锻造成形与冲压成形 - ◆ 锻压基础知识◆ - 热加工行业论坛 -
Powered by Discuz! Archiver
liyanfeng1
锻造成形与冲压成形
锻造成形与冲压成形
教学基本要求:
(1)了解锻造,板料冲压和金属可塑性的概念;
(2)了解锻造加热的目的,加热炉的大致构造,加热特点及操作要领;
(3)了解常用的锻造材料和碳素钢的锻造温度范围;会用火色大致鉴别钢料的始锻温度和终锻温度;
(4)了解钢件的氧化,脱碳,过热,过烧和裂纹等加热缺陷的产生原因及防止措施,了解锻件冷却方式及应用;
(5)了解自由锻造的工艺特点,空气锤的结构,工作原理及基本动作;掌握自由锻造变形工序的特点,所用工具,操作要领及安全技术;能生产基本合格的小锻件;
(6)了解胎模锻及固定模锻的实质,胎模和固定模的结构及其锻造生产过程;
(7)了解板料冲压主要设备的种类及适用场合,了解简单冲模的结构及各部分的作用,了解板料冲压基本工艺和冲压件的冲压工艺过程;
(8)了解冲压缺陷及其产生原因.
安全实习注意事项
(1)穿戴好工作服,工作前必须进行设备及工具检查,如空气锤上,下砥铁有无松动,锤把,火钳,垫铁,摔子,冲子等有无开裂及铆钉松动的现象;
(2)锻打时,锻件应在下砥铁的中部,锻件及垫铁等工具必须放正,放平,以防飞出伤人;
(3)选择火钳必须钳口与锻件的截面形状相适应,以保证夹持牢固.握钳时应握紧火钳的尾部,并把钳把置于体侧,严禁将钳把或其它带把工具的尾部对准身体正面,或将手指放入钳股间;
(4)机器自由锻踩踏杆时,脚跟不许悬空,以保证操作的稳定和准确,非锤击时应随即将脚离开踏杆,以防误踏失事.严禁用锤头空击下砥铁,严禁将头,手伸入上,下砥铁间;
(5)两人或多人配合操作时,必须听掌钳工的统一指挥,冲孔及剁料时,锤工应听从拿剁刀及冲子者的指挥.锤工在击打前要注意观察周围有无人员.
锻造成形与冲压成形是指对金属施加外力,使金属产生塑性变形,改变坯料的形状和尺寸,并改善其内部组织和力学性能,获得一定形状,尺寸和性能的毛坯或零件的成形加工方法.锻造成形与冲压成形简称锻压,属于金属压力加工生产方法的一部分.
锻造成形是借助锻锤,压力机等设备或工,模具对坯料进行施加压力,使其产生塑性变形,获得所需形状,尺寸和一定组织性能的锻件的加工方法.锻造的历史非常悠久,在我国,2500多年前就用来制造各种兵器及生产工具.现代的锻造技术得到了迅猛发展,可以锻制形状复杂,少无切削加工的精密锻件,如发电机组转子,曲轴,连杆,精锻齿轮等;锻件的重量上,小件不足一公斤,大件可达数吨甚至数百吨.
用于锻造的金属必须具有良好的塑性.钢,铝,铜等材料具有良好的塑性,是常用的锻造材料;而铸铁的塑性较低,在外力作用下易碎裂,故不能锻造.为了提高金属坯料的塑性,并适当降低其变形抗力,在锻造前,一般要将坯料进行加热,故锻造又称为热锻.金属材料经锻造后能改善其内部组织,使组织致密均匀,晶粒细化,还具有一定的锻造流线,提高力学性能.故承受重载及冲击载荷的重要受力构件,如机床主轴,曲轴,连杆,齿轮等零件,多采用锻件为毛坯.锻造加工方法具有较高的劳动生产率和较大的灵活性;即可单件,小批量生产,更可在大批量生产中采用.在机械制造生产中,锻造占据非常重要的位置,是重要的加工方法之一.锻造广泛用于冶金,机械,造船,航空,航天等领域.
锻造的基本方法有自由锻造,模型锻造,胎模锻和特种锻造等.一般锻件的生产工艺过程是:
下料→坯料加热→锻造成形→冷却→锻件检验→热处理→锻件毛坯.
