材料性能及其加工第9章锻压.ppt

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1、第第9章章 锻压锻压本章知识点本章知识点先导案例先导案例第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础第二节第二节 自由锻自由锻第三节第三节 模锻和胎模锻模锻和胎模锻第四节第四节 板料冲压板料冲压下一页第第9章章 锻压锻压知识扩展知识扩展先导案例解决先导案例解决本章小结本章小结思考题思考题上一页返回本章知识点本章知识点1掌握锻压工艺的基础知识。掌握锻压工艺的基础知识。2掌握自由锻和板料冲压的原理和特点。掌握自由锻和板料冲压的原理和特点。3了解模锻和胎模锻的原理特点。了解模锻和胎模锻的原理特点。返回先导案例先导案例试分析我们生活中常用的物品，如金属的脸盆、饭盒、硬币试分析我们生活中常用的物品，如金属的脸

2、盆、饭盒、硬币等用什么办法加工更快，更简便。等用什么办法加工更快，更简便。锻压是利用金属材料塑性变形的特点对坯料施加外力，使之锻压是利用金属材料塑性变形的特点对坯料施加外力，使之获得具有一定形状、尺寸和性能要求的零件、毛坯或原材料获得具有一定形状、尺寸和性能要求的零件、毛坯或原材料的加工方法。本章着重介绍金属塑性成形的工艺理论基础，的加工方法。本章着重介绍金属塑性成形的工艺理论基础，自由锻、模锻以及冲压生产的特点、材料成形的工艺过程等自由锻、模锻以及冲压生产的特点、材料成形的工艺过程等内容。内容。返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础一、锻压加工方法及特点一、锻压加工方法及特点1锻压加工方

3、法锻压加工方法锻压包括锻造和冲压，属金属压力加工生产的一部分。常见锻压包括锻造和冲压，属金属压力加工生产的一部分。常见锻压加工方法如锻压加工方法如图图9-1所示。所示。1）轧制）轧制使金属坯料在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，使金属坯料在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，改变其性能，获得所要求的截面形状的加工方法，如改变其性能，获得所要求的截面形状的加工方法，如图图9-1（a）所示。所示。2）挤压）挤压将金属坯料置于挤压筒中加压，使其从挤压模的模孔中挤出，将金属坯料置于挤压筒中加压，使其从挤压模的模孔中挤出，横截面积减小，获得所需制品的加工方法，如横截面积减小，获得所需制品的加工

4、方法，如图图9-1（b）所所示。示。下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础3）拉拔）拉拔坯料在牵引力作用下通过拉拔模的模孔拉出，产生塑性变形，坯料在牵引力作用下通过拉拔模的模孔拉出，产生塑性变形，得到截面细小、长度增加的制品的加工方法，拉拔一般是在得到截面细小、长度增加的制品的加工方法，拉拔一般是在冷态下进行，如冷态下进行，如图图9-1（c）所示。所示。4）自由锻）自由锻将金属坯料放置在锻造设备的上、下砧铁之间，受冲击力或将金属坯料放置在锻造设备的上、下砧铁之间，受冲击力或压力作用而成形的加工方法称为自由锻，如压力作用而成形的加工方法称为自由锻，如图图9-1（d）所示。所示。上一页

5、下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础5）模锻）模锻利用模具使金属坯料在模膛内受冲击力或压力作用，产生塑利用模具使金属坯料在模膛内受冲击力或压力作用，产生塑性变形而获得锻件的加工方法，如性变形而获得锻件的加工方法，如图图9-1（e）所示。所示。6）板料冲压）板料冲压板料冲压是通过模具对金属板料施加外力，使之产生塑性变板料冲压是通过模具对金属板料施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得一定尺寸、形状制件的加工方法，如形或分离，从而获得一定尺寸、形状制件的加工方法，如图图9-1（f）所示。所示。在上述的在上述的6种金属塑性加工方法中，轧制、挤压和拉拔主要用种金属塑性加工方法中，轧制、挤

6、压和拉拔主要用于生产型材、板材、线材、带材等；自由锻、模锻和板料冲于生产型材、板材、线材、带材等；自由锻、模锻和板料冲压总称锻压，主要用于生产毛坯或零件。压总称锻压，主要用于生产毛坯或零件。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础2锻压加工特点锻压加工特点1）改善金属组织，提高金属的力学性能）改善金属组织，提高金属的力学性能金属经过锻压可使金属毛坯的晶粒变得细小，可以使原铸造金属经过锻压可使金属毛坯的晶粒变得细小，可以使原铸造组织中的气孔、微裂纹、缩松压合，提高组织的致密度；锻组织中的气孔、微裂纹、缩松压合，提高组织的致密度；锻压还可形成并能控制金属的纤维方向，使其合理分布，提

