锻压生产新工艺

锻压生产新工艺

随着工业的不断发展，人们对金属塑性成形加工生产提出了越来越高的要求，不仅要求生产各种毛坯，而且要求能直接生产出更多的具有较高精度与质量的成品零件。其它塑性成形方法在生产实践中也得到了迅速发展和广泛的应用，例如挤压、拉拔、辊轧、精密模锻、精密冲裁等。现代塑性加工正向着高科技、自动化和精密成形的方向发展。

一、挤压

挤压是对挤压模具中的金属锭坯施加强大的压力作用，使其发生塑性变形从挤压模具的模口中流出，或充满凸、凹模型腔，而获得所需形状与尺寸制品的塑性成形方法。

按挤压时金属流动与凸模运动方向的关系分为以下几种（图5-41）：坯料轴向流动与凸模运动方向一致的为正挤压；坯料轴向流动与凸模运动方向相反的为反挤压；上述两种挤压同时存在的为正反复合挤压；坯料径向流动与凸模运动方向垂直的为径向挤压。

按毛坯温度不同有冷挤压、温挤压和热挤压，常用于制造零件的是冷挤压。冷挤压又称冷锻，属于少、无切削的精密成形方法之一。其材料利用率高达90%，成形件的表面质量及尺寸精度高，工艺控制较严格，挤压力大，模具寿命较低，适用于塑性较好的材料。冷挤压广泛用于机械、仪表、电器、轻工、航空航天、船舶、军工等工业部门。

（a）正挤压（b）反挤压（c）复合挤压（d）径向挤压

图5-41 挤压成形

挤压在专用挤压机上进行，也可在油压机及经过适当改进后的通用曲柄压力机或摩擦压力机上进行。

二、拉拔

拉拔是在拉力作用下，迫使金属坯料通过拉拔模孔，以获得相应形状与尺寸制品的塑性加工方法，如图5-42所示。拉拔是管材、棒材、异型材以及线材的主要生产方法之一。

图5-42 拉拔示意图

1-坯料；2-拉拔模；3-制品

拉拔方法按制品截面形状可分为实心材拉拔与空心材拉拔。实心材拉拔主要包括棒材、

异型材及线材的拉拔。空心材拉拔主要包括管材及空心异型材的拉拔。

拉拔制品的尺寸精确，表面粗糙度小，设备简单、维护方便，最适合于连续高速生产断面较小的长制品，例如丝材、线材等。

拉拔一般在冷态下进行，但是对一些在常温下塑性较差的金属材料则可以采用加热后温拔。采用拉拔技术可以生产直径大于500mm的管材，也可以拉制出直径仅0.002mm的细丝，而且性能符合要求，表面质量好。

三、轧制成型

金属坯料在旋转轧辊的作用下产生连续塑性变形，从而获得所要求截面形状并改变其性能的加工方法，称为轧制成型。可以用来生产各种型材（图5-43所示）、板材、管材等原材料，也可用来生产各种零件。

根据轧辊轴线与坯料轴线方向的不同，轧制分为纵轧、横轧、斜轧、楔横轧等。

1.纵轧

使坯料通过装有圆弧形模块的一对相对旋转的轧辊，受压产生塑性变形，从而获得所需形状的锻件或锻坯的锻造工艺方法，包括型材轧制和辊锻轧制等，图5-44所示为辊锻轧制过程。

目前，成形辊锻适用于扁断面的长杆件（如扳手、活动扳手、链环等）、带有头部、沿长度方向横截面递减的锻件（如叶片等）、连杆件等。

用辊锻工艺锻制连杆生产率高，工艺过程得以简化，但需进行后续的精整工艺。

图5-43 各种型钢图5-44 辊轧示意图

1-轧辊；2-模块；3-坯料；4-模块；5-轧辊

2.横轧

轧辊轴线与轧件轴线互相平行，且轧辊与轧件作相对转动的轧制方法，如齿轮轧制等。齿轮轧制是一种少、无切屑加工齿轮的新工艺，直齿轮和斜齿轮均可用横轧方法制造，齿轮的横轧如图5-45所示。在轧制前，齿轮坯料外缘被高频感应加热，然后将带有齿形的轧辊作径向进给，迫使轧辊与齿轮坯料对辗。在对辗过程中，毛坯上一部分金属受轧辊齿顶挤压形成齿谷，相邻的部分被轧辊齿部“反挤”而上升，形成齿顶。

