金属加工常识 第二章锻压成型

第二章锻压成型第一节锻压工艺基础第二节金属锻压常识第三节金属锻造工艺第四节自由锻造工艺过程设计第五节锻造结构工艺性第六节冲压工艺基础第一节锻压工艺基础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型，其内部不出现较大距离的塑性流动。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型加工方法。锻造是指在加压设备及工(模)具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件加工方法。冲压是指使坯料经分离或成型而得到制件的工艺统称。下一页返回第一节锻压工艺基础挤压是指坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或缝隙挤出，使之横截面积减少，成为所需制品的加工方法。轧制是指金属材料(或非金属材料)在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，获得所要求的截面形状并改变其性能的方法，按轧辊轴线与轧制线间和轧辊转向的关系不同可分为纵轧、斜轧和横轧三种。拉拔是指坯料在牵引力作用下通过模孔拉出使之产生塑性变形而得到截面小、长度增加的工艺。上一页返回第二节金属锻压常识一、塑性变形金属在外力作用下将产生变形，其变形过程包括弹性变形和塑性变形两个阶段。弹性变形在外力去除后能够恢复原状，不能用于成型加工，只有塑性变形这种永久性的变形，才能用于成型加工。塑性变形会对金属的组织和性能产生很大影响，因此，了解金属的塑性变形对于掌握锻压成型加工的基本原理具有重要意义。下一页返回第二节金属锻压常识二、塑性变形的基本形式金属塑性变形是金属在外力的作用下金属晶格先产生晶格畸变，外力继续加大时，产生晶格错动，而这种错动通常在晶体中采取滑移和孪动两种形式。1.滑移当作用在晶体上的切应力达到一定数值后，晶体一部分沿一定的晶面，向着一定的方与另一部分之间做相对移动，这种现象叫滑移。上一页下一页返回第二节金属锻压常识2.孪动孪动也是在一定的切应力作用下，晶体的一部分相对另一部分，沿着一定的晶面和方向发生转动的结果，已变形部分的晶体位向发生改变，与未变形部分以孪晶面对称。3.晶间变形滑移和孪动都是发生在单个晶粒内部的变形，称为晶内变形。三、金属的冷变形强化在塑性变形时，随着金属冷变形程度的增加，金属材料的所有强度指标和硬度都有所提高，但塑性有所下降，这种现象称为冷变形强化(或加工硬化)。上一页下一页返回第二节金属锻压常识四、回复与再结晶冷变形强化后的金属组织结构处于不稳定状态，它具有自发地恢复到稳定状态的倾向。冷变形金属加热时发生的变化过程包括:回复、再结晶和晶粒长大三个阶段，如图2-6所示。五、冷加工与热加工的界限所谓冷加工，通常指金属的切削加工，即用切削工具从金属材料(毛坯)或工件上切除多余的金属层，从而使工件获得具有一定形状、尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。上一页下一页返回第二节金属锻压常识热加工是相对于冷加工而言的，一般是在较高的温度下将金属软化或熔化处理后再冷却至常温的成型技术。对金属进行加热和冷却的过程可人为干预或控制，称为热处理。热加工常见的分类有:凝固成型(铸造)、连接技术(焊接)、塑性成型(锻造和冲压)。热加工成型过程中，模具起着极其重要的作用，从而又衍生出厂模具设计和加工技术。在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温度来划分的。低于再结晶温度的加工为冷加工，而高于再结晶温度的加工为热加工。上一页下一页返回第二节金属锻压常识六、锻造流线与锻造比1.锻造比在锻造生产中，金属的变形程度常以锻造比Y来表示，即以变形前后的截面比、长度比或高度比表示。其中拔长时的锻造比镦粗时的锻造比2.锻造流线铸锭内存有不溶于基体金属的非金属化合物，在压力加工过程中，脆性杂质被破碎，顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布，塑性杂质随晶粒伸长方向呈带状分布。这种具有方向性的组织称为锻造流线(也称流纹)，它使金属性能呈各向异性。上一页返回第三节金属锻造工艺一、坯料加热金属加热的目的是提高金属的塑性和降低变形抗力，以改善金属的可锻性和获得良好的锻后组织。锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的一段温度间隔。确定锻造温度的基本原则，保证金属在锻造温度范围内具有较高的塑性和较小的变形抗力，并得到所要求的组织和性能。锻造温度范围应尽可能宽一些，以减少锻造火次，提高生产率。(1)始锻温度始锻温度是指开始锻造时坯料的温度，也是允许的最高加热温度。