冲压成形是利用冲压设备和模具,使板料产生分离或塑性变形,以获得一定形状,尺寸和性能的制件的加工方法.冲压成形通常用来加工塑性良好的金属材料(如铜,铝及其合金,低碳钢及低碳合金钢等)薄板(板料厚度小于6mm),故称为板料冲压;又因为冲压成形通常在常温下进行,不需要对板料进行加热,所以有时又称为冷冲压.有些非金属材料,如木板,皮革,硬橡胶,云母片,石棉板,硬纸板等,也可采用冲压加工.
冲压成形的特点是生产率高,操作简便,便于实现机械化和自动化,大批量生产时成本低;制品尺寸形状复杂,精度高,互换性好,一般不需要切削加工或仅需少量切削加工即可装配使用;制品重量轻,强度高,刚性大,材料利用率高.但冲压成形所用模具结构复杂,加工精度高,制造成本高,故适合大批量生产.冲压成形在汽车,拖拉机,电机,电器,仪表,飞机,日常用品及国防工业生产中得到广泛应用.
冲压成形的基本工序有分离工序(如剪切,落料,冲孔等)和成形工序(如弯曲,拉深,翻边等)两大类.
5.2 锻压设备
5.2.1 锻造加热设备
锻造加热设备按照热源可分为火焰炉和电加热设备两大类.
5.2.1.1 火焰炉
(1)手锻炉 手锻炉是以煤或焦炭为燃料的火焰加热炉,坯料直接放置在燃料上进行加热.手锻炉结构简单,砌造容易,操作简便,但加热温度不易控制,工件温度不均匀,燃料消耗量大,生产率低,一般用于手工或小型空气锤自由锻造时加热坯料.手锻炉结构示意如图5-1所示.
图5-2 反射炉结构示意图
图5-1 手锻炉结构示意图 1-燃烧室 2-火墙 3-加热室 4-炉门
1-烟罩 2-炉膛 3-风门 4-鼓风机 5-坯料 6-烟囱 7-鼓风机 8-烟道
5-风管 6-灰坑 7-炉栅 9-换热器 10-送风管
手锻炉的操作和维护注意事项:
a.点火前先关风门,开动鼓风机;在炉膛内铺上刨花或废油棉纱.
b.点火后,先开小风量,并向火苗周围加干煤(或焦炭);干煤燃烧后再添加湿煤,并加大风量.
c.煤烧旺后先关闭风门,将坯料依次放入煤中温度最高处,记清先后次序;装取坯料要穿戴护具.
d.每隔一段时间要翻转一次坯料,使其各部分温度均匀;经常调节风门以控制炉温.
e.及时加煤和清理煤渣,保持炉火旺盛.
f.取坯料时要先关闭风门,防止烧伤或烫伤;坯料按顺序取出锻造.
g.定期检修炉体,经常维护保养辅助设施.
(2)反射炉 反射炉也是以煤为燃料的火焰加热炉,其构造如图4-2所示.反射炉的结构较手锻炉要复杂,但燃料消耗量小,温度均匀,加热质量好,一般锻造车间普遍使用.
反射炉的工作原理是:煤在燃烧室内燃烧,火焰和高温炉气通过火墙从炉子拱顶反射到加热室内加热坯料,加热室的温度可达1350℃左右;燃烧所需空气是经换热器预热后送入燃烧室来提高加热炉的热效率;废气经烟道由烟囱排出.
反射炉的操作和维护注意事项参照手锻炉的有关事项,同时要注意:装,取坯料时要防止碰撞炉壁和炉底;加热坯料的大小要与炉子规格相适应,不能用小炉子加热大坯料,以免炉子经受高温的时间过长而受损伤;要经常清除落在加热室内的氧化皮,减轻氧化皮对炉底耐火材料的侵蚀.
(3)煤气炉和油炉 煤气炉和油炉加热时由喷嘴将煤气或油与空气直接喷射到加热室内进行燃烧加热坯料;燃烧后的废气由烟道排出.煤气炉和油炉结构简单,紧凑,操作方便,热效率高,被广泛应用.
4.2.1.2 电加热设备
(1)电阻炉 电阻炉是利用电流通过电阻元件产生电阻热,以辐射和对流的方式将热量传递给坯料,使其加热到所需要的温度.电阻炉结构简单,操作方便,劳动条件好,加热温度容易精确控制,并可通入保护性气体,以防止或减少坯料的氧化.但电能消耗大,成本高,加热时间较长.电阻炉适合加热中,小型单件或小批量的加热质量要求较高的坯料.
