第二章--鍛造加工

1、 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第二章鍛壓成型 第一節(jié)鍛壓工藝基礎(chǔ) 第二節(jié)金屬鍛壓常識(shí) 第三節(jié)金屬鍛造工藝 第四節(jié)自由鍛造工藝過程設(shè)計(jì) 第五節(jié)鍛造結(jié)構(gòu)工藝性 第六節(jié)沖壓工藝基礎(chǔ) 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第一節(jié)鍛壓工藝基礎(chǔ) 在鍛造加工中，坯料整體發(fā)生明顯的塑性變形，有較大量的塑性流動(dòng);在沖壓加工中，坯料主要通過改變各部位面積的空間位置而成型，其內(nèi)部不出現(xiàn)較大距離的塑性流動(dòng)。 鍛壓是鍛造和沖壓的合稱，是利用鍛壓機(jī)械的錘頭、砧塊、沖頭或通過模具對(duì)坯料施加壓力，使之產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的制件的成型加工方法。 鍛造是指在加壓設(shè)備及工(模)

2、具的作用下，使坯料、鑄錠產(chǎn)生局部或全部的塑性變形，以獲得一定幾何尺寸、形狀和質(zhì)量的鍛件加工方法。 沖壓是指使坯料經(jīng)分離或成型而得到制件的工藝統(tǒng)稱。下一頁(yè)返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第一節(jié)鍛壓工藝基礎(chǔ) 擠壓是指坯料在封閉模腔內(nèi)受三向不均勻壓應(yīng)力作用下，從模具的孔口或縫隙擠出，使之橫截面積減少，成為所需制品的加工方法。 軋制是指金屬材料(或非金屬材料)在旋轉(zhuǎn)軋輥的壓力作用下，產(chǎn)生連續(xù)塑性變形，獲得所要求的截面形狀并改變其性能的方法，按軋輥軸線與軋制線間和軋輥轉(zhuǎn)向的關(guān)系不同可分為縱軋、斜軋和橫軋三種。 拉拔是指坯料在牽引力作用下通過?？桌鍪怪a(chǎn)生塑性變形而得到截面小、

3、長(zhǎng)度增加的工藝。上一頁(yè) 返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第二節(jié)金屬鍛壓常識(shí) 一、塑性變形 金屬在外力作用下將產(chǎn)生變形，其變形過程包括彈性變形和塑性變形兩個(gè)階段。彈性變形在外力去除后能夠恢復(fù)原狀，不能用于成型加工，只有塑性變形這種永久性的變形，才能用于成型加工。塑性變形會(huì)對(duì)金屬的組織和性能產(chǎn)生很大影響，因此，了解金屬的塑性變形對(duì)于掌握鍛壓成型加工的基本原理具有重要意義。下一頁(yè)返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第二節(jié)金屬鍛壓常識(shí) 二、塑性變形的基本形式 金屬塑性變形是金屬在外力的作用下金屬晶格先產(chǎn)生晶格畸變，外力繼續(xù)加大時(shí)，產(chǎn)生晶格錯(cuò)動(dòng)，而這種錯(cuò)動(dòng)

4、通常在晶體中采取滑移和孿動(dòng)兩種形式。 1.滑移 當(dāng)作用在晶體上的切應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值后，晶體一部分沿一定的晶面，向著一定的方與另一部分之間做相對(duì)移動(dòng)，這種現(xiàn)象叫滑移。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第二節(jié)金屬鍛壓常識(shí) 2.孿動(dòng) 孿動(dòng)也是在一定的切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)另一部分，沿著一定的晶面和方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果，已變形部分的晶體位向發(fā)生改變，與未變形部分以孿晶面對(duì)稱。 3.晶間變形 滑移和孿動(dòng)都是發(fā)生在單個(gè)晶粒內(nèi)部的變形，稱為晶內(nèi)變形。 三、金屬的冷變形強(qiáng)化 在塑性變形時(shí)，隨著金屬冷變形程度的增加，金屬材料的所有強(qiáng)度指標(biāo)和硬度都有所提高，但塑性有所下

5、降，這種現(xiàn)象稱為冷變形強(qiáng)化(或加工硬化)。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第二節(jié)金屬鍛壓常識(shí) 四、回復(fù)與再結(jié)晶 冷變形強(qiáng)化后的金屬組織結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，它具有自發(fā)地恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。 冷變形金屬加熱時(shí)發(fā)生的變化過程包括:回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段，如圖2 -6所示。 五、冷加工與熱加工的界限 所謂冷加工，通常指金屬的切削加工，即用切削工具從金屬材料(毛坯)或工件上切除多余的金屬層，從而使工件獲得具有一定形狀、尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第二節(jié)金屬鍛壓常識(shí) 熱加工是相對(duì)于

