《金工實習》第4章壓力加工

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1、第4章 壓力加工 4.1? 概?述 4.1.1? 鍛壓的概念 鍛壓是在外力作用下使金屬材料產生塑性變形，從而獲得具有一定形狀和尺寸的毛坯或零件的加工方法。鍛壓是鍛造和沖壓的總稱，它們是屬于壓力加工的一部分。鍛造又可分為自由鍛和模鍛兩種方式。自由鍛還可分為手工自由鍛和機器自由鍛兩種。 用于鍛壓的材料應具有良好的塑性和較小的變形抗力。以便鍛壓時產生較大的塑性變形而不致被破壞。在常用的金屬材料中，鍛造用的材料有低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼、純金屬以及具有良好塑性的鋁、銅等有色金屬，受力大或有特殊性能要求的重要合金鋼零件；沖壓多采用低碳鋼等薄板材料。鑄鐵無論是在常溫或加熱狀態(tài)下，其塑

2、性都很差，不能鍛壓。 在生產中，不同成分的鋼材應分別存放，以防用錯。在鍛壓車間里，常用火花鑒別法來確定鋼的大致成分。 鍛造生產的工藝過程為：下料—加熱—鍛造—熱處理—檢驗。 在鍛造中、小型鍛件時，常以經過軋制的圓鋼或方鋼為原材料，用鋸床、剪床或其它切割方法將原材料切成一定長度，送至加熱爐中加熱到一定溫度后，在鍛錘或壓力機上進行鍛造。塑性好、尺寸小的鍛件，鍛后可堆放在干燥的地面冷卻；塑性差、尺寸大的鍛件、應在灰砂或一定溫度的爐子中緩慢冷卻，以防變形或裂紋。多數(shù)鍛件鍛后要進行退火或正火熱處理，以消除鍛件中的內應力和改善金屬基體組織。熱處理后的鍛件，有的要進行清理，去除表面油垢及氧化皮，

3、以便檢查表面缺陷。鍛件毛坯經質量檢查合格后再進行機械加工。 沖壓多以薄板金屬材料為原材料，經下料沖壓制成所需要的沖壓件。沖壓件具有強度高、剛性大，結構輕等優(yōu)點。在汽車、拖拉機、航空、儀表以及日用品等工業(yè)的生產中占有極為重要的地位。 4.1.2 鍛造對零件力學性能的影響 經過鍛造加工后的金屬材料，其內部原有的缺陷（如裂紋，疏松等）在鍛造力的作用下可被壓合，且形成細小晶粒。因此鍛件組織致密、力學性能（尤其是抗拉強度和沖擊韌度）比同類材料的鑄件大大提高。機器上一些重要零件（特別是承受重載和沖擊載荷）的毛坯，通常用鍛造方法生產。使零件工作時的正應力與流線的方向一致，切應力的方向與流線方向

4、垂直，如圖4-1所示。用圓棒料直接以車削方法制造螺栓時，頭部和桿部的纖維不能連貫而被切斷，頭部承受切應力時與金屬流線方向一致，故質量不高。而采用鍛造中的局部鐓粗法制造螺栓時，其纖維未被切斷，具有較好的纖維方向，故質量較高。 有些零件，為保證纖維方向和受力方向一致，應采用保持纖維方問連續(xù)性的變形工藝，使鍛造流線的分布與零件外形輪廓相符合而不被切斷，如吊鉤采用鍛造彎曲工序、鉆頭采用扭轉工序等。曲軸廣泛采用的“全纖維曲軸鍛造法” ，如圖4-2b所示。可以顯著提高其力學性能，延長使用壽命。 ?圖4-1 螺栓的纖維組織比較 a)車削方法 b)鐓粗法 ? ? 圖4-2

5、曲軸纖維分布示意圖 a) 纖維被切斷 b) 纖維完整分布 　 4.2? 金屬的加熱與鍛件的冷卻 4.2.1金屬的加熱 加熱的目的是提高金屬的塑性和降低變形抗力，即提高金屬的鍛造性能。除少數(shù)具有良好塑性的金屬可在常溫下鍛造成形外，大多數(shù)金屬在常溫下的鍛造性能較差，造成鍛造困難或不能鍛造。但將這些金屬加熱到一定溫度后，可以大大提高了塑性，并只需要施加較小的鍛打力，便可使其發(fā)生較大的塑性變形，這就是熱鍛。 加熱是鍛造工藝過程中的一個重要環(huán)節(jié)，它直接影響鍛件的質量。加熱溫度如果過高，會使鍛件產生加熱缺焰，甚至造成廢品。因此，為了保證金屬在變形時具有良好的塑性，又不致產生加

6、熱缺陷，鍛造必須在合理的溫度范圍內進行。各種金屬材料鍛造時允許的最高加熱溫度稱為該材料的始鍛溫度；終止鍛造的溫度稱為該材料的終鍛溫度。 一、鍛造加熱設備 鍛造加熱爐按熱源的不同，分為火焰加熱爐和電加熱爐兩大類。 ? 圖4-3 明火爐結構示意圖 1-排煙筒 2-坯料 3-爐膛 4-爐蓖 5-風門 5-風管 1、? 火焰加熱爐 采用煙煤、焦炭、重油、煤氣等作為燃料。當燃料燃燒時，產生含有大量熱能的高溫火焰將金屬加熱?，F(xiàn)介紹幾種火焰加熱爐。 （1）明火爐：將金屬坯料置于以煤為燃料的火焰中加熱的爐子，稱為明火爐，又稱為手鍛爐。其結構如圖4-3所示。由爐膛

