冷鍛工藝概述及其基本工序

《冷鍛工藝概述及其基本工序》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《冷鍛工藝概述及其基本工序（76頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序內容簡介：1、對冷鍛工藝有所了解。2、掌握冷鍛基本工序。3、認識冷鍛的典型設備及其工作原理。本章對冷鍛的定義，特點及其發展作一簡單介紹，并重點對冷鍛工藝的基本工序進行闡述，如鐓鍛、型鍛與壓印、擠壓和模鍛。學習目的與要求：第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序是指在冷態條件下的鍛造加工，即在室溫條件下，利用安裝在設備上的模具將金屬坯料壓縮成形為具有一定形狀及一定使用性能的零件的塑性加工方法。冷態實際上是指再結晶溫度以下的溫度狀態，因此冷鍛指的是在金屬再結晶溫度以下進行的各種體積成形。第一節 冷鍛的定義第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序冷鍛包括鐓鍛、模鍛、擠壓（正擠壓、反擠

2、壓、復合擠壓）、壓印等工藝，其中擠壓工藝的發展最為迅速。第一節 冷鍛的定義冷軋、冷拉、冷拔也屬于冷體積變形范疇，這類塑性變形工藝主要用于金屬板、線、管、棒等坯料的一次塑性加工，一般較少用于單個零件成形的二次塑性加工。第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序冷鍛與熱鍛、粉末冶金、鑄造及切削加工相比：第二節 冷鍛的特點p工件精度高，強度性能更好；p節省原材料，且沒有因加熱而污染環境；p生產效率高，易實現自動化；p加工的綜合成本低。已經越來越多地用來大量生產軟質金屬，低碳鋼、低合金鋼零件。第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序冷鍛成形的特殊要求：第二節 冷鍛的特點p由于變形抗力大，故要求設備噸位較大；p對模具材料

3、要求高，模具制造復雜；p對所加工的原材料要求高；p所有毛坯往往要進行軟化退火和表面磷皂化等潤滑處理。第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第三節 冷鍛的發展pp361自學第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序定義：冷鐓鍛是利用冷鍛設備通過冷鍛模具對金屬坯料施加軸向壓力，使其產生軸向壓縮橫向增粗的冷鍛成形方法。p鐓鍛的特點是坯料的橫截面積增大。p根據坯料變形部位的不同以及模具工作部分形狀的不同，鐓鍛可以分為鐓粗（整體鐓鍛）、頂鐓（鐓頭）、中間鐓粗（見圖161）p螺母、螺釘、鉚釘及雙頭螺栓類零件，就是分別經過鐓粗、鐓頭及中間鐓粗而成形出來（錄像）一、鐓鍛第九章 冷鍛工藝概述及其基本工

4、序（一）鐓粗（整體鐓鍛）定義：使整個坯料由軸向壓縮轉為橫向擴展的一種鐓鍛工序。主要工藝參數：高徑比（坯料的高度與直徑之比，是選擇和計算坯料的參數，根據體積不變條件計算，一般不大于22.5）鐓粗率（鐓鍛前后高度變化與原始高度之比,是一種相對應變，表示鐓粗的變形程度，查表161）一、鐓鍛（續）第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序 鐓粗常見的缺陷及其預防p軸向彎扭l原因：高徑比過大、坯料本身有彎曲、端面不平、沖頭或凹模端面傾斜l措施：分兩次進行鐓粗，先用內錐形上模預鐓，再成形鐓p表面折疊p表面裂紋l原因：外側金屬受切向拉應力、材料本身表面有傷痕或纖維組織粗大l措施：選用塑性好的材料、采用錐形?；虬敕忾]模

