机械制造基础于文强第3章锻压

TsinghuaUniversityPress机械制造基础第3章锻压教学提示：锻压是利用外力使金属坯料产生塑性变形，获得所需尺寸、形状及性能的毛坯或零件的加工方法。锻压是锻造和冲压的总称，它是金属压力加工的主要方式，也是机械制造中毛坯生产的主要方法之一。教学目标：了解金属锻压的特点、分类及应用，理解金属塑性变形的有关理论基础，初步掌握自由锻、模锻和板料冲压的基本工序、特点及应用。3.1锻造锻造是毛坯成形的重要手段，尤其在工作条件复杂、力学性能要求高的重要结构零件的制造中，具有重要的地位。锻造是使加热好的金属坯料，在外力的作用下，发生塑性变形，通过控制金属的流动，使其成形为所需形状、尺寸和组织的方法。根据变形时金属流动的特点不同，可以分为自由锻和模锻两大类。使用模具在自由锻设备上对金属材料进行成型的加工方法，称为胎模锻。在实际生产中，通常把胎模锻划归自由锻的范畴。3.1.1自由锻与胎模锻3.1.2模锻3.2冲压板料冲压是金属塑性加工的基本方法之—，它是通过装在压力机上的模具对板料施压使之产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件或毛坯的加工方法。3.2.1冲压设备3.2.2冲模结构与冲压基本工序3.2.3项目案例精解GuangdongUniversityofTechnology板料冲压与其他加工方法相比具有以下特点板料冲压所用原材料必须有足够的塑性冲压件尺寸精度高，表面光洁，质量稳定，互换性好可加工形状复杂的薄壁零件生产效率高，操作简便，成本低，工艺过程易实现机械化和自动化。可利用塑性变形的加工硬化提高零件的力学性能但冲压模具结构复杂，加工精度要求高，制造费用大，只适合大批量生产。GuangdongUniversityofTechnology3.2.1冲压设备冲压所用的设备种类有多种，主要设备有剪床和冲床。1.剪床剪床是下料用的基本设备，它是将板料切成一定宽度的条料或块料，以供给冲压所用。GuangdongUniversityofTechnology2.冲床冲床是进行冲压加工的基本设备，它可完成除剪切外的绝大多数冲压基本工序。冲床按其结构可分为单柱式和双柱式、开式和闭式等；按滑块的驱动方式分为液压驱动和机械驱动两类。机械式冲床的工作机构主要由滑块驱动机构（如曲柄、偏心齿轮、凸轮等）、连杆和滑块组成。GuangdongUniversityofTechnology如图4-44所示，为开式双柱式冲床的外形和传动简图。GuangdongUniversityofTechnology3.22冲模结构与冲压基本工序凸模和凹模导套和导柱导料板和挡料销卸料板GuangdongUniversityofTechnology2冲压基本工序冲裁冲裁是使坯料沿封闭轮廓分离的工序。包括落料和冲孔GuangdongUniversityofTechnology拉伸拉伸是利用模具冲压坯料，使平板冲裁坯料变形成开口空心零件的工序，也称拉延。GuangdongUniversityofTechnology弯曲弯曲是利用模具或其他工具将坯料一部分相对于另一部分弯曲成一定角度和圆弧的变形工序。GuangdongUniversityofTechnology成型成型是使板料毛坯或制件产生局部拉伸或压缩变形来改变其形状的冲压工艺。翻边是将内孔或外缘翻成竖直边沿的冲压工序GuangdongUniversityofTechnology胀形胀形是利用局部变形使半成品部分内径胀大的冲压成型工艺。起伏是利用局部变形使坯料压制出各种形状的凸起或凹陷的冲压工艺。