第三章锻压.

第三章锻压引言：1、锻压的概念锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成型加工方法，使锻造和冲压的总和。锻造：一般是将轧制圆钢、方钢（中、小锻件）或钢锭（大锻件）加热到高温状态后进行加工。板料冲压：是在冲床上用冲模使金属或非金属板料产生分离或变形而获得制件的加工方法。板料冲压通常在室温下进行，所以又叫冷冲压。（用于冲压的材料必须具有良好的塑性，常用的有低碳钢、高塑性合金钢、铝和铝合金、铜和铜合金等金属材料以及皮革、塑料、胶木等非金属材料。）金属塑性变形分为冷变形和热变形两种。(1)冷变形对金属组织和性能的影响冷变形是再结晶温度以下的变形。组织变化冷变形强化产生残留应力(2)热变形对金属组织和性能的影响热变形是再结晶温度以上的变形。改善金属的组织和性能使金属性能各向异性2、锻压的特点(2)节约金属材料比如在热轧钻头、齿轮、齿圈及冷轧丝杠时节省了切削加工设备和材料的消耗。(1)改善金属组织、提高力学性能锻压的同时可消除铸造缺陷，均匀成分，形成纤维组织，从而提高锻件的力学性能。(3)较高的生产率比如在生产六角螺钉时采用模锻成形就比切削加工效率约高50倍。（4）锻压主要生产承受重载荷零件的毛坯，如机器中的主轴、齿轮等，但不能获得形状复杂的毛坯或零件。1)轧制使金属坯料在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，改变其性能，获得所要求的截面形状的加工方法。（视频）2)挤压将金属坯料置于挤压筒中加压，使其从挤压模的模孔中挤出，横截面积减小，获得所需制品的加工方法。3)拉拔坯料在牵引力作用下通过拉拔模的模孔拉出，产生塑性变形，得到截面细小、长度增加的制品的加工方法，拉拔一般是在冷态下进行。4)自由锻用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间，使坯料受冲击力作用而变形，获得所需形状的锻件的加工方法。3、锻压的基本生产方式5)模锻利用模具使金属坯料在模膛内受冲击力或压力作用，产生塑性变形而获得锻件的加工方法。6)板料冲压用冲模使板料经分离或成形得到制件的加工方法。在上述的六种金属塑性加工方法中，轧制、挤压和拉拔主要用于生产型材、板材、线材、带材等；自由锻、模锻和板料冲压总称锻压，主要用于生产毛坯或零件。二、金属的可锻性金属的可锻性是指金属锻压变形难易程度的一种工艺性能。可锻性常用塑性和变形抗力两个指标来综合衡量。塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性越好。塑性用δ和ψ来表示。变形抗力：是指塑性变形是金属反作用于工具上的力。影响金属的塑性和变形抗力的因素(1)化学成分纯铁的可锻性比碳钢的好，低碳钢的可锻性比高碳钢的好(2)金属组织固溶体的可锻性好，碳化物的可锻性差;晶粒细小有均匀的组织可锻性好。(3)变形温度提高金属变形时的温度，改善了金属的可锻性。当温度过高时，金属会产生过热、过烧缺陷，使塑性显著下降。(4)变形速度41(5)应力状态压应力数目越多，塑性越好；拉应力数目越多，塑性越差；应力状态对于变形抗力的影响为：同号应力状态下的变形抗力大于异号状态下的变形抗力。所以，在选择变形方法时，对于塑性高的金属，变形时出现拉应力有利于减少能量消耗；对于塑性低的金属应尽量采用三向压应力以增加塑性，防止裂纹。三、锻造比锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法。拔长时的锻造比为Y拔=S0/S=L/L0镦粗时的锻造比为Y镦=H0/H=S/S0一般情况下，增加锻造比，对改善金属的组织和性能是有利的。但是锻造比太大是无益的。第二节自由锻1、自由锻的分类、特点及应用自由锻的适应性强，灵活性大，生产周期短，成本低。缺点是锻件尺寸精度低，加工余量大，金属材料消耗多，生产率低，劳动强度大、条件差，要求操作者的技术水平较高。自由锻适合于单件、小批和大型锻件的生产。自由锻是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的几何形状及内部质量锻件的方法。2、自由锻设备１）自由锻常用设备空气锤蒸汽—空气锤液压机利用压缩空气推动锻锤进行工作。