機(jī)械制造基礎(chǔ)第3章鍛造課件.ppt

1、機(jī)械制造基礎(chǔ),第3章 鍛 造,鍛造是一種借助工具或模具在沖擊或靜壓力作用下，對(duì)金屬坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形，改變尺寸、形狀及性能，用以制造機(jī)械零件或零件毛坯的成形加工方法，鍛造又稱作鍛壓。鍛造具有細(xì)化晶粒、致密組織，并可具有連貫的鍛造流線，從而可以改善金屬的力學(xué)性能。此外，鍛造還具有生產(chǎn)率高，節(jié)省材料的優(yōu)點(diǎn)。因此鍛造在金屬熱加工中占有重要的地位。,3.1概述 3.1.1鍛壓生產(chǎn)的特點(diǎn),鍛壓加工與其它加工方法比較，具有較高的生產(chǎn)效率；可消除零件或毛坯的內(nèi)部缺陷；鍛件的形狀、尺寸穩(wěn)定性好，并具有較高的綜合力學(xué)性能；鍛件的最大優(yōu)勢(shì)是韌性好、纖維組織合理、鍛件間性能變化小；鍛件的內(nèi)部質(zhì)量與其加工

2、歷史有關(guān)，且不會(huì)被任何一種金屬加工工藝超過。,但是鍛壓生產(chǎn)也存在以下缺點(diǎn)：不能直接鍛制成形狀較復(fù)雜的零件；鍛件的尺寸精度不夠高；鍛壓生產(chǎn)所需的重型的機(jī)器設(shè)備和復(fù)雜的工模具，對(duì)于廠房基礎(chǔ)要求較高，初次投資費(fèi)用高。,鑄造、鍛造、機(jī)械加工三種金屬加工方法所得到的零件低倍宏觀流線示意圖,3.1.2鍛壓生產(chǎn)的適用范圍,鍛壓生產(chǎn)根據(jù)使用工具和生產(chǎn)工藝的不同而分為自由鍛、模鍛和特種鍛造。鍛造工藝在鍛件生產(chǎn)中起著重大作用。工藝流程不同，得到的鍛件質(zhì)量有很大的差別，使用的設(shè)備類型、噸位也相去甚遠(yuǎn)。鍛件的應(yīng)用范圍很廣，幾乎所有運(yùn)動(dòng)的重大受力構(gòu)件都是由鍛壓成形的。鍛壓在機(jī)器制造業(yè)中有著不可替代的作用，一個(gè)國(guó)家的鍛造

3、水平，可反映出這個(gè)國(guó)家機(jī)器制造業(yè)的水平。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)化程度的日益提高，需求鍛件的數(shù)量逐年增長(zhǎng)。據(jù)預(yù)測(cè)，飛機(jī)上采用的鍛壓（包括板料成形）零件將占85%，汽車將占6070%，農(nóng)機(jī)、拖拉機(jī)將占70%。,3.1.3鍛壓生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì),鍛壓生產(chǎn)雖然生產(chǎn)效率高，鍛件綜合性能高，節(jié)約原材料；但其生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，成本較高，處于不利的競(jìng)爭(zhēng)地位。鍛壓生產(chǎn)要跟上當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要不斷改進(jìn)技術(shù)、采用新工藝和新技術(shù)，進(jìn)一步提高鍛件的性能指標(biāo)；同時(shí)縮短生產(chǎn)周期、降低成本。,3.2鍛壓工藝基礎(chǔ) 3.2.1金屬的塑性變形,塑性是金屬的重要特性。利用金屬的塑性可加工各種制品。不僅軋制、鍛造、擠壓、沖壓、拉拔等成

4、形加工工藝都是金屬發(fā)生大量塑性變形的過程，而且在車、銑、刨、鉆等各種切削加工工藝中，也都發(fā)生金屬的塑性變形。塑性變形不僅可以使金屬獲得一定的形狀和尺寸，而且還會(huì)引起金屬內(nèi)部組織與結(jié)構(gòu)變化，使鑄態(tài)金屬的組織與性能得到一定的改善。因此，研究金屬的塑性變形過程及其機(jī)理，了解變形后金屬的組織結(jié)構(gòu)與性能的變化規(guī)律，以及冷變形金屬在加熱時(shí)的組織變化的規(guī)律，對(duì)改進(jìn)金屬材料加工工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量和合理使用金屬材料等方面都有具有重要意義。,（1）塑性變形的實(shí)質(zhì),金屬受外力后，首先產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)外力超過一定限度后，才產(chǎn)生塑性變形。彈性變形的實(shí)質(zhì)是在外力的作用下，金屬內(nèi)部的原子偏離了原來的平衡位置，使金屬產(chǎn)生變形

5、，這會(huì)造成原子位能的提高，而處于高位能的原子具有返回原來位能最低的平衡位置的傾向。因而，當(dāng)外力取消后，原子返回原來的位置，變形也就消失了。,塑性變形的實(shí)質(zhì)是在外力的作用下金屬內(nèi)部的原子沿一定的晶面和 晶向產(chǎn)生了滑移的結(jié)果。,在一般情況下，實(shí)際金屬都是多晶體。多晶體的變形是與其中各個(gè)晶粒的變形行為有關(guān)的。為了便于研究，有必要先通過單晶體的塑性變形來掌握金屬塑性變形的基本規(guī)律。,1）單晶體的塑性變形,室溫下，單晶體的塑性變形主要是通過滑移和孿生進(jìn)行的?；剖侵冈谇袘?yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿滑移面作整體滑動(dòng)，右圖為單晶體在切應(yīng)力作用下的滑移變形過程。,實(shí)驗(yàn)表明，晶體只有在切應(yīng)力作用下才

