材料性能及其加工第9章锻压.ppt
第9章 锻压,本章知识点先导案例第一节 锻压工艺基础第二节 自由锻第三节 模锻和胎模锻第四节 板料冲压,下一页,第9章 锻压,知识扩展先导案例解决本章小结思考题,上一页,返回,本章知识点,1掌握锻压工艺的基础知识。2掌握自由锻和板料冲压的原理和特点。3了解模锻和胎模锻的原理特点。,返回,先导案例,试分析我们生活中常用的物品，如金属的脸盆、饭盒、硬币等用什么办法加工更快，更简便。锻压是利用金属材料塑性变形的特点对坯料施加外力，使之获得具有一定形状、尺寸和性能要求的零件、毛坯或原材料的加工方法。本章着重介绍金属塑性成形的工艺理论基础，自由锻、模锻以及冲压生产的特点、材料成形的工艺过程等内容。,返回,第一节 锻压工艺基础,一、锻压加工方法及特点1锻压加工方法锻压包括锻造和冲压，属金属压力加工生产的一部分。常见锻压加工方法如图9-1所示。1）轧制使金属坯料在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，改变其性能，获得所要求的截面形状的加工方法，如图9-1（a）所示。2）挤压将金属坯料置于挤压筒中加压，使其从挤压模的模孔中挤出，横截面积减小，获得所需制品的加工方法，如图9-1（b）所示。,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,3）拉拔坯料在牵引力作用下通过拉拔模的模孔拉出，产生塑性变形，得到截面细小、长度增加的制品的加工方法，拉拔一般是在冷态下进行，如图9-1（c）所示。4）自由锻将金属坯料放置在锻造设备的上、下砧铁之间，受冲击力或压力作用而成形的加工方法称为自由锻，如图9-1（d）所示。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,5）模锻利用模具使金属坯料在模膛内受冲击力或压力作用，产生塑性变形而获得锻件的加工方法，如图9-1（e）所示。6）板料冲压板料冲压是通过模具对金属板料施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得一定尺寸、形状制件的加工方法，如图9-1（f）所示。在上述的6种金属塑性加工方法中，轧制、挤压和拉拔主要用于生产型材、板材、线材、带材等；自由锻、模锻和板料冲压总称锻压，主要用于生产毛坯或零件。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,2锻压加工特点1）改善金属组织，提高金属的力学性能金属经过锻压可使金属毛坯的晶粒变得细小，可以使原铸造组织中的气孔、微裂纹、缩松压合，提高组织的致密度；锻压还可形成并能控制金属的纤维方向，使其合理分布，提高零件的力学性能。2）适用范围广，生产效率高,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,3）节省材料，减少切削加工工时锻压件的强度等力学性能高于铸件，可以相对地减少零件的截面尺寸，减轻零件的质量。此外，一些锻压加工的新工艺（如精密模锻）可以生产出尺寸精度和表面粗糙度接近或达到成品零件的要求，只需少量或不经切削加工就可得到成品零件，即做到少切削或无切削。锻压的缺点，与铸造相比难以获得形状较为复杂的零件。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,二、金属的塑性变形原理金属在外力作用下会产生变形，若外力消除后，变形随之消失，这类变形称为弹性变形。当外力（达到或超过材料的屈服点）消除以后，金属保持了变形后的成形效果，这类变形称之为塑性变形。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,塑性变形的实质是金属在切应力作用下，金属晶体内部产生大量位错运动的宏观表现。通过位错运动实现金属塑性变形的基本过程如图9-2所示。金属晶体在切应力作用下，位错中心上面的原子列向右作微量位移，而位错中心下面的原子列向左作微量位移。继续施加切应力，位错将从晶体的一侧移动到晶体的另一侧，从而造成了一个原子间距的位移过程。同时，晶体在外力作用下会不断增加新的位错并位移至晶体的表面，当去除切应力的作用后就获得了塑性成形的效果。在金属晶体中，由于晶界的存在和各个晶粒的位向不同以及其他晶体缺陷等因素，使得各晶粒的塑性变形相互受到阻碍与制约，塑性变形的同时也导致了金属的强化。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,三、塑性变形对金属组织和性能的影响金属的塑性变形根据其变形温度不同可分为冷变形与热变形。1冷变形对金属组织和性能的影响1）组织变化金属在常温下塑性变形时，晶粒的形状会沿变形方向被拉长或压扁，晶粒内部及晶间会产生碎晶粒。随着变形量逐渐增加，各晶粒将会被拉成细条状，晶界变得模糊不清。