以落下部分质量来表示锻造能力；常用吨位为65—750千克，用于锻造小型锻件。利用一定蒸汽或压缩空气推动锻锤进行工作。常用吨位为1—5吨，用于锻造中型锻件，是模锻的主要设备。利用高压水为动力进行工作。靠静压力工作。常用吨位为5~150吨，用于锻造大型锻件，是大型锻件的唯一设备。2）自由锻常用工具3、自由锻工序自由锻工序分为基本工序、辅助工序和精整工序。基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割等，见表12—1；辅助工序包括压钳口、倒棱、压肩等；精整工序是对已成形的锻件表面进行平整，清除毛刺、校直弯曲、修整鼓形等。二、自由锻工艺规程的制订工艺规程是指导生产的基本技术文件。编制自由锻工艺规程应遵循设计自由锻零件时，必须考虑锻造工艺是否方便、经济和可能；零件的形状应尽量简单和规则。（零件的结构不合理，将使锻造操作困难，降低生产率和造成金属的浪费）自由锻的工艺规程主要有以下内容绘制锻件图坯料质量和尺寸的计算选择锻造工序选择锻造设备选择坯料加热、锻件冷却和热处理方法1、绘制锻件图锻件图是根据零件图绘制的。自由锻件的锻件图是在零件图的基础上考虑了工艺余块、加工余量、锻造公差等之后绘制的图。模锻件的锻件图还应考虑分模面的选择、模锻斜度和圆角半径等。锻件图的绘制方法如下：1）锻件的形状用粗实线，同时用假想线（双点划线）描绘出零件的形状。2）锻件的尺寸和公差标注在尺寸线的上面，零件的尺寸和公差用括号标注在尺寸线的下面或侧面。3）图上无法标注的技术要求，如锻造温度范围、锻造比、氧化缺陷、脱碳层深度等以技术条件方式用文字说明。2、计算坯料质量与尺寸坯料的质量为锻件的重量与锻造时各种金属损耗的重量之和，可按下式进行计算：m坯=m锻+m烧+m芯+m切式中m坯--坯料重量；m锻--锻件重量；m烧--加热时坯料表面氧化烧损的重量与所用加热设备类型等因素有关，可参考相关资料；m芯--冲孔时的芯料重量；m切--锻造中被切掉的金属重量。坯料尺寸根据计算出的坯料重量即可计算杯料的体积，最后依据选择的坯料截面尺寸确定其长度。2、计算坯料质量与尺寸坯料的质量为锻件的重量与锻造时各种金属损耗的重量之和，可按下式进行计算：m坯=m锻+m烧+m芯+m切式中m坯--坯料重量；m锻--锻件重量；m烧--加热时坯料表面氧化烧损的重量与所用加热设备类型等因素有关，可参考相关资料；m芯--冲孔时的芯料重量；m切--锻造中被切掉的金属重量。坯料尺寸根据计算出的坯料重量即可计算杯料的体积，最后依据选择的坯料截面尺寸确定其长度。3、选择锻造工序通常，自由锻件的成形过程是由一系列锻造工序组合而成的，工序的选择主要是根据锻件的形状和工序的特点来确定（表12-2）。1）盘类圆环类锻件包括各种圆盘、叶轮、齿轮、模块等，其特点是横向尺寸大于高度尺寸，或者二者相近。锻造基本工序是镦粗，其中带孔的件需冲孔。2）空心类锻件包括各种圆环、齿圈、轴承环和各种圆筒、缸体、空心轴等，锻造空心件的基本工序有镦粗、冲孔、马杠扩孔、芯棒拔长等。3）轴杆类锻件包括各种圆形截面实心轴，如传动轴、轧辊、立柱、拉杆等，还有矩形方形、工字形截面的杆件如摇杆、杠杆、推杆、连杆等，锻造轴杆件的基本工序是拔长，但对于截面尺寸相差大的铸件，为满足锻造比的要求，则需采取镦粗一拔长工序。4）曲轴类锻件包括单拐和多拐的各种曲轴，目前锻造曲轴的工艺有自由锻、模锻、全流线挤压锻等。其中自由锻的力学性能差，加工余量大，只在单件或小批生产中应用。其基本工序有拔长、错移和扭转。5）弯曲类锻件包括各种具有弯曲轴线的锻件，如吊钩、弯杆、曲柄、轴瓦盖等，基本工序是拔长、弯曲。6）复杂形状锻件包括阀体、叉杆、十字轴等，锻造难度大，应根据锻件形状特点，采用适当工序组合锻造。三、自由锻锻件结构工艺性1、零件结构应尽可能简单、对称、平直；要求锻件外形尽可能由平面和圆柱面组成。一些难以锻出的形状，小的孔和凹槽可用填加余块的办法简化锻件形状。2、应避免零件上的锥形、楔形结构；3、不允许有小凸台为便于切削加工和装配而设计的小凸台可用沉头孔代替。4、零件上不允许有加强筋；为了增加强度，可适当增加薄壁筒的外径，或待薄壁筒锻好后再将加强肋焊上去。