第二章鑄造鍛壓和焊接工藝基礎2

2.2

鍛壓工藝基礎2.2.1概述鍛壓——通過外力的作用，使金屬坯料產生塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的鍛件的加工方法。鍛造和沖壓同屬塑性加工性質，統(tǒng)稱鍛壓。鍛造是機械制造中常用的成形方法。通過鍛造能消除金屬的鑄態(tài)疏松、焊合孔洞，鍛件的機械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。機械中負載高、工作條件嚴峻的重要零件，除形狀較簡單的可用軋制的板材、型材或焊接件外，多采用鍛件。常用的鍛壓機械有鍛錘、液壓機和機械壓力機。鍛錘具有較大的沖擊速度，利于金屬塑性流動，但會產生震動；液壓機用靜力鍛造，有利于鍛透金屬和改善組織，工作平穩(wěn)，但生產率低；機械壓力機行程固定，易于實現(xiàn)機械化和自動化。機械壓力機冷鍛一般是在室溫下加工。熱鍛是在高于坯料金屬的再結晶溫度(800℃)上加工。溫鍛是將處于加熱狀態(tài)，但溫度不超過再結晶溫度(300～800℃之間)時進行的鍛造加工。鋼再結晶溫度約為727℃，但普遍采用800℃為劃分線。熱鍛用于大多數(shù)行業(yè)的鍛件。溫鍛和冷鍛主要用于汽車、通用機械等零件的鍛造。鍛造按坯料在加工時的溫度可分為：視頻：鍛造概述、盤套類鍛件鍛造一、鍛壓的生產方式1、軋制2、拉拔3、擠壓4、鍛造：自由鍛模鍛5、板料沖壓金屬經冷加工變形后，其組織和性能均發(fā)生變化。經冷變形后的金屬加熱到再結晶溫度時，又會發(fā)生相反轉變。新的無應變的晶粒取代原先變形的晶粒，金屬的性能也恢復到變形前的情況，這一過程稱為再結晶。

1、軋制利用金屬坯料與軋輥接觸表面的摩擦力，使金屬坯料截面積減小、長度增加的加工方法。一般為熱軋：變形程度大、生產率高。主要用于生產型材、管材、板材及異型鋼材。現(xiàn)在也用來軋制零件。視頻：軋制成形2、拉拔金屬坯料在拉力作用下，通過拉拔模?？资菇孛婵s小，長度增加的加工方法。拉拔機視頻：拉拔成形3、擠壓將金屬坯料放入擠壓模內，使其受強大壓力并被擠出?？?、產生變形而獲得毛坯和零件的加工方法。在專用擠壓壓力機上進行。視頻：擠壓成形4、鍛造在壓力作用下，通過金屬體積的轉移和分配來獲得毛坯的方法。自由鍛——利用沖擊力或壓力使金屬坯料在上、下砥(砧)鐵之間受壓力產生塑性變形，以獲得所需要的形狀或尺寸鍛件的加工方法。模鍛——將加熱后的坯料放置在鍛模模鏜里，在沖擊力或壓力作用下產生塑性變形，依模膛形狀成形的加工方法。視頻：圓軸自由鍛、胎模鍛5、板料沖壓金屬板料放在沖模間，受壓力產生塑性變形或分離的加工方法。視頻：板料沖壓通用壓力機二、鍛壓的特點1、鍛壓后可改善組織缺陷，纖維分布合理，提高力學性能2、多數(shù)鍛壓加工出來的毛壞表面質量好，機械加工量少3、多數(shù)鍛壓加工易實現(xiàn)機械化、自動化，生產率高4、鍛壓生產是使金屬在固態(tài)下流動成型，變形量不能太大5、鍛壓加工的工件形狀不能太復雜6、鍛壓設備、模具投資量較大三、鍛壓加工的適用范圍1、受力復雜、綜合機械性能要求高的的重要零件：軸、齒輪2、工具、模具上的重要零件：模塊、導柱3、標準件：螺釘、螺母、螺栓銷4、軍工器械：炮筒5、儀表、儀器、電子元件、接線頭2.2.2鍛壓基礎知識可鍛性及影響因素纖維組織鍛造比一、可鍛性及影響因素金屬的可鍛性是指金屬受鍛壓成形的難易程度可鍛性以金屬的塑性和變形抗力來衡量塑性：在外力作用下產生永久變形而不破壞其完整性的能力

