第3章 锻造和板料冲压
第3章 锻造和板料冲压
第3章锻造和板料冲压锻造和板料冲压总称为锻压。
锻压是对金属坯料施加一外力，使之产生塑性变形，从而获得具有一定尺寸、形状和内部组织的毛坯或零件的一种压力加工方法。
如下图为锻压的一种方式——镦粗。
锻造能消除金属铸锭中的一些铸造缺陷，使其内部晶粒细化，组织致密，力学性能显著提高。
所以重要的机器零件和工具部件，如车床主轴、高速齿轮、曲轴、连杆、锻模、和刀杆等大都采用锻造制坯。
3.1 锻造锻造的工艺方法主要有自由锻、模锻和胎膜锻。
生产时，按锻件质量的大小，生产批量的多少选择不同的锻造方法。
3.1.1自由锻锻造时，金属坯料受上下抵铁的压缩变形，而向四周为自由的塑性流动，故称为自由锻。
由于工件的尺寸和形状要靠操作技术来保证，所以自由锻要求工人有较高的技术水平。
自由锻生产率低，加工余量大，但工具简单，通用性大，故被广泛用于锻造形状较简单的单件、小批生产的锻件。
3.1.1.1坯料的加热金属材料在一定温度范围内，随温度的上升其塑性会提高，变形抗力会下降，用较小的变形力就能使坯料稳定地改变形状而不出现破裂，所以锻造时要对工件加热。
（1）始锻温度与终锻温度允许加热达到的最高温度称为始锻温度，停止锻造的温度称为终锻温度。
由于化学成分的不同，每种金属材料始锻和终锻温度都是不一样的。
几种常用金属材料的锻造温度范围见表3-1所示。
表3-1常用金属材料的锻造温度范围锻件的温度可用仪表测定，在生产中也可根据被加热金属的火色来判别，如碳钢的加热温度与火色的关系如下：（2）加热缺陷对锻件加热不当，则会产生以下缺陷。
1）过热加热温度超过该材料的始锻温度，或在高温下保温过久，金属材料内部的晶粒会变得粗大，这种现象称为过热。
过热使锻坯的塑性下降，可锻性变差。
可通过重结晶退火的方法使晶粒重新细化。
2）过烧加热温度远远高于始锻温度，接近该材料的熔点，晶粒边界发生严重氧化而使晶粒间失去结合力，这种现象称为过烧。
过烧的坯料一经锻打即会碎裂，是不可修复的缺陷。
材料与金属工艺学第三篇：金属压力加工
材 料 与 金 属 工 艺
160
120 80 延 伸率 %
160 300 140 200
冲 击韧度 120 100 冷变形强化是一种不稳定现象，具有 40 0 60 80 % 40 0 20 自发回复到稳定状态的倾向。但在室 变形程度 温下不易实现。 回复温度可以消除部分加工硬化现象： T回=（0.25～0.3）T熔 再结晶温度可以完全消除加工硬化现象：T再=0.4T熔
材 料 与 金 属 工 艺
锻件若有数个简单几何体构成时，几何体间的交接处不应形成空 间曲线。
佛山科学技术学院机电系
自由锻件上不应设计出加强筋、 凸台、工字形截面或空间曲线表面。
材 料 与 金 属 工 艺
自由锻件的横截面若有急剧变化或形状复杂时，应设计成几个简单 件构成体。
佛山科学技术学院机电系
异号应力状态下，变形抗力↓
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第二章
第一节
一、自由锻
材 料 与 金 属 工 艺
锻造
锻造方法
自由锻是不用模具控制金属的塑性流动，让材料比较自由地变形 的锻造方法。有手工自由锻和机器自由锻两类。前者靠手锤和钳 子在铁砧上锻打工件，打击力来自锻工本身。后者靠锻锤（主要 是空气锤）、和钳子在砧座上锻打工件，打击力来自锻锤。 自由锻设备分为锻锤和液压机两大类。锻锤用来锻造中、小型锻 件；液压机能锻造质量达300t的锻件。
二、加工条件
1、变形温度的影响 温度过低金属的塑性不够，但温度过高，会产生过热、过烧、脱 碳和严重氧化等缺陷。
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温度/° C
38 A
固 相 线
液相 线
L L+A
金属工艺学第3篇习题解
第三篇 锻 压一、判断题（对的在题前的括号中打“√”，错的打“×”）1.回复和再结晶都能消除加工硬化现象，是一种软化过程。
×2.热加工形成的纤维组织可以用热处理方法消除。
×3.锻锤的吨位是用落下部分的质量表示。
√4.自由锻是大型锻件的唯一锻造方法。
√5.金属在0℃（再结晶温度）以下的塑性变形称为冷变形。
×6.锤上模锻不可以直接锻出有通孔的锻件。
（要留有冲连皮）7.板料冲压中的弯曲工序，由于有回弹现象，因此设计弯曲模具时，弯曲角度比成品大（小）一个回弹角。
×8.模锻中为了便于从模膛内取出锻件，锻件在垂直（平行）于锤击方向的表面应留有一定的斜度，这称为模锻斜度。
