锻造和板料冲压参考资料.docx
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锻造和板料冲压参考资料
锻造和板料冲压
锻造和板料冲压总称为锻压。
锻压是对金属坯料施加一外力，使之产生塑性变形，从而获得具有一定尺寸、形状和内部组织的毛坯或零件的一种压力加工方法。
锻造能消除金属铸锭中的一些铸造缺陷，使其内部晶粒细化，组织致密，力学性能显著提高。
所以重要的机器零件和工具部件，如车床主轴、高速齿轮、曲轴、连杆、锻模、和刀杆等大都采用锻造制坯。
3.1锻造
锻造的工艺方法主要有自由锻、模锻和胎膜锻。
生产时，按锻件质量的大小，生产批量的多少选择不同的锻造方法。
3.1.1自由锻
锻造时，金属坯料受上下抵铁的压缩变形，而向四周为自由的塑性流动，故称为自由锻。
由于工件的尺寸和形状要靠操作技术来保证，所以自由锻要求工人有较高的技术水平。
自由锻生产率低，加工余量大，但工具简单，通用性大，故被广泛用于锻造形状较简单的单件、小批生产的锻件。
3.1.1.1坯料的加热
金属材料在一定温度范围内，随温度的上升其塑性会提高，变形抗力会下降，用较小的变形力就能使坯料稳定地改变形状而不出现破裂，所以锻造时要对工件加热。
（1）始锻温度与终锻温度允许加热达到的最高温度称为始锻温度，停止锻造的温度称为终锻温度。
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3-1所示。
表3-1常用金属材料的锻造温度范围
材料种类始锻温度/℃终锻温度/℃低碳钢1200~1250800中碳钢1150~1200800合金结构钢1100~1180850
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：
温度（℃）130012001100900800700小于600火色白色亮黄黄色樱红赤红暗红黑色
（2）加热缺陷对锻件加热不当，则会产生以下缺陷。
1）过热加热温度超过该材料的始锻温度，或在高温下保温过久，金属材料内部的晶粒会变得粗大，这种现象称为过热。
过热使锻坯的塑性下降，可锻性变差。
可通过重结晶退火的方法使晶粒重新细化。
2）过烧加热温度远远高于始锻温度，接近该材料的熔点，晶粒边界发生严重氧化而使晶粒间失去结合力，这种现象称为过烧。
过烧的坯料一经锻打即会碎裂，是不可修复的缺陷。
图3-1红外箱式炉
1—踏杆2—炉门3—炉膛4—温度传感器5—硅碳棒冷端6—硅碳棒热端7—耐火砖8—反射层3）氧化和脱碳加热时钢料与高温的氧、二氧化碳和水蒸气接触，使坯料表面产生氧化皮和脱碳层。
每次加热的氧化烧损量约占坯料总重量的2~3%，下料计算时必须加上这个烧损量。
（3）加热炉锻件加热可采用一般燃料如焦炭、重油等进行燃烧，利用火焰加热，也可采用电能加热。
典型的电能加热设备是高效节能红外箱式炉，其结构如图3-1所示。
它采用硅碳棒为发热元件，并在内壁涂有高温烧结的辐射涂料，加热时炉内形成高辐射均匀温度场，因此升温快，单位耗电低，达到节能目的。
红外炉采用无级调压控制柜与其配套，具有快速启动，精密控温，送电功率和炉温可任意调节的特点。
自由锻设备有空气锤、蒸汽-空气锤和水压机等，分别适合小、中和大型锻件的生产。
（1）空气锤的结构和工作原理空气锤的结构如图3-2所示，由锤身、压缩缸、工作缸、传动机构、操纵机构、落下部分及砧座等组成。
空气锤的公称规格是以落下部分的质量来表示的。
落下部分包括了工作活塞、锤杆、锤头和上抵铁。
例如65Kg空气锤，是指其落下部分质量为65Kg，而不是指它的打击力。
空气锤的工作原理亦如图3-2所示，电动机通过减速机构带动曲柄连杆机构转动，曲柄连杆机构把电动机的旋转运动转化为压缩活塞的上下往复运动，压缩活塞通过上下旋阀将压缩空气压入工作缸的下部或上部，推动落下部分的升降运动，实现锤头对锻件的打击。
图3-2空气锤
1—踏杆2—砧座3—砧垫4—下抵铁5—上抵铁6—下旋伐7—上旋阀8—工作缸9—压缩缸10—减速装置11—电动机12—工作活塞13—压缩活塞14—连杆
（2）空气锤的操作通过踏杆或手柄操纵配气机构（上、下旋阀），可实现空转、悬空、压紧、连续打击和单次打击等操作。
1）空转转动手柄，上、下旋阀的位置使压缩缸的上下气道都与大气连通，压缩空气不进入工作缸，而是排入大气中，压缩活塞空转。