7、、爐罩、煙筒、風門和風管等組成。其結構簡單，操作方便，但生產率低，熱效率不高，加熱溫度不均勻和速度慢。在小件生產和維修工作中應用較多。鍛工實習常使用這種爐子。因此，常用來加熱手工自由鍛及小型空氣錘自由鍛的坯料，也可用于桿形坯料的局部加熱。 （2）油爐和煤氣爐：這兩種爐分別以重油和煤氣為燃料，結構基本相同，僅噴嘴結構不同。油爐和煤氣爐的結構形式很多，有室式爐、開隙式爐、推桿式連續(xù)爐和轉底爐等。如圖4-5所示，為室式重油加熱爐示意圖，由爐膛、噴嘴、爐門和煙道組成。其燃燒室和加熱室合為一體，即爐膛。坯料碼放在爐底板上。噴嘴布置在爐膛兩側，燃油和壓縮空氣分別進入噴嘴。壓縮空氣由噴嘴噴出時，將燃油帶

8、出并噴成霧狀，與空氣均勻混合并燃燒以加熱坯料。用調節(jié)噴油量及壓縮空氣的方法來控制爐溫的變化。這種加熱爐用于自由鍛，尤其是大型坯料和鋼錠的加熱，它的爐體結構比反射爐簡單、緊湊，熱效率高。 近年來，為提高鍛件表面質量，通過控制燃燒爐氣的性質，實現(xiàn)坯料的少或無氧化加熱。如圖4-6所示，為我國精鍛生產中采用的一室二區(qū)敞焰少無氧化加熱爐示意圖。 ? 圖4-5 室式重油爐示意圖 圖4-6 一室二區(qū)敞焰少無氧化加熱爐示意圖 2、? 電加熱爐 電加熱爐有電阻加熱爐、接觸電加熱爐和感應加熱爐等，如圖4-7所示。電阻爐是利用電流通過布置在爐膛圍壁上的電熱元件產生的電阻熱為熱源，通過

9、輻射和對流將坯料加熱的。爐子通常作成箱形，分為中溫箱式電阻爐如圖4-8所示和高溫箱式電阻爐，如圖4-9所示。 前者的發(fā)熱體為電阻絲，如圖4-8所示。最高工作溫度950℃，一般用來加熱有色金屬及其合金的小型鍛件；后者的發(fā)熱體為硅碳棒，最高工作溫度為1350℃，可用來加熱高溫合金的小型鍛件。電阻加熱爐操作方便，可精確控制爐溫，無污染，但耗電量大，成本較高，在小批量生產或科研實驗中廣泛采用。 ? ? 圖4-7 電加熱的方式 (a)電阻加熱 (b)接觸電加熱 (c)感應加熱 ? 圖4-8 箱式電阻爐示意圖 1-爐門；2-電阻體

10、；3-熱電偶；4-工件 ? 圖4-9 紅外箱式爐示意圖 ? 1-踏桿 2-爐門 3-爐膛 4-溫度傳感器? 5-硅碳棒冷端 6-硅碳棒熱端 7-耐火磚 8-反射層 ? 二、鍛造溫度范圍 ? 坯料開始鍛造的溫度（始鍛溫度）和終止鍛造的溫度（終鍛溫度）之間的溫度間隔，稱為鍛造溫度范圍見表4-1。在保證不出現(xiàn)加熱缺陷的前提下，始鍛溫度應取得高一些，以便有較充足的時間鍛造成形，減少加熱次數(shù)。在保證坯料還有足夠塑性的前提下，終鍛溫度應選得低一些，以便獲得內部組織細密、力學性能較好的鍛件，同時也可延長鍛造時間，減少加熱次數(shù)。但終鍛溫度過低會使金屬難以繼續(xù)變形，易出現(xiàn)鍛裂現(xiàn)象和損傷鍛

11、造設備。 1、鍛造溫度的控制方法 (1) 溫度計法 通過加熱爐上的熱電偶溫度計，顯示爐內溫度，可知道鍛件的溫度；也可以使用光學高溫計觀測鍛件溫度。 表4-1 常用鋼材的鍛造溫度范圍 材料種類 始鍛溫度表(℃) 終鍛溫度(℃) 材料種類 始鍛溫度(℃) 終鍛溫度(℃) 碳素結構鋼 合金結構鋼 碳素工具鋼 合金工具鋼 鋁　合　金 1200-1250 1150-1200 1050-1150 1050-1150 450-500 800 800-850 750-800 800-850 350-380

12、高速工具鋼 耐 熱 鋼 彈 簧 鋼 軸 承 鋼 銅　合　金 1100-1150 1100-1150 1100-1150 1080 800-900 900 800-850 800-850 800 650-700 ? (2) 目測法 實習中或單件小批生產的條件下可根據坯料的顏色和明亮度不同來判別溫度，即用火色鑒別法見表4-2。 表4-2 碳鋼溫度與火色的關系 火色 黃白 淡黃 黃 淡紅 櫻紅 暗紅 赤褐 溫度(℃) 1300 1200 1100 900 800 700 600

13、 ? 三、碳鋼常見的加熱缺陷 由于加熱不當，碳鋼在加熱時可出現(xiàn)多種缺陷，碳鋼常見的加熱缺陷見表4-3。 表4-3 碳鋼常見的加熱缺陷 名稱 實 質 危 害 防止（減少）措施 氧化 坯料表面鐵元素氧化 燒損材料；降低鍛件精度和表面質量；減少模具壽命 在高溫區(qū)減少加熱時間；采用控制爐氣成分的少無氧化加熱或電加熱等。采用少裝、勤裝的操作方法。在鋼材表面涂保護層 脫碳 坯料表層被燒損使含碳量減少 降低鍛件表面硬度、變脆，嚴重時鍛件邊角處會產生裂紋 過熱 加熱溫度過高，停留時間長造成晶粒粗大 鍛件力學性能降低，須再經

14、過鍛造或熱處理才能改善 過熱的坯料通過多次鍛打或鍛后正火處理消除 過燒 加熱溫度接近材料熔化溫度，造成晶粒界面雜質氧化 坯料一鍛即碎，只得報廢 　　正確地控制加熱溫度和保溫的時間 裂紋 坯料內外溫差太大，組織變化不勻造成材料內應力過大 坯料產生內部裂紋，并進一步擴展，導致報廢 某些高碳或大型坯料，開始加熱時應緩慢升溫 4.2.2? 鍛件的冷卻 熱態(tài)鍛件的冷卻是保證鍛件質量的重要環(huán)節(jié)。通常，鍛件中的碳及合金元素含量越多，鍛件體積越大，形狀越復雜，冷卻速度越要緩慢，否則會造成表面過硬不易切削加工、變形甚至開裂等缺陷。常用的冷卻方法有三種，見表4-4。