7、高压还可形成并能控制金属的纤维方向，使其合理分布，提高零件的力学性能。零件的力学性能。2）适用范围广，生产效率高）适用范围广，生产效率高上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础3）节省材料，减少切削加工工时）节省材料，减少切削加工工时锻压件的强度等力学性能高于铸件，可以相对地减少零件的锻压件的强度等力学性能高于铸件，可以相对地减少零件的截面尺寸，减轻零件的质量。此外，一些锻压加工的新工艺截面尺寸，减轻零件的质量。此外，一些锻压加工的新工艺（如精密模锻）可以生产出尺寸精度和表面粗糙度接近或达（如精密模锻）可以生产出尺寸精度和表面粗糙度接近或达到成品零件的要求，只需少量或不经切削加

8、工就可得到成品到成品零件的要求，只需少量或不经切削加工就可得到成品零件，即做到少切削或无切削。零件，即做到少切削或无切削。锻压的缺点，与铸造相比难以获得形状较为复杂的零件。锻压的缺点，与铸造相比难以获得形状较为复杂的零件。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础二、金属的塑性变形原理二、金属的塑性变形原理金属在外力作用下会产生变形，若外力消除后，变形随之消金属在外力作用下会产生变形，若外力消除后，变形随之消失，这类变形称为弹性变形。当外力（达到或超过材料的屈失，这类变形称为弹性变形。当外力（达到或超过材料的屈服点）消除以后，金属保持了变形后的成形效果，这类变形服点）消除以后，金

9、属保持了变形后的成形效果，这类变形称之为塑性变形。称之为塑性变形。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础塑性变形的实质是金属在切应力作用下，金属晶体内部产生塑性变形的实质是金属在切应力作用下，金属晶体内部产生大量位错运动的宏观表现。通过位错运动实现金属塑性变形大量位错运动的宏观表现。通过位错运动实现金属塑性变形的基本过程如的基本过程如图图9-2所示。金属晶体在切应力作用下，位错所示。金属晶体在切应力作用下，位错中心上面的原子列向右作微量位移，而位错中心下面的原子中心上面的原子列向右作微量位移，而位错中心下面的原子列向左作微量位移。继续施加切应力，位错将从晶体的一侧列向左作微量

10、位移。继续施加切应力，位错将从晶体的一侧移动到晶体的另一侧，从而造成了一个原子间距的位移过程。移动到晶体的另一侧，从而造成了一个原子间距的位移过程。同时，晶体在外力作用下会不断增加新的位错并位移至晶体同时，晶体在外力作用下会不断增加新的位错并位移至晶体的表面，当去除切应力的作用后就获得了塑性成形的效果。的表面，当去除切应力的作用后就获得了塑性成形的效果。在金属晶体中，由于晶界的存在和各个晶粒的位向不同以及在金属晶体中，由于晶界的存在和各个晶粒的位向不同以及其他晶体缺陷等因素，使得各晶粒的塑性变形相互受到阻碍其他晶体缺陷等因素，使得各晶粒的塑性变形相互受到阻碍与制约，塑性变形的同时也导致了金属的

11、强化。与制约，塑性变形的同时也导致了金属的强化。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础三、塑性变形对金属组织和性能的影响三、塑性变形对金属组织和性能的影响金属的塑性变形根据其变形温度不同可分为冷变形与热变形。金属的塑性变形根据其变形温度不同可分为冷变形与热变形。1冷变形对金属组织和性能的影响冷变形对金属组织和性能的影响1）组织变化）组织变化金属在常温下塑性变形时，晶粒的形状会沿变形方向被拉长金属在常温下塑性变形时，晶粒的形状会沿变形方向被拉长或压扁，晶粒内部及晶间会产生碎晶粒。随着变形量逐渐增或压扁，晶粒内部及晶间会产生碎晶粒。随着变形量逐渐增加，各晶粒将会被拉成细条状，晶界

12、变得模糊不清。金属中加，各晶粒将会被拉成细条状，晶界变得模糊不清。金属中的塑性夹杂物也会沿着变形方向被拉长，形成纤维组织。这的塑性夹杂物也会沿着变形方向被拉长，形成纤维组织。这种组织使金属在不同方向上表现出不同的性能。种组织使金属在不同方向上表现出不同的性能。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础2）冷变形强化）冷变形强化冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的强度和硬度都冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的强度和硬度都有提高，但塑性有所下降，这种现象称为冷变形强化或加工有提高，但塑性有所下降，这种现象称为冷变形强化或加工硬化。通常金属的变形量越大，强化效果越显著。硬化。

13、通常金属的变形量越大，强化效果越显著。3）产生残余应力）产生残余应力由于金属的塑性变形是不均匀的，在变形后变形体内会有残由于金属的塑性变形是不均匀的，在变形后变形体内会有残余应力存在。它将导致工件的形状和尺寸的变化，还会降低余应力存在。它将导致工件的形状和尺寸的变化，还会降低工件的承载能力。因此，对精密零件在冷塑性变形加工后，工件的承载能力。因此，对精密零件在冷塑性变形加工后，需进行去应力退火以提高尺寸稳定性。需进行去应力退火以提高尺寸稳定性。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础2回复与再结晶回复与再结晶加工硬化组织是一种不稳定的组织状态，具有自发地向稳定加工硬化组织是一种

