金工实习第2章 锻造与冲压

金工实习第2章锻造与冲压第2章锻造与冲压【实习要求】

1.掌握锻压生产常用设备、工具和自由锻造的基本操作技能。2.了解模型锻造、板料冲压的基本操作方法。锻压是指在外力作用下，使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的毛坯或零件的加工工艺。锻压是锻造和冲压的总称。2.1锻压及安全操作技术2.1.1锻压生产的特点和应用特点：1.能改善金属的组织，提高其力学性能。2.能节约金属，提高经济效益。3.能加工各种形状及重量的产品。应用：锻压是机械制造中提供机械零件毛坯的主要加工工艺之一。如承受重载荷、冲击载荷的重要机械零件（主轴、连杆、重要的齿轮、及炮筒等），多以锻件为毛坯；汽车、拖拉机、航空、家用电器、仪器仪表等工业中广泛使用的是板料冲压件。锻造操作及安全技术1.工作前要穿戴好规定的劳保用品。2.工作前必须进行设备及工具检查，如上下砧的楔铁、锤柄有无松动，锤头、铁砧、垫铁、钳子、摔子、冲子等有无开裂现象。3.为了保证夹持牢靠，钳子的钳口必须与锻件的截面相适应，以防锻打时坯料飞出伤人。4.握钳时应握紧钳子的尾部，并将钳把置于身体侧面。严禁将钳把或带柄工具的尾部对准身体的正面，或将手指放在钳股之间，以防伤人。5.锻打时应将锻件的锻打部位置于下砧的中部。锻件及垫铁等工具必须放正、放平，以防飞出伤人。6.禁止打过烧或加热温度不够的坯料。过烧的坯料一打即碎，加热温度不够的坯料锤击时易弹起，二者都可能伤人。7.放置及取出工具、清除氧化皮时，必须使用钳子、扫帚等工具，不许将手伸入上下砧之间。锻造操作及安全技术2.2坯料的加热和锻件的冷却2.2.1加热的目的和锻造温度范围1.加热的目的

坯料在锻打前需要在加热炉中进行加热，加热的目的是提高坯料的塑性、降低其变形抗力。2.锻造温度范围

锻件的整个锻打过程是在金属的锻造温度范围内进行的。常用金属材料的锻造温度范围材料种类始锻温度（℃）终锻温度（℃）低碳钢1200~1250800中碳钢1150~1200800合金结构钢1100~1130850铝合金450~500350~380铜合金800~900650~7002.2.2加热设备及其操作1.手锻炉手锻炉是以煤或焦炭作燃料的火焰加热炉，它结构简单、升温快，生火、停炉方便，易于实现坯料的局部加热，在维修及单件小批生产中普遍采用。

手锻炉的结构简图1—灰坑2—火沟槽3—鼓风机4—炉篦5—后炉门6—烟囱2.2.2加热设备及其操作2.感应炉

感应加热原理如图所示，感应炉是利用电磁感应原理，将金属坯料放入通过交变电流的螺旋线圈（感应圈）内，线圈产生感应电动势，由于集肤效应在坯料表面形成强大的涡流，使坯料加热的设备。3.煤气炉

由喷嘴或烧嘴将气体燃料与空气直接喷入加热室进行迅速而稳定地燃烧。煤气炉是在原燃料煤炉基础上改进的配备煤气发生炉所产煤气进行燃烧加热的炉型。感应加热原理图1—感应器2—坯料3—电源2.2.3加热缺陷及防止措施1.氧化和脱碳

金属坯料在加热时，表面将与炉中的氧化介质（氧气）发生反应形成一层氧化皮，这即是氧化，在工艺上称为火耗损失。一般每加热一次，氧化皮所造成的损失可达坯料重量的2~3%。减少氧化的措施是严格控制送风量、快速加热，或采用少、无氧化等加热方法。加热时坯料表层的碳与氧等介质发生反应而使含碳量降低的现象叫脱碳。脱碳将会使锻件表层硬度、耐磨性降低。如脱碳层厚度小于机械加工余量，对锻件不会造成危害；反之，则会影响锻件质量。减缓脱碳的措施是快速加热、在坯料表层涂保护涂料，或采用少、无氧化等加热方法。2.2.3加热缺陷及防止措施2.过热和过烧

