第七章金屬壓力加工

第七章金屬壓力加工第一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一第七章金屬壓力加工二、金屬鍛造工藝五、沖壓一、金屬壓力加工概述六、金屬壓力加工新技術(shù)簡介三、自由鍛工藝過程設計基礎四、鍛造結(jié)構(gòu)工藝性第二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一一、金屬壓力加工的基本概念鍛造是指在加壓設備及工(模)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)量的鍛件的加工方法。沖壓是指使坯料經(jīng)分離或成形而得到制件的工藝統(tǒng)稱。擠壓是指坯料在封閉模腔內(nèi)受三向不均勻壓應力作用下,從模具的孔口或縫隙擠出,使之橫截面積減小,成為所需制品的加工方法。第三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一軋制是指金屬材料(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工藝方法。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模孔拉出使之產(chǎn)生塑性變形而得到截面小、長度增加的工藝。第四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一二、金屬壓力加工的特點(1)改善金屬的內(nèi)部組織,提高金屬的力學性能因為金屬經(jīng)壓力加工后,使金屬毛坯的晶粒變得細小,并使原始鑄造組織中的內(nèi)部缺陷(如微裂紋、氣孔、縮松等)壓合,因而提高了金屬的力學性能。第五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(2)節(jié)省金屬材料由于壓力加工提高了金屬的強度等力學性能,因此,可相對地縮小零件的截面尺寸,減輕零件的重量。另外,采用精密鍛造時,可使鍛件的尺寸精度和表面粗糙度接近成品零件,實現(xiàn)鍛件少切屑或無切屑加工。第六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(3)具有較高的生產(chǎn)率除自由鍛造外,其他幾種壓力加工方法都具有較高的生產(chǎn)率,如齒輪壓制、滾輪壓制等制造方法均比機械加工的生產(chǎn)率高出幾倍甚至幾十倍以上。(4)生產(chǎn)范圍廣金屬壓力加工可以生產(chǎn)各種不同類型與不同重量的產(chǎn)品,從重量不足1g的沖壓件,到重達數(shù)百噸的大型鍛件等都可以進行生產(chǎn)。第七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一壓力加工的不足之處是,不能獲得形狀復雜的制件,一般制件的尺寸精度、形狀精度和表面質(zhì)量還不夠高,加工設備比較昂貴,制件的加工成本也比鑄件高。另外,在壓力加工過程中會對金屬的內(nèi)部組織和性能產(chǎn)生不利影響,需要在加工過程中進行熱處理(如退火、正火等),使其發(fā)生回復與再結(jié)晶,消除壓力加工產(chǎn)生的不良影響。第八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一三、金屬壓力加工基礎知識金屬的可鍛性是指金屬在鍛造過程中經(jīng)受塑性變形而不開裂的能力。它與金屬的塑性和變形抗力有關(guān),塑性越好,變形抗力越小,則金屬的可鍛性越好,反之,則金屬的可鍛性越差。第九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一1.金屬的塑性變形金屬在外力作用下將產(chǎn)生塑性變形,其變形過程包括彈性變形和塑性變形兩個階段。彈性變形在外力去除后能夠恢復原狀,所以,不能用于成形加工,只有塑性變形這種永久性的變形,才能用于成形加工。同時,塑性變形會對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于理解壓力加工的基本原理具有重要意義。第十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(1)金屬塑性變形的實質(zhì)試驗證明,金屬單晶體的變形方式主要有滑移和孿晶兩種,在大多數(shù)情況下滑移是金屬塑性變形的主要方式。如圖7-2所示,金屬單晶體在切應力作用下,晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面產(chǎn)生滑動,這種現(xiàn)象稱為滑移。產(chǎn)生滑動的晶面和晶向分別稱為滑移面和滑移方向。一般來說,滑移面是原子排列密度最大的平面,滑移方向是原子排列密度最大的方向。第十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一理論上講,理想的金屬單晶體產(chǎn)生滑移運動時需要很大的變形力,但試驗測定的金屬晶體滑移時的臨界變形力是理論計算數(shù)值的百分之一以下。這說明金屬的滑移并不是晶體的一部分沿滑移面相對于另一部分作剛性的整體位移,而是通過晶體內(nèi)部的位錯運動實現(xiàn)的,如圖7-3所示。第十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一