×1.为减少坯料某一部分的横截面积以增大另一部分的横截面积，可采用A、拔长模膛B、滚挤模膛C、成型模膛D、弯曲模膛2.假设落料件直径为d，单边间隙值为Z，则落料凸模尺寸为A、dB、d－ZC、d＋2ZD、d－2Z3.在冲床的一次行程中，完成多个冲压工序的冲模为A、简单模B、连续模C、复合模D、无法确定4.将板料或坯料弯曲时，弯曲变形量决定于A、板料厚度tB、弯曲半径rC、r/tD、弯曲材料的弹性模量5.为简化锻件的形状，需在锻件图上加上A、加工余量B、敷料C、锻件公差D、模锻斜度挤压的基本方式有哪几种？各自金属流动方向与凸模运动方向金属流动方向与凸模运动之间的关系3.如图所示为三种形状不同的连杆，试选择锤上模锻时最合适的分模面位置，并绘出相应的模锻件图。
(完整版)金属工艺学(压力加工)
锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力。 曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴 工作时不易断裂。
第三节 金属的可锻性
金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难 易程度的工艺性能。
转体锻件。
第二节 锻造工艺规程的制订
一、绘制锻件图
锻件图是以零件图为基础，结 合锻造工艺特点绘制而成。
1.敷料、余量及公差
敷料:为了简化零件的形状和 结构、便于锻造而增加的 部分金属。
加工余量：在零件的加工表面 上，为切削加工而增加的 尺寸。
锻件公差:是锻件名义尺寸允 许的变动量。金工动画\锻 件图.exe
二、常用的压力加工方法：
a）轧制 b）挤压 c）拉拔 d）自由锻 e）板料冲压 f）模锻
金工动画\压力加工\视 频\挤压.avi
金工动画\压力加工\视频\镦粗.avi
三、压力加工的特点 （1）改善金属的组织、提高力学性能。 （2）材料的利用率高。 （3）较高的生产率。 （4）毛坯或零件的精度较高。 钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力 加工。可用作承受冲击或交变应力的重要零 件，但不能加工脆性材料（如铸铁）。
可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。金属的可锻性取决于金属 的本质和加工条件。
一、 金属的本质
1.化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性
越好。 2.金属组织的影响
纯金属及单相固溶体比金属化合物的可锻性好;细小的 晶粒粗晶粒 好；面心立方晶格比体心立方晶格好 。
二、加工条件
1.变形温度的影响 热变形可锻性提高.但温度过高将发生过热、过烧、脱
机械制造基础-第3章锻压
单件小批生产 ----手工两箱分模造型
加工余量:上面>侧面>底面 模样放收缩率1%
大批生产 ----机器两箱分模造型 (共用同一个铸造工艺图)
上 下
作业答案：5.支撑台
表示圆周面不需要 加工，即相对来说不重要， 因此将铸件横卧下来，造 型最简单。
上 下
单件小批生产 ----手工两箱分模造型
凸模
凹 模
SHANGHAI UNIVERSITY
上海大学机自学院
2．弯曲---是利用弯曲模使工件轴线弯成一定 角度和曲率的工序。 自由弯曲 ① 弯曲方法 校正弯曲
② 弯曲件废品类型
自由弯曲 校正弯曲
外层开裂---当外侧拉应力超过板料抗拉强度时， 将在外侧转角处出现裂纹。 故应限制板料的最大弯曲变形程度（即最小弯曲 半径）,一般 r min ≥t（板厚）；同时注意毛坯 下料方向，最好使板料流线方向与弯曲线垂直。
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例1:
例2:
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3.3 板料冲压
板料冲压→在冲床上用冲模使板料产生分离 或变形而获得制件的加工方法。又叫冷冲压。 冲压的优点是生产率高、成本低；成品的形 状复杂、尺寸精度高、表面质量好且刚度大、 强度高、重量轻，无需切削加工即可使用。因此 在汽车、拖拉机、电机、电器、仪表仪器、轻工 和日用品及国防工业生产中得到广泛应用。 常用的冲压材料有低碳钢、高塑性合金钢、 铝和铝合金、铜和铜合金等金属板料、带料与卷 料，还可加工纸板、塑料板、胶木板、纤维板等 非金属板料。
放收缩率1% 余量：上面>侧面>下面
作业答案：5.支撑台
第三章板料冲压
