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即可单件、小批量生产，更可在大批量生产中采用。
在机械制造生产中，锻造占据非常重要的位置，是重要的加工方法之一。
锻造广泛用于冶金、机械、造船、航空、航天等领域。
锻造的基本方法有自由锻造、模型锻造、胎模锻和特种锻造等。
一般锻件的生产工艺过程是：
下料→坯料加热→锻造成形→冷却→锻件检验→热处理→锻件毛坯。
冲压成形是利用冲压设备和模具，使板料产生分离或塑性变形，以获得一定形状、尺寸和性能的制件的加工方法。
冲压成形通常用来加工塑性良好的金属材料（如铜、铝及其合金、低碳钢及低碳合金钢等）薄板（板料厚度小于6mm），故称为板料冲压；
又因为冲压成形通常在常温下进行，不需要对板料进行加热，所以有时又称为冷冲压。
有些非金属材料，如木板、皮革、硬橡胶、云母片、石棉板、硬纸板等，也可采用冲压加工。
冲压成形的特点是生产率高，操作简便，便于实现机械化和自动化，大批量生产时成本低；
制品尺寸形状复杂、精度高，互换性好，一般不需要切削加工或仅需少量切削加工即可装配使用；
制品重量轻、强度高、刚性大，材料利用率高。
但冲压成形所用模具结构复杂，加工精度高，制造成本高，故适合大批量生产。
冲压成形在汽车、拖拉机、电机、电器、仪表、飞机、日常用品及国防工业生产中得到广泛应用。
冲压成形的基本工序有分离工序（如剪切、落料、冲孔等）和成形工序（如弯曲、拉深、翻边等）两大类。
5.2锻压设备
5.2.1锻造加热设备
锻造加热设备按照热源可分为火焰炉和电加热设备两大类。
5.2.1.1火焰炉
（1）手锻炉手锻炉是以煤或焦炭为燃料的火焰加热炉，坯料直接放置在燃料上进行加热。
手锻炉结构简单，砌造容易，操作简便，但加热温度不易控制，工件温度不均匀，燃料消耗量大，生产率低，一般用于手工或小型空气锤自由锻造时加热坯料。
手锻炉结构示意如图5-1所示。
图5-2反射炉结构示意图
图5-1手锻炉结构示意图1-燃烧室2-火墙3-加热室4-炉门
1-烟罩2-炉膛3-风门4-鼓风机5-坯料6-烟囱7-鼓风机8-烟道
5-风管6-灰坑7-炉栅9-换热器10-送风管
手锻炉的操作和维护注意事项：
a．点火前先关风门，开动鼓风机；
在炉膛内铺上刨花或废油棉纱。
b．点火后，先开小风量，并向火苗周围加干煤（或焦炭）；
干煤燃烧后再添加湿煤，并加大风量。
c．煤烧旺后先关闭风门，将坯料依次放入煤中温度最高处，记清先后次序；
装取坯料要穿戴护具。
d．每隔一段时间要翻转一次坯料，使其各部分温度均匀；
经常调节风门以控制炉温。
e．及时加煤和清理煤渣，保持炉火旺盛。
f．取坯料时要先关闭风门，防止烧伤或烫伤；
坯料按顺序取出锻造。
g．定期检修炉体，经常维护保养辅助设施。
（2）反射炉反射炉也是以煤为燃料的火焰加热炉，其构造如图4-2所示。
反射炉的结构较手锻炉要复杂，但燃料消耗量小，温度均匀，加热质量好，一般锻造车间普遍使用。
反射炉的工作原理是：
煤在燃烧室内燃烧，火焰和高温炉气通过火墙从炉子拱顶反射到加热室内加热坯料，加热室的温度可达1350℃左右；
燃烧所需空气是经换热器预热后送入燃烧室来提高加热炉的热效率；
废气经烟道由烟囱排出。
反射炉的操作和维护注意事项参照手锻炉的有关事项，同时要注意：
装、取坯料时要防止碰撞炉壁和炉底；
加热坯料的大小要与炉子规格相适应，不能用小炉子加热大坯料，以免炉子经受高温的时间过长而受损伤；
要经常清除落在加热室内的氧化皮，减轻氧化皮对炉底耐火材料的侵蚀。
（3）煤气炉和油炉煤气炉和油炉加热时由喷嘴将煤气或油与空气直接喷射到加热室内进行燃烧加热坯料；
燃烧后的废气由烟道排出。
煤气炉和油炉结构简单、紧凑，操作方便，热效率高，被广泛应用。
4.2.1.2电加热设备
（1）电阻炉电阻炉是利用电流通过电阻元件产生电阻热，以辐射和对流的方式将热量传递给坯料，使其加热到所需要的温度。
