1、機械加工工藝第三章第1頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四本課次要解決的問題一、什么叫彎曲加工？其關鍵技術是什么？二、什么是拉延？其關鍵技術是什么？三、什么是成型？有哪些成型方法？第2頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四第三節 彎 曲彎曲是將板材、型材和管材等壓彎成一定角度和形狀的工序。根據工件的要求不同，有各種彎曲方法，常見的是利用彎曲模在曲柄壓力機、液壓機或摩擦壓力機上進行彎曲。此外，也有在專用的彎板機、彎管機、滾彎機、拉彎機等設備上進行彎曲的。本節討論的是板材在模具內的彎曲。第3頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四一、彎曲變形過

2、程開始階段，毛坯是自由彎曲；隨著凸模的下壓，毛坯的直邊與凹模的工作表面逐漸靠緊，彎曲半徑由R0變為R1，彎曲力臂也由L0變為L1；凸模繼續下壓，毛坯彎曲區逐漸減小，直到板料與凸模三點接觸，這時的曲率半徑已由R1變成人R2；此后毛坯的直邊部分則向以前相反的方向彎曲；到行程終了時，凸、凹模對板料進行校正，使板料的圓角、直邊與凸模全部靠緊，得到所需形狀的零件。第4頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四圖3-13 彎曲前（a）、后（b）坐標網格的變化圖3-12 彎曲變形過程第5頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四（1）彎曲變形區域主要在零件的圓角部分，而在直臂部分

3、基本沒有變形。（2）在彎曲區內毛坯的外層縱向纖維受拉而伸長，內層縱向纖維受壓而縮短。在伸長與縮短兩個變形區之間，有一層纖維的長度不變，稱之為中性層。（3）在彎曲區域的毛壞厚度有變薄現象。第6頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四（4）彎曲區內毛坯的斷面發生畸變，中性層以內由于縱向纖維的縮短而使橫向增寬，中性層以外則由于縱向纖維的伸長而使橫向收縮，故毛坯的側面呈曲線形狀。這一現象在彎曲窄條料(b3t)時比較明顯。第7頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四從彎曲變形過程可以看出，材料從彈性變形發展到彈、塑性變形。在這一過程的發展中，如果使毛坯外層應力超過了材料的

4、強度極限，將會出現裂紋，使材料從塑性變形發展到破壞。另一方面，在整個彎曲過程中，中性層附近總是保存著彈性變形區，所以當外力卸載后，彈性變形部分要恢復，從而引起工件的回彈。因此，在彎曲生產中，常常碰到的問題就是：工件彎曲處的裂紋和由于回彈引起的形狀不合規格。第8頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四二、回 彈圖3-14 側柱的彎曲第9頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四（一）、影響回彈的因素1材料的機械性能回彈的大小與材料的屈服極限s成正比，和彈性模數E成反比。也就是說sE愈大，則回彈愈大。第10頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四2變形

5、程度在彎曲中，變形程度是用彎曲半徑R和材料厚度t的比值Rt(稱為相對彎曲半徑)來表示的。相對彎曲半徑Rt愈小，即變形程度愈大，則在毛坯內部的塑性變形區域及總變形程度愈大，總變形中塑性變形所占的比重也愈大，故回彈就愈小。根據實驗結果，在校正彎曲中Rt11.5時，回彈角最小。第11頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四 3彎曲的方式及校正力的大小 校正彎曲比自由彎曲回彈小。 4模具間隙 在彎曲U形工件時，凸模與凹模之間的間隙對回彈有直接的影響。間隙小時，回彈減小。反之，回彈加大。 5彎曲件的形狀 形狀復雜的彎曲件，若一次彎成，由于各部分互相牽制，回彈較小。 在一定條件下，影響一種

6、產品回彈的只有12項因素是主要的。第12頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四(二)減小回彈的方法 1在工件設計上改進某些結構 圖3-15 在彎曲區壓制加強筋圖3-16 側柱斷面形狀第13頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四2從制訂工藝上采取措施 例如采用校正彎曲代替自由彎曲。又如對經過冷作硬化的硬材料，在彎曲之前先進行退火，降低其硬度，減少回彈，彎曲后再淬火。第14頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四3從模具結構上采取措施 可在凹模或凸模上作出補償回彈角(反回彈)。即經過試驗，確定回彈角的大小，然后將凸模角度減去回彈角，工件回彈后恰好

7、等于所需角度。4采用其它成型工藝 根據零件的結構特點采用拉彎成型（彎梁）、滾壓成型（罐車罐筒）等工藝。第15頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四三、最小彎曲半徑 1材料的機械性能和熱處理狀態 2材料厚度：材料愈厚，工件愈易彎裂，其最小彎曲半徑值就要取大一些。 3材料的纖維方向：板料的軋制纖維方向與彎曲線平行時，材料塑性最差。一般在彎曲硬的及塑性低的材料時，其排樣應使彎曲線與纖維方向垂直。4彎曲毛坯的毛刺：毛刺會引起應力集中。第16頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四圖3-17 彎曲線與纖維方向的關系（a）紋路及裂紋；（b）毛料在板料或條料上的位置。第17