金属坯料因加热温度超过一定温度或在高温下保温时间过长，而引起晶粒粗大的现象称为过热。过热会使坯料力学性能降低，应尽量避免。过热的工件可通过反复锻打把晶粒打碎，或在锻后进行热处理，将晶粒细化。严格控制加热温度，尽可能缩短高温阶段的保温时间可防止过热。如果把坯料加热到接近熔点温度，由于炉气中的氧化性气体的渗入，使晶粒间的物质被氧化，这种现象叫过烧。过烧是无法挽救的加热缺陷。因为这种氧化破坏了晶粒之间的联系，使过烧的坯料一打便碎。为了防止过烧,坯料的加热温度应低于熔点至少100℃。3.裂纹加工大型工件时，如果加热温度过高或加热速度过快，坯料心部和表层温差过大，产生的热应力超过材料的强度极限，将会使坯料产生裂纹，故加热应分段进行。2.2.4锻件的冷却1.空冷

即热态锻件在无风的空气中，放在干燥的地面上冷却。空冷冷却速度较快，用于低碳钢和低合金钢的小型锻件的冷却。2.坑冷

即热态锻件在充填导热性较小或绝热材料（如黄砂、石灰、石棉等）的地坑或铁箱中冷却。坑冷冷却速度较空冷慢。用于碳素工具钢和合金钢锻件的冷却。3.炉冷

即热态锻件在500~700℃的加热炉中随炉冷却。炉冷却速度最慢而且可随意控制。用于高合金钢和大型锻件的冷却。2.3自由锻造2.3.1手工自由锻造手工自由锻造是靠人力和手工工具使金属变形。因此，手工自由锻造只能生产小型锻件。1.手工自由锻造的工具

手工自由锻造的工具可分为支持工具、锻打工具、成形工具、夹持工具和测量工具。铁砧a）羊角砧b）双角砧c）球面砧d）花砧（1）支持工具是锻造过程中用来支持坯料承受打击及安放其它用具的工具，如铁砧。大锤a）直头b）横头c）平头（2）锻打工具是锻造过程中产生打击力并作用于坯料上使之变形的工具，如大锤、手锤等。手锤锤头a）圆头b）直头c）横头（3）成形工具是锻造过程中直接与坯料接触并使之变形而达到所要求形状的工具。如图所示冲孔用的冲子、修光外圆面的摔子以及漏盘、型锤等。（4）夹持工具是用来夹持、翻转和移动坯料的工具。如图所示的钳子。钳子a)圆钳子b)方钳子c)扁钳子d)方钩钳子e)圆钩钳子

f)大尖口钳子g)小尖口钳子h)圆尖钳（5）测量工具是用来测量坯料和锻件尺寸或形状的工具。如图所示直尺、卡钳、样板等。测量工具a)直尺b)卡钳c)样板2.手工自由锻造的工作方法

手工自由锻造由掌钳工和打锤工两人互相配合完成。（1）掌钳掌钳工站在铁砧后面，左脚稍向前。左手握钳，用以夹持、移动和翻转工件；右手握手锤，用以锻打或指示大锤的落点和打击的轻重。

翻料时的几种握钳方法a）向内侧翻转90°b）向内侧翻转180°c）向外侧翻转90°d）向外侧翻转180°（2）打锤

锻造时，打锤工应听从掌钳工的指挥，锤打的轻重和落点由手锤指示。大锤的打法有抱打、抡打和横打三种。使用抱打时，在打击坯料的瞬间，能利用坯料对锤的弹力使举锤较为省力；抡打时的打击速度快，锤击力大；只有当锤击面处于与砧面垂直时，才使用横打法。手锤的打法a）手挥b）肘挥c）臂挥2.3.2机器自由锻造1.机器自由锻造的设备（1）空气锤空气锤以空气作为传递运动的媒介物，它是生产小型锻件的常用设备，如图所示。空气锤有压缩缸和工作缸。电机带动压缩缸内活塞运动，将压缩空气经旋阀送入工作缸的下腔或上腔，驱使上抵铁或锤头上下运动进行打击。通过脚踏杆或手柄操作控制阀可使锻锤空转、落下部分即锤头（工作活塞、锤杆、上抵铁）上悬、锤头下压、连续打击和单次锻打等多种动作，满足锻造的各种需要。空气锤1.机器自由锻造的设备（2）蒸汽-空气锤蒸气-空气锤是以蒸气或压缩空气为工作介质驱动锤头上下运动对坯料进行打击。如图为双柱拱式蒸汽-空气锤。它的工作原理是通过操作手柄控制滑阀，使气体进入气缸的上下腔并推动活塞上、下运动，达到使锤头上悬、下压、单打或连续打击等动作。主要用于生产大、中型锻件。蒸气-空气锤1—工作气缸2—落下部分3—机架