6、會(huì)發(fā)生塑性變形。,2）多晶體的塑性變形,實(shí)際使用的金屬材料由都不相同的許多晶粒所組成，故每個(gè)晶粒在塑性變形時(shí)，將受到周圍位向不同的晶粒及晶界的影響與約束。晶粒變形時(shí)既要克服晶界的阻礙，又需要其周圍晶粒同時(shí)發(fā)生相適應(yīng)的變形來協(xié)調(diào)配合，以保持晶粒間的結(jié)合和晶體的連續(xù)性，否則將導(dǎo)致晶體破裂。,大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：多晶體的塑性變形正是由于存在著晶界和 各晶粒的位向差別，其變形抗力要比同種金屬的單晶體高得多。,3.2.2變形后金屬的組織和性能 （1）加工硬化、回復(fù)和再結(jié)晶,金屬材料經(jīng)塑性變形后，其組織和性能發(fā)生了一系列重大變化。 組織上的變化表現(xiàn)為：晶粒沿金屬流動(dòng)方向伸長(zhǎng)，晶格畸變，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)

7、力，產(chǎn)生碎晶。 性能上的變化表現(xiàn)為：隨著變形程度的增加，強(qiáng)度及硬度顯著提高，而塑性和韌性則很快下降。變形度愈大，性能的變化也愈大。,1）加工硬化,由于塑性變形的變形度增加，使金屬的強(qiáng)度、硬度提高，而塑性下降 的現(xiàn)象稱為加工硬化或冷作硬化。,加工硬化現(xiàn)象在工程技術(shù)中具有重要的實(shí)用意義： 首先可利用加工硬化來強(qiáng)化金屬，提高金屬?gòu)?qiáng)度、硬度和耐磨性。特別是對(duì)那些不能用熱處理強(qiáng)化的材料，如純金屬、某些銅合金、鉻鎳不銹鋼和高錳鋼等，加工硬化更是唯一有效的強(qiáng)化方法。 加工硬化還可以在一定程度上提高構(gòu)件在使用過程中的安全性。 加工硬化也有其不利的一面。由于它使金屬塑性降低，給進(jìn)一步冷塑性變形帶來困難，并使壓力

8、加工時(shí)能量消耗增大。 為了消除加工硬化效應(yīng)，恢復(fù)材料的塑性，以便繼續(xù)進(jìn)行變形加工，或?yàn)榱讼冃芜^程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，就要對(duì)工件進(jìn)行退火處理。,金屬加工硬化及回復(fù)和再結(jié)晶與性能的關(guān)系,3）再結(jié)晶,當(dāng)加熱溫度較高，塑性變形后金屬被拉長(zhǎng)的晶粒重新形核、結(jié)晶，變 為等軸晶粒，稱為再結(jié)晶。,再結(jié)晶后的金屬，強(qiáng)度、硬度顯著下降，塑性和韌性顯著提高，內(nèi)應(yīng)力完全消除。開始產(chǎn)生再結(jié)晶現(xiàn)象的最低溫度稱為再結(jié)晶溫度。純金屬的再結(jié)晶溫度與熔點(diǎn)的大致關(guān)系是再0.4熔（）。,再結(jié)晶完成后，若加熱溫度繼續(xù)升高或加熱時(shí)間延長(zhǎng)，金屬的晶粒便開始不斷長(zhǎng)大。再結(jié)晶后的金屬的力學(xué)性能與再結(jié)晶晶粒度關(guān)系很大，晶粒越細(xì)小，金屬的綜合力學(xué)

9、性能越好。,2）回復(fù),經(jīng)塑性變形后的工件，在退火加熱溫度不太高時(shí)，冷變形金屬的顯微 組織無明顯的變化，只能使內(nèi)應(yīng)力明顯降低和消除，金屬的力學(xué)性能 沒有顯著變化，即強(qiáng)度、硬度下降很少，塑性提高不多，這一過程稱 為回復(fù)。,（2）塑性變形的分類和對(duì)金屬組織和性能的影響,1）冷變形,金屬在其再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行塑性變形稱為冷變形。,冷變形加工后金屬內(nèi)部形成纖維組織，變形后金屬具有明顯的加工硬化現(xiàn)象，所以冷變形的變形量不宜過大，避免工件撕裂或降低模具壽命。冷變形加工具有精度高、表面質(zhì)量好、力學(xué)性能好的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于板料沖壓、冷擠壓、冷鐓及冷軋等常溫變形加工。,2）熱變形,金屬在其再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行變形加

10、工稱為熱變形。,加工過程中產(chǎn)生的加工硬化隨時(shí)被再結(jié)晶軟化和消除，使金屬塑性顯著提高，變形抗力明顯減小。因此，可以利用較小的能量獲得較大的變形量。適合于尺寸較大、形狀復(fù)雜的工件的變形加工。熱變形加工產(chǎn)品表面易形成氧化皮，尺寸和表面質(zhì)量較低。自由鍛、熱模鍛、熱軋等都屬于熱變形的范疇。,金屬熱變形時(shí)組織和性能的變化主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：,1.變形加工時(shí)，金屬中的脆性雜質(zhì)被破碎，并沿金屬流動(dòng)方向呈粒狀或鏈狀分布；塑性雜質(zhì)則沿變形方向呈帶狀分布，這種雜質(zhì)的定向分布稱為流線。通過熱變形可以改變和控制流線的方向和分布，加工時(shí)因盡可能使流線與零件的輪廓相符合而不被切斷。,曲軸的流線分布示意圖 a）切削 b）