8、頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四各種材料的允許最小彎曲半徑值，可查沖壓有關資料或手冊。在實際生產中，往往要根據具體倩況來調整決定最小彎曲半徑值。第18頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四對于彎曲半徑不具重要作用的彎曲件，設計人員應從簡化工藝的原則出發，選取比最小彎曲半徑為大的數值來設計工件的彎曲半徑。一般認為合適的彎曲半徑為R5t(t為板料厚度)；對于彎曲半徑必須小于最小彎曲半徑的彎曲件，就只好增加一次校正工序，或進行退火然后再彎曲到工件要求的彎曲半徑。第19頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四第四節 拉 延把平板毛坯通過拉延模壓

9、制成圓筒形或其他斷面形狀的開口空心件，這種沖壓方法稱為拉延(或拉伸)。車輛上一些空心工件，例如罐車罐體端板和空氣包蓋、風缸蓋、燈罩等，就是用拉延工藝制成的。第20頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四一、拉延過程中金屬變形的特點圖3-18 拉延圓筒形工件第21頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四 拉延件各部分的厚度是不一致的，一般是：底部略有變薄，但基本上等于原毛坯的厚度；壁部上段增厚，愈到上絳增厚愈大；壁部下段變薄，愈靠下部變薄愈多；由壁部向底部轉角稍上處(圖中a)則出現嚴重變薄，甚至斷裂。另外、沿高度方向，零件各部分的硬度也不一樣，愈到上緣硬度愈高。第

10、22頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四圖3-19 拉延件沿高度方向硬度與厚度的變化圖3-20 破裂與起皺第23頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四二、起皺與壓邊為了解決拉延工作中的起皺問題，在當前實際生產中主要是采用防皺壓邊圈(圖3-21)。圖3-21 壓邊示意圖1凸模；2壓邊圈；3毛坯；4凹模。第24頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四 是否需要采用壓邊圈，在生產中可按表3-5的條件決定。tD為毛坯相對厚度，其中t為板材厚度，D為毛坯直徑，m1和m2分別為第一次拉延及以后各次拉延的拉延系數。第25頁，共52頁，2022年，5月20

11、日，2點34分，星期四拉延方法第一次拉延以后各次拉延tD100m1tD100m n用壓邊1.50.610.8可用可不用壓邊1.52.00.611.50.8不用壓邊2.00.61.50.8表3-5 采用或不采用壓邊圈的條件第26頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四1彈性壓邊裝置 通常有三種彈性壓邊裝置。即橡皮壓邊裝置，彈簧壓邊裝置和氣墊式壓邊裝置。工件隨著拉延深度的增加，需要壓邊的凸緣部分不斷減少，故所需的壓邊力也就逐漸減小。 圖3-22 壓邊力曲線1橡皮壓邊裝置；2彈簧壓邊裝置；3氣墊壓邊裝置。第27頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四2剛性壓邊裝置 壓

12、邊力不隨行程變化的剛性壓邊裝置，拉延效果較好，而且模具結構簡單。剛性壓邊裝置用于雙動壓床，凸模裝在壓床的內滑塊上，壓邊裝置裝在外滑塊上。拉延時，壓邊裝置隨外滑塊首先下降壓住毛坯，然后裝在內滑塊上的凸模下降，將毛坯拉延成形。第28頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四三、拉延系數與拉延次數 圓筒形零件的拉延系數，是指每次拉延后圓筒工件的直徑與拉延前毛坯(或半成品)的直徑之比。 第29頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四式中： m1、m2、mn各次的拉延系數；D毛坯直徑；d1、d2、d3、dn各次半成品(或工件)的直徑。圖3-23 拉延工序示意圖第30頁，共5

13、2頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四拉延系數m值是永遠小于1的。拉延系數是拉延工作中重要的工藝參數。在工藝計算中，只要知道每道工序的拉延系數值，就可以計算出各道工序中工件的尺寸。拉延系數也表示拉延過程中的變形程度。拉延系數值愈小，說明拉延前后直徑差別愈大，需要轉移的“多余三角形”面積愈大，亦即該道工序的變形程度愈大。第31頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四影響拉延系數主要有以下因素：1材料的機械性能凡延伸率愈大，比值sb越小，對拉延越有利。 2材料的相對厚度tD相對厚度tD值大，則對拉延有利。 3潤滑潤滑條件良好對拉延有利，可以降低拉延系數。4模具的幾何參數凸