多晶體(如金屬)是由許多微小的單個晶粒雜亂組合而成的。其塑性變形過程可以看成是許多單個晶粒塑性變形的總和;另外,多晶體塑性變形還存在著晶粒與晶粒之間的滑移和轉(zhuǎn)動,即晶間變形,如圖7-4所示。但多晶體的塑性變形以晶內(nèi)變形為主,晶間變形很小。由于晶界處原子排列紊亂,各個晶粒的位向不同,使晶界處的位錯運動較難,所以,晶粒越細,晶界面積越大,變形抗力就越大,金屬的強度也越高;另外,晶粒越細,金屬的塑性變形可分散在更多的晶粒內(nèi)進行,應力集中較小,金屬的塑性變形能力也越好,因此,生產(chǎn)中都盡量獲得細晶粒組織。第十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一試驗觀察證明:金屬在滑移變形過程中,一部分舊的位錯消失,又大量產(chǎn)生新的位錯,總的位錯數(shù)量是增加的,大量位錯運動的宏觀表現(xiàn)就是金屬的塑性變形過程。位錯運動觀點認為:晶體缺陷及位錯相互糾纏會阻礙位錯運動,導致金屬的強化,即產(chǎn)生冷變形強化現(xiàn)象。第十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(2)金屬的冷變形強化隨著金屬冷變形程度的增加,金屬的強度指標和硬度都有所提高,但塑性有所下降,這種現(xiàn)象稱為冷變形強化。金屬變形后,金屬的晶格結(jié)構(gòu)嚴重畸變,形變金屬的晶粒被壓扁或拉長,形成纖維組織,如圖7-5所示,甚至破碎成許多小晶塊。此時金屬的位錯密度提高,變形難度加大,金屬的可鍛性惡化。低碳鋼塑性變形時力學性能的變化規(guī)律如圖7-6所示,其強度、硬度隨變形程度的增大而增加,塑性、韌性則明顯下降。第十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一圖7-5金屬冷軋前后多晶體晶粒形狀的變化圖7-6低碳鋼的冷變形強化規(guī)律第十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一2.回復與再結(jié)晶經(jīng)過冷變形的金屬組織處于不穩(wěn)定狀態(tài),它具有自發(fā)地恢復到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但是在室溫下,金屬原子的活動能力很小,這種不穩(wěn)定狀態(tài)的組織能夠保持很長時間而不發(fā)生明顯的變化。只有對冷變形金屬進行加熱,增大金屬原子的活動能力,才會發(fā)生顯微組織和力學性能的變化,并逐步使冷變形金屬的內(nèi)部組織狀態(tài)恢復到穩(wěn)定狀態(tài)。對冷變形的金屬進行加熱時,金屬將相繼發(fā)生回復、再結(jié)晶和晶粒長大三個階段的變化,如圖7-7所示。第十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一圖7-7冷變形金屬加熱時組織與性能變化規(guī)律第十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(1)回復將冷變形后的金屬加熱至一定溫度后,使原子回復到平衡位置,晶粒內(nèi)殘余應力大大減小的現(xiàn)象稱為回復。冷變形金屬在回復過程中,由于加熱溫度不高,原子的活動能力較小,金屬中的顯微組織變化不大,金屬的強度和硬度基本保持不變,但金屬的塑性略有回升,殘余內(nèi)應力部分消除。例如,冷拔彈簧鋼絲繞制彈簧后常進行低溫退火(也稱定形處理),就是利用回復保持冷拔鋼絲的高強度,消除冷卷彈簧時產(chǎn)生的內(nèi)應力。第十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(2)再結(jié)晶當加熱溫度較高時,塑性變形后的金屬中被拉長了的晶粒重新生核、結(jié)晶,變?yōu)榈容S晶粒的過程稱為再結(jié)晶,再結(jié)晶恢復了變形金屬的可鍛性。再結(jié)晶是在一定的溫度范圍進行的,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)晶溫度是:T再≈0.4T熔(K)式中T熔——純金屬的熱力學溫度熔點。第二十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一合金中的合金元素會使再結(jié)晶溫度顯著提高。在常溫下經(jīng)過塑性變形的金屬,加熱到再結(jié)晶溫度以上,使其發(fā)生再結(jié)晶的處理過程稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火可以消除加工硬化,提高塑性,便于金屬繼續(xù)進行壓力加工,如金屬在冷軋、冷拉、冷沖壓過程中,需在各工序中穿插再結(jié)晶退火對金屬進行軟化。有些金屬如鉛(Pb)和錫(Sn)其再結(jié)晶溫度均低于室溫,約為0℃,因此,它們在室溫下不會產(chǎn)生冷形變強化現(xiàn)象,總是感覺很軟。第二十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(3)晶粒長大產(chǎn)生纖維化組織的金屬,通過再結(jié)晶,一般都能得到細小而均勻的等軸晶粒。但是如果加熱溫度過高或加熱時間過長,則再結(jié)晶后形成的晶粒會明顯地長大,成為粗晶組織(圖7-8),從而使金屬的力學性能下降,可鍛性惡化。第二十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一3.冷加工與熱加工的界限從金屬學的觀點來講,劃分冷加工與熱加工的界限是再結(jié)晶溫度。