◆板料冲压的特点： 优点： 1）可以冲出形状复杂的零件，且废料少； 2）产品由足够高的精度和较低的表面粗糙度，互换性好； 3）能获得重量轻、材料消耗少、强度和刚度均较高的零件； 4）冲压操作简单，工艺过程便于机械化和自动化，生产率高 。故零件成本低。 缺点： 冲模制造复杂、成本较高，只适用于大批量生产。 ◆板料冲压的原材料：应具有足够的塑性。 常用材料有： 低碳钢、铜合金、铝合金、镁合金及塑性好的合金钢。形状 上分板料、条料及带料等。
2019年7月28日12时33分
◆变形特点： 1）底部金属一般不变形，只传递拉力，厚度基本不变； 2）环形部分金属，切向受压应力,径向受拉应力>屈服应力； 3）形成的直壁本身受轴向拉力，厚度有所减小； 4）过度圆角处被拉薄得最严重。 2、拉深中的废品 拉穿：拉应力超过材料强度极限时。 起皱：间隙过大。动画演示。
用寿命。
2019年7月28日12时33分
冲裁力的计算：
平刃冲模的冲裁力按下式计算：P = KLsτ 式中：P 冲裁力，N ； L 冲裁周边长（mm）；
s 坯料厚度（mm）；K =0.8σ b。 4、冲裁件的排样 是指落料件在条料、带料或板料上合理布置的方法。排样合 理可使废料最少，材料利用率最高。 ◆落料件排样有：无搭边和有搭边。
2019年7月28日12时33分
2、凸凹模间隙： 是冲裁模具设计的关键参数。影响有： 1.凸凹模间隙决定了冲裁件的尺寸精度，断口边缘质量。 2.凸凹模间隙也影响模具寿命。 3.合理选择间隙值对冲压生产是关键因素所在。
◆通常工件尺寸精度要求高时，间隙值相对减 少，冲裁件无断面质量要求时，尽量选用大间隙值 。以提高模具寿命。
◆间隙↓-摩擦越严重，模具寿命↓。 间隙过小 -外表尺寸略有增大，内腔尺寸略有 缩小（弹性回复）。 光面宽度增加，塌角、毛刺、斜度等都有所减 小，工件质量较高。但上下裂纹也不能很好重合。 动画演示。
板料冲压
落料是沿一条封闭的分离线将所需的部分 从板料上分离出来。
被分离的部分为成品，周边是废料。
冲孔是在板料上冲出孔、槽和百页窗等。
被分离的部分为废料，周边是成品。
１、冲裁变形过程
（１）弹性变形阶段 （２）塑性变形阶段 （３）断裂分离阶段
２、凹凸模间隙
冲裁模的上、下模刃口的错开量称为间隙。
３、凸、凹模刃口 尺寸的确定
轻、强的特点。
（1）、形状复杂，废料少。 （2）、互换性好，精度高。 （3）、强度、刚度高、质量轻。 （4）、易于机械化、自动化，成本低。
第一节
分离工序
落料及冲孔，简称冲裁（blanking）
冲裁是利用冲模的刃口使板料沿一定的轮廓 线产生剪切变形并分离。
冲裁在冲压生产中所占的比例最大。
在冲裁过程中，除剪切轮廓线附近的金属外， 板料本身并不产生塑性变形，所以由平板冲裁 加工的零件仍然是一平面形状。
落料模 －凹模作基准 ；
刃口尺寸： 凸模D=凹模D-间隙Z
冲孔模 凸模作基准 ；
刃口尺寸： 凹模D=凸模D+间隙Z
４、冲裁件的排样
第二节
变形工序
目的： 是使板料在不破坏的条件下发生塑性变 形，制成所需形状和尺寸的工件。 定义： 变形工序是使坯料的一部分相对于另一 部分产生位移而不破裂的工序。
一、拉深
弯曲
三、翻边
四、成形
简单冲模
连续冲模
复合冲模
第四节
冲压件的结构工艺性
１、对落料件和冲孔件的要求
２、对弯曲件的要求
第三章
板料冲压
板料冲压
stamping
产生分离或变形
板料冲压是利用冲模使板料
的加工方法。即靠压力机和模具对板材、带 材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性
第3章 锻造习题
第3章锻造一、判断题1. 碳钢中碳的质量分数愈低，可锻性就愈差。
（×）2.冷变形后金属材料会产生加工硬化现象。
（√）3.在实践中可以利用加工硬化来强化金属，提高其强度、硬度和耐磨性。
（√）4.经过回复退火的材料可以进行再次的塑性变形。
（×）5. 再结晶能够消除冷变形时产生的加工硬化现象。
（√）6. 金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。
（√）7. 冷变形的变形量不宜太大，避免工件开裂。
（√）8. 冷变形加工精度高、表面质量好力学性能好。
（√）9．金属在室温或室温以下的塑性变形称为冷塑性变形。
（×）10. 金属在其再结晶温度以下进行的变形称为热变形。
（×）11.碳钢随着碳是质量分数增加，塑性下降，锻造性能变差。
（×）12.合金钢中合金元素的含量增多，锻造性能下降。
（√）13.单一的固溶体组织，塑性好锻造性能好。
（√）14. 自由锻工具简单，灵活性大，零件精度较低，适合单件小批的小零件毛坯的加工。
