第七章-金属压力加工课件

金属工艺学主 编：王 英 杰 张 芙 丽副 主 编：金 升 王 成 国机械工业出版社金属工艺学主编：王英杰张芙丽机械工业出版社1第七章金属压力加工二、金属锻造工艺五、冲压一、金属压力加工概述六、金属压力加工新技术简介三、自由锻工艺过程设计基础四、锻造结构工艺性第七章二、金属锻造工艺五、冲压一、金属压力加工概述六、金属2一、金属一、金属压压力加工的基本概念力加工的基本概念锻锻造是指在加造是指在加压设备压设备及工及工(模模)具的作用下具的作用下,使坯料、使坯料、铸锭产铸锭产生局部或全部生局部或全部的塑性的塑性变变形形,以以获获得一定几何尺寸、形状和得一定几何尺寸、形状和质质量的量的锻锻件的加工方法。件的加工方法。冲冲压压是指使坯料是指使坯料经经分离或成形而得到制件的工分离或成形而得到制件的工艺统艺统称。称。挤压挤压是指坯料在封是指坯料在封闭闭模腔内受三向不均匀模腔内受三向不均匀压应压应力作用下力作用下,从模具的孔口或从模具的孔口或缝缝隙隙挤挤出出,使之横截面使之横截面积积减小减小,成成为为所需制品的加工方法。所需制品的加工方法。一、金属压力加工的基本概念3轧轧制是指金属材料制是指金属材料(或非金属材料或非金属材料)在旋在旋转轧辊转轧辊的的压压力作用下力作用下,产产生生连续连续塑塑性性变变形形,获获得所要求的截面形状并改得所要求的截面形状并改变变其性能的工其性能的工艺艺方法。按方法。按轧辊轴线轧辊轴线与与轧轧制制线线间间和和轧辊转轧辊转向的关系不同向的关系不同,可分可分为纵轧为纵轧、斜、斜轧轧和横和横轧轧三种。三种。拉拔是指坯料在拉拔是指坯料在牵牵引力作用下通引力作用下通过过模孔拉出使之模孔拉出使之产产生塑性生塑性变变形而得到截形而得到截面小、面小、长长度增加的工度增加的工艺艺。轧制是指金属材料(或非金属材料)在旋转轧辊的压力作用下,产生4二、金属二、金属压压力加工的特点力加工的特点(1)改善金属的内部改善金属的内部组织组织,提高金属的力学性能因提高金属的力学性能因为为金属金属经压经压力加工后力加工后,使金属毛坯的晶粒使金属毛坯的晶粒变变得得细细小小,并使原始并使原始铸铸造造组织组织中的内部缺陷中的内部缺陷(如微裂如微裂纹纹、气孔、气孔、缩缩松等松等)压压合合,因而提高了金属的力学性能。因而提高了金属的力学性能。二、金属压力加工的特点5(2)节节省金属材料由于省金属材料由于压压力加工提高了金属的力加工提高了金属的强强度等力学性能度等力学性能,因此因此,可可相相对对地地缩缩小零件的截面尺寸小零件的截面尺寸,减减轻轻零件的重量。另外零件的重量。另外,采用精密采用精密锻锻造造时时,可使可使锻锻件的件的尺寸精度和表面粗糙度接近成品零件尺寸精度和表面粗糙度接近成品零件,实现锻实现锻件少切屑或无切屑加工。件少切屑或无切屑加工。(2)节省金属材料由于压力加工提高了金属的强度等力学性能,6(3)具有具有较较高的生高的生产产率除自由率除自由锻锻造外造外,其他几种其他几种压压力加工方法都具有力加工方法都具有较较高高的生的生产产率率,如如齿轮压齿轮压制、制、滚轮压滚轮压制等制造方法均比机械加工的生制等制造方法均比机械加工的生产产率高出几倍甚率高出几倍甚至几十倍以上。至几十倍以上。(4)生生产产范范围围广金属广金属压压力加工可以生力加工可以生产产各种不同各种不同类类型与不同重量的型与不同重量的产产品品,从重量不足从重量不足1g的冲的冲压压件件,到重达数百吨的大型到重达数百吨的大型锻锻件等都可以件等都可以进进行生行生产产。(3)具有较高的生产率除自由锻造外,其他几种压力加工方法都7压压力加工的不足之力加工的不足之处处是是,不能不能获获得形状复得形状复杂杂的制件的制件,一般制件的尺寸精度、一般制件的尺寸精度、形状精度和表面形状精度和表面质质量量还还不不够够高高,加工加工设备设备比比较较昂昂贵贵,制件的加工成本也比制件的加工成本也比铸铸件高。件高。另外另外,在在压压力加工力加工过过程中会程中会对对金属的内部金属的内部组织组织和性能和性能产产生不利影响生不利影响,需要在加工需要在加工过过程中程中进进行行热处热处理理(如退火、正火等如退火、正火等),使其使其发发生回复与再生回复与再结结晶晶,消除消除压压力加工力加工产产生的不生的不良影响。良影响。压力加工的不足之处是,不能获得形状复杂的制件,一般制件的尺寸8三、金属三、金属压压力加工基力加工基础础知知识识金属的可金属的可锻锻性是指金属在性是指金属在锻锻造造过过程中程中经经受塑性受塑性变变形而不开裂的能力。它形而不开裂的能力。它与金属的塑性和与金属的塑性和变变形抗力有关形抗力有关,塑性越好塑性越好,变变形抗力越小形抗力越小,则则金属的可金属的可锻锻性越好性越好,反之反之,则则金属的可金属的可锻锻性越差。性越差。三、金属压力加工基础知识91.金属的塑性金属的塑性变变形形金属在外力作用下将金属在外力作用下将产产生塑性生塑性变变形形,其其变变形形过过程包括程包括弹弹性性变变形和塑性形和塑性变变形形两个两个阶阶段。段。弹弹性性变变形在外力去除后能形在外力去除后能够够恢复原状恢复原状,所以所以,不能用于成形加工不能用于成形加工,只有塑只有塑性性变变形形这这种永久性的种永久性的变变形形,才能用于成形加工。同才能用于成形加工。同时时,塑性塑性变变形会形会对对金属的金属的组织组织和和性能性能产产生很大影响生很大影响,因此因此,了解金属的塑性了解金属的塑性变变形形对对于理解于理解压压力加工的基本原理具有力加工的基本原理具有重要意重要意义义。1.金属的塑性变形10(1)金属塑性金属塑性变变形的形的实质实质试验证试验证明明,金属金属单单晶体的晶体的变变形方式主要有滑移和形方式主要有滑移和孪孪晶两种晶两种,在大多数情况下滑移是金属塑性在大多数情况下滑移是金属塑性变变形的主要方式。如形的主要方式。如图图7-2所示所示,金属金属单单晶体在切晶体在切应应力作用下力作用下,晶体的一部分相晶体的一部分相对对于另一部分沿着一定的晶面于另一部分沿着一定的晶面产产生滑生滑动动,这这种种现现象称象称为为滑移。