14、不稳定的组织状态，具有自发地向稳定状态转化的趋势。常温下，多数金属的原子活动能力很低，状态转化的趋势。常温下，多数金属的原子活动能力很低，这种转化较难实现。生产中，经常采用这种转化较难实现。生产中，经常采用“中间退火中间退火”的处理的处理方法，对加工硬化组织进行加热，增强金属原子的活动能力，方法，对加工硬化组织进行加热，增强金属原子的活动能力，加速金属组织向稳定状态转化。随着加热温度的升高，变形加速金属组织向稳定状态转化。随着加热温度的升高，变形金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大3个阶段的变化。冷个阶段的变化。冷变形金属加热时组织和性能的变化如变形金属加热

15、时组织和性能的变化如图图9-3所示。所示。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础（1）回复，当加热温度较低，变形金属处于回复阶段。此时）回复，当加热温度较低，变形金属处于回复阶段。此时原子活动能力不很大，变形金属的纤维组织不发生显著变化，原子活动能力不很大，变形金属的纤维组织不发生显著变化，强度、硬度略有下降；塑性、韧度有所回升；内应力有较明强度、硬度略有下降；塑性、韧度有所回升；内应力有较明显的降低。在工业生产中，利用低温加热的回复过程，在保显的降低。在工业生产中，利用低温加热的回复过程，在保持变形金属很高强度的同时降低其内应力。例如：冷拔弹簧持变形金属很高强度的同时降低其

16、内应力。例如：冷拔弹簧钢丝绕制弹簧后常进行低温去应力退火处理，其目的就是为钢丝绕制弹簧后常进行低温去应力退火处理，其目的就是为了既保持冷拔钢丝的高强度，又降低或消除冷卷弹簧时产生了既保持冷拔钢丝的高强度，又降低或消除冷卷弹簧时产生的内应力。的内应力。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础（2）再结晶，当加热温度较高进入再结晶阶段时，变形金属）再结晶，当加热温度较高进入再结晶阶段时，变形金属的纤维组织发生了显著的变化，破碎的、被伸长和压扁的晶的纤维组织发生了显著的变化，破碎的、被伸长和压扁的晶粒将向均匀细小的等轴晶粒转化。金属的强度、硬度明显下粒将向均匀细小的等轴晶粒转化。金属

17、的强度、硬度明显下降；塑性、韧度显著提高。因为这一过程类似于结晶过程，降；塑性、韧度显著提高。因为这一过程类似于结晶过程，也是通过形核和长大的方式完成的，故称为也是通过形核和长大的方式完成的，故称为“再结晶再结晶”。需。需要指出的是，再结晶前后晶粒的晶格类型不变，化学成份不要指出的是，再结晶前后晶粒的晶格类型不变，化学成份不变，只改变晶粒的形状，因此，再结晶不是相变过程。变，只改变晶粒的形状，因此，再结晶不是相变过程。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础开始产生再结晶现象的最低温度称为再结晶温度。纯金属的开始产生再结晶现象的最低温度称为再结晶温度。纯金属的再结晶温度与熔点之

18、间的大致关系为再结晶温度与熔点之间的大致关系为T再再0.4T熔熔，式中温度，式中温度均用热力学温度（均用热力学温度（K）表示。金属再结晶过程的特点是：）表示。金属再结晶过程的特点是：再结晶不是在恒温下进行的，而是在一定温度范围内进行再结晶不是在恒温下进行的，而是在一定温度范围内进行的过程。的过程。金属变形程度越大晶体缺陷越多，组织越不稳定，再结晶金属变形程度越大晶体缺陷越多，组织越不稳定，再结晶温度越低。当金属变形程度达到温度越低。当金属变形程度达到7080时，再结晶温时，再结晶温度趋于稳定。度趋于稳定。在其他条件相同时，金属的熔点越高，其最低再结晶温度在其他条件相同时，金属的熔点越高，其最低

19、再结晶温度越高。越高。金属中的杂质或合金元素起到阻碍金属原子扩散和晶界迁金属中的杂质或合金元素起到阻碍金属原子扩散和晶界迁移的作用，使再结晶温度提高。移的作用，使再结晶温度提高。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础（3）晶粒长大，在变形晶粒完全消失，再结晶晶粒彼此接触）晶粒长大，在变形晶粒完全消失，再结晶晶粒彼此接触后，继续延长加热时间或提高加热温度，则晶粒会明显长大，后，继续延长加热时间或提高加热温度，则晶粒会明显长大，成为粗晶组织，金属的力学性能下降。成为粗晶组织，金属的力学性能下降。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础3冷变形与热变形冷变形与热变形

20、金属的冷、热变形通常是以再结晶温度为界加以区分。冷变金属的冷、热变形通常是以再结晶温度为界加以区分。冷变形是指坯料低于再结晶温度状态下进行的变形加工。变形后形是指坯料低于再结晶温度状态下进行的变形加工。变形后具有明显的加工硬化现象，所以，冷变形的变形量不宜过大，具有明显的加工硬化现象，所以，冷变形的变形量不宜过大，避免工件撕裂或降低模具寿命。冷变形产品具有尺寸精度高、避免工件撕裂或降低模具寿命。冷变形产品具有尺寸精度高、表面质量好、力学性能好的特点，广泛应用于板料冲压、冷表面质量好、力学性能好的特点，广泛应用于板料冲压、冷挤压、冷镦及冷轧等常温变形加工。热变形是指坯料高于再挤压、冷镦及冷轧等常

