01 材料锻造、冲压及特种成形工艺技术

材料锻造、冲压和特种成形工艺技术概念锻压是锻造和冲压的合称，是利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的制件的成形加工方法。在锻造加工中，坯料整体发生明显的塑性变形，有较大量的塑性流动；在冲压加工中，坯料主要通过改变各部位面积的空间位置而成形，其内部不出现较大距离的塑性流动。锻压主要用于加工金属制件，也可用于加工某些非金属，如工程塑料、橡胶、陶瓷坯、砖坯以及复合材料的成形等。锻压和冶金工业中的轧制、拔制等都属于塑性加工，或称压力加工，但锻压主要用于生产金属制件，而轧制、拔制等主要用于生产板材、带材、管材、型材和线材等通用性金属材料。人类在新石器时代末期，已开始以锤击天然红铜来制造装饰品和小用品。中国约在公元前2000多年已应用冷锻工艺制造工具，如甘肃武威皇娘娘台齐家文化遗址出土的红铜器物，就有明显的锤击痕迹。商代中期用陨铁制造武器，采用了加热锻造工艺。春秋后期出现的块炼熟铁，就是经过反复加热锻造以挤出氧化物夹杂并成形的。最初，人们靠抡锤进行锻造，后来出现通过人拉绳索和滑车来提起重锤再自由落下的方法锻打坯料。14世纪以后出现了畜力和水力落锤锻造。1842年，英国的内史密斯制成第一台蒸汽锤，使锻造进入应用动力的时代。以后陆续出现锻造水压机、电机驱动的夹板锤、空气锻锤和机械压力机。夹板锤最早应用于美国内战(1861～1865)期间，用以模锻武器的零件，随后在欧洲出现了蒸汽模锻锤，模锻工艺逐渐推广。到19世纪末已形成近代锻压机械的基本门类。20世纪初期，随着汽车开始大量生产，热模锻迅速发展，成为锻造的主要工艺。20世纪中期，热模锻压力机、平锻机和无砧锻锤逐渐取代了普通锻锤，提高了生产率，减小了振动和噪声。随着锻坯少无氧化加热技术、高精度和高寿命模具、热挤压，成形轧制等新锻造工艺和锻造操作机、机械手以及自动锻造生产线的发展，锻造生产的效率和经济效果不断提高。冷锻的出现先于热锻。早期的红铜、金、银薄片和硬币都是冷锻的。冷锻在机械制造中的应用到20世纪方得到推广，冷镦、冷挤压、径向锻造、摆动辗压等相继发展，逐渐形成能生产不需切削加工的精密制件的高效锻造工艺。早期的冲压只利用铲、剪、冲头、手锤、砧座等简单工具，通过手工剪切、冲孔、铲凿、敲击使金属板材(主要是铜或铜合金板等)成形，从而制造锣、铙、钹等乐器和罐类器具。随着中、厚板材产量的增长和冲压液压机和机械压力机的发展，冲压加工也在19世纪中期开始机械化。1905年美国开始生产成卷的热连轧窄带钢，1926年开始生产宽带钢，以后又出现冷连轧带钢。同时，板、带材产量增加，质量提高，成本降低。结合船舶、铁路车辆、锅炉、容器、汽车、制罐等生产的发展，冲压已成为应用最广泛的成形工艺之一。锻压主要按成形方式和变形温度进行分类。按成形方式锻压可分为锻造和冲压两大类；按变形温度锻压可分为热锻压、冷锻压、温锻压和等温锻压等。热锻压是在金属再结晶温度以上进行的锻压。提高温度能改善金属的塑性，有利于提高工件的内在质量，使之不易开裂。高温度还能减小金属的变形抗力，降低所需锻压机械的吨位。但热锻压工序多，工件精度差，表面不光洁，锻件容易产生氧化、脱碳和烧损。冷锻压是在低于金属再结晶温度下进行的锻压，通常所说的冷锻压多专指在常温下的锻压，而将在高于常温、但又不超过再结晶温度下的锻压称为温锻压。温锻压的精度较高，表面较光洁而变形抗力不大。在常温下冷锻压成形的工件，其形状和尺寸精度高，表面光洁，加工工序少，便于自动化生产。