(2)工频,中频感应加热炉 工频,中频感应加热炉是利用坯料内部感应的涡流产生的电阻热加热坯料.工频,中频感应加热炉加热速度快,加热质量好,效率高,适合加热批量大,质量要求高的特定形状的小型坯料.
5.2.2 锻造成形设备
锻造成形设备很多,按其工作原理可分为两大类:一类是以冲击力使金属材料产生塑形变形,如锻锤;另一类是以静压力使金属材料产生塑形变形,如液压机.以下仅介绍常用的锻造成形设备.
5.2.2.1 锻锤
(1)空气自由锻锤 空气自由锻锤是生产小型锻件的常用设备,可用于自由锻和胎模锻,进行中小批量生产.
空气锤的结构由锤身,传动部分,落下部分,操纵配气机构和砧座等几部分组成.其结构如图5-3所示.
空气锤的工作原理是:电机通过减速机构减速和曲柄连杆机构带动压缩缸内压缩活塞作往复上下运动.当压缩活塞向下运动时,压缩空气经过操纵机构的下旋阀进入工作缸内工作活塞的下部,使锤杆提起;当压缩活塞向上运动时,压缩空气经过操纵机构的上旋阀进入工作缸内工作活塞的上部,使锤杆向下运动,实现对坯料的锻打动作.如此往复运动,就产生锤杆上下往复运动,借助其冲击力使坯料产生塑性变形,从而获得预定形状的锻件.
空气锤是以落下部分(工作活塞,锤杆及上砧铁)的总质量来表示其规格.国产的空气锤规格为65kg～750kg.空气锤产生的冲击力(N),一般是落下部分质量(kg)的10000倍左右.常用空气锤的规格和锻造能力见表5-1.
空气锤接通电源后,通过脚踏杆或手柄操纵上,下旋阀,可使空气锤实现传动部分空转(锤头停在下砥铁上),锤头上悬,锤头下压,单次打击和连续打击等五种动作,便于在生产中使用.
空转 空转时空气锤的压缩缸和工作缸的上,下部分都与大气相通,锤头靠自重停在下砥铁上,而电机与传动部分空转,空气锤不工作.
锤头上悬 锤头上悬时空气锤的压缩缸和工作缸的上部都经上旋阀与大气相通;压缩空气只能经下旋阀进入工作缸的下部,下旋阀内的逆止阀阻止压缩空气倒流,使锤头保持在上悬位置.锤头上悬时可在下砥铁上更换锻件,或检查锻件尺寸,清除氧化皮及更换和调整工具等.
锤头下压 锤头下压时空气锤的压缩缸的上部和工作缸的下部都与大气相通;压缩空气只能由压缩缸下部进入工作缸的上部,使锤头向下压紧锻件.锤头下压时可进行锻件的弯曲和扭转等操作.
连续打击 连续打击时空气锤的压缩缸和工作缸都不与大气相通,压缩活塞将压缩空气交替压入工作缸的上,下腔,推动锤头上,下往复运动,进行连续打击.
单次打击 单次打击是由连续打击演变而来的.操纵手柄由上悬位置推到连续打击位置,再迅速退回到上悬位置,锤头的运动轨迹由上悬位置运动到下砥铁位置,然后迅速回到上悬位置,实现单次打击.
连续打击和单次打击力的大小是通过调节下旋阀来实现的:手柄扳转角度大,通气孔开启大,打击力就大;手柄扳转角度小,通气孔开启小,打击力就小.
图5-3 空气锤的结构示意图
a)外形图 b)工作原理图
1-脚踏杆 2-砧座 3-砧垫 4-下砥铁 5-上砥铁 6-锤头
7-工作缸 8-下旋阀 9-上旋阀 10-压缩缸 11-手柄 12-锤身
13-减速机构 14-电机 15-工作活塞 16-压缩活塞
表5-1 常用空气锤的规格和锻造能力
落下部分质量/kg
坯 料 最 大 尺 寸 /mm
电机功率/kW
(2)蒸汽-空气自由锻锤 蒸汽-空气自由锻锤是生产中型锻件或较大型锻件的常用设备,可用于自由锻和胎模锻,进行中小批量生产.
蒸汽-空气自由锻锤利用0.6～0.9MPa的蒸汽或压缩空气驱动.其主要组成部分有锤身,气缸,砧座,锤头,锤杆和操作控制系统等,并另配备蒸汽锅炉或空气压缩机等辅助设备.蒸汽-空气自由锻锤也是以落下部分的总质量来表示其规格,常用的规格为500kg～5000kg.
