第1章锻压成形工艺

121.理解“金属的塑性变形”的理论基础，重点为金属塑性变形的实质，冷变形和热变形的概念及其对金属组织和性能的影响。2.掌握“自由锻基本工序的选用”并结合典型锻件工艺过程实例进行分析。3.了解“模锻的生产工艺过程”以锤上模锻为主，介绍其它模锻方法的特点和应用。4.掌握“板料冲压基本工序的工艺特点”重点为落料、冲孔、弯曲、拉深等，掌握变形过程以及对冲零件结构的工艺性要求。5.了解其它压力加工方法。目的和要求35．模型锻造一、金属塑性成形（压力加工）金属材料在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。二、塑性成形的基本生产方式1．轧制2．挤压3．拉拔4．自由锻造6．板料冲压第一节概述4上砥铁下砥铁坯料561）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。三、塑性成形（压力加工）的特点1．力学性能高1）组织致密；2）晶粒细化；3）压合铸造缺陷；4）使纤维组织合理分布。2．节约材料1）力学性能高，承载能力提高；2）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。3．生产率高4．适用范围广7各种压力加工方法，都是通过对金属材料施加外力，使之产生塑性变形来实现的。单晶体的塑性变形形式主要有滑移和孪晶两种。一、金属塑性变形的实质1.单晶体的塑性变形1）滑移：晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对滑动。ττττ第二节金属的塑性成形原理8但实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。ττ92）双晶变形：晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。2.多晶体的塑性变形晶内变形晶间变形滑移孪晶滑动转动多晶体塑性变形的实质：晶粒内部发生滑移和孪晶；同时晶粒之间发生滑移和转动。多晶10●金属塑性变形后，内部组织变化:⑴晶粒沿最大变形方向伸长；⑵晶格与晶粒发生扭曲；⑶晶粒产生碎晶。这些变化将增大滑移变形阻力●加工硬化:经塑性变形后,金属强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象。好处：强化金属方法坏处：后续加工工序困难，工件易开裂。二、金属塑性变形后内部组织变化11回复与再结晶回复：将金属加热到一定温度，部分消除加工硬化。T回=（0.25—0.3）T熔再结晶：将金属加热到一定温度，完全消除加工硬化。T在=0.4T熔12{塑性夹杂物（MnS、FeS）：沿最大变形方向伸长脆性夹杂物（FeO、SiO2）：被打碎呈链状纤维组织（铸造流线）现象：造成力学性能上的各向异性形成原因1314螺钉的纤维组织比较曲轴的纤维组织比较锻件设计总原则：1）最大拉应力与纤维方向一致2）最大切应力与纤维方向垂直15{可锻性：金属材料锻压成形的难易程度。变形抗力可锻性取决于：金属本质和加工工艺条件衡量标准：塑性（断面收缩率ψ，伸长率δ）16一．金属的本质⒈化学成分影响＊纯金属可锻性比合金好＊钢的含碳量越低，可锻性越好⒉金属组织的影响＊组织不同,可锻性有差异,纯金属、固溶体可锻性好；＊柱状组织和粗晶粒不如晶粒细小均匀的可锻性好。17始锻温度:允许加热达到的最高温度称为始锻温度终锻温度:停止锻造的温度称为终锻温度18锻件的温度可用仪表测定，在生产中也可根据被加热金属的火色来判别，如碳钢的加热温度与火色的关系如下由于化学成分的不同，每种金属材料始锻和终锻温度都是不一样的。几种常用金属材料的锻造温度范围见表。192变形速度＊低速：变形速度↑→变形抗力↑→塑性↓＊高速：变形速度↑→变形温度↑→变形抗力↓→塑性↑203应力状态＊处于三向压应力状态，金属呈现良好的塑性状态＊三向受拉金属的塑性最差不同材料选择不同加工方式：＊塑性好的材料：拉应力下变形＊塑性差的材料：三向压应力下变形2122第三节锻压成形工艺锻造成形自由锻模膛锻自由锻—指将金属坯料放在锻造设备的上下砥铁之间，施加冲击力或压力，使之产生自由变形而获得所需形状的成形方法。23•坯料在锻造过程中，除与上下砥铁或其它辅助工具接触的部分表面外，都是自由表面，变形不受限制，锻件的形状和尺寸靠锻工的技术来保证，所用设备与工具通用性强。•自由锻主要用于单件、小批生产，也是大型锻件的唯一生产方法。