6、冷加工而言的，一般是在較高的溫度下將金屬軟化或熔化處理后再冷卻至常溫的成型技術(shù)。對(duì)金屬進(jìn)行加熱和冷卻的過程可人為干預(yù)或控制，稱為熱處理。熱加工常見的分類有:凝固成型(鑄造)、連接技術(shù)(焊接)、塑性成型(鍛造和沖壓)。熱加工成型過程中，模具起著極其重要的作用，從而又衍生出廠模具設(shè)計(jì)和加工技術(shù)。 在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來劃分的。低于再結(jié)晶溫度的加工為冷加工，而高于再結(jié)晶溫度的加工為熱加工。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第二節(jié)金屬鍛壓常識(shí) 六、鍛造流線與鍛造比 1.鍛造比 在鍛造生產(chǎn)中，金屬的變形程度常以鍛造比Y來表示，即以變形前后的截面比

7、、長(zhǎng)度比或高度比表示。其中拔長(zhǎng)時(shí)的鍛造比 鐓粗時(shí)的鍛造比 2.鍛造流線 鑄錠內(nèi)存有不溶于基體金屬的非金屬化合物，在壓力加工過程中，脆性雜質(zhì)被破碎，順著金屬主要伸長(zhǎng)方向呈碎粒狀或鏈狀分布，塑性雜質(zhì)隨晶粒伸長(zhǎng)方向呈帶狀分布。這種具有方向性的組織稱為鍛造流線(也稱流紋)，它使金屬性能呈各向異性。上一頁(yè) 返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第三節(jié)金屬鍛造工藝 一、坯料加熱 金屬加熱的目的是提高金屬的塑性和降低變形抗力，以改善金屬的可鍛性和獲得良好的鍛后組織。 鍛造溫度范圍是指始鍛溫度和終鍛溫度之間的一段溫度間隔。確定鍛造溫度的基本原則，保證金屬在鍛造溫度范圍內(nèi)具有較高的塑性和較小

8、的變形抗力，并得到所要求的組織和性能。鍛造溫度范圍應(yīng)盡可能寬一些，以減少鍛造火次，提高生產(chǎn)率。 (1)始鍛溫度始鍛溫度是指開始鍛造時(shí)坯料的溫度，也是允許的最高加熱溫度。 (2)終鍛溫度終鍛溫度是指金屬坯料經(jīng)過鍛造成型，在停止鍛造時(shí)鍛件的瞬時(shí)溫度。下一頁(yè)返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第三節(jié)金屬鍛造工藝 如圖2-8所示。常用金屬的鍛造溫度范圍見表2-1 二、鍛造成型 1.自由鍛 自由鍛是指只用簡(jiǎn)單的通用性工具，或在鍛造設(shè)備的上、下砧間直接使坯料變形而獲得所需幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量鍛件的方法。自由鍛分手工自由鍛和機(jī)器自由鍛兩種 2.模鍛 利用模具使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法

9、稱為模鍛。 3.胎模鍛造 胎模鍛造(圖2-18 )是在自由鍛設(shè)備上使用胎模的一種鍛造方法。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第三節(jié)金屬鍛造工藝 三、冷卻、檢驗(yàn)與熱處理 鍛造成型的鍛件，通常要根據(jù)其化學(xué)成分、尺寸、形狀復(fù)雜程度等來確定其相應(yīng)的冷卻方法。低碳鋼和中碳鋼小型鍛件鍛后常采用單個(gè)或成堆放置地上進(jìn)行空冷;低合金鋼鍛件及截面寬大的鍛件則需要放入坑中或埋在沙或爐渣等填料中緩慢冷卻;高合金鋼鍛件及大型鍛件的冷卻速度要緩慢，通常采用隨爐緩冷。如果冷卻方式不當(dāng)，會(huì)使鍛件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形，甚至裂紋。冷卻速度過快還會(huì)使鍛件表面產(chǎn)生硬皮，難以進(jìn)行切削加工。上一頁(yè) 下一

10、頁(yè)返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第三節(jié)金屬鍛造工藝 鍛件冷卻后應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，合格的鍛件應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火或正火或球化退火，準(zhǔn)備切削加工。變形較大的鍛件應(yīng)矯正。 對(duì)于存在缺陷的鍛件，如果技術(shù)條件允許，可以進(jìn)行焊補(bǔ)。上一頁(yè) 返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第四節(jié)自由鍛造工藝過程設(shè)計(jì) 一、繪制鍛件圖 鍛件圖是在零件圖的基礎(chǔ)上，考慮加工余量、鍛件公差、工藝余塊等因素后繪制而成的。 1.鍛件加工余量及其公差 鍛件加工余量是指鍛造成型時(shí)為廠保證機(jī)械加工最終獲得所需要的尺寸而允許保留的多余金屬，如圖2-21 (a)所示。鍛件公差是指規(guī)定的鍛件尺寸的允