电阻炉结构简单，操作方便，劳动条件好，加热温度容易精确控制，并可通入保护性气体，以防止或减少坯料的氧化。
但电能消耗大，成本高，加热时间较长。
电阻炉适合加热中、小型单件或小批量的加热质量要求较高的坯料。
（2）工频、中频感应加热炉工频、中频感应加热炉是利用坯料内部感应的涡流产生的电阻热加热坯料。
工频、中频感应加热炉加热速度快，加热质量好、效率高，适合加热批量大、质量要求高的特定形状的小型坯料。
5.2.2锻造成形设备
锻造成形设备很多，按其工作原理可分为两大类：
一类是以冲击力使金属材料产生塑形变形，如锻锤；
另一类是以静压力使金属材料产生塑形变形，如液压机。
以下仅介绍常用的锻造成形设备。
5.2.2.1锻锤
（1）空气自由锻锤空气自由锻锤是生产小型锻件的常用设备，可用于自由锻和胎模锻，进行中小批量生产。
空气锤的结构由锤身、传动部分、落下部分、操纵配气机构和砧座等几部分组成。
其结构如图5-3所示。
空气锤的工作原理是：
电机通过减速机构减速和曲柄连杆机构带动压缩缸内压缩活塞作往复上下运动。
当压缩活塞向下运动时，压缩空气经过操纵机构的下旋阀进入工作缸内工作活塞的下部，使锤杆提起；
当压缩活塞向上运动时，压缩空气经过操纵机构的上旋阀进入工作缸内工作活塞的上部，使锤杆向下运动，实现对坯料的锻打动作。
如此往复运动，就产生锤杆上下往复运动，借助其冲击力使坯料产生塑性变形，从而获得预定形状的锻件。
空气锤是以落下部分（工作活塞、锤杆及上砧铁）的总质量来表示其规格。
国产的空气锤规格为65kg～750kg。
空气锤产生的冲击力（N），一般是落下部分质量（kg）的10000倍左右。
常用空气锤的规格和锻造能力见表5-1。
空气锤接通电源后，通过脚踏杆或手柄操纵上、下旋阀，可使空气锤实现传动部分空转（锤头停在下砥铁上）、锤头上悬、锤头下压、单次打击和连续打击等五种动作，便于在生产中使用。
空转空转时空气锤的压缩缸和工作缸的上、下部分都与大气相通，锤头靠自重停在下砥铁上，而电机与传动部分空转，空气锤不工作。
锤头上悬锤头上悬时空气锤的压缩缸和工作缸的上部都经上旋阀与大气相通；
压缩空气只能经下旋阀进入工作缸的下部，下旋阀内的逆止阀阻止压缩空气倒流，使锤头保持在上悬位置。
锤头上悬时可在下砥铁上更换锻件，或检查锻件尺寸、清除氧化皮及更换和调整工具等。
锤头下压锤头下压时空气锤的压缩缸的上部和工作缸的下部都与大气相通；
压缩空气只能由压缩缸下部进入工作缸的上部，使锤头向下压紧锻件。
锤头下压时可进行锻件的弯曲和扭转等操作。
连续打击连续打击时空气锤的压缩缸和工作缸都不与大气相通，压缩活塞将压缩空气交替压入工作缸的上、下腔，推动锤头上、下往复运动，进行连续打击。
单次打击单次打击是由连续打击演变而来的。
操纵手柄由上悬位置推到连续打击位置，再迅速退回到上悬位置，锤头的运动轨迹由上悬位置运动到下砥铁位置，然后迅速回到上悬位置，实现单次打击。
连续打击和单次打击力的大小是通过调节下旋阀来实现的：
手柄扳转角度大，通气孔开启大，打击力就大；
手柄扳转角度小，通气孔开启小，打击力就小。
a）b）
图5-3空气锤的结构示意图
a）外形图b）工作原理图
1-脚踏杆2-砧座3-砧垫4-下砥铁5-上砥铁6-锤头
7-工作缸8-下旋阀9-上旋阀10-压缩缸11-手柄12-锤身
13-减速机构14-电机15-工作活塞16-压缩活塞
表5-1常用空气锤的规格和锻造能力
规格
落下部分质量/kg
坯料最大尺寸/mm
电机功率/kW
圆柱直径
圆柱高度
方料边长
方料高度
C41—65
65
85
40
7
C41—75
75
7.5
C41—150
150
50
80
17
C41—200
200
160
60
95
22
C41—250
250
175
100
C41—400
400
110
30
C41—560
560
130
C41—750
750
300
55
（2）蒸汽-空气自由锻锤蒸汽-空气自由锻锤是生产中型锻件或较大型锻件的常用设备，可用于自由锻和胎模锻，进行中小批量生产。