滑移。产产生滑生滑动动的晶面和晶向分的晶面和晶向分别别称称为为滑移面和滑移方向。一般来滑移面和滑移方向。一般来说说,滑移面是原子排列密度最大的平面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。滑移方向是原子排列密度最大的方向。(1)金属塑性变形的实质试验证明,金属单晶体的变形方式主要11理理论论上上讲讲,理想的金属理想的金属单单晶体晶体产产生滑移运生滑移运动时动时需要很大的需要很大的变变形力形力,但但试验测试验测定的金属晶体滑移定的金属晶体滑移时时的的临临界界变变形力是理形力是理论计论计算数算数值值的百分之一以下。的百分之一以下。这说这说明金属明金属的滑移并不是晶体的一部分沿滑移面相的滑移并不是晶体的一部分沿滑移面相对对于另一部分作于另一部分作刚刚性的整体位移性的整体位移,而是通而是通过过晶体内部的位晶体内部的位错错运运动实现动实现的的,如如图图7-3所示。所示。理论上讲,理想的金属单晶体产生滑移运动时需要很大的变形力,但12多晶体多晶体(如金属如金属)是由是由许许多微小的多微小的单单个晶粒个晶粒杂杂乱乱组组合而成的。其塑性合而成的。其塑性变变形形过过程可以看成是程可以看成是许许多多单单个晶粒塑性个晶粒塑性变变形的形的总总和和;另外另外,多晶体塑性多晶体塑性变变形形还还存在着晶粒与晶粒之存在着晶粒与晶粒之间间的滑移和的滑移和转动转动,即晶即晶间变间变形形,如如图图7-4所示。但多晶体所示。但多晶体的塑性的塑性变变形以晶内形以晶内变变形形为为主主,晶晶间变间变形很小。由于晶界形很小。由于晶界处处原子排列紊乱原子排列紊乱,各个各个晶粒的位向不同晶粒的位向不同,使晶界使晶界处处的位的位错错运运动较难动较难,所以所以,晶粒越晶粒越细细,晶界面晶界面积积越大越大,变变形抗力就越大形抗力就越大,金属的金属的强强度也越高度也越高;另外另外,晶粒越晶粒越细细,金属的塑性金属的塑性变变形可分散在形可分散在更多的晶粒内更多的晶粒内进进行行,应应力集中力集中较较小小,金属的塑性金属的塑性变变形能力也越好形能力也越好,因此因此,生生产产中中都尽量都尽量获获得得细细晶粒晶粒组织组织。多晶体(如金属)是由许多微小的单个晶粒杂乱组合而成的。其塑13试验观试验观察察证证明明:金属在滑移金属在滑移变变形形过过程中程中,一部分旧的位一部分旧的位错错消失消失,又大量又大量产产生生新的位新的位错错,总总的位的位错错数量是增加的数量是增加的,大量位大量位错错运运动动的宏的宏观观表表现现就是金属的塑性就是金属的塑性变变形形过过程。位程。位错错运运动观动观点点认为认为:晶体缺陷及位晶体缺陷及位错错相互相互纠缠纠缠会阻碍位会阻碍位错错运运动动,导导致金属的致金属的强强化化,即即产产生冷生冷变变形形强强化化现现象。象。试验观察证明:金属在滑移变形过程中,一部分旧的位错消失,又大14(2)金属的冷金属的冷变变形形强强化随着金属冷化随着金属冷变变形程度的增加形程度的增加,金属的金属的强强度指度指标标和硬和硬度都有所提高度都有所提高,但塑性有所下降但塑性有所下降,这这种种现现象称象称为为冷冷变变形形强强化。金属化。金属变变形后形后,金属的晶金属的晶格格结结构构严严重畸重畸变变,形形变变金属的晶粒被金属的晶粒被压压扁或拉扁或拉长长,形成形成纤维组织纤维组织,如如图图7-5所示所示,甚至甚至破碎成破碎成许许多小晶多小晶块块。此。此时时金属的位金属的位错错密度提高密度提高,变变形形难难度加大度加大,金属的可金属的可锻锻性性恶恶化。化。低碳低碳钢钢塑性塑性变变形形时时力学性能的力学性能的变变化化规规律如律如图图7-6所示所示,其其强强度、硬度随度、硬度随变变形程度的形程度的增大而增加增大而增加,塑性、塑性、韧韧性性则则明明显显下降。下降。(2)金属的冷变形强化随着金属冷变形程度的增加,金属的强度15图7-5金属冷轧前后多晶体晶粒形状的变化图7-6低碳钢的冷变形强化规律图7-5金属冷轧前后多晶体晶粒形状的变化图7-6低碳钢的162.回复与再回复与再结结晶晶经过经过冷冷变变形的金属形的金属组织处组织处于不于不稳稳定状定状态态,它具有自它具有自发发地恢复到地恢复到稳稳定状定状态态的的倾倾向。但是在室温下向。但是在室温下,金属原子的活金属原子的活动动能力很小能力很小,这这种不种不稳稳定状定状态态的的组织组织能能够够保持保持很很长时间长时间而不而不发发生明生明显显的的变变化。只有化。只有对对冷冷变变形金属形金属进进行加行加热热,增大金属原子的活增大金属原子的活动动能力能力,才会才会发发生生显显微微组织组织和力学性能的和力学性能的变变化化,并逐步使冷并逐步使冷变变形金属的内部形金属的内部组织组织状状态态恢复到恢复到稳稳定状定状态态。对对冷冷变变形的金属形的金属进进行加行加热时热时,金属将相金属将相继发继发生回复、再生回复、再结结晶晶和晶粒和晶粒长长大三个大三个阶阶段的段的变变化化,如如图图7-7所示。所示。2.回复与再结晶17图7-7冷变形金属加热时组织与性能变化规律图7-7冷变形金属加热时组18(1)回复将冷回复将冷变变形后的金属加形后的金属加热热至一定温度后至一定温度后,使原子回复到平衡位置使原子回复到平衡位置,晶粒内残余晶粒内残余应应力大大减小的力大大减小的现现象称象称为为回复。冷回复。冷变变形金属在回复形金属在回复过过程中程中,由于加由于加热热温度不高温度不高,原子的活原子的活动动能力能力较较小小,金属中的金属中的显显微微组织变组织变化不大化不大,金属的金属的强强度和硬度基度和硬度基本保持不本保持不变变,但金属的塑性略有回升但金属的塑性略有回升,残余内残余内应应力部分消除。例如力部分消除。例如,冷拔冷拔弹弹簧簧钢丝绕钢丝绕制制弹弹簧后常簧后常进进行低温退火行低温退火(也称定形也称定形处处理理),就是利用回复保持冷拔就是利用回复保持冷拔钢丝钢丝的高的高强强度度,消消除冷卷除冷卷弹弹簧簧时产时产生的内生的内应应力。