。用伸長率、斷面收縮率來表示。變形抗力：金屬在塑性變形時反作用于工具上的力。

用金屬的屈服強度和抗拉強度來表示。反映變形的能力反映變形的難易程度（1）化學成分（2）金屬組織（3）變形溫度（4）變形速度（5）應力狀態(tài)影響可鍛性的因素材料的塑性越好，變形抗力越小，則材料的鍛造性能越好，越適合壓力加工。在實際生產中，往往優(yōu)先考慮材料的塑性。（1）化學成分的影響純金屬的可鍛性比合金好。鋼含碳量大，強度和硬度高，塑性降低，可鍛性變差。鋼的含碳量對鋼的可鍛性影響很大，對于碳含量分數(shù)小于0.15%的低碳鋼，其塑性較好。隨著碳含量的增加，使鋼的塑性下降，塑性成形性也越來越差。合金元素會形成合金碳化物，使鋼的塑性變形抗力增大，塑性下降，通常合金元素含量越高，鋼的塑性成形性能也越差。雜質元素磷會使鋼出現(xiàn)冷脆性，硫使鋼出現(xiàn)熱脆性，降低鋼的塑性成形性能。（2）金屬組織的影響純金屬及單相固溶體的合金具有良好的塑性，其鍛造性能較好；鋼中有碳化物和多相組織時，鍛造性能變差；具有均勻細小等軸晶粒的金屬，其鍛造性能比晶粒粗大的鑄態(tài)柱狀晶組織好；鋼中有網(wǎng)狀二次滲碳體時，鋼的塑性將大大下降。（3）變形溫度的影響大多數(shù)金屬溫度升高后塑性增加，變形抗力降低，可鍛性好。溫度升高后原子熱能增大，原子結合力減弱，易變形?？捎幂^小鍛打力產生較大的變形而不破裂。當鐵碳合金在723oC以上時的單相奧氏體狀態(tài)下具有良好的塑性和低的變形抗力。溫度高易產生回復和再結晶，消除加工硬化。加工硬化加工硬化是金屬變形時，在滑移面上產生晶格歪扭及碎晶塊，出現(xiàn)了強度和硬度增加，塑性和韌性下降的現(xiàn)象。加工硬化是用來提高金屬強度的重要方法之一。加工硬化的回復和再結晶加工硬化是一種不穩(wěn)定現(xiàn)象，具有自發(fā)回復到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向，但在低溫下原子活動能力很低，不易回復。溫升高后熱運動加劇，在便產生了一系列回復的過程。即回復和再結晶。加工硬化由再結晶消除，塑性好，變形抗力低。再結晶溫度冷態(tài)變形與熱態(tài)變形在再結晶溫度以下鍛造變形稱冷態(tài)變形；這時只有加工硬化，所以冷態(tài)塑性變形程度不宜過大。冷拉、冷軋、冷沖壓就是冷態(tài)塑性變形的加工方法。其尺寸精度高，表面光潔。在再結晶溫度以上鍛造變形稱熱態(tài)變形；這時即產生加工硬化,又有再結晶現(xiàn)象，且硬化被再結晶所消除。所以金屬的塑性良好，變形抗力低，同時也獲得具有較高機械性能的再結晶組織。因此加熱要控制在一定范圍內始鍛溫度：金屬鍛造加熱時允許的最高溫度終鍛溫度：金屬停止鍛造的溫度（4）變形速度的影響變形速度即單位時間內變形程度的大小。變形速度越大，變形抗力越大，塑性越小。但當變形速度很大時，變形速度越大，則變形抗力越小，塑性越大（熱效應現(xiàn)象）。塑性差的材料(如高速鋼)或大型鍛件，還是應采用較小的變形速度為宜。若變形速度過快會出現(xiàn)變形不均勻，造成局部變形過大而產生裂紋。變形速度變形抗力塑性（5）應力狀態(tài)壓應力個數(shù)多、數(shù)值大，則金屬塑性高，但金屬內部摩擦增加，變形抗力增大。壓應力有利于抑制和消除由于塑性變形引起的各種微觀破壞和組織缺陷。拉應力個數(shù)多、數(shù)值大，則金屬塑性低。促使由于塑性變形引起的各種微觀破壞和組織缺陷的發(fā)展。結論正確選用金屬材料合理控制變形溫度、變形速度充分發(fā)揮金屬的塑性盡可能降低變形抗力優(yōu)質的鍛壓件二、纖維組織在金屬鑄錠中分布在晶界上的非金屬，如塑性夾雜物(FeS)，在鍛壓的熱變形后,沿金屬流變方向隨變形被拉長呈條狀，在經浸蝕后的宏觀研磨面上會出現(xiàn)流線，這種流線稱為纖維組織。纖維組織穩(wěn)定性較高，不能用熱處理等到其它方法消除，只能用鍛壓的方法改變其方向或分布。纖維組織使金屬的力學性能呈現(xiàn)各向異性，順纖維方向較垂直纖維方向有較高的力學性能，特別是塑性和韌性。零件設計時應使最大正應力方向與纖維組織方向重合，應使最大切應力方向與纖維組織方向垂直。毛坯的鍛壓加工應使纖維分布與零件輪廓相符合三、鍛造比纖維組織形成的纖維化程度取決于鋼錠在鍛造時的變形程度。鍛壓的變形程度以鍛造比表示。拔長鐓粗鍛造比：鍛鋼錠2~6

