机械制造工艺与装备第二章锻造2

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。

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。

根据成形方式不同，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。模锻按所使用的锻造设备不同，又分为胎模锻和模锻两种。

图2－1 锻造方法示意煮图图2－2 冲压方法示意图

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。

（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置生产。

三、压力加工

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。

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

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。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

0。

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100～200C

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。

表2-1 常用金属的锻造温度范围

金属材料始锻温度终锻温度冷却方法

20 1200～1250 ＞800 空冷

45 1050～1150 800～850 空冷

20Cr、40Cr 1200 ≥800 堆冷65Mn 1050～1100 800～850 空冷

T8、T10 1020～1080 800 空冷

2Cr13 1100～1150 ＞850 灰砂冷1Cr18Ni9Ti 1130－1180 ＞850 空冷H62 850 650

HPb59－1 780 640

超硬铝、锻铝500 400

镁合全400 240

4、加热速度

加热时坯料表面温度升高的速度称为

0）。

加热速度（h

C/

短的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。

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

图2-3碳素钢的锻锻造温度

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。