11、鍛造,熱變形加工可以使鑄坯中的組織缺陷得到明顯改善，如鑄坯中粗大的柱狀晶經(jīng)熱變形加工后能變成較細(xì)的等軸晶粒；氣孔、縮松被壓實(shí)，使金屬組織的致密度增加；某些合金鋼中的大塊碳化物被打碎并均勻分布；可以消除金屬材料的偏析，使成分均勻化。,3.2.3金屬的鍛造性能,金屬的鍛造性能是衡量金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度， 是金屬的工藝性能指標(biāo)之一。,金屬的鍛造性能的優(yōu)劣，常用金屬的塑性和變形抗力兩個(gè)指標(biāo)來衡量。金屬塑性好，變形抗力低，則鍛造性能好，反之則差。影響金屬材料塑性和變形抗力的主要因素有兩個(gè)方面。,（1）金屬的本質(zhì) 1）金屬的化學(xué)成分,不同化學(xué)成分的金屬，其塑性不同，鍛造性能也不同。一般純

12、金屬的鍛造性能較好。金屬組成合金后，強(qiáng)度提高，塑性下降，鍛造性能變差。例如碳鋼隨著碳的的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，塑性下降，鍛造性能變差。合金鋼中合金元素的含量增多，鍛造性能也變壞。,2）金屬的組織狀態(tài),金屬的組織結(jié)構(gòu)不同，其鍛造性能有很大差別。由單一固溶體組成的合金，具有良好的塑性，其鍛造性能也較好。若含有多種合金而組成不同性能的組織結(jié)構(gòu)，則塑性降低，鍛造性能較差。,另外，一般來說，面心立方結(jié)構(gòu)的金屬塑性最好，體心立方結(jié)構(gòu)的金屬塑性其次，密排六方結(jié)構(gòu)的金屬塑性最差。 金屬組織內(nèi)部有缺陷，如鑄錠內(nèi)部有疏松、氣孔等缺陷，將引起金屬的塑性下降，鍛造時(shí)易出現(xiàn)鍛裂等現(xiàn)象。 鑄態(tài)組織和晶粒粗大的結(jié)構(gòu)不如軋制狀態(tài)和晶

13、粒細(xì)小的組織結(jié)構(gòu)鍛造性能好，但晶粒越細(xì)小，金屬變形抗力越大。,（2）金屬的變形條件 1）變形溫度,隨著溫度的升高，金屬原子動(dòng)能升高，易于產(chǎn)生滑移變形，從而提高了金屬的鍛造性能。所以加熱是鍛壓生產(chǎn)中很重要的變形條件。但溫度過高金屬出現(xiàn)過熱、過燒時(shí)，塑性反而顯著下降。對(duì)于加熱溫度需根據(jù)金屬的材質(zhì)不同要控制在一定范圍，即合適的變形溫度范圍。,2）變形速度,變形速度是指金屬在鍛壓加工過程中單位時(shí)間內(nèi)的相對(duì)變形量。變形速度大，會(huì)使金屬的塑性下降，變形抗力增大，但變形速度很大時(shí)，由于熱效應(yīng)會(huì)使變形金屬的溫度升高而提高塑性、降低變形抗力。,3）變形時(shí)的應(yīng)力狀態(tài),壓應(yīng)力使塑性提高，拉應(yīng)力使塑性降低；工具和金屬

14、間的摩擦力將使金屬的變形不均勻，導(dǎo)致金屬塑性降低，變形抗力增大。,3.3自由鍛 3.3.1概述,自由鍛是將加熱好的金屬坯料，放在鍛造設(shè)備的上、下砧鐵之間，施加 沖擊力或壓力，使之產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需鍛件的一種加工方法。,自由鍛的優(yōu)點(diǎn)是： 所用工具簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、靈活性大，適合單件和小批鍛件，特別是特大型鍛件的生產(chǎn)。 自由鍛的缺點(diǎn)是： 鍛件精度低、加工余量大、生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等。,自由鍛通常可分為手工自由鍛和機(jī)器自由鍛。,手工自由鍛主要是依靠人力利用簡(jiǎn)單工具對(duì)坯料進(jìn)行鍛打，從而改變坯料的形狀和尺寸獲得所需鍛件。手工鍛造生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，錘擊力小。 機(jī)器自由鍛主要依靠專用的自由鍛設(shè)

15、備和專用工具對(duì)坯料進(jìn)行鍛打，改變坯料的形狀和尺寸，從而獲得所需鍛件。,3.3.2自由鍛設(shè)備,根據(jù)鍛造設(shè)備的不同，又分為錘鍛自由鍛和水壓機(jī)自由鍛兩種。前者用于鍛造中、小自由鍛件，后者主要用以鍛造大型自由鍛件。,錘鍛自由鍛的通用設(shè)備是空氣錘和蒸汽-空氣自由鍛錘。 空氣錘由自身攜帶的電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，落下部分重量在401000kg之間，錘擊能量較小，只能鍛造100kg以下的小型鍛件?？諝忮N的結(jié)構(gòu)如圖所示,1-踏桿 2-砧座 3-砧墊 4-下砧 5-上砧 6-錘桿 7-工作缸 8-下旋閥 9-上旋閥 10-壓縮氣缸 11-手柄 12-錘身 13-減速器 14-電動(dòng)機(jī) 15-工作活塞 16-壓縮活塞 17