5、应避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交；复杂的相贯线无法锻出，改为圆柱体端面与截柱体的平面相交便于锻制。或将各圆柱体锻出后再焊成整体。对横截面尺寸相差很大或形状复杂的零件，应尽可能分别对其进行锻造，然后用螺纹连接。如下图：螺纹连接第三节模锻模锻：是在高强度金属锻模上预先制出于锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形，由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时能得到和模膛形状相符的锻件。模锻与自由锻相比，具有以下特点：1）生产率高、易于机械化，可成批大量生产；2）锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小，可以减少机械加工余量和余块的数量，节省金属材料和加工工时。但是，模具费用昂贵，需要能力较大的专用设备，所以只有在大批大量生产时采用模锻才是经济合理的，模锻件的重量一般在150kg以下。一、锤上模锻锤上模锻是较为常用的模锻方法，所用设备主要是蒸汽-空气模锻锤。形状简单的锻件可在单模槽内锻造成形，称单模槽模锻，见图；复杂的锻件，必须在几个模槽内锻造后才能成形，称多模槽模锻，见图分类：按设备类型模锻可分为锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等。一、锤上模锻锻模由上、下模组成。上模和下模分别安装在锤头下端和模座上的燕尾槽内，用楔贴紧固。上、下模合在一起，形成完整的模膛。根据模膛功用不同，分为模锻模膛和制坯模膛。1.模锻模膛模锻模膛又可分为预锻膛和终锻模膛。（1）预锻模膛为了改善终锻时金属的流动条件，避免产生充填不满和折迭，使锻坯最终成形前获得接近终锻形状的模膛，它可提高终锻模膛的寿命。其结构比终锻模膛高度大、宽度小、无飞边槽，模锻斜度和圆角大。（2）终锻模膛模锻时最后成形用的模膛，和热锻件图上相应部分的形状、尺寸一致。模膛周围设飞边槽，通孔锻件需留冲孔连皮。2、制坯模膛——用以初步改变毛坯形状、合理分配金属，以适应锻件横截面积和形状的要求，使金属能更好地充满模锻模膛的工序称为制坯工序。1）拔长模膛作用是减少坯料某部分的横截面面积，增加该部分的长度，当模锻件沿轴向各横截面积相差较大时，采用拔长模膛。2）滚压模膛其作用是减小坯料某部分横截面积，增大另一部分的横截面积。当模锻件沿轴线的各横截面面积相差不很大时或作修整拔长后的毛坯时，采用滚压模膛。3）弯曲模膛其作用是弯曲杆类模锻件的坯料4）切断模膛其作用是切断金属。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，用它来分离成单个件。1）拔长模膛作用是减少坯料某部分的横截面面积，增加该部分的长度，当模锻件沿轴向各横截面积相差较大时，采用拔长模膛。2）滚压模膛其作用是减小坯料某部分横截面积，增大另一部分的横截面积。当模锻件沿轴线的各横截面面积相差不很大时或作修整拔长后的毛坯时，采用滚压模膛。3）弯曲模膛其作用是弯曲杆类模锻件的坯料4）切断模膛其作用是切断金属。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，用它来分离成单个件。（二）模锻工艺规程的制订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、选择设备及安排修整工序等。1、制订模锻锻件图模锻锻件图是制造和检验终锻模膛的依据。这是以零件图为基础，考虑了分模面的选择、加工总余量、公差、余块、模锻斜度和圆角半径等绘制的。（1）分模面的选择选择分模面位置最基本的原则是：应选在锻件具有最大水平投影尺寸的位置上，最好为锻件中部的一个平面，并使锻件上所加余块最少，上、下模膛深度最浅且尽可能基本一致。4）要保证锻模容易制造。分模面最好做成平面，且上下模膛深度基本一致。（对于头部尺寸明显偏大的锻件，最好用曲面分模）5）要保证锻件上所加的余块最少。饼块类锻件的高度小于或等于直径时，应取径向分模；有流线方向要求的锻件，应考虑锻件工作时的受力特点。1）要保证模锻件能从模膛中取出。一般情况下，分模面应选在模锻件最大尺寸的截面上。2）要保证金属容易充满模膛，有利于锻模制