金属中的塑性夹杂物也会沿着变形方向被拉长，形成纤维组织。这种组织使金属在不同方向上表现出不同的性能。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,2）冷变形强化冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的强度和硬度都有提高，但塑性有所下降，这种现象称为冷变形强化或加工硬化。通常金属的变形量越大，强化效果越显著。3）产生残余应力由于金属的塑性变形是不均匀的，在变形后变形体内会有残余应力存在。它将导致工件的形状和尺寸的变化，还会降低工件的承载能力。因此，对精密零件在冷塑性变形加工后，需进行去应力退火以提高尺寸稳定性。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,2回复与再结晶加工硬化组织是一种不稳定的组织状态，具有自发地向稳定状态转化的趋势。常温下，多数金属的原子活动能力很低，这种转化较难实现。生产中，经常采用“中间退火”的处理方法，对加工硬化组织进行加热，增强金属原子的活动能力，加速金属组织向稳定状态转化。随着加热温度的升高，变形金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大3个阶段的变化。冷变形金属加热时组织和性能的变化如图9-3所示。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,（1）回复，当加热温度较低，变形金属处于回复阶段。此时原子活动能力不很大，变形金属的纤维组织不发生显著变化，强度、硬度略有下降；塑性、韧度有所回升；内应力有较明显的降低。在工业生产中，利用低温加热的回复过程，在保持变形金属很高强度的同时降低其内应力。例如：冷拔弹簧钢丝绕制弹簧后常进行低温去应力退火处理，其目的就是为了既保持冷拔钢丝的高强度，又降低或消除冷卷弹簧时产生的内应力。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,（2）再结晶，当加热温度较高进入再结晶阶段时，变形金属的纤维组织发生了显著的变化，破碎的、被伸长和压扁的晶粒将向均匀细小的等轴晶粒转化。金属的强度、硬度明显下降；塑性、韧度显著提高。因为这一过程类似于结晶过程，也是通过形核和长大的方式完成的，故称为“再结晶”。需要指出的是，再结晶前后晶粒的晶格类型不变，化学成份不变，只改变晶粒的形状，因此，再结晶不是相变过程。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,开始产生再结晶现象的最低温度称为再结晶温度。纯金属的再结晶温度与熔点之间的大致关系为T再0.4T熔，式中温度均用热力学温度（K）表示。金属再结晶过程的特点是：再结晶不是在恒温下进行的，而是在一定温度范围内进行的过程。金属变形程度越大晶体缺陷越多，组织越不稳定，再结晶温度越低。当金属变形程度达到7080时，再结晶温度趋于稳定。在其他条件相同时，金属的熔点越高，其最低再结晶温度越高。金属中的杂质或合金元素起到阻碍金属原子扩散和晶界迁移的作用，使再结晶温度提高。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,（3）晶粒长大，在变形晶粒完全消失，再结晶晶粒彼此接触后，继续延长加热时间或提高加热温度，则晶粒会明显长大，成为粗晶组织，金属的力学性能下降。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,3冷变形与热变形金属的冷、热变形通常是以再结晶温度为界加以区分。冷变形是指坯料低于再结晶温度状态下进行的变形加工。变形后具有明显的加工硬化现象，所以，冷变形的变形量不宜过大，避免工件撕裂或降低模具寿命。冷变形产品具有尺寸精度高、表面质量好、力学性能好的特点，广泛应用于板料冲压、冷挤压、冷镦及冷轧等常温变形加工。热变形是指坯料高于再结晶温度状态下进行的变形加工。加工过程中产生的加工硬化随时被再结晶软化和消除，使金属塑性显著提高，变形抗力明显减小。因此，可以用较小的能量获得较大的变形量，适合于尺寸较大、形状比较复杂的工件变形加工。热变形产品表面易形成氧化皮，尺寸精度和表面质量较低，而且，劳动条件较差。自由锻、热模锻、热轧等工艺都属于热变形范畴。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,4热变形对金属组织和性能的影响金属热变形时组织和性能的变化主要表现在以下几方面。（1）热变形加工时，金属中的脆性杂质被破碎，并沿金属流动方向呈粒状或链状分布。塑性杂质则沿变形方向呈带状分布，这种杂质的定向分布称为流线。通过热变形可以改变和控制流线的方向与分布，加工时应尽可能使流线与零件的轮廓相符合而不被切断。