(3)蒸汽-空气模锻锤 用于大中批量生产,可进行多模膛锻造.蒸汽-空气模锻锤的构造如图5-4所示.
图5-4 蒸汽-空气模锻锤 图5-5 水压机本体结构示意图
1-砧座 2-模座 3-下模 4-锤身 5-导轨 6-锤杆 1,2-管路 3-回程柱塞 4-回程缸 5-回程横梁
7-活塞 8-汽缸 9-保险汽缸 10-配汽阀 11-节汽阀 6-拉杆 7-密封圈 8-上砧 9-下砧 10-下梁
12-汽缸底板 13-马刀形杠杆 14-杠杆 15-锤头 11-立柱 12-活动横梁 13-上梁 14-工作柱塞
16-上模 17-踏板 18-减震垫木 19-地基 15-工作缸
5.2.2.2 液压机
液压机常用来生产大型自由锻件和模锻件.根据所使用的液体类型,可分为水压机和油压机两大类.
图5-5为水压机本体结构示意图.水压机的工作原理是根据帕斯卡液体静压定律.将高压水通入工作缸,推动工作柱塞使活动横梁沿立柱下压;回程时,将高压水通入回程缸,由回程柱塞和回程拉杆将活动横梁沿立柱提起.活动横梁的上,下运动实现了对坯料的施压过程.
水压机作用在坯料上的是静压力,水压机的规格以水压机产生的静压力大小来区分.一般用于自由锻造的水压机的规格为8～125×106N.
水压机和锻锤相比,工作时噪音和振动小,劳动条件好;设备工作效率高,生产效率高;采用静压力成形,加压时间长,锻件变形速度慢,有利于金属的再结晶;水压机行程内任何高度的锻件都能达到相同的锻造力,便于将锻件锻透;对厂房结构和地基的要求低.
5.2.2.3 螺旋压力机
(1)摩擦压力机 摩擦压力机的结构如图4-6所示.电机经皮带轮带动可作轴向往复移动的两个同轴摩擦盘旋转;摩擦盘交替压向飞轮,能使飞轮实现正,反旋转,并通过与飞轮联结的螺杆推动滑块上下移动;滑块向下接触坯料时,储存在旋转的飞轮中的动能冲击能,打击坯料使其成形.
摩擦压力机适用于模锻.在中小批量生产的锻造车间里,采用摩擦压力机模锻具有一定的优越性:摩擦压力机产品价格较低;结构简
单,使用振动小,劳动条件好;对厂房结构和 图5-6 摩擦压力机的结构示意图
地基的要求低;锻件质量好;设备的维护保养 1-床身 2-横梁 3,4-支架 5-轴承 较简单易行,操作也较安全.但生产率不太高, 6-轴 7-螺杆 8-螺母 9-滑块
传动效率较低,也不允许进行超出螺杆直径的 10-皮带 11,12-摩擦盘 13-电机
偏心锻造. 14-飞轮 15-顶出液压装置
(2)液压螺旋压力机 液压螺旋压力机种类较多,有的能承受一定的偏心载荷;采用液压驱动,提高了传动效率和行程次数,使结构紧凑,便于实现机械化和自动化.液压螺旋压力机主要用于模锻.
5.2.3 冲压成形设备
冲压设备有:剪板机,剪切冲型机,冲床及各种液压机等.常用的是剪板机和冲床.
5.2.3.1 剪板机
剪板机(又称剪床)的主要用途是将板料剪切成一定宽度的条料,以供冲压使用.
a)外形图 b)传动示意图
图5-7 剪板机结构示意图
1-电机 2-带轮副 3-曲轴 4-制动装置
5-滑块及上刀刃 6-工作台及下刀刃 7-离合器
剪板机的结构如图5-7所示.电机通过带轮使传动轴转动;经过传动轴联结的齿轮对传动及离合器使曲轴转动;曲轴通过连杆带动滑块沿导轨作上,下运动;上刀刃装在滑块上,下刀刃装在工作台上,上,下刀刃的配合完成对板料的剪切,使板料被剪断;当滑块完成上,下一次行程后,离合器脱离,曲轴借助制动装置的作用停在上极限位置,为下一次行程做好准备.