3.3拓展训练3.3.1法兰零件的锤上自由锻造工艺(a)法兰零件图(b)法兰锻件图GuangdongUniversityofTechnology设计锻件图计算锻件重量、确定坯料质量和尺寸确定锻造工艺方案GuangdongUniversityofTechnology工序尺寸的确定锻造设备和工具的选择确定锻后冷却和热处理确定工时定额填写工艺卡片3.4实践中常见问题解析3.4.1材料加热缺陷及其防止措施3.4.2自由锻件的缺陷及其产生原因3.4.3模锻件的缺陷及其产生原因3.4.4常见冲压件废品和缺陷的主要形式及产生的原因GuangdongUniversityofTechnology3.4.1材料加热缺陷及其防止措施坯料加热时易产生的缺陷及防止方法过热过热是指金属坯料的加热温度过高，或在规定的锻造与热处理温度范围内停留时间太长，或由于热效应使温升过高而引起的晶粒粗大现象。过烧。加热温度超过始锻温度过多到接近金属的熔化温度，晶粒边界氧化及融合，使晶粒之间失去连结力，一经锻打便碎裂。GuangdongUniversityofTechnology裂纹在加热截面尺寸大的大钢锭和导热性差的高合金钢和高温合金坯料时，如果低温阶段加热速度过快，则坯料因内外温差较大而产生很大的热应力。加之此时坯料由于温度低而塑性较差，若热应力的数值超过坯料的强度极限，就会产生由中心向四周呈辐射状的加热裂纹，使整个断面裂开。GuangdongUniversityofTechnology脱碳脱碳是指金属在高温下表层的碳被氧化，使得表层的含碳量较内部有明显降低的现象。脱碳层的深度与钢的成分、炉气的成分、温度和在此温度下的保温时间有关。采用氧化性气氛加热易发生脱碳，高碳钢易脱碳，含硅量多的钢也易脱碳。脱碳使零件的强度和疲劳性能下降，磨损抗力减弱。GuangdongUniversityofTechnology自由锻件锻造缺陷及其产生的原因归纳分析如下。(1)横向裂纹。通常可见横向裂纹有表面横向裂纹和内部横向裂纹两种缺陷形式，表面横向裂纹是由于原材料质量不好或拔长时进锤量过大造成；内部横向裂纹产生的原因主要是加热速度过快或拔长时进锤量太小。(2)纵向裂纹。同样也町分为表面纵向裂纹和内部纵向裂纹，表面纵向裂纹主要是由于原材料质量不好或倒棱时压下量过大GuangdongUniversityofTechnology自由锻件锻造缺陷及其产生的原因归纳分析如下。造成的：内部纵向裂纹产生的原因一般是对钢锭拔长或二次缩孔切头不足或加热速度快，内外温差大造成：也可由于变形量过大或对低塑性材料进锤量过大以及同一部位反复翻转拔长所致。(3)表面龟裂。始锻温度过高造成。(4)局部粗晶。主要是由于加热温度高或变形不均匀；以及局部变形程度（锻比）太小等原因造成。GuangdongUniversityofTechnology自由锻件锻造缺陷及其产生的原因归纳分析如下。(5)表面折叠。由平砧圆角过小或进锤量小于压下量等原因产生。(6)中心偏移。由于加热温度不均或操作压下量不均所造成。(7)力学性能不能满足要求。主要是炼钢配方不符含质量要求或热处理不适当所造成的强度指标不合格，以及由于冶炼杂质太多或锻比不够所造成的横向力学性能不合格等缺陷。GuangdongUniversityofTechnology模锻件的缺陷及其产生的原因分析(1)锻件表面有局部凹坑。由于加热时间太长或粘上炉底熔渣、坯料在模槽中成形时氧化应未清除干净等原因所造成。(2)锻件形状不完整主要原因如下：①原材料尺寸偏小：②加热时间太长，火耗太大；③加热温度过低，金属流动性差，模槽内的润滑剂未吹掉；④设备吨位不足，锤击力太小；GuangdongUniversityofTechnology⑤锤击轻重掌握不当；⑥制坯模槽设计不当或飞边槽阻力小：⑦终锻模槽磨损严重：⑧锻件从模槽中取山不慎碰塌。