在再結(jié)晶溫度以上進行的塑性變形屬于熱加工,而在再結(jié)晶溫度以下進行的塑性變形稱為冷加工。顯然,冷加工與熱加工并不是以具體的加工溫度的高低來區(qū)分的。第二十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一例如,金屬鎢(W)的最低再結(jié)晶溫度約為1200℃,所以,鎢即使是在稍低于1200℃的高溫下進行塑性變形仍屬于冷加工;而錫(Sn)的最低再結(jié)晶溫度約為-7℃,所以,錫即使是在室溫下進行塑性變形卻仍屬于熱加工。冷加工過程中由于冷變形強化,金屬的可鍛性趨于惡化。熱加工過程中,由于金屬同時進行著再結(jié)晶軟化過程,可鍛性較好,因此,能夠順利地進行大變形量的塑性變形,從而實現(xiàn)各種成形加工。第二十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一4.鍛造流線與鍛造比(1)鍛造流線在鍛造時,金屬的脆性雜質(zhì)被打碎,順著金屬主要伸長方向呈帶狀分布;塑性雜質(zhì)隨著金屬變形沿主要伸長方向呈帶狀分布,且在再結(jié)晶過程中不會消除。這種熱鍛后的金屬組織具有一定的方向性,通常將這種組織稱為鍛造流線。鍛造流線使金屬的性能呈各向異性(見表7-1),即沿著流線方向(縱向)的抗拉強度較高,而垂直于流線方向(橫向)的抗拉強度較低。第二十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一在設計和制造機械零件時,必須考慮鍛件的鍛造流線的合理分布。要盡量使鍛件的鍛造流線與零件的輪廓相吻合是鍛件工藝設計的一條基本原則。例如,圖7-9所示的吊鉤、螺釘頭和曲軸中的鍛造流線的分布狀態(tài)是合理的。第二十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(2)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、長度比或高度比表示。當鍛造比Y=2時,原始鑄態(tài)組織中的疏松、氣孔被壓合,組織被細化,鍛件各個方向的力學性能均有顯著提高;當Y=2~5時,鍛件中流線組織明顯,產(chǎn)生明顯的各向異性,沿流線方向力學性能略有提高,但垂直于流線方向的力學性能開始下降;當Y>5時,鍛件沿流線方向的力學性能不再提高,垂直于流線方向的力學性能急劇下降。第二十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一例如,以鋼錠為坯料進行鍛造時,應按鍛件的力學性能要求選擇合理的鍛造比。對沿流線方向有較高力學性能要求的鍛件(如拉桿),應選擇較大的鍛造比;對垂直于流線方向有較高力學性能要求的鍛件(如吊鉤),鍛造比取2~2.5即可。第二十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一5.影響金屬可鍛性的因素影響金屬可鍛性的因素主要有:金屬化學成分、組織結(jié)構(gòu)以及變形條件。(1)化學成分及組織結(jié)構(gòu)的影響一般來說,純金屬的可鍛性優(yōu)于其合金的可鍛性;合金中合金元素的質(zhì)量分數(shù)越高,成分越復雜,其可鍛性越差;非合金鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)越高,可鍛性越差。純金屬組織和未飽和的單相固溶體組織具有良好的可鍛性;合金組織中金屬化合物增加會使其可鍛性急劇惡化;細晶粒組織的可鍛性優(yōu)于粗晶組織。第二十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(2)工藝條件的影響在一定溫度范圍內(nèi),隨著變形溫度的升高,再結(jié)晶過程逐漸進行,金屬的變形能力增加,變形抗力減少,從而改善了金屬的可鍛性。一般來說,變形速度提高,金屬的可鍛性變差。金屬在擠壓時呈三向壓應力狀態(tài),表現(xiàn)出較高的塑性和較大的變形抗力;金屬在拉拔時呈兩向壓應力和一向拉應力狀態(tài),表現(xiàn)出較低的塑性和較小的變形抗力。第三十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)金屬鍛造工藝一、坯料的加熱1.加熱目的加熱的目的是提高金屬的塑性和降低變形抗力,以改善其可鍛性和獲得良好的鍛后組織。金屬加熱后可以用較小的鍛打力量使坯料產(chǎn)生較大的變形而不破裂。非合金鋼、低合金鋼和合金鋼鍛造時應在單相奧氏體區(qū)進行,因為奧氏體組織具有良好的塑性和均勻一致的組織。第三十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一2.鍛造溫度范圍鍛造溫度范圍是指由始鍛溫度到終鍛溫度之間的溫度間隔。(1)始鍛溫度始鍛溫度是指開始鍛造時坯料的溫度,也是鍛造允許的最高加熱溫度。這一溫度不宜過高,否則可能造成鍛件過熱和過燒;但始鍛溫度也不宜過低,因為過低則使鍛造溫度范圍縮小,縮短鍛造操作時間,增加鍛造過程的復雜性。所以,確定始鍛溫度的原則是在不出現(xiàn)過熱和過燒的前提下,盡量提高始鍛溫度,以增加金屬的塑性,降低變形抗力,有利于鍛造成形加工。非合金鋼的始鍛溫度應比固相線低200℃左右,如圖7-11所示。第三十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(2)終鍛溫度終鍛溫度是指坯料經(jīng)過鍛造成形,在停止鍛造時鍛件的瞬時溫度。