21、温变形加工。热变形是指坯料高于再结晶温度状态下进行的变形加工。加工过程中产生的加工硬结晶温度状态下进行的变形加工。加工过程中产生的加工硬化随时被再结晶软化和消除，使金属塑性显著提高，变形抗化随时被再结晶软化和消除，使金属塑性显著提高，变形抗力明显减小。因此，可以用较小的能量获得较大的变形量，力明显减小。因此，可以用较小的能量获得较大的变形量，适合于尺寸较大、形状比较复杂的工件变形加工。热变形产适合于尺寸较大、形状比较复杂的工件变形加工。热变形产品表面易形成氧化皮，尺寸精度和表面质量较低，而且，劳品表面易形成氧化皮，尺寸精度和表面质量较低，而且，劳动条件较差。自由锻、热模锻、热轧等工艺都属于热变

22、形范动条件较差。自由锻、热模锻、热轧等工艺都属于热变形范畴。畴。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础4热变形对金属组织和性能的影响热变形对金属组织和性能的影响金属热变形时组织和性能的变化主要表现在以下几方面。金属热变形时组织和性能的变化主要表现在以下几方面。（1）热变形加工时，金属中的脆性杂质被破碎，并沿金属流）热变形加工时，金属中的脆性杂质被破碎，并沿金属流动方向呈粒状或链状分布。塑性杂质则沿变形方向呈带状分动方向呈粒状或链状分布。塑性杂质则沿变形方向呈带状分布，这种杂质的定向分布称为流线。通过热变形可以改变和布，这种杂质的定向分布称为流线。通过热变形可以改变和控制流线的

23、方向与分布，加工时应尽可能使流线与零件的轮控制流线的方向与分布，加工时应尽可能使流线与零件的轮廓相符合而不被切断。如廓相符合而不被切断。如图图9-4所示为锻造曲轴和轧材切削所示为锻造曲轴和轧材切削加工曲轴的流线分布，明显看出，经切削加工的曲轴流线易加工曲轴的流线分布，明显看出，经切削加工的曲轴流线易沿轴肩部位发生断裂，流线分布不合理。沿轴肩部位发生断裂，流线分布不合理。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础（2）热变形加工可以使铸锭中的组织缺陷得到明显改善，如）热变形加工可以使铸锭中的组织缺陷得到明显改善，如铸态时粗大柱状晶经热变形加工能变成较细的等轴晶粒，气铸态时粗大柱状晶

24、经热变形加工能变成较细的等轴晶粒，气孔、缩松被压实，使金属组织的致密度增加，某些合金钢中孔、缩松被压实，使金属组织的致密度增加，某些合金钢中的大块碳化物被打碎并均匀分布，可以部分地消除金属材料的大块碳化物被打碎并均匀分布，可以部分地消除金属材料的偏析，使成份均匀化。的偏析，使成份均匀化。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础四、金属的锻造性能四、金属的锻造性能金属的锻造性能（可锻性）是衡量材料经受塑性成形加工，金属的锻造性能（可锻性）是衡量材料经受塑性成形加工，获得优质锻件难易程度的一项工艺性能。金属锻造性能的优获得优质锻件难易程度的一项工艺性能。金属锻造性能的优劣，常用金属

25、的塑性变形能力和变形抗力两个指标来衡量。劣，常用金属的塑性变形能力和变形抗力两个指标来衡量。金属塑性高，变形抗力低，则锻造性能好；反之，则锻造性金属塑性高，变形抗力低，则锻造性能好；反之，则锻造性能差。影响金属塑性变形能力和变形抗力的因素有以下几个能差。影响金属塑性变形能力和变形抗力的因素有以下几个方面。方面。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础1化学成份化学成份不同化学成份的金属其锻造性能不同。一般纯金属的锻造性不同化学成份的金属其锻造性能不同。一般纯金属的锻造性能优于合金；钢中的碳含量越低，锻造性能越好；随合金元能优于合金；钢中的碳含量越低，锻造性能越好；随合金元素含量

26、的增加，特别是当钢中含有较多碳化物形成元素（铬、素含量的增加，特别是当钢中含有较多碳化物形成元素（铬、钨、钒、钼等）时，锻造性能显著下降。钨、钒、钼等）时，锻造性能显著下降。2金属组织金属组织对于同样成份的金属，组织结构不同，其锻造性能也存在较对于同样成份的金属，组织结构不同，其锻造性能也存在较大的区别。固溶体的锻造性能优于金属化合物，钢中碳化物大的区别。固溶体的锻造性能优于金属化合物，钢中碳化物弥散分布的程度越高、晶粒越细小均匀，其锻造性能越好，弥散分布的程度越高、晶粒越细小均匀，其锻造性能越好，反之则差。反之则差。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础3变形温度变形温度在