如图9-4所示为锻造曲轴和轧材切削加工曲轴的流线分布，明显看出，经切削加工的曲轴流线易沿轴肩部位发生断裂，流线分布不合理。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,（2）热变形加工可以使铸锭中的组织缺陷得到明显改善，如铸态时粗大柱状晶经热变形加工能变成较细的等轴晶粒，气孔、缩松被压实，使金属组织的致密度增加，某些合金钢中的大块碳化物被打碎并均匀分布，可以部分地消除金属材料的偏析，使成份均匀化。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,四、金属的锻造性能金属的锻造性能（可锻性）是衡量材料经受塑性成形加工，获得优质锻件难易程度的一项工艺性能。金属锻造性能的优劣，常用金属的塑性变形能力和变形抗力两个指标来衡量。金属塑性高，变形抗力低，则锻造性能好；反之，则锻造性能差。影响金属塑性变形能力和变形抗力的因素有以下几个方面。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,1化学成份不同化学成份的金属其锻造性能不同。一般纯金属的锻造性能优于合金；钢中的碳含量越低，锻造性能越好；随合金元素含量的增加，特别是当钢中含有较多碳化物形成元素（铬、钨、钒、钼等）时，锻造性能显著下降。2金属组织对于同样成份的金属，组织结构不同，其锻造性能也存在较大的区别。固溶体的锻造性能优于金属化合物，钢中碳化物弥散分布的程度越高、晶粒越细小均匀，其锻造性能越好，反之则差。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,3变形温度在一定的变形温度范围内，随着变形温度升高，锻造性能提高。若加热温度过高，会使金属出现过热、过烧等缺陷，塑性反而下降，受外力作用时易产生脆断和裂纹，因此，必须严格控制锻造温度。4变形速度变形速度反映金属材料在单位时间内的变形程度。它对塑性和变形抗力的影响具有两重性。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,（1）一般的变形速度（低于图9-5中变形速度临界值a），再结晶过程来不及完成，不能及时消除变形产生的加工硬化，故随变形程度的增加，塑性下降、变形抗力增大，锻造性能变差。（2）当变形速度高达一定数值（如高速锻锤、爆炸成形）时，可使金属的温度升高，产生所谓的热效应，变形速度越快，热效应越明显，锻造性能也得到改善。在一般锻压生产中，变形速度并不很快，因而，热效应作用也不明显。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,五、金属锻造的加热和冷却1坯料的加热1）加热的目的加热的目的是为了提高坯料的塑性、降低变形抗力，改善锻压性能。加热时，应保证坯料均匀热透，尽量减少氧化、脱碳，降低燃料消耗；尽量缩短加热时间。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,2）锻造温度范围锻造温度范围是锻件由始锻温度到终锻温度的温度区间。（1）始锻温度。开始锻造时坯料的温度即始锻温度。为使坯料有最佳的锻压性能，在不出现过热和过烧的前提下，应尽量提高始锻温度，减少加热次数。碳钢的始锻温度比固相线低200左右，如图9-6所示。（2）终锻温度。坯料停止锻造的温度即终锻温度。它应高于再结晶温度，以保证在停锻前坯料有足够的塑性，锻后能获得细小的再结晶组织。但终锻温度过高，易形成粗大晶粒，降低力学性能；终锻温度过低，锻压性能变差。碳钢的终锻温度在800左右。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,2锻件的冷却冷却是锻造工艺过程中不可缺少的工序，锻后冷却不当，会使锻件发生翘曲变形、硬度过高、甚至产生裂纹等缺陷。锻造生产中常见的冷却方法有以下三种。1）空冷空冷是将热态锻件放在静止空气中冷却。空冷速度较快，多用于低碳钢、中碳钢和低合金结构钢的中小型锻件。,上一页,下一页,返回,第一节 锻压工艺基础,2）坑冷或灰砂冷坑冷是将热态锻件埋在地坑或铁箱中缓慢冷却的方法。灰砂冷是将热态锻件埋入炉渣、灰或砂中缓慢冷却的方法。这两种冷却方法均比空冷慢，主要用于中、高碳结构钢、碳素工具钢和中碳低合金结构钢的中型锻件的冷却。3）炉冷炉冷是将锻后的锻件放入炉中缓慢冷却的方法。这种方法冷却速度最慢，生产效率最低，常用于合金钢大型锻件、高合金钢重要锻件的冷却。,上一页,返回,第二节 自由锻,自由锻是只用简单的通用性工具、或在锻造设备的上、下砧铁间直接使坯料产生变形，获得所需的几何形状及内部质量锻件的加工方法。此时，金属的受力变形是在上下两砧铁间作自由流动，不受限制，形状和尺寸由锻工控制，所以称为自由锻。,下一页,返回,第二节 自由锻,一、自由锻的分类、特点及应用自由锻分为手工锻和机器锻两种。前者适用于小件生产或维修工作；后者是自由锻的基本方法，工厂主要采用的生产方式。