图5-45 热轧齿轮过程示意图

1-主轧轮；2-毛坯；3-感应加热器

3.斜轧

斜轧又称螺旋斜轧。斜轧时，两个带有螺旋槽的轧辊相互倾斜配置，轧辊轴线与坯料轴线相交成一定角度，以相同方向旋转。坯料在轧辊的作用下绕自身轴线反向旋转，同时还作轴向向前运动，即螺旋运动，坯料受压后产生塑性变形，最终得到所需制品。例如钢球轧制、周期性杆件轧制均采用了斜轧方法，如图5-46所示。斜轧还可直接热轧出带有螺旋线的高速钢滚刀、麻花钻、自行车后闸壳以及冷轧丝杠等。

（a）轧制周期性杆件（b）斜轧钢球

图5-46 螺旋斜轧示意图

4.楔横轧

带有楔形模具的两（或三个）轧辊，向相同的方向旋转，棒料在它的作用下反向旋转的轧制方法，如图5-47所示。其变形过程主要是靠两个楔形凸块压缩坯料，使坯料径向尺寸减小，长度增加。楔横轧主要用于加工阶梯轴、锥形轴等各种对称的零件或毛坯。

图5-47 楔横轧示意图

1-导板；2-轧件；3-带楔形凸块的轧辊

四、精密模锻

精密模锻是指在模锻设备上锻造出形状复杂、高精度锻件的模锻工艺。如精密模锻伞齿轮，其齿形部分可直接锻出而不必再经过切削加工。精密模锻件尺寸精度可达IT12~IT15，表面粗糙度Ra值为3.2μm ~1.6μm。

精密模锻工艺特点：

（1）精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料。

（2）精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其它缺陷等。

（3）采用无氧化或少氧化加热方法，尽量减少坯料表面形成的氧化皮。

（4）精锻模膛的精度必须很高，一般要比锻件的精度高两级。精密锻模一定有导柱、导套结构，以保证合模准确。为排除模膛中的气体，减小金属流动阻力，使金属更好地充满模膛，在凹模上应开有排气小孔。

（5）模锻时要很好地进行润滑和冷却锻模。

（6）精密模锻一般都在刚度大、精度高的曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤上进行，它具有精度高、生产率高、成本低等优点。但由于模具制造复杂，对坯料尺寸和加热等要求高，故只适合于大批量生产中采用。

实现精密模锻的方法很多，有等温模锻、超塑性锻造、粉末锻造、温锻等特种锻压工艺，并可采用专用设备及专用模具。

问题讨论

1.锻件和铸件相比有哪些不同？

2.影响金属的锻造性能的因素有那些？提高金属锻造性能的途径？

3.自由锻有哪些基本操作工序？各自有何用途？

4.始锻温度和终锻温度过高或过低对锻件将会有什么影响？

5.重要的轴类锻件在锻造过程中常安排有墩粗工序，为什么?

6.模锻件为何要有斜度、圆角及冲孔连皮？

7.试从生产率、锻件精度、锻件复杂程度、锻件成本几个方面比较自由锻、胎模锻和锤上模锻三种锻造方法的特点。

8.比较拉深、平板坯料胀形和翻边，说明三种成形方法的异同。

9.板料冲压有哪些基本工序？冲饭盒、煤气罐封头、搪瓷盆、硬币时，应采用哪些冲压工序？

10.齿轮结构如图5-48所示。该零件材料为45钢，生产批量小，采取自由锻锻造齿轮坯，为其制定工艺过程规程。