機械制造工程訓(xùn)練金工實習(xí)-第九講 鍛造加工

機械制造工程訓(xùn)練第八講鍛造加工

主講人：唐明華本講主要內(nèi)容第一節(jié)鍛壓生產(chǎn)概述第二節(jié)金屬塑性成形理論基礎(chǔ)第三節(jié)自由鍛與錘上模鍛第四節(jié)板料沖壓第1節(jié)概述

定義：利用外力使金屬產(chǎn)生塑性變形，來獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法，也稱為金屬壓力加工。

種類：軋制、拉拔、擠壓、鍛造、板料沖壓

特點：1、改善金屬組織，提高零件性能；

2、提高材料利用率；

3、具有較高的生產(chǎn)率；

4、獲得精度較高的毛坯或零件。

●金屬塑性變形的方式：滑移、孿生?！窠饘偎苄宰冃蔚膶嵸|(zhì)：金屬內(nèi)部的原子在外力的作用下產(chǎn)生了位錯運動的結(jié)果。第2節(jié)金屬塑性變形理論基礎(chǔ)●塑性變形內(nèi)應(yīng)力超過金屬的屈服點后，外力停止作用后，金屬的變形并不完全消失。●滑移面在切向應(yīng)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)生相對滑移，該面稱為滑移面。●位錯運動引起塑性變形近代物理學(xué)證明，晶體不是在滑移面上，原子并不是整體的剛性運動而是以位錯引起金屬塑性變形。位錯：沿滑移面舊原子對破壞，新原子對形成，圖3-2

塑性變形對金屬組織和性能影響●金屬在常溫下經(jīng)塑性變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化。

⑴晶粒沿最大變形的方向伸長；

⑵金屬的冷變形強化——加工硬化。●回復(fù)與再結(jié)晶

＊回復(fù)：加工硬化現(xiàn)象得到部分消除。

T回=（0.25—0.3）T熔

＊再結(jié)晶：加工硬化現(xiàn)象完全消失。

T再=0.4T熔●加工硬化的利用、消除＊利用：冷加工后使材料強度↑硬度↑。某些不能熱處理強化的金屬材料，加工硬化是提高其強韌性的唯一方法。＊消除：再結(jié)晶退火：650—750℃●冷變形和熱變形

＊冷變形在再結(jié)晶溫度以下的變形；冷變形后金屬強度、硬度較高。因此，材料要繼續(xù)變形難度加大，否則易裂。＊熱變形再結(jié)晶溫度以上變形。在熱變形條件下，加工硬化現(xiàn)象隨時被再結(jié)晶軟化所抵消。＊結(jié)論：幾乎所有的金屬壓力加工都是熱變形。

熱加工后組織性能變化：

⒈粗大晶粒被擊碎成細晶粒組織，改善了機械性能。⒉鑄態(tài)組織中的疏松、氣孔經(jīng)熱塑變形后被壓實或鍛合。

⒊晶粒被拉長，非金屬雜物被擊碎，沿被拉長的晶粒界分布，形成纖維組織（流線）。

變形程度越大，纖維組織越明顯。壓力加工中常用鍛造比y來表示變形程度。纖維組織很穩(wěn)定，不能（難以）用熱處理方法來消除。只有經(jīng)過不同方向的鍛壓來改變其方向和形狀。在設(shè)計和制造零件時，應(yīng)使最大正應(yīng)力的方向于纖維方向重合，最大切應(yīng)力的方向于纖維方向垂直。盡量使纖維組織不被切斷。

金屬的可鍛性●金屬的可鍛性：材料經(jīng)受壓力加工時獲得優(yōu)質(zhì)制品難易程度的工藝性能?！窨慑懶缘暮饬恐笜?biāo)：塑性和變形抗力。塑性好，變形抗力小，則可鍛性好。●可鍛性取決于：金屬本質(zhì)和壓力加工條件。＊碳鋼的鍛造溫度范圍：始鍛溫度：碳鋼比AE線低200C°左右終鍛溫度：800C°過低難于鍛造，若強行鍛造，將導(dǎo)致鍛件破裂報廢。

一、自由鍛

＊自由鍛是利用沖擊力或壓力使金屬在上、下兩個抵鐵之間變形。從而獲得所需形狀及尺寸的鍛件。在重型機械中，自由鍛是生產(chǎn)大型鍛件和特大型鍛件唯一成型的方法。