自由锻的设备和工具简单，适应性强，灵活性大，成本低，可锻造小至几克大至数百吨的锻件。但锻件的尺寸精度低、材料的利用率低，劳动强度大，条件差，生产率低，要求工人的技术水平较高。自由锻主要适用于单件、小批和大型锻件的生产。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,二、自由锻设备自由锻设备按对金属的作用力性质分为自由锻锤（冲击力作用）和压力机（静压力作用）两类设备。其中，自由锻锤设备有空气锤和蒸汽空气锤；压力机有水压机、油压机等。1）空气锤空气锤是一种利用电力直接驱动的锻造设备，在空气锤上既可自由锻，也可胎模锻，如图9-7所示。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,空气锤有两个气缸，即工作气缸和压缩气缸，压缩气缸内的活塞由电动机通过减速机构、曲柄、连杆带动，做上下往复运动。其气缸里的压缩空气经过上下旋阀交替进入工作气缸的上部和下部空间，使工作气缸内的活塞连同锤杆和上砧铁一起作上下运动，对放在下砧铁上的金属坯料进行打击。空气锤可根据锻造工作的需要，作连续打击、上砧铁上悬、下压和单次打击等动作。空气锤的吨位以落下部分的质量（kg）来表示，常见的规格有65kg、75kg、250kg、750kg等，广泛地应用于小型锻件的锻造。空气锤具有价格低，工作行程短，打击速度快，结构简单，操作方便等优点。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,2）水压机水压机以静压力作用在坯料上，工作振动小，易将坯料锻透，坯料变形速度慢，有利于金属的再结晶，提高锻件的塑性，可获得大量变形等优点。但存在结构笨重，辅助装置庞大，造价高等缺点。水压机主要适用于大型锻件和高合金钢锻件的锻造，其规格用产生的最大静压力表示，一般为5125MN，可锻钢锭的质量为1300t。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,三、自由锻的基本工序自由锻工序可分为基本工序、辅助工序及修整工序。辅助工序是为基本工序操作方便而进行的预先变形，如压钳口、钢锭倒棱和压肩等。修整工序是为提高锻件表面质量而进行的工序，如校整、滚圆、平整等。基本工序是自由锻造的主要工序，包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错移和扭转等，见表9-1所列。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,1镦粗镦粗是减小坯料高度，增大其横截面积的工序。有整体和局部镦粗之分，主要适用于圆盘类零件。由于坯料端面和砧铁表面接触产生降温和摩擦力的作用，锻件变形不均匀而往往呈鼓形。因此，镦粗时应注意以下几点：（1）坯料高度Ho小于直径Do的2.5倍，防止产生镦弯和双鼓形。（2）坯料加热要均匀，防止镦粗时坯料轴线偏离。（3）坯料表面不应有裂纹或凹坑，端面平整且与轴线垂直，防止镦歪或裂纹扩大。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,2拔长拔长是减小坯料横截面积，增加其长度的工序。主要适于锻造杆轴类零件对于空芯轴锻件可采用芯轴拔长。拔长时有以下几点注意事项：（1）拔长时应不断进行90翻转，使坯料变形更加均匀。（2）为防止翻转时横截面产生弯曲现象，横截面高度与宽度之比应小于2.5倍。（3）拔长时每次送进量t=（0.40.8）B，B为砧宽，送进量太大变形不均匀，太小又容易产生折迭。（4）芯轴拔长时，坯料加热要均匀，防止空芯轴孔偏斜。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,3冲孔冲孔是用冲子在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。根据冲头形式不同，可分为实芯冲头冲孔（孔径小于300mm）及空芯冲头冲孔（孔径大于300mm），主要用于锻造环套类零件。4弯曲弯曲是采用一定的工模具，将锻件弯制成所需形状的变形工序。适用于锻造吊钩、弯板、角尺等零件。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,5切割切割是用剁子将坯料切断或部分割开的锻造工序。常用于切除锻件的料头、分段、劈缝或切割成所需形状等。6错移错移是在保持坯料轴线平行的前提下，将其一部分相对另一部分平移错开的锻造工序，常用于锻造曲轴类零件。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,7扭转扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。主要用于制造小型曲轴、连杆等零件。除上述工序外，还有扩孔、锻接等工序。