模块二 Microsoft Word 锻压.docx

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模块二MicrosoftWord锻压

模块二、锻压

锻压是锻造和冲压两者的合称。

锻造又分为自由锻和模锻两类，都是制造受载大的重要零件所用的热加工方法;冲压则主要是指利用模具制造薄板零件的冷加工方法。

任务1 锻压成形基础知识

 一、锻压成形原理

锻压是在外力作用下使金属材料产生塑性变形，从而获得具有予期形状尺寸和机械性能的毛坯、型材、或零件的加工方法。

塑性变形是锻压成形的基础。

大多数钢和有色金属及合金都有一定的塑性，因此，它们均可在热态或常温下进行锻压成形。

   金属锻压成形在机械制造、汽车、拖拉机、仪表、电子、造船、冶金及国防等工业中都有着广泛的应用。

以汽车为例，汽车上70％左右的零件是利用锻压加工成形的。

二、锻压成形的主要方法

1、 锻造

将金属坯料加热到高温状态后，放在上下砧铁或模具间，并在外力作用下产生塑性变形的方法称为锻造（如图1）。

按照成形方式的不同，锻造又可分为自由锻造和模型锻造两大类。

自由锻造按其设备和操作方式，又可分为手工自由锻和机器自由锻。

在现代工业生产中，手工自由锻已逐步为机器自由锻所取代。

锻造主要用于生产各种重要的、承受重载荷的机器零件毛坯，如机床的主轴和齿轮、内燃机的连杆、炮筒和枪管以及起重吊钩等。

图1锻压

 2、冲压

 利用冲模使金属薄板受力产生分离或变形的工艺称为冲压（如图2）。

冲压一般在常温下进行，故又称为冷冲压。

冲压又可分为落料、冲孔、弯曲、拉深等。

冲压广泛用于汽车、拖拉机、航空、仪表及日用品工业部门。

图2冲压

三、锻压成形加工方法的特点

   1、锻造特点：

（1）改善金属的内部组织，提高金属的力学性能。

如能提高零件的强度、塑性和韧性。

（2）具有较高的劳动生产率。

（3）采用精密模锻可使锻件尺寸、形状接近成品零件，因而可大大节约金属材料和减少切削加工工时。

（4）适应范围广。

锻件的质量可小至不足一千克，大至数百吨；既可进行单件、小批量生产，又可进行大批量生产。

（5）不能锻造形状复杂的锻件。

2、冲压特点：

（1）在分离或成形过程中，板料厚度变化很小，内部组织也不产生变化。

（2）生产效率很高，易实现机械化、自动化生产。

（3）冲压制件尺寸精确，表面光洁，一般不再进行加工或按需要补充进行机械加工即可使用。

（4）适应范围广，从小型的仪表零件到大型的汽车横梁等均能生产，并能制出型状较复杂的中压制件。

（5）冲压模具精度高，制造复杂，成本高，所以冲压主要适用于大批量生产。

任务2自由锻造

将坯料置于铁砧上或锻压机器的上、下抵铁之间进行锻造，称为自由锻造。

前者称为手工自由锻，后者称为机器自由锻（简称机锻）。

由于自由锻所用的工具简单，操作方便灵活，因而自由锻的应用较为广泛，特别适用于单件小批量生产。

自由锻件可以从1kg的小件到200—300t的大件。

对于特大型锻件如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆等，自由锻是唯一可行的加工方法。

所以，自由锻在重型工业中得到广泛应用。

但自由锻的锻件精度低，生产率低，劳动强度大，生产条件差。

一、自由锻造设备

机器自由锻所用设备通常有空气锤、蒸汽—空气锤及水压机等。

1）空气锤

空气锤是生产小型锻件的通用设备，其外形及工作原理如图1所示。

2）蒸汽—空气锤

蒸汽—空气锤是生产大、中型锻件的常用设备，如下图所示。

二、锻件的加热、冷却及热处理

1、锻造温度范围

   加热锻件坯料的目的是改善其锻造性能，即提高材料的塑性、降低变形抗力，使坯料易于流动成形和节省动力。

材料锻造时允许的最高温度称为该材料的始锻温度。

材料允许进行锻造的最低温度称为该材料的终锻温度。

当加热温度超过始锻温度时，则会造成坯料氧化、脱碳、过热和过烧等缺陷。

   从始锻温度到终锻温度称为锻造温度范围。

几种常用材料的锻造温度范围如表1。

 2、加热缺陷

   当加热温度超过始锻温度时，则会造成坯料氧化、脱碳、过热和过烧等缺陷。

1）烧损和脱碳

钢是铁与碳组成的合金。

采用一般方法加热时，钢料的表面不可避免地与高温的氧气、二氧化碳及水蒸汽等接触，发生剧烈的氧化，使坯料的表面产生氧化皮。

   钢表层中的碳原子在高温时也会因氧化而烧损，使表层含碳量下降，通常称为脱碳。