＊金屬沿變形方向可以自由流動，不受限制。

＊自由鍛設(shè)備：鍛錘依靠沖擊力使金屬變形，只能鍛造中小鍛件。液壓機：依靠靜壓力使金屬變形，可加工大型鍛件。其中水壓機可產(chǎn)生很大作用力，是重型機械廠鍛造生產(chǎn)的主要設(shè)備。

第3節(jié)常用鍛造方法⒈自由鍛工序⑴基本工序鐓粗：適于餅塊類，盤套類拔長：適于軸類、桿類拔長、鐓粗經(jīng)常交替反復(fù)使用。有時一頭鐓粗，另一頭拔長。（通孔、盲孔）沖孔，常用方法：鐓粗—沖孔鐓粗—沖孔—擴孔彎曲：工件軸線產(chǎn)生一定曲率。扭轉(zhuǎn)：某一部分相對于另一部分轉(zhuǎn)一定角度。錯移：坯料的一部分相對于另一部分平移錯開的工序，例如曲軸。切割：分割坯料，或去除鍛件余量的工序。

⑵輔助工序：在基本工序之前的預(yù)變形工序如壓肩、壓鉗口等。⑶精整工序：完成基本工序之后，用以提高鍛件尺寸和形狀精度的工序。

⒉鍛件分類及基本工序方案（表3-1鍛件分類及所需鍛造工序）二、模鍛

＊在壓力作用下，金屬坯料在鍛模模膛內(nèi)變形，從而獲得鍛件的工藝方法。模鍛件尺寸精確、加工余量較小，結(jié)構(gòu)也可較復(fù)雜，生產(chǎn)率高。

＊按使用設(shè)備不同分為：錘上模鍛、胎模鍛等。⒈錘上模鍛

＊錘上模鍛所用設(shè)備為模鍛錘。通常為蒸氣-空氣錘。對形狀復(fù)雜鍛件，先在制坯模膛內(nèi)初步成形，然后在模鍛模膛內(nèi)鍛造。

⑴模鍛模膛

i)終鍛模膛

—作用：使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀、尺寸。

—尺寸比鍛件尺寸放大一個收縮量，鋼件約為1.5%。

—四周有飛邊槽，用以增加金屬從模膛中流出阻力，促使金屬充滿模膛，容納多余的金屬。—沖孔連皮：無法加工通孔而留下的一薄層金屬。ii)預(yù)鍛模膛

—作用：使坯料變形到接近于鍛件的形狀尺寸，使終鍛時，金屬容易充滿終鍛模膛。延長終鍛模膛的使用壽命。

—批量不大，形狀簡單時可不設(shè)預(yù)鍛模膛。

—區(qū)別：預(yù)鍛模膛的圓角、斜度較大，沒有飛邊槽。終鍛模膛的圓角、斜度較小，有飛邊槽。2、胎模鍛

＊胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用胎模生產(chǎn)模鍛件的工藝方法，一般采用自由鍛方法制坯，然后在胎模中成型。⑴扣模圖3-22⑵筒模圖3-23⑶合膜圖3-24

鍛造工藝規(guī)程的制訂一、繪制鍛件圖以零件圖為基礎(chǔ)，結(jié)合鍛造工藝特點繪制而成的。⒈敷料、余量及公差＊敷料：為簡化零件的形狀和結(jié)構(gòu)，便于鍛造而增加的一部分金屬為敷料。＊余量：零件表面為切削加工而增加的尺寸稱余量。

＊鍛件公差：是鍛件名義尺寸的允許變動量。查表而定。⒉分模面

＊分模面：上下模鍛在模鍛件上的分界面，關(guān)系到鍛件成型，鍛件出模，材料利用率，鍛模加工等一系列問題。

＊選擇原則：

1)應(yīng)保證模鍛件能從模腔中取出來。2)應(yīng)使上、下兩模沿分模面的模腔輪廓一致。3)分模面應(yīng)選在能使模腔深度最淺的位置上。4)使敷料最少。

5)分模面最好是一個平面。⒊模鍛斜度＊模鍛件上平行于錘擊方向（垂直于分模面）的表面必須有斜度，以便取出鍛件。模鍛斜度與模鏜深度和寬度有關(guān)。內(nèi)側(cè)斜度比外側(cè)稍大些。圖3-27模鍛斜度⒋模鍛圓角半徑＊所有交角均做成圓角，可以易于充滿模膛，避免尖角處產(chǎn)生裂紋，減緩鍛件外尖角處的磨損。＊鍛件內(nèi)圓角R，鍛件外圓角r見圖。圖3-28圓角半徑＊圓角半徑為1，1.5，2，3，4，5，6，8，10，12，15，20等標(biāo)準(zhǔn)值。⒌沖孔連皮＊孔徑大于25mm,該孔應(yīng)鍛出；孔徑為25~80時,沖孔連皮厚度取4~8mm。＊孔徑小于25mm或孔深大于沖頭直徑3倍時,只壓出凹穴。圖3-29二、坯料重量和尺寸的確定