蒸汽-空气自由锻锤利用0.6～0.9MPa的蒸汽或压缩空气驱动。
其主要组成部分有锤身、气缸、砧座、锤头、锤杆和操作控制系统等，并另配备蒸汽锅炉或空气压缩机等辅助设备。
蒸汽-空气自由锻锤也是以落下部分的总质量来表示其规格，常用的规格为500kg～5000kg。
（3）蒸汽-空气模锻锤用于大中批量生产，可进行多模膛锻造。
蒸汽-空气模锻锤的构造如图5-4所示。
图5-4蒸汽-空气模锻锤图5-5水压机本体结构示意图
1-砧座2-模座3-下模4-锤身5-导轨6-锤杆1、2-管路3-回程柱塞4-回程缸5-回程横梁
7-活塞8-汽缸9-保险汽缸10-配汽阀11-节汽阀6-拉杆7-密封圈8-上砧9-下砧10-下梁
12-汽缸底板13-马刀形杠杆14-杠杆15-锤头11-立柱12-活动横梁13-上梁14-工作柱塞
16-上模17-踏板18-减震垫木19-地基15-工作缸
5.2.2.2液压机
液压机常用来生产大型自由锻件和模锻件。
根据所使用的液体类型，可分为水压机和油压机两大类。
图5-5为水压机本体结构示意图。
水压机的工作原理是根据帕斯卡液体静压定律。
将高压水通入工作缸，推动工作柱塞使活动横梁沿立柱下压；
回程时，将高压水通入回程缸，由回程柱塞和回程拉杆将活动横梁沿立柱提起。
活动横梁的上、下运动实现了对坯料的施压过程。
水压机作用在坯料上的是静压力，水压机的规格以水压机产生的静压力大小来区分。
一般用于自由锻造的水压机的规格为8～125×
106N。
水压机和锻锤相比，工作时噪音和振动小，劳动条件好；
设备工作效率高，生产效率高；
采用静压力成形，加压时间长，锻件变形速度慢，有利于金属的再结晶；
水压机行程内任何高度的锻件都能达到相同的锻造力，便于将锻件锻透；
对厂房结构和地基的要求低。
5.2.2.3螺旋压力机
（1）摩擦压力机摩擦压力机的结构如图4-6所示。
电机经皮带轮带动可作轴向往复移动的两个同轴摩擦盘旋转；
摩擦盘交替压向飞轮，能使飞轮实现正、反旋转，并通过与飞轮联结的螺杆推动滑块上下移动；
滑块向下接触坯料时，储存在旋转的飞轮中的动能冲击能，打击坯料使其成形。
摩擦压力机适用于模锻。
在中小批量生产的锻造车间里，采用摩擦压力机模锻具有一定的优越性：
摩擦压力机产品价格较低；
结构简
单，使用振动小，劳动条件好；
对厂房结构和图5-6摩擦压力机的结构示意图
地基的要求低；
锻件质量好；
设备的维护保养1-床身2-横梁3、4-支架5-轴承较简单易行，操作也较安全。
但生产率不太高，6-轴7-螺杆8-螺母9-滑块
传动效率较低，也不允许进行超出螺杆直径的10-皮带11、12-摩擦盘13-电机
偏心锻造。
14-飞轮15-顶出液压装置
（2）液压螺旋压力机液压螺旋压力机种类较多，有的能承受一定的偏心载荷；
采用液压驱动，提高了传动效率和行程次数，使结构紧凑，便于实现机械化和自动化。
液压螺旋压力机主要用于模锻。
5.2.3冲压成形设备
冲压设备有：
剪板机、剪切冲型机、冲床及各种液压机等。
常用的是剪板机和冲床。
5.2.3.1剪板机
剪板机（又称剪床）的主要用途是将板料剪切成一定宽度的条料，以供冲压使用。
a）外形图b）传动示意图
图5-7剪板机结构示意图
1-电机2-带轮副3-曲轴4-制动装置
5-滑块及上刀刃6-工作台及下刀刃7-离合器
剪板机的结构如图5-7所示。
电机通过带轮使传动轴转动；
经过传动轴联结的齿轮对传动及离合器使曲轴转动；
曲轴通过连杆带动滑块沿导轨作上、下运动；
上刀刃装在滑块上，下刀刃装在工作台上，上、下刀刃的配合完成对板料的剪切，使板料被剪断；
当滑块完成上、下一次行程后，离合器脱离，曲轴借助制动装置的作用停在上极限位置，为下一次行程做好准备。
一般剪切厚度小于10mm板料的剪板机多为机械传动，剪切厚度大于10mm板料的剪板机多为液压传动。
剪板机的主要技术参数是通过所剪板材的厚度及宽度来体现的，如Q11-2×
1000型剪板机，表示能剪厚度为2mm，宽度为1000mm的板材。
