第十章 锻压生产.ppt

1、工程材料和热加工基础程晓宇，工程材料和热加工基础第10章锻压生产，机械工程系金工教室，工程材料和热加工基础程晓宇，1，锻压是什么锻压，是对原材料施加外力使其塑性变形，改变尺寸，改变形状，改善性能，改善机械零件，瓦锻造和冲压的总称，属于冲压加工的范畴。 锻压设备，第二章锻压，工程材料和热加工基础程晓宇，2，锻压特征：塑性变形是冲压加工的基础，具有一定塑性的金属，如钢和大多数有色金属，可以进行冲压加工。 与铸造相比，冲压加工的优点在于，金属锭塑性变形后，铸造组织的内部缺陷如气孔、收缩孔、微裂纹等被焊接接合，再结晶后能够使晶粒微细化，提高金属的各种力学性能。 冲压零件具有重量轻、精度高、刚性好等优点

2、。 但是，由于锻件是固体成形的，所以金属的流动受到限制。 因此，对于形状复杂、特别是腔形状复杂的部件，制造工艺上锻造品不像铸件那样容易实现。 此外，锻件的成本比铸件高，在材料利用率等方面也比铸件差。 但是，从锻件力学性能的提高出发，锻造流线更适应受力条件，在相同的受力条件下，零件的几何尺寸可以缩小，还可以大幅度减少原材料的使用量，延长零件的寿命，节约金属。 工程材料和热加工的基础程晓宇，一、金属的塑性变形概括了金属塑性变形的本质，对于单晶，有金属原子的晶面两侧受到剪应力作用而相对产生滑动，或晶体的一部分晶面对某些晶面在一定方向上产生滑动，是滑动理论和孪晶理论。 第一节金属的锻造性能、工程材料和

3、热加工基础程晓宇、二、热锻、冷锻、等温锻造，从金属学的观点出发将锻压加工的界限分开作为再结晶温度。 1在热锻金属的再结晶温度以上进行的锻造工艺称为热锻。 变形过程中同时存在中冷变形强化和再结晶，是动态再结晶。 2在冷锻室温下进行的锻造工序称为冷锻。 冷锻可以避免金属加热引起的缺陷，获得高精度和表面质量，提高工件的强度和硬度。 但冷锻变形抗力大，需要大吨位的设备，多次变形需要增加再结晶退火和其他辅助工序。 目前，冷锻主要局限于低碳钢、有色金属及其合金的薄物及小件加工。 3温锻在高于室温且低于再结晶温度的范围内进行的锻造工序称为温锻。 与热锻相比，原材料的氧化脱碳少，与有利于提高工件的精度和表面品

4、质的冷锻相比，变形阻力减少，塑性增加，不需要预退火、表面处理以及工序间退火。 温锻适用于变形阻力大、对冷变形强化敏感的高碳钢、中高合金钢、轴承钢、不锈钢等。 在4等温锻造的全过程中，将温度保持一定的锻造方法称为等温锻造。 工程材料和热加工基础程晓宇，三，锻造流线和锻造比，锻造时金属脆性杂质破碎，沿金属主要伸长方向破碎的粒状或链状分布的塑性杂质随着金属的变形在主要伸长方向呈带状分布，热锻后的金属组织具有一定的方向性，通常也称为锻造流线，也称为纤维组织锻造比是锻造时变形程度的表示方法。 通常用变形前后的截面比、长度比或高度比来表示。 锻造对锻件的锻透程度和力学性能有很大影响。 锻造比达到2时，随着

5、金属内部组织的致密化，锻造品的纵向和横向的力学性能显着提高，锻造比为2-5时，通过流线化的强化，力学性能出现各向异性，纵向性能稍有提高，但横向性能开始降低，锻造比超过5时，金属组织的致密度和晶粒微细化度达到最大值，纵向性能不提高因此，选择适当的锻造比是很重要的。 一般来说，碳结构钢为2-3，合金结构钢为3-4。 对于一些高合金工具钢和特殊性能的合金钢，为了促进合金碳化物分布的均匀化，为了粉碎钢中的碳化物，多采用高速钢取5-12，不刺绣的钢取4-6等大的锻造比。 锻造比越大，锻造流线越明显，锻造流线的稳定性越高，热处理方法不能消除，只需经过锻压使金属变形，就能改变方向和形状。 工程材料和热加工基

