鍛壓以及鍛壓加工的基本方式

鍛壓以及鍛壓加工的基本方式鍛壓是鍛造和沖壓的合稱(chēng)，是利用鍛壓機(jī)械的錘頭、砧塊、中頭或通過(guò)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形加工方法。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(guò)改變各部位面積的空間位置而成形，其內(nèi)部不出現(xiàn)較大距離的塑性流動(dòng)。鍛壓主要用于加工金屬制件，也可用于加工某些非金屬，如工程塑料、橡膠、陶瓷坯磚坯以及復(fù)合材料的成形等。鍛壓和冶金工業(yè)中的軋制、拔制等都屬于塑性加工，或稱(chēng)壓力加工，但鍛壓主要用于生產(chǎn)金屬制件，而軋制、拔制等主要用于生產(chǎn)板材、帶材、管材、型材和線材等通用性金屬材料。人類(lèi)在新石器時(shí)代末期，已開(kāi)始以錘擊天然紅銅來(lái)制造裝飾品和小用品。中國(guó)約在公元前2000多年已應(yīng)用冷鍛工藝制造工具，如甘肅武威皇娘娘臺(tái)齊家文化遺址出土的紅銅器物，就有明顯的錘擊痕跡。商代中期用隕鐵制造武器，采用了加熱鍛造工藝。春秋后期出現(xiàn)的塊煉熟鐵，就是經(jīng)過(guò)反復(fù)加熱鍛造以擠出氧化物夾雜并成形的。最初，人們靠掄錘進(jìn)行鍛造，后來(lái)出現(xiàn)通過(guò)人拉繩索和滑車(chē)來(lái)提起重錘再自由落下的方法鍛打坯料。14世紀(jì)以后出現(xiàn)了畜力和水力落錘鍛造。1842年，英國(guó)的內(nèi)史密斯制成第一臺(tái)蒸汽錘，使鍛造進(jìn)入應(yīng)用動(dòng)力的時(shí)代。以后陸續(xù)出現(xiàn)鍛造水壓機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的夾板錘、空氣鍛錘和機(jī)械壓力機(jī)。夾板錘最早應(yīng)用于美國(guó)內(nèi)戰(zhàn)(1861?1865)期間，用以模鍛武器的零件，隨后在歐洲出現(xiàn)了蒸汽模鍛錘，模鍛工藝逐漸推廣。到19世紀(jì)末已形成近代鍛壓機(jī)械的基本門(mén)類(lèi)。20世紀(jì)初期，隨著汽車(chē)開(kāi)始大量生產(chǎn)，熱模鍛迅速發(fā)展，成為鍛造的主要工藝。20世紀(jì)中期，熱模鍛壓力機(jī)、平鍛機(jī)和無(wú)砧鍛錘逐漸取代了普通鍛錘，提高了生產(chǎn)率，減小了振動(dòng)和噪聲。隨著鍛坯少無(wú)氧化加熱技術(shù)、高精度和高壽命模具、熱擠壓，成形軋制等新鍛造工藝和鍛造操作機(jī)、機(jī)械手以及自動(dòng)鍛造生產(chǎn)線的發(fā)展，鍛造生產(chǎn)的效率和經(jīng)濟(jì)效果不斷提高。冷鍛的出現(xiàn)先于熱鍛。早期的紅銅、金、銀薄片和硬幣都是冷鍛的。冷鍛在機(jī)械制造中的應(yīng)用到20世紀(jì)方得到推廣，冷鐓、冷擠壓、徑向鍛造、擺動(dòng)輾壓等相繼發(fā)展，逐漸形成能生產(chǎn)不需切削加工的精密制件的高效鍛造工藝。早期的沖壓只利用鏟、剪、沖頭、手錘、砧座等簡(jiǎn)單工具，通過(guò)手工剪切、沖孔、鏟鑿、敲擊使金屬板材（主要是銅或銅合金板等）成形，從而制造鑼、饒、鈸等樂(lè)器和罐類(lèi)器具。隨著中、厚板材產(chǎn)量的增長(zhǎng)和沖壓液壓機(jī)和機(jī)械壓力機(jī)的發(fā)展，沖壓加工也在19世紀(jì)中期開(kāi)始機(jī)械化。1905年美國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)成卷的熱連軋窄帶鋼，1926年開(kāi)始生產(chǎn)寬帶鋼，以后又出現(xiàn)冷連軋帶鋼。同時(shí)，板、帶材產(chǎn)量增加，質(zhì)量提高，成本降低。結(jié)合船舶、鐵路車(chē)輛、鍋爐、容器、汽車(chē)、制罐等生產(chǎn)的發(fā)展，沖壓已成為應(yīng)用最廣泛的成形工藝之一。鍛壓主要按成形方式和變形溫度進(jìn)行分類(lèi)。