剪切宽而薄的板料宜选用斜刃剪板机，其上、下刃间的夹角约为1～3º
；
剪切窄而厚的板材时，应选用平刃剪板机。
剪切的板料厚度不能超过剪板机允许剪裁的最大厚度，以免剪板机过载而损坏。
剪板机使用前，应根据板材的厚度和材质调整好上、下刃口的间隙，通常板材越厚越硬，刃口间隙越大。
5.2.3.2冲床
冲床又称压力机，是通用性冲压设备，可用来冲孔、落料、切断、拉深、弯曲、成形等冲压工序。
冲床按型式可分为开式和闭式；
按工作台结构可分为固定台、可倾斜式和升降台式等。
以开式双柱可倾斜式冲床为例，其外形图和传动示意图见图5-8。
电机通过小带轮、大带轮使传动轴和小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮转动；
当离合器闭合时，大齿轮带动曲轴转动，曲轴通过连杆带动滑块作上下往复直线运动；
冲模的上模装在滑块上，随滑块上下运动，当上、下模结合时即完成一次冲压工序。
当离合器松开后，大齿轮空转，曲轴因制动器作用而停在上极限位置，以便下一次冲压。
冲床可以单行程工作，也可实现连续性工作。
a）外形图b）传动示意图
图5-8开式双柱可倾斜式冲床
1-电机2-小带轮3-大带轮4-小齿轮5-大齿轮6-离合器
7-曲轴8-制动器9-连杆10-滑块11-上模12-下模
13-垫块14-工作台15-床身16-底座17-脚踏板18-按钮
冲床的主要技术参数反映了冲床的工艺能力、所能加工零件的尺寸范围及生产率等指标，是选择冲床和设计模具的主要依据。
冲床的主要技术参数有：
（1）公称压力冲床工作时，滑块在到达下极限位置前某一特定距离或曲轴旋转到下极限位置前某一特定角度时，滑块上所允许的最大作用力，常用kN表示。
冲压时工件的变形力必须要低于冲床的公称压力。
（2）滑块行程滑块从上极限位置到下极限位置所运动的距离（mm）。
（3）滑块行程次数冲床连续工作时，滑块每分钟运动的行程次数。
滑块行程次数是反映冲床生产率的指标。
（4）封闭高度滑块到达下极限位置时，其下表面到工作台面的距离（mm）。
封闭高度是可调节的，调节方法是将连杆制成螺杆，通过螺纹的旋入深度来改变连杆的长度，从而达到改变封闭高度。
封闭高度、工作台尺寸及滑块下表面尺寸等技术参数是设计模具的主要依据。
5.3锻造成形
5.3.1锻造加热
5.3.1.1锻造加热的目的
少数具有良好塑性的金属在常温下也能锻造成形，但变形量受到一定限制，而且变形抗力很大，有时难以达到预期的成形要求。
金属材料通过加热，随着温度的升高，材料的塑性提高，强度降低，并能使材料内部组织均匀化。
因此，金属材料在高温下锻造，可以提高材料的塑性变形量，降低变形抗力。
锻造前对金属材料进行加热，是锻造工艺过程中的一个重要环节。
5.3.1.2锻造温度范围
锻造温度范围是指金属开始锻造的温度（始锻温度）至终止锻造的温度（终锻温度）间的温度间隔。
始锻温度的确定原则是：
保证金属在加热过程中不产生过热和过烧的前提下，尽可能取高的温度。
这样便能扩大锻造温度的范围，以便有充足的时间进行锻造，减少加热次数，降低材料的烧损，提高生产率。
钢的始锻温度通常低于其固相线100～200℃。
终锻温度的确定原则是：
保证金属停锻前具有足够的塑性，并且在停锻后能获得细小的晶粒组织。
终锻温度过高，不仅缩小锻造温度范围，而且停锻后金属在冷却过程中晶粒会继续长大，因而降低锻件的强度和冲击韧性等力学性能；
终锻温度过低，材料的塑性差，变形抗力大，难以继续变形，易出现锻裂现象，且容易损坏锻造设备。
常用钢材的锻造温度范围可参见表5-2。
表5-2常用钢材的锻造温度范围
种类
牌号列举
始锻温度/℃
终锻温度/℃
碳素结构钢
Q235，Q255
1250
700
优质碳素结构钢
08，15，20，35
800
40，45，60
1200
合金结构钢
12Mn，16Mn，30Mn
30Mn2，40Mn2，30Cr，40Cr，45Cr，30CrMnTi，40Mn