15、 表4-4 鍛件常用的冷卻方式 方 式 特 點 適 用 場 合 空 冷 鍛后置空氣中散放，冷速快，晶粒細化 低碳、低合金鋼小件或鍛后不直接切削加工件 坑冷（堆冷） 鍛后置干沙坑內或箱內堆在一起，冷速稍慢 一般鍛件，鍛后可直接進行切削加工 爐 冷 鍛后置原加熱爐中，隨爐冷卻，冷速極慢 含碳或含合金成分較高的中、大型鍛件，鍛后可進行切削加工 4.2.3? 鍛件的熱處理 在機械加工前，鍛件要進行熱處理，目的是均勻組織，細化晶粒，減少鍛造殘余應力，調整硬度，改善機械加工性能，為最終熱處理做準備。常用的熱處理方法有正火、

16、退火、球化退火等。要根據鍛件材料的種類和化學成分來選擇。 4.3 自由鍛的設備及工具 4.3.1機器自由鍛設備 使用機器設備，使坯料在設備上、下兩砧之間各個方向不受限制而自由變形，以獲得鍛件的方法稱機器自由鍛。常用的機器自由鍛設備有空氣錘、蒸氣-空氣錘和水壓機，其中空氣錘使用靈活，操作方便，是生產小型鍛件最常用的自由鍛設備。空氣錘的規(guī)格是用落下部分的質量來表示，一般為50～1000kg。 一、空氣錘 空氣錘是由錘身（單柱式）、雙缸（壓縮缸和工作缸）、傳動機構、操縱機構、落下部分和錘砧等幾個部分組成，如圖4-10a所示?？諝忮N是將電能轉化為壓縮空氣的壓力能來產

17、生打擊力的?？諝忮N的傳動是由電動機經過一級帶輪減速，通過曲軸連桿機構，使活塞在壓縮缸內作往復運動產生壓縮空氣，進入工作缸使錘桿作上下運動以完成各項工作?？諝忮N的工作原理如圖4-10b所示。 ? 圖4-10 空氣錘 a)外形圖 b)工作原理 1-工作缸 2-旋閥 3-壓縮缸 4-手柄 5-錘身 6-減速機構 7-電動機 8-腳踏桿 9-砧座 10-砧墊 11-下砧塊 12-上砧塊 13-錘桿 14-工作活塞15-壓縮活塞 16-連桿 17-上旋閥 18-下旋閥 空氣錘操作過程是：首先，接通電源，啟動空氣錘后通過手柄或腳

18、踏桿，操縱上下旋閥，可使空氣錘實現(xiàn)空轉、錘頭懸空、連續(xù)打擊、壓錘和單次打擊五種動作，以適應各種加工需要。 1、空轉（空行程） 當上、下閥操縱手柄在垂直位置，同時中閥操縱手柄在“空程”位置時；壓縮缸上、下腔直接與大氣連通，壓力變成一致，由于沒有壓縮空氣進入工作缸，因此錘頭不進行工作。 2、錘頭懸空 當上、下閥操縱手柄在垂直位置，將中閥操縱手柄由“空程”位置轉至“工作”位置時，工作缸和壓縮缸的上腔與大氣相通。此時，壓縮活塞上行，被壓縮的空氣進入大氣；壓縮活塞下行，被壓縮的空氣由空氣室沖開止回閥進入工作缸的下腔，使錘頭上升，置于懸空位置。 3、連續(xù)打擊（輕打或重打） 中閥操縱

19、手柄在“工作”位置時，驅動上、下閥操縱手柄（或腳踏桿）向逆時針方向旋轉使壓縮缸上、下腔與工作缸上、下腔互相連通。當壓縮活塞向下或向上運動時，壓縮缸下腔或上腔的壓縮空氣相應地進入工作缸的下腔或上腔，將錘頭提升或落下。如此循環(huán)，錘頭產生連續(xù)打擊。打擊能量的大小取決于上、下閥旋轉角度的大小，旋轉角度越大，打擊能量越大。 4、壓錘（壓緊鍛件） 當中閥操縱手柄在“工作”位置時，將上、下閥操縱手柄由垂直位置向順時針方向旋轉45°，此時工作缸的下腔及壓縮缸的上腔和大氣相連通。當壓縮活塞下行時，壓縮缸下腔的壓縮空氣由下閥進入空氣室，并沖開止回閥經側旁氣道進入工作缸的上腔，使錘頭壓緊鍛件。 5、單次

20、打擊 單次打擊是通過變換操縱手柄的操作位置實現(xiàn)的。單次打擊開始前，錘處于錘頭懸空位置（即中閥操縱手柄處于“工作”位置），然后將上、下閥的操縱手柄由垂直位置迅速地向逆時針方向旋轉到某一位置再迅速地轉到原來的垂直位置（或相應地改變腳踏桿的位置）這時便得到單次打擊。打擊能量的大小隨旋轉角度而變化，轉到45°時單次打擊能量最大。如果將手柄或腳踏桿停留在傾斜位置（旋轉角度≤45°），則錘頭作連續(xù)打擊。故單次打擊實際上只是連續(xù)打擊的一種特殊情況。 二、蒸汽-空氣錘 蒸汽-空氣錘也是靠錘的沖擊力鍛打工件，如圖4-11所示。蒸汽-空氣錘自身不帶動力裝置，另需蒸汽鍋爐向其提供具有一定壓力的蒸汽，或

21、空氣壓縮機向其提供壓縮空氣。其鍛造能力明顯大于空氣錘，一般為500～5000kg(0.5-5t)，常用于中型鍛件的鍛造。 圖4-11 雙柱拱式蒸汽-空氣錘 1-上氣道 2-進氣道 3-節(jié)氣閥 4-滑閥 5-排氣管 6-下氣道 7-下砧 8-砧墊 9-砧座 10-坯料 11-上砧 12-錘頭 13-錘桿 14-活塞 15-工作缸 三、水壓機 圖4-12 水壓機 1、2-管道 3-回程柱塞 4-回程缸5-回程橫梁 6-拉桿 7-密封圈 8-上砧 9-下砧 10-下橫梁 11-立柱 12-活動橫粱13-上橫梁 1