总之，自由锻工艺灵活，在机械制造中具有特别重要的地位。自由锻的不足之处是锻件精度较低，生产率低，劳动条件相对较差。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,四、自由锻工艺规程的制订自由锻造工艺规程是组织生产过程，规定操作规范，控制和检查产品质量的依据。应在充分了解和掌握本单位生产实际状况的前提下，保证满足锻件的技术条件要求，并保证生产工艺的可行性和经济性。自由锻造工艺规程主要有以下内容。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,1绘制锻件图锻件图是编制锻造工艺、设计工具、指导生产和检验锻件的主要依据。是以零件图为基础，结合自由锻工艺特点绘制而成。典型锻件图如图9-8所示，在锻件图上用双点画线画出零件主要轮廓形状，并在锻件尺寸线下面用括弧注明零件尺寸。绘制锻件图应考虑工艺余块、加工余量、锻件公差等因素。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,（1）工艺余块，是为了简化自由锻件外形，便于锻造而增加的那一部分金属。多用于零件上的小孔、台阶和凹档等难以锻出的部位，添加余块应综合考虑工艺的可行性和金属材料的消耗等因素。（2）加工余量，是为了克服自由锻件尺寸精度低、表面质量较差的缺点，而在零件加工表面上增加了供切削加工用的金属层。一般加工余量的大小与零件的形状、尺寸等因素有关。零件越大、形状越复杂，则加工余量越大。（3）锻件公差，是锻件实际尺寸（锻造尺寸）相对于锻件公称尺寸（零件基本尺寸+加工余量）所允许的变动量。锻件公差的确定方法与加工余量的确定方法基本相同，通常为加工余量的1/41/3。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,2计算坏料质量和尺寸（1）坯料质量包括锻件质量与锻造过程中的各种损耗之和，可按下式确定，即m坯=m锻+m烧+m切式中m坯坯料的质量；m锻锻件的质量；m烧火焰加热时坯料表面氧化烧损的质量，第一次取被加热金属质量的23，以后各次加热取1.52；m切包括冲孔时芯料的质量和修切锻件端部料头的质量，冲孔芯料和修切料头的质量与锻件形状的复杂程度有关。用钢材作坯料时，可按被加热金属质量的24计算。锻造大型锻件采用钢锭作坯料时，切头部分质量还要考虑切掉钢锭头部和尾部的质量。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,（2）坯料尺寸的计算与坯料的种类和锻造工序有关，即应充分考虑锻造比的问题。表9-2中列出了第一锻造工序分别为镦粗时坯料体积V坯与拔长时坯料横截面积A坯的计算式。其中，Do为圆截面坯料直径；Ho为坯料高度；Lo为方截面坯料边长；Amax为锻件的最大横截面积。按表中所列方法初步算出坯料的直径或边长后，还需要按照钢材的标准尺寸加以修正，再计算出坯料的长度。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,3选择锻造工序自由锻造工序主要根据锻造工序的特点和工件形状加以确定。表9-3是一般锻件的大致分类及所采用的工序。,上一页,下一页,返回,第二节 自由锻,4确定锻造温度范围锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的锻造温度间隔。（1）始锻温度是指开始锻造时坯料的温度。通常，始锻温度比金属材料的熔点低150200，在不发生过热、过烧的前提下，尽可能提高始锻温度，有利于金属的塑性成形。（2）终锻温度是指停止锻造时锻件的温度，碳素钢的终锻温度约为800，合金钢一般为800900。在保证锻后获得再结晶组织的前提下，适当降低终锻温度有利于完成各种变形工步。终锻温度过低，金属塑性降低，容易产生裂纹。终锻温度过高，会引起晶粒长大，降低金属的力学性能。,上一页,返回,第三节 模锻和胎模锻,模锻是使金属坯料在锻模模膛内一次或多次承受冲击力或压力的作用，而被迫流动成形。由于模膛对金属坯料流动的限制，最终得到与模膛形状相符的锻件。模锻主要有以下特点。（1）生产率高、易于机械化，可成批大量生产。模锻时金属的变形受模槽的限制，能较快获得所需形状，可以锻出自由锻难以锻出的形状，且操作简单，劳动强度低。（2）锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小，可以减少机械加工余量和余块的数量，节省金属材料和加工工时。但是，模具费用昂贵，需要能力较大的专用设备，所以只有在大批量生产时采用模锻才是经济合理的，模锻件的质量一般在150kg以下。,下一页,返回,第三节 模锻和胎模锻,一、锤上模锻锤上模锻所使用的设备有蒸汽空气模锻锤、无砧座锤、高速锤等。其中蒸汽空气模锻锤应用最广泛。其工作原理与蒸汽空气自由锻锤基本相同。