工件表层脱碳使其硬度、强度和耐磨性下降。

因此，在切削加工时应将脱碳层全部切除。

为了防止或减少氧化和脱碳，加热时必须严格控制加热温度、时间和炉气成分。

对于一些重要工件还可以采用在保护性气氛下快速加热的工艺措施。

   2）过热及过烧

加热一般钢料时，如果在接近始锻温度下保温时间过长使会晶粒变得粗大，这种现象称为过热。

过热的钢料可以在随后的锻造过程中将粗大的晶粒打碎，也可在锻造以后进行热处理，将晶粒细化。

   如果将钢料加热到更高的温度或将过热的钢料长时间在高温下停留，会导致晶粒边界发生严重氧化甚至局部熔化的现象，称为过烧。

过烧的钢料塑性接近零而脆性很大，锻打时必然开裂。

过烧是无法挽回的锻造缺陷。

 为防止过热和过烧，要严格控制加热温度和保温时间。

3、锻件的冷却   

   锻件在锻造后的冷却对锻件质量有重要影响。

为防止在冷却过程中锻件表面产生硬化、变形或开裂，应注意使锻件各部分均匀地冷却。

常用的冷却方法有：

   1）空冷 将锻件放置在干燥的地面上，在空气中冷却。

此方法成本最低，但只适用于含碳量较低的低合金小型锻件。

   2）坑冷 将锻件放在充填有石棉灰、干砂或炉灰等材料的坑中或堆在一起冷却（故又称

堆冷）。

此方法冷却速度大大低于空冷，适用于中碳钢或含碳与合金元素较多的中小型锻件。

   3）炉冷 锻件锻后立即放入加热炉中随炉缓慢冷却。

此方法的冷却速度最慢，适用于某些单件大型合金钢或高碳钢锻件。

   通常锻件中的碳元素及合金元素含量越高、锻件体积越大、形状越复杂，冷却速度应越缓慢。

   4、锻件的热处理

通常锻件在切削加工前都要进行热处理，以改善其切削加工性能。

一般的结构钢锻件采用退火或正火处理。

工具钢、模具钢锻件则采用正火加球化退火处理。

三、自由锻造的基本变形工序

自由锻的基本变形工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割等，其中前三种工序应用最多。

1．镦粗

使坯料高度减小，横截面积增大的锻造工序称为镦粗。

镦粗常用于锻造齿轮坯、凸轮坯、圆盘形锻件。

对于环、套筒等空心锻件，镦粗变形往往作为冲孔前的预备工序。

为使镦粗顺利进行，镦粗部分的原始高度H与直径Do（或边长）之比应小于2.5～3，否则会镦弯。

镦弯后应将工件放平，轻轻锤击矫正。

2．拔长

使坯料横截面减小、长度增加的锻造工序称为拔长。

拔长有局部拔长和芯轴拔长等类型。

拔长一般用于锻造轴类、杆类及长筒形锻件。

拔长操作时，坯料应沿抵铁宽度方向送进。

每次送进量L应为抵铁宽度B的0.3-0.7倍。

送进量太大，金属主要向宽的方向流动，反而降低拔长效率；送进量太小，又容易产生夹层

3、冲孔

在锻件上冲通孔或不通孔的锻造工序称为冲孔。

直径小于25mm的孔一般不冲，由切削加工时钻出。

冲孔常用于齿轮、套筒和圆环等锻件。

冲孔前一般需将坯料镦粗，以减小冲孔的深度，并使端面平整。

为了保证孔位正确，先用冲子轻轻冲出孔位的凹痕。

经检查凹痕无偏差后，向凹痕内撒少许煤粉（利于拔出冲子），放上冲子冲深至坯料厚度的2/3～3/4时，取出冲子，翻转坯料，从反面冲透。

这是双面冲孔法。

对于较薄的锻件，可采用单面冲孔法。

冲孔时应将冲子大头朝下，漏盘孔径不宜过大，且需仔细对正。

冲孔过程中，冲子要经常蘸水冷却，防止受热变软。

 双面冲孔                                      单面冲孔

四、自由锻锻件工序选择实例

1、 常用盘类及轴类锻件的锻造工序（表1）

表1 常用盘类及轴类零件的锻造工序

锻件类型

图   例

锻造工序

实 例

盘类、圆环类

镦粗、冲孔、扩孔、定径

齿圈、法兰、筒、圆环等

轴类

拔长、压肩、滚圆

主轴、传动轴等

2、齿轮坯的自由锻工艺

任务3模锻

利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法称为模锻。

与自由锻比较，模锻具有模锻件尺寸精度高、形状可以很复杂、质量好、节省金属和生产率高等优点。

此外，在大批量生产时，模锻件的成本较低。

其不足之外是锻件质量较小；模锻设备投资大，在小批量生产时模锻不经济；工艺灵活性不如自由锻。

模锻分胎模锻和模锻两类。

一、胎模锻

胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法。

胎模不固定在锤头或砧座上，只在使用时才放到下砧上去。