如果這一溫度過高,則停鍛后晶粒會在高溫下繼續(xù)長大,造成鍛件內(nèi)部晶粒粗大;如果終鍛溫度過低則鍛件塑性較低,鍛件變形困難,容易產(chǎn)生冷形變強化。所以,確定終鍛溫度的原則是在保證鍛造結(jié)束前金屬還具有足夠的塑性以及鍛造后能獲得再結(jié)晶組織的前提下,終鍛溫度應稍低一些。非合金鋼的終鍛溫度,常取800℃左右,如圖7-11所示。常用金屬材料的鍛造溫度范圍見表7-2。第三十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一二、鍛造成形1.自由鍛自由鍛(或自由鍛造)是指只用簡單的通用性工具,或在鍛造設備的上、下砧鐵之間直接對坯料施加外力,使坯料產(chǎn)生變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件的加工方法。自由鍛一般分為手工自由鍛和機器自由鍛兩種,其中手工自由鍛一般用于生產(chǎn)小型鍛件。自由鍛在重型機械生產(chǎn)中具有重要地位,可以生產(chǎn)1kg到300t的鍛件。自由鍛也是歷史最悠久的一種鍛造方法,具有工藝靈活,所用設備及工具通用性大,加工成本低等特點。但自由鍛生產(chǎn)率較低,鍛件精度低,勞動強度大,故多用于單件或小批生產(chǎn)形狀較簡單、精度要求不高的鍛件。第三十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一由于自由鍛是采取逐步成形方式成形的,所需變形力較小,所以它是生產(chǎn)大型鍛件(300t以上)的唯一方法。采用自由鍛方法生產(chǎn)的鍛件,稱為自由鍛件(圖7-12)。自由鍛是通過局部鍛打逐步成形的,它的基本工序包括:鐓粗、拔長、沖孔、切割、彎曲、扭轉(zhuǎn)、錯移及鍛接等。第三十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(1)鐓粗鐓粗是指使毛坯高度減小,橫截面積增大的鍛造工序,如圖7-13a所示。鐓粗常用于鍛造圓餅類鍛件。鐓粗時,由于坯料兩端面與上下砧鐵間產(chǎn)生摩擦力,阻礙金屬的流動,因此,圓柱形坯料經(jīng)鐓粗后呈鼓形,這種形狀可以在后續(xù)工序中進行修整。對坯料上某一部分進行的鐓粗,稱為局部鐓粗,圖7-13b所示是使用模具,鐓粗凸肩齒輪,圖7-13c所示是使用模具,鐓粗坯料的中部。鐓粗常用于制造大截面零件,如齒輪坯、圓盤、葉輪等。另外,鐓粗又是鍛造環(huán)形類鍛件、套筒類鍛件的預備工序。

第三十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一圖7-13鐓粗第三十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(2)拔長拔長是指使毛坯橫斷面積減小,長度增加的鍛造工序,如圖7-14所示。拔長常用于鍛造截面小而長度大的桿類鍛件,如軸、拉桿、連桿、曲軸等。拔長時可用將鍛件反復左右轉(zhuǎn)動90°的方法對鍛件進行鍛打,如圖7-15a所示;也可以采用先順著鍛件軸線鍛完一面翻轉(zhuǎn)90°后,再依次鍛另一面的方法,如圖7-15b所示。圖7-14拔長圖7-15拔長時翻轉(zhuǎn)鍛件的方法第三十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(3)沖孔沖孔是指在坯料上沖出通孔或不通孔的鍛造工序,如圖7-16所示。沖孔常用于鍛造齒輪坯、環(huán)套類等空心鍛件。(4)切割切割是指將坯料分成幾部分或部分地割開或從坯料的外部割掉一部分或從內(nèi)部割掉一部分的鍛造工序,如圖7-17所示。切割常用于下料,切除鍛件的料頭、鋼錠的冒口等。第三十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一圖7-16沖孔圖7-17切割第四十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(5)彎曲彎曲是指采用一定的工模具將毛坯彎成所規(guī)定的外形的鍛造工序,如圖7-18所示,彎曲常用于鍛造角尺、彎板、吊鉤、鏈環(huán)等軸線彎曲的鍛件。(6)鍛接鍛接是指坯料在爐內(nèi)加熱至高溫后用錘快擊使兩者在固相狀態(tài)結(jié)合的鍛造工序。鍛接的方法有搭接、對接、咬接等,如圖7-19所示。鍛件鍛接后的接縫強度可達被連接材料強度的70%~80%。

第四十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一圖7-18彎曲圖7-19鍛接第四十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一