11、許變動(dòng)量，如圖2-21 (b)所示。鍛件的加工余量及其公差可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定。 2.余塊 余塊是指在鍛件的某些難以鍛出的部位加添一些大于余量的金屬體積，如圖2 -21 ( a )所示下一頁(yè)返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第四節(jié)自由鍛造工藝過程設(shè)計(jì) 3.繪制鍛件圖 鍛件圖中用粗實(shí)線表示鍛件外形，用雙點(diǎn)畫線表示零件的外形。鍛件的基本尺寸和公差標(biāo)注在尺寸線上面，而零件的尺寸標(biāo)注在尺寸線下面的括號(hào)內(nèi)，如圖2-21 ( b)所示。鍛件圖是鍛造生產(chǎn)、鍛件檢驗(yàn)與驗(yàn)收的主要依據(jù)。 二、坯料質(zhì)量和尺寸的計(jì)算 坯料的質(zhì)量可按下式計(jì)算: 坯料質(zhì)量=鍛件質(zhì)量+燒損+截料損失上一頁(yè) 下一頁(yè)返回

12、 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第四節(jié)自由鍛造工藝過程設(shè)計(jì) 三、確定鍛造變形工序 確定鍛造工序的主要依據(jù)是鍛件的結(jié)構(gòu)形狀。例如，圓盤、齒輪等盤類鍛件的主要鍛造工序是鐓粗;傳動(dòng)軸等桿類鍛件的主要工序是拔長(zhǎng);圓環(huán)、套筒等空心類鍛件的主要工序是沖孔及拔長(zhǎng);吊鉤等彎曲件的主要工序是彎曲;曲軸類鍛件的主要工序是拔長(zhǎng)及錯(cuò)移;復(fù)雜形狀鍛件的工序常常是前幾類鍛件鍛造工序的合理組合。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第四節(jié)自由鍛造工藝過程設(shè)計(jì) 四、選擇鍛造設(shè)備 自由鍛的主要設(shè)備有空氣錘、蒸汽一空氣錘、水壓機(jī)等，選擇時(shí)需要根據(jù)鍛件的質(zhì)量和尺寸進(jìn)行選擇。鍛

13、件質(zhì)量小于100 kg時(shí)，可選擇空氣錘;鍛件質(zhì)量在100一1 000 kg時(shí)，可選擇蒸汽空氣錘;鍛件質(zhì)量大于1 000 kg時(shí)，可選擇水壓機(jī)。 五、確定鍛造溫度范圍、冷卻方式和熱處理規(guī)范 金屬毛坯的鍛造溫度主要決定于毛坯的制作材料。鍛造后冷卻方式的選擇要根據(jù)鍛件的材料、尺寸與形狀以及技術(shù)要求等方面進(jìn)行綜合考慮，選擇合理的冷卻方式。鍛造后的熱處理一般采用正火和退火。上一頁(yè) 返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第五節(jié)鍛造結(jié)構(gòu)工藝性 一、鍛件材料對(duì)結(jié)構(gòu)的要求 金屬材料不同，鍛造性能不同，對(duì)結(jié)構(gòu)的要求也不同。 二、鍛造工藝對(duì)結(jié)構(gòu)的要求 1.自由鍛件的設(shè)計(jì)要求 鍛件各部分的結(jié)構(gòu)形狀

14、要滿足鍛造加工工藝過程，用經(jīng)濟(jì)的和簡(jiǎn)單的方法生產(chǎn)出合格的鍛件。表2 -2為不同結(jié)構(gòu)鍛件的工藝性要求。 2.模鍛件的設(shè)計(jì)要求 模鍛件是在模膛內(nèi)成型的，模鍛件的形狀應(yīng)使鍛件能從模膛中順利地取出和容易充滿模膛。鍛件應(yīng)盡量避免薄壁、高的凸起和深的凹陷結(jié)構(gòu)。返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第六節(jié)沖壓工藝基礎(chǔ) 一、沖壓成型概述 沖壓主要是對(duì)薄板進(jìn)行冷變形，沖壓件的重量較小，進(jìn)行沖壓的金屬材料必須具有良好的塑性，常用的金屬材料有低碳鋼，塑性好的合金鋼以及銅、鋁等非鐵金屬等。 二、沖壓的基本工序 沖壓的基本工序分為變形工序和分離工序兩大類。 1.成型工序 成型工序是使坯料的一部分相對(duì)于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工序，如彎曲、拉深、翻邊、脹形、縮口及擴(kuò)口等。下一頁(yè)返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建第六節(jié)沖壓工藝基礎(chǔ) 2.分離工序 分離工序是指使金屬坯料的一部分與另一部分相互分離的工序，如剪切、沖裁(落料、沖孔)等。 三、沖壓工藝舉例 沖壓件變形工序的選擇，是根據(jù)其形狀、尺寸及每道工序中金屬材料所允許的變形程度確定的。圖2 -31所示的多角形制件是由8個(gè)彎曲變形工序組成。上一頁(yè) 返回 金屬加工常識(shí)金屬加工常識(shí)機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)組教師：胡建