＊坯料重量G坯

G坯=G鍛+G燒損+G料頭式中：G鍛—鍛件重量

G燒損—坯料因加熱氧化而燒損

G料頭—在鍛造過程中被沖掉或被切掉的金屬＊鍛造比對于以鋼錠為坯料時,并采用拔長時,鍛造比不小于2.5~3。軋材為坯料時，鍛造比可取1.3~1.5。三、鍛造工序（工步）的確定

＊自由鍛、按P98表3-1定

＊模鍛

—長軸：常用拔長、滾壓、彎曲、預(yù)鍛、終鍛等，小型長軸常采用一根棒料鍛幾個鍛件，模鍛件采用周期軋制材料作坯料時可省去拔長滾壓等工步。圖3-30圖3-31用軋制坯料模鍛

—短軸：常用鐓粗、預(yù)鍛、終鍛等。圖3-32四、鍛造工藝規(guī)程中的其它內(nèi)容

＊始鍛溫度和終煅溫度(P95圖3-8)

＊加熱規(guī)范、冷卻規(guī)范、對高合金鋼尤為重要，以防因熱應(yīng)力引起變形或開裂。

鍛件結(jié)構(gòu)的工藝性一、自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性自由鍛件不要有錐體，或斜面結(jié)構(gòu)圖3-33軸類鍛件結(jié)構(gòu)

幾何體的交接處不應(yīng)形成空間曲線圖3-34桿類鍛件結(jié)構(gòu)

自由鍛件上不應(yīng)設(shè)計出加強筋、凸臺、工字形截面或空間曲線形表面圖3-35盤類鍛件結(jié)構(gòu)自由鍛件橫截面若有急劇變化或形狀較復(fù)雜時，應(yīng)設(shè)計成有幾個簡單件構(gòu)成的組合體，再焊接或機械連接方法連接。圖3-36復(fù)雜件結(jié)構(gòu)二、模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性＊模鍛件有一合理分模面，使工件容易取出，應(yīng)使敷料少，鍛模容易制造。＊零件上與其它零件配合時要機加工，其他面均應(yīng)設(shè)計成非加工面。因此，要注意設(shè)計出模鍛斜度，模鍛圓角。＊鍛件外形應(yīng)力求簡單、平直、對稱，避免直徑相差過大或具有薄壁、高筋、高臺、深孔、多孔第4節(jié)板料沖壓

＊板料沖壓又叫冷沖壓，只有δ>8～10mm時用熱沖。＊特點：

(1)可沖形狀復(fù)雜的零件，且廢料少。 (2)高精度，低粗糙度，零件互換性好。

(3)重量輕，耗材少，強度剛度較好。(4)操作簡單，生產(chǎn)率高。

＊常用的材料：低碳鋼、銅合金、鋁合金等塑性好的材料。＊常用設(shè)備：剪床和沖床。

板料沖壓成型工序沖壓工序變形工序分離工序切斷修整沖裁拉深脹形彎曲翻邊一、落料及沖孔（統(tǒng)稱沖裁）＊落料——落下部分為成品。＊沖孔——落下部分為廢品。1、沖裁變形過程

分離工序

2、凹凸模間隙間隙影響：斷面質(zhì)量，模具壽命，卸料力，推件力，沖裁力，工件尺寸精度間隙過大：裂縫錯開，邊緣粗糙。卸料力，推件力小。間隙過?。荷舷铝芽p錯開，邊緣粗糙。磨損嚴(yán)重。間隙可按下式計算: c=mδ δ---板料厚度。m----系數(shù)，p115。3、凹凸模刃口尺寸的確定落料—以凹模刃口尺寸作為基準(zhǔn)，根據(jù)間隙的大小確定凸模尺寸。（凹模尺寸等于零件的尺寸）沖孔—以凸模為基準(zhǔn)，有間隙確定凹模的尺寸，即凸模尺寸同零件尺寸。考慮磨損：落料凹模尺寸靠近零件公差范圍內(nèi)的最小尺寸沖孔凸模尺寸靠近零件公差范圍內(nèi)的最大尺寸4、沖裁件的排樣排樣應(yīng)使廢料最少。排料有‘無搭邊和有搭邊’