(7)錯移錯移是指將坯料的一部分相對另一部分錯開一段距離,但仍保持這兩部分軸線平行的鍛造工序,如圖7-20所示。錯移常用于鍛造曲軸類零件。錯移前,先對坯料進行局部切斷,然后在切口兩側(cè)分別施加大小相等、方向相反,且垂直于軸線的沖擊力或壓力,使坯料實現(xiàn)錯移。第四十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(8)扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)是將坯料的一部分相對于另一部分繞其軸線旋轉(zhuǎn)一定角度的鍛造工序。扭轉(zhuǎn)常用于鍛造多拐曲軸、麻花鉆和校正某些鍛件。對于小型坯料,若扭轉(zhuǎn)角度不大時,可用錘擊方法,如圖7-21所示。2.模鍛模鍛是指利用模具使毛坯變形而獲得鍛件的鍛造方法。用模鍛方法生產(chǎn)的鍛件稱為模鍛件(圖7-22)。模鍛過程中,由于坯料在鍛模內(nèi)是整體鍛打成形的,因此,所需的變形力較大。第四十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一圖7-21用錘擊扭轉(zhuǎn)圖7-22模鍛件第四十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一模鍛按所用設備的不同,可分為錘上模鍛、曲柄壓力機上模鍛、摩擦壓力機上模鍛、平鍛機上模鍛等。圖7-23所示為錘上模鍛。鍛模由上鍛模和下鍛模兩部分組成,分別安裝在錘頭和模墊上,工作時上鍛模隨錘頭一起上下運動,上鍛模向下扣合時,對模膛中的坯料進行沖擊,使之充滿整個模膛,從而得到所需的鍛件。

第四十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一模鍛與自由鍛相比有很多優(yōu)點,如模鍛生產(chǎn)率高,有時比自由鍛高幾十倍;模鍛件尺寸比較精確,切削加工余量少,故可節(jié)省金屬材料,減少切削加工工時;模鍛能鍛制形狀比較復雜的鍛件。但模鍛受到設備噸位的限制,模鍛件質(zhì)量一般在150kg以下,且制造鍛模的成本較高。因此,模鍛主要用于大批量生產(chǎn)形狀比較復雜、精度要求較高的中小型鍛件。第四十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一3.胎模鍛胎模鍛是在自由鍛設備上使用可移動模具生產(chǎn)模鍛件的一種鍛造方法。胎模是一種只有一個模膛且不固定在鍛造設備上的鍛模。胎模鍛是介于自由鍛和模鍛之間的一種鍛造方法。它是在自由鍛設備上使用可移動模具生產(chǎn)模鍛件,胎模鍛一般用自由鍛方法制坯,使坯料初步成形,然后在胎模中終鍛成形。胎模不固定在錘頭或砧座上,只是在使用時才放上去。胎模的種類較多,常用的胎模有:扣模、套模、摔模、彎曲模、合模和沖切模等。圖7-24所示為扣模與套模。第四十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一圖7-24胎模第四十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一胎模鍛與自由鍛相比,生產(chǎn)率高,鍛件精度高,節(jié)約金屬材料,鍛件成本低;胎模鍛與模鍛相比,不需噸位較大的設備,工藝靈活。但胎模鍛比模鍛的勞動強度大,模具壽命短,生產(chǎn)率低。因此,胎模鍛一般在無模鍛設備的中小型企業(yè)中應用,主要用于生產(chǎn)中小批量的鍛件。第五十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一4.其他鍛造成形方法(1)精密鍛造在一般模鍛設備上鍛造高精度鍛件的鍛造方法稱為精密鍛造。其主要特點是使用兩套不同精度的鍛模。鍛造時,先使用粗鍛模對鍛件進行鍛造,留有0.1~1.2mm的精鍛余量;然后,切下飛邊經(jīng)酸洗后,重新加熱到700~900℃,再使用精鍛模進行鍛造,鍛件精度高,不需或只需少量切削加工。第五十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(2)輥鍛用一對相向旋轉(zhuǎn)的扇形模具使坯料產(chǎn)生塑性變形,獲得所需鍛件或鍛坯的鍛造工藝,稱為輥鍛,如圖7-25所示。輥鍛實質(zhì)上是把軋制(縱軋)工藝應用于鍛件生產(chǎn)的鍛造方法。輥鍛時,坯料被扇形模具擠壓成形,常作為模鍛前的制坯工序,也可直接制造鍛件。例如,火車輪箍,齒圈,法蘭和滾動軸承內(nèi)、外圈等,就是采用輥鍛鍛成形的。第五十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(3)擠壓擠壓生產(chǎn)率很高,鍛造流線分布合理。但變形抗力大,多用于擠壓非鐵金屬鍛件、低碳鋼鍛件、低合金鋼鍛件、不銹鋼鍛件等。擠壓按鍛件溫度的不同,可分為冷擠壓、溫擠壓和熱擠壓三種;按被擠壓金屬的流動方向和凸模運動關(guān)系可分為正擠壓、反擠壓、復合擠壓和鐓擠,如圖7-26所示。擠壓工藝常用于生產(chǎn)中空零件,如排氣閥、油杯等工件。第五十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一三、冷卻、檢驗與熱處理熱鍛成形的鍛件,通常要根據(jù)其化學成分、尺寸、形狀復雜程度等來確定相應的冷卻方法。低碳鋼或中碳鋼的小型鍛件鍛后常采用單個或成堆堆放在地上空冷;低合金鋼的鍛件及截面寬厚的鍛件則需要放入坑中或埋在砂、石灰或爐渣等中緩慢冷卻;高合金鋼的鍛件及大型鍛件的冷卻速度要緩慢,通常采用隨爐緩冷。冷卻方式不當,會使鍛件產(chǎn)生內(nèi)應力、變形,甚至裂紋。冷卻速度過快還會使鍛件表面產(chǎn)生硬皮,難以進行切削加工。鍛件冷卻后應仔細進行質(zhì)量檢驗,合格的鍛件應進行去應力退火或正火或球化退火,為后續(xù)的切削加工做準備。變形較大的鍛件應矯正。技術(shù)要求允許補焊的鍛件缺陷應進行補焊。第五十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)自由鍛造工藝過程設計基礎自由鍛件的鍛造工藝設計包括:繪制鍛件圖,計算坯料的質(zhì)量和尺寸,確定變形工序,確定鍛造溫度范圍、冷卻方式和熱處理規(guī)范等內(nèi)容。一、繪制鍛件圖鍛件圖是在零件圖的基礎上考慮加工余量、鍛件公差、工藝余塊等因素后繪制而成的。