第2章 锻压工艺-02

机械制造工艺基础安徽新华学华学院安徽新华学院2 2.3 3 塑性成形方法及工艺塑性成形方法及工艺锻造工艺主要分为无模自由成形（自由锻）和模膛塑性成形（模锻）2.3.1 2.3.1 自由锻自由锻 一、概述一、概述1.1.定义：定义：用冲击力或压力使金属在锻造设备的上、下砧板（或砥铁）间产生塑性变 2.形，从而获得所需几何形状和尺寸的锻件的方法。3.自由锻造时，除与上、下砧铁接触的金属部分受到约束外，金属坯料朝其它各个方向4.均能自由变形流动，不受外部的限制，故无法精确控制变形的发展。锻件的成形主要取决于工人采用的操作方法和技能 2.2.自由锻分类：自由锻分类：手工锻造和机器锻造两种。手工锻造只能生产小型锻件，生产率也较低。机器锻造是自由锻的主要方法。安徽新华学院4.4.自由锻的主要设备：自由锻的主要设备：锻锤和液压机两大类2.3.1 2.3.1 自由锻自由锻3.3.自由锻的特点：自由锻的特点：工具简单、通用性强，生产准备周期短。自由锻件的质量范围可由不及一千克到二、三百吨，对于大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，这使得自由锻在重型机械制造中具有特别重要的作用，例如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、重要的齿轮等零件在工作时都承受很大的载荷，要求具有较高的力学性能，常采用自由锻方法生产毛坯。由于自由锻件的形状与尺寸主要靠人工操作来控制，所以锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。自由锻主要应用于单件、小批量生产，修配以及大型锻件的生产和新产品的试制等。安徽新华学院2.3.1 2.3.1 自由锻自由锻二二、自由锻工序、自由锻工序 自由锻工序：基本工序、辅助工序和修整工序。（一）基本工序（一）基本工序 使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以得到所需形状、尺寸或改善材质性能的工艺过程。它是锻件成形过程中必需的变形工序，如镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等。实际生产中最常用的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。镦粗镦粗 沿工件轴向进行锻打，使其长度减小，横截面积增大的操作过程。镦粗可分为全镦粗和局部镦粗两种形式 镦粗时，坯料不能过长，高度与直径之比应小于2.5，以免镦弯，或出现细腰、夹层等现象。坯料镦粗的部位必须均匀加热，以防止出现变形不均匀。(见镦粗）见镦粗）安徽新华学院2.3.1 2.3.1 自由锻自由锻（一）基本工序（一）基本工序 拔长拔长 拔长是沿垂直于工件的轴向进行锻打，以使其截面积减小，而长度增加的操作过程对于圆形坯料，一般先锻打成方形后再进行拔长，最后锻成所需形状，或使用V型砧铁进行拔长。在锻造过程中要将坯料绕轴线不断翻转。图2-9 使用V型砧铁拔长圆坯料 安徽新华学院2.3.1 2.3.1 自由锻自由锻（一）基本工序（一）基本工序 冲孔冲孔 利用冲头在工件上冲出通孔或盲孔的操作过程。常用于锻造齿轮、套筒和圆环等空心锻件，对于直径小于25mm的孔一般不锻出，而是采用钻削的方法进行加工。在薄坯料上冲通孔时，可用冲头一次冲出。若坯料较厚时，可先在坯料的一边冲到孔深的23深度后，拔出冲头，翻转工件，从反面冲通，以避免在孔的周围冲出毛刺，（二）辅助工序（二）辅助工序 为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序（压钳口、切肩等）。（三）修整工序（三）修整工序 用以减少锻件表面缺陷而进行的工序（如校正、滚圆、平整等）(零件的锻造过程）零件的锻造过程）安徽新华学院2.3.1 2.3.1 自由锻自由锻（见 摇杆轴自由锻造）（见 齿轮坯锻造过程）安徽新华学院2.3.1 2.3.1 自由锻自由锻三三、自由锻、自由锻锻造工序选择锻造工序选择自由锻锻造工序的选取应根据工序特点和锻件形状来确定。