一般剪切厚度小于10mm板料的剪板机多为机械传动,剪切厚度大于10mm板料的剪板机多为液压传动.剪板机的主要技术参数是通过所剪板材的厚度及宽度来体现的,如Q11-2×1000型剪板机,表示能剪厚度为2mm,宽度为1000mm的板材.剪切宽而薄的板料宜选用斜刃剪板机,其上,下刃间的夹角约为1～3 ;剪切窄而厚的板材时,应选用平刃剪板机.剪切的板料厚度不能超过剪板机允许剪裁的最大厚度,以免剪板机过载而损坏.
剪板机使用前,应根据板材的厚度和材质调整好上,下刃口的间隙,通常板材越厚越硬,刃口间隙越大.
5.2.3.2 冲床
冲床又称压力机,是通用性冲压设备,可用来冲孔,落料,切断,拉深,弯曲,成形等冲压工序.
冲床按型式可分为开式和闭式;按工作台结构可分为固定台,可倾斜式和升降台式等.
以开式双柱可倾斜式冲床为例,其外形图和传动示意图见图5-8.电机通过小带轮,大带轮使传动轴和小齿轮转动,小齿轮带动大齿轮转动;当离合器闭合时,大齿轮带动曲轴转动,曲轴通过连杆带动滑块作上下往复直线运动;冲模的上模装在滑块上,随滑块上下运动,当上,下模结合时即完成一次冲压工序.当离合器松开后,大齿轮空转,曲轴因制动器作用而停在上极限位置,以便下一次冲压.冲床可以单行程工作,也可实现连续性工作.
a)外形图 b)传动示意图
图5-8 开式双柱可倾斜式冲床
1-电机 2-小带轮 3-大带轮 4-小齿轮 5-大齿轮 6-离合器
7-曲轴 8-制动器 9-连杆 10-滑块 11-上模 12-下模
13-垫块 14-工作台 15-床身 16-底座 17-脚踏板 18-按钮
冲床的主要技术参数反映了冲床的工艺能力,所能加工零件的尺寸范围及生产率等指标,是选择冲床和设计模具的主要依据.冲床的主要技术参数有:
(1)公称压力 冲床工作时,滑块在到达下极限位置前某一特定距离或曲轴旋转到下极限位置前某一特定角度时,滑块上所允许的最大作用力,常用kN表示.冲压时工件的变形力必须要低于冲床的公称压力.
(2)滑块行程 滑块从上极限位置到下极限位置所运动的距离(mm).
(3)滑块行程次数 冲床连续工作时,滑块每分钟运动的行程次数.滑块行程次数是反映冲床生产率的指标.
(4)封闭高度 滑块到达下极限位置时,其下表面到工作台面的距离(mm).封闭高度是可调节的,调节方法是将连杆制成螺杆,通过螺纹的旋入深度来改变连杆的长度,从而达到改变封闭高度.
封闭高度,工作台尺寸及滑块下表面尺寸等技术参数是设计模具的主要依据.
5.3 锻造成形
5.3.1 锻造加热
5.3.1.1 锻造加热的目的
用于锻造的金属必须具有良好的塑性.少数具有良好塑性的金属在常温下也能锻造成形,但变形量受到一定限制,而且变形抗力很大,有时难以达到预期的成形要求.金属材料通过加热,随着温度的升高,材料的塑性提高,强度降低,并能使材料内部组织均匀化.因此,金属材料在高温下锻造,可以提高材料的塑性变形量,降低变形抗力.锻造前对金属材料进行加热,是锻造工艺过程中的一个重要环节.
5.3.1.2 锻造温度范围
锻造温度范围是指金属开始锻造的温度(始锻温度)至终止锻造的温度(终锻温度)间的温度间隔.
始锻温度的确定原则是:保证金属在加热过程中不产生过热和过烧的前提下,尽可能取高的温度.这样便能扩大锻造温度的范围,以便有充足的时间进行锻造,减少加热次数,降低材料的烧损,提高生产率.钢的始锻温度通常低于其固相线100～200℃.
终锻温度的确定原则是:保证金属停锻前具有足够的塑性,并且在停锻后能获得细小的晶粒组织.终锻温度过高,不仅缩小锻造温度范围,而且停锻后金属在冷却过程中晶粒会继续长大,因而降低锻件的强度和冲击韧性等力学性能;终锻温度过低,材料的塑性差,变形抗力大,难以继续变形,易出现锻裂现象,且容易损坏锻造设备.
常用钢材的锻造温度范围可参见表5-2.