鍛型鋼1.3~1.5下標0為變形前尺寸無下標為變形后尺寸F為橫截面積L為長度，H為高度2.2.3鍛造方法常用的鍛造方法有自由鍛和模鍛一、自由鍛自由鍛是利用沖擊力或壓力使金屬坯料在上、下砥鐵之間產生變形，以獲得所需形狀及尺寸鍛件的方法。自由鍛造特點：1、自由鍛造工藝靈活，設備通用性好，工具簡單，成本低，適應性強。2、鍛件重量從1kg~300t。3、生產率低，勞動強度大。 4、鍛件尺寸和形狀精度低、加工余量大。5、適用于單件小批生產，形狀簡單的工件。是大型鍛件唯一的鍛造方法。1、自由鍛造工序鐓粗拔長沖孔芯軸擴孔芯軸拔長彎曲切割錯移扭轉鍛接基本工序：使坯料產生變形，逐步接近鍛件最終形狀和尺寸的工序。應用最多視頻：自由鍛基本工序1）輔助工序：為完成基本工序而使坯料預先產生少量變形的工序。自由鍛造輔助工序：鋼錠倒棱、壓鉗把、分鍛壓痕。整形工序：為使鍛件最終平整成型，消除表面不平、歪扭，使鍛件完全符合圖樣要求的工序。自由鍛造整形工序：鼓形滾圓、彎曲校值、端面平整視頻：大型鍛件自由鍛2）3）2、自由鍛造分類及基本工序選用自由鍛件分為以下六大類：餅塊類空心類軸桿類曲軸類彎曲類復雜形狀類餅塊類空心類軸桿類視頻：圓軸自由鍛曲軸類彎曲類復雜形狀類棒料經拔長或局部拔長后，彎曲成形或采用適當工序組合根據(jù)鍛件形狀特點，采用適當工序組合3、自由鍛工藝規(guī)程的編制與舉例（1）鍛件圖樣繪制（2）坯料尺寸和質量的確定（損耗、鍛造比）（3）確定鍛造工序（4）選定鍛造設備能力（5）確定鍛造溫度范圍(2~5)可查鍛壓手冊在零件圖的基礎上，考慮下列三因素后繪制鍛件圖樣。加工余量余塊鍛件公差余量和公差可查鍛壓手冊鍛件形狀以粗實線繪制零件形狀以雙點劃線繪制鍛件的尺寸、公差標注在尺寸線上零件的公稱尺寸加括號標注在尺寸線下鍛件圖樣（6）自由鍛典型工藝舉例二、模鍛模鍛是金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內受壓變形而獲得鍛件的方法。