5、鐓粗、改善端面潤滑p內部裂紋p鼓形是鐓粗變形規律的表現，不應該算缺陷l措施：改善模具與毛坯接觸面潤滑、改自由鐓粗為半封閉鐓粗、鉚鐓一、鐓鍛（續）（一）鐓粗（整體鐓鍛）（續）第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序（二）頂鐓（鐓頭）定義：在坯料一端的頭部產生軸向壓縮、橫向擴展的鐓鍛工序。其變形本質與鐓粗工序完全相同，其出現質量問題的原因及預防措施也相同，但在模具工作部分的設計存在不同之處：（1）頂鐓所用凹模要有夾持好坯料不變形部分的功能，凹?？诓窟吘墤袌A角。（2）頂鐓外凸曲面形鐓頭件時，凸模工作部分的形狀要有相應的內凹曲面形狀。（3）當頂鐓件頭部外曲面的端面粗糙度要求不高，凸模內凹中心一般設計出氣孔；

6、若不允許，可用預成形或機加工后再鐓。（4）形狀復雜的頭部，應多次頂鐓逐步成形。一、鐓鍛（續）第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序（三）中間鐓粗定義：坯料的中間部位產生軸向壓縮橫向擴展的鐓鍛工序。中間鐓粗工序模具工作部分設計要點：p凹模功能及工作部分設計原則與頂鐓凹模相同。p凸模工作部分要帶有內孔，且孔口邊緣要成圓角。p中間形狀要求較高時，應采用半封閉式鐓鍛。p中間形狀復雜的零件鐓鍛時，應按逐步成形多次鐓鍛的工藝方案進行模具設計。一、鐓鍛（續）第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序定義：利用冷鍛設備通過模具對金屬坯料施加壓力使其橫向壓縮變形的冷鍛成形方法。其特點是坯料的橫截面變薄

7、。由于實際生產中通常在鍛錘的型砧上進行，故稱為型鍛。根據坯料變形部位的不同，型鍛可分為：端部拔長（使坯料的一端沿其橫向壓縮、軸向伸長）中間壓扁（在坯料的中間部位沿其橫向壓縮而變?。┹S向伸長的壓扁展寬壓扁二、型鍛第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序定義：利用冷鍛設備通過模具對金屬坯料施加壓力使其產生軸向壓縮、橫向不明顯擴展的冷鍛成形方法。其特點是壓縮量不大，橫向變形量及總體變形量不大，但壓力很大。根據坯料形狀以及所用模具結構特點的不同，其分為：壓花打?。ㄔ谄桨迮髁系纳?、下表面上成形出深度淺而清晰的凸凹花紋、圖案或文字符號的一種壓印工序）壓 凹（在坯料的端面上成形出有一定深度

8、的凹坑的壓印工序）精 壓（為提高半成品的尺寸精度及形狀精度而進行的輕微壓縮變形的一種壓印工序）三、壓印第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序冷擠壓是在冷態下，將金屬毛坯放入模具型腔內，在強大的壓力和一定的速度作用下，迫使金屬從型腔中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定力學性能的擠壓件。四、擠壓第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序根據金屬被擠出方向與施加壓力方向的關系：p正擠壓：金屬被擠出方向與加壓方向一致。（實心件正擠壓、空心件正擠壓）p反擠壓：金屬被擠出方向與加壓方向相反。p復合擠壓：正擠與反擠的復合。p徑向擠壓：金屬的流動方向與凸模軸線方向相垂

9、直。p減徑擠壓：一種變形程度較小的變態正擠壓法，毛坯斷面僅作輕度縮減，主要用于制造直徑相差不大的階梯軸類擠壓件以及作為深孔薄壁杯形件的修整工序，或擠壓花鍵等。（一）冷擠壓工藝分類四、擠壓（續）第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序正擠壓變形分析正擠壓實心件的金屬流動網格圖正擠壓時坯料大致分為：變形區、不變形區（又分為待變形區、已變形區和死角區）。擠壓時變形區的應力狀態是三向受壓。其變形是兩向收縮、一向伸長的應變狀態。四、擠壓（續）（二）冷擠壓金屬的變形分析第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序冷擠壓反擠壓變形分析反擠壓的金屬流動網格圖；反擠壓時坯料大致分