一般而言，盘类零件多采用镦粗（或拔长镦粗）和冲孔等工序；轴类零件多采用拔长，切肩和锻台阶等工序。一般锻件的分类及采用的工序见下表 锻件类别 图 例 锻造工序 盘类零件 镦粗（或拔长镦粗），冲孔等 轴类零件 拔长（或镦粗拔长），切肩，锻台阶等 筒类零件 镦粗（或拔长镦粗），冲孔，在芯轴上拔长等 环类零件 镦粗（或拔长镦粗），冲孔，在芯轴上扩孔等 弯曲类零件 拔长，弯曲等 表：锻件分类及所需锻造工序安徽新华学院四、自由锻件的结构工艺性四、自由锻件的结构工艺性2.2.几何体间的交接处几何体间的交接处不应形成空间曲线不应形成空间曲线自由锻件的设计原则自由锻件的设计原则是：在满足使用性能的前提下，锻件的形状应尽量简单，易于锻造。1 1尽量避免锥体或斜面尽量避免锥体或斜面结构结构 锻造具有锥体或斜面结构的锻件，需制造专用工具，锻件成形也比较困难，从而使工艺过程复杂，不便于操作，影响设备使用效率，应尽量避免 安徽新华学院2.3.5 2.3.5 自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性3.自由锻件上不应设计出加强自由锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面筋、凸台、工字形截面4.截面变化大的锻件，截面变化大的锻件，采用组合连接采用组合连接安徽新华学院定义定义：在模锻设备上，利用高强度锻模，使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的加工方法称为模锻。在变形过程中由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时可获得与模膛形状相符的模锻件。（模锻实例视频）（相比自由锻）优点优点：锻件形状和精度由模膛保证；锻件尺寸精确，表面光洁；可锻出形状复杂的锻件，加工余量少，生产率高；适用大批量生产不足不足：模锻生产受模锻设备吨位限制，模锻件的质量一般在150kg以下；模锻设备投资较大，模具费用较昂贵，工艺灵活性较差，生产准备周期较长；因此，模锻适合于小型锻件的大批大量生产，不适合单件小批量生产以及中、大型锻件的生产。模锻设备模锻设备：胎膜锻、锤上模锻、曲柄压力机模锻、平模机上模锻、摩擦压力机上模锻2.3.2 2.3.2 模锻模锻安徽新华学院一一、锤上模锻、锤上模锻定义：定义：锤上模锻是将上模固定在锤头上，下模紧固在模垫上，通过随锤头作上下往锤上模锻是将上模固定在锤头上，下模紧固在模垫上，通过随锤头作上下往复运动的上模，对置于下模中的金属坯料施以直接锻击，来获取锻件的锻造方法。复运动的上模，对置于下模中的金属坯料施以直接锻击，来获取锻件的锻造方法。锤上模锻设备锤上模锻设备：蒸汽-空气模锻锤、无砧座锤和高速锤等。1.1.锤上模锻的锻模结构锤上模锻的锻模结构 锤上模锻用的锻模由带燕尾的上模2和下模4两部分组成，上下模通过燕尾和楔铁分别紧固在锤头和模垫上，上、下模合在一起在内部形成完整的模膛。2.3.2 2.3.2 模锻模锻安徽新华学院1 1）制坯模膛）制坯模膛对于形状复杂的锻件，为了使毛坯形状基本符合锻件形状，以便使金属能合理分布和很好地充满模膛，就必须预先在制坯模膛内制坯。(1)(1)拔长模膛拔长模膛 它是用来减少毛坯某部分的横截面积，以增加该部分的长度。拔长模膛分为开式和闭式两种(图2-13)（动画拔长模膛）2.3.2 2.3.2 模锻模锻模膛根据其功用不同可分为和制坯模膛和模锻模膛两大类 安徽新华学院(2)(2)滚压模膛滚压模膛:用来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。主要是使金属按模锻件形状来分布。滚压模膛分为开式和闭式两种(3)(3)弯曲模膛：弯曲模膛：对于弯曲的杆类模锻件，需用弯曲模膛来弯曲毛坯（见弯曲模膛）(4)(4)切断模膛：切断模膛：它是在上模与下模的角部组成一对刀口，用来切断金属2.3.2 2.3.2 模锻模锻安徽新华学院2)2)模锻模膛模锻模膛模锻模膛包括预锻模膛和终锻模膛。所有模锻件都要使用终锻模膛，预锻模膛则要根据实际情况决定是否采用。