6、础程晓宇，四、金属的锻造性能是指金属受到锻压加工时成形容易度的工艺性能。 其优劣经常用于塑性和变形阻力的综合测定。 塑性高，变形阻力小，锻造性能好。 由金属的本质和变形条件决定。 (1)金属的本质1化学成分纯金属一般具有良好的锻造性能。 碳钢随着碳的质量分数的增加锻造性能逐渐变差。 合金元素的添加锻造性能2金属组织纯金属及固溶体锻造性能好，碳化物的锻造性能差。 铸片柱状晶组织和粗晶结构，微细且均匀的晶粒结构的金属锻造性能差。 工程材料和热加工基础程晓宇，(2)变形条件，1变形温度变形温度低，金属塑性差，变形阻力大，不仅锻压困难，而且容易破裂。 提高金属变形时的温度，原子动能增加，原子间的结合力

7、变弱，塑性提高，变形阻力减少。 锻造温度范围是锻件从初锻温度到终锻温度的间隔。 锻造温度范围的确定基于合金状态图。 2变形速度变形速度是指每单位时间的变形程度，变形速度低时，金属的恢复和再结晶不能充分进行，随着塑性高、变形阻力小的变形速度的增大，恢复和再结晶不能立即消除冷变形强化，使金属塑性降低，使变形阻力增加，使锻造性能恶化。 一般锻压设备不能超过临界变形速度。 工程材料和热加工基础程晓宇，(2)变形条件，3应力状态采用不同的变形方法，金属产生的应力状态不同。 应力状态对塑性的影响是，压缩应力的数量越多，塑性越好，拉伸应力的数量越多，塑性越差，应力状态对变形阻力的影响是，该应力状态下的变形阻

8、力比异号状态下的变形阻力大。 因此，在选择变形方法时，对于塑性高的金属，在变形时产生拉伸应力有利于减少能量消耗的塑性低的金属，应尽量采用三向压缩应力来增加塑性，以防止裂纹。 4原材料表面的质量、表面粗糙度、伤痕、微裂纹、粗大夹杂在变形过程中会产生应力集中，使缺陷进展或裂纹。 因此，在塑性加工前清洁原材料的表面以去除缺陷，有时需要对原材料的表层金属进行表面预切削去除。 工程材料和热加工基础程晓宇，五、金属的塑性变形规律，1体积不变条件塑性变形时金属密度的变化小，因此变形前后的体积相等。 这个假设叫做体积不变条件。 2最小阻力规律最小阻力规律是描述塑性变形流动规律的理论，当物体在变形过程中其质点有

9、可能向不同方向移动时，物体的各质点向阻力最小的方向移动。 通常，金属内的某质点的流动阻力最小的方向是通过该质点朝向金属变形部分的周边的法线方向。 工程材料和热加工基础程晓宇是一种简单的通用工具，或是在锻造设备上、下砧之间直接使原材料变形，获得必要的几何形状和内部品质的锻造品，这种方法被称为自由锻造。 一、自由锻造设备根据作用于原材料的力的性质，自由锻造设备可分为产生冲击力的锻造锤和产生静压的压力机两种。 第二节自由锻造、工程材料和热加工基础程晓宇、二、自由锻造工艺规程的制定、(一)锻造品图制作锻造品图锻造品图按零件图制作。自由锻造品的锻造品图是根据零件图考虑加工馀量、锻造公差、工艺馀量等制作的