力。(1)回复将冷变形后的金属加热至一定温度后,使原子回复到平19(2)再再结结晶当加晶当加热热温度温度较较高高时时,塑性塑性变变形后的金属中被拉形后的金属中被拉长长了的晶粒重新了的晶粒重新生核、生核、结结晶晶,变为变为等等轴轴晶粒的晶粒的过过程称程称为为再再结结晶晶,再再结结晶恢复了晶恢复了变变形金属的可形金属的可锻锻性。性。再再结结晶是在一定的温度范晶是在一定的温度范围进围进行的行的,开始开始产产生再生再结结晶晶现现象的最低温度称象的最低温度称为为再再结结晶晶温度。温度。纯纯金属的再金属的再结结晶温度是晶温度是:T再再0.4T熔熔(K)式中式中T熔熔纯纯金属的金属的热热力学温度熔点。力学温度熔点。(2)再结晶当加热温度较高时,塑性变形后的金属中被拉长了的20合金中的合金元素会使再合金中的合金元素会使再结结晶温度晶温度显显著提高。在常温下著提高。在常温下经过经过塑性塑性变变形的形的金属金属,加加热热到再到再结结晶温度以上晶温度以上,使其使其发发生再生再结结晶的晶的处处理理过过程称程称为为再再结结晶退火。再晶退火。再结结晶退火可以消除加工硬化晶退火可以消除加工硬化,提高塑性提高塑性,便于金属便于金属继续进继续进行行压压力加工力加工,如金属在冷如金属在冷轧轧、冷拉、冷冲冷拉、冷冲压过压过程中程中,需在各工序中穿插再需在各工序中穿插再结结晶退火晶退火对对金属金属进进行行软软化。有些金属化。有些金属如如铅铅(Pb)和和锡锡(Sn)其再其再结结晶温度均低于室温晶温度均低于室温,约为约为0,因此因此,它它们们在室温下不会在室温下不会产产生生冷形冷形变变强强化化现现象象,总总是感是感觉觉很很软软。合金中的合金元素会使再结晶温度显著提高。在常温下经过塑性变形21(3)晶粒晶粒长长大大产产生生纤维纤维化化组织组织的金属的金属,通通过过再再结结晶晶,一般都能得到一般都能得到细细小而小而均匀的等均匀的等轴轴晶粒。但是如果加晶粒。但是如果加热热温度温度过过高或加高或加热时间过长热时间过长,则则再再结结晶后形成的晶晶后形成的晶粒会明粒会明显显地地长长大大,成成为为粗晶粗晶组织组织(图图7-8),从而使金属的力学性能下降从而使金属的力学性能下降,可可锻锻性性恶恶化。化。(3)晶粒长大产生纤维化组织的金属,通过再结晶,一般都能得223.冷加工与冷加工与热热加工的界限加工的界限从金属学的从金属学的观观点来点来讲讲,划分冷加工与划分冷加工与热热加工的界限是再加工的界限是再结结晶温度。在再晶温度。在再结结晶温度以上晶温度以上进进行的塑性行的塑性变变形属于形属于热热加工加工,而在再而在再结结晶温度以下晶温度以下进进行的塑性行的塑性变变形称形称为为冷加工。冷加工。显显然然,冷加工与冷加工与热热加工并不是以具体的加工温度的高低来区分的。加工并不是以具体的加工温度的高低来区分的。3.冷加工与热加工的界限23例如例如,金属金属钨钨(W)的最低再的最低再结结晶温度晶温度约为约为1200,所以所以,钨钨即使是在稍低于即使是在稍低于1200的高温下的高温下进进行塑性行塑性变变形仍属于冷加工形仍属于冷加工;而而锡锡(Sn)的最低再的最低再结结晶温度晶温度约为约为-7,所以所以,锡锡即使是在室温下即使是在室温下进进行塑性行塑性变变形却仍属于形却仍属于热热加工。冷加工加工。冷加工过过程中由于冷程中由于冷变变形形强强化化,金属的可金属的可锻锻性性趋趋于于恶恶化。化。热热加工加工过过程中程中,由于金属同由于金属同时进时进行着再行着再结结晶晶软软化化过过程程,可可锻锻性性较较好好,因此因此,能能够顺够顺利地利地进进行大行大变变形量的塑性形量的塑性变变形形,从而从而实现实现各种成形加各种成形加工。工。例如,金属钨(W)的最低再结晶温度约为1200,所以,钨244.锻锻造流造流线线与与锻锻造比造比(1)锻锻造流造流线线在在锻锻造造时时,金属的脆性金属的脆性杂质杂质被打碎被打碎,顺顺着金属主要伸着金属主要伸长长方向方向呈呈带带状分布状分布;塑性塑性杂质杂质随着金属随着金属变变形沿主要伸形沿主要伸长长方向呈方向呈带带状分布状分布,且在再且在再结结晶晶过过程程中不会消除。中不会消除。这这种种热锻热锻后的金属后的金属组织组织具有一定的方向性具有一定的方向性,通常将通常将这这种种组织组织称称为锻为锻造流造流线线。锻锻造流造流线线使金属的性能呈各向异性使金属的性能呈各向异性(见见表表7-1),即沿着流即沿着流线线方向方向(纵纵向向)的抗的抗拉拉强强度度较较高高,而垂直于流而垂直于流线线方向方向(横向横向)的抗拉的抗拉强强度度较较低。低。4.锻造流线与锻造比25在在设计设计和制造机械零件和制造机械零件时时,必必须须考考虑锻虑锻件的件的锻锻造流造流线线的合理分布。要尽量的合理分布。要尽量使使锻锻件的件的锻锻造流造流线线与零件的与零件的轮轮廓相吻合是廓相吻合是锻锻件工件工艺设计艺设计的一条基本原的一条基本原则则。例如。例如,图图7-9所示的吊所示的吊钩钩、螺、螺钉头钉头和曲和曲轴轴中的中的锻锻造流造流线线的分布状的分布状态态是合理的。是合理的。在设计和制造机械零件时,必须考虑锻件的锻造流线的合理分布。要26(2)锻锻造比在造比在锻锻造生造生产产中中,金属的金属的变变形程度常以形程度常以锻锻造比造比Y来表示来表示,即以即以变变形形前后的截面比、前后的截面比、长长度比或高度比表示。当度比或高度比表示。当锻锻造比造比Y=2时时,原始原始铸态组织铸态组织中的疏松、中的疏松、气孔被气孔被压压合合,组织组织被被细细化化,锻锻件各个方向的力学性能均有件各个方向的力学性能均有显显著提高著提高;当当Y=25时时,锻锻件件中流中流线组织线组织明明显显,产产生明生明显显的各向异性的各向异性,沿流沿流线线方向力学性能略有提高方向力学性能略有提高,但垂直于流但垂直于流线线方向的力学性能开始下降方向的力学性能开始下降;当当Y5时时,锻锻件沿流件沿流线线方向的力学性能不再提高方向的力学性能不再提高,垂直垂直于流于流线线方向的力学性能急方向的力学性能急剧剧下降。