24模型锻造—将加热到锻造温度的金属坯料放在具有一定形状的模锻模膛内受压、变形，获得锻件的方法。特点：1）生产率高；2）锻件的尺寸精度和表面质量高；3）材料利用率高；4）可锻造形状较复杂的零件；5）模具成本高、设备昂贵；6）锻件不能任意大。一般不得超过150kg。模锻按使用的设备不同分为：胎模锻锤上模锻压力机上模锻第三节锻压成形工艺25一、自由锻自由锻生产所用工具简单，具有较大的通用性，因而它的应用范围较为广泛。可锻造的锻件质量由不及1kg到3000t。在重型机械中，自由锻是生产大型和特大型锻件的惟一成形方法。26（一）自由锻设备锻锤冲击力压力机（静压力）以压力代替锤锻时的冲击力，适用于锻造大型锻件。可达3000T空气锤它由电动机直接驱动，打击速度快，锤击能量小，适用于小型锻件；65~750Kg蒸汽—空气锤利用蒸汽或压缩空气作为动力，适用于中小型锻件。630Kg~5T水压机油压机落下部分总重量=活塞+锤头+锤杆滑块运动到下始点时所产生的最大压力锻锤吨位=压力机吨位=274吨拱式自由锻电液锤上重，世界最大的1.65万吨自由锻液压机28自由锻的工序可分为基本工序、辅助工序和精整工序三大类。(1)基本工序是使金属坯料实现主要的变形要求，达到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工序。(2)辅助工序是指进行基本工序之前的预变形工序。如倒棱、压肩等。(3)精整工序是在完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸及位置精度的工序。（二）自由锻工序29基本工序1）镦粗使坯料整体或一部分高度减小、截面积增大的工序称为镦粗。镦粗有完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗等302）拔长2）拔长使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序称为拔长主要用于：轴杆类锻件成形，其作用是改善锻件内部质量。拔长的种类：有平砥铁拔长、芯轴拔长、芯轴扩孔等。313）冲孔采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序叫冲孔。a）薄坯料冲孔b）厚坯料冲孔1－冲头2－坯料3－垫环4－芯料在薄坯料上冲通孔时，可用冲头一次冲出。若坯料较厚时，可先在坯料的一边冲到孔深的2／3深度后，拔出冲头，翻转工件，从反面冲通，以避免在孔的周围冲出毛刺324）弯曲是将毛坯弯成所需形状的工序在进行弯曲变形前，先要将毛坯锻成所需形状，使体积合理分配，便于获得合格产品。335）扭转将毛坯一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的工序。346）切割将毛坯一部分或几部分切掉以获得所需形状的锻件的工序。自由锻工序35（三）零件的自由锻结构工艺性避免锥体和斜面结构几何体间的交接处不应形成空间曲线锻造具有锥体或斜面结构的锻件，需制造专用工具，锻件成形也比较困难圆柱面与圆柱面相交，锻件成形十分困难。平面相交，消除了空间曲线，使锻造成形容易36自由锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面自由锻件横截面若有急剧变化或形状较复杂时，应设计成有几个简单件构成的组合体，再焊接或机械连接方法连接。零件的自由锻结构工艺性自由锻工序37二、模膛锻造形成（一）胎膜锻造形成胎膜不是固定在自由锻锤上，使用时放上去，不用时取下来。与自由成型相比，胎模成型具有较高的生产率，锻件质量好，节省金属材料，降低锻件成本。与模锻相比，节约了设备投资，简化了模具制造。但锻件质量比模锻低，劳动强度大，安全性差，模具寿命短，生产率低。胎模锻适用于小型锻件的小批量生产，多用在没有模锻设备的中小型工厂中。胎模锻造成型是在自由锻设备上，使用可移动的胎模生产锻件的锻造方法。3839图胎模种类a）摔模b）扣模c）开式套筒模d）闭式套筒模e）合模1）摔模，用于锻造回转体锻件；2）扣模，用于平整侧面；3）套筒模，用于镦粗锻件；4）合模，用于锻造比较复杂的锻件。胎模结构可分为以下几类，如图所示。齿轮坯的胎膜锻40实质：是通过塑性变形迫使坯料在锻模模膛内成形。胎膜固定在自由锻锤上。固定模膛成型工艺主要分为锤上模膛成型工艺和压力机上模膛成型工艺。锤上模锻成型用于大批量锻件生产。