第五十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一1.鍛件加工余量及其公差鍛件加工余量是指成形時為了保證機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7-27所示。鍛件公差是指規(guī)定的鍛件尺寸的允許變動量。鍛件的加工余量及其公差可根據(jù)有關(guān)標準確定。第五十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一2.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,以簡化鍛件的外形及鍛件的鍛造工藝過程,如圖7-27a所示。增設余塊可簡化鍛件的形狀,便于鍛造,但增加了切削加工的金屬消耗量和切削工時。因此,添加余塊時應根據(jù)實際情況綜合考慮。第五十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一3.繪制鍛件圖在鍛件圖中用粗實線表示鍛件外形,用雙點畫線表示零件的外形。鍛件的基本尺寸和公差標注在尺寸線上面,而零件的尺寸標注在尺寸線下面的括號內(nèi),如圖7-27b所示。鍛件圖是鍛造生產(chǎn)、鍛件檢驗與驗收的主要依據(jù)。第五十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一二、坯料質(zhì)量和尺寸的計算坯料的質(zhì)量可按下式計算:坯料質(zhì)量=鍛件質(zhì)量+金屬氧化損失+截料損失其中鍛件質(zhì)量可按鍛件圖的尺寸計算;金屬氧化損失的大小與加熱爐的種類有關(guān)。在火焰爐中加熱鋼料時,第一次加熱取鍛件質(zhì)量的2%~3%,以后每加熱一次燒損量按鍛件1.5%~2%計算。截料損失是指沖孔、切頭等截去的金屬。一般鋼材坯料的截料損失可取鍛件質(zhì)量的2%~4%。如果是鋼錠作坯料,鋼錠頭部、尾部被切除的金屬也應計入截料損失。第五十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一坯料尺寸的確定與所采用的鍛造工序有關(guān),按第一鍛造工序是鐓粗(或是拔長),根據(jù)有關(guān)公式可計算出坯料的直徑或邊長,最后根據(jù)國家生產(chǎn)的鋼材型號進行選購和下料。第六十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一三、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;傳動軸等桿類鍛件的主要工序是拔長;圓環(huán)、套筒等空心類鍛件的主要工序是沖孔及拔長;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及錯移;形狀比較復雜的鍛件一般需要采用多種工序分步進行,才能鍛制成形。表7-3列出了部分典型鍛件自由鍛過程中的主要鍛造工序。第六十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一四、選擇鍛造設備自由鍛的主要設備有空氣錘(圖7-28)、蒸汽-空氣錘、水壓機等,選擇時需要根據(jù)鍛件的質(zhì)量和尺寸進行選擇。一般鍛件質(zhì)量小于100kg時,可選擇空氣錘;鍛件質(zhì)量在100~1000kg時,可選擇蒸汽-空氣錘;鍛件質(zhì)量大于1000kg時,可選擇水壓機。第六十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一五、確定鍛造溫度范圍、冷卻方式和熱處理規(guī)范毛坯的鍛造溫度主要決定于毛坯的制作材料,具體鍛造溫度范圍可參看圖7-11和表7-2及有關(guān)鍛造工藝手冊等資料。鍛造后冷卻方式的選擇要根據(jù)鍛件的材質(zhì)、鍛件的尺寸與形狀以及技術(shù)要求等方面進行綜合考慮,選擇合理的冷卻方式。形狀簡單的鍛件鍛后可直接進行空冷,形狀復雜的鍛件則應緩慢冷卻,減小熱應力與變形。鍛造后的熱處理一般采用正火和退火。其目的是為了消除鍛造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力,為后續(xù)的熱處理工藝及切削加工做好組織準備。第六十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)鍛造結(jié)構(gòu)工藝性鍛造結(jié)構(gòu)工藝性是指所設計的零件,在滿足使用性能要求的前提下鍛造成形的難易程度。設計零件結(jié)構(gòu)時應考慮金屬的可鍛性和鍛造工藝,盡量使鍛造過程簡單易行。第六十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一一、鍛件材料對結(jié)構(gòu)的要求金屬材料不同,鍛造性能不同,對結(jié)構(gòu)的要求也不同。例如,w(C)≤0.60%的低碳鋼和中碳鋼塑性好,變形抗力小,鍛造溫度范圍大,可以鍛造出形狀較復雜的鍛件;高碳鋼和合金鋼的塑性差,變形抗力大,鍛造溫度范圍小,鍛件的形狀應簡單,鍛件截面尺寸變化應盡量小。第六十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一二、鍛造工藝對結(jié)構(gòu)的要求1.自由鍛件的設計要求自由鍛件各部分的結(jié)構(gòu)形狀,要能滿足鍛造加工工藝過程,用經(jīng)濟的方法生產(chǎn)出合格優(yōu)質(zhì)的鍛件。