下降。(2)锻造比在锻造生产中,金属的变形程度常以锻造比Y来表示27例如例如,以以钢锭为钢锭为坯料坯料进进行行锻锻造造时时,应应按按锻锻件的力学性能要求件的力学性能要求选择选择合理的合理的锻锻造造比。比。对对沿流沿流线线方向有方向有较较高力学性能要求的高力学性能要求的锻锻件件(如拉杆如拉杆),应选择较应选择较大的大的锻锻造比造比;对对垂直于流垂直于流线线方向有方向有较较高力学性能要求的高力学性能要求的锻锻件件(如吊如吊钩钩),锻锻造比取造比取22.5即可。即可。例如,以钢锭为坯料进行锻造时,应按锻件的力学性能要求选择合理285.影响金属可影响金属可锻锻性的因素性的因素影响金属可影响金属可锻锻性的因素主要有性的因素主要有:金属化学成分、金属化学成分、组织结组织结构以及构以及变变形条件。形条件。(1)化学成分及化学成分及组织结组织结构的影响一般来构的影响一般来说说,纯纯金属的可金属的可锻锻性性优优于其合金的于其合金的可可锻锻性性;合金中合金元素的合金中合金元素的质质量分数越高量分数越高,成分越复成分越复杂杂,其可其可锻锻性越差性越差;非合金非合金钢钢中碳中碳的的质质量分数越高量分数越高,可可锻锻性越差。性越差。纯纯金属金属组织组织和未和未饱饱和的和的单单相固溶体相固溶体组织组织具有良好具有良好的可的可锻锻性性;合金合金组织组织中金属化合物增加会使其可中金属化合物增加会使其可锻锻性急性急剧恶剧恶化化;细细晶粒晶粒组织组织的可的可锻锻性性优优于粗晶于粗晶组织组织。5.影响金属可锻性的因素29(2)工工艺艺条件的影响在一定温度范条件的影响在一定温度范围围内内,随着随着变变形温度的升高形温度的升高,再再结结晶晶过过程逐程逐渐进渐进行行,金属的金属的变变形能力增加形能力增加,变变形抗力减少形抗力减少,从而改善了金属的可从而改善了金属的可锻锻性。一般性。一般来来说说,变变形速度提高形速度提高,金属的可金属的可锻锻性性变变差。金属在差。金属在挤压时挤压时呈三向呈三向压应压应力状力状态态,表表现现出出较较高的塑性和高的塑性和较较大的大的变变形抗力形抗力;金属在拉拔金属在拉拔时时呈两向呈两向压应压应力和一向拉力和一向拉应应力状力状态态,表表现现出出较较低的塑性和低的塑性和较较小的小的变变形抗力。形抗力。(2)工艺条件的影响在一定温度范围内,随着变形温度的升高,30第二第二节节金属金属锻锻造工造工艺艺一、坯料的加一、坯料的加热热1.加加热热目的目的加加热热的目的是提高金属的塑性和降低的目的是提高金属的塑性和降低变变形抗力形抗力,以改善其可以改善其可锻锻性和性和获获得良得良好的好的锻锻后后组织组织。金属加。金属加热热后可以用后可以用较较小的小的锻锻打力量使坯料打力量使坯料产产生生较较大的大的变变形而不破形而不破裂。非合金裂。非合金钢钢、低合金、低合金钢钢和合金和合金钢锻钢锻造造时应时应在在单单相奥氏体区相奥氏体区进进行行,因因为为奥氏体奥氏体组组织织具有良好的塑性和均匀一致的具有良好的塑性和均匀一致的组织组织。第二节金属锻造工艺312.锻锻造温度范造温度范围围锻锻造温度范造温度范围围是指由始是指由始锻锻温度到温度到终锻终锻温度之温度之间间的温度的温度间间隔。隔。(1)始始锻锻温度始温度始锻锻温度是指开始温度是指开始锻锻造造时时坯料的温度坯料的温度,也是也是锻锻造允造允许许的最高的最高加加热热温度。温度。这这一温度不宜一温度不宜过过高高,否否则则可能造成可能造成锻锻件件过热过热和和过烧过烧;但始但始锻锻温度也不宜温度也不宜过过低低,因因为过为过低低则则使使锻锻造温度范造温度范围缩围缩小小,缩缩短短锻锻造操作造操作时间时间,增加增加锻锻造造过过程的复程的复杂杂性。性。所以所以,确定始确定始锻锻温度的原温度的原则则是在不出是在不出现过热现过热和和过烧过烧的前提下的前提下,尽量提高始尽量提高始锻锻温度温度,以以增加金属的塑性增加金属的塑性,降低降低变变形抗力形抗力,有利于有利于锻锻造成形加工。非合金造成形加工。非合金钢钢的始的始锻锻温度温度应应比比固相固相线线低低200左右左右,如如图图7-11所示。所示。2.锻造温度范围32(2)终锻终锻温度温度终锻终锻温度是指坯料温度是指坯料经过锻经过锻造成造成形形,在停止在停止锻锻造造时锻时锻件的瞬件的瞬时时温度。如果温度。如果这这一温度一温度过过高高,则则停停锻锻后晶粒会在高温下后晶粒会在高温下继续长继续长大大,造成造成锻锻件内部晶粒件内部晶粒粗大粗大;如果如果终锻终锻温度温度过过低低则锻则锻件塑性件塑性较较低低,锻锻件件变变形困形困难难,容易容易产产生冷形生冷形变变强强化。所以化。所以,确定确定终锻终锻温度的原温度的原则则是在是在保保证锻证锻造造结结束前金属束前金属还还具有足具有足够够的塑性以及的塑性以及锻锻造后能造后能获获得再得再结结晶晶组织组织的前提下的前提下,终锻终锻温度温度应应稍低一些。非合稍低一些。非合金金钢钢的的终锻终锻温度温度,常取常取800左右左右,如如图图7-11所示。常用所示。常用金属材料的金属材料的锻锻造温度范造温度范围见围见表表7-2。(2)终锻温度终锻温度是指坯料经过锻造成形,在停止锻造时锻33二、二、锻锻造成形造成形1.自由自由锻锻自由自由锻锻(或自由或自由锻锻造造)是指只用是指只用简单简单的通用性工具的通用性工具,或在或在锻锻造造设备设备的上、下的上、下砧砧铁铁之之间间直接直接对对坯料施加外力坯料施加外力,使坯料使坯料产产生生变变形而形而获获得所需的几何形状及内部得所需的几何形状及内部质质量的量的锻锻件的加工方法。自由件的加工方法。自由锻锻一般分一般分为为手工自由手工自由锻锻和机器自由和机器自由锻锻两种两种,其中手工其中手工自由自由锻锻一般用于生一般用于生产产小型小型锻锻件。自由件。自由锻锻在重型机械生在重型机械生产产中具有重要地位中具有重要地位,可以生可以生产产1kg到到300t的的锻锻件。自由件。