22、4-工作柱寒 15-工作缸 大型鍛件需要在液壓機上鍛造，水壓機是最常用的一種，如圖4-12所示。水壓機不依靠沖擊力，而靠靜壓力使坯料變形，工作平穩(wěn)，因此工作時震動小。不需要笨重的砧座；鍛件變形速度低，變形均勻，易將鍛件鍛透，使整個截面呈細晶粒組織，從而改善和提高了鍛件的力學性能，容易獲得大的工作行程并能在行程的任何位置進行鍛壓，勞動條件較好。但由于水壓機主體龐大，并需配備供水和操縱系統(tǒng)，故造價較高。水壓機的壓力大，規(guī)格為500～12500t,能鍛造1～300t的大型重型坯料。 4.3.2 自由鍛工具 一、機器自由鍛的工具 根據工具的功能可分為以下幾類，如圖4-13所示：

23、 1．夾持工具：如圓鉗、方鉗，槽鉗、抱鉗、尖咀鉗、專用型鉗等。 2．切割工具：剁刀、剁墊、刻棍等。 3．變形工具：如壓鐵、摔子、壓肩摔子、沖子、墊環(huán)(漏盤)等。 4．測量工具：如鋼直尺、內外卡鉗等。 5．吊運工具：如吊鉗、叉子等。 圖4-13 機鍛工具 鉗手 刻棍 壓鐵 剁刀 沖子 墊環(huán) 剁墊 摔子 壓肩摔子 ? 二、手工自由鍛工具 利用簡單的手工工具，使坯料產生變形而獲得的鍛件方法，稱手工自由鍛，如圖4-14所示。 1

24、、手工鍛造工具分類如下： (1) 支持工具：如羊角砧等； (2) 鍛打工具：如各種大錘和手錘； (3) 成型工具：如各種型錘、沖子、漏盤等； (4) 夾持工具：各種形狀的鉗子； (5) 切割工具：各種鏨子及切刀； (6) 測量工具：鋼直尺、內外卡鉗等。 圖4-14 手鍛工具 a)羊角鉆 b)鍛錘 c)襯墊工具 d)手鉗 e)測量工具 ? 2、手工自由鍛的操作 (1) 鍛擊姿勢 手工自由鍛時，操作者站離鐵砧約半步，右腳在左腳后半步，上身稍向前傾，眼睛注視鍛件的鍛擊點。左手握住鉗桿的中部，右手握住手錘柄的端部，指示大錘的錘擊。

25、 鍛擊過程，必須將鍛件平穩(wěn)地放置在鐵砧上，并且按鍛擊變形需要，不斷將鍛件翻轉或移動。 (2) 鍛擊方法 手工自由鍛時，持錘鍛擊的方法可有： 手揮法 主要靠手腕的運動來揮錘鍛擊，鍛擊力較小，用于指揮大錘的打擊點和打擊輕重。 肘揮法 手腕與肘部同時作用、同時用力，錘擊力度較大。 臂揮法 手腕、肘和臂部一起運動，作用力較大，可使鍛件產生較大的變形量，但費力甚大。 三、鍛造過程嚴格注意做到“六不打”： ① 低于終鍛溫度不打； ② 鍛件放置不平不打； ③ 沖子不垂直不打； ④ 剁刀、沖子、鐵砧等工具上有油污不打； ⑤ 鐓

26、粗時工件彎曲不打； ⑥ 工具、料頭易飛出的方向有人時不打。 ? 4.4 自由鍛工藝 4.4.1 自由鍛的工藝特點 一．應用設備和工具有很大的通用性，且工具簡單，所以只能鍛造形狀簡單的鍛件，操作強度大，生產效率低。 二．自由鍛可以鍛出質量從不到1kg到200～300t的鍛件。對大型鍛件，自由鍛是唯一的加工方法，因此自由鍛在重型機械制造中有特別重要的意義。 三．自由鍛依靠操作者控制其形狀和尺寸，鍛件精度低，表面質量差，金屬消耗也較多。 所以，自由鍛主要用于品種多，產量不大的單件小批量生產，也可用于模鍛前的制坯工序。 4.4.2 自由鍛的基本工序 無

27、論是手工自由鍛、錘上自由鍛以及水壓機上自由鍛，其工藝過程都是由一些鍛造工序所組成。所謂工序是指在一個工作地點對一個工件所連續(xù)完成的那部分工藝過程。根據變形的性質和程度不同，自由鍛工序可分為：基本工序，如鐓粗、拔長、沖孔、擴孔、芯軸拔長、切割、彎曲、扭轉、錯移、鍛接等，其中鐓粗、拔長和沖孔三個工序應用得最多；輔助工序，如切肩、壓痕等；精整工序，如平整、整形等三類。 一．鐓粗 鐓粗是使坯料的截面增大，高度減小的鍛造工序。鐓粗有完全鐓粗如圖4-15所示和局部鐓粗。局部鐓粗按其鐓粗的位置不同又可分為端部鐓粗和中間鐓粗兩種，如圖4-16所示。 圖4-16完全鐓粗 鐓粗主要用來鍛造圓盤類

28、（如齒輪坯）及法蘭等鍛件，在鍛造空心鍛件時，可作為沖孔前的預備工序。 鐓粗的一般規(guī)則、操作方法及注意事項如下： 1．被鐓粗坯料的高度與直徑（或邊長）之比應小于2.5～3，否則會鐓彎，如圖4-17a所示。工件鐓彎后應將其放平，輕輕錘擊矯正，如圖4-17b所示。局部鐓粗時，鐓粗部分坯料的高度與直徑之比也應小于2.5～3。 2．鐓粗的始鍛溫度采用坯料允許的最高始鍛溫度，并應燒透。坯料的加熱要均勻，否則鐓粗時工件變形不均勻，對某些材料還可能鍛裂。 圖2-17 局部鐓粗 a)漏盤上鐓粗 b)胎膜內鐓粗 c)中間鐓粗 圖4-17 鐓彎的產生和矯正 （a）鐓彎的產生

