互转化。

6.模具分类（根据工序组合程度分类）

单工序模——在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。

复合模——只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或以上冲压工序的模具。

级进模——在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上，完成两道或以上冲压工序的模具（也称连续模）。

7模具零件构成

通常模具是由二类零件组成：

工艺零件——这类零件直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触。

包括有工作零件、定位零件、卸料与压料零件等。

结构零件——这类零件不直接参与完成工艺过程，也不和坯料有直接接触，只对模具完成工艺过程起保证作用，或对模具功能起完善作用。

包括有导向零件、紧固零件（或加上标准件及其它零件）等。

并不是所有的冲模都必须具备上述五（或六种）零件，尤其是单工序模。

但是工作零件和必要的固定零件等是不可缺少的，同时，有些零件具有多重功能。

第3-4章冲裁工艺与模具设计

1冲裁变形分离过程大致可分为3个阶段。

弹性变形阶段,塑性变形阶段,断裂分离阶段

落料：

沿封闭曲线将板料分离（分离下来的部分为零件，余下部分为废料）的冲压工序。

冲孔：

沿封闭曲线将板料分离（分离下来的部分为废料，余下部分为零件）的冲压工序。

2冲裁断面可明显地分成4个特征区，

即圆角带、光亮带、断裂带和毛刺

3降低冲裁力的方法:

阶梯凸模冲裁,斜刃口冲裁，加热冲裁。

4.确定合理间隙的理论计算法依据主要是：

在合理间隙情况下冲裁时，材料在凸、凹模刃口产生的裂纹成直线会合.

5.1）刚性卸料装置，适用于冲制材料厚度≥0.8mm的带料或条料。

2）弹性卸料装置，常用于冲裁料厚小于1.5mm的板料

6.冲裁模刃口尺寸确定

（1）落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件，凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。

（2）冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。

7.工件尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注，即：

落料件正公差为零，只标注负公差；冲孔件负公差为零，只标注正公差。

8.模具工作部分尺寸及公差的计算方法可分为两类。

⑴.凸模与凹模分开加工，是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸。

此种方法适用于圆形或形状简单的工件

⑵.凸模和凹模配合加工，对于冲制形状复杂或薄板制件的模具，其凸、凹模往往采用配合加工的方法。

9.搭边―排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。

搭边的作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等而冲裁出的废品。

10.结构废料――由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料，称为结构废料，它决定于工件的形状，一般不能改变。

11.工艺废料――工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要切去的料边与定位孔，不可避免的料头和料尾废料，称为工艺废料，它决定于冲压方式和排样方式。

12.冲裁间隙对产品质量和模具寿命的影响

13.压力中心的计算

第5-6章弯曲工艺与模具设计

1.弯曲加工：

是在普通压力机上使用弯曲模压弯，此外还有折弯机上的折弯、拉弯机上的拉弯、辊弯机上的辊弯以及辊压成形五种等

2.弯曲变形的特点：

变形区内，外区（靠凹模一面）纵向金属纤维受拉而变长，内区（靠凸模一面）纵向金属纤维受压而缩短

1）应变状态

（1）长度方向（切向）：

外侧伸长应变，内侧压缩应变。

（2）厚度方向（径向）：

板料外侧厚度方向为压缩应变；板料内侧厚度方向为伸长应变。

（3）宽度方向（轴向）：

窄板弯曲（b/t≤3）时外侧为压缩应变，内侧为伸长应变；宽板弯曲（b/t＞3）时外侧内侧方向的应变近似为零。

2）应力状态

（1）长度方向（切向）：

外侧受拉应力，内侧受压应力。

（2）厚度方向（径向）：

外侧内侧都为压应力。

（3）宽度方向（轴向）：

窄板弯曲（b/t≤3）时内侧外侧的应力均可忽略为零；宽板弯曲（b/t＞3）时外侧产生拉应力，内侧产生压应力。

窄板弯曲是三维应变、平面应力状态；宽板弯曲是三维应力、平面应变状态。

3.应力中性层

4.应变中性层

5.初始几何中层面

6.弯曲时的主要质量问题有：

拉裂、截面畸变、翘曲及回弹

第7-8章拉深工艺与模具设计

1.拉深是利用模具使平板毛坯变成为开口的空心零件的冲压加工方法。

拉深件各部分的厚度是不一致的。

一般是：

底部略为变薄，但基本上等于原毛坯的厚度；

壁部上段增厚，越靠上缘增厚越大；

壁部下段变薄，越靠下部变薄越多；

壁部向底部转角稍上处，则出现严重变薄，甚至断裂。

2.拉深缺陷：

断裂，起皱

3.拉深系数m，极限拉深〔m〕拉深次数n.