27、一定的变形温度范围内，随着变形温度升高，锻造性能提在一定的变形温度范围内，随着变形温度升高，锻造性能提高。若加热温度过高，会使金属出现过热、过烧等缺陷，塑高。若加热温度过高，会使金属出现过热、过烧等缺陷，塑性反而下降，受外力作用时易产生脆断和裂纹，因此，必须性反而下降，受外力作用时易产生脆断和裂纹，因此，必须严格控制锻造温度。严格控制锻造温度。4变形速度变形速度变形速度反映金属材料在单位时间内的变形程度。它对塑性变形速度反映金属材料在单位时间内的变形程度。它对塑性和变形抗力的影响具有两重性。和变形抗力的影响具有两重性。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础（1）一般的变形速度

28、（低于）一般的变形速度（低于图图9-5中变形速度临界值中变形速度临界值a），），再结晶过程来不及完成，不能及时消除变形产生的加工硬化，再结晶过程来不及完成，不能及时消除变形产生的加工硬化，故随变形程度的增加，塑性下降、变形抗力增大，锻造性能故随变形程度的增加，塑性下降、变形抗力增大，锻造性能变差。变差。（2）当变形速度高达一定数值（如高速锻锤、爆炸成形）时，）当变形速度高达一定数值（如高速锻锤、爆炸成形）时，可使金属的温度升高，产生所谓的热效应，变形速度越快，可使金属的温度升高，产生所谓的热效应，变形速度越快，热效应越明显，锻造性能也得到改善。在一般锻压生产中，热效应越明显，锻造性能也得到改善

29、。在一般锻压生产中，变形速度并不很快，因而，热效应作用也不明显。变形速度并不很快，因而，热效应作用也不明显。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础五、金属锻造的加热和冷却五、金属锻造的加热和冷却1坯料的加热坯料的加热1）加热的目的）加热的目的加热的目的是为了提高坯料的塑性、降低变形抗力，改善锻加热的目的是为了提高坯料的塑性、降低变形抗力，改善锻压性能。加热时，应保证坯料均匀热透，尽量减少氧化、脱压性能。加热时，应保证坯料均匀热透，尽量减少氧化、脱碳，降低燃料消耗；尽量缩短加热时间。碳，降低燃料消耗；尽量缩短加热时间。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础2）

30、锻造温度范围）锻造温度范围锻造温度范围是锻件由始锻温度到终锻温度的温度区间。锻造温度范围是锻件由始锻温度到终锻温度的温度区间。（1）始锻温度。开始锻造时坯料的温度即始锻温度。为使坯）始锻温度。开始锻造时坯料的温度即始锻温度。为使坯料有最佳的锻压性能，在不出现过热和过烧的前提下，应尽料有最佳的锻压性能，在不出现过热和过烧的前提下，应尽量提高始锻温度，减少加热次数。碳钢的始锻温度比固相线量提高始锻温度，减少加热次数。碳钢的始锻温度比固相线低低200左右，如左右，如图图9-6所示。所示。（2）终锻温度。坯料停止锻造的温度即终锻温度。它应高于）终锻温度。坯料停止锻造的温度即终锻温度。它应高于再结晶温度

31、，以保证在停锻前坯料有足够的塑性，锻后能获再结晶温度，以保证在停锻前坯料有足够的塑性，锻后能获得细小的再结晶组织。但终锻温度过高，易形成粗大晶粒，得细小的再结晶组织。但终锻温度过高，易形成粗大晶粒，降低力学性能；终锻温度过低，锻压性能变差。碳钢的终锻降低力学性能；终锻温度过低，锻压性能变差。碳钢的终锻温度在温度在800左右。左右。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础2锻件的冷却锻件的冷却冷却是锻造工艺过程中不可缺少的工序，锻后冷却不当，会冷却是锻造工艺过程中不可缺少的工序，锻后冷却不当，会使锻件发生翘曲变形、硬度过高、甚至产生裂纹等缺陷。锻使锻件发生翘曲变形、硬度过高、甚至

32、产生裂纹等缺陷。锻造生产中常见的冷却方法有以下三种。造生产中常见的冷却方法有以下三种。1）空冷）空冷空冷是将热态锻件放在静止空气中冷却。空冷速度较快，多空冷是将热态锻件放在静止空气中冷却。空冷速度较快，多用于低碳钢、中碳钢和低合金结构钢的中小型锻件。用于低碳钢、中碳钢和低合金结构钢的中小型锻件。上一页 下一页返回第一节第一节 锻压工艺基础锻压工艺基础2）坑冷或灰砂冷）坑冷或灰砂冷坑冷是将热态锻件埋在地坑或铁箱中缓慢冷却的方法。灰砂坑冷是将热态锻件埋在地坑或铁箱中缓慢冷却的方法。灰砂冷是将热态锻件埋入炉渣、灰或砂中缓慢冷却的方法。这两冷是将热态锻件埋入炉渣、灰或砂中缓慢冷却的方法。这两种冷却方法