表7-4是不同結(jié)構(gòu)鍛件的工藝性要求。第六十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一2.模鍛件的設計要求模鍛件是在模膛內(nèi)成形的,模鍛件的形狀應使鍛件能從模膛中順利地取出和容易充滿模膛。為此在設計結(jié)構(gòu)時,應合理考慮分模面、拔模斜度及圓角等問題。分模面應使模膛深度最小,寬度最大,敷料最少,如圖7-29所示。圖中涂黑處為敷料,目的是便于出模和金屬流動。第六十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一鍛件應盡量避免薄壁、高的凸起和深的凹陷結(jié)構(gòu),如圖7-30a所示的模鍛件有一高而薄的凸緣不易成形,圖7-30b所示的模鍛件扁而薄,鍛造時薄的部分的金屬冷卻較快,不易充滿模膛。第六十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一第五節(jié)沖壓沖壓是指使坯料經(jīng)成形或分離而得到制件的工藝統(tǒng)稱。因其通常在冷態(tài)下進行,故又稱冷沖壓。沖壓主要是對薄板(其厚度一般不超過10mm)進行冷變形,所以,沖壓件的重量較小。沖壓的坯材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、鋁非鐵金屬等。沖壓設備主要有:剪板機(圖7-31)和壓力機(圖7-32)。沖壓操作簡便,易于實現(xiàn)機械化和自動化,生產(chǎn)效率高,在汽車、航空、電器、儀表等工業(yè)中應用廣泛。但是由于沖模制造復雜,質(zhì)量要求高,所以只有在大批量生產(chǎn)時,沖壓的優(yōu)越性才更為突出。第六十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一圖7-31剪板機圖7-32壓力機第七十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一一、沖壓的基本工序沖壓的基本工序包括分離工序和變形工序兩大類。1.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)、整修等。(1)剪切它是以兩個相互平行或交叉的刀片對金屬材料進行切斷的過程。剪切通常在剪板機上進行。第七十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(2)沖裁它是指利用沖模將板料以封閉輪廓與坯料分離的沖壓方法。落料和沖孔,都屬于沖裁工序,但二者的生產(chǎn)目的不同。落料是指利用沖裁取得一定外形的制件或坯料的沖壓方法,被沖下的部分是成品,周邊是廢料,如圖7-33所示;沖孔是將沖壓坯內(nèi)的材料以封閉的輪廓分離開來,得到帶孔制件的一種沖壓方法,被沖下的部分是廢料,而周邊形成的孔是成品,如圖7-34所示。

第七十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一金屬板料的沖裁過程如圖7-35所示。凸模和凹模之間有一定的間隙z,當凸模壓下時,板料將經(jīng)彈性變形、塑性變形和分離三個階段的變化。當凸模(沖頭)接觸金屬板料向下運動時,金屬板料產(chǎn)生彈性變形,當金屬板料內(nèi)的拉應力值達到其屈服強度時,金屬板料產(chǎn)生塑性變形,變形達到一定程度時,位于凸凹模刃口處的金屬板料由于應力集中使拉應力超過金屬板料的抗拉強度,開始產(chǎn)生微裂紋,當上下裂紋匯合時,金屬板料即被沖斷。第七十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一圖7-35金屬板料的沖裁過程第七十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(3)整修它是利用整修模沿沖裁件的外緣或內(nèi)孔刮去一層薄薄的切屑,以提高沖裁件的加工精度和剪斷面表面粗糙度的沖壓方法。例如,當沖壓件的加工精度和表面粗糙度要求較高時,可在落料或沖孔后對沖壓件進行整修,從而使沖壓件的切口質(zhì)量滿足設計要求。第七十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一2.變形工序變形工序是指使坯料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工序,如彎曲、拉深、翻邊、脹形、縮口、擴口等。(1)彎曲它是指將板料、型材或管材在彎矩作用下彎成具有一定曲率和角度制件的成形方法,如圖7-36所示。第七十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一彎曲結(jié)束后,坯料產(chǎn)生的變形由塑性變形和彈性變形兩部分組成。外力去除后塑性變形保留下來,彈性變形消失,并使坯料的形狀和尺寸發(fā)生與彎曲時變形方向相反的變化,從而消去一部分彎曲變形效果,該現(xiàn)象稱為回彈。因此,為抵消回彈現(xiàn)象對彎曲件的影響,彎曲模的角度應比成品零件的角度小一個回彈角(一般小于10°)。第七十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一另外,板料彎曲時要注意其流線(軋制時形成的)合理分布,應使流線方向與彎曲圓弧的方向一致,如圖7-37所示,這樣不僅能防止彎曲時工件彎裂,也有利于提高工件的使用性能。

