材料成形的方法

金属液态成形——液态金属在铸型中冷却、凝固形成零件。液态成形是机械制造中生产机器零件或毛坯的主要方法之一。常用的铸造。 一 铸造定义

铸造（最广泛）：将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，使其冷却凝固，得到毛坯或零件的成形工艺（生产方法）。

二 铸造分类

1.按铸型材料来分：砂型铸造、金属型铸造、石墨型铸造、陶瓷铸造；

2.按充型方式来分：重力充型、高压充型、低压充型、离心力充型；

3.按液态成形工艺方法的作用力不同又可分为两类：

重力作用下的液态成形工艺方法：砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、气化模铸造、陶瓷型铸造等；

外力作用下的液态成形工艺方法：离心铸造、压力铸造、低压铸造、挤压铸造等。

三 其铸造工艺如图所示

四 铸造的特点

1．能制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯：如阀体、泵体、叶轮、螺旋浆等。

2．铸件的大小几乎不受限制，重量从几克到几百吨。

3．常用原材料来源广泛，价格低廉，成本较低，其应用及其广泛。如机床、内燃机中铸件70~80%；农业机械40~70%。

4.但铸造生产过程较复杂，废品率一般较高，易出现浇不足，缩孔，夹渣、气孔、裂纹等缺陷。

五 铸造常见的主要问题

组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺陷产生，导致铸件力学性能，特别是冲击性能较低。

基本工艺过程

制作模样 配制型砂

制作芯盒

制作芯砂

锻压：

对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。

主要方法：

锻造:将坯料加热到高温状态后进行加工.

冲压:将坯料在常温下进行加工.

特点:

(1)改善金属组织、提高力学性能

(2)节约金属材料

(3)较高的生产率

(4)毛坯或零件的精度较高

(5)不能加工脆性材料

(6)不能获得形状复杂的毛坯或零件

一自由锻：

1.定义：利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。自由锻造时，除与上、下砧铁接触的金属部分受到约束外，金属坯料朝其它各个方向均能自由变形流动，不受外部的限制，故无法精确控制变形的发展。

2.分类：手工锻造和机器锻造两种。手工锻造只能生产小型锻件，生产率也较低。机器锻造是自由锻的主要方法。

3. 特点：工具简单、通用性强，生产准备周期短。自由锻件的质量范围可由不及一千克到二、三百吨，对于大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，这使得自由锻在重型机械制造中具有特别重要的作用，例如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、重要的齿轮等零件在工作时都承受很大的载荷，要求具有较高的力学性能，常采用自由锻方法生产毛坯。

由于自由锻件的形状与尺寸主要靠人工操作来控制，所以锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。自由锻主要应用于单件、小批量生产，修配以及大型锻件的生产和新产品的试制等。

4自由锻工序

自由锻工序：基本工序、辅助工序和修整工序。

（1）基本工序

使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以得到所需形状、尺寸或改善材质性能的工艺过程。它是锻件成形过程中必需的变形工序，如镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等。实际生产中最常用的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。

１）．镦粗沿工件轴向进行锻打，使其长度减小，横截面积增大的操作过程。常用来锻造齿轮坯、凸缘、圆盘等零件，也可用来作为锻造环、套筒等空心锻件冲孔前的预备工序。

镦粗可分为全镦粗和局部镦粗两种形式，如图所示。镦粗时，坯料不能过长，高度与直径之比应小于2.5，以免镦弯，或出现细腰、夹层等现象。坯料镦粗的部位必须均匀加热，以防止出现变形不均匀。

图镦粗

a）全镦粗b）局部镦粗

２）．拔长拔长是沿垂直于工件的轴向进行锻打，以使其截面积减小，而长度增加的操作过程，如图所示。常用于锻造轴类和杆类等零件。

对于圆形坯料，一般先锻打成方形后再进行拔长，最后锻成所需形状，或使用V型砧铁进行拔长，如图所示，在锻造过程中要将坯料绕轴线不断翻转。

图拔长图使用V型砧铁拔长圆坯料

３）．冲孔利用冲头在工件上冲出通孔或盲孔的操作过程。常用于锻造齿轮、套筒和圆环等空心锻件，对于直径小于25mm的孔一般不锻出，而是采用钻削的方法进行加工。

在薄坯料上冲通孔时，可用冲头一次冲出。若坯料较厚时，可先在坯料的一边冲到孔深的2／3深度后，拔出冲头，翻转工件，从反面冲通，以避免在孔的周围冲出毛刺，如图所示。

实心冲头双面冲孔时，圆柱形坯料会产生畸变。畸变程度与冲孔前坯料直径D0、高度H0和孔径d1等有关。D0/d1愈小，畸变愈严重，另外冲孔高度过大时，易将孔冲偏，因此用于冲孔的坯料直径D0与孔径d1之比（D0/d1）应大于2.5，坯料高度应小于坯料直径。

图冲孔

a）薄坯料冲孔b）厚坯料冲孔

1－冲头2－坯料3－垫环4－芯料

冲孔错移扭转

（2）辅助工序

为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序（压钳口、切肩等）。（3）修整工序

用以减少锻件表面缺陷而进行的工序（如校正、滚圆、平整等）。

5.自由锻工艺规程的制定

制订工艺规程、编写工艺卡片是进行自由锻生产必不可少的技术准备工作，是组织生产、规范操作、控制和检查产品质量的依据。制订工艺规程，必须结合生产条件、设备能力和技术水平等实际情况，力求技术上先进、经济上合理、操作上安全，以达到正确指导生产的目的。

自由锻工艺规程：根据零件图绘制锻件图、计算坯料的质量与尺寸、确定锻造工序、选择锻造设备、确定坯料加热规范和填写工艺卡片等。

（1）绘制自由锻件图

以零件图为基础，结合自由锻工艺特点绘制而成的图形，它是工艺规程的核心内容，是制定锻造工艺过程和锻件检验的依据。锻件图必须准确而全面反映锻件的特殊内容，如圆角、斜度等，以及对产品的技术要求，如性能、组织等。

绘制时主要考虑以下几个因素：

1）．敷料对键槽、齿槽、退刀槽以及小孔、盲孔、台阶等难以用自由锻方法锻出的结构，必须暂时添加一部分金属以简化锻件的形状。为了简化锻件形状以便于进行自由锻造而增加的这一部分金属，称为敷料，如图2-11所示。

2）．锻件余量在零件的加工表面上增加供切削加工用的余量，称之为锻件余量，如图所示。锻件余量的大小与零件的材料、形状、尺寸、批量大小、生产实际条件等因素有关。零件越大，形状越复杂，则余量越大。

3）．锻件公差锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量，其值的大小与锻件形状、尺寸有关，并受生产具体情况的影响。

图锻件余量及敷料

1—敷料2—锻件余量

自由锻件余量和锻件公差可查有关手册。钢轴自由锻件的余量和锻件公差，见表1。