(2)终锻温度终锻温度是指金属坯料经过锻造成型，在停止锻造时锻件的瞬时温度。下一页返回第三节金属锻造工艺如图2-8所示。常用金属的锻造温度范围见表2-1二、锻造成型1.自由锻自由锻是指只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直接使坯料变形而获得所需几何形状及内部质量锻件的方法。自由锻分手工自由锻和机器自由锻两种。2.模锻利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法称为模锻。3.胎模锻造胎模锻造(图2-18)是在自由锻设备上使用胎模的一种锻造方法。上一页下一页返回第三节金属锻造工艺三、冷却、检验与热处理锻造成型的锻件，通常要根据其化学成分、尺寸、形状复杂程度等来确定其相应的冷却方法。低碳钢和中碳钢小型锻件锻后常采用单个或成堆放置地上进行空冷;低合金钢锻件及截面宽大的锻件则需要放入坑中或埋在沙或炉渣等填料中缓慢冷却;高合金钢锻件及大型锻件的冷却速度要缓慢，通常采用随炉缓冷。如果冷却方式不当，会使锻件产生内应力、变形，甚至裂纹。冷却速度过快还会使锻件表面产生硬皮，难以进行切削加工。上一页下一页返回第三节金属锻造工艺锻件冷却后应仔细进行质量检验，合格的锻件应进行去应力退火或正火或球化退火，准备切削加工。变形较大的锻件应矫正。对于存在缺陷的锻件，如果技术条件允许，可以进行焊补。上一页返回第四节自由锻造工艺过程设计一、绘制锻件图锻件图是在零件图的基础上，考虑加工余量、锻件公差、工艺余块等因素后绘制而成的。1.锻件加工余量及其公差锻件加工余量是指锻造成型时为厂保证机械加工最终获得所需要的尺寸而允许保留的多余金属，如图2-21(a)所示。锻件公差是指规定的锻件尺寸的允许变动量，如图2-21(b)所示。锻件的加工余量及其公差可根据有关标准确定。2.余块余块是指在锻件的某些难以锻出的部位加添一些大于余量的金属体积，如图2-21(a)所示下一页返回第四节自由锻造工艺过程设计3.绘制锻件图锻件图中用粗实线表示锻件外形，用双点画线表示零件的外形。锻件的基本尺寸和公差标注在尺寸线上面，而零件的尺寸标注在尺寸线下面的括号内，如图2-21(b)所示。锻件图是锻造生产、锻件检验与验收的主要依据。二、坯料质量和尺寸的计算坯料的质量可按下式计算:坯料质量=锻件质量+烧损+截料损失上一页下一页返回第四节自由锻造工艺过程设计三、确定锻造变形工序确定锻造工序的主要依据是锻件的结构形状。例如，圆盘、齿轮等盘类锻件的主要锻造工序是镦粗;传动轴等杆类锻件的主要工序是拔长;圆环、套筒等空心类锻件的主要工序是冲孔及拔长;吊钩等弯曲件的主要工序是弯曲;曲轴类锻件的主要工序是拔长及错移;复杂形状锻件的工序常常是前几类锻件锻造工序的合理组合。上一页下一页返回第四节自由锻造工艺过程设计四、选择锻造设备自由锻的主要设备有空气锤、蒸汽一空气锤、水压机等，选择时需要根据锻件的质量和尺寸进行选择。锻件质量小于100kg时，可选择空气锤;锻件质量在100一1000kg时，可选择蒸汽空气锤;锻件质量大于1000kg时，可选择水压机。五、确定锻造温度范围、冷却方式和热处理规范金属毛坯的锻造温度主要决定于毛坯的制作材料。锻造后冷却方式的选择要根据锻件的材料、尺寸与形状以及技术要求等方面进行综合考虑，选择合理的冷却方式。锻造后的热处理一般采用正火和退火。上一页返回第五节锻造结构工艺性一、锻件材料对结构的要求金属材料不同，锻造性能不同，对结构的要求也不同。二、锻造工艺对结构的要求1.自由锻件的设计要求锻件各部分的结构形状要满足锻造加工工艺过程，用经济的和简单的方法生产出合格的锻件。表2-2为不同结构锻件的工艺性要求。2.模锻件的设计要求模锻件是在模膛内成型的，模锻件的形状应使锻件能从模膛中顺利地取出和容易充满模膛。锻件应尽量避免薄壁、高的凸起和深的凹陷结构。返回第六节冲压工艺基础一、冲压成型概述冲压主要是对薄板进行冷变形，冲压件的重量较小，进行冲压的金属材料必须具有良好的塑性，常用的金属材料有低碳钢，塑性好的合金钢以及铜、铝等非铁金属等。二、冲压的基本工序冲压的基本工序分为变形工序和分离工序两大类。1.成型工序成型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，如弯曲、拉深、翻边、胀形、缩口及扩口等。下一页返回第六节冲压工艺基础2.分离工序分离工序是指使金属坯料的一部分与另一部分相互分离的工序，如剪切、冲裁(落料、冲孔)等。三、冲压工艺举例冲压件变形工序的选择，是根据其形状、尺寸及每道工序中金属材料所允许的变形程度确定的。图2-31所示的多角形制件是由8个弯曲变形工序组成。上一页返回图2-6冷变形金属加热时组织与性能的变化规律返回表2-1各类钢的锻造温度范围返回图2一18胎膜锻造示意图返回图2-21锻件图返回表2-2自由锻造结构工意性返回图2-31多角形零件变形工序示竟返回