29、 b)鐓彎的矯正 ? 3．鐓粗的兩端面要平整且與軸線垂直，否則可能會產生鐓歪現(xiàn)象。矯正鐓歪的方法是將坯料斜立，輕打鐓歪的斜角，然后放正，繼續(xù)鍛打，如圖4-18所示。如果錘頭或砥鐵的工作面因磨損而變得不平直時，則鍛打時要不斷將坯料旋轉，以便獲得均勻的變形而不致鐓歪。 4．錘擊應力量足夠，否則就可能產生細腰形，如圖4-19a所示。若不及時糾正，繼續(xù)鍛打下去，則可能產生夾層，使工件報廢，如圖4-19b所示。 圖4-18 鐓歪的產生和矯正 圖4-19 細腰形及夾層的產生 a)細腰形 b)夾層 二、拔長 拔長是使坯料長度增加，橫截面減少的鍛造工序，又稱延伸或引

30、伸，如圖4-20所示。拔長用于鍛制長而截面小的工件，如軸類、桿類和長筒形零件。 圖4-20 拔長 a)拔長 b)局部拔長 c)心軸拔長 拔長的一般規(guī)則，操作方法及注意事項： 1．拔長過程中要將坯料不斷地翻轉，使其壓下面都能均勻變形，并沿軸向送進操作。 翻轉的方法有三種：如圖4-21(a) 所示，為反復翻轉拔長，是將坯料反復左右翻轉90o，常用于塑性較高的材料；如圖4-21(b) 所示，為螺旋式翻轉拔長， 是將坯料沿一個作90o翻轉，常用于塑性較低的材料；如圖4-21(c) 所示，為單面前后順序拔長，是將坯料沿整個長度方向鍛打一遍后，再翻轉90o，爾后依次進行，常用于頻

31、繁翻轉不方便的大鍛件，但應注意工件的寬度和厚度之比不要超過2.5，否則再次翻轉繼續(xù)拔長時容易產生折疊。 圖4-21 拔長時鍛件的翻轉方法 a)反復翻轉拔長 b)螺旋式翻轉拔長 c)單面順序拔長 2、拔長時，坯料應沿砥鐵的寬度方向送進，每次的送進量Ｌ應為砥鐵寬度Ｂ的0.3～0.7倍，如圖4-22a所示。送進量太大，金屬主要向寬度方向流動，反而降低延伸效率，如圖4-22b所示。送進量太小，又容易產生夾層，如圖4-22c所示。另外，每次壓下量也不要太大，壓下量應等于或小于送進量，否則也容易產生夾層。 3、由大直徑的坯料拔長成小直徑的鍛件時，應把坯料先鍛成正方形，在正方形的截

32、面下拔長，到接近鍛件的直徑時，再倒棱，滾打成圓形，這樣鍛造效率高，質量好。如圖4-23所示。 ? 圖4-22 拔長時的送進方向和進給量 a) 送進量合適 b)送進量太大、拔長率降低 c)送進量太小、產生夾層 圖4-23 大直徑坯料拔長時的變形過程 3．鍛制臺階軸或帶臺階的方形、矩形截面的鍛件時，在拔長前應先壓肩。壓肩后對一端進行局部拔長即可鍛出臺階。如圖4-24所示。 圖4-24 壓肩 a)方料壓肩 b)圓料壓肩 5．鍛件拔長后須進行修整，修整方形或矩形鍛件時，應沿下砥鐵的長度方向送進，如圖4-25a所示，以增加工件與砥鐵的接觸長度。

33、拔長過程中若產生翹曲應及時翻轉180°輕打校平。圓形截面的鍛件用型錘或摔子修整。如圖4-25b所示。 圖4-25 撥長后的修整 a)方形、矩形面的修整 b)圓形截面的修整 6．采用專制的芯軸對孔進行拔長，主要用于孔深的工作，如圖4-26所示。 圖4-26 芯軸拔長 三、沖孔 沖孔是用沖子在坯料沖出通孔或不通孔的鍛造工序。沖孔主要用于制造帶孔工件，如齒輪坯、圓環(huán)、套筒等。 一般規(guī)定：錘的落下部分重量在0.15～5t之間，最小沖孔直徑相應為Φ30～Φ100mm；孔徑小于100mm，而孔深大于300mm的孔可不沖出；孔徑小于150mm，而孔深大于500mm的

34、孔也不沖出；直徑小于20mm的孔不沖出。 根據沖孔所用的沖子的形狀不同，沖孔可分為實心沖子沖孔和空心沖子沖孔。實心沖子沖孔又可分為單面沖孔和雙面沖孔，如圖4-27所示。 圖4-27 沖孔 a)雙面沖孔 b)單面沖孔 c)空心沖子沖孔 1．單面沖孔：對于較薄工件，即工件高度與沖孔孔徑之比小于0.125時，可采用單面沖孔。沖孔時，將工件放在漏盤上，沖子大頭朝下，漏盤的孔徑和沖子的直徑應有一定的間隙，沖孔時應仔細校正，沖孔后稍加平整。 2．雙面沖孔：其操作過程為：鐓粗；試沖（找正中心沖孔痕）；撒煤粉（煤粉受熱后產生的氣體膨脹力可將沖子頂出）；沖孔，即沖孔到鍛件厚度的2/