（×）15.自由锻的精整（修整）工序是使金属产生一定程度的塑性变形以达到所需形状和尺寸的工艺过程，如镦粗、延伸（拨长）、切割和冲孔等。
（×）16.自由锻件应该具有锻造斜度。
（×）17.由于模锻件精度较高和表面粗糙度值较低，因此零件的配合表面可留加工余量，非配合表面一般不需要加工，不留加工余量。
（√）18.模锻件可以锻造形状复杂的零件，零件可以具有较薄的壁，较高的筋、凸起等结构。
（×）19.模锻可以直接锻造较小通孔和深孔。
（×）20. 模锻件尽量选择外形简单、平直和对称的零件。
（√）21.胎膜锻是在自由锻设备上进行锻造加工的。
（√）22. 锻造时始锻温度太高会出现过热、过烧现象，故应使始锻温度越低越好。
（×）23.冲孔和落料都是属于变形基本工序。
（×）24．冲压件材料应具有良好的塑性。
（√）25．板料冲压的坯料通常是较薄的金属板料，冲压时不需加热故称为冷冲压。
第三章锻造与钣料冲压成型
前言 3.1 概述 3.2 锻造生产过程 3.3 自由锻 3.4 模锻与胎模锻简介 3.5 钣料冲压成型 3.6 锻造与钣料冲压实习安全 复习思考题
前言
学习完本章，应该掌握如下内容: 了解锻造与冲压的生产过程、工艺特点和应用，了解锻压生产的 常用材料和金属可塑性的概念。 熟悉自由锻的基本工序，能够用自由锻方法锻制简单的锻件，了 解坯料加热的目的、方法、常见缺陷及其产生原因。 熟悉冲压的基本工序及简单冲模结构，能够完成简单零件的冲压 加工，了解冲压缺陷及其产生原因。
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3.4 模锻与胎模锻简介
模锻的生产效率和锻件精度比自由锻高，通常可以锻造形状比较复杂 的锻件，但需要使用专用设备，且模具的制造成本较高，故适用于大 批量生产。
3. 4. 2胎模锻
胎模锻造是自由锻和模锻相结合的一种锻压加工方法。胎模锻造时， 通常是先采用自由锻制坯，后在胎模中锻造成型，整个锻造过程都是 在自由锻设备上进行。胎模的结构如图3-10所示:在胎模的上模和下 模侧面，都装有供操作者握持操作的手柄5，还制有定位销孔3和导销 2;工作时先将下模块6置于空气锤下砧座上但不固定;锻造时将坯料放 入胎模的模膛1内，合上上模块4，用锤头多次击打上模;待上模、下 模合拢后，便得到成型锻件。
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3.3 自由锻
自由锻分为手工自由锻和机器自由锻两种。利用简单的手工工具，使 坯料产生变形而获得锻件的方法，称为手工自由锻;使用机器设备， 使坯料在上、下砒铁之间受力变形，从而获得锻件的方法，称为机器 自由锻。 手工自由锻的操作简单方便，但因完全依靠人力和手工工具进行操作， 只能生产小型锻件。机器自由锻的适应性较广，可以生产大型、小型 等多种规格的锻件。
锻压是指锻造和板料冲压
• 3.2.2 自由锻设备
常用的自由锻设备有空气锤、蒸汽-空气锤和水压机等。其砧座质量一般为落 下部分的10～15倍，蒸汽-空气自由锻锤的落下部分质量一般为1～5t，小于 1t的使用相应的空气锤，大于5t的使用水压机。
1.空气锤结构及工作原理 空气锤是自由锻最常见的设备，如图3.1（a）所示。由锤身、压缩缸、工作 缸、传动机构、操纵机构、落下部分及砧座等组成。锤身、压缩缸和工作缸 缸体铸成一体。传动机构包括减速机构、曲柄、连杆等。操纵机构包括踏杆 （或手柄）、旋阀及其连接杠杆。空气锤的规格用落下部分的质量来表示， 其落下部分包括工作活塞、锤杆等。例如70kg的空气锤是指落下部分的质量 为70kg。空气锤打击力为落下部分质量的1000倍左右。空气锤规格依据锻件 的尺寸与质量选择。 空气锤的传动原理如图3.1（b）所示。电动机通过减速装置带动曲柄连杆机 构运动，使压缩气缸的压缩缸活塞上下运动，产生压缩空气。通过手柄或踏 脚杆操纵上、下旋阀，使其处于不同位置时，使压缩空气进入工作气缸的上 部或下部，推动由活塞、锤杆和上砧铁组成的落下部分上升或下降，完成各 种动作。
3.1 概 述
• 锻压是指锻造和板料冲压的总称，属于塑性加工方法，是指金属材料在一定
外力作用下，使其产生塑性变形，从而获得一定尺寸、形状及具有一定力学 性能毛坯或零件的加工方法。塑性加工作为金属加工方法之一，是机械制造
领域的重要加工方法。 锻造是利用锻造设备，通过工具或模具使金属毛坯产生塑性变形，从而获得
冲压是指利用冲模在冲床上对金属板料施加压力，使其产生分离或变形，从
而得到一定形状、满足一定使用要求零件的加工方法。冲压通常在常温下进 行，也称冷冲压，又因其主要用于加工板料零件，故又称板料冲压。