10、為：已變形區、死角區、變形區、過渡區和待變形區。復合擠壓變形分析復合擠壓的金屬流動網格圖。四、擠壓（續）（二）冷擠壓金屬的變形分析（續）第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序表面折疊定義：多余的表皮金屬被壓入毛坯表層所形成的缺陷。四、擠壓（續）（三）冷擠壓件的常見缺陷第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序四、擠壓（續）（三）冷擠壓件的常見缺陷表面折縫定義：在變形過程中，多余的表皮金屬受阻而在其邊界處積聚，隨著變形的繼續進行深入到材料內部所形成的一種缺陷。第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序縮孔定義：變形過程中變形體一些部位上產生較大

11、的空洞或凹坑的一種缺陷。四、擠壓（續）（三）冷擠壓件的常見缺陷（續）第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序四、擠壓（續）（三）冷擠壓件的常見缺陷（續）裂紋擠壓裂紋分表面裂紋和內部裂紋。附加應力與殘余應力的影響擠壓中的附加應力也會引起裂紋。第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序（四）擠壓變形程度（1）斷面收縮率%100010AAAA01,A A 擠壓變形前,后毛坯的橫斷面積10AAG 01eAlnA（2）擠壓比（3）對數變形程度四、擠壓（續）冷擠壓變形程度第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序冷擠壓許用變形程度定義：每道冷擠壓工序能擠出

12、合格產品的最大變形程度。影響因素：模具許用單位壓力：模具的強度越高、許用單位壓力越大，則許用變形程度值越大。材料種類：被擠金屬材料強度越大，擠壓時變形抗力越大，則許用變形程度值就越小。擠壓方式模具工作部分的結構形狀潤滑條件四、擠壓（續）（四）擠壓變形程度（續）第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序冷擠壓常用原材料 目前可供冷擠壓的金屬材料有：鉛、錫、銀、純鋁（L1L5）、鋁合金（LF21、LY11、LY12、）、紫銅與無氧銅（T1、T2、T3、TU1、TU2等）、黃銅（H62、H68、等）、錫磷青銅（QSn6.5一0.1等）、鎳（N1、N2等）、鋅及鋅鎘合金、純鐵、碳素鋼（

13、Q195、Q215、Q235、Q255、)低合金鋼（15Cr、20Cr、20MnB、16Mn、30CrMnSiA）和不銹鋼（1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti等）。四、擠壓（續）（四）擠壓變形程度（續）第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第四節 冷鍛工藝的基本工序不同材料的許用變形程度p有色金屬冷擠壓的單位壓力較小，其許用變形程度較大，pp375，表162。p黑色金屬正擠壓時毛坯材料硬度與許用變形程度的關系見pp375，圖1624。p黑色金屬反擠壓時，毛坯材料硬度與許用變形程度的關系見pp376，圖1625。四、擠壓（續）（四）擠壓變形程度（續）第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第五節 冷

14、鍛坯料的制備毛坯的下料方法：應根據坯料形狀、精度要求、材料利用率及生產現場的實際條件等因素進行選擇。.切削 在批量不大時常用車削、銑削、鋸切法加工毛坯。.剪切 剪切下料是在專用的棒料剪切機或沖剪機上進行的。.沖裁 對于板形坯料，宜用沖裁方法加工。4.拉深、反擠壓用于杯形毛坯加工。第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第六節 冷鍛毛坯的軟化與表面處理1.毛坯的軟化 在冷鍛之前及工序之間，大都需對毛坯或半成品進行軟化熱處理，其目的是減小材料的硬度和強度，提高塑性，得到良好的金相組織，以利于冷鍛變形的進行。2.坯料的表面處理與潤滑 潤滑對冷鍛是非常重要的。冷鍛時摩擦不僅影響到金屬的變形及擠壓件的質量，而且