自由锻锻也是也是历历史最悠久的一种史最悠久的一种锻锻造方法造方法,具有工具有工艺艺灵活灵活,所所用用设备设备及工具通用性大及工具通用性大,加工成本低等特点。但自由加工成本低等特点。但自由锻锻生生产产率率较较低低,锻锻件精度低件精度低,劳劳动动强强度大度大,故多用于故多用于单单件或小批生件或小批生产产形状形状较简单较简单、精度要求不高的、精度要求不高的锻锻件。件。二、锻造成形34由于自由由于自由锻锻是采取逐步成形方式成形的是采取逐步成形方式成形的,所需所需变变形力形力较较小小,所以它是生所以它是生产产大大型型锻锻件件(300t以上以上)的唯一方法。采用自由的唯一方法。采用自由锻锻方法生方法生产产的的锻锻件件,称称为为自由自由锻锻件件(图图7-12)。自由。自由锻锻是通是通过过局部局部锻锻打逐步成形的打逐步成形的,它的基本工序包括它的基本工序包括:镦镦粗、拔粗、拔长长、冲孔、冲孔、切割、弯曲、扭切割、弯曲、扭转转、错错移及移及锻锻接等。接等。由于自由锻是采取逐步成形方式成形的,所需变形力较小,所以它是35(1)镦镦粗粗镦镦粗是指使毛坯高度减小粗是指使毛坯高度减小,横截面横截面积积增大的增大的锻锻造工序造工序,如如图图7-13a所示。所示。镦镦粗常用于粗常用于锻锻造造圆饼类锻圆饼类锻件。件。镦镦粗粗时时,由于坯料两端面与上下砧由于坯料两端面与上下砧铁间产铁间产生生摩擦力摩擦力,阻碍金属的流阻碍金属的流动动,因此因此,圆圆柱形坯料柱形坯料经镦经镦粗后呈鼓形粗后呈鼓形,这这种形状可以在后种形状可以在后续续工工序中序中进进行修整。行修整。对对坯料上某一部分坯料上某一部分进进行的行的镦镦粗粗,称称为为局部局部镦镦粗粗,图图7-13b所示是使用所示是使用模具模具,镦镦粗凸肩粗凸肩齿轮齿轮,图图7-13c所示是使用模具所示是使用模具,镦镦粗坯料的中部。粗坯料的中部。镦镦粗常用于制造大截面零件粗常用于制造大截面零件,如如齿轮齿轮坯、坯、圆盘圆盘、叶、叶轮轮等。另外等。另外,镦镦粗又是粗又是锻锻造造环环形形类锻类锻件、套筒件、套筒类锻类锻件的件的预备预备工序。工序。(1)镦粗镦粗是指使毛坯高度减小,横截面积增大的锻造工序,36图7-13镦粗图7-13镦粗37(2)拔拔长长拔拔长长是指使毛坯横断面是指使毛坯横断面积积减小减小,长长度增加的度增加的锻锻造工序造工序,如如图图7-14所示。拔所示。拔长长常用于常用于锻锻造截面小而造截面小而长长度大的杆度大的杆类锻类锻件件,如如轴轴、拉杆、拉杆、连连杆、曲杆、曲轴轴等。等。拔拔长时长时可用将可用将锻锻件反复左右件反复左右转动转动90的方法的方法对锻对锻件件进进行行锻锻打打,如如图图7-15a所所示示;也可以采用先也可以采用先顺顺着着锻锻件件轴线锻轴线锻完一面翻完一面翻转转90后后,再依次再依次锻锻另一面的方法另一面的方法,如如图图7-15b所示。所示。图7-14拔长图7-15拔长时翻转锻件的方法(2)拔长拔长是指使毛坯横断面积减小,长度增加的锻造工序,38(3)冲孔冲孔是指在坯料上冲出通孔或不通孔的冲孔冲孔是指在坯料上冲出通孔或不通孔的锻锻造工序造工序,如如图图7-16所示。所示。冲孔常用于冲孔常用于锻锻造造齿轮齿轮坯、坯、环环套套类类等空心等空心锻锻件。件。(4)切割切割是指将坯料分成几部分或部分地割开或从坯料的外部割掉切割切割是指将坯料分成几部分或部分地割开或从坯料的外部割掉一部分或从内部割掉一部分的一部分或从内部割掉一部分的锻锻造工序造工序,如如图图7-17所示。切割常用于下料所示。切割常用于下料,切除切除锻锻件的料件的料头头、钢锭钢锭的冒口等。的冒口等。(3)冲孔冲孔是指在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序,如图39图7-16冲孔图7-17切割图7-16冲孔图7-17切割40(5)弯曲弯曲是指采用一定的工模具将毛坯弯成所弯曲弯曲是指采用一定的工模具将毛坯弯成所规规定的外形的定的外形的锻锻造工造工序序,如如图图7-18所示所示,弯曲常用于弯曲常用于锻锻造角尺、弯板、吊造角尺、弯板、吊钩钩、链环链环等等轴线轴线弯曲的弯曲的锻锻件。件。(6)锻锻接接锻锻接是指坯料在炉内加接是指坯料在炉内加热热至高温后用至高温后用锤锤快快击击使两者在固相状使两者在固相状态态结结合的合的锻锻造工序。造工序。锻锻接的方法有搭接、接的方法有搭接、对对接、咬接等接、咬接等,如如图图7-19所示。所示。锻锻件件锻锻接接后的接后的接缝缝强强度可达被度可达被连连接材料接材料强强度的度的70%80%。(5)弯曲弯曲是指采用一定的工模具将毛坯弯成所规定的外形的41图7-18弯曲图7-19锻接图7-18弯曲图7-19锻接42(7)错错移移错错移是指将坯料的一部分相移是指将坯料的一部分相对对另一部分另一部分错错开一段距离开一段距离,但仍保但仍保持持这这两部分两部分轴线轴线平行的平行的锻锻造工序造工序,如如图图7-20所示。所示。错错移常用于移常用于锻锻造曲造曲轴类轴类零件。零件。错错移前移前,先先对对坯料坯料进进行局部切断行局部切断,然后在切口两然后在切口两侧侧分分别别施加大小相等、方向相反施加大小相等、方向相反,且且垂直于垂直于轴线轴线的冲的冲击击力或力或压压力力,使坯料使坯料实现错实现错移。移。(7)错移错移是指将坯料的一部分相对另一部分错开一段距离43(8)扭扭转转扭扭转转是将坯料的一部分相是将坯料的一部分相对对于另一部分于另一部分绕绕其其轴线轴线旋旋转转一定角度一定角度的的锻锻造工序。扭造工序。扭转转常用于常用于锻锻造多拐曲造多拐曲轴轴、麻花、麻花钻钻和校正某些和校正某些锻锻件。件。对对于小型坯料于小型坯料,若扭若扭转转角度不大角度不大时时,可用可用锤击锤击方法方法,如如图图7-21所示。所示。2.模模锻锻模模锻锻是指利用模具使毛坯是指利用模具使毛坯变变形而形而获获得得锻锻件的件的锻锻造方法。用模造方法。用模锻锻方法生方法生产产的的锻锻件称件称为为模模锻锻件件(图图7-22)。模。模锻过锻过程中程中,由于坯料在由于坯料在锻锻模内是整体模内是整体锻锻打成形的打成形的,因因此此,所需的所需的变变形力形力较较大。