第七十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(2)拉深它是指變形區(qū)在一拉一壓的應力狀態(tài)作用下,使板料(淺的空心坯)成形為空心件(深的空心件)而厚度基本不變的加工方法,如圖7-38所示。第七十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一拉深過程中,由于坯料邊緣在切向受到壓縮,很容易產(chǎn)生波浪狀變形或折皺,如圖7-39a所示。坯料厚度越小,拉深深度越大,則越容易產(chǎn)生折皺。為防止拉深件產(chǎn)生折皺,必須用壓邊圈將坯料壓住。壓力的大小以拉深件不起皺為宜,壓力過大會導致拉深件拉裂,如圖7-39b所示。對于變形程度較大的拉深件,不能一次拉深到位,需要多次分步拉深。

第八十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一

(3)翻邊它是在毛坯的平面部分或曲面部分的邊緣,沿一定曲線翻起豎立直邊的成形方法,如圖7-40所示。第八十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(4)脹形它是板料或空心坯料在雙向拉應力作用下,使其產(chǎn)生塑性變形取得所需制件的成形方法,如圖7-41所示就是利用橡膠芯來增大半成品件中間部分的直徑的實例。第八十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一(5)縮口與擴口縮口是將管件或空心制件的端部加壓,使其徑向尺寸縮小的成形方法,如圖7-42所示。擴口是使空心坯料或管狀坯料的端部徑向尺寸擴大的成形方法。

第八十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一二、沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性是指所設計的沖壓件在滿足使用性能要求的前提下沖壓成形的難易程度,良好的沖壓件結(jié)構(gòu)應與材料的沖壓性能、沖壓工藝相適應。1.沖壓性能對沖壓件結(jié)構(gòu)的要求沖壓性能主要是指金屬材料的塑性。坯料塑性好,可防止沖壓件被沖裂,獲得合格的沖壓件。沖壓件對金屬材料的具體要求,可查閱相關(guān)技術(shù)資料。第八十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一2.沖壓工藝對沖壓件結(jié)構(gòu)的要求1)零件的結(jié)構(gòu)應便于合理排樣,減少廢料。2)為了保證模具強度和沖裁件的質(zhì)量,對凹槽尺寸、凸臂尺寸、孔的尺寸、孔與孔之間的距離、孔與邊界之間的距離、輪廓圓角半徑等均有最小尺寸要求,這些數(shù)據(jù)可以查閱相關(guān)的技術(shù)手冊。第八十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一3)沖最小孔時應注意孔徑與板料厚度的關(guān)系,孔徑不應小于板料厚度。4)彎曲件的彎曲半徑不能小于被彎曲金屬材料許可的最小彎曲半徑(rmin)。5)彎邊直線高度應大于板厚的2倍。否則應先壓槽然后再彎曲,或加高彎曲后再將多余的高度切除。第八十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一6)拉深件外形應盡量簡單、對稱,以減少拉深件的成形難度以及模具的制作難度。7)盡量減小拉深件的中空深度,以便減少拉深次數(shù),易于成形。8)拉深件應有結(jié)構(gòu)圓角,否則將增加拉深次數(shù)及整形工作量,甚至容易產(chǎn)生拉裂現(xiàn)象。第八十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)金屬壓力加工新技術(shù)簡介提高鍛件的性能和質(zhì)量,使鍛件的外形尺寸接近零件尺寸,實現(xiàn)少切屑或無切屑加工,做到清潔生產(chǎn),提高自動化程度,提高零件的生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本,是現(xiàn)代金屬壓力加工生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。下面介紹部分成熟的金屬壓力加工新技術(shù)。第八十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一一、超塑性成形技術(shù)超塑性是指金屬在特定的組織、溫度條件和變形速度下變形時,塑性比常態(tài)提高幾倍到幾百倍(部分金屬的伸長率超過1000%),而變形抗力降低到常態(tài)的幾分之一甚至幾十分之一的異乎尋常的性質(zhì),如純鈦的伸長率可達300%以上,鋅鋁合金的伸長率可達1000%以上。超塑性分為細晶超塑性(又稱恒溫超塑性)和相變超塑性等。第八十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期一細晶超塑性是利用變形和熱處理方法獲得0.5~5μm左右的超細等軸晶粒而具有超塑性的。它在0.5T熔(K)溫度和很小的變形速率(10-5~10-2m/s)下進行鍛壓加工,其伸長率可達百分之幾百以上。相變超塑性是金屬材料在相變溫度附近進行反復加熱、冷卻并使其在一定的變形速率下變形時,呈現(xiàn)出高塑性、低的變形抗力和高擴散能力等超塑性特點。利用金屬材料在特定條件下所具有的超塑性來進