胎模锻前，通常先用自由锻制坯，再在胎模中终锻成形。

它既具有自由锻简单、灵活的特点，又兼有模锻能制造形状复杂、尺寸准确的锻件的稳定优点，因此适于小批量生产中用自由锻成形困难、模锻又不经济的复杂锻件。

胎模可分成制坯整形模、成形模和切边冲孔模等。

扣模、套模、合模均为成形模。

扣模由上扣和下扣组成，或只有下扣，而以上砧块代替上扣。

扣模既能制坯，也能成形，锻造时，锻件不转动，可移动。

扣模用于非回转体杆料的制坯、弯形或终锻成形。

套模分开式和闭式两种：

开式套模只有下模，上模由上砧块代替，适用于回转体料的制坯或成形，锻造时常产生小习边；闭式套模只有下模，上模由上砧块中变形，无习边，但产生纵向毛刺，除能完成制坯或成形外，还可以冲孔。

合模一般由上、下模及导向装置（定位销）组成，用于形状复杂的非回转体锻件的成形。

切边框是用于切除飞边。

二、模锻

模锻系在专用的模锻设备上进行锻造。

常用的模锻设备有模锻空气锤、螺旋压力机、平锻机、模锻水压机等。

锻模紧固在锤头上（或滑块）与砧座（或工作台）上。

锤头沿导向性良好的导轨运动，砧座通常与模锻设备的机架连接成整体。

模锻时使坯料成形而获得模锻件的工具称为锻模。

锻模由上模和下模组成。

由于锻件从坯料到成形须经多次变形，才能得到符合要求的形状和尺寸，所以锻模通常有多个模膛。

根据作用不同，模膛分成制坯模膛和模锻模膛两大类。

形状复杂的锻件应先用制坯模膛将坯料经几次变形，逐步锻成与锻件断面形状近似的毛坯，以利于金属均匀变形，顺利充满模膛，从而获得准确形状的模锻件。

模锻模膛是锻件最终成形的模膛。

它包括预锻变形用的模膛，目是使毛坯形状和尺寸要接近锻件，在终锻时更容易充填终锻模膛，同时改善坯料锻造时的流动条件和提高终锻模膛的使用寿命。

终锻模膛是使坯料最后成形得到与锻件图一致的锻件的模膛的居中位置。

任务4板料冲压

一、板料冲压成形原理

   板料冲压是利用装在冲床上的冲模对金属板料加压，使之产生变形或分离，从而获得毛坯或零件的加工方法。

板料冲压的坯料通常都是厚度在1—2mm的金属板料，冲压时不需加热，故又称为薄板冲压或冷冲压。

二、板料冲压的工艺特点与应用

1）板料冲压时，原材料必须具有足够的塑性和较低的变形抗力，金属板料经过冷变形强化作用，提高了其强度和刚度。

常用的冲压扳料主要是低碳钢、奥氏体不锈钢以及铜、铝等有色金属。

 2）冲压件尺寸精度高，互换性好，冲压后一般不再进行机械加工，或者只进行一些钳工修整，即可作为零件使用。

 3）冲压生产操作简单，便于实现机械化和自动化，生产率高。

  4）冲压模具结构复杂，精度要求高，制造费用高。

因此，只有在大批量生产的条件下，采用冲压加工才是经济合理的。

板料冲压是一种高质量、高效率、低能耗、低成本的加工方法。

它在现代工业的许多部门都得到广泛的应用，特别在汽车、拖拉机、航空、电机、电器、无线电、仪器仪表、兵器以及日用品生产等工业部门中占有重要的地位。

三、板料冲压的基本工序

   板料冲压工序可分为分离工序和变形工序两大类。

1、分离工序 分离工序是将坯料的一部分和另一部分切断分离的工序。

如落料、冲孔、修整、剪切等。

   1）剪切 用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序，称剪切。

   2）落料和冲孔 将板料沿封闭轮廓分离的工序称为落料或冲孔，统称为冲裁。

这两个工序的模具结构与坯料变形过程基本相同。

但落料是被分离的材料中间部分为成品，周边部分是废料；冲孔是被分离的部分为废料，而周边部分是带孔的成品。

  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塑性变形而不破坏的工序，如弯曲、拉深、翻边和成型等。

   1）弯曲 使坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序称弯曲，如图2所示。

弯曲结束外载荷去除后，被弯曲材料的形状和尺寸发生与加载时变形方向相反的变化，从而消去一部分弯曲变形的效果，这种现象称为回弹，如图3所示。

对于回弹现象，可在设计弯曲模具时，使模具角度比成品角度小一个回弹角。

2）拉深 使坯料变形成开口空心零件的工序称拉深，如图4所示。

四、冲压模具

冲压模具简称冲模，由上模（凸模）和下模（凹模）两部分组成。

按照冲模所完成的工序性质，可分为冲裁模、弯曲模和拉深模等。

其结构示意及工作原理，如图5所示。