4—操纵手柄5—砧座1.机器自由锻造的设备（3）水压机水压机是在静压力下进行工作的，是制造重型锻件的唯一锻造设备。如图所示。水压机的典型结构由三梁（上横梁、下横梁、活动横梁）、四柱（四根立柱）、两缸（工作缸、回程缸）和操纵系统（分配器、操纵手柄）组成。活动横梁和下横梁上各装有上砧和下砧，坯料置于下砧上。利用活动横梁上下往复运动，实现对坯料施压，使坯料变形。水压机的动能由另设的高压水泵和蓄压器供给。水压机1—工作缸2—工作柱塞3—上横梁4—活动横梁5—立柱6—下横梁7—回程柱塞8—回程缸9—上砧10—下砧11—回程横梁12—拉杆2.机器自由锻造的工具

机器自由锻造工具与手工自由锻造工具类似，如夹持工具、测量工具等。但衬垫工具差别较大，如图所示。机器自由锻造工具2.3.3自由锻造的基本工序及其操作1.镦粗镦粗是使坯料长度减小，横截面增大的操作。主要用于齿轮坯、法兰盘等饼块状锻件，也可用于冲孔前的准备或作为拔长的准备工序以增加其拔长的锻造比。镦粗可分为完全镦粗和局部镦粗两种，a）

b）

c）镦粗a）完全镦粗b）、c）局部镦粗镦粗操作的规则和注意事项如下：（1）镦粗用的坯料不能过长，以免镦弯；工件镦粗部分加热必须均匀，否则镦粗时工件变形不均匀，有时还可能镦裂，如图所示。坯料加热应均匀（2）镦粗下料时坯料的端面往往切得不平，因此，开始镦粗时应先用手锤轻击坯料端面，使端面平整并与坯料的轴线垂直，以免镦粗时镦歪。（3）镦粗时锻打力要重且正（图a），否则工件会被镦成细腰形，若不及时纠正，在工件上还会产生夹层（图b）；锻打时，锤还要打正，且锻打力的方向应与工件轴线一致，否则工件会被镦歪或镦偏（图c）。镦粗时力要重且正2.拔长

拔长是使坯料长度增大，横截面减小的操作。主要用于轴、拉杆、炮筒等具有长轴线的锻件。

拔长操作的规则和注意事项如下：（1）拔长时工件要放平，锤打要准，力的方向要垂直，以免产生菱形，如图所示。a）正确

b）产生菱形锤打的位置图拔长操作的规则和注意事项如下：（2）拔长时工件应沿上下砧的宽度方向送进，每次送进量L应为砧面宽度B的0.3~0.7倍。送进量太大，锻件主要向宽度方向流动，降低延伸效率；送进量太小，容易产生夹层。

a）送进量合适b）送进量太大c）送进量太小拔长时的送进方向和送进量图拔长操作的规则和注意事项如下：（3）单边压下量h应小于送进量L，否则会产生折叠，如图所示。a）压下量不合适，h＞Lb）压下量太大c）形成折叠拔长时折叠的形成图拔长操作的规则和注意事项如下：（4）为了保证坯料在拔长过程中各部分的温度及变形均匀，不产生弯曲，需将坯料不断地绕轴线翻转，常用的翻转方法有反复90°翻转和沿螺旋线翻转两种，如图所示。a）反复90°翻转b）沿螺旋线翻转拔长时的翻转方法图拔长操作的规则和注意事项如下：（5）圆形截面坯料的拔长，必须先把坯料锻成方形截面，在拔长到边长接近锻件的直径时，再锻成八角形，最后滚成圆形，其过程如图所示。拔长圆形截面坯料的截面变化过程图拔长操作的规则和注意事项如下：（6）拔长台阶轴时，应先在截面分界处用压肩摔子压出凹槽，称为压肩。压肩后将一端局部拔长，即可锻出台阶轴，如图所示。a）方料的压肩