33、均比空冷慢，主要用于中、高碳结构钢、碳素工种冷却方法均比空冷慢，主要用于中、高碳结构钢、碳素工具钢和中碳低合金结构钢的中型锻件的冷却。具钢和中碳低合金结构钢的中型锻件的冷却。3）炉冷）炉冷炉冷是将锻后的锻件放入炉中缓慢冷却的方法。这种方法冷炉冷是将锻后的锻件放入炉中缓慢冷却的方法。这种方法冷却速度最慢，生产效率最低，常用于合金钢大型锻件、高合却速度最慢，生产效率最低，常用于合金钢大型锻件、高合金钢重要锻件的冷却。金钢重要锻件的冷却。上一页返回第二节第二节 自由锻自由锻自由锻是只用简单的通用性工具、或在锻造设备的上、下砧自由锻是只用简单的通用性工具、或在锻造设备的上、下砧铁间直接使坯料产生变形，

34、获得所需的几何形状及内部质量铁间直接使坯料产生变形，获得所需的几何形状及内部质量锻件的加工方法。此时，金属的受力变形是在上下两砧铁间锻件的加工方法。此时，金属的受力变形是在上下两砧铁间作自由流动，不受限制，形状和尺寸由锻工控制，所以称为作自由流动，不受限制，形状和尺寸由锻工控制，所以称为自由锻。自由锻。下一页返回第二节第二节 自由锻自由锻一、自由锻的分类、特点及应用一、自由锻的分类、特点及应用自由锻分为手工锻和机器锻两种。前者适用于小件生产或维自由锻分为手工锻和机器锻两种。前者适用于小件生产或维修工作；后者是自由锻的基本方法，工厂主要采用的生产方修工作；后者是自由锻的基本方法，工厂主要采用的生

35、产方式。式。自由锻的设备和工具简单，适应性强，灵活性大，成本低，自由锻的设备和工具简单，适应性强，灵活性大，成本低，可锻造小至几克大至数百吨的锻件。但锻件的尺寸精度低、可锻造小至几克大至数百吨的锻件。但锻件的尺寸精度低、材料的利用率低，劳动强度大，条件差，生产率低，要求工材料的利用率低，劳动强度大，条件差，生产率低，要求工人的技术水平较高。自由锻主要适用于单件、小批和大型锻人的技术水平较高。自由锻主要适用于单件、小批和大型锻件的生产。件的生产。上一页 下一页返回第二节第二节 自由锻自由锻二、自由锻设备二、自由锻设备自由锻设备按对金属的作用力性质分为自由锻锤（冲击力作自由锻设备按对金属的作用力性

36、质分为自由锻锤（冲击力作用）和压力机（静压力作用）两类设备。其中，自由锻锤设用）和压力机（静压力作用）两类设备。其中，自由锻锤设备有空气锤和蒸汽备有空气锤和蒸汽空气锤；压力机有水压机、油压机等。空气锤；压力机有水压机、油压机等。1）空气锤）空气锤空气锤是一种利用电力直接驱动的锻造设备，在空气锤上既空气锤是一种利用电力直接驱动的锻造设备，在空气锤上既可自由锻，也可胎模锻，如可自由锻，也可胎模锻，如图图9-7所示。所示。上一页 下一页返回第二节第二节 自由锻自由锻空气锤有两个气缸，即工作气缸和压缩气缸，压缩气缸内的空气锤有两个气缸，即工作气缸和压缩气缸，压缩气缸内的活塞由电动机通过减速机构、曲柄、

37、连杆带动，做上下往复活塞由电动机通过减速机构、曲柄、连杆带动，做上下往复运动。其气缸里的压缩空气经过上下旋阀交替进入工作气缸运动。其气缸里的压缩空气经过上下旋阀交替进入工作气缸的上部和下部空间，使工作气缸内的活塞连同锤杆和上砧铁的上部和下部空间，使工作气缸内的活塞连同锤杆和上砧铁一起作上下运动，对放在下砧铁上的金属坯料进行打击。空一起作上下运动，对放在下砧铁上的金属坯料进行打击。空气锤可根据锻造工作的需要，作连续打击、上砧铁上悬、下气锤可根据锻造工作的需要，作连续打击、上砧铁上悬、下压和单次打击等动作。压和单次打击等动作。空气锤的吨位以落下部分的质量（空气锤的吨位以落下部分的质量（kg）来表示

38、，常见的规格）来表示，常见的规格有有65kg、75kg、250kg、750kg等，广泛地应用于小型等，广泛地应用于小型锻件的锻造。空气锤具有价格低，工作行程短，打击速度快，锻件的锻造。空气锤具有价格低，工作行程短，打击速度快，结构简单，操作方便等优点。结构简单，操作方便等优点。上一页 下一页返回第二节第二节 自由锻自由锻2）水压机）水压机水压机以静压力作用在坯料上，工作振动小，易将坯料锻透，水压机以静压力作用在坯料上，工作振动小，易将坯料锻透，坯料变形速度慢，有利于金属的再结晶，提高锻件的塑性，坯料变形速度慢，有利于金属的再结晶，提高锻件的塑性，可获得大量变形等优点。但存在结构笨重，辅助装置庞

