第2章 锻压A

图2－10 扩孔 1-垫环 2，⒋-坯料 3-扩孔冲子 5-上砧 6-芯轴 7-马架
3、冲孔
在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序称为冲孔。冲 孔常用于制造带孔齿轮、套简、圆环及重要的大直径空心 轴等锻件。为了减小冲孔的深度和保持端面平整，冲孔前 通常先将坯料镦粗。冲孔后大部分锻件还需芯棒拔长、扩 孔或修整。 冲孔的方法分双面冲孔和单面冲孔两种。双面冲孔时， 先试冲一凹痕，检查孔的位置是否正确，无误后，在凹痕 中撒少许煤粉以利于冲子的取出，然后用冲子冲深至坯料 厚度的2/3～3／4，再翻转坯料将孔冲穿。图2－11所示为 双面冲孔过程示意图。 单面冲孔的方法如图 2－ 12所示。坯料 2 置于垫环 3 上， 冲子 1 的大端向下，位置正确后直接将孔冲穿。单面冲孔 主要用于较薄的坯料。
锻造分为自由锻和模锻两大类。图 2-1 所示为锻 造方法示意图。
自由锻按锻造时工件所受作用力来源不同，又分 为手工自由锻与机器自由锻两种。由于手工自由锻作 用力较小且劳动强度大，在现代工业生产中己逐步被 机器自由锻和模锻所替代。
图2－1 锻造方法示意图 a）自由锻 b）模锻
二、冲压的特点
使板料经分离或成形而得到制件 的工艺统称为冲压。图2－2所示为冲 压方法示意。冲压件是用冲压的方法 制成的工件或毛坯。 冲压具有以下特点： （1）在分离或成形过程中，板料 厚度变化很小，内部组织也不产生变 化。 （2）生产效率很高，易实现机械化、自动化生产。
一、加热炉
金属坯料锻造前必须预先 在加热炉中加热。 加热炉的种类很多，其加 热方式主要有火焰加热和电 加热两大类，目前在一般中 小型工厂中，较普遍采用的 是以烟煤作燃料的反射炉。 反射炉是燃料在燃烧室燃 烧，并通过炉顶将火焰反射 到加热室加热坯料的炉子。 图2-4所示为反射炉的结构示 意图。
图2-4 反射炉结构示本图
图2－7 锻粗与局部锻粗
2、拔长、芯棒拔长和扩孔
使毛坯横断面积减小、长度增加的锻造工序称为拔长（图2－8），拔长 用来制造轴杆类毛坯，如光轴、阶台辆、连杆、拉杆等较长的锻件。拔长需 用夹钳将坯料钳牢，锤击时应将坯料绕其轴线不断翻转。常用的翻转方法有 两种：一种是反复90翻转（图2－8b），该法操作方便，但变形不均匀；另 一种是沿螺旋线翻转（图2－8c），该法坯料变形和温度变化较均匀，但操 作不方便。
4、加热速度 加热时坯料表面温度升高的速 度称为加热速度。短Biblioteka Baidu加热时间内 达到合理的始锻温度。 对于一些导热性较差的金属材 料（如高碳钢、高合金钢等）或断 面尺寸较大的坯料，加热时应先进 行低温预热，然后再快速加热；而 对一些导热性较好的金属材料〔如 低碳钢、低合金钢、有色金属等〕 或断面尺寸较小的坯料，则可直接 加热。
但加热温度过高，超过一定限度时，金属将产生过热或过烧的缺 陷，使金属塑性急剧降低，可锻性变差。通常将变形允许加热达到的 最高温度定为始锻温度。一般金属材料的始锻温度应比其熔点低100～ 2000C。
2、终锻温度
终锻温度是指终止锻造的温度。
一般来说，终锻温度应尽可能低一些，这样可以延长锻造时间， 减少加热次数。 但温度过低，金属塑性降低，变形抗力挡大，可锻性同样变差， 金属还会产生加工硬化，甚至发生开裂。 若终锻温度过高（即在高温时停锻），锻件会因晶粒比较粗大而降 低力学性能。通常将变形允许的最低温度定为终锻温度。
3、锻造温度范围 锻造温度范围是指锻件的始锻温度到终锻温度的间 隔。
不同钢材的锻造温度范围不同，图2－3所示为碳素钢的锻造温度 范围。曲线图中可以看出，含碳量越高的碳素钢，始锻温度越低。 常用金属材料的锻造温度范围如表2－1所示。有色金属合金的锻 造温度范围均比碳素钢的锻造温度范围窄。 金属变形必须在锻造温度范围内进行，否则，锻件容易开裂或变 形因难。
图2－11 双面冲孔过程 1-冲子 2-坯料
图2－12单面冲孔 1-冲于 2-坯料 3-垫环
4、弯形