16、-連桿 18-曲柄,蒸汽-空氣錘利用壓力為0.60.9Mpa的蒸汽或壓縮空氣作為動(dòng)力，蒸汽或壓縮空氣由單獨(dú)的鍋爐或空氣壓縮機(jī)供應(yīng)，投資比較大。常用的雙柱式蒸汽-空氣錘的構(gòu)造如圖所示，,1-砧座 2-砧墊 3-下砧 4-上砧 5-錘頭 6-導(dǎo)軌 7-錘桿 8-活塞 9-氣缸 10-緩沖缸 11-滑閥 12-節(jié)氣閥 13-滑閥操縱桿 14-節(jié)氣閥操縱桿 15-立柱 16-底座 17-拉桿,自由鍛水壓機(jī)是鍛造大型鍛件的主要設(shè)備。大型鍛造水壓機(jī)的制造和擁有量是一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志。我國(guó)已經(jīng)能自行設(shè)計(jì)制造125000KN以下的各種規(guī)格的自由鍛水壓機(jī)。水壓機(jī)是根據(jù)液體的靜壓力傳遞原理（即帕斯卡原理）

17、設(shè)計(jì)制造的。水壓機(jī)主要由本體和附屬設(shè)備組成。水壓機(jī)本體的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。,1-下橫梁 2-下砧 3-立柱 4-上砧 5-活動(dòng)橫梁6-上橫梁 7-密封圈 8-柱塞 9-工作缸 10-回程缸11-回程柱塞 12、13-管道 14-回程橫梁 15-回程拉桿,3.3.3自由鍛工序,根據(jù)作用與變形要求不同，自由鍛的工序分為基本工序、輔助工序和精整工序三類。,基本工序 指改變坯料的形狀和尺寸以達(dá)到鍛件基本成形的工序，稱為基本工序。包括鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、彎曲、切割、扭轉(zhuǎn)、錯(cuò)移等工步。 輔助工序 是為了方便基本工序的操作，而使坯料預(yù)先產(chǎn)生某些局部變形的工序。如倒棱、壓肩等工步。 修整工序 修整鍛件的最后尺寸

18、和形狀，提高鍛件表面質(zhì)量，使鍛件達(dá)到圖紙要求的工序叫修整工序。如修整鼓形、平整端面、校直彎曲等工步。,（1）基本工序 1）鐓粗,鐓粗有完全鐓粗、局部鐓粗和墊環(huán)鐓粗等,2）拔長(zhǎng),3）沖孔,采用沖子將坯料沖出透孔或不透孔的鍛造工序叫沖孔。,4）彎曲,是將毛坯彎成所需形狀的工序,5）扭轉(zhuǎn),將毛坯一部分相對(duì)于另一部分繞其軸線旋轉(zhuǎn)一定角度的工序。,6）切割,將毛坯一部分或幾部分切掉以獲得所需形狀的鍛件的工序。,（2）輔助工序,3.3.4自由鍛件的分類和鍛造過程,按自由鍛件的外形及其成形方法，可將自由鍛件分為六類：餅塊類、空心類、軸桿類、曲軸類、彎曲類和復(fù)雜形狀類鍛件。,（1）餅塊類鍛件,這類鍛件主要有圓

19、盤、葉輪、齒輪、模塊等零件的毛坯。其所采用的基本工序是鐓粗工步。隨后的輔助工序和修整工序有：倒棱、滾圓、平整等工步。,3.3.4自由鍛件的分類和鍛造過程 餅塊類、空心類、軸桿類、曲軸類、彎曲類和復(fù)雜形狀類。,（2）空心類鍛件,這類鍛件主要有各種圓環(huán)、齒圈、軸承環(huán)、缸體、空心軸等零件的毛坯。所采用的基本工序有鐓粗、沖孔、擴(kuò)孔或芯軸拔長(zhǎng)等工步。輔助工序和修整工序有：倒棱、滾圓、校正等工步。,（3）軸桿類鍛件,這類鍛件可以是直軸或階梯軸，如傳動(dòng)軸、軋輥、立柱、拉桿等；也可以是矩形、方形、工字形或其他截面的桿件，如連桿、搖桿、杠桿等。鍛造軸桿類鍛件的基本工序有拔長(zhǎng)或鐓粗+拔長(zhǎng)工步。輔助工序和修整工序有

20、倒棱和滾圓工步。,（1）下料 （2）拔長(zhǎng) （3）鐓出法蘭 （4）拔出鍛件,（4）曲軸類鍛件,鍛造曲軸類鍛件的基本工序有拔長(zhǎng)、錯(cuò)移和扭轉(zhuǎn)等工步。輔助和修整工序有：分段壓痕、局部倒棱、滾圓和校正等工步。,（1）下料 （2）壓槽（卡出II段）（3）錯(cuò)移、壓出II拐扁方（4）壓槽（I、III分段）（5）壓出I、III拐扁方（6）壓槽（I、III與軸端分段）（7）摔出中間、兩端軸頸 （8）扭轉(zhuǎn) I、III拐各30,（5）彎曲類鍛件,鍛造這類鍛件的基本工序有拔長(zhǎng)、彎曲工步。輔助工序和修整工序有：分段壓痕、滾圓和平整等工步。,（6）復(fù)雜形狀類鍛件,這類鍛件主要有閥體、叉桿、吊環(huán)體、十字軸等。其形狀較復(fù)雜，鍛