10、图。 模锻件的锻件图还应考虑分离面的选择、模锻坡度、圆度半径等。 锻造品图的制作方法如下：1)用粗实线描绘锻造品的形状，同时用假想线(双点划线)描绘零件的形状。 2 )锻件的尺寸和公差在尺寸线上，零件的尺寸和公差在括弧中标注在尺寸线下或侧面。 3 )图中不能记载的技术要求，如锻造温度范围、锻造比、氧化缺陷、脱碳层深度等，用技术条件来说明。 工程材料和热加工基础程晓宇，(二)修正原材料的重量和尺寸，1原材料的重量原材料的重量是锻造品的重量和锻造时的各种金属损失的重量之和，可以用下式修正m锻-锻造品重量m烧成-加热时的原材料表面的氧化烧损的重量。 关于使用的加热设备的类型等要素，可以参考相关资料的

11、m芯m切割-冲裁时的芯材重量m切割-锻造中切割的金属的重量。 2坯料尺寸根据计算出的坯料重量计算杯子的体积，根据最后选择的坯料截面尺寸决定其长度。 工序材料和热加工基础程晓宇，(3)选择变形工序，通常自由锻件的成形过程是由一系列变形工序组合而成，工序的选择主要取决于锻件的形状和工序的特点。 一般而言，能够将锻造品分为六种的：1轴棒类锻造品包括传动轴、辊、柱、拉杆等圆形截面的实心轴和拉杆、拉杆、拉杆、推杆、连杆等方形截面的拉杆，锻造轴拉杆的基本工序是拔长的， 对于截面尺寸大的铸件，满足锻造比的2中空类锻件包括各种圆环、齿轮、轴承环和各种圆筒、缸、中空轴等，锻造中空部件的基本工序包括安装、冲裁、马

12、棒扩孔、拔芯等。 工程材料和热加工基础程晓宇，(3)选择变形工序，3蛋糕块类锻件包括各种圆盘、叶轮、齿轮、模块等，其特点是横向尺寸大于高度尺寸或者接近两者。 锻造的基本工序是镦粗，其中有孔的需要冲孔。 4曲轴类锻件包括单曲和多曲的各种曲轴，目前锻造曲轴的技术有自由锻造、模锻、全流线挤压锻造等。 其中自由锻力学性能差，加工产量大，只能应用于单品或小批量生产。 其基本工序包括脱落、偏移和扭转。 5弯曲类锻件包括钩、弯杆、曲柄、轴瓦罩等具有弯曲轴线的各种锻件，基本工序是拔长、弯曲。 6复杂形状的锻件包括阀芯、叉、十字轴等，锻造难度大，必须根据锻件的形状特点，在适当的工序组合锻造。 工程材料和热加工基

13、础程晓宇，三，自由锻零件结构的工艺性，1，零件结构必须尽量简单，对称，平坦2 .零件上的锥形，楔形结构请避免如图2-3所示。 避免锥、楔结构，工程材料和热加工基础程晓宇，三，自由锻件结构的工艺性，三，圆柱面和圆柱面，圆柱面和棱柱面必须避免交叉，圆柱面和棱柱面不要交叉，工程材料和热加工基础程晓宇，三，自由锻件结构零件不允许有加固筋，工程材料和热加工基础程晓宇，三，自由锻零件结构的工艺性，五，横截面尺寸差异大或形状复杂的零件，应尽量分别锻造，然后用螺钉连接。 下图：螺纹连接、工程材料和热加工基础程晓宇、四、高合金钢锻造特征、(一)高合金钢的组织和再结晶特征1金属组织结构复杂、塑性低2再结晶温度高、

14、再结晶速度低、变形阻力大。 (2)高合金钢的加热特性1热传导性差2锻造温度范围窄。、工程材料和热加工基础程晓宇、四、高合金钢锻造特征、(三)高合金钢锻造操作特征1控制准备材料2变形量，增大锻造比3变形必须均匀，避免4拉伸应力的产生。 (四)高合金钢锻后冷却由于高合金钢导热性差，塑性低，终轧温度高，冷却速度快，在热应力和组织应力作用下可能出现锻件裂纹。 因此，精锻后必须尽快采取工艺措施，保证锻件慢慢冷却。 工程材料和热加工基础程晓宇，模型锻造利用模具使空白变形得到锻造品的锻造方法称为模锻。 特点：与自由锻造相比，模锻具有锻件精度高、流线组织合理、力学性能高等优点，并且生产率高、金属消耗少、自由锻