按成形方式鍛壓可分為鍛造和沖壓兩大類(lèi)；按變形溫度鍛壓可分為熱鍛壓、冷鍛壓、溫鍛壓和等溫鍛壓等。熱鍛壓是在金屬再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的鍛壓。提高溫度能改善金屬的塑性，有利于提高工件的內(nèi)在質(zhì)量，使之不易開(kāi)裂。高溫度還能減小金屬的變形抗力，降低所需鍛壓機(jī)械的噸位。但熱鍛壓工序多，工件精度差，表面不光潔，鍛件容易產(chǎn)生氧化、脫碳和燒損。冷鍛壓是在低于金屬再結(jié)晶溫度下進(jìn)行的鍛壓，通常所說(shuō)的冷鍛壓多專(zhuān)指在常溫下的鍛壓，而將在高于常溫、但又不超過(guò)再結(jié)晶溫度下的鍛壓稱(chēng)為溫鍛壓。溫鍛壓的精度較高，表面較光潔而變形抗力不大。在常溫下冷鍛壓成形的工件，其形狀和尺寸精度高，表面光潔，加工工序少，便于自動(dòng)化生產(chǎn)。許多冷鍛、冷沖壓件可以直接用作零件或制品，而不再需要切削加工。但冷鍛時(shí)，因金屬的塑性低，變形時(shí)易產(chǎn)生開(kāi)裂，變形抗力大，需要大噸位的鍛壓機(jī)械。等溫鍛壓是在整個(gè)成形過(guò)程中坯料溫度保持恒定值。等溫鍛壓是為了充分利用某些金屬在等一溫度下所具有的高塑性，或是為了獲得特定的組織和性能。等溫鍛壓需要將模具和坯料一起保持恒溫，所需費(fèi)用較高，僅用于特殊的鍛壓工藝，如超塑成形。鍛壓可以改變金屬組織，提高金屬性能。鑄錠經(jīng)過(guò)熱鍛壓后，原來(lái)的鑄態(tài)疏松、孔隙、微裂等被壓實(shí)或焊合；原來(lái)的枝狀結(jié)晶被打碎，使晶粒變細(xì)；同時(shí)改變?cè)瓉?lái)的碳化物偏析和不均勻分布，使組織均勻，從而獲得內(nèi)部密實(shí)、均勻、細(xì)微、綜合性能好、使用可靠的鍛件。鍛件經(jīng)熱鍛變形后，金屬是纖維組織；經(jīng)冷鍛變形后，金屬晶體呈有序性。鍛壓是使金屬進(jìn)行塑性流動(dòng)而制成所需形狀的工件。金屬受外力產(chǎn)生塑性流動(dòng)后體積不變，而且金屬總是向阻力最小的部分流動(dòng)。生產(chǎn)中，常根據(jù)這些規(guī)律控制工件形狀，實(shí)現(xiàn)鐓粗拔長(zhǎng)、擴(kuò)孔、彎曲、拉深等變形。鍛壓出的工件尺寸精確、有利于組織批量生產(chǎn)。模鍛、擠壓、沖壓等應(yīng)用模具成形的尺寸精確、穩(wěn)定?？刹捎酶咝у憠簷C(jī)械和自動(dòng)鍛壓生產(chǎn)線，組織專(zhuān)業(yè)化大批量或大量生產(chǎn)。鍛壓的生產(chǎn)過(guò)程包括成形前的鍛坯下料、鍛坯加熱和預(yù)處理；成形后工件的熱處理、清理、校正和檢驗(yàn)。常用的鍛壓機(jī)械有鍛錘、液壓機(jī)和機(jī)械壓力機(jī)。鍛錘具有較大的沖擊速度，利于金屬塑性流動(dòng)，但會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)；液壓機(jī)用靜力鍛造，有利于鍛透金屬和改善組織，工作平穩(wěn)，但生產(chǎn)率低；機(jī)械壓力機(jī)行程固定，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。未來(lái)鍛壓工藝將向提高鍛壓件的內(nèi)在質(zhì)量、發(fā)展精密鍛造和精密沖壓技術(shù)、研制生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度更高的鍛壓設(shè)備和鍛壓生產(chǎn)線、發(fā)展柔性鍛壓成形系統(tǒng)、發(fā)展新型鍛壓材料和鍛壓加工方法等方面發(fā)展。提高鍛壓件的內(nèi)在質(zhì)量，主要是提高它們的機(jī)械性能（強(qiáng)度、塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度）和可靠度。這需要更好地應(yīng)用金屬塑性變形理論；應(yīng)用內(nèi)在質(zhì)量更好的材料；正確進(jìn)行鍛前加熱和鍛造熱處