21、造難度比較大，所用輔助工具也較多。因此在鍛造時(shí)應(yīng)選擇合理的鍛造工序，保證鍛件順利成形。,3.4模鍛 3.4.1概述,模鍛是在高強(qiáng)度金屬鍛模上預(yù)先制出與鍛件形狀一致的模膛，使坯料 在模膛內(nèi)受壓變形，由于模膛對(duì)金屬坯料流動(dòng)的限制，因而鍛造終了 時(shí)能得到和模膛形狀相符的鍛件。,模鍛的優(yōu)點(diǎn)：鍛件的形狀和尺寸比較精確，機(jī)械加工余量較小，節(jié)省加工工時(shí)，材料利用率高；可以鍛制形狀較為復(fù)雜的鍛件；生產(chǎn)率較高；操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低,對(duì)工人技術(shù)水平要求不高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化；鍛件內(nèi)流線分布更為合理，力學(xué)性能高。,由于模鍛是整體變形，變形抗力較大，受模鍛噸位的限制，模鍛件的質(zhì)量一般在150kg以下。另外， 制造鍛模成

22、本很高，所以模鍛不適合于單件小批生產(chǎn)，而適合于中小型鍛件的大批量生產(chǎn)。,3.4.2錘上模鍛,錘上模鍛是在自由鍛和胎模鍛的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所用的鍛模是由帶有燕尾的上模和下模組成的。錘上鍛模工作原理如圖所示，下模固定在模座上，上模固定在錘頭上，并與錘頭一起作上下往復(fù)的錘擊運(yùn)動(dòng)。,（1）模鍛錘,錘上模鍛使用的設(shè)備有蒸汽空氣模鍛錘、無砧底錘、高速錘等。一般工廠企業(yè)中主要使用蒸汽空氣模鍛錘，其工作原理與蒸汽空氣自由鍛錘基本相同，但由于模鍛時(shí)受力大，要求設(shè)備的剛性好，導(dǎo)向精度高，以保證上下模對(duì)準(zhǔn)。模鍛錘的機(jī)架與砧座直接連接，形成封閉結(jié)構(gòu)，錘頭與導(dǎo)軌之間間隙??；模鍛錘的噸位以錘桿落下部分的質(zhì)量表示。常用模

23、鍛錘的噸位為116t，通常用以鍛造0.5150kg的模鍛件；砧座較重，約為落下部分質(zhì)量的2025倍。,（2）鍛模,模鍛工作示意圖如圖所示。鍛模由上、下模組成。上模和下模分別安裝在錘頭下端和模座上的燕尾槽內(nèi)，用楔鐵緊固。上、下模合在一起，其中部形成完整的模膛。根據(jù)模膛功用不同，可分為模鍛模膛和制坯模膛兩大類。,1）制坯模膛,制坯模膛主要作用是按照鍛件形狀合理分配坯料體積，使坯料形狀基本接近鍛件形狀。制坯模膛分為拔長(zhǎng)模膛、滾壓模膛、彎曲模膛、成形模膛、鐓粗臺(tái)及壓扁面等。,滾壓模膛：減小坯料某部分的橫截面積以增加另一部分的橫截面積。 彎曲模膛：將坯料軸線由直線變成曲線形狀。 切斷模膛：切斷坯料。,拔

24、長(zhǎng)模膛：減小坯料某部分橫截面積以增加該部分的長(zhǎng)度。,制坯模鏜,2）模鍛模膛,模鍛模膛分為預(yù)鍛模膛和終鍛模膛兩種。,預(yù)鍛模膛：,目的是使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，以便在終鍛成形時(shí)金屬充型更加容易，同時(shí)減少終鍛模膛的磨損，延長(zhǎng)鍛模的使用壽命。,終鍛模膛：,可使坯料變形到熱鍛件所要求的形狀和尺寸。待冷卻收縮后即達(dá)到冷鍛件的形狀和尺寸。終鍛模膛的分模面上有一圈飛邊槽，用以增加金屬?gòu)哪Ｌ胖辛鞒龅淖枇?，促使金屬充滿模膛，同時(shí)容納多余的金屬。模鍛件的飛邊須在模鍛后切除。,（3）模鍛工藝規(guī)程的制訂,模鍛生產(chǎn)的工藝規(guī)程包括制訂鍛件圖、計(jì)算坯料尺寸、確定模鍛工步、選擇設(shè)備及安排修整工序等。,1）制訂鍛件圖

25、,鍛件圖是根據(jù)零件圖按模鍛工藝特點(diǎn)制定的。它是設(shè)計(jì)和制造鍛模、計(jì)算坯料以及檢查鍛件的依據(jù)。制定模鍛鍛件圖時(shí)應(yīng)考慮如下幾個(gè)問題。,選擇分模面,分模面即上下鍛模在模鍛件上的分界面。鍛件分模面的位置選擇的合適與否，關(guān)系到鍛件成形、出模、材料利用率等一系列問題。,確定分模面時(shí)應(yīng)注意下列原則： 要保證模鍛件能從模膛中取出。一般情況，分模面應(yīng)選在模鍛件最大尺寸的截面上。 要保證金屬容易充滿模膛，有利于鍛模制造和便于取出鍛件。分模面應(yīng)選在使模膛深度最淺的位置上。 要保證按選定的分模面制成鍛模后上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致。 要保證鍛模容易制造。分模面最好做成平面，且上下模膛深度基本一致。 要保證鍛件上所加