大。(8)扭转扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一44图7-21用锤击扭转图7-22模锻件图7-21用锤击扭转图7-22模锻件45模模锻锻按所用按所用设备设备的不同的不同,可分可分为锤为锤上模上模锻锻、曲柄、曲柄压压力机上模力机上模锻锻、摩擦、摩擦压压力力机上模机上模锻锻、平、平锻锻机上模机上模锻锻等。等。图图7-23所示所示为锤为锤上模上模锻锻。锻锻模由上模由上锻锻模和下模和下锻锻模两模两部分部分组组成成,分分别别安装在安装在锤头锤头和模和模垫垫上上,工作工作时时上上锻锻模随模随锤头锤头一起上下运一起上下运动动,上上锻锻模向模向下扣合下扣合时时,对对模膛中的坯料模膛中的坯料进进行冲行冲击击,使之充使之充满满整个模膛整个模膛,从而得到所需的从而得到所需的锻锻件。件。模锻按所用设备的不同,可分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦46模模锻锻与自由与自由锻锻相比有很多相比有很多优优点点,如模如模锻锻生生产产率高率高,有有时时比自由比自由锻锻高几十倍高几十倍;模模锻锻件尺寸比件尺寸比较较精确精确,切削加工余量少切削加工余量少,故可故可节节省金属材料省金属材料,减少切削加工工减少切削加工工时时;模模锻锻能能锻锻制形状比制形状比较较复复杂杂的的锻锻件。但模件。但模锻锻受到受到设备设备吨位的限制吨位的限制,模模锻锻件件质质量一般在量一般在150kg以下以下,且制造且制造锻锻模的成本模的成本较较高。因此高。因此,模模锻锻主要用于大批量生主要用于大批量生产产形状比形状比较较复复杂杂、精度要求、精度要求较较高的中小型高的中小型锻锻件。件。模锻与自由锻相比有很多优点,如模锻生产率高,有时比自由锻高473.胎模胎模锻锻胎模胎模锻锻是在自由是在自由锻设备锻设备上使用可移上使用可移动动模具生模具生产产模模锻锻件的一种件的一种锻锻造方法。造方法。胎模是一种只有一个模膛且不固定在胎模是一种只有一个模膛且不固定在锻锻造造设备设备上的上的锻锻模。胎模模。胎模锻锻是介于自由是介于自由锻锻和和模模锻锻之之间间的一种的一种锻锻造方法。它是在自由造方法。它是在自由锻设备锻设备上使用可移上使用可移动动模具生模具生产产模模锻锻件件,胎胎模模锻锻一般用自由一般用自由锻锻方法制坯方法制坯,使坯料初步成形使坯料初步成形,然后在胎模中然后在胎模中终锻终锻成形。胎模不固成形。胎模不固定在定在锤头锤头或砧座上或砧座上,只是在使用只是在使用时时才放上去。胎模的种才放上去。胎模的种类较类较多多,常用的胎模有常用的胎模有:扣模、扣模、套模、摔模、弯曲模、合模和冲切模等。套模、摔模、弯曲模、合模和冲切模等。图图7-24所示所示为为扣模与套模。扣模与套模。3.胎模锻48图7-24胎模图7-24胎模49胎模胎模锻锻与自由与自由锻锻相比相比,生生产产率高率高,锻锻件精度高件精度高,节约节约金属材料金属材料,锻锻件成本低件成本低;胎胎模模锻锻与模与模锻锻相比相比,不需吨位不需吨位较较大的大的设备设备,工工艺艺灵活。但胎模灵活。但胎模锻锻比模比模锻锻的的劳动劳动强强度大度大,模具寿命短模具寿命短,生生产产率低。因此率低。因此,胎模胎模锻锻一般在无模一般在无模锻设备锻设备的中小型企的中小型企业业中中应应用用,主要主要用于生用于生产产中小批量的中小批量的锻锻件。件。胎模锻与自由锻相比,生产率高,锻件精度高,节约金属材料,锻件504.其他其他锻锻造成形方法造成形方法(1)精密精密锻锻造在一般模造在一般模锻设备锻设备上上锻锻造高精度造高精度锻锻件的件的锻锻造方法称造方法称为为精密精密锻锻造。其主要特点是使用两套不同精度的造。其主要特点是使用两套不同精度的锻锻模。模。锻锻造造时时,先使用粗先使用粗锻锻模模对锻对锻件件进进行行锻锻造造,留有留有0.11.2mm的精的精锻锻余量余量;然后然后,切下切下飞边经飞边经酸洗后酸洗后,重新加重新加热热到到700900,再使用精再使用精锻锻模模进进行行锻锻造造,锻锻件精度高件精度高,不需或只需少量切削加工。不需或只需少量切削加工。4.其他锻造成形方法51(2)辊锻辊锻用一用一对对相向旋相向旋转转的扇形模具使坯料的扇形模具使坯料产产生塑性生塑性变变形形,获获得所需得所需锻锻件或件或锻锻坯的坯的锻锻造工造工艺艺,称称为辊为辊锻锻,如如图图7-25所示。所示。辊锻实质辊锻实质上是把上是把轧轧制制(纵轧纵轧)工工艺应艺应用于用于锻锻件生件生产产的的锻锻造方法。造方法。辊锻时辊锻时,坯料被扇形模具坯料被扇形模具挤挤压压成形成形,常作常作为为模模锻锻前的制坯工序前的制坯工序,也可直接制造也可直接制造锻锻件。件。例如例如,火火车轮车轮箍箍,齿齿圈圈,法法兰兰和和滚动轴滚动轴承内、外圈等承内、外圈等,就是就是采用采用辊锻锻辊锻锻成形的。成形的。(2)辊锻用一对相向旋转的扇形模具使坯料产生塑性变形,获得52(3)挤压挤压挤压挤压生生产产率很高率很高,锻锻造流造流线线分布合理。但分布合理。但变变形抗力大形抗力大,多用于多用于挤挤压压非非铁铁金属金属锻锻件、低碳件、低碳钢锻钢锻件、低合金件、低合金钢锻钢锻件、不件、不锈钢锻锈钢锻件等。件等。挤压挤压按按锻锻件温度件温度的不同的不同,可分可分为为冷冷挤压挤压、温、温挤压挤压和和热挤压热挤压三种三种;按被按被挤压挤压金属的流金属的流动动方向和凸模运方向和凸模运动动关系可分关系可分为为正正挤压挤压、反、反挤压挤压、复合、复合挤压挤压和和镦挤镦挤,如如图图7-26所示。所示。挤压挤压工工艺艺常用常用于生于生产产中空零件中空零件,如排气如排气阀阀、油杯等工件。、油杯等工件。(3)挤压挤压生产率很高,锻造流线分布合理。但变形抗力大,53三、冷却、三、冷却、检验检验与与热处热处理理热锻热锻成形的成形的锻锻件件,通常要根据其化学成分、尺寸、形状复通常要根据其化学成分、尺寸、形状复杂杂程度等来确定程度等来确定相相应应的冷却方法。