b）圆料的压肩压肩图拔长操作的规则和注意事项如下：（7）拔长后的工件表面并不平整，因此，工件的平面需用窄平锤或方平锤修整，圆柱面需用型锤修整，如图所示。a）平面的修整

b）圆柱面的修整拔长后的修整图3.冲孔

冲孔是在坯料上冲出通孔或不通孔的操作。其操作规则和步骤如下：（1）准备

为了尽量减小冲孔深度并使端面平整，须先将坯料镦粗。（2）试冲

为了保证孔位准确，应先轻轻冲出孔位凹痕，然后检查孔位是否正确。如有偏差，应再次试冲，加以纠正。（3）冲深

为了便于拔出冲子，先向凹痕内撒少许煤粉，再继续冲至坯料厚度的2/3~3/4。（4）冲透

翻转工件，将孔冲透。冲孔的步骤图4.弯曲弯曲是使坯料弯成一定角度或形状的操作，如图所示。用于角尺、弯板、吊钩等。弯曲时，只需将坯料待弯部分加热。a）角度弯曲

b）成形弯曲

弯曲图5.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定角度的操作。多用于多拐曲轴和连杆等，如图所示。扭转时坯料受扭部位的温度应高些并均匀热透，扭转后应缓慢冷却避免产生裂纹。扭转图6.错移

错移是将坯料的一部分相对于另一部平移错开的操作。主要用于曲轴的制造。错移时先在坯料需要错移的部位压肩，再加垫板及支撑，锻打错开，最后修整。如图所示。

a）压肩

b）锻打

c）修整

错移7.切割切割是将坯料分割开的操作。用于下料和切除锻件的余料，如图所示。

a）方料的切割

b）圆料的切割

切割2.4模锻

将加热后的金属坯料放在固定于模锻设备上的锻模模膛内，施加冲击力或压力，使坯料产生塑性变形，从而获得与模膛形状相同的锻件，这种锻造方法称为模型锻造，简称模锻。由于模具型槽限制金属的变形，而获得与型槽形状一致的锻件。特种锻造是在专用锻压设备上或在特殊模具型槽内使坯料成形的一种特殊锻造工艺。一般锻造方法很难达到要求时，可用特种锻造工艺。2.4.1模型锻造的特点模型锻造与自由锻造相比具有如下特点：1.有较高的生产率；2.锻件尺寸精确，加工余量小；3.可以锻出形状比较复杂的锻件；4.可节省金属材料，减少切削加工工作量，降低了零件的成本。但是模锻使坯料整体受压同时变形，变形抗力较大，要求使用吨位数大而精确的设备；所用的锻模是贵重的模具钢经复杂加工制成的，成本较高，因此适用于大批量生产。但受设备吨位的限制，一般仅限于生产150kg以下的小型锻件。2.4.2模型锻造的设备

1.模锻锤模锻锤是使用广泛的一种模锻设备，它和自由锻锤的构造基本相似，主要区别是：模锻锤的锤身是直接安装在铁砧上的，且模锻锤的铁砧较重；当调整锻模时锤身可沿铁砧水平移动，模锻锤上装有可调节的导轨，保证了在模锻锤上进行锤击时上下模能够对准，锻件的形状和尺寸比较精确。模锻锤2.热模锻压力机热模锻压力机也是一种常用的模锻设备，如图所示。工作时电动机转动，通过带轮和齿轮传至曲轴，再通过连杆驱动楔块使滑块沿导轨作上、下往复运动，调整设备的装模高度是通过装在连杆大头上的偏心蜗轮来实现的。热模锻压力机3.平锻机平锻机主要用于锻造锻件的头部，如图所示。平锻机的主要结构与曲柄压力机相似，因滑块沿水平方向运动，带动模具对坯料水平施压，故称为平锻机。。平锻机2.4.3锻模锤上模锻用的锻模是由带燕尾的上模2和下模4组成的,如图。下模4用紧固楔铁7固定在模垫5上，上模2通过楔铁10固定在锤头1上，与锤头1一起做上下往复运动。

