機(jī)械工程材料與熱處理 第2版 課件 10.3鍛壓

鍛壓概述鍛壓是一種對(duì)坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形，改變其尺寸、形狀，用于制造機(jī)械零件或毛坯成形的方法。鍛壓包括鍛造和沖壓

鍛造：一般是將軋制圓鋼、方鋼（中、小鍛件）或鋼錠（大鍛件）加熱到高溫狀態(tài)后進(jìn)行加工。板料沖壓：是在沖床上用沖模使金屬或非金屬板料產(chǎn)生分離或變形而獲得制件的加工方法。板料沖壓通常在室溫下進(jìn)行，所以又叫冷沖壓。（用于沖壓的材料必須具有良好的塑性，常用的有低碳鋼、高塑性合金鋼、鋁和鋁合金、銅和銅合金等金屬材料以及皮革、塑料、膠木等非金屬材料。）鍛造（1）鍛造的作用及應(yīng)用消除金屬在冶煉過程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)保存完整的金屬流線。（2）始鍛溫度指開始鍛造的溫度，一般始鍛溫度應(yīng)盡可能高一些，一方面可以提高金屬的塑性，另一方面又可延長(zhǎng)鍛造的時(shí)間。但加熱溫度過高，金屬將產(chǎn)生過熱或過燒的缺陷，使金屬塑性急劇降低，可鍛性變差。通常將變形允許加熱達(dá)到的最高溫度定為始鍛溫度。一般金屬材料的始鍛溫度應(yīng)比其熔點(diǎn)低100～200℃。（3）終鍛溫度指終止鍛造的溫度，一般終鍛溫度應(yīng)盡可能低一些，這樣可延長(zhǎng)鍛造時(shí)間，減少加熱次數(shù)。但溫度過低，金屬塑性降低，變形抗力增大，可鍛性同樣變差，金屬還會(huì)產(chǎn)生加工硬化，甚至發(fā)生開裂。通常將變形允許的最低溫度定為終鍛溫度鍛壓的特點(diǎn)(2)節(jié)約金屬材料比如在熱軋鉆頭、齒輪、齒圈及冷軋絲杠時(shí)節(jié)省了切削加工設(shè)備和材料的消耗。(1)改善金屬組織、提高力學(xué)性能鍛壓的同時(shí)可消除鑄造缺陷，均勻成分，形成纖維組織，從而提高鍛件的力學(xué)性能。(3)較高的生產(chǎn)率比如在生產(chǎn)六角螺釘時(shí)采用模鍛成形就比切削加工效率約高50倍。（4）鍛壓主要生產(chǎn)承受重載荷零件的毛坯，如機(jī)器中的主軸、齒輪等，但不能獲得形狀復(fù)雜的毛坯或零件。自由鍛1、自由鍛的分類、特點(diǎn)及應(yīng)用

自由鍛分手工鍛和機(jī)器鍛兩種,適應(yīng)性強(qiáng)，靈活性大，生產(chǎn)周期短，成本低。缺點(diǎn)是鍛件尺寸精度低，加工余量大，金屬材料消耗多，生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大、條件差，要求操作者的技術(shù)水平較高。

自由鍛適合于單件、小批和大型鍛件的生產(chǎn)。自由鍛造是利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個(gè)砧鐵（砧座與錘頭）之間產(chǎn)生變形，從而獲得所需形狀及尺寸的鍛件。

2、自由鍛設(shè)備

１）自由鍛常用設(shè)備空氣錘液壓機(jī)利用壓縮空氣推動(dòng)鍛錘進(jìn)行工作。以落下部分質(zhì)量來表示鍛造能力；常用噸位為65—750千克，用于鍛造小型鍛件。利用高壓水為動(dòng)力進(jìn)行工作?？快o壓力工作。常用噸位為5~150噸，用于鍛造大型鍛件，是大型鍛件的唯一設(shè)備。2）自由鍛常用工具

3、自由鍛工序自由鍛工序分為基本工序、輔助工序和精整工序?；竟ば?/p>

包括鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、彎曲、切割等；輔助工序包括壓鉗口、倒棱、壓肩等；精整工序是對(duì)已成形的鍛件表面進(jìn)行平整，清除毛刺、校直彎曲、修整鼓形等。3、自由鍛工序使毛坯高度減小、橫斷面積增大的鍛造工序鐓粗