26、的余塊最少。,余量、公差和余塊,模鍛時(shí)金屬坯料是在鍛模中成形的，因此模鍛件的尺寸較精確，其余量、公差和余塊均比自由鍛造小得多。余量、公差與工件形狀尺寸、精度要求等因素有關(guān)。一般單邊余量為15mm，公差為0.43.5mm。具體可查閱GBT1236290(鋼質(zhì)模鍛件公差及機(jī)械加工余量。成品零件中的各種細(xì)槽、齒輪齒間、橫向孔以及其他妨礙出模的凹部均應(yīng)加余塊，直徑小于30mm的小孔一般不鍛出。,模鍛斜度,為使鍛件容易從模膛中取出，在垂直于分模面的鍛件表面上必須有一定斜度,如圖所示。模鍛斜度與模鍛深度有關(guān)。對(duì)于錘上模鍛，一般外壁斜度常為7，特殊情況可用5或10，內(nèi)壁斜度常為10，特殊情況可用7、12或1

27、5。,模鍛圓角半徑,為使金屬容易充滿模膛，增大鍛件強(qiáng)度，避免鍛模內(nèi)尖角處產(chǎn)生裂紋，減緩鍛模外尖角處的磨損，提高鍛模使用壽命，在模鍛件上所有平面的交角處均需做成圓角。模膛深度越深，圓角半徑取值越大。一般凸圓角半徑r等于單面加工余量加成品零件圓角半徑或倒角值，凹圓角半徑R=(23)r，計(jì)算所得半徑需圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，以利使用標(biāo)準(zhǔn)刀具。,鍛模上的圓角是由模具銑刀銑出，分別有1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm、 5mm、 6 mm 、8 mm 、 10mm 、12 mm 、15 mm 、20 mm 、25mm 、30 mm等多種。,2）確定模鍛工步,模鍛工步主要是根據(jù)鍛件的形狀和尺寸來確定的。模鍛

28、件按形狀可分為兩大類： 一類是長(zhǎng)軸類零件，如臺(tái)階軸、連桿等； 另一類是盤類零件，如齒輪、法蘭盤等。,長(zhǎng)軸類模鍛件,鍛件的長(zhǎng)度與寬度之比較大，鍛造過程中錘擊方向垂直于鍛件的軸線，常選用拔長(zhǎng)、滾壓、彎曲、預(yù)鍛和終鍛等工序。 對(duì)于小型長(zhǎng)軸類鍛件，為了減少鉗口料和提高生產(chǎn)率，常采用一根棒料同時(shí)鍛造幾個(gè)鍛件的鍛造方法，因此應(yīng)增設(shè)切斷工步，將鍛好的工件切離。 對(duì)于形狀復(fù)雜的鍛件，還需選用預(yù)鍛工步，最后在終鍛模膛模鍛成形。,盤類模鍛件,鍛件為圓形或長(zhǎng)度接近于寬度，鍛造過程中錘擊方向與坯料軸向相同，終鍛時(shí)金屬沿高度、寬度及長(zhǎng)度方向產(chǎn)生流動(dòng)，因此常選用鐓粗、終鍛等工步。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的盤類鍛件，可只用終鍛工步成形

29、。,3）選擇模鍛設(shè)備,模鍛錘的噸位可查有關(guān)表。,4）計(jì)算坯料尺寸,其步驟與自由鍛件類同。坯料質(zhì)量包括鍛件、毛邊、連皮、鉗口料頭和氧化皮。一般飛邊是鍛件質(zhì)量的2025，氧化皮是鍛件和飛邊質(zhì)量的2.54。,5）修整工序,坯料在鍛模內(nèi)制成模鍛件后，尚須經(jīng)過一系列修整工序后才能保證和提高鍛件質(zhì)量。,切邊和沖孔：剛鍛制成的模鍛件，一般都帶有毛邊和連皮，須在壓力機(jī)上使用切邊模將它們切除。 校正：在切邊和其他工序中都可能引起鍛件變形，因此切邊后可在終鍛模膛內(nèi)或?qū)ｉT的校正模內(nèi)進(jìn)行校正。 熱處理：熱處理的目的是為了消除鍛件在鍛造過程中產(chǎn)生的過熱組織或加工硬化，改善鍛件組織和切削加工性，提高鍛件的力學(xué)性能，一般采

30、用正火或退火。 清理：為了提高模鍛件的表面質(zhì)量，模鍛件需要進(jìn)行表面清理(如噴砂法、酸洗法等)去除鍛件表面的氧化皮、污垢及其他表面缺陷(如毛刺)等。 精壓：對(duì)于要求精度高，表面粗糙度低的模鍛件，清理后還應(yīng)在壓力機(jī)上進(jìn)行精壓。,（4）模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性,設(shè)計(jì)模鍛件時(shí)，為便于模鍛件生產(chǎn)和降低成本，應(yīng)根據(jù)模鍛特點(diǎn)和工藝要求使其結(jié)構(gòu)符合下列原則：,模鍛件要有合理的分模面、模鍛斜度和圓角半徑。 由于模鍛件精度較高和表面粗糙度較低，因此零件的配合表面可留有加工余量；非配合表面一般不需進(jìn)行加工，不留加工余量。 為了使金屬容易充滿模膛、減少加工工序，零件外形應(yīng)力求簡(jiǎn)單、平直和對(duì)稱，盡量避免零件截面間相差過大或具