采用一定的工模具将毛坯弯成所规定的外形的锻造工序称为弯 形（图 2 － 13）。坯料弯曲变形时，金属的纤维组织未被切断，并沿 锻件的外形连续分布，可保证力学性能不致削弱。因此，质量要求较 高并具有弯曲轴线的锻件，如角尺、吊钩等都是利用弯形工序来锻制 的。
一、锻造温度范围 除高塑性金属外，一般可锻金属材料须经加热才能进行锻造。金 属加热的目的是为了提高其塑性，降低变形抗力，并使内部组织均匀。 金属材料的加热是整个锻造工艺过程中的一个重要环节，直接影响产 品的质量。
1、始锻温度
始锻温度是指开始锻造的温度。
一般来说，始锻温度应尽可能高些，这样一方面使金属的塑性提 高，另一方面又可延长锻造的时间。
使毛坯材料产生塑性变形或分离且无切屑的加工方法称为压 力加工。锻造和冲压都属压力加工范畴。
2、压力加工必须具有良好的塑性
锻造和冲压所加工的材料应具有良好的塑性，以便在锻压时 能产生足够的塑性变形而不被破坏。钢和有色金属都具有一定的 塑性，都可以进行锻压加工，铸铁的塑性一般极差，不能进行锻 压加工。
§2-2 金属的加热和锻件冷却
§2-3 自 由 锻
自由锻概念 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 部质量的锻件的锻造方法称为自由锻。 自由锻特点 自由锻件的精度不高，形状简单，其形 状和尺寸一般通过操作者使用通用工具来保证，主要用于 单件、小批量生产。对于大型及特大型锻件的制造，自由 锻仍是唯一有效的方法。自由锻对锻工的技术水平要求高， 劳动条件差，生产效率低。
空气锤的吨位以落一部分的质量表示。落下部分包括工作缸活 塞、锤杆、锤头和上砧块（或上锻模）。常用空气锤的吨位为 0.15～0.75t（150kg～750kg），适用于中小型锻件的生产。
2、水压机
水压机是以水作为介质传递能量的机器。工作时以静压力作用在锻件上， 使其发生变形。图2－6为水压机结构示意图。 水压机由固定系统和活动系统两部分组成。固定系统部分包括下横梁1、 立柱2、上横梁4、工作缸6和回程缸10，下砧块12装在下横梁1上；活动系统部 分包括活动横梁3、工作柱塞5、回程柱塞9、回程横梁13和拉杆14，上砧块11 装在活动横粱的下面。 当高压水沿管道7进入工作缸时，工作柱塞带动活动横粱沿立柱下落，实 现上砧块对坯料的锻压；当高压水从管道8进入回程缸的下腔时，推动回程柱 塞向上运动，回程柱基通过回程横粱、拉杆带着活动横梁和上砧块离开坯料上 升，同时，工作缸内的水由管道排往低压水源。 水压机工作时，活动横梁的空程向下、工作行程、回程及悬空等动作通过 操纵机构实现。操纵机构称分配器，由备种控制阀组成并装人箱体，通过操纵 手柄可控制各阀的开启和关闭。 水压机的吨位是以上砧块的最大工作压力来表示的。常用水压机的吨位为 500～12000t。适用于大型锻件的生产。 水压机的锻造能力强，锻透深度大，锻造时坯料变形速度低，无振动，是 目前制造大型锻件理想的锻压设备。
芯棒拔长是在空心毛坯中加芯轴进行变形以减小空心毛坯外径（壁厚） 而增加其长度的锻造工序（图2－9）。芯棒拔长一般用于锻造长筒类锻件。
图2－9 芯棒拔长 图2－9 拔长
扩孔是减小空心毛坯壁厚而增加其内、外径的锻造工序。扩孔
的方法有冲头扩孔和芯轴扩孔两种。冲头扩孔是利用冲头锥面引起 的径向分力进行扩孔的方法（图 2 － 10 ）。冲头扩孔时，由于坯料 切向受拉应力，容易胀裂，因此，每次扩孔量不宜太大。芯轴扩孔 是利用上砧和芯轴对空心坯料沿圆周依次连续压缩而实现扩孔的方 法（图2－10b）。芯轴扩孔时，由于切向拉应力很小，不易破裂， 因此，可用于锻制薄壁锻件。空心毛坯扩孔时用的芯轴又称为马杠， 扩孔时支撑芯轴（马杠）所用的工具称为马架。
锻造具有以下特点：
（1）改善金属的内部组织，提高金属的力学性能。如 能提高零件的强度、塑性和韧性。
（2）具有较高的劳动生产率。 （3）采用精密模锻可使锻件尺寸、形状接近成品零件， 因而可大大节约金属材料和减少切削加工工时。 （4）适应范围广。锻件的质量可小至不足一千克，大 至数百吨；既可进行单件、小批量生产，又可进行大批 量生产。 （5）不能锻造形状复杂的锻件。
图2-3碳素钢的锻锻造温度
二、镦件的冷却方法