35、3～3/4；翻轉180°找正中心；沖除連皮；如圖4-28所示。修整內孔；修整外圓。 圖4-28 沖孔的步驟 (a)放正沖子，試沖；(b)沖淺坑，撒煤末 (c)沖至工件厚度的2/3深；(d)翻轉工件在鐵砧圓孔上沖透 3．空心沖子沖孔：當沖孔直徑超過400mm時，多采用空心沖子沖孔。對于重要的鍛件，將其有缺陷的中心部分沖掉，有利于改善鍛件的力學性能。 四、擴孔 擴孔是空心坯料壁厚減薄而內徑和外徑增加的鍛造工序。其實質是沿圓周方向的變相拔長。擴孔的常用方法有沖子擴孔和芯軸擴孔等，如圖4-29所示。擴孔適用于鍛造空心圈和空心環(huán)鍛件。 圖4-29 擴孔 a

36、)沖子擴孔； b)芯軸擴孔 五、錯移 將毛坯的一部分相對另一部分上、下錯開，但仍保持這兩部分軸心線平行的鍛造工序，錯移常用來鍛造曲軸。錯移前，毛坯須先進行壓肩等輔助工序，如圖4-30所示。 圖4-30 錯移 a)壓肩 b)鍛打 c)修整 六、切割 切割是使坯料分開的工序，如切去料頭、下料和切割成一定形狀等。用手工切割小毛坯時，把工件放在砧面上，鏨子垂直于工件軸線，邊鏨邊旋轉工件，當快切斷時，應將切口稍移至砧邊處，輕輕將工件切斷。大截面毛坯是在鍛錘或壓力機上切斷的,方形截面的切割是先將剁刀垂直切入鍛件,至快斷開時,將工件翻轉180

37、°,再用剁刀或克棍把工件截斷，如圖4-31a所示。切割圓形截面鍛件時，要將鍛件放在帶有圓凹槽的剁墊上，邊切邊旋轉鍛件，如圖4-31b所示。 七、彎曲 使坯料彎成一定角度或形狀的鍛造工序稱為彎曲。彎曲用于鍛造吊鉤、鏈環(huán)、彎板等鍛件。彎曲時鍛件的加熱部分最好只限于被彎曲的一段，加熱必須均勻。在空氣錘上進行彎曲時，將坯料夾在上下砥鐵間，使欲彎曲的部分露出，用手錘或大錘將坯料打彎，如圖4-32a所示?；蚪柚诔尚蛪|鐵、成型壓鐵等輔助工具使其產生成型彎曲，如圖4-32b所示。 圖4-31 切割 a)方料的切割 b)圓料的切割 圖4-32 彎由 a

38、)角度彎曲 b)成形彎曲 八、扭轉 扭轉是將毛坯的一部分相對于另一部分繞其軸心線旋轉一定角度的鍛造工序，稱為扭轉，如圖4-33所示。鍛造多拐曲軸、連桿、麻花鉆頭等鍛件和校直鍛件時常用這種工序。 扭轉前，應將整個坯料先在一個平面內鍛造成形，并使受扭曲部分表面光滑，然后進行扭轉。扭轉時，由于金屬變形劇烈，要求受扭部分加熱到始鍛溫度，且均勻熱透。扭轉后，要注意緩慢冷卻，以防出現(xiàn)扭裂。 九、鍛接 鍛接是將兩段或幾段坯料加熱后，用鍛造的方法連接成牢固整體的一種鍛造工序，又稱鍛焊。鍛接主要用于小鍛件生產或修理工作，如：船舶錨鏈的鍛焊；刃具的夾鋼和貼鋼，它是將兩種成份

39、不同的鋼料鍛焊在一起。典型的鍛接方法有搭接法、咬接法和對接法。 ? 圖4-33 扭轉 4.4.3 自由鍛工藝規(guī)程 制定自由鍛工藝規(guī)程應做如下工作。 一、繪制鍛件圖 鍛件圖是根據零件圖和鍛造該零件毛坯的鍛造工藝來繪制的，如圖4-34所示，在鍛件圖中尺寸標注：尺寸線上面的尺寸為鍛件尺寸；尺寸線下面的尺寸為零件圖尺寸并用括弧注明；也可只標注鍛件尺寸。 圖4-34 鍛件圖 (a)鍛件的余量及敷料 (b)鍛件圖 4.4.4 典型鍛件自由鍛工藝過程 一、齒輪坯自由鍛工藝過程見表4-5。 表4-5 齒輪坯自由鍛工藝

40、過程 鍛 件 名 稱 齒 輪 毛 坯 工藝類型 自 由 鍛 材 料 45號鋼 設 備 65kg空氣錘 加熱次數(shù) 1次 鍛造溫度范圍 850～1200℃ 鍛 件 圖 坯 料 圖 序號 工序名稱 工 序 簡 圖 使用工具 操作工藝 1 鐓 粗 火 鉗 鐓粗漏盤 控制鐓粗后的高度為鐓粗漏盤的45mm。 2 沖 孔 火 鉗 鐓粗漏盤 沖 子 沖子漏盤 1、? 注意沖子對中。 2、? 采用雙面沖孔，左圖為工伴翻轉后將孔沖透的情況。 3 修正外圓 火 鉗 沖 子 邊輕打邊旋轉鍛

41、伴件，使外圓清除鼓形，并達到Φ92±1mm。 4 修整平面 火鉗 輕打（如端面不平還要邊打邊轉動鍛件），使鍛件厚度達到44±1mm。 ? 二、齒輪軸零件如圖4-35所示，毛坯自由鍛工藝過程見表4-6。 圖4-35齒輪軸零件圖 表4-6 齒輪齒輪軸零件如圖坯自由鍛工藝過程 鍛 件 名 稱 齒 輪 軸 毛 坯 工藝類型 自 由 鍛 材 料 45號鋼 設 備 75kg空氣錘 加熱次數(shù) 2次 鍛造溫度范圍 800～1200℃ 鍛 件 圖 坯 料 圖 序號 工序名稱 工 序 簡

42、圖 使用工具 操作工藝 1 壓肩 圓口鉗； 壓肩摔子； 邊輕打，邊旋轉鍛件。 2 撥長 圓 口 鉗 將壓肩一端撥長至直徑不小于Φ40mm。 3 摔圓 圓口鉗； 摔圓摔子； 將撥長部分摔圓至Φ40±1mm。 4 壓肩 圓口鉗； 壓肩摔子； 截出中段長度88mm后，將另一端壓肩。 5 撥長 尖口鉗 將壓肩一端撥長至直徑不小于Φ40。 6 摔圓修整 圓口鉗； 摔圓摔子； 將拔長部分摔圓至Φ40±1mm。 4.5 模?鍛 將加熱后的坯料放到鍛模(模具)的模鏜內，經過鍛造，使其在模鏜所限制的空間內產生塑