40CrNiMo，35CrMo
1150
850
碳素工具钢
T8，T8A
T10，T10A
1100
770
合金工具钢
5CrMnMo，5CrNiMo
W18Cr4V
900
金属加热的温度可由加热设备的控温仪表来测定。
但对于采用火焰炉等没有控温仪表的加热设备，加热的温度一般凭操作人员的经验，通过观察被加热工件的火色来判断。
碳素钢的火色与其对应的大致温度关系见表5-3。
表5-3碳素钢的火色与其对应的大致温度
火色
赤褐
暗红
樱红
淡红
黄
淡黄
黄白
温度/℃
600
1300
5.3.1.3锻造加热缺陷及防止措施
金属在加热过程中，受到加热条件的限制，可能会产生缺陷。
常见的缺陷有：
氧化、脱碳、过热、过烧和裂纹等。
（1）氧化加热时，工件表层金属与炉气中的氧化性气体（O2、CO2、H2和SO2等）发生化学反应而生成氧化皮，这种现象称为氧化。
氧化皮的形成造成金属材料的损耗，同时影响锻件的质量和炉子的寿命，在模锻时还会加剧锻模的磨损。
锻件每加热一次，由于
氧化而造成的烧损量约占坯料质量的2～3﹪。
对于一般的火焰炉，减少坯料氧化的措施是在保证加热质量的前提下，应尽量采用快速加热，缩短加热时间，尤其是高温阶段的时间；
尽量采用少装料、勤装料的操作方法；
在燃料完全燃烧的情况下，严格控制送风量，以免炉内氧气过剩，产生过多的氧化皮；
或采用中性、还原性气氛加热等。
（2）脱碳钢材在加热过程中，其表层的碳与炉气内的氧化性气体发生化学反应，造成钢材表层中碳元素的烧损而降低表层的含碳量，这种现象称为脱碳。
钢材脱碳后，其表层的性质变软，强度和耐磨性降低。
对于重要零件和精密锻件是不允许有脱碳层存在的。
如果脱碳层的深度小于锻件的加工余量，则脱碳层被后续的切削加工除去，对零件使用性能不构成危害，否则就会严重影响零件的使用性能。
减少坯料脱碳的措施是加热前在坯料的表面涂保护涂料；
控制炉内气氛中氧和氢的含量；
采用快速加热，缩短高温阶段的加热时间，加热好的坯料尽快出炉锻造等。
（3）过热当坯料加热温度过高或在高温下停留时间过长，使组织晶粒显著长大变粗的现象称为过热。
过热的坯料锻造时容易产生裂纹，锻后组织的晶粒仍粗大，降低材料的力学性能。
坯料过热主要与加热温度有关。
当温度未达到过热温度时，加热时间长短对晶粒显著粗化影响并不大。
对过热所造成的粗晶粒组织，可用再次锻造或正火等热处理方法消除，但会增加工序、降低生产效率并提高成本。
故在锻造时要严格控制加热温度和时间，防止出现过热现象。
（4）过烧当坯料加热温度接近或超过其固相线时，坯料组织的晶界出现氧化及熔化的现象称为过烧。
过烧的材料一经锻打即会碎裂，是无法挽救的缺陷。
避免坯料过烧的方法是严格控制锻造加热温度。
一般钢材的加热温度必须低于其熔点100℃以上，合金钢的加热温度还应更低一些。
（5）裂纹大型锻件或导热性能较差的金属材料在加热时，若加热速度过快，坯料内外温差较大，会产生很大的热应力，严重时造成坯料内部产生裂纹。
裂纹也是无法挽救的缺陷。
为防止裂纹产生，对于大型锻件或导热性能较差的金属材料，要防止坯料入炉温度过高和加热速度过快，一般应采取预热措施。
5.3.2自由锻造
自由锻造简称自由锻，是指采用简单的通用工具，或直接在锻造设备的上、下砧间进行锻造，使坯料变形而获得所需的几何形状和内部质量的锻件的方法。
自由锻可分为手工自由锻（简称手工锻）和机器自由锻（简称机锻）。
自由锻的基本任务是经济地获得所需锻件的形状、尺寸和内部质量。
自由锻的锻件形状简单，精度低，劳动强度大，生产效率低，主要用于单件和小批量生产，也是特大型锻件的唯一生产方法。
5.3.2.1自由锻的基本工序
自由锻的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、扭转、切割和错移。
（1）镦
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