低碳的冷却方法。低碳钢钢或中碳或中碳钢钢的小型的小型锻锻件件锻锻后常采用后常采用单单个或成堆堆放在地上个或成堆堆放在地上空冷空冷;低合金低合金钢钢的的锻锻件及截面件及截面宽宽厚的厚的锻锻件件则则需要放入坑中或埋在砂、石灰或炉渣需要放入坑中或埋在砂、石灰或炉渣等中等中缓缓慢冷却慢冷却;高合金高合金钢钢的的锻锻件及大型件及大型锻锻件的冷却速度要件的冷却速度要缓缓慢慢,通常采用随炉通常采用随炉缓缓冷。冷。冷却方式不当冷却方式不当,会使会使锻锻件件产产生内生内应应力、力、变变形形,甚至裂甚至裂纹纹。冷却速度。冷却速度过过快快还还会使会使锻锻件件表面表面产产生硬皮生硬皮,难难以以进进行切削加工。行切削加工。锻锻件冷却后件冷却后应应仔仔细进细进行行质质量量检验检验,合格的合格的锻锻件件应进应进行去行去应应力退火或正火或球化退火力退火或正火或球化退火,为为后后续续的切削加工做准的切削加工做准备备。变变形形较较大的大的锻锻件件应矫应矫正。技正。技术术要求允要求允许补焊许补焊的的锻锻件缺陷件缺陷应进应进行行补焊补焊。三、冷却、检验与热处理54第三第三节节自由自由锻锻造工造工艺过艺过程程设计设计基基础础自由自由锻锻件的件的锻锻造工造工艺设计艺设计包括包括:绘绘制制锻锻件件图图,计计算坯料的算坯料的质质量和尺寸量和尺寸,确定确定变变形工序形工序,确定确定锻锻造温度范造温度范围围、冷却方式和、冷却方式和热处热处理理规规范等内容。范等内容。一、一、绘绘制制锻锻件件图图锻锻件件图图是在零件是在零件图图的基的基础础上考上考虑虑加工余量、加工余量、锻锻件公差、工件公差、工艺艺余余块块等因素等因素后后绘绘制而成的。制而成的。第三节自由锻造工艺过程设计基础551.锻锻件加工余量及其公差件加工余量及其公差锻锻件加工余量是指成形件加工余量是指成形时为时为了保了保证证机械加工最机械加工最终获终获得所需要的尺寸而允得所需要的尺寸而允许许保留的多余金属保留的多余金属,如如图图7-27所示。所示。锻锻件公差是指件公差是指规规定的定的锻锻件尺寸的允件尺寸的允许变动许变动量。量。锻锻件的加工余量及其公差可根据有关件的加工余量及其公差可根据有关标标准确定。准确定。1.锻件加工余量及其公差562.余余块块余余块块是指在是指在锻锻件的某些件的某些难难以以锻锻出的部位加添一些大于余量的金属体出的部位加添一些大于余量的金属体积积,以以简简化化锻锻件的外形及件的外形及锻锻件的件的锻锻造工造工艺过艺过程程,如如图图7-27a所示。增所示。增设设余余块块可可简简化化锻锻件的件的形状形状,便于便于锻锻造造,但增加了切削加工的金属消耗量和切削工但增加了切削加工的金属消耗量和切削工时时。因此。因此,添加余添加余块时应块时应根据根据实际实际情况情况综综合考合考虑虑。2.余块573.绘绘制制锻锻件件图图在在锻锻件件图图中用粗中用粗实线实线表示表示锻锻件外形件外形,用双点画用双点画线线表示零件的外形。表示零件的外形。锻锻件的件的基本尺寸和公差基本尺寸和公差标标注在尺寸注在尺寸线线上面上面,而零件的尺寸而零件的尺寸标标注在尺寸注在尺寸线线下面的括号内下面的括号内,如如图图7-27b所示。所示。锻锻件件图图是是锻锻造生造生产产、锻锻件件检验检验与与验验收的主要依据。收的主要依据。3.绘制锻件图58二、坯料二、坯料质质量和尺寸的量和尺寸的计计算算坯料的坯料的质质量可按下式量可按下式计计算算:坯料坯料质质量量=锻锻件件质质量量+金属氧化金属氧化损损失失+截料截料损损失失其中其中锻锻件件质质量可按量可按锻锻件件图图的尺寸的尺寸计计算算;金属氧化金属氧化损损失的大小与加失的大小与加热热炉的种炉的种类类有关。在火焰炉中加有关。在火焰炉中加热钢热钢料料时时,第一次加第一次加热热取取锻锻件件质质量的量的2%3%,以后每加以后每加热热一一次次烧损烧损量按量按锻锻件件1.5%2%计计算。截料算。截料损损失是指冲孔、切失是指冲孔、切头头等截去的金属。一般等截去的金属。一般钢钢材坯料的截料材坯料的截料损损失可取失可取锻锻件件质质量的量的2%4%。如果是。如果是钢锭钢锭作坯料作坯料,钢锭头钢锭头部、尾部、尾部被切除的金属也部被切除的金属也应计应计入截料入截料损损失。失。二、坯料质量和尺寸的计算59坯料尺寸的确定与所采用的坯料尺寸的确定与所采用的锻锻造工序有关造工序有关,按第一按第一锻锻造工序是造工序是镦镦粗粗(或是拔或是拔长长),根据有关公式可根据有关公式可计计算出坯料的直径或算出坯料的直径或边长边长,最后根据国家生最后根据国家生产产的的钢钢材型号材型号进进行行选购选购和下料。和下料。坯料尺寸的确定与所采用的锻造工序有关,按第一锻造工序是镦粗(60三、确定三、确定锻锻造造变变形工序形工序确定确定锻锻造工序的主要依据是造工序的主要依据是锻锻件的件的结结构形状。例如构形状。例如,圆盘圆盘、齿轮齿轮等等盘类锻盘类锻件的主要件的主要锻锻造工序是造工序是镦镦粗粗;传动轴传动轴等杆等杆类锻类锻件的主要工序是拔件的主要工序是拔长长;圆环圆环、套筒等空、套筒等空心心类锻类锻件的主要工序是冲孔及拔件的主要工序是冲孔及拔长长;吊吊钩钩等弯曲件的主要工序是弯曲等弯曲件的主要工序是弯曲;曲曲轴类锻轴类锻件件的主要工序是拔的主要工序是拔长长及及错错移移;形状比形状比较较复复杂杂的的锻锻件一般需要采用多种工序分步件一般需要采用多种工序分步进进行行,才能才能锻锻制成形。表制成形。表7-3列出了部分典型列出了部分典型锻锻件自由件自由锻过锻过程中的主要程中的主要锻锻造工序。造工序。三、确定锻造变形工序61四、四、选择锻选择锻造造设备设备自由自由锻锻的主要的主要设备设备有空气有空气锤锤(图图7-28)、蒸汽、蒸汽-空空气气锤锤、水、水压压机等机等,选择时选择时需要根据需要根据锻锻件的件的质质量和尺寸量和尺寸进进行行选择选择。一般一般锻锻件件质质量小于量小于100kg时时,可可选择选择空气空气锤锤;锻锻件件质质量在量在1001000kg时时,可可选择选择蒸汽蒸汽-空气空气锤锤;锻锻件件质质量大量大于于1000kg时时,可可选择选择水水压压机。