由于模锻锤工作时受力大，要求设备的刚性好，导向精度高。因此，模锻锤的机架与砧座相连接，形成封闭结构。锤头与导轨之间的间隙较小，保证合模准确性。模锻锤吨位为116t，锻件质量为0.5150kg。,上一页,下一页,返回,第三节 模锻和胎模锻,1锻模锤上模锻用的锻模如图9-8所示。它是由带燕尾的活动上模2和固定下模4两部分组成，并分别用楔铁10、7紧固在锤头1和模座5上。上、下模合模后，其中部形成完整的模膛9、分模面8和飞边槽3。,上一页,下一页,返回,第三节 模锻和胎模锻,锻模模膛可分为制坯模膛和模锻模膛两大类。（1）制坯模膛，主要作用是使坯料形状基本接近模锻件形状，合理分布金属材料，更易于充满模膛。一般有以下几种类型：模膛用于减小坯料某部分横截面积，增加该部分长度。滚压模膛用于减小坯料某部分的横截面积，增大另一部分的横截面积，使金属按模锻件形状分布。弯曲模膛用于弯曲杆类模锻件的坯料。,上一页,下一页,返回,第三节 模锻和胎模锻,（2）模锻模膛，又分为预锻模膛和终锻模膛两种。预锻模膛的作用是使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸。使金属更容易充满终锻模膛，减少模膛磨损，增加模膛使用寿命。终锻模膛的形状和锻件形状相同。考虑到锻件冷却时的收缩，终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量，使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸。飞边槽的作用是增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，容纳多余金属。对于通孔锻件，终锻后会在孔内留下一薄层冲孔连皮，可采用专用模具将飞边和冲孔连皮切除。,上一页,下一页,返回,第三节 模锻和胎模锻,根据模锻件复杂程度不同，锻模又可分为单膛锻模和多膛锻模。单膛锻模是在一副锻模上只具有一个终锻模膛，多膛锻模是在一副锻模上具有两个以上的模膛，如图9-9所示。,上一页,下一页,返回,第三节 模锻和胎模锻,2锤上模锻工艺规程的制订锤上模锻的工艺过程一般为：切断毛坯、加热坯料、模锻、切除飞边、校正锻件、锻件热处理、表面清理和检验。模锻生产的工艺规程包括绘制模锻件图、坯料尺寸计算、确定模锻工步（选择模膛）、选择模锻设备、安排修整及辅助工序等。,上一页,下一页,返回,第三节 模锻和胎模锻,（1）模锻件图是以零件图为依据，按模锻工艺特点绘制的。它是设计和制造锻模，计算坯料和检验锻件的依据。绘制模锻件图时，主要考虑如下几个问题：确定分模面。分模面是上下锻模在锻件上的分界面，如图9-10所示。确定分模面要遵循下列原则：,上一页,下一页,返回,第三节 模锻和胎模锻,.分模面应选在锻件最大尺寸截面处，保证模锻件能从模膛中取出。图中a-a面不可取；.为便于发现错模，上下模膛分界处的轮廓应一致。图中c-c面不可取；.尽可能使模膛深度最浅，便于制造锻模。图中b-b面不可取；.分模面最好为平面，应使锻件上所加敷料最少。尽可能使上下模膛深度相等，便于起模和金属充满模膛。通过综合分析，图9-10中d-d面是最合理的分模面。,上一页,下一页,返回,第三节 模锻和胎模锻,根据锻件大小、形状和精度等级选择余量、公差和敷料。一般余量为14mm，公差为0.33mm。模锻斜度的大小与锻件高度和设备类型有关，如图9-11（a）所示。一般模锻件外壁斜度的值常取510，内壁斜度比外壁斜度大25。一般凸圆角半径r等于单面加工余量加上零件圆角半径的值，凹圆角半径R=（23）r，如图9-11（b）所示。,上一页,下一页,返回,第三节 模锻和胎模锻,（2）坯料计算，计算的步骤与自由锻件类同，要求计算精确。（3）模锻工步，主要依据锻件的形状和尺寸确定。长轴类模锻件，如台阶轴、连杆等，一般要经过拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工步。盘类模锻件，如齿轮、法兰盘等，常选用镦粗、预锻和终锻等工步。（4）模锻设备的吨位，可参照表9-4选择。（5）锻件修整，主要包括切边、冲连皮、校正、清理、精压以及锻后热处理等。,上一页,下一页,返回,第三节 模锻和胎模锻,二、胎模锻在自由墩设备上，使用可移动胎模具生产锻件的锻造方法称为胎模锻。胎模不固定在自由锻锤的砧块上，需用时才放上去。锻造时，将加热后的坯料放入胎模锻制成形。一般操作是先将坯料经过自由锻预锻成近似锻件的形状，然后用胎模终锻成形。,上一页,下一页,返回,第三节 模锻和胎模锻,1胎模锻特点胎模锻是介于自由锻和模锻之间的一种锻造方法，具有如下特点：（1）扩大了自由锻设备的应用范围，生产成本降低。（2）锻件表面质量、形状和尺寸精度都高于自由锻造。（3）金属在胎模内成形，锻件余块少且加工余量小，节省金属，减少机加工工时（4）胎模锻工艺操作灵活，可以局部成形。（5）胎模结构简单，容易制造且造价低。