许多冷锻、冷冲压件可以直接用作零件或制品，而不再需要切削加工。但冷锻时，因金属的塑性低，变形时易产生开裂，变形抗力大，需要大吨位的锻压机械。等温锻压是在整个成形过程中坯料温度保持恒定值。等温锻压是为了充分利用某些金属在等一温度下所具有的高塑性，或是为了获得特定的组织和性能。等温锻压需要将模具和坯料一起保持恒温，所需费用较高，仅用于特殊的锻压工艺，如超塑成形。锻压可以改变金属组织，提高金属性能。铸锭经过热锻压后，原来的铸态疏松、孔隙、微裂等被压实或焊合；原来的枝状结晶被打碎，使晶粒变细；同时改变原来的碳化物偏析和不均匀分布，使组织均匀，从而获得内部密实、均匀、细微、综合性能好、使用可靠的锻件。锻件经热锻变形后，金属是纤维组织；经冷锻变形后，金属晶体呈有序性。锻压是使金属进行塑性流动而制成所需形状的工件。金属受外力产生塑性流动后体积不变，而且金属总是向阻力最小的部分流动。生产中，常根据这些规律控制工件形状，实现镦粗拔长、扩孔、弯曲、拉深等变形。锻压出的工件尺寸精确、有利于组织批量生产。模锻、挤压、冲压等应用模具成形的尺寸精确、稳定。可采用高效锻压机械和自动锻压生产线，组织专业化大批量或大量生产。锻压的生产过程包括成形前的锻坯下料、锻坯加热和预处理；成形后工件的热处理、清理、校正和检验。常用的锻压机械有锻锤、液压机和机械压力机。锻锤具有较大的冲击速度，利于金属塑性流动，但会产生震动；液压机用静力锻造，有利于锻透金属和改善组织，工作平稳，但生产率低；机械压力机行程固定，易于实现机械化和自动化。未来锻压工艺将向提高锻压件的内在质量、发展精密锻造和精密冲压技术、研制生产率和自动化程度更高的锻压设备和锻压生产线、发展柔性锻压成形系统、发展新型锻压材料和锻压加工方法等方面发展。提高锻压件的内在质量，主要是提高它们的机械性能(强度、塑性、韧性、疲劳强度)和可靠度。这需要更好地应用金属塑性变形理论；应用内在质量更好的材料；正确进行锻前加热和锻造热处理；更严格和更广泛地对锻压件进行无损探伤。少、无切削加工是机械工业提高材料利用率、提高劳动生产率和降低能源消耗的最重要的措施和方向。锻坯少、无氧化加热，以及高硬、耐磨、长寿模具材料和表面处理方法的发展，将有利于精密锻造、精密冲压的扩大应用。bd12.bmp大型水压机自由锻造过程自由锻自由锻工序钢锭拔长过程中锻件形状的改变recken1.ds4钢锭拔长过程中的形状改变钢锭的镦粗过程eVTstart=970°Ckf0=160N/mm²m=0,5j=11/seh=0,33.eVTstart=970°Ckf0=160N/mm²m=0,5j=11/seh=0,33.sVTstart=970°Ckf0=160N/mm²m=0,5j=11/seh=0,33.stTstart=970°Ckf0=160N/mm²m=0,5j=11/seh=0,33.srTstart=970°Ckf0=160N/mm²m=0,5j=11/seh=0,33.°CTstart=970°Ckf0=160N/mm²m=0,5j=11/seh=0,33.大型锻件应用－神五返回仓冲压工艺与模具设计俗话说：“没有规矩不成方圆”世界上的许许多多东西都是从他们各具特色的“规矩”中诞生出来得。东西-----产品，规矩-------模具。模具：是一种特殊的模型，用来塑造(制造)产品；从工艺的角度，模具是一种成型制品的特殊工艺装备。模具技术：研究模具设计、制造以及产品成型工艺的技术。冲压工艺是一种特殊的成型工艺，冲压模具是模具中的一种．