(3)锻不足。锻件高度超差缺陷形成的主要原因包括：原毛坯质量超差、加热温度偏低、锤击力不足、制坯模槽设计不当或飞边槽阻力太大。GuangdongUniversityofTechnology(4)尺寸不足。表现为锻件尺寸偏差小于负公差，产牛的原因包括：终锻温度过高或设计锻模模槽时考虑收缩率不足、终锻模槽变形、切边模安装欠妥，锻件局部被切。(5)锻件上下部分发生错移主要原因如下：①锻锤导轨间隙太大；②上下模调整不当或锻模检验角有误差；③锻模紧固部分磨损或锤击时错位；GuangdongUniversityofTechnology④锻模中心与相对位置不当；⑤导锁设计欠妥。(6)锻件局部被压伤。①坯料未放正或锤击中跳出模槽连击压坏；②设备有故障，单击时发生连击动作。(7)翘曲。表现为锻件中心线与分模面有弯曲偏筹。GuangdongUniversityofTechnology①锻件从模槽中撬起时变形；②锻件在切边时变形。(8)锻件分模面处有残余毛刺主要原因如下：①切边模与终锻模槽尺寸不相符合；②切边模磨损或锻件放置不正。(9)锻件轴向有细小裂纹。钢锭皮下气泡被轧长，在模锻和酸洗后呈现细小的长裂纹。GuangdongUniversityofTechnology(10)夹渣。耐火材料等杂质熔入钢液，浇注时流入钢锭中间形成夹渣。(11)夹层。即坯料表面有裂缝，主要原因如下：①坯料在模槽中位置不对；②操作不当；③锻模设计不合理；④操作时变形程度大，产生毛刺后不填将毛刺压入锻件中。GuangdongUniversityofTechnology常见冲压件废品和缺陷的主要形式及产生的原因1．冲裁件(1)毛刺太大。产生的主要原因如下：①凸模或凹模的刃口变钝；②凸模和凹模间的间隙值大于或小于相应材料的正常间隙值。(2)形状不正确。产生的主要原因如下：①定位销安装不正确；②所用材料太宽或太窄；⑨条料发生弯曲。GuangdongUniversityofTechnology常见冲压件废品和缺陷的主要形式及产生的原因2．弯曲件(1)尺寸不合格。由模具设计与制造时角度补偿不足造成。(2)表面压伤。一般为所用材料太软造成。(3)裂纹。产生裂纹的原因很多，归纳如下：①弯曲半径太小；②板料纤维方向与弯曲时的拉伸方向垂直③板料受弯外侧面有毛刺。GuangdongUniversityofTechnology常见冲压件废品和缺陷的主要形式及产生的原因(4)弯曲区变薄。一般为弯曲半径太小所造成。3．拉伸件(1)局部变薄太大和断裂。产生原因归纳如下：①拉深系数太小；②凹模洞口圆角半径太小或不光滑；③凸凹模间隙太小或凸凹模不同心造成其间隙不均；GuangdongUniversityofTechnology常见冲压件废品和缺陷的主要形式及产生的原因④压边力太大或不均匀；⑤材料本身带有缺陷。(2)起皱。产生原因归纳如下：①压边力太小或不均匀；②压边圈平面与凹模端而不平行；③板料厚度不均。GuangdongUniversityofTechnology(3)表面划伤。产生表面划伤的原因较多，归纳如下：①冲模或工件表面不干净；②冲模工作表面不光滑；③润滑剂不洁净；④润滑不良。3.5本章小结本章介绍了锻造和冲压加工，简称锻压。锻压是利用外力使金属坯料产生塑性变形，获得所需尺寸、形状及性能的毛坯或零件的加工方法。它是金属压力加工的主要方式，也是机械制造中毛坯生产的主要方法之一。通过本章的学习，读者应了解金属锻压的特点、分类及应用，理解金属塑性变形的有关理论基础。分析项目案例锻压工艺，初步掌握自由锻、模锻和板料冲压的基本工序、特点及应用。