表5-2 常用钢材的锻造温度范围
牌 号 列 举
始锻温度/℃
终锻温度/℃
碳素结构钢
优质碳素结构钢
08,15,20,35
合金结构钢
12Mn,16Mn,30Mn
30Mn2,40Mn2,30Cr,40Cr,45Cr,30CrMnTi,40Mn
40CrNiMo,35CrMo
碳素工具钢
合金工具钢
5CrMnMo,5CrNiMo
金属加热的温度可由加热设备的控温仪表来测定.但对于采用火焰炉等没有控温仪表的加热设备,加热的温度一般凭操作人员的经验,通过观察被加热工件的火色来判断.碳素钢的火色与其对应的大致温度关系见表5-3.
表5-3 碳素钢的火色与其对应的大致温度
5.3.1.3 锻造加热缺陷及防止措施
金属在加热过程中,受到加热条件的限制,可能会产生缺陷.常见的缺陷有:氧化,脱碳,过热,过烧和裂纹等.
(1)氧化 加热时,工件表层金属与炉气中的氧化性气体(O2,CO2 ,H2 和SO2 等)发生化学反应而生成氧化皮,这种现象称为氧化.氧化皮的形成造成金属材料的损耗,同时影响锻件的质量和炉子的寿命,在模锻时还会加剧锻模的磨损.锻件每加热一次,由于
氧化而造成的烧损量约占坯料质量的2～3％.
对于一般的火焰炉,减少坯料氧化的措施是在保证加热质量的前提下,应尽量采用快速加热,缩短加热时间,尤其是高温阶段的时间;尽量采用少装料,勤装料的操作方法;在燃料完全燃烧的情况下,严格控制送风量,以免炉内氧气过剩,产生过多的氧化皮;或采用中性,还原性气氛加热等.
(2)脱碳 钢材在加热过程中,其表层的碳与炉气内的氧化性气体发生化学反应,造成钢材表层中碳元素的烧损而降低表层的含碳量,这种现象称为脱碳.钢材脱碳后,其表层的性质变软,强度和耐磨性降低.对于重要零件和精密锻件是不允许有脱碳层存在的.如果脱碳层的深度小于锻件的加工余量,则脱碳层被后续的切削加工除去,对零件使用性能不构成危害,否则就会严重影响零件的使用性能.
减少坯料脱碳的措施是加热前在坯料的表面涂保护涂料;控制炉内气氛中氧和氢的含量;采用快速加热,缩短高温阶段的加热时间,加热好的坯料尽快出炉锻造等.
(3)过热 当坯料加热温度过高或在高温下停留时间过长,使组织晶粒显著长大变粗的现象称为过热.过热的坯料锻造时容易产生裂纹,锻后组织的晶粒仍粗大,降低材料的力学性能.
坯料过热主要与加热温度有关.当温度未达到过热温度时,加热时间长短对晶粒显著粗化影响并不大.对过热所造成的粗晶粒组织,可用再次锻造或正火等热处理方法消除,但会增加工序,降低生产效率并提高成本.故在锻造时要严格控制加热温度和时间,防止出现过热现象.
(4)过烧 当坯料加热温度接近或超过其固相线时,坯料组织的晶界出现氧化及熔化的现象称为过烧.过烧的材料一经锻打即会碎裂,是无法挽救的缺陷.
避免坯料过烧的方法是严格控制锻造加热温度.一般钢材的加热温度必须低于其熔点100℃以上,合金钢的加热温度还应更低一些.
(5)裂纹 大型锻件或导热性能较差的金属材料在加热时,若加热速度过快,坯料内外温差较大,会产生很大的热应力,严重时造成坯料内部产生裂纹.裂纹也是无法挽救的缺陷.
为防止裂纹产生,对于大型锻件或导热性能较差的金属材料,要防止坯料入炉温度过高和加热速度过快,一般应采取预热措施.
5.3.2 自由锻造
自由锻造简称自由锻,是指采用简单的通用工具,或直接在锻造设备的上,下砧间进行锻造,使坯料变形而获得所需的几何形状和内部质量的锻件的方法.
自由锻可分为手工自由锻(简称手工锻)和机器自由锻(简称机锻).自由锻的基本任务是经济地获得所需锻件的形状,尺寸和内部质量.自由锻的锻件形状简单,精度低,劳动强度大,生产效率低,主要用于单件和小批量生产,也是特大型锻件的唯一生产方法.