锤上模锻1—锤头2—上模3—飞边槽4—下模

5—模垫6、7、10—紧固楔铁8—分模面

9—模膛曲臂锻模结构曲臂包括上模和下模，上模和下模结构相同，在上模和下模上均设有燕尾连接块1，用于将模具连接到设备上，在上、下模加工有起重孔2，目的是安装模具过程中方便起吊；在上下模的合模处有检验角3作为加工型腔的划线基准；在上模和下模上对应的排列有：滚挤型槽11、弯曲型槽8、预锻型槽7、终锻型槽5，在上模和下模的一个角部设有切断型槽4，在滚挤型槽11中滚挤将坯料分成两份，然后在弯曲型槽8中将滚压后坯料压弯，在预锻型槽7中成型接近零件形状的坯料，在终锻型槽5中成形，然后掉头重复上述过程，成形后在切断型槽4中将两个曲臂分开，形成两个曲臂坯件，然后分别在独立的切边模具中切掉飞边6，形成两个曲臂零件。曲臂锻模结构图1-燕尾2-起重孔3-检验角4-切断型槽5-终锻型槽6-飞边7-预锻型槽8-弯曲型槽9,10-钳口11-滚挤型槽

2.5板料冲压简介

利用冲模对板料施加压力，使其变形或分离，从而获得具有一定形状和尺寸冲压件的加工方法，称为板料冲压。

2.5.1板料冲压的特点

1.可冲出形状复杂的零件，材料利用率高；

2.冲压件的尺寸精度高，表面粗糙度低，互换性能好；

3.冲压件的强度高，刚性好，有利于减轻结构的重量；

4.冲压操作简单，工艺过程便于实现机械化、自动化，生产率高。2.5.2冲压设备1.剪床剪床是用来把板料剪切成需要宽度的条料，以供冲压工序使用。剪床传动系统如图所示。电动机4经带轮5、齿轮10、离合器11使曲轴7转动，曲轴又带动装有上刀刃2的滑块8沿导轨3上下移动，与装在工作台上的下刀刃1相配合，进行剪切。下料的尺寸由挡铁12控制。制动器6的作用是使上刀刃剪切后停在最高位置上，为下一次剪切做好准备。剪床传动图1—下刀刃2—上刀刃3—导轨4—电动机5—带轮

6—制动器7—曲轴8—滑块

9—板料10—齿轮

11—离合器12—挡铁13—工作台冲床2.冲床冲床是冲压加工的基本设备，电动机11通过减速系统使大带轮4转动。踩下踏板7后，通过拉杆使离合器3闭合，并带动曲轴2旋转，再通过连杆12带动滑块6沿导轨9作上下往复运动，进行冲压。如果将踏板踩下后立即抬起，滑块便在制动器的作用下冲压一次后就停止在最高位置上，否则将进行连续冲压。

双柱冲床1—制动器2—曲轴3—离合器4—带轮5—三角皮带6—滑块7—踏板8—工作台9—导轨10—床身11—电动机12—连杆2.5.3冲模

1.简单模

在冲床滑块的一次行程中只完成一道工序的模具称为简单模，如图所示。凹模8用下压板10固定在下模板7上，下模板用螺栓固定在冲床的工作台上。凸模3用上压板4固定在上模板1上，上模板则通过模柄2与冲床的滑块连接，凸模可随滑块作上下运动。上、下模利用导柱6和导套5的滑动配合导向，保持凸凹模间隙均匀。条料在凹模上沿两个导板11之间送进，碰到定位销9为止。凸模向下冲压时冲下部分进入凹模孔；而条料则夹住凸模一起回程向上运动。条料碰到卸料板12时被推下，这样，条料继续在导板间送进。重复上述动作，即可连续冲压简单冲孔（落料）模1—上模板2—模柄3—凸模4—上压板5—导套6—导柱7—下模板8—凹模

9—定位销10—下压板11—导板

12—卸料板2.连续模

是把两个或两个以上的简单模安装在一个模板上，在滑块的一次行程内于模具的不同部位上，同时完成两个以上的冲压工序的模具称为连续模，如图2-39所示。工作时上模向下运动，在冲孔凸模7的工位上冲孔，在落料凸模1的工位上进行落料，得到成品零件8。当上模回程时，卸料板6从凸模上刮下坯料，这时将坯料向前送进一个工位，进行第二次冲裁。

连续冲孔落料模1—落料凸模2—导正销3—落料凹模

4—冲孔凹模5—坯料6—卸料板

7—冲孔凸模8—零件9—废料3.复合模

在滑块的一次行程内，于模具的同一位置完成两个以上的冲压工序的模具称为复合模，如图所