（6）工人劳动强度较大，生产率较模锻低。,上一页,下一页,返回,第三节 模锻和胎模锻,2胎模形式胎模种类很多，主要有扣模、套筒模及合模三种。（1）扣模，用来对坯料进行全部或局部扣形，主要生产杆状非回转体锻件，如图9-12（a）所示。（2）套筒模，呈套筒形，主要用于锻造齿轮、法兰盘类锻件，如图9-12（b）、（c）所示。（3）合模，由上模和下模两部分组成，为防止锻件错位经常采用导柱等定位。主要用于生产形状较复杂的连杆、叉形件等非回转体锻件，如图9-12（d）所示。,上一页,返回,第四节 板料冲压,板料冲压是指用冲模使板料经分离或成形得到制件的工艺方法，它通常是在室温下进行，所以又称为冷冲压，简称冲压。一、板料冲压的特点及应用冲压用原材料必须具有足够的塑性，广泛应用的金属材料有低碳钢、高塑性合金钢、铝、铜及其合金等；非金属材料有石棉板、硬橡皮、绝缘纸、纤维板等。它广泛应用于汽车、拖拉机、航空、电器、仪表、国防等工业部门。,下一页,返回,第四节 板料冲压,板料冲压具有以下特点：（1）冲压件的尺寸精度高，表面质量好，互换性好，一般不需切削加工即可直接使用，且质量稳定。（2）可压制形状复杂的零件，且材料的利用率高、产品的质量轻、强度和刚度较高。（3）冲压生产率高，操作简单，其工艺过程易于实现机械化和自动化，成本低。（4）冲压用模具结构复杂，精度要求高，制造费用高。冲压只有在大批量生产时，才能显示其优越性。（5）冲压件的质量为一克至几十千克，尺寸为一毫米至几米。,上一页,下一页,返回,第四节 板料冲压,二、冲压设备板料冲压设备主要是剪床和冲床。1剪床剪床用于把板料切成所需宽度的条料，以供冲压工序使用。如图9-13所示为斜刃剪床的外形及传动机构，电动机1通过带轮使轴2转动，再通过齿轮传动及离合器3使曲轴4转动，于是带有刀片的滑块5便上下运动，进行剪切工作，6为工作台，7是滑块制动器。生产中，常用的剪床还有平刃剪、圆盘剪等。,上一页,下一页,返回,第四节 板料冲压,2冲床冲床的种类较多，主要有单柱冲床、双柱冲床、双动冲床等。如图9-14所示为单柱冲床外形及传动示意图。电动机5带动飞轮4通过离合器3与单拐曲轴2相接，飞轮可在曲轴上自由转动，曲轴的另一端则通过连杆8与滑块7连接。工作时，踩下踏板6，离合器将使飞轮带动曲轴转动，滑块作上下运动。放松踏板，离合器脱开，制动闸1立刻停止曲轴转动，滑块停留在待工作位置。,上一页,下一页,返回,第四节 板料冲压,三、冲压模具冲模是冲压生产中必不可缺的工艺装备，按冲压工序的组合程度不同，可分为简单冲模、连续冲模和复合冲模三种。冲模结构形式是根据冲压件的生产批量、要求、形状复杂程度和生产条件等多方面因素确定的。尺寸大小、精度,上一页,下一页,返回,第四节 板料冲压,1冲模在冲床的一次行程中，只完成一个工序的冲模叫做简单冲模。冲裁用简单冲模的结构如图9-15所示。图中，凹模2用压板7固定在下模板4上，下模板用螺栓固定在冲床工作台上。凸模1用压板6固定在上模板3上，上模板则通过模柄5与冲床的滑块连接随滑块上下运动。凸模向下冲压时，冲下部分落入凹模孔。,上一页,下一页,返回,第四节 板料冲压,条料夹住凸模一起回程，碰到固定在凹模上的卸料板8时被推下。将条料沿两个导板9之间送进，碰到定位销10为止，重复上述运动，完成连续冲压。为了保证凸、凹模合模的准确性，保持均匀的间隙以及提高零件精度，采用了由导柱12和套筒11组成的导向机构。简单冲模结构简单，容易制造，价格低廉，维修方便，生产率低，适用于小批量生产。,上一页,下一页,返回,第四节 板料冲压,2连续冲模按照一定顺序，在冲床的一次冲程中在模具的不同位置上，同时完成数道冲压工序的模具叫做连续冲模，如图9-16所示。连续冲模工作时，定位销2对准预先冲出的定位孔，上模向下运动，凸模4进行冲孔。与此同时，落料凸模1进行落料工序。当上模回程时，卸料板6从上模推下残料。将坯料7向前送进，送进距离由挡料销控制，执行第二次冲裁，如此循环进行。连续冲模生产效率高，易于实现自动化，但定位精度要求高、结构复杂、制造成本高。主要用于大批量生产精度要求不高的中、小型零件。,上一页,下一页,返回,第四节 板料冲压,3复合冲模复合冲模在冲床一次行程中，在模具的同一位置上，完成两道以上冲压工序。此种模具具有生产率高，零件加工精度高，平正性好等优点，但结构复杂，成本高，主要适合批量大、精度高的冲压件的生产。,上一页,下一页,返回,第四节 板料冲压,四、冲压的基本工序冲压生产可进行的工序有多种，其基本工序有分离工序和变形工序两大类。1分离工序分离工序是使坯料的一部分相对另一部分相互分离的工序，如剪切、落料、冲孔等。1）剪切剪切是使坯料按不封闭轮廓分离的工序，见图9-17。其任务是将板料切成具有一定宽度的坯料，主要用于为下一步工序备料。,上一页,下一页,返回,第四节 板料冲压,2）落料和冲孔落料和冲孔是坯料按封闭轮廓分离的工序，落料是为了获得冲下的部分即所要的工件，而周边是废料，见图9-18；冲孔则相反，冲下的部分是废料，周边为所需的零件，见图9-18。