與自由鍛比較的特點(1)生產率高，可鍛形狀較復雜的工件。(2)鍛件尺寸、形狀精度高些、加工余量小，節(jié)省材料。(3)鍛件纖維組織合理，強度較高，使用壽命長。(4)操作方便，易實現(xiàn)機械化，受設備噸位限制零件不能太大。(5)鍛模制造周期長、成本高，適用于中、小型較復雜零件的成批、大量生產。視頻：80000噸模鍛壓機投產鍛模根據(jù)使用設備分類錘上模鍛胎模鍛熱模鍛曲柄壓力機上模鍛摩擦壓力機上模鍛平鍛機上模鍛其他專用設備上模鍛1、錘上模鍛目前最常用的模鍛，在蒸汽-空氣模鍛錘上進行。鍛模的上模裝在錘頭上，下模裝在模墊上，錘頭上下運動，打擊坯料，以充滿模膛，得符合要求的形狀鍛件。工藝通用性強，設備費用低，生產率較高，能獨立完成各種類型零件的鍛造。但鍛造時振動大、噪音大，勞動條件差，設備要常維修。(1)鍛模開式模鍛：四邊有飛邊槽，可補償、調節(jié)，有利充型?？稍黾咏饘購哪Ｌ胖辛鞒龅淖枇?，促使金屬充滿型腔，并容納多余的金屬。工藝方便，應用廣泛。閉式模鍛：無飛邊槽，也無飛邊損失，有利于金屬塑性變形，但不易保證鍛件精度，坯料要求精確計算，省料。模膛模鍛模膛制坯模膛終鍛模膛預鍛模膛1）制坯模膛——對形狀復雜的鍛件進行預鍛按功用分類拔長模膛滾壓模膛彎曲模膛切斷模膛鐓粗臺卡壓模膛成形模膛壓扁臺2）模鍛模膛A、預鍛模膛形狀較接近成品，有較大的圓角和斜度，無飛邊,使終鍛時易充滿型腔，減少終鍛模的磨損，延長終鍛模的壽命。B、終鍛模膛使坯料變形到鍛件的最終形狀和尺寸。視頻：鍛壓模膛根據(jù)鍛件的復雜程度和生產條件

模膛分為：單膛鍛模多膛鍛模（2）模鍛件圖樣模鍛件圖樣是制定工藝規(guī)程、設計和制造鍛模、組織生產、驗收工件的依據(jù)。繪制模鍛件圖樣時要考慮的問題：1）確定分模面2）加工余量和公差3）模鍛斜度4）圓角半徑5）沖孔連皮分模面是上下鍛模的的分界面，其位置直接影響模鍛的工藝過程和鍛模的復雜程度、模鍛的生產率廢品率和成本。確定分模面的原則：保證可以取出鍛件。使金屬流動方便，能順序充滿模膛。要便于發(fā)現(xiàn)上下模錯移。應在模膛寬度最大、高度最小處分模。a-a取不出鍛件b-b難充滿模膛c-c難發(fā)現(xiàn)錯移d-d分模較合理實線——鍛件輪廓線雙點劃線——零件輪廓線不加工沖孔連皮分模面（3）模鍛件結構工藝性合理的分模面外形簡單、對稱、平直、小的壁厚差盡量避免多孔、深孔、窄溝、深槽與分模面垂直的面上避免有孔、槽要有圓角半徑、模鍛斜度形狀若太復雜，用組合結構（采用鍛－焊連接）視頻：錘上模鍛胎模鍛是介于自由鍛與模鍛之間的一種鍛造方法。它既有自由鍛造工藝靈活、工具簡單的特點，又有模段利用模膛成形，鍛件形狀復雜、尺寸準確、生產效率高的特點。在模鍛設備較少，大部為自由鍛錘的生產中，利用自由鍛錘進行胎模鍛造，對于改善自由鍛件“肥頭大耳”是有好處的。2、胎模鍛視頻：胎模鍛、鍛壓胎模鍛胎模段使用胎模的種類很多，生產中常用的有：扣模，套模、合模等。①扣模由上、下扣組成，或只有下扣，上扣以上砥鐵代替?？勰Ｒ话阌脕韺ε髁线M行全部或局部扣型。鍛件在扣模中鍛造時，坯料不轉動，初步成形后鍛件翻轉90度，在錘砧上平整側面。扣模用于具有平直側面的非回轉體鍛件的成形，或為合模制坯。