4.毛坯划分为5个区域：

⑴．平面凸缘区（｜σ1｜＝｜σ3｜，有R＝0.61Rt）,

⑵.凸缘圆角区,⑶．筒壁区,

⑷．底部圆角区,⑸．筒底部分

5.带凸缘圆筒形件的拉深

窄凸缘（

＜

）宽凸缘（

＞

）

6.宽凸缘件多次拉深工艺的两种情况：

1.减小圆筒形直径（圆角半径不变）并增加其高度

2.改变圆角半径（高度不变）并减小圆筒形直径

7.反拉深

8.防止起皱的方法

（

（1）压边，

（2）采用锥形凹模（3）采用拉深筋）

第9章板材的其它成形工艺

9.1翻边

1）.翻边——板材上的孔缘或外缘翻成竖边的冲压加工方法叫做翻边。

2）.按工艺特点，翻边可分为内孔（圆孔和非圆孔）翻边、外缘翻边和变薄翻边等。

外缘翻边又分为内曲翻边和外曲翻边。

按变形性质可分为伸长类翻边、压缩类翻边以及属于体积成形的变薄翻边等。

3）.伸长类翻边的特点是：

变形区材料受拉应力，切向伸长，厚度减薄，易发生破裂，如圆孔翻边和外缘翻边中的内曲翻边等。

4）.压缩类翻边的特点是，变形区材料切向受压缩应力，产生压缩变形，厚度增厚，易起皱。

如外缘翻边中的外曲翻边。

5）.非圆孔翻边通常是由伸长类翻边、压缩类翻边和弯曲组合起来的复合成形

9.2胀形

1.使毛坯厚度减薄和表面积增大，以获取零件几何形状的冲压加工方法叫做胀形。

2.胀形方法主要用于平板毛坯的局部成形（如压凸起、凹坑、加强肋、花纹图案及标记等）、整体张拉成形以及圆柱形空心毛坯的扩径等。

3.圆柱空心毛坯的胀形常采用刚模胀形、固体软模胀形或液（气）压胀形等方法。

9.3缩口

缩口——将管坯或预先拉伸好的圆筒形件通过缩口模将其口部直径缩小。

9.4旋压

旋压——将平板或空心板料毛坯固定在胎具上，随同胎具旋转的同时用赶棒碾压毛坯使其逐渐贴紧胎具，从而获得要求的旋转体制件。

也称为赶形。

第二篇体积成型工艺与模具设计

第1章热锻成型基础

1，锻造――利用锻压设备，通过工具和或模具使金属毛坯产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和内部组织的一种压力加工方法。