2.3.2 2.3.2 模锻模锻 (1)(1)终锻模膛：终锻模膛：终锻模膛的作用是：使毛坯最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，因此，它的形状应和锻件的形状相同；由于模锻需要加热后进行，锻件冷却时要收缩，故终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢锻件收缩量取1.5%。另外，沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮。安徽新华学院(2)(2)预锻模膛：预锻模膛：预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻模膛而获得锻件所需要的尺寸。同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。对于形状简单的锻件或批量不大时可不设预锻模膛。预锻模膛的圆角和斜度要比终锻模膛大得多，而且没有飞边槽。2.3.2 2.3.2 模锻模锻根据模锻件的复杂程度，所需变形的模膛数量不等，将锻模设计成 单膛锻模、多膛锻模安徽新华学院实例：弯曲连杆锻造过程2.3.2 2.3.2 模锻模锻安徽新华学院2.2.锤上模锻工艺规程的制定锤上模锻工艺规程的制定 锤上模锻成型的工艺过程一般为：锤上模锻成型的工艺过程一般为：切断毛坯切断毛坯加热坯加热坯料料模锻模锻切除模锻件的飞边切除模锻件的飞边校正锻件校正锻件锻件热处锻件热处理理表面清理表面清理检验检验成堆存放。成堆存放。锤上模锻成型的工艺设计包括锤上模锻成型的工艺设计包括制定锻件图、计算坯料制定锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步尺寸、确定模锻工步(选择模膛选择模膛)、选择设备及安排修、选择设备及安排修整工序整工序等。其中最主要的是锻件图的制定和模锻工步的确定。安徽新华学院1 1）.模锻件图的制定模锻件图的制定锻件图是用做设计和制造锻模、计算坯料以及检查锻件的依据。制定锻件图应考虑如下问题（1 1）选择模锻件的分模面）选择模锻件的分模面分模面即是上下锻模在模锻件上的分界面。必须按以下原则确定分模面位置：要保证模锻件能从模膛中取出，分模面应选在模锻件最大尺寸的截面上。按选定的分模面制成锻模后，应使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象，及时调整锻模位置。安徽新华学院1 1）.模锻件图的制定模锻件图的制定（1 1）选择模锻件的分模面）选择模锻件的分模面最好把分模面选在模膛深度最浅的位置处。这样可使金属很容易充满模膛，便于取出锻件，并有利于锻模的制造。选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。最好使分模面为一个平面，使上下锻模的模膛深度基本一致，差别不宜过大，以便于制造锻模。安徽新华学院(2(2）确定模锻件的机械加工余量及公差）确定模锻件的机械加工余量及公差为了达到零件尺寸精度及表面粗糙度的要求，锻件上需切削加工而去除的金属层，为了达到零件尺寸精度及表面粗糙度的要求，锻件上需切削加工而去除的金属层，称为锻件的加工余量。称为锻件的加工余量。模锻件要规定锻造公差，以控制锻件由于上下模没有闭合，金属没充满模膛，上模锻件要规定锻造公差，以控制锻件由于上下模没有闭合，金属没充满模膛，上下模发生错移以及模膛磨损和变形等所产生的误差。下模发生错移以及模膛磨损和变形等所产生的误差。机械加工余量一般为14 mm，锻造公差一般取在0.33 mm之间。(3(3）标注模锻斜度）标注模锻斜度模锻斜度与模膛深度和宽度有关，通常模膛深度与宽度的比值（hb）较大时，模锻斜度取较大值。内壁斜度要略大于外壁斜度(a 2 a 1)。内壁斜度内壁斜度应比外壁斜度应比外壁斜度大一级大一级安徽新华学院(4)(4)标注模锻圆角半径标注模锻圆角半径 锻件上所有转角处都应做成圆角。圆弧过渡有利于金属的变形流动，锻造时使金属易于充满模膛，提高锻件质量，并且可以避免在锻模上的内角处产生裂纹，减缓锻模外角处的磨损，提高锻模使用寿命。一般内圆角半径（R）应大于其外圆半径（r）。