模具的重要性：在现代化工业生产中，60%~90%的工业产品需要模具加工，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发都依赖与模具，特别是汽车、电子电器、轻工、航空等行业。因此，模具是工业生产的重要装备，是国民经济的基础工业。模具被誉为工业之父，其技术集现代工业产品制造技术之大成。世界各国给模具的称谓：日本：进入富裕社会的原动力。德国：金属加工业中的帝王。罗马尼亚：模具就是黄金。欧美：磁力工业。现代模塑产品的举例：汽车用品系列家用产品系列军工用品系列工业产品系列模具的种类可分为十大种（如图所示）冲压技术是一古老而又新，又有很大发展潜力的技术。人类在新石器时代末期，就开始以锤敲击天然红铜来制造装饰品和日用品。中国约在公元前2000多年就已经开始冷锻工艺制造工具．开始是利用锤击方式来制造装饰品，后来出现通过人拉绳索和滑车来提起重锤再自由落下的方法来变形金属，如所示。十四世纪以后出现了利用畜力和水利作为动力来锤击金属成形。这个时期的施工方法较落后、工艺简陋，学习方法也是心传口授，制造水平全凭工匠技艺的高低，不能大量生产。现代冲压技术十九世纪中期开始机械化生产，成为应用最为广泛的成形工艺之一。从电机定、转子硅钢片地生产演变过程就可以看到冲压模具的发展演变过程。在十九世纪末，硅钢片采用最简单的单工序模具。采用单工序的模具先落料得到一个圆板毛坯或用圆剪机生产圆板毛坯，然后再用冲孔模在圆板毛坯上依次将槽冲出。在二十世纪初，冲模结构由单工序模向复合模发展，并有了少量的具有三～五个工位的级进模，模块由整块向拼块发展，这个时期的电机硅钢片的生产大多采用复合模工艺，外圆和多槽结构在一副模具中一次冲压完成。今天，我们不仅可以利用多工位的精密级进模冲压出高精度、形状复杂的电机硅钢片，而且可以在级进模中同时完成硅钢片的铆，这样，我们送进模具的是硅钢片条料，从模具出来的是电机铁芯。一、冲压加工概念冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。合理的冲压成形工艺冲压加工的三要素先进的模具高效的冲压设备二、冲压加工的特点及应用属少、无屑加工，能加工形状复杂的零件，零件精度较高，具有互换性，零件强度、刚性高而重量轻、外表光滑美观，材料利用率高，生产率高，便于实现机械化和自动化，操作方便，要求的工人技术等级不高，产品的成本低。缺点：模具要求高、制造复杂、周期长、制造费昂贵，在小批量生产中受到限制。生产中有噪音。三、冲压工序的分类(如图)1、根据工艺性质分：分离工序、塑性变形工序2、根据工序组合程度分：单工序、复合工序、连续工序分离工序：指坯料在模具刃口作用下，沿一定的轮廓线分离而获得冲件的加工方法（如图）塑性变形工序：指坯料在模具压力作用下，使坯料产生塑性变形，但不产生分离而获得具有一定形状和尺寸的冲件的加工方法（如图）冲压概述拉深变形冲压基本工序冲压设备现代冲压生产数控转塔冲床数控折弯机部分应用实例材料成形过程中的晶粒长大AfterNucleationt=200CASD=3.3mmt=2200CASD=10.78mmt=4200CASD=14.98mmt=6200CASD=18.44mmt=8200CASD=21.85mmt=10200CASD=24.75mmt=12200CASD=27.3mmt=14200CASD=29.9mm材料成形过程中的非正常晶粒长大1200CAS2200CAS3200CAS4200CAS5200CAS6200CAS7200CAS8200CAS晶粒长大的动态过程冲裁过程的模拟结果三辊斜轧钢管过程的模拟环件轧制过程的模拟火车车轮生产工艺过程