②套模(又稱筒模)有開式套模、閉式套模及組合套模三種。開式套模只有下模，上模以上砥鐵代替，用于回轉體鍛件(如齒輪、端蓋及法蘭盤等)的最終成形或制坯，當用于最終成形時，鍛件的端面必須是平面。閉式套模主要用于端面有凸臺或凹坑的回轉體鍛件的制坯和最終成形。

組合套模用于較復雜的鍛件。③合模由上模、下模及導向裝置組成。適用于各類鍛件的最終成形，尤其是較復雜的非回轉體鍛件，如連桿、撥叉等。2.2.4沖壓沖壓是利用沖壓設備和模具對板料加壓，使板料產生分離或變形，制造薄壁零件或毛坯的加工方法。沖壓特點能生產復雜薄壁件,廢料少。尺寸精度高，表面粗糙度小。耗料少、質量輕、強度、剛度較高。操作簡便、生產率高、易于實現(xiàn)機械化和自動化。對沖模要求高，制造復雜，成本高。用于大批量生產。視頻：沖壓概述，沖模一、沖壓基本工序分離工序：使坯料的一部分與另一部分分離的工序。包括落料、沖孔、切斷、修整等。變形工序：使坯料的一部分與另一部分產生位移而不斷裂的工序。包括彎曲、拉深、翻邊等。視頻：沖壓基本工序1、沖裁沖裁包括落料、沖孔、切斷等工序。落料：用沖模沿封閉的輪廓曲線沖切，沖下部分為工件。沖孔：用沖模沿封閉的輪廓曲線沖切，沖下部分為廢料。切斷:用剪床或沖模沿不封閉曲線切斷。（1）沖裁過程沖裁時，其分離過程：1）彈性變形階段：2）塑性變形階段：3）斷裂分離階段：

（2）沖裁件的修整正常情況下沖裁件的斷面有明顯的三個區(qū)剪裂帶：粗糙略帶斜度，斷面質量較差。光亮帶：尺寸準確、表面光潔，斷面質量好。越寬沖裁件質量越好——塑性好的材料。塑性差，光亮帶小。榻角精度要求高的沖裁件剪裂帶、榻角要修整修整后斷面精度可達IT6~IT7，Ra1.6~0.8。（3）沖裁間隙凸模、凹模的刃口要盡量鋒利凸模、凹模間留有間隙——沖裁間隙C

C=mS式中：m材料性能系數(shù)，S材料厚度若S<3mm，軟鋼、鋁、銅合金：m=6%-10%，硬鋼：m=8%-10%沖裁間隙影響斷面質量、模具壽命、沖裁力。（4）沖裁件的尺寸和排樣沖孔時：孔的尺寸取決于凸模尺寸。落料時：落料件的尺寸取決于凹模的尺寸。排樣——在落料前考慮零件在原材料上合理排列。目的是提高材料利用率