3.2 自由锻
第三章 锻压
空气锤
利用压缩空气推动锻锤进 行工作。以落下部分质量 来表示锻造能力；常用吨 位为65—750千克，用于 锻造小型锻件。
2）自由锻常辅助工序和精整工序。 基本工序
包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割等，见表 12—1； 辅助工序
包括压钳口、倒棱、压肩等； 精整工序
m坯=m锻+m烧+m芯+m切 式中 m坯--坯料重量；
m锻--锻件重量； m烧--加热时坯料表面氧化烧损的重量
与所用加热设备类型等因素有关， 可参考相关资料；
m芯--冲孔时的芯料重量； m切--锻造中被切掉的金属重量。
坯料尺寸 根据计算出的坯料重量即可计算杯料的体积，最后依 据选择的坯料截面尺寸确定其长度。
一般情况下，增加锻造比，对改善金属的组织和性能是有 利的。但是锻造比太大是无益的。
第二节 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、 下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质 量锻件的方法。
1、自由锻的分类、特点及应用
自由锻的适应性强，灵活性大，生产周期短，成本低。 缺点是锻件尺寸精度低，加工余量大，金属材料消耗多， 生产率低，劳动强度大、条件差，要求操作者的技术水 平较高。
比如在热轧钻头、齿轮、齿圈及冷轧丝杠时节省了切 削加工设备和材料的消耗。
(3)较高的生产率
比如在生产六角螺钉时采用模锻成形就比切削加工效率约 高50倍。
（4）锻压主要生产承受重载荷零件的毛坯，如机器中的 主轴、齿轮等，但不能获得形状复杂的毛坯或零件。
3、锻压的基本生产方式
1) 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，改变其性能，获得所要求的截面形状的加工 方法。（视频）
基础，考虑了分模面的选择、加工总余量、公差、余块、模锻 斜度和圆角半径等绘制的。
金属工艺学-板料冲压
落料凹模和冲孔凸模尺寸
落料凹模基本尺寸应取 工件尺寸公差范围内的 较小的尺寸。
冲孔凸模基本尺寸应取 工件尺寸公差范围内的 较大尺寸。
二、修整 （1）外缘修整：修整冲裁件外形 （2）内孔修整：修整冲裁件内孔
三、切断
4.冲裁件的排样 排样方式：有搭边排样、无搭边排样
第二节 变形工序
变形工序是使坯料一部分相对于另一部分产 生位移而不破裂的工序。
（4）当凸、凹模采用配制加工时，刃口尺寸的制 造公差一般为冲裁件公差的1/4~1/3。
如果凸、凹模分别加工时，其制造公差之和应 小于或等于最大与最小间隙之差的绝对值，即： （δ凹+δ凸）≤│Zmax －Zmin│。
（5）刃口尺寸计算要根据模具制造特点，冲裁件 的形状简单时，其模具采用分别加工法计算， 冲裁件形状复杂时，其模具用配制法计算。
弯曲边高
带孔弯曲件
3）弯曲带孔零件时，为避免孔的变形，孔的位置 如图所示，L＞（1.5～2）s
4）当L过小时,可在弯曲线上冲工艺孔,如对零件孔 的精度要求较高，则应弯曲后再冲孔。
3.对拉伸件的要求
1）外形应简单、对称； 2）应尽量避免直径小而深度过深； 3）底部与侧壁、凸缘与侧壁应有足够的圆角；
2、材料的利用率高，一般可达70—80%；
3、适应性强，金属及非金属均可用冲压方法加工 ，零件可大可小。
4、生产率高，每分钟可冲压小件数千件，易实 现机械化和自动化。
5、模具结构复杂、制造成本高。
三、冲压的基本工序
基本工序
分离工序 变形工序
剪切 冲裁 切口 修边 剖切
弯曲 拉伸 翻边 成形
落料 冲孔
1、拉深过程
拉深中常见的缺陷
1）拉穿
第3章-锻压工艺基础知识
概述
锻压也是获得零件或零件毛坯的重要工艺方法之一 锻压的优缺点 坯料或零件具有力学性能好、表面光洁、精度高、 刚度大等特点，可做到少切削或无切削； 除自由锻外，其他锻压加工容易实现机械化、自 动化，具有较高的生产率； 工件的形状不能太复杂；而且锻压设备和模具等 投资较大
锻压可分为：轧制、拉拔、挤压、锻造和冲压
自由锻分手工锻造和机器锻造两种
自由锻锻件的结构工艺性 锻件形状不宜过分复杂 对自由锻件的结构工艺性的要求是： 在满足使用要求的前提下，其形状应尽量简单、对称。
具体要求列于表3-5
自由锻锻件
二、模锻
模锻是将加热后的坯料，放置在锻模模膛内，在冲击 力或压力作用下，使坯料在模膛内产生塑性变形，以 获得锻件的方法。 模锻与自由锻相比具有以下优缺点：
多膛锻模 ——一副锻模上二个以上模膛，坯料需依次 经过多次锻压才能成形。
对于多膛锻模，最后使锻件成型的是终锻模膛；