2）悬空上悬阀的位置使工作缸和压缩缸的上气道都与大气连通，当压缩活塞向上运行时，压缩空气排入大气中，而活塞向下运行时，压缩空气经由下旋阀，冲开一个防止压缩空气倒流的逆止阀，进入工作缸下部，使锤头始终悬空。
悬空的目的是便于检查尺寸，更换工具，清洁整理等。
3）压紧上下旋阀的位置使压缩缸的上气道和工作缸的下气道都与大气连通，当压缩活塞向上运行时，压缩空气排入大气中，而当活塞向下运行时，压缩缸下部空气通过下旋阀并冲开逆止阀，转而进入上下旋阀连通道内，经由上旋阀进入工作缸上部，使锤头向下压紧锻件。
与此同时，工作缸下部的空气经由下旋阀排入大气中。
压紧工件可进行弯曲、扭转等操作。
4）连续打击上下旋阀的位置使压缩缸和工作缸都与大气隔绝，逆止阀不起作用。
当压缩活塞上下往复运动时，将压缩空气不断压入工作缸的上下部位，推动锤头上下运动，进行连续打击。
5）单次打击由连续打击演化出单次打击。
即在连续打击的气流下，手柄迅速返回悬空位置，打一次即停。
单打不易掌握，初学者要谨慎对待，手柄稍不到位，单打就会变为连打，此时若翻转或移动锻件易出事故。
3.1.1.3自由锻的基本工序
自由锻造时，锻件的形状是通过一些基本变形工序将坯料逐步锻成的。
自由锻造的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲和切断等。
a） b）
图3—3镦粗
a）全部镦粗b）局部镦粗
（1）镦粗镦粗是对原坯料沿轴向锻打，使其高度减低、横截面增大的操作过程。
这种工序常用于锻造齿轮坯和其他圆盘形类锻件。
镦粗分为全部镦粗和局部锻粗两种，如图3—3所示。
镦粗时应注意下列几点：
1）镦粗部分的长度与直径之比应小于2.5，否则容易镦弯，如图3—4所示。
2）坯料端面要平整且与轴线垂直，锻打用力要正，否则容易锻歪。
3）镦粗力要足够大，否则会形成细腰形或夹层，如图3—5所示。
图3—4镦弯 图3—5细腰形和夹层
（2）拔长拔长是使坯料的长度增加，截面减小的锻造工序，通常用来生产轴类件毛坯，如车床主轴、连杆等。
拔长时，每次的送进量L应为砧宽B的０．３~０．７倍，若L太大，则金属横向流动多，纵向流动少，拔长效率反而下降。
若L太小，又易产生夹层，如图3-6所示。
锻件的拔长过程请看
图3-6拔长的送进量
拔长过程中应作90°翻转，较重锻件常采用锻打完一面再翻转90°锻打另一面的方法；较小锻件则采用来回翻转90°的锻打方法，如图3-7所示。
图3-7拔长时坯料的翻转方法
a）打完一面后翻转90゜b）来回翻转90゜锻打
圆形截面坯料拔长时，先锻成方形截面，在拔长到边长直径接近锻件直径时，锻成八角形截面，最后倒棱滚打成圆形截面，如图3-8所示。
这样拔长效率高，且能避免引起中心裂纹。
图3-8圆形坯料拔长时的过度截面形状
（3）冲孔用冲子在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。
实心冲子双面冲孔如图3-9所示，在镦粗平整的坯料表面上先预冲一凹坑，放稍许煤粉，再继续冲至约3/4深度时，借助于煤粉燃烧的膨胀气体取出冲子，翻转坯料，从反面将孔冲透。
冲孔过程请看
图3-9实心冲头双面冲孔
（4）弯曲使坯料弯曲成一定角度或形状的锻造工序，如图3-10所示。
图3-10弯曲
a）、b）角度弯曲c）成形弯曲
（5）扭转使坯料的一部分相对另一部分旋转一定角度的锻造工序，如图3-11所示。
（6）切割分割坯料或切除料头的锻造工序。
图3-11扭转
3.1.1.4锻件的锻造过程示例
任何锻件往往是经若干个工序锻造而成的，在锻造前要根据锻件形状、尺寸大小及坯料形状等具体情况，合理选择基本工序和确定锻造工艺过程。
表3-2所示为六角螺母的锻造工艺过程示例，其主要工序是镦粗和冲孔。
表3-2螺母的锻造过程
序号火次操作工序简图工具备注1 下料
錾子或剪床按锻件图尺寸，考虑料头烧损，计算坯料尺寸，并使H0/do＜2.521镦粗
尖口钳 32冲孔
尖口钳
圆钩钳
冲子
43锻六角
心棒用心棒插入孔中，锻好一面转60°锻第二面，再转60°即锻好。
53
罩圆
倒角
尖口钳
罩圆凹模
63修整
心棒
平锤
修整温度可略低于800℃
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