机。四、选择锻造设备62五、确定五、确定锻锻造温度范造温度范围围、冷却方式和、冷却方式和热处热处理理规规范范毛坯的毛坯的锻锻造温度主要决定于毛坯的制作材料造温度主要决定于毛坯的制作材料,具体具体锻锻造温度范造温度范围围可参看可参看图图7-11和表和表7-2及有关及有关锻锻造工造工艺艺手册等手册等资资料。料。锻锻造后冷却方式的造后冷却方式的选择选择要根据要根据锻锻件的件的材材质质、锻锻件的尺寸与形状以及技件的尺寸与形状以及技术术要求等方面要求等方面进进行行综综合考合考虑虑,选择选择合理的冷却方合理的冷却方式。形状式。形状简单简单的的锻锻件件锻锻后可直接后可直接进进行空冷行空冷,形状复形状复杂杂的的锻锻件件则应缓则应缓慢冷却慢冷却,减小减小热热应应力与力与变变形。形。锻锻造后的造后的热处热处理一般采用正火和退火。其目的是理一般采用正火和退火。其目的是为为了消除了消除锻锻造造过过程程中中产产生的内生的内应应力力,为为后后续续的的热处热处理工理工艺艺及切削加工做好及切削加工做好组织组织准准备备。五、确定锻造温度范围、冷却方式和热处理规范63第四第四节节锻锻造造结结构工构工艺艺性性锻锻造造结结构工构工艺艺性是指所性是指所设计设计的零件的零件,在在满满足使用性能要求的前提下足使用性能要求的前提下锻锻造成造成形的形的难难易程度。易程度。设计设计零件零件结结构构时应时应考考虑虑金属的可金属的可锻锻性和性和锻锻造工造工艺艺,尽量使尽量使锻锻造造过过程程简单简单易行。易行。第四节锻造结构工艺性64一、一、锻锻件材料件材料对结对结构的要求构的要求金属材料不同金属材料不同,锻锻造性能不同造性能不同,对结对结构的要求也不同。例如构的要求也不同。例如,w(C)0.60%的的低碳低碳钢钢和中碳和中碳钢钢塑性好塑性好,变变形抗力小形抗力小,锻锻造温度范造温度范围围大大,可以可以锻锻造出形状造出形状较较复复杂杂的的锻锻件件;高碳高碳钢钢和合金和合金钢钢的塑性差的塑性差,变变形抗力大形抗力大,锻锻造温度范造温度范围围小小,锻锻件的形状件的形状应简单应简单,锻锻件截面尺寸件截面尺寸变变化化应应尽量小。尽量小。一、锻件材料对结构的要求65二、二、锻锻造工造工艺对结艺对结构的要求构的要求1.自由自由锻锻件的件的设计设计要求要求自由自由锻锻件各部分的件各部分的结结构形状构形状,要能要能满满足足锻锻造加工工造加工工艺过艺过程程,用用经济经济的方法生的方法生产产出合格出合格优质优质的的锻锻件。表件。表7-4是不同是不同结结构构锻锻件的工件的工艺艺性要求。性要求。二、锻造工艺对结构的要求662.模模锻锻件的件的设计设计要求要求模模锻锻件是在模膛内成形的件是在模膛内成形的,模模锻锻件的形状件的形状应应使使锻锻件能从模膛中件能从模膛中顺顺利地取出利地取出和容易充和容易充满满模膛。模膛。为为此在此在设计结设计结构构时时,应应合理考合理考虑虑分模面、拔模斜度及分模面、拔模斜度及圆圆角等角等问问题题。分模面。分模面应应使模膛深度最小使模膛深度最小,宽宽度最大度最大,敷料最少敷料最少,如如图图7-29所示。所示。图图中涂黑中涂黑处为处为敷料敷料,目的是便于出模和金属流目的是便于出模和金属流动动。2.模锻件的设计要求67锻锻件件应应尽量避免薄壁、高的凸起和深的凹陷尽量避免薄壁、高的凸起和深的凹陷结结构构,如如图图7-30a所示的模所示的模锻锻件有一高而薄的凸件有一高而薄的凸缘缘不易成形不易成形,图图7-30b所示的模所示的模锻锻件扁而薄件扁而薄,锻锻造造时时薄的部分的金薄的部分的金属冷却属冷却较较快快,不易充不易充满满模膛。模膛。锻件应尽量避免薄壁、高的凸起和深的凹陷结构,如图7-30a所68第五第五节节冲冲压压冲冲压压是指使坯料是指使坯料经经成形或分离而得到制件的工成形或分离而得到制件的工艺统艺统称。因其通常在冷称。因其通常在冷态态下下进进行行,故又称冷冲故又称冷冲压压。冲。冲压压主要是主要是对对薄板薄板(其厚度一般不超其厚度一般不超过过10mm)进进行冷行冷变变形形,所以所以,冲冲压压件的重量件的重量较较小。冲小。冲压压的坯材必的坯材必须须具有良好的塑性具有良好的塑性,常用的金属材料有低常用的金属材料有低碳碳钢钢,塑性好的合金塑性好的合金钢钢以及以及铜铜、铝铝非非铁铁金属等。冲金属等。冲压设备压设备主要有主要有:剪板机剪板机(图图7-31)和和压压力机力机(图图7-32)。冲。冲压压操作操作简简便便,易于易于实现实现机械化和自机械化和自动动化化,生生产产效率高效率高,在汽在汽车车、航空、航空、电电器、器、仪仪表等工表等工业业中中应应用广泛。但是由于冲模制造复用广泛。但是由于冲模制造复杂杂,质质量要求高量要求高,所以所以只有在大批量生只有在大批量生产时产时,冲冲压压的的优优越性才更越性才更为为突出。突出。第五节冲压69图7-31剪板机图7-32压力机图7-31剪板机图7-32压力机70一、冲一、冲压压的基本工序的基本工序冲冲压压的基本工序包括分离工序和的基本工序包括分离工序和变变形工序两大形工序两大类类。1.分离工序分离工序分离工序是指使金属坯料的一部分与另一部分相互分离的工序分离工序是指使金属坯料的一部分与另一部分相互分离的工序,如剪切、如剪切、冲裁冲裁(落料、冲孔落料、冲孔)、整修等。、整修等。(1)剪切它是以两个相互平行或交叉的刀片剪切它是以两个相互平行或交叉的刀片对对金属材料金属材料进进行切断的行切断的过过程。程。剪切通常在剪板机上剪切通常在剪板机上进进行。行。一、冲压的基本工序71(2)冲裁它是指利用冲模将板料以封冲裁它是指利用冲模将板料以封闭轮闭轮廓与坯料分离的冲廓与坯料分离的冲压压方法。落方法。落料和冲孔料和冲孔,都属于冲裁工序都属于冲裁工序,但二者的生但二者的生产产目的不同。落料是指利用冲裁取得一定目的不同。落料是指利用冲裁取得一定外形的制件或坯料的冲外形的制件或坯料的冲压压方法