15、也直接影響到單位擠壓力的大小、模具的壽命。所以要采用良好且可靠的潤滑方法。冷擠壓的毛坯進行表面處理可獲得下列效果：降低毛坯與模具間的外摩擦阻力；避免毛坯表面與模具直接摩擦而引起的粘結現象；提高擠壓件的表面質量，提高模具的壽命；減低擠壓時的變形力及變形功的消耗。第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第七節 冷鍛力的確定一、壓力行程曲線u第一階段(鐓粗與充滿階段)是材料充滿凹模型腔的過程。u第二階段（穩定擠壓階段）沖頭繼續下壓，材料不斷地從穩定變形區往?？字袛D出。u第三階段（非穩定變形階段）由于變形材料的厚度變得很小了，變形遍及與沖頭端面相連的整個毛坯，金屬變形異常困難，這時擠壓力急劇增大。第九章 冷鍛

16、工藝概述及其基本工序第七節 冷鍛力的確定二、影響單位冷鍛力的因素擠壓金屬的力學性能：強度指標和硬化指數越大，材料變形抗力也越大。2.變形程度：如15號鋼，正擠壓單位壓力隨變形程度的增加而增加；反擠壓單位壓力存在有最低點。3.變形方式：某些零件的成形加工，往往可以采用兩種不同的方式。如桿形件，既可以采用正擠壓成形，也可采用反擠壓成形（如圖），杯形件也是如此。第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第七節 冷鍛力的確定二、影響單位冷鍛力的因素（續）.模具幾何形狀 模具的幾何形狀對單位擠壓力影響很大，尤其是正擠壓凹模形狀和反擠壓凸模的形狀，對單位擠壓力的影響更大。.坯料的相對高度它反映了工件與模具間的摩擦阻

17、力關系。.潤滑 摩擦愈大，單位擠壓力愈大。第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第七節 冷鍛力的確定三、冷鍛力的計算u公式計算法PP390u圖算法PP394u查表法PP402第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第七節 冷鍛力的確定四、冷擠壓機的選用1)冷擠壓工藝所需的壓力應當低于所選擇壓力機的名義噸位 2)要求有較大的能量。因冷擠壓的力-行程圖接近矩形，所需變形能量較大。3)要求有較好的剛性與導向精度。壓力機的剛性與導向精度影響冷擠壓模具上下模的同軸度與垂直度，影響模具壽命。第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第七節 冷鍛力的確定四、冷擠壓機的選用（續）4)最好有超載保險裝置。5)最好在壓力機上備有頂出裝置

18、。6)可以采用冷擠壓壓力機（機械傳動或液壓傳動的）、通用機械壓力機、通用液壓機進行冷擠壓生產，也可以在摩擦壓力機上進行冷擠壓。第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第八節 冷擠壓的工藝設計一、冷擠壓的結構工藝性分析對稱性(如圖）斷面積差（如圖）斷面的合理過渡（如圖）錐形（如圖）斷面形狀階梯形（如圖）避免細小深孔件擠壓的壓余厚度不宜過小,否則會使單位擠壓力急劇增大，并且會產生缺陷（如縮孔）。（如圖）第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第八節 冷擠壓的工藝設計二、冷擠壓工藝方案的制定1冷擠壓件圖的制訂 p確定冷擠壓和進一步加工的工藝基準。p對于不經機械加工的部位，不加余量，應按零件圖的技術要求直接給出公差，

19、而對于需進行機械加工的部位，應按冷擠壓可以達到的尺寸精度給出公差。p確定擠壓完成后多余材料的排除方式。p按照零件的技術要求及冷擠壓可能達到的精度，確定表面粗糙度等級和形位公差值。第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第八節 冷擠壓的工藝設計二、冷擠壓工藝方案的制定（續）2制定冷擠壓工藝方案的技術經濟指標 u擠壓件尺寸越大，所需設備噸位增大，采用冷擠壓加工困難性增加。u擠壓件形狀越復雜，變形程度越大，所需冷擠壓工序數目就越多。u擠壓件可達精度和表面粗糙度有一定限度，增加修整工序可提高擠壓件精度。u擠壓件材料影響擠壓難度、許用變形程度。u擠壓件費用是一項綜合指標，往往是決定工藝方案是否合理、可行的關鍵因