冷却过程中温度与时间的关系称为冷却规范。 正确选择和严格遵守冷却规范，也是锻造工艺过程中的一个重要环节。如 果锻后锻件冷却不当，会使应力增加和表面过硬，影响锻件的后续加工，严重 的还会产生翘曲变形、裂纹，甚至造成锻件报废。 不同的冷却方法具有不同的冷却规范。常用的冷却方法如下： （1）空冷 热态锻件在空气中冷却的方法称为空冷。空冷是冷却速度较快的一 种冷却规范，适用于低碳钢、中碳钢的小型锻件。 （2）堆冷 将热态锻件成堆放在空气中进行冷却的方法称为堆冷。堆冷的冷却 速度低于空冷，适用于低碳钢、中碳钢的小型锻件。 （3）坑冷 将热态锻件放在地坑（或铁箱）中缓慢冷却的方法称为坑冷。坑冷 的冷却速度较堆冷低，适用于低合金钢及截面尺寸较大的锻件。 （4）灰砂冷 将热态锻件埋入炉渣、灰或砂中缓慢冷却的冷却方法称为灰砂冷。 锻件入灰（砂）温度一般不低于5000C，到1500C左右出灰（砂），周围蓄砂厚 度不能小于80 mm。灰砂冷的冷却速度低于坑冷，使用场合与坑冷相同。 （5）炉冷 锻后锻件放人炉中缓慢冷却的冷却方法称为炉冷，炉冷应根据需 要按预定的温度一时间曲线进行，其冷却速度低于灰砂冷，适用于高合金钢及 大型锻件。
图2－6 水压机 1-下横粱 2-立柱 3-活动横梁 4-上横粱 5-工作柱塞 6-工作缸 7、8-管道 9-回程柱塞 10－回程缸 11-上砧块 12-下砧块 13-回程横粱 14-拉杆
三、自同锻方法
自由锻的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割等。
1、镦粗和局部镦粗 使毛坯高度减小、横断面积增大的锻造工序称为镦粗（图2－7）。镦粗 一般用来制造齿轮坯或盘类毛坯，或为拔长工序增大锻造比及为冲孔工序作 准备等。为了防止坯料在镦粗时产生轴向弯曲，坯料镦粗部分的高度不应大 于坯料直径的2.5～3倍。 对坯料上某一部分进行的镦粗称为局部镦粗（图2－7）。局部镦粗时， 可只对所需镦粗部分进行加热，然后放在垫环（漏盘）上锻造，以限制变形 范围。
第二章 锻 压
§2-1概 述 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 形加工方法称为锻压。 锻压包括锻造和冲压。 一、锻造的特点和分类 锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使金属 坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几 何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。锻件是指金属 材料经过锻造变形而得到的工件或毛坯。
1-一次送风管 2-水平炉箅 3-燃烧室4-二次送风管 5-火墙 6-加热室 7-炉门8-鼓风机 9-烟囱 10-烟道 11-换热器
二、自由锻设备
1、空气锤 空气锤是以压缩空气为工作介质，驱动锤头上、下运动 打击锻件，使其获得塑性变形的锻锤。图2－5所示为空气锤的外形 和工作原理。
图2－5 空气锤
图2－2 冲压方法示意图
（3）冲压制件尺寸精确，表面光洁，一般不再进行加工或按需 要补充进行机械加工即可使用。
（4）适应范围广，从小型的仪表零件到大型的汽车横梁等均能 生产，并能制出形状较复杂的冲压制件。
（5）冲压模具精度高，制造复杂，成本高，所以冲压主要适用
于大批量生产。
三、压力加工
1、压力加工的概念
1-砧座 2-砧垫 3-下砧块 4-上砧块 5-锤头 6，15-工作缸 7，16-旋阀 8，17-压缩缸 9-手柄 10-减速机构 11-电动机 12-锤杆 13-锤杆 14，18-活塞 19-连杆 20-曲柄
电动机11通过减速机构10驱动曲柄20作回转运动，通过连杆19 使压缩缸活塞18在缸内作上、下往复运动。当工作缸活塞14带动锤 杆13、锤头5和上砧块4下落时，放置在下砧块3上的坯料就受到锤 击。 空气锤是遇过手柄9或踏杆12控制旋阔16的旋转角度操纵的。 锤头可实现空行程、悬空、压紧锻件、单击、连续锤击等不同动作。 锤击时可使锤头产生不同的锤击力。