15、造难以成形的复杂锻件。 由于设备吨位的限制，模锻件不能太大。 一般重量在150公斤以下。 分类：按模具类型的模锻可分为开式模锻(有毛刺模锻)、闭式模锻(无毛刺模锻)、多向模锻等，按设备类型的模锻可分为锤上模锻、模锻、冲压机上模锻等。第三节模锻、工程材料和热加工基础程晓宇、锤上模锻、(1)模锻锤上模锻所使用的设备主要为蒸汽-空气模锻锤，模锻锤的吨位为1t-16t。 选择模锻锤的锻造能力有经验类比法和查找表法。 1经验类比法型锻造锤子数为式： G=(3.5-6.3)KA式中的g型锻造锤子数(kg )； 锻件的总变形面积K-钢种系数，包括A-锻件的投影面积、冲孔销面积及毛刺面积(cm2)，可参照相关

16、资料。 2查表法(模锻锤子数也可查阅相关资料。 工程材料和热加工基础程晓宇，(2)模锻和脱模孔，(2)脱模和脱模孔在高温下具有足够的强度、韧性、硬度和耐磨性，要求良好的热传导性、耐热疲劳性、退火稳定性和耐氧化性。 尺寸大的模具，淬火性强，变形小。 使用5CrNiMo、5CrMnMo钢等热锻模具材料制作模具。 锤上模锻造中使用的模由带有蚂蚁的上下模组成，分别用插件固定在锤头和模座上。 上下模接触时，其接触面上形成的空间为模孔。 将具有一个芯片的芯片称为单模芯片，将具有两个以上芯片的芯片称为多模芯片。 工程材料和热加工的基础工艺晓宇，(2)模锻和模锻，在多孔模锻的情况下，根据其模锻的结构和功能可以

17、分为模锻和模锻两种。 1 .初步改变坯料的形状，合理地分配金属，使金属更好地满足锻件截面积和形状的要求，这一工序称为坯料工序。 如下图所示，工程材料和热加工基础工艺晓宇、2 .模锻孔、2 .模锻孔模锻孔可分为预锻孔和最终锻孔。 (1)预锻模孔为了改善精锻时的金属的流动条件，避免发生填充不满和弯曲，在最终成形前能够得到接近精锻形状的模孔，能够提高精锻模孔的寿命。 其结构大于精锻模腔高度，宽度小，无毛刺沟，模具坡度和圆度大。 (2)最终锻造模孔模锻时的最终成形用的模孔与热锻品图上的相应部分的形状尺寸一致。 模孔周围设有毛刺沟，通孔锻件必须留有冲孔皮。 工程材料和热加工基础程晓宇；(3)锤上模锻工艺

18、规程的制定；(1)绘制模锻件图模锻件图是最终模锻孔制造和检验的依据。 这是基于零件图，考虑分离面的选择、加工总量、公差、佘块、模锻斜度、圆弧半径等而描绘的。 (1)分型面的选择分型面的位置的最基本的原则是，锻造品应该选择具有最大水平投影尺寸的位置，在锻造品的中央部的平面上，施加在锻造品上的佘块最少，上下孔的深度最浅，尽量大致一致。1 )块类锻造品的高度在直径以下时，请在径向上分离2 )对于头部尺寸显着大的锻造品，最好使用曲面而不是平面分离3 )有流线方向要求的锻造品，必须考虑锻造品动作时的受力特性。 工程材料和热加工基础程晓宇，(3)锤上模锻工艺规程的制定，(2)加工馀量，模锻公差和工艺块模锻件的加工馀量和公差远小于自由锻件，其数值因锻件的大小、形状和精度等级而异，一般馀量为1mm-4mm 锻件的内壁坡度应大于外壁坡度值一级。 (4)焊脚半径钢模锻品的外焊脚半径为1