31、有薄壁、高筋、凸起等結(jié)構(gòu)。 應(yīng)避免有深孔或多孔結(jié)構(gòu)。 為減少余塊，簡(jiǎn)化模鍛工藝，在可能的條件下，應(yīng)盡量采用鍛焊組合工藝。,3.4.3胎模鍛,胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用可移動(dòng)模具生產(chǎn)模鍛件的一種鍛造方法。,其所用模具稱為胎模，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式多種多樣，但不固定在上下砧塊上。一般選用自由鍛方法制坯，然后在胎模中終鍛成形。,胎模鍛時(shí)，金屬在胎模內(nèi)成形，操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)率較高。 鍛件表面質(zhì)量、形狀與尺寸精度較自由鍛有較大改善，所用余塊少，加工余量小，節(jié)省了金屬和機(jī)加工工時(shí)。 胎模鍛不需采用昂貴設(shè)備，并擴(kuò)大了自由鍛設(shè)備的應(yīng)用范圍。 胎模鍛工藝操作靈活，可以局部成形。這樣就能用較小設(shè)備鍛制出較大的模鍛件。

32、胎模結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，制造容易而經(jīng)濟(jì)，易于推廣和普及。 胎模鍛的缺點(diǎn)是工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大，胎模容易損壞，生產(chǎn)率與模鍛相比還不夠高。胎模鍛造適合于中小批量的鍛件生產(chǎn)。,胎模鍛是介于自由鍛和模鍛之間的一種工藝，有如下特點(diǎn)：,（1）胎模的分類,胎模種類較多，主要有扣模、套筒模及合模三種。,1）扣模,扣模由上扣、下扣組成，有時(shí)僅有下扣，主要用于非回轉(zhuǎn)體鍛件的整體、局部成形或?yàn)楹夏Ｖ婆鳌?2）套筒模,鍛模呈套筒形，主要用于鍛造齒輪、法蘭盤等回轉(zhuǎn)體類鍛件。,3）合模,通常由上模和下模兩部分組成。為了使上下模吻合及不使鍛件產(chǎn)生錯(cuò)移，經(jīng)常用導(dǎo)柱等定位。合模多用于生產(chǎn)形狀較復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)體鍛件，如連桿、叉形件等鍛件。,（

33、2）胎模鍛的工藝過程,胎模鍛工藝過程包括制訂工藝規(guī)程、制造胎模、備料、加熱、鍛制及后續(xù)工序等。在工藝規(guī)程制訂中，分模面的選取可靈活些，分模面的數(shù)量不限于一個(gè)，而且在不同工序中可以選取不同的分模面，以便于制造胎模和使鍛件成形。,3.4.4壓力機(jī)上的模鍛,錘上模鍛具有工藝適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，目前在鍛壓生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。但是，模鍛錘在工作中存在振動(dòng)和噪聲大、勞動(dòng)條件差、蒸汽效率低、能源消耗多等難以克服的缺點(diǎn)。因此近年來大噸位模鍛錘有逐步被壓力機(jī)所取代的趨勢(shì)。用于，模鍛生產(chǎn)的壓力機(jī)有摩擦壓力機(jī)、曲柄壓力機(jī)和平鍛機(jī)等。,（1）摩擦壓力機(jī)上模鍛,摩擦壓力機(jī)是介于模鍛錘與曲柄壓力機(jī)之間的一種鍛壓設(shè)備，通過摩擦

34、盤摩擦運(yùn)動(dòng)，使滑塊及安裝在滑塊下端的上模進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)坯料的鍛壓成形。,適應(yīng)性好，行程和鍛壓力可自由調(diào)節(jié)，因而可實(shí)現(xiàn)輕打、重打，可在一個(gè)模膛內(nèi)進(jìn)行多次鍛打。不僅能滿足模鍛各種主要成形工序的要求，還可以進(jìn)行彎曲、熱壓、切飛邊、沖連皮及精壓、校正等工序。 滑塊運(yùn)動(dòng)行程速度低，鍛擊頻率低，金屬變形過程中的再結(jié)晶可以充分進(jìn)行。適合于再結(jié)晶速度慢的低塑性合金鋼和有色金屬的模鍛。 摩擦壓力機(jī)承受偏心載荷能力差，通常只適用于單膛鍛模進(jìn)行模鍛。 生產(chǎn)率低，主要用于中小型鍛件的批量生產(chǎn)。 摩擦壓力機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、使用維修方便，適用于中小型工廠的模鍛生產(chǎn)。,摩擦壓力機(jī)上模鍛的特點(diǎn)：,（2）曲柄壓力機(jī)上模

35、鍛,曲柄壓力機(jī)的動(dòng)力是電動(dòng)機(jī)，通過減速和離合器裝置帶動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)，再通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)，使滑塊沿導(dǎo)軌作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。下模塊固定在工作臺(tái)上，上模塊則裝在滑塊下端，隨著滑塊的上下運(yùn)動(dòng)，就能進(jìn)行鍛壓。,曲柄壓力機(jī)上模鍛有以下特點(diǎn)：,曲柄壓力機(jī)作用于金屬上的變形力是靜壓力，且變形抗力由機(jī)架本身承受，不傳給地基。因此，曲柄壓力機(jī)工作時(shí)震動(dòng)與噪聲小，勞動(dòng)條件好。 曲柄壓力機(jī)的機(jī)身剛度大，滑塊導(dǎo)向精確，行程一定，裝配精度高，因此能保證上下模膛準(zhǔn)確對(duì)合在一起，不產(chǎn)生錯(cuò)移。 鍛件精度高，加工余量和公差小，節(jié)約金屬。在工作臺(tái)及滑塊中均有頂出裝置，鍛造結(jié)束可自動(dòng)把鍛件從模膛中頂出，因此鍛件的模鍛斜度小。 因?yàn)榛瑝K行程