39、大，可获得大量变形等优点。但存在结构笨重，辅助装置庞大，造价高等缺点。造价高等缺点。水压机主要适用于大型锻件和高合金钢锻件的锻造，其规格水压机主要适用于大型锻件和高合金钢锻件的锻造，其规格用产生的最大静压力表示，一般为用产生的最大静压力表示，一般为5125MN，可锻钢锭的，可锻钢锭的质量为质量为1300t。上一页 下一页返回第二节第二节 自由锻自由锻三、自由锻的基本工序三、自由锻的基本工序自由锻工序可分为基本工序、辅助工序及修整工序。辅助工自由锻工序可分为基本工序、辅助工序及修整工序。辅助工序是为基本工序操作方便而进行的预先变形，如压钳口、钢序是为基本工序操作方便而进行的预先变形，如压钳口、钢

40、锭倒棱和压肩等。修整工序是为提高锻件表面质量而进行的锭倒棱和压肩等。修整工序是为提高锻件表面质量而进行的工序，如校整、滚圆、平整等。基本工序是自由锻造的主要工序，如校整、滚圆、平整等。基本工序是自由锻造的主要工序，包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错移和扭转等，工序，包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错移和扭转等，见见表表9-1所列。所列。上一页 下一页返回第二节第二节 自由锻自由锻1镦粗镦粗镦粗是减小坯料高度，增大其横截面积的工序。有整体和局镦粗是减小坯料高度，增大其横截面积的工序。有整体和局部镦粗之分，主要适用于圆盘类零件。由于坯料端面和砧铁部镦粗之分，主要适用于圆盘类零件。由于坯料端面和

41、砧铁表面接触产生降温和摩擦力的作用，锻件变形不均匀而往往表面接触产生降温和摩擦力的作用，锻件变形不均匀而往往呈鼓形。因此，镦粗时应注意以下几点：呈鼓形。因此，镦粗时应注意以下几点：（1）坯料高度）坯料高度Ho小于直径小于直径Do的的2.5倍，防止产生镦弯和双倍，防止产生镦弯和双鼓形。鼓形。（2）坯料加热要均匀，防止镦粗时坯料轴线偏离。）坯料加热要均匀，防止镦粗时坯料轴线偏离。（3）坯料表面不应有裂纹或凹坑，端面平整且与轴线垂直，）坯料表面不应有裂纹或凹坑，端面平整且与轴线垂直，防止镦歪或裂纹扩大。防止镦歪或裂纹扩大。上一页 下一页返回第二节第二节 自由锻自由锻2拔长拔长拔长是减小坯料横截面积，

42、增加其长度的工序。主要适于锻拔长是减小坯料横截面积，增加其长度的工序。主要适于锻造杆轴类零件对于空芯轴锻件可采用芯轴拔长。拔长时有以造杆轴类零件对于空芯轴锻件可采用芯轴拔长。拔长时有以下几点注意事项：下几点注意事项：（1）拔长时应不断进行）拔长时应不断进行90翻转，使坯料变形更加均匀。翻转，使坯料变形更加均匀。（2）为防止翻转时横截面产生弯曲现象，横截面高度与宽度）为防止翻转时横截面产生弯曲现象，横截面高度与宽度之比应小于之比应小于2.5倍。倍。（3）拔长时每次送进量）拔长时每次送进量t=（0.40.8）B，B为砧宽，送为砧宽，送进量太大变形不均匀，太小又容易产生折迭。进量太大变形不均匀，太小

43、又容易产生折迭。（4）芯轴拔长时，坯料加热要均匀，防止空芯轴孔偏斜。）芯轴拔长时，坯料加热要均匀，防止空芯轴孔偏斜。上一页 下一页返回第二节第二节 自由锻自由锻3冲孔冲孔冲孔是用冲子在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。根据冲孔是用冲子在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。根据冲头形式不同，可分为实芯冲头冲孔（孔径小于冲头形式不同，可分为实芯冲头冲孔（孔径小于300mm）及空芯冲头冲孔（孔径大于及空芯冲头冲孔（孔径大于300mm），主要用于锻造环套），主要用于锻造环套类零件。类零件。4弯曲弯曲弯曲是采用一定的工模具，将锻件弯制成所需形状的变形工弯曲是采用一定的工模具，将锻件弯制成所需形状的变形工序

44、。适用于锻造吊钩、弯板、角尺等零件。序。适用于锻造吊钩、弯板、角尺等零件。上一页 下一页返回第二节第二节 自由锻自由锻5切割切割切割是用剁子将坯料切断或部分割开的锻造工序。常用于切切割是用剁子将坯料切断或部分割开的锻造工序。常用于切除锻件的料头、分段、劈缝或切割成所需形状等。除锻件的料头、分段、劈缝或切割成所需形状等。6错移错移错移是在保持坯料轴线平行的前提下，将其一部分相对另一错移是在保持坯料轴线平行的前提下，将其一部分相对另一部分平移错开的锻造工序，常用于锻造曲轴类零件。部分平移错开的锻造工序，常用于锻造曲轴类零件。上一页 下一页返回第二节第二节 自由锻自由锻7扭转扭转扭转是将坯料的一部分