内圆角半径内圆角半径R是外圆角半径是外圆角半径r的倍的倍安徽新华学院(5(5）留出冲孔连皮）留出冲孔连皮由于锤上模锻时不能靠上、下模的突起部分把金属完全排挤掉，因此不能锻出通孔，终锻后，孔内留有金属薄层，称为冲孔连皮（图2-24）锻件上直径小于25mm的孔，一般不锻出，或只压出球形凹穴。大于25mm的通孔，也不能直接模锻出通孔，而必须在孔内保留一层连皮。冲孔连皮的厚度s与孔径d 有关，当d=3080mm时，s=48mm。（见冲孔连皮动画）安徽新华学院在锻件图上，用粗实线表示锻件的形状，用双点划线表示零件的轮廓在锻件图上，用粗实线表示锻件的形状，用双点划线表示零件的轮廓形状，并在锻件尺寸线的下面用圆括弧标出零件尺寸。形状，并在锻件尺寸线的下面用圆括弧标出零件尺寸。安徽新华学院2).2).模锻工步的确定模锻工步的确定盘类盘类模锻件模锻件，如齿轮、法兰盘等，如齿轮、法兰盘等(图图8-138-13)。一般为镦粗、预锻、终锻成型。一般为镦粗、预锻、终锻成型。工步主要根据锻件的形状和尺寸来确定。工步主要根据锻件的形状和尺寸来确定。盘类盘类模锻件和长轴类锻件模锻件和长轴类锻件安徽新华学院长轴类锻件长轴类锻件，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等；一般为拔长、滚挤、弯曲、，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等；一般为拔长、滚挤、弯曲、预锻、终锻成形。预锻、终锻成形。安徽新华学院3.3.锤上模锻件的结构工艺性锤上模锻件的结构工艺性(1(1）模锻零件必须具有一个合理的分模面，以保证模锻件易于从锻模中取出、敷料最少、锻模容易制造。(2(2）零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出模锻斜度。非加工表面所形成的角都应按模锻圆角设计。截面相差过截面相差过大大过扁、过薄过扁、过薄(3)(3)为了使金属容易充满模膛和减少工序，零件外形力求简单、平直和对称，尽量避免零件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、凸起等结构安徽新华学院(4)(4)在零件结构允许的条件下，设计时尽量避免有深孔或多孔结构。(5)(5)在可能条件下，应采用锻-焊组合工艺，以减少敷料，简化模锻工艺。安徽新华学院二、二、其它模锻方法其它模锻方法 2.3.2 2.3.2 模锻模锻除了锤上模锻外，压力机上模锻和胎模锻等模锻方法也有着较为广泛的应用。（一）压力机上模锻 用于模锻生产的压力机有摩擦压力机、平锻机、水压机、曲柄压力机等，其工艺特点的比较见下表 锻造方法 设备类型 工艺特点 应 用 结构 构造特点 摩擦压力机上模锻 摩擦压力机 滑块行程可控，速度为（0.51.0）m/s，带有顶料装置，机架受力，形成封闭力系，每分钟行程次数少，传动效率低 特别适合于锻造低塑性合金钢和非铁金属；简化了模具设计与制造，同时可锻造更复杂的锻件；承受偏心载荷能力差；可实现轻、重打，能进行多次锻打，还可进行弯曲、精压、切飞边、冲连皮、校正等工序 中、小型锻件的小批和中批生产 曲柄压力机上模锻 曲柄压力机 工作时，滑块行程固定，无震动，噪音小，合模准确，有顶杆装置，设备刚度好 金属在模膛中一次成形，氧化皮不易除掉，终锻前常采用预成形及预锻工步，不宜拔长、滚挤，可进行局部镦粗，锻件精度较高，模锻斜度小，生产率高，适合短轴类锻件 大批大量生产 平锻机上模锻 平 锻 机 滑块水平运动，行程固定，具有互相垂直的两组分模面，无顶出装置，合模准确，设备刚度好 有两个分模面，扩大了模锻适用范围，金属在模膛中一次成形，锻件精度较高，生产率高，材料利用率高，适合锻造带头的杆类和有孔的各种合金锻件，对非回转体及中心不对称的锻件较难锻造 大批大量生产 安徽新华学院胎模是一种不固定在锻造设备上的模具，结构较简单，制造容易。胎模锻是在自由锻设备上用胎模生产模锻件的工艺方法，因此胎模锻兼有自由锻和模锻的特点。胎模锻适合于中、小批量生产小型多品种的锻件，特别适合于没有模锻设备的工厂。2.3.2 2.3.2 模锻模锻（二）胎模锻