36、速度低，作用力是靜壓力，有利于低塑性金屬材料的加工。 曲柄壓力機(jī)上不適宜進(jìn)行拔長(zhǎng)和滾壓工步，這是由于滑塊行程一定，不論用什么模膛都是一次成形，金屬變形量過大，不易使金屬填滿終鍛模膛所致。因此，為使變形逐漸進(jìn)行，終鍛前常采用預(yù)成形、預(yù)鍛工步。,（3）平鍛機(jī)上模鍛,平鍛機(jī)是沿水平方向?qū)ε髁鲜┘訅毫Φ腻懺鞕C(jī)械，即臥式的曲柄壓力機(jī)。其結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)是具有兩個(gè)互相垂直的滑塊，分別承擔(dān)鐓鍛和夾緊的功能。,平鍛機(jī)上模鍛有如下特點(diǎn)：,擴(kuò)大了模鍛適用范圍，可以鍛出錘上和曲柄壓力機(jī)上無法鍛出的鍛件，還可以進(jìn)行切飛邊、切斷、彎曲等工步。 鍛件尺寸精確 表面粗糙度低，生產(chǎn)率高。 節(jié)省金屬，材料利用率高。 對(duì)非回轉(zhuǎn)體

37、及中心不對(duì)稱的鍛件較難鍛造。平鍛機(jī)的造價(jià)也比較高，適用于大批大量生產(chǎn)。,3.5板料沖壓 3.5.1概述,板料沖壓是利用裝在沖床上的沖模對(duì)金屬板料加壓，使之產(chǎn)生變 形或分離，從而獲得零件或毛坯的加工方法。,板料沖壓的坯料通常都是較薄的金屬板料，而且，沖壓時(shí)不需加熱，故又稱為薄板沖壓或冷沖壓，簡(jiǎn)稱冷沖或沖壓。,（1）板料沖壓的特點(diǎn)和應(yīng)用,與鍛造和其它加工方法相比，板料沖壓具有下列特點(diǎn)：,它是在常溫下通過塑性變形對(duì)金屬板料進(jìn)行加工的，因而，原材料必須具有足夠的塑性，并應(yīng)有較低的變形抗力。 金屬板料經(jīng)過塑性變形的冷變形強(qiáng)化作用，并獲得一定的幾何形狀后，具有結(jié)構(gòu)輕巧、強(qiáng)度和剛度較高的優(yōu)點(diǎn)。 沖壓件尺寸精

38、度高、質(zhì)量穩(wěn)定、互換性好，一般不再進(jìn)行切削加工，即可作為零件使用。 沖壓生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 沖壓模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高、制造費(fèi)用高，只有在大批量生產(chǎn)的條件下，采用沖壓加工方法在經(jīng)濟(jì)上才是合理的。,（2）沖壓設(shè)備 1）剪床,剪床用于把板料切成需要寬度的條料，以供沖壓工序使用。,2）沖床,沖床的種類很多，主要有單柱沖床、雙柱沖床、雙動(dòng)沖床等。沖床的作用是完成沖壓的各道工序，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。,3.5.2板料沖壓的基本工序,板料沖壓的基本工序有沖裁、彎曲、拉深、成形等。,（1）沖裁,沖裁是使板料沿封閉的輪廓線分離的工序，包括沖孔和落料。,這兩個(gè)工序的坯料變形過程和模具

39、結(jié)構(gòu)都是一樣的，二者的區(qū)別在于沖孔是在板料上沖出孔洞，被分離的部分為廢料，而周邊是帶孔的成品；落料是被分離的是的部分是成品，周邊是廢料。,為了提高沖裁質(zhì)量，簡(jiǎn)化模具制造，延長(zhǎng)模具壽命及節(jié)省材料，設(shè)計(jì)沖裁件及沖裁模具時(shí)應(yīng)考慮：,沖裁件的尺寸和形狀 在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化，多采用圓形、矩形等規(guī)則形狀，以便于使用通用機(jī)床加工模具，并減少鉗工修配的工作量。線段相交處必須圓弧過渡。沖圓孔時(shí)，孔徑不得小于板料厚度；沖方孔時(shí)，孔的邊長(zhǎng)不得小于0.9；孔與孔之間或孔與板料邊緣的距離不得小于。 模具尺寸 沖裁件的尺寸精度依靠模具精度來保證。凸凹模間隙對(duì)沖裁件斷面質(zhì)量具有重要影響，合理的間隙值可查表選擇。在設(shè)計(jì)沖孔模具時(shí)，應(yīng)使凸模刃口等于所要求孔的尺寸，凹模刃口尺寸則是孔尺寸加上兩倍的間隙值。設(shè)計(jì)落料模具時(shí)，應(yīng)使凹模刃口尺寸為成品尺寸，凸模則減去兩倍的間隙值。,（2）彎曲,彎曲是將平直板料彎成一定角度和圓弧的工序,彎曲時(shí)，坯料外側(cè)的金屬受拉應(yīng)力作用，發(fā)生伸長(zhǎng)變形。坯料內(nèi)側(cè)金屬受壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生壓縮變形。在這兩個(gè)應(yīng)力-應(yīng)變區(qū)之間存在一個(gè)不產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變的中性層，其位置在板料的中心部位。,當(dāng)外側(cè)的拉應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)