45、相对于另一部分绕其轴线旋转一定角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锻造工序。主要用于制造小型曲轴、连杆等零件。度的锻造工序。主要用于制造小型曲轴、连杆等零件。除上述工序外，还有扩孔、锻接等工序。总之，自由锻工艺除上述工序外，还有扩孔、锻接等工序。总之，自由锻工艺灵活，在机械制造中具有特别重要的地位。自由锻的不足之灵活，在机械制造中具有特别重要的地位。自由锻的不足之处是锻件精度较低，生产率低，劳动条件相对较差。处是锻件精度较低，生产率低，劳动条件相对较差。上一页 下一页返回第二节第二节 自由锻自由锻四、自由锻工艺规程的制订四、自由锻工艺规程的制订自由锻造工艺规程是组织生产过

46、程，规定操作规范，控制和自由锻造工艺规程是组织生产过程，规定操作规范，控制和检查产品质量的依据。应在充分了解和掌握本单位生产实际检查产品质量的依据。应在充分了解和掌握本单位生产实际状况的前提下，保证满足锻件的技术条件要求，并保证生产状况的前提下，保证满足锻件的技术条件要求，并保证生产工艺的可行性和经济性。自由锻造工艺规程主要有以下内容。工艺的可行性和经济性。自由锻造工艺规程主要有以下内容。上一页 下一页返回第二节第二节 自由锻自由锻1绘制锻件图绘制锻件图锻件图是编制锻造工艺、设计工具、指导生产和检验锻件的锻件图是编制锻造工艺、设计工具、指导生产和检验锻件的主要依据。是以零件图为基础，结合自由锻

47、工艺特点绘制而主要依据。是以零件图为基础，结合自由锻工艺特点绘制而成。典型锻件图如成。典型锻件图如图图9-8所示，在锻件图上用双点画线画出所示，在锻件图上用双点画线画出零件主要轮廓形状，并在锻件尺寸线下面用括弧注明零件尺零件主要轮廓形状，并在锻件尺寸线下面用括弧注明零件尺寸。绘制锻件图应考虑工艺余块、加工余量、锻件公差等因寸。绘制锻件图应考虑工艺余块、加工余量、锻件公差等因素。素。上一页 下一页返回第二节第二节 自由锻自由锻（1）工艺余块，是为了简化自由锻件外形，便于锻造而增加）工艺余块，是为了简化自由锻件外形，便于锻造而增加的那一部分金属。多用于零件上的小孔、台阶和凹档等难以的那一部分金属。

48、多用于零件上的小孔、台阶和凹档等难以锻出的部位，添加余块应综合考虑工艺的可行性和金属材料锻出的部位，添加余块应综合考虑工艺的可行性和金属材料的消耗等因素。的消耗等因素。（2）加工余量，是为了克服自由锻件尺寸精度低、表面质量）加工余量，是为了克服自由锻件尺寸精度低、表面质量较差的缺点，而在零件加工表面上增加了供切削加工用的金较差的缺点，而在零件加工表面上增加了供切削加工用的金属层。一般加工余量的大小与零件的形状、尺寸等因素有关。属层。一般加工余量的大小与零件的形状、尺寸等因素有关。零件越大、形状越复杂，则加工余量越大。零件越大、形状越复杂，则加工余量越大。（3）锻件公差，是锻件实际尺寸（锻造尺寸

49、）相对于锻件公）锻件公差，是锻件实际尺寸（锻造尺寸）相对于锻件公称尺寸（零件基本尺寸称尺寸（零件基本尺寸+加工余量）所允许的变动量。锻件加工余量）所允许的变动量。锻件公差的确定方法与加工余量的确定方法基本相同，通常为加公差的确定方法与加工余量的确定方法基本相同，通常为加工余量的工余量的1/41/3。上一页 下一页返回第二节第二节 自由锻自由锻2计算坏料质量和尺寸计算坏料质量和尺寸（1）坯料质量包括锻件质量与锻造过程中的各种损耗之和，）坯料质量包括锻件质量与锻造过程中的各种损耗之和，可按下式确定，即可按下式确定，即m坯坯=m锻锻+m烧烧+m切切式中式中m坯坯坯料的质量；坯料的质量；m锻锻锻件的质

50、量；锻件的质量；m烧烧火焰加热时坯料表面氧化烧损的质量，第一次取被火焰加热时坯料表面氧化烧损的质量，第一次取被加热金属质量的加热金属质量的23，以后各次加热取，以后各次加热取1.52；m切切包括冲孔时芯料的质量和修切锻件端部料头的质量，包括冲孔时芯料的质量和修切锻件端部料头的质量，冲孔芯料和修切料头的质量与锻件形状的复杂程度有关。用冲孔芯料和修切料头的质量与锻件形状的复杂程度有关。用钢材作坯料时，可按被加热金属质量的钢材作坯料时，可按被加热金属质量的24计算。锻造计算。锻造大型锻件采用钢锭作坯料时，切头部分质量还要考虑切掉钢大型锻件采用钢锭作坯料时，切头部分质量还要考虑切掉钢锭头部和尾部的质量