43、性變形，從而獲得鍛件的鍛造方法叫做模型鍛造，簡稱模鍛。模鍛的生產率高，并可鍛出形狀復雜、尺寸準確的鍛件，適宜在大批量生產條件下，鍛造形狀復雜的中、小型鍛件，如在汽車、拖拉機等制造廠中應用較多。 模鍛可以在多種設備上進行。常用的模鍛設備有模鍛錘(蒸氣-空氣模鍛錘、無砧座錘、高速錘等)、曲柄壓力機、摩擦壓力機、平鍛機及液壓機等。模鍛方法也依所用設備而隨名，如使用模鍛錘設備的模鍛方法，統(tǒng)稱為錘上模鍛，其余可分別稱為曲柄壓力機上模鍛、摩擦壓力機上模鍛、平鍛機上模鍛等。其中使用蒸氣-空氣錘設備的錘上模鍛是應用最廣的一種模鍛方法。 蒸氣-空氣模鍛錘的結構，如圖4-35所示。它的砧座比自由鍛大得多，

44、而且與錘身連成一個封閉的剛性整體，錘頭與導軌之間的配合十分精密，保證了錘頭的運動精度高。上模和下模分別安裝在錘頭下端和模座上的燕尾槽內，用楔鐵對準和緊固，如圖4-36所示。在錘擊時能保證上、下鍛模對準。 ? 圖4-35 蒸氣-空氣模鍛錘 圖4-36 錘上模鍛工作示意圖 1—坯料；2—鍛造中的坯料； 3—帶飛邊和連皮的鍛件； 4—飛邊和連皮；5—鍛件 鍛模由專用的熱作模具鋼加工制成，具有較高的熱硬性、耐磨性、耐沖擊等特殊性能。鍛模由上模和下模組成，兩半模分開的界面稱分模面，上、下模內加工出的與鍛件形狀相一致的空腔叫模膛，根據模鍛件的復雜程度不同，所需變形的模腔

45、數(shù)量不等，如有拔長模膛、滾壓模膛、彎曲模膛、切斷模膛等。模膛內與分模面垂直的表面都有5o～10o的斜度，稱為模鍛斜度，以便于鍛件出模。模膛內所有相交的壁都應是圓角過渡，以利于金屬充滿模膛及防止由于應力集中使模膛開裂。為了防止鍛件尺寸不足及上、下模直接撞擊，一般情況下坯料的體積均稍大于鍛件，故模膛的邊緣相應加工出容納多余金屬的飛邊槽，如圖4-36所示。在鍛造過程中，多余的金屬即存留在飛邊槽內，鍛后再用切邊模膛將飛邊切除。帶孔的鍛件不可能將孔直接鍛出，而留有一定厚度的沖孔連皮，鍛后再將連皮沖除。如圖4-37是錘上模鍛件的生產工藝過程。 ? 圖4-37 錘上模鍛的工藝過程 4.6

46、? 胎模鍛 胎模鍛是在自由鍛設備上使用可移動的模具（稱為胎模）生產模鍛件的方法。它也是介于自由鍛和模鍛之間的一種鍛造方法。常采用自由鍛的鐓粗或拔長等工序初步制坯，然后在胎膜內終鍛成形。 胎模的結構簡單且形式較多，如圖2-38為 其中一種合模，它由上、下模塊組成，模塊間的 空腔稱為模膛，模塊上的導銷和銷孔可使上、下模膛對準，手柄供搬動模塊用。 胎模鍛同時具有自由鍛和模鍛的某些特點。與模鍛相比，不需昂貴的模鍛設備。模具制造簡 圖4-38 胎模 1-上模塊 2-手柄 3-下模塊 4-模膛 5-導銷 6-銷孔 單且成本較低，但不如模鍛精度高，且勞動強度 大、胎膜壽命

47、低、生產率低；與自由鍛相比，坯料最終是在胎膜的模膛內成形，可以獲得形狀較復雜，鍛造質量和生產率較高的鍛件。因此，正由于胎膜鍛所用的設備和模具比較簡單、工藝靈活多變，故在中、小工廠得到廣泛應用，適合小型鍛件的中、小批生產。 常用的胎膜結構有扣模、合模、套筒模、摔模和彎模等。 1.扣模 它用于對坯料進行全部或局部扣形，如圖4-39a所示。主要生產長桿非回轉體鍛件，也可為合模鍛造制坯。用扣模鍛造時毛坯不轉動。 2.合模 它通常由上模和下模組成，如圖4-39b所示。主要用于生產形狀復雜的非回轉體鍛件，如連桿、叉形鍛件等。 3.套筒模 簡稱筒?；蛱啄?，鍛模呈套筒形，可分為開式筒模，

48、如圖4-40a所示和閉式筒模，如圖4-40b所示兩種。主要用于鍛造法蘭盤、齒輪等回轉體鍛件的鍛造。 胎模鍛造所用胎模不固定在錘頭或砧座上，按加工過程需要，可隨時放在上下砥鐵上進行鍛造，也可隨時搬下來。鍛造時，先把下模放在下砥鐵上，再把加熱的坯料放在模膛內，然后合上上模，用鍛錘鍛打上模背部。待上、下模接觸，坯料便在模膛內鍛成鍛件。 圖4-39 扣模和合模的結構 圖4-40 套筒模的結構 ? 4.7? 沖壓 4.7.1沖壓概述 利用沖壓設備和沖模使金屬或非金屬板料產生分離或成形而得到制件的工藝方法稱為板料沖壓，簡稱沖壓。這種加工方法通常是在常溫