14、模與凹模的圓角半徑對拉延工作影響很大，尤其是凹模的圓角半徑影響更顯著。拉延模的間隙正常有助于拉延系數的減小。 第32頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四圖3-24 拉延中的摩擦力F1凹模圓角處的摩擦力；F2壓邊圈、凹模與毛坯之間的摩擦力； F3工件與凹模壁之間的摩擦力； F4工件與凸模之間的摩擦力； F5凸模圓角處的摩擦力。第33頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四(二)拉延次數實際上拉延系數有兩方面的情況。一個是零件所要求的拉延系數m總，即： 式中 m總零件總的拉延系數； d零件的直徑； D該零件所需要的毛坯直徑。第34頁，共52頁，2022年，5月2

15、0日，2點34分，星期四 另一個是按材料的機械性能及加工條件等因素在一次拉延中，所能達到的極限拉延系數m。 假若零件所要求的拉延系數m總值大于按材料及加工條件所允許的極限拉延系數m時，則該零件只需一次拉延即可制成，否則必須進行多次拉延。 第35頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四四、拉延件毛坯尺寸的確定拉延后工件的平均厚度與毛坯厚度差別不大，厚度變化可以忽略不計。所以拉延件毛坯尺寸的確定，可按照拉延前毛坯的面積和拉延后工件中性層展開表面積相等的原則計算。第36頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四 對于簡單的圓筒形拉延件(見圖3-25)，根據拉延前毛坯的面

16、積和拉延后零件中性層展開面積相等的假設，則為：式中： D毛坯直徑；F1、F2、F3圓筒形拉延件的各部分面積；h修邊余量；圖3-25 圓筒形拉延件毛坯計算圖第37頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四第五節 成型一、冷擠壓冷擠壓是在常溫下將金屬坯料放入模具的模腔內，利用壓力機的強大壓力，迫使坯料三向受壓產生塑性流動，使金屬從模孔或模具的縫隙擠出，從而獲得所需制件的一種加工方法。冷擠壓一般可分為以下三種基本方式。第38頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四正擠壓：金屬的擠出方向與凸模運動方向相同。正擠壓可以利用實心或空心坯料制造各種形狀的實心和空心件。反擠壓：金

17、屬的擠出方向與凸模的運動方向相反。反擠壓可以制造各種斷面形狀的杯形件。復合擠壓：金屬的擠出方向與凸模的運動方向，有一部分相同，另一部分相反。復合擠壓可以制造各類復雜形狀的空心件。第39頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四圖3-26 冷擠壓方式第40頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四正擠壓、反擠壓與復合擠壓統稱為軸向冷擠壓。徑向冷擠壓時金屬的流動方向與凸模軸線方向相垂直，可以制造帶有法蘭或凸臺類的軸對稱零件。潤滑對冷擠壓的影響十分重要。常用的潤滑劑有液體潤滑劑(動物油、植物油、礦物油)和固體潤滑劑(硬脂酸鋅、硬脂酸鈉、二硫化鉬、石墨等)。第41頁，共52

18、頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四根據冷擠壓金屬變形的特點，冷擠壓件的形狀應盡量有利于擠壓時金屬變形均勻，在擠出的方向與流速一致，擠壓力小，模具壽命長。最適宜于冷擠壓的零件形狀是軸對稱旋轉體零件。其次是有對稱軸的非旋轉體零件，如方形、矩形、正多邊形、齒形等零件。 第42頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四一般對冷擠壓件的要求如下(1)對稱性：對稱性愈高，所需的擠壓力愈小。(2)斷面面積之差小：零件斷面面積之差過大時，在斷面變形的過渡部位容易破裂。 (3)斷面形狀避免階梯形； (4)避免細小深孔；(5)適當的圓角半徑：擠壓件上圓角半徑盡量取較大的數值。(6)擠壓件

19、的尺寸要合理：冷擠壓工藝能夠加工的尺寸是有一定范圍的。第43頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四圖3-27 階梯形件的改造（a）不推薦的階梯形；（b）適宜的形狀。第44頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四二、拉彎圖3-28 拉彎機示意圖1工作臺面；2轉臂；3拉伸油缸；4彎曲油缸；5拉桿；6夾頭；7毛料；8拉彎模。彎曲內層的合成應力稍大于材料的屈服極限，并在此拉伸狀態下，使毛坯完成彎曲變形。 第45頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四拉彎的特點有：1、由于在成型過程中沒有模具與材料的摩擦，所以不會損傷材料表面。2、空腔、復雜截面的型材可一次成形。3、在相對彎曲半徑允許的情況下，內壁不會起皺，截面不會畸變。4、拉彎可有效消除材料內部的殘余應力，產品尺寸穩定性好。5、由于金屬材料的冷作硬化，材料經拉彎后，可改善材料的綜合機械性能。第46頁，共52頁，2022年，5月20日，2點34分，星期四三、卷板（滾筒）卷板工藝是利用卷板機對板料進行連續點彎曲的塑性變形過程。主要用于罐車罐體、工業容器罐