所用设备有蒸汽-空气锤、无砧座锤、高速锤等。压力机上模膛成型常用的设备有曲柄压力机、摩擦压力机和平锻机、模锻水压机等。（二）固定模膛锻造成形（锤上模锻）41锤上模锻所用设备为模锻锤，由它产生的冲击力使金属变形。图7-1所示为一般工厂中常用的蒸汽一空气模锻锤。该种设备上运动副之间的间隙小，运动精度高，可保证锻模的合模准确性。模锻锤的吨位(落下部分的重量)为1～16t，可锻制150kg以下的锻件。42锤上模锻生产所用的锻模如图所示。上模2和下模4分别用楔铁10、7固定在锤头1和模垫5上，模垫用楔铁6固定在砧座上。上模随锤头作上下往复运动。9为模膛，8为分模面，3为飞边槽。43模膛模锻模膛制坯模膛拔长模膛终锻模膛预锻模膛滚压模膛弯曲模膛切断模膛三、锻模模膛及其功用锤上模锻用的锻模模膛根据功用的不同，可分为：441.预锻模膛预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻模膛。同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。（一）模锻模膛预锻模膛和终锻模膛的区别：预锻模膛的圆角、斜度较大，没有飞边槽。终锻模膛的圆角、斜度较小，有飞边槽。452.终锻模膛终锻模膛的作用是：是使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，因此它的形状应和锻件的形状相同。沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。终锻后无法加工通孔而留下的一薄层金属，称为冲孔连皮。终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢件收缩量取1.5%46对形状复杂的模锻件,为使坯料形状基本接近模锻件形状，使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就必须预先在制坯模镗内制坯，因而设制坯模膛。（二）制坯模膛当模锻件沿轴向横截面积相差较大时，常采用这种模膛进行拔长。拔长模膛分为开式和闭式两种.一般情况下，把它设置在锻模的边缘处。生产中进行拔长操作时。坯料除向前送进外并需不断翻转。1、拔长模膛——用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。47滚压模膛分为开式和闭式两种：当模锻件沿轴线的横截面积相差不很大或对拔长后的毛坯作修整时，采用开式滚压模膛。当模锻件的截面相差较大时，则应采用闭式滚压模膛。在坯料长度基本不变的前提下用它来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。2、滚压模膛滚压操作时需不断翻转坯料，但不作送进运动。对于弯曲的杆类模锻件，需采用弯曲模膛来弯曲坯料。坯料可直接或先经其它制坯工步后放入弯曲模膛进行弯曲变形。弯曲后的坯料需翻转90°再放入模锻模膛中成形。单件锻造时，用它从坯料上切下锻件或从锻件上切下钳口；多件锻造时，用它来分离成单个锻件。3、弯曲模膛4、切断模膛它是在上模与下模的角部组成的一对刃口，用来切断金属。根据模锻件的复杂程度不同，所需变形的模膛数量不等，可将锻模设计成单膛锻模或多膛锻模。单膛锻模是在一副锻模上只有终锻模膛一个模膛。如齿轮坯模锻件就可将截下的圆柱形坯料，直接放人单膛锻模中一次终锻成形。多膛锻模是在一副锻模上具有两个以上模膛的锻模。如弯曲连杆模锻件的锻模即为多膛锻模。50弯曲连杆多模膛模锻过程51下料→加热模锻前需将坯料在加热炉中加热到规定的始锻温度，要均匀热透。模锻坯料从开始变形到最后成形，一般都是在锻模的相应模膛里经过几个模锻工步完成的。切边和冲孔从终锻工步得到的锻件一般都带有飞边和冲孔连皮，须在切边压力机上将它们切除。校正热处理模锻件热处理的目的是调整硬度，消除内应力，细化晶粒和为最终热处理作好组织准备。模锻件常用的热处理有退火、正火和调质等。表面清理表面清理的方法有滚筒清理、喷丸清理、酸洗和砂轮打磨等。检验模锻件质量检验是保证质量的必要措施。四、锤上模锻工艺设计52模锻生产的工艺规程包括：制订锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步（选模膛）、选择设备及安排修整工序等。最主要是锻件图的制定和模锻工步的确定。模锻锻件图的制定是设计和制造锻模、计算坯料、检查锻件的依据。53（一）模锻件图