49、下進行的，所以又稱冷沖壓。 沖壓的原材料是具有較高塑性的金屬薄板，如低碳鋼、銅及其合金、鎂合金等。非金屬板料，如石棉板、硬橡膠、膠木板、纖維板、絕緣紙、皮革等也適于沖壓加工。用于沖壓加工的板料厚度一般小于6mm，當板厚超過8～10mm時則采用熱沖壓。 沖壓生產的特點。 ① 可以生產形狀復雜的零件或毛坯。 ② 沖壓制品具有尺寸精確、表面光潔，質量穩(wěn)定，互換性好，一般不再進行切削加工即可裝配使用。 ③ 產品還具有材料消耗少、重量輕、強度高和剛度好等優(yōu)點。 ④ 沖壓操作簡單，生產率高，易于實現(xiàn)機械化和自動化。 ⑤ 沖模精度要求高，結構較復雜，生產周期較長，制造成本較高，故

50、只適用于大批量生產場合。 在所有制造金屬或非金屬薄板成品的工業(yè)部門中都可采用沖壓生產，尤其在日用品、汽車、航空、電器、電機和儀表等工業(yè)生產部門，應用更為廣泛。 4.7.2? 沖壓主要設備 沖壓所用的設備種類有多種，主要設備有剪床和沖床。 1. 剪床 剪床是下料用的基本設備，它是將板料切成一定寬度的條料或塊料，以供給沖壓所用。反映剪床的主要技術參數(shù)是它所能剪板料的厚度和長度，如Q11-2×1000型剪床，表示能剪厚度為2mm、長度為1000mm的板材。如圖4-43所示為剪床的傳動機構。 電動機帶動帶輪和齒輪轉動，離合器閉合使曲軸旋轉，帶動裝有上刀片的滑塊沿導軌作上下運動，

51、與裝在工作臺上的下刀片相剪切而進行工作。為了減小剪切力和利于剪切寬而薄的板料，一般將上刀片作成具有斜度為6o～9o的斜刃，對于窄而厚的板料則用平刃剪切；檔鐵起定位作用，便于控制下料尺寸；制動器控制滑塊的運動，使上刀片剪切后停在最高位置上，便于下次剪切。 圖4-43 剪床結構及剪切示意圖 2. 沖床 沖床是進行沖壓加工的基本設備，它可完成除剪切外的絕大多數(shù)沖壓基本工序。沖床按其結構可分為單柱式和雙柱式、開式和閉式等；按滑塊的驅動方式分為液壓驅動和機械驅動兩類。機械式沖床的工作機構主要由滑塊驅動機構（如曲柄、偏心齒輪、凸輪等）、連桿和滑塊組成。 如圖4-44所示，為開式雙柱式

52、沖床的外形和傳動簡圖。電動機通過減速系統(tǒng)帶動大帶輪轉動。當踩下踏板后，離合器閉合并帶動曲軸旋轉，再經連桿帶動滑塊沿導軌作上、下往復運動，完成沖壓動作。沖模的上模裝在滑塊的下端，隨滑塊上、下運動，下模固定在工作臺上，上、下模閉合一次即完成—次沖壓過程。踏板踩下后立即抬起，滑塊沖壓一次后便在制動器作用下，停止在最高位置上，以便進行下一次沖壓。若踏板不抬起，滑塊則進行連續(xù)沖壓。 表示沖床性能的幾個主要參數(shù)是： （1）公稱壓力(單位為N或t)：即沖床的噸位，它是滑塊運行至最下位置時所產生的最大壓力。 （2）滑塊行程(單位為mm)：曲軸旋轉時，滑塊從最上位置到最下位置所走過的距離，它等于曲柄

53、回轉半徑的兩倍。 （3）閉合高度(單位為mm)：滑塊在行程至最下位置時，其下表面到工作臺面的距離。沖床的閉合高度應與沖模的高度相適應。沖床連桿的長度一般都是可調的，調整連桿的長度即可對沖床的閉合高度進行調整。 圖4-44 沖床 a)外觀圖 b)傳動簡圖 沖床操作安全規(guī)范： ⑴ 沖壓工藝所需的沖剪力或變形力要低于或等于沖床的標稱壓力。 ⑵ 開機前應鎖緊所有調節(jié)和緊固螺栓，以免模具等松動而造成設備、模具損壞和人身安全事故。 ⑶ 開機后，嚴禁將手伸入上下模之間，取下工件或廢料應使用工具。沖壓進行時嚴禁將工具伸入沖模之間。 ⑷ 兩人以上共同操作時應

54、由一人專門控制踏腳板，踏腳板上應有防護罩，或將其放在隱蔽安全處，工作臺上應取盡雜物，以免雜物墜落于踏腳板上造成誤沖事故。 ⑸ 裝拆或調整模具應停機進行。 ? 4.7.3 沖壓基本工序 按板料在加工中是否分離，沖壓工藝一般可分為分離工序和成形工序兩大類。 1、分離工序 分離工序是在沖壓過程中使沖壓件與坯料沿一定的輪廓線互相分離的沖壓工序，主要有切斷和沖裁等，見表4-7所示。 2、成形工序 成形工序是使坯料塑性變形而獲得所需形狀和尺寸的制件的沖壓工序。主要有拉深、彎曲、翻邊、卷邊、脹形、壓印等，見表4-7所示。 表4-7常見沖壓基本工序及示意圖 工藝名

55、稱 簡 圖 所用模具的名稱 簡 要 說 明 ? 分 ? 離 ? 工 ? 序 落料 落料模 沖落的部分是零件。 沖孔 沖孔模 沖落的部分是廢料 切邊 切邊模 切去多余的邊緣。 切斷 切斷模 將板條料切斷 成 ? 形 ? 工 ? 序 彎曲 彎曲模 將板料彎曲成各種形狀。 卷圓 卷圓模 將板料端部卷成接近封閉的圓頭。 拉深 拉深模 將板料拉成空心容器的形狀。 翻邊 翻邊模 將板料上平孔翻成豎立孔。 脹形 脹形模 將柱狀工件脹成曲面狀工件。 壓印 壓印模 在板料的平面上壓出加強筋或凹凸標識。