此前的是制坯模膛和预制模膛
锻件—弯曲连杆
拔长模膛 滚压模膛
终锻模膛 预锻模膛
多膛锻模
弯曲模膛
锻造成型过程
2.模锻件结构工艺性要求
1) 锻件应有一个合理的分模面； 2) 锻件外形力求简单、对称、平直； 3) 尽量避免多孔、深孔、窄沟、深槽等结构； 4) 与分模面垂直的表面上应尽可能避免有凹槽和孔； 5) 锻件上的孔不可过深； 6) 对复杂形状零件用模锻制坯较困难时，可采用锻-焊
操作方便，容易实现机械化，锻件成本低，生产效率高； 可锻出形状较复杂的锻件； 锻件尺寸精确、加工余量小，节省材料； 锻件内部纤维组织合理，故强度较高，使用寿命长； 锻件不能太大(一般都小于150kg)； 锻模需用价格昂贵的材料，制造周期长，费用高。
第3章 锻造和板料冲压
第3章锻造和板料冲压锻造和板料冲压总称为锻压。
锻压是对金属坯料施加一外力，使之产生塑性变形，从而获得具有一定尺寸、形状和内部组织的毛坯或零件的一种压力加工方法。
如下图为锻压的一种方式——镦粗。
锻造能消除金属铸锭中的一些铸造缺陷，使其内部晶粒细化，组织致密，力学性能显著提高。
所以重要的机器零件和工具部件，如车床主轴、高速齿轮、曲轴、连杆、锻模、和刀杆等大都采用锻造制坯。
3.1 锻造锻造的工艺方法主要有自由锻、模锻和胎膜锻。
生产时，按锻件质量的大小，生产批量的多少选择不同的锻造方法。
3.1.1自由锻锻造时，金属坯料受上下抵铁的压缩变形，而向四周为自由的塑性流动，故称为自由锻。
由于工件的尺寸和形状要靠操作技术来保证，所以自由锻要求工人有较高的技术水平。
自由锻生产率低，加工余量大，但工具简单，通用性大，故被广泛用于锻造形状较简单的单件、小批生产的锻件。
3.1.1.1坯料的加热金属材料在一定温度范围内，随温度的上升其塑性会提高，变形抗力会下降，用较小的变形力就能使坯料稳定地改变形状而不出现破裂，所以锻造时要对工件加热。
（1）始锻温度与终锻温度允许加热达到的最高温度称为始锻温度，停止锻造的温度称为终锻温度。
由于化学成分的不同，每种金属材料始锻和终锻温度都是不一样的。
几种常用金属材料的锻造温度范围见表3-1所示。
表3-1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1200~1250 800中碳钢1150~1200 800合金结构钢1100~1180 850锻件的温度可用仪表测定，在生产中也可根据被加热金属的火色来判别，如碳钢的加热温度与火色的关系如下：温度(℃) 1300 1200 1100 900 800 700 小于600火色白色亮黄黄色樱红赤红暗红黑色（2）加热缺陷对锻件加热不当，则会产生以下缺陷。
1）过热加热温度超过该材料的始锻温度，或在高温下保温过久，金属材料内部的晶粒会变得粗大，这种现象称为过热。
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第3章锻造和板料冲压锻造和板料冲压总称为锻压。
锻压是对金属坯料施加一外力，使之产生塑性变形，从而获得具有一定尺寸、形状和内部组织的毛坯或零件的一种压力加工方法。
如下图为锻压的一种方式——镦粗。
锻造能消除金属铸锭中的一些铸造缺陷，使其内部晶粒细化，组织致密，力学性能显著提高。
所以重要的机器零件和工具部件，如车床主轴、高速齿轮、曲轴、连杆、锻模、和刀杆等大都采用锻造制坯。
锻造锻造的工艺方法主要有自由锻、模锻和胎膜锻。
生产时，按锻件质量的大小，生产批量的多少选择不同的锻造方法。
自由锻锻造时，金属坯料受上下抵铁的压缩变形，而向四周为自由的塑性流动，故称为自由锻。
由于工件的尺寸和形状要靠操作技术来保证，所以自由锻要求工人有较高的技术水平。
自由锻生产率低，加工余量大，但工具简单，通用性大，故被广泛用于锻造形状较简单的单件、小批生产的锻件。
坯料的加热金属材料在一定温度范围内，随温度的上升其塑性会提高，变形抗力会下降，用较小的变形力就能使坯料稳定地改变形状而不出现破裂，所以锻造时要对工件加热。
（1）始锻温度与终锻温度允许加热达到的最高温度称为始锻温度，停止锻造的温度称为终锻温度。
由于化学成分的不同，每种金属材料始锻和终锻温度都是不一样的。
几种常用金属材料的锻造温度范围见表3-1所示。
表3-1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1200~1250 800中碳钢1150~1200 800合金结构钢1100~1180 850锻件的温度可用仪表测定，在生产中也可根据被加热金属的火色来判别，如碳钢的加热温度与火色的关系如下：温度(℃) 130012001100900800700小于600火色白色亮黄黄色樱红赤红暗红黑色（2）加热缺陷对锻件加热不当，则会产生以下缺陷。