5.3.2.1 自由锻的基本工序
自由锻的基本工序有镦粗,拔长,冲孔,扩孔,弯曲,扭转,切割和错移.
(1)镦粗 镦粗是使坯料的横截面积增大,高度减小的锻造工序.一般用来制造盘套类锻件,如法兰盘,齿轮坯等,在锻造套筒,环类等空心锻件时,镦粗是冲孔前的预备工序,以减小冲孔高度.
a.镦粗方法 可分为完全镦粗(图5-9)和局部镦粗(图5-10).
完全镦粗是指坯料沿整个高度产生变形;局部镦粗是借助漏盘或胎模使坯料的一端镦粗或中间镦粗.
图5-9 完全镦粗 图5-10 局部镦粗
1-上砧 2-坯料 3-下砧 a)漏盘上端部镦粗 b)胎模内端部镦粗 c)中间镦粗
1,5,7-漏盘 2,3,6-坯料 4-胎模
b.坯料尺寸 为防止镦粗时坯料产生纵向弯曲,坯料的高度(H)与直径(D)之比应小于2.5～3.0,坯料两端面要平整,垂直与轴线.
c. 镦粗的操作要领 镦粗要将坯料表面的凹孔和裂纹等缺陷去除,否则镦粗时会使缺陷扩大,易造成废品.镦粗时镦粗部分加热温度要均匀,坯料要放平.镦粗时极易产生的缺陷是纵向弯曲,矫正的方法如图5-11所示,操作时锤击力要轻,并将坯料夹紧,防止坯料飞出伤人.镦粗时锤击力若不足,或者坯料的高度与直径比偏大,还容易产生双鼓形(图5-12a),若不及时矫正,还会形成折叠(图5-12b),导致锻件报废.为此要将坯料及时矫正,即边镦粗边矫正.
a) b) c) d) e) f)
图5-11 镦粗纵向弯曲及矫正
a)坯料 b)镦粗后弯曲 c)放倒校直 d)继续镦粗 e)锤砧边缘校正 f)继续镦粗
图5-12 镦粗时出现双鼓形和折叠
a)双鼓形 b)折叠
图5-13 拔长操作方法
a)拔长时锻件的翻转 b)大型坯料拔长的操作方法
(2)拔长 拔长是使坯料横截面积减小,长度增加的锻造工序.拔长主要用来制造光轴,台阶轴,曲轴,拉杆和连杆等具有长轴线的锻件.
a.坯料尺寸 坯料横截面积应比锻件最大横截面积大,长度应大于坯料直径或边长.
b.操作方法 在平砥铁上拔长时,可用反复左右翻转90 的方法顺序锻打(图5-13a);
也可沿轴线锻完一遍后,先翻转180 校直,然后再翻转90 顺序锻打成形(图5-13b).后者主要用于大型坯料的拔长.
c.操作要领 拔长时坯料应沿砥铁宽度方向送进,每次送进量(L)与砥铁宽度(B)的关系为:L=(0.3～0.7)B.送进量大,坯料主要沿其宽度方向流动,展宽多而延长少,降低拔长效率;送进量太小,小于其单面锻打压下量,就会出现折叠,如图5-14所示.每次锻打后,坯料的宽度与高度之比应小于2.5,否则翻转90 后再锻打时容易出现弯曲和折叠.圆形截面的坯料可用摔子拔长,如图5-15所示,因摔子弧面的直径比坯料的直径小,因此刚开始拔长时,锤击力不宜太大,否则摔子会在坯料上压出很深的槽而难以修整.如在平砥铁上用直径较大的圆坯料拔长为直径较小的圆坯料时,应先将坯料锻打成方形截面后再进行拔长,当拔长到方形的边长接近工件的直径时,将方形锻成八角形,最后倒棱滚打成圆形,如图5-16所示.锻造带台阶或凹档的锻件时,首先在坯料上用小直径圆棒压痕或用三角刀切肩,然后再局部拔长,锻打成所需形状,如图5-17所示.锻造有孔的长轴线锻件,应将以冲孔的坯料套入接近孔径的芯轴中拔长,使壁厚减小,长度增加,为提高拔长效率,可在上平,下V型砥铁或上,下V型砥铁中锻打,如图5-18所示.
图5-14 拔长时出现折叠 图5-15 用摔子拔长圆形
截面的坯料
图5-16 平砥铁上拔长圆坯料过程
图5-17 锻造带台阶或凹档的锻件
a)用圆棒或三角刀压痕及切肩 