應(yīng)用：一般用來制造齒輪坯或盤餅類毛坯;為拔長(zhǎng)工序增大鍛造比;為沖孔工序作準(zhǔn)備等

a）完全墩粗b）端部墩粗c）端部墩粗d）中間墩粗3、自由鍛工序使毛坯橫截面積減小、長(zhǎng)度增加的鍛造工序拔長(zhǎng)用來制造軸桿類毛坯

a）平砧拔長(zhǎng)b）反復(fù)90°翻轉(zhuǎn)錘擊c）沿螺旋線翻轉(zhuǎn)錘擊d）心軸拔長(zhǎng)沖孔：在坯料上沖出通孔或不通孔的鍛造工序。沖孔常用于制造帶孔齒輪、套筒、圓環(huán)及重要的大直徑空心軸等鍛件。為減小沖孔深度和保持端面平整，沖孔前通常先將坯料鐓粗。沖孔后大部分鍛件還需芯棒拔長(zhǎng)、擴(kuò)孔或修整。沖孔分雙面沖孔和單面沖孔兩種

3、自由鍛工序

彎曲：采用特定的模具將毛坯彎成所規(guī)定的外形的鍛造工序彎曲方法主要有鍛錘壓緊彎曲法和用墊模彎曲法兩種

切割：把板材或型材等切成所需形狀和尺寸的坯料或工件的鍛造工序。4、自由鍛工藝規(guī)程的制訂

工藝規(guī)程是指導(dǎo)生產(chǎn)的基本技術(shù)文件。編制自由鍛工藝規(guī)程應(yīng)遵循設(shè)計(jì)自由鍛零件時(shí)，必須考慮鍛造工藝是否方便、經(jīng)濟(jì)和可能；零件的形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單和規(guī)則。自由鍛的工藝規(guī)程繪制鍛件圖計(jì)算坯料質(zhì)量和尺寸選擇鍛造工序

選擇鍛造設(shè)備選擇坯料加熱、鍛件冷卻和熱處理的方法1、繪制鍛件圖

鍛件圖是根據(jù)零件圖繪制的。自由鍛件的鍛件圖是在零件圖的基礎(chǔ)上考慮了工藝余塊、加工余量、鍛造公差等之后繪制的圖。

2、選擇鍛造工序

通常，自由鍛件的成形過程是由一系列鍛造工序組合而成的，工序的選擇主要是根據(jù)鍛件的形狀和工序的特點(diǎn)來確定。1）盤類圓環(huán)類鍛件包括各種圓盤、葉輪、齒輪、模塊等，其特點(diǎn)是橫向尺寸大于高度尺寸，或者二者相近。鍛造基本工序是鐓粗，其中帶孔的件需沖孔。

2）空心類鍛件包括各種圓環(huán)、齒圈、軸承環(huán)和各種圓筒、缸體、空心軸等，鍛造空心件的基本工序有鐓粗、沖孔、馬杠擴(kuò)孔、芯棒拔長(zhǎng)等。3）軸桿類鍛件包括各種圓形截面實(shí)心軸，如傳動(dòng)軸、軋輥、立柱、拉桿等，還有矩形方形、工字形截面的桿件如搖桿、杠桿、推桿、連桿等，鍛造軸桿件的基本工序是拔長(zhǎng)，但對(duì)于截面尺寸相差大的鑄件，為滿足鍛造比的要求，則需采取鐓粗一拔長(zhǎng)工序。

4）曲軸類鍛件包括單拐和多拐的各種曲軸，目前鍛造曲軸的工藝有自由鍛、模鍛、全流線擠壓鍛等。其中自由鍛的力學(xué)性能差，加工余量大，只在單件或小批生產(chǎn)中應(yīng)用。其基本工序有拔長(zhǎng)、錯(cuò)移和扭轉(zhuǎn)。

5）彎曲類鍛件包括各種具有彎曲軸線的鍛件，如吊鉤、彎桿、曲柄、軸瓦蓋等，基本工序是拔長(zhǎng)、彎曲。

6）復(fù)雜形狀鍛件包括閥體、叉桿、十字軸等，鍛造難度大，應(yīng)根據(jù)鍛件形狀特點(diǎn)，采用適當(dāng)工序組合鍛造。5、自由鍛鍛件結(jié)構(gòu)工藝性零件結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單、對(duì)稱、平直；應(yīng)避免零件上的錐形、楔形結(jié)構(gòu)；不允許有小凸臺(tái)零件上不允許有加強(qiáng)筋；應(yīng)避免圓柱面與圓柱面、圓柱面與棱柱面相交；模鍛利用模具使毛坯變形而獲得鍛件的鍛造方法稱為模鍛