1）过热加热温度超过该材料的始锻温度，或在高温下保温过久，金属材料内部的晶粒会变得粗大，这种现象称为过热。
过热使锻坯的塑性下降，可锻性变差。
可通过重结晶退火的方法使晶粒重新细化。
2）过烧加热温度远远高于始锻温度，接近该材料的熔点，晶粒边界发生严重氧化而使晶粒间失去结合力，这种现象称为过烧。
过烧的坯料一经锻打即会碎裂，是不可修复的缺陷。
图3-1 红外箱式炉1—踏杆 2—炉门 3—炉膛 4—温度传感器5—硅碳棒冷端 6—硅碳棒热端 7—耐火砖 8—反射层3)氧化和脱碳加热时钢料与高温的氧、二氧化碳和水蒸气接触，使坯料表面产生氧化皮和脱碳层。
每次加热的氧化烧损量约占坯料总重量的2~3%，下料计算时必须加上这个烧损量。
（3）加热炉锻件加热可采用一般燃料如焦炭、重油等进行燃烧，利用火焰加热，也可采用电能加热。
典型的电能加热设备是高效节能红外箱式炉，其结构如图3-1所示。
它采用硅碳棒为发热元件，并在内壁涂有高温烧结的辐射涂料，加热时炉内形成高辐射均匀温度场，因此升温快，单位耗电低，达到节能目的。
红外炉采用无级调压控制柜与其配套，具有快速启动，精密控温，送电功率和炉温可任意调节的特点。
空气锤自由锻设备有空气锤、蒸汽-空气锤和水压机等，分别适合小、中和大型锻件的生产。
（1）空气锤的结构和工作原理空气锤的结构如图3-2 所示，由锤身、压缩缸、工作缸、传动机构、操纵机构、落下部分及砧座等组成。
空气锤的公称规格是以落下部分的质量来表示的。
落下部分包括了工作活塞、锤杆、锤头和上抵铁。
例如65Kg空气锤，是指其落下部分质量为65Kg，而不是指它的打击力。
空气锤的工作原理亦如图3-2所示，电动机通过减速机构带动曲柄连杆机构转动，曲柄连杆机构把电动机的旋转运动转化为压缩活塞的上下往复运动，压缩活塞通过上下旋阀将压缩空气压入工作缸的下部或上部，推动落下部分的升降运动，实现锤头对锻件的打击。
图3-2空气锤1—踏杆 2—砧座 3—砧垫 4—下抵铁 5—上抵铁 6—下旋伐 7—上旋阀 8—工作缸 9—压缩缸 10—减速装置 11—电动机 12—工作活塞 13—压缩活塞 14—连杆（2）空气锤的操作通过踏杆或手柄操纵配气机构（上、下旋阀），可实现空转、悬空、压紧、连续打击和单次打击等操作。
1）空转转动手柄，上、下旋阀的位置使压缩缸的上下气道都与大气连通，压缩空气不进入工作缸，而是排入大气中，压缩活塞空转。
2）悬空上悬阀的位置使工作缸和压缩缸的上气道都与大气连通，当压缩活塞向上运行时，压缩空气排入大气中，而活塞向下运行时，压缩空气经由下旋阀，冲开一个防止压缩空气倒流的逆止阀，进入工作缸下部，使锤头始终悬空。
悬空的目的是便于检查尺寸，更换工具，清洁整理等。
3）压紧上下旋阀的位置使压缩缸的上气道和工作缸的下气道都与大气连通，当压缩活塞向上运行时，压缩空气排入大气中，而当活塞向下运行时，压缩缸下部空气通过下旋阀并冲开逆止阀，转而进入上下旋阀连通道内，经由上旋阀进入工作缸上部，使锤头向下压紧锻件。
与此同时，工作缸下部的空气经由下旋阀排入大气中。
压紧工件可进行弯曲、扭转等操作。
4）连续打击上下旋阀的位置使压缩缸和工作缸都与大气隔绝，逆止阀不起作用。
当压缩活塞上下往复运动时，将压缩空气不断压入工作缸的上下部位，推动锤头上下运动，进行连续打击。
5）单次打击由连续打击演化出单次打击。
即在连续打击的气流下，手柄迅速返回悬空位置，打一次即停。
单打不易掌握，初学者要谨慎对待，手柄稍不到位，单打就会变为连打，此时若翻转或移动锻件易出事故。
自由锻的基本工序自由锻造时，锻件的形状是通过一些基本变形工序将坯料逐步锻成的。
自由锻造的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲和切断等。
a） b）图3—3 镦粗a）全部镦粗 b）局部镦粗（1）镦粗镦粗是对原坯料沿轴向锻打，使其高度减低、横截面增大的操作过程。
这种工序常用于锻造齿轮坯和其他圆盘形类锻件。
镦粗工艺请看镦粗分为全部镦粗和局部锻粗两种，如图3—3所示。
镦粗时应注意下列几点：1）镦粗部分的长度与直径之比应小于，否则容易镦弯，如图3—4所示。
2）坯料端面要平整且与轴线垂直，锻打用力要正，否则容易锻歪。
3）镦粗力要足够大，否则会形成细腰形或夹层，如图3—5所示。
a) b) a） b）图3— 4 镦弯图3—5 细腰形和夹层（2）拔长拔长是使坯料的长度增加，截面减小的锻造工序，通常用来生产轴类件毛坯，如车床主轴、连杆等。