2，分类与特点

分类：

1）按温度热锻，温锻，冷锻

2）按设备和工具手工锻造，机器锻造（自由锻，模锻，胎模锻，特种锻造）

特点：

产品性能高；（改善原始铸态组织，提高力学性能），

节约材料与工时（如曲轴）；

生产率高（如螺钉）。

3，锻造生产用原材料及下料

钢锭与钢坯

剪床下料，冲床下料

4，锻造加热

加热目的：

提高塑性，降低变形抗力。

加热方法：

火焰加热，电加热。

加热缺陷：

五种，氧化、脱碳、过热、过烧、裂纹

过热：

在高温下停留时间过长晶粒粗大

过烧：

加热温度过高，晶界局部熔化，致命缺陷

5，锻造温度范围

始锻温度—终锻温度始锻温度确定必须无过烧

终锻温度过高则锻件晶粒粗大，过低则加工硬化严重易打裂。

6，加热速度

最大可能加热速度（℃/h）（mm/min）——炉子能力

允许加热速度

——材料承受能力

7，冷却缺陷：

1）裂纹（温度应力，组织应力，残余应力）

2）白点：

氢白点

3）网状碳化物：

Fe3C网状析出

冷却方法：

空冷，坑冷（箱冷），炉冷

8，锻件热处理

目的：

调整（降低）硬度，消除应力，改善组织（大型锻件防白点）。

第2章自由锻造工艺

1，自由锻工序分类

基本工序：

改变形状与尺寸获得锻件

辅助工序：

为完成基本工序而预先变形

修整工序：

精整锻件形状与尺寸，消除不平，歪扭等。

2，自由锻基本工序（主要五种）

镦粗：

减少坯料高度而增加截面积的工序。

拔长：

使横截面减少而长度增加的成形工序。

注意：

圆截面先将圆压成矩形，再拔长后压成多边形，再压成圆

冲孔：

在坯料上冲制出通孔或不通孔的锻造工序

扩孔：

减小空心坯料壁厚而增加其内外径的锻造工序

弯曲：

将坯料弯成规定外形的锻造工序

错移：

一部分相对另一部分平行错开来

扭转：

一部分相对另一部分扭转一定角度

3，锻比

锻造比：

KL（变形程度的量化指标）

为镦粗前后的高度之比或拔长前后的截面积之比。

4，锻造图

考虑加工余量、公差、余块、料头、夹头。

第3章锤上模锻成型工艺

1，开式模锻：

有飞边模锻

（闭式模锻；无飞边模锻）

过程：

镦粗——形成——充满——打靠（闭合）

打靠阶段成形力最大

2，模锻件分类

长轴类、短轴类、复杂类

3，模锻件图

类型：

冷锻件图，热锻件图（制模图）

内容：

分模面、余量、余块、公差、斜度、圆角半径、冲孔连皮、锻件技术条件

重点：

分模面、斜度、圆角半径、冲孔连皮

4，终锻模膛

内容：

热锻件图，飞边槽尺寸，钳口尺寸

热锻件图：

（冷）锻件图+收缩率（1.2～1.5%）

注意：

易磨损处放磨损量，复杂部分在上模

飞边槽

作用：

增加流动阻力，容纳多余金属，缓冲打击

结构桥部与仓部

5，预锻模膛

（非必须）易折迭及易充不满的锻件常用预锻工步

设计方法：

接近终锻件形状，增大圆角，斜度可以一致，高略大，宽略小，体积稍大一些

6，短轴类（圆饼类）制坯工步

一般：

镦粗，成型镦粗

整个工艺：

镦粗——成形镦粗——终锻

7，长轴类制坯工步

滚压：

使一部分横截面减少，使另一部分横截面增加，使截面面积满足计算毛坯形状要求的工序。

常用制坯工步：

拔长、滚压、卡压、弯曲

整个工艺：

拔长、滚压、卡压、弯曲（或压肩）、预锻、终锻

计算毛坯形状，根据零件繁重系数，选择工步。

毛坯计算：

A毛坯=A锻+2ηA飞

8，模膛分布

模镗中心：

锻件反作用的合力作用点

锻模中心：

锻模燕尾中心线与键中心线交点（锻锤力中心）

单镗：

模镗中心与模锻中心一致

多镗：

综合考虑错移力平衡及导向，强度，尺寸

关键：

预锻与终端模镗布排

9，错移力平衡及锁扣

错移力原因：

分模面为一个曲面和非一个平面偏心距

锁扣作用：

平衡水平分力。

第4章热模锻压力机模锻

1，工艺特征：

（1）零件精度高，质量好

（2）慢速压入成型（充填能力比锤差），一次行程完成变形

（3）需要其他设备制坯

（4）氧化皮不易去掉，宜快速加热

2，模锻件分类与模锻件图

分类：

第一类——水平投影为圆或方形（或近似）

第二类——水平投影为杆形

锻件图：

（因为有顶出）

（1），分模面选择灵活

（2）拔模斜度小一级，其他类似锤锻

3，工步设计

终锻工步：

上下模型腔可以相同（充满难易一致），

局部开排气槽，飞边槽开通

4，模锻结构

组成：

通用模架+镶块

第5章螺旋（摩擦）压力机

1，特点：

锻锤和压力机双重特征，（速度介于锤和压力机之间）

2，工艺：

满足各种锻压工序要求，精度较好，承载偏心差，通用性较强

常采用单型腔，适用于精密模锻和长杆类得镦锻

3，模具结构

整体式（锤锻模结构）大吨位采用镶块式（压力机模结构）小吨位采用

但无导套导柱，而采用凸凹模导向结构

第6章平锻机模锻与模具

平锻机——卧式曲柄压力机

1，特点：

两个滑块主滑块完成镦锻工作，侧滑块，夹紧棒料

2，主要工艺特点：

可锻出两个方面向有凹档的锻件和通孔锻件。

模锻斜度小或不需要斜度

要求棒料的尺寸精度高

工艺适应性差（不适应非回转体等件）

3，模具特点：

两个分模面，两分模面垂直

第7章模锻后续工序

5．1切边与冲孔

开式模锻的飞边与连皮必须切除

可热切（>750℃），冷切（<150℃）

5．1．1热切与冷切

热切（>750℃），冷切（<150℃）

热切：

利用余热，力小，适用高碳，高合金，大型，厚飞边连皮，切后需热校正件，对切边、冲孔与模锻之间的配合要求严。

冷切：

单机效率高，劳动条件好，但力大，高碳钢和高合金钢易出现裂纹，适用小件和含碳量和合金少的材料

5．1．2力计算

计算公式：

F=（1.2~1.6）σbA=（1.2~1.6）σbLhtA剪切面积

按计算力选设备

5．1．3凸凹模间隙

型式与间隙：

凹模刃口锋利，凸模可用钝些或圆角平底凸模、弧底凸模、台阶凸模。

间隙远大于板材冲压间隙，小于0.5mm要装导向装置

5．1．4模具结构与材料

结构：

简单模，复合模，连续模——与冲模类似