與自由鍛比較，模鍛具有模鍛件尺寸精度高、形狀可以很復(fù)雜、質(zhì)量好、節(jié)省金屬和生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。此外，在大批量生產(chǎn)時(shí)，模鍛件的成本較低。其不足之處是鍛件質(zhì)量較小，受鍛模設(shè)備噸位的限制，模鍛件質(zhì)量一般在150Kg以下；模鍛設(shè)備投資大，每種鍛模只可加工一種鍛件，在小批量生產(chǎn)時(shí)模鍛不經(jīng)濟(jì)；工藝靈活性不如自由鍛。模鍛適用于中、小型鍛件的成批和大量生產(chǎn)

模鍛分為錘上模鍛和胎模鍛兩類

一、錘上模鍛常用的錘上模鍛設(shè)備有模鍛空氣錘、螺旋壓力機(jī)、平鍛機(jī)、模鍛水壓機(jī)等

在模鍛錘上利用模具（鍛模）使毛坯變形而獲得鍛件的鍛造方法

使坯料成形而獲得模鍛件的工具稱為鍛模。鍛模由上模和下模組成，上?？啃ㄨF緊固在錘頭上，隨錘頭一起作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，下模用緊固楔鐵固定在模墊上。上下模合在一起其中間部形成的空間為模膛。根據(jù)作用不同，模膛分成制坯模膛和模鍛模膛兩大類；根據(jù)模鍛件的復(fù)雜程度不同，鍛模又分單膛鍛模和多膛鍛模

蒸汽—空氣錘1.模鍛模膛模鍛模膛又可分為預(yù)鍛模膛和終鍛模膛。

（1）預(yù)鍛模膛

為了改善終鍛時(shí)金屬的流動(dòng)條件，避免產(chǎn)生充填不滿和折迭，使鍛坯最終成形前獲得接近終鍛形狀的模膛，它可提高終鍛模膛的壽命。其結(jié)構(gòu)比終鍛模膛高度大、寬度小、無飛邊槽，模鍛斜度和圓角大。

（2）終鍛模膛

模鍛時(shí)最后成形用的模膛，和熱鍛件圖上相應(yīng)部分的形狀、尺寸一致。模膛周圍設(shè)飛邊槽，通孔鍛件需留沖孔連皮。

2、制坯模膛

——用以初步改變毛坯形狀、合理分配金屬，以適應(yīng)鍛件橫截面積和形狀的要求，使金屬能更好地充滿模鍛模膛的工序稱為制坯工序。1）拔長(zhǎng)模膛作用是減少坯料某部分的橫截面面積，增加該部分的長(zhǎng)度，當(dāng)模鍛件沿軸向各橫截面積相差較大時(shí)，采用拔長(zhǎng)模膛。2）滾壓模膛其作用是減小坯料某部分橫截面積，增大另一部分的橫截面積。當(dāng)模鍛件沿軸線的各橫截面面積相差不很大時(shí)或作修整拔長(zhǎng)后的毛坯時(shí)，采用滾壓模膛。3）彎曲模膛其作用是彎曲桿類模鍛件的坯料4）切斷模膛其作用是切斷金屬。單件鍛造時(shí)，用它從坯料上切下鍛件或從鍛件上切下鉗口，多件鍛造時(shí)，用它來分離成單個(gè)件。二、胎模鍛胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用可移動(dòng)模具（胎模）生產(chǎn)模鍛件的一種鍛造方法。

（1）胎模鍛的應(yīng)用特點(diǎn)胎模鍛前，通常先用自由鍛制坯，再在胎模中終鍛成形。它既具有自由鍛簡(jiǎn)單、靈活的特點(diǎn)，又兼有模鍛能制造形狀復(fù)雜、尺寸準(zhǔn)確的鍛件的優(yōu)點(diǎn)，因此適于小批量生產(chǎn)中用自由鍛成形困難、模鍛又不經(jīng)濟(jì)的復(fù)雜形狀鍛件。（2）胎模的種類根據(jù)胎膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，胎?？煞殖芍婆髡文?、成形模和切邊沖孔模等。成形模（扣模、套模、合模）扣模既能制坯，也能成形，鍛造時(shí)，鍛件不轉(zhuǎn)動(dòng)，可移動(dòng)