20、素。u擠壓件的批量大時可以使總的成本降低。第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第八節 冷擠壓的工藝設計三、冷擠壓工藝方案分析制定案例1軸類零件圖：當軸類零件不超過材料的許用變形程度時，一般用一次正擠壓成形完成。2具有階梯內孔零件：圖示零件成形基本分為兩道反擠壓：第一次反擠孔（），第二次再反擠小孔（）3 深孔薄壁零件(圖）4.“山”形件（圖）5.花鍵軸擠壓圖1d2d第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第九節 冷擠壓模具設計一、典型的冷擠壓模具正擠壓模具反擠壓模具錄像資料冷擠壓活塞銷冷拉縫紉機送布牙熱擠壓氧氣瓶第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第九節 冷擠壓模具設計二、冷擠壓的凸凹模設計 冷擠壓凸模的結構設

21、計：正擠壓（實心件、空心件）凸模的結構設計(如圖）反擠壓凸模的結構設計(如圖）臺底式有利于金屬流動，是最常用的一種結構型式）錐底式有利于金屬流動，多用于深孔件的擠壓）平底式雖然不利于金屬流動，但當擠壓件要求孔底必須為平底時，則應采用平底式凸模。第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第九節 冷擠壓模具設計二、冷擠壓的凸凹模設計（續）冷擠壓凹模的結構設計：）凹模的形式（如圖）整體式和組合式（預應力組合和分割型組合）。）正擠壓凹模（如圖）凹模入口角凹模工作帶長度凹模的過渡部分均用圓角連接；)反擠壓凹模（如圖）0012690mmh423DhmmdD)2.11.1(;)0.15.0(212第九章 冷鍛工藝概述

22、及其基本工序第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序冷擠壓的基本工藝類型a）實心件正擠壓 b）空心件正擠壓 c）反擠壓 d）復合擠壓第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序徑向擠壓第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序減徑擠壓第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序擠壓花鍵第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序正擠壓變形的網格示意圖a）變形前 b）理想變形 c）理想潤滑時的變形 d）實際變形第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序反擠壓的變形網格a）開始狀態 b）穩定變形狀態 c）終了狀態第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序復合擠壓變形的網格圖第

23、九章 冷鍛工藝概述及其基本工序第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序同樣零件的不同冷擠方式第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序對稱性第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序減少斷面積差的設計第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序斷面的合理過渡第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序錐形件的冷擠壓第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序實心階梯形件空心階梯形件第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序擠壓縮孔第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序階梯軸的冷鍛a）一次正擠 b）正擠鐓頭第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序有階梯內孔件的擠壓工序第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序雙向擠壓深孔件深孔薄壁件的擠壓工序無底筒形件的擠壓工序第九章 冷鍛工藝概述及其基本工

24、序考慮成品局部形狀的半成品設計（擠壓“山”形件）a）毛坯 b）半成品 c）成品第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序擠壓凹模的輪廓形狀冷擠壓花鍵齒形截面圖第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序空心鋼零件正擠壓模具第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序黑色金屬杯形件反擠壓模具第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序常用正擠壓凸模的結構型式a）實心件用 b）空心件用第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序常用反擠壓凸模的結構型式a）錐臺底式 b）錐底式 c）平底式第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序凹模的型式第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序正擠壓凹模的尺寸第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序反擠壓凹模的尺寸反擠壓凹模的型式第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序預應力組合凹模的形式a）整體式 b）兩層組合式 c）三層組合式第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序冷鐓六角螺栓第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序冷擠壓活塞銷第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序冷拉縫紉機送布牙第九章 冷鍛工藝概述及其基本工序熱擠壓氧氣瓶