3）整修整修是将冲裁件的余量以切削的形式切除，以提高加工精度、降低表面粗糙度值的工序，见图9-19。主要用于精度和表面质量要求高的零件，经整修后，尺寸精度可达IT7IT6，表面粗糙度值为Ra1.6Ra0.8m。,上一页,下一页,返回,第四节 板料冲压,4）切口切口是将坯料沿不封闭的曲线部分分离开的工序，见图9-20。其分离部分的金属材料发生弯曲变形，最后在坯料上沿不封闭线冲出缺口。,上一页,下一页,返回,第四节 板料冲压,2变形工序变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。如拉深、弯曲、翻边、胀型、旋压等。1）拉深拉深是利用拉深模将冲裁得到的平面坯料变成开口空心件的冲压工序。拉深可以制成筒形、阶梯形、盒形、球形及其他复杂形状的薄壁零件。,上一页,下一页,返回,第四节 板料冲压,拉深模与冲裁模不同，拉深凸、凹模都有一定的圆角而不是锋利的刃口，其单边间隙一般稍大于板料厚度。拉深过程如图9-21所示。凸模压入过程中，伴随着坯料变形和厚度的变化，拉深件的底部一般不变形，厚度基本不变。其余环形部分坯料经变形成为空心件的侧壁，厚度有所减小。侧壁与底之间的过渡圆角部位被拉薄的最严重。拉深件的法兰部分厚度有所增大。拉深件的成形是金属材料产生塑性流动的结果，坯料直径越大，空心件直径越小，变形程度越大。,上一页,下一页,返回,第四节 板料冲压,拉深件最容易产生的缺陷是起皱和拉裂。拉裂最危险的部位是侧壁与底的过渡圆角处，当拉应力超过材料的抗拉强度时，此处将被拉裂。起皱是拉深时坯料的法兰部分受到切向压应力作用，使整个法兰产生波浪形的连续弯曲现象。,上一页,下一页,返回,第四节 板料冲压,2）弯曲弯曲是将板材、型材或管材在弯矩作用下弯成一定曲率和角度，获得一定形状零件的冲压工序，如图9-22所示。弯曲时，坯料内侧受压缩，处于压应力状态；外侧受拉伸，处于拉应力状态。当外侧的拉应力超过材料的抗拉强度时，将产生弯裂现象。坯料越厚、内弯曲半径r越小，坯料压缩和拉伸应力越大，越容易弯裂。弯曲后，零件容易产生的质量缺陷有弯裂、回弹和偏移。,上一页,返回,知识拓展,锻压新工艺和新技术一、锻压新工艺1精密模锻精密模锻是提高锻件精度和表面质量的一种先进工艺。其锻件的精度可达0.2mm，表面粗糙度可达Ra 6.3mm，实现了少量切削加工或无切削加工；纤维流线分布能好。精密模锻能锻出形状复杂、尺寸精度要求高的零件，如锥齿轮、叶片等，但对坯料的要求比普通模锻高，需在保护性气氛中加热。合理，力学性,下一页,返回,知识拓展,2粉末锻造粉末锻造是将金属粉末经压实烧结后，作为锻造毛坯的一种锻造方法。其锻件的组织致密，表面粗糙度值低、尺寸精度高，可以少量切削加工或无切削加工。例如，粉末锻造连杆的质量精度可达1%，而锻造连杆的质量精度2.5%，与常规机加工连杆相比，批量生产可节约加工费35%。,上一页,下一页,返回,知识拓展,3超塑性成形超塑性可以理解为金属材料具有超常的均匀塑性变形能力，其伸长率可达到百分之几百，甚至百分之几千。超塑性成形是利用某些金属在特定条件（一定的温度、变形速度和组织条件）下所具有的超塑性来进行塑性加工的方法。这种成形技术是近20年来蓬勃发展的材料加工新技术，利用这一成形技术可以成形各种形状复杂、用其他方法难以成形的零件，且加工精度高，可实现少量切削加工或无切削加工。它已广泛用于航空航天领域，如航空发动机的钛合金叶片等锻件。,上一页,下一页,返回,知识拓展,4高速锤锻造高速锤锻造是靠高压气体突然释放的能量驱动上、下锤头高速运动，悬空对击，使金属塑性成形的锻压方法。这一技术适用于一些高强度、低塑性、难成形金属的锻造，多用于叶片、齿轮等零件的精锻和挤压。5高能成形高能成形是通过适当的方法获得高能量（如化学能、冲击能、电能等），使坯料在极短时间内快速成形的加工方法。常见的有爆炸成形、电磁成形、电液成形等。,上一页,下一页,返回,知识拓展,二、锻压新技术1采用冶炼新技术，提高大锻件用钢锭的质量近年来涌现的冶炼新技术（如：真空精炼、电渣重炼、钢包精炼等）使钢锭质量大大提高，有利于改善大锻件的内部质量。2采用了少无氧化和快速加热技术炉膛内具有惰性保护气氛的无氧化加热炉，可避免坯料在加热过程中出现氧化、脱碳的缺陷。运用煤气快速加热喷嘴和对流传热，提高传热效率，坯料升温快，这一技术主要适用于加热100mm以下的棒料。,上一页,下一页,返回,知识拓展,3计算机技术在锻造生产上的应用将计算机辅助设计和辅助制造技术用于模锻生产上，已取得明显的经济效益。主要是通过人机对话，对模锻工艺过程进行模拟，可使人们预知金属的流动、应变、应力、温度分布、模具受力、可能的缺陷及失效形式。一部分软件甚至可以预知产品的显微结构、性能以及弹性恢复和残余应力，这对于优化工艺参数和模具结构提供了一个极为有力的工具，对缩短产品研制周期，降低研制成本、获得最佳模锻工