套模呈套筒型，分開式和閉式兩種，開式套模只有下模，上模由上砧塊代替，適用于回轉(zhuǎn)體料的制坯或成形，鍛造時(shí)常產(chǎn)生小飛邊；閉式套模鍛造時(shí)，坯料在封閉模膛中變形，無飛邊，但產(chǎn)生縱向毛刺，除能完成制坯或成形外，還可以沖孔合模一般由上、下模及導(dǎo)向裝置組成，用于形狀復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)體鍛件的成形。制坯整形模（摔模）用于鍛造回轉(zhuǎn)體或?qū)ΨQ鍛件用于鍛件成形前的整形、拔長(zhǎng)、制坯、校正板料沖壓使板料經(jīng)分離或成形而得到制件的工藝統(tǒng)稱為沖壓

特點(diǎn)（1）可沖壓形狀復(fù)雜的零件，廢料較少。（2）沖壓件有較高的尺寸精度和表面質(zhì)量，互換性好。（3）沖壓件的重量輕、強(qiáng)度和剛度好，有利于減輕結(jié)構(gòu)重量。（4）沖壓操作簡(jiǎn)單，工藝過程便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化，生產(chǎn)率高，成本低（5）制造復(fù)雜，模具材料及制作成本高沖壓設(shè)備剪床：板料切成一定寬度的條料，為后續(xù)的沖壓備料沖床：完成除剪切以外的其他沖壓工作沖壓基本工序分離工序：使板料的一部分和另一部分分開的工序，包括沖裁和切斷（1）剪切：使板料按不封閉輪廓部分分離的工序其分離部分的材料發(fā)生彎曲，稱為切口（2）沖裁：沖模將板料以封閉的輪廓與坯料分離的沖壓工序是落料和沖孔的總稱成形工序成形工序是使板料發(fā)生塑性變形，以獲得規(guī)定形狀工件的工序主要包括彎曲和拉深、收口與翻邊等彎曲是將板料、型材或管材在彎矩作用下彎成一定角度的工序彎曲時(shí)，材料內(nèi)側(cè)受壓，外側(cè)受拉；塑性變形集中在與凸模接觸的狹窄區(qū)域內(nèi)坯料越厚，內(nèi)彎曲半徑越小，則壓縮及拉伸應(yīng)力越大，越容易彎裂防裂措施：選用塑性好的材料；限制最小彎曲半徑；使彎曲方向與坯料流線方向一致，防止坯料表面的劃傷，以免產(chǎn)生應(yīng)力集中拉深使坯料變形成開口空心零件的工序凸模和凹模有一定的圓角，其間隙一般稍大于板料厚度拉深件的底部一般不變形，厚度基本不變。直壁厚度有所減小。翻邊使帶孔坯料孔口周圍獲得凸緣的工序鍛壓新技術(shù)精密模鍛在普通的模鍛設(shè)備上鍛制形狀復(fù)雜的高精度鍛件的模鍛工藝特點(diǎn)(1)精確計(jì)算原始坯料的尺寸，否則會(huì)增大鍛件尺寸公差，降低精度。(2)需要仔細(xì)清理坯料表面，除凈坯料表面的氧化皮、脫碳層及其他缺陷等。(3)采用無氧化加熱方法，盡量減少坯料表面形成氧化皮。(4)精密模鍛的鍛件精度必須比鍛件高兩級(jí)。精鍛模一定要有導(dǎo)柱、套筒結(jié)構(gòu)以保證合模準(zhǔn)確。為排除模膛中的氣體，減小金屬流動(dòng)阻力，使金屬更好地充滿模膛，模膛內(nèi)應(yīng)開有排氣小孔。(5)嚴(yán)格控制模具溫度、鍛造溫度、潤(rùn)滑條件及操作方法。(6)精密模鍛宜在剛度大、精度高的模鍛設(shè)備上進(jìn)行，如摩擦壓力機(jī)或高速錘等。鍛壓新技術(shù)液態(tài)成型介于壓力鑄造和模鍛之間的加工方法將定量的金屬直接澆入金屬模內(nèi)，然后在一定時(shí)間內(nèi)以一定壓力作用于液態(tài)或半液態(tài)金屬上使之成型的一種方法特性(1)鍛件的強(qiáng)度指標(biāo)可以接近或達(dá)到模鍛件的水平，組織致密均勻，性能優(yōu)良。(2)鍛件外形準(zhǔn)確，表面粗糙度低，有時(shí)可不用進(jìn)行機(jī)械加工。(3)液態(tài)模鍛可以一次成型，不像一般模鍛要多個(gè)模膛，而且液態(tài)金屬充滿模膛要比一般模鍛容易得多，因而可提高生產(chǎn)率，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，也節(jié)省了大量模具鋼。(4)液態(tài)模鍛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。不像壓鑄需要