拔长时，每次的送进量L应为砧宽B的０．３~０．７倍，若L太大，则金属横向流动多，纵向流动少，拔长效率反而下降。
若L太小，又易产生夹层，如图3-6所示。
锻件的拔长过程请看图3-6拔长的送进量拔长过程中应作90°翻转，较重锻件常采用锻打完一面再翻转90°锻打另一面的方法；较小锻件则采用来回翻转90°的锻打方法，如图3-7所示。
图3-7拔长时坯料的翻转方法a)打完一面后翻转90゜ b)来回翻转90゜锻打圆形截面坯料拔长时，先锻成方形截面，在拔长到边长直径接近锻件直径时，锻成八角形截面，最后倒棱滚打成圆形截面，如图3-8所示。
这样拔长效率高，且能避免引起中心裂纹。
图3-8圆形坯料拔长时的过度截面形状（3）冲孔用冲子在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。
实心冲子双面冲孔如图3-9所示，在镦粗平整的坯料表面上先预冲一凹坑，放稍许煤粉，再继续冲至约3/4深度时，借助于煤粉燃烧的膨胀气体取出冲子，翻转坯料，从反面将孔冲透。
冲孔过程请看图3-9实心冲头双面冲孔（4）弯曲使坯料弯曲成一定角度或形状的锻造工序，如图3-10所示。
锻件弯曲过程请看图3-10弯曲a）、b）角度弯曲 c）成形弯曲（5）扭转使坯料的一部分相对另一部分旋转一定角度的锻造工序，如图3-11所示。
（6）切割分割坯料或切除料头的锻造工序。
图3-11 扭转锻件的锻造过程示例任何锻件往往是经若干个工序锻造而成的，在锻造前要根据锻件形状、尺寸大小及坯料形状等具体情况，合理选择基本工序和确定锻造工艺过程。
表3-2所示为六角螺母的锻造工艺过程示例，其主要工序是镦粗和冲孔。
表3-2 螺母的锻造过程序号火次操作工序简图工具备注1 下料錾子或剪床按锻件图尺寸，考虑料头烧损，计算坯料尺寸，并使H0/do＜2 1 镦粗尖口钳3 2 冲孔尖口钳圆钩钳冲子4 3锻六角心棒用心棒插入孔中，锻好一面转60°锻第二面，再转60°即锻好。
5 3 罩圆倒角尖口钳罩圆凹模6 3 修整心棒平锤修整温度可略低于800℃3．1．2模锻简介模锻全称为模型锻造，将加热后的坯料放置在固定于模锻设备上的锻模内锻造成形的。
模锻可以在多种设备上进行。
在工业生产中，锤上模锻大都采用蒸汽-空气锤，吨位在5KN~300KN（０．５~30t）。
压力机上的模锻常用热模锻压力机，吨位在25000KN~63000KN。
如下图动画所示为压力机的工作哟原理图。
锤上模锻设备请看模锻的锻模结构有单模堂锻模和多模膛锻模。
如图3-13所示为单模堂锻模，它用燕尾槽和斜楔配合使锻模固定，防止脱出和左右移动；用键和键槽的配合使锻模定位准确，并防止前后移动。
单模膛一般为终锻模膛，锻造时常需空气锤制坯，再经终锻模膛的多次锤击一次成形，最后取出锻件切除飞边。
图3-13 单模膛锻模及其固定1—下模 2—上模 3—锤头 4—模座 5—上模用楔 6—上模用键 7—下模用楔 8—下模用键 9—模座楔10—砧座 A—坯料 B—变形 C—带飞边的锻件 D—切下的飞边 E—锻件模锻的生产率和锻件精度比自由锻造高，可锻造形状较复杂的锻件，但要有专用设备，且模具制造成本高，只适用于大批量生产。
3．1．3胎模锻简介胎模锻造是自由锻和模锻相结合的一种加工方法，通常是先用自由锻制坯，然后在胎模中锻造成形，整个锻造过程在自由锻设备上进行。
胎模结构如图3-14所示。
胎模锻造时，下模置于气锤的下砧上，但不固定。
坯料放在胎模内，合上上模，用锤头锻打上模，待上下模合拢后，便形成锻件。
自由锻设备上的胎模锻造过程请看图3—15所示为手锤锻件的胎模锻造过程。
有些胎模锻件需采用组合筒模，请看图3—14 胎模结构1—模膛 2—导销 3—销孔 4—上模块图3—15 胎模锻造过程5—手柄 6—下模块a）有连皮1和飞边2的胎模锻件 b）用冲头3和凹模4切锻件的飞边 c）用冲子5和凹模6冲锻件的连皮 d）锻件成品3．2 板料冲压板料冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。
因多数情况下板料无须加热，故亦称冷冲压，又简称冷冲或冲压。
常用的板材为低碳钢、不锈钢、铝、铜及其合金等，它们塑性高，变形抗力低，适合于冷冲压加工。
板料冲压易实现机械化和自动化，生产效率高；冲压件尺寸精确，互换性好；表面光洁，无需机械加工；广泛用于汽车、电器、仪表和航空等制造业中。
3．2．1冲床结构及其工作原理冲床有很多种类型，常用的开式冲床如图3-16所示。
电动机4通过三角皮带10带动大飞轮9转动，当踩下踏板12后，离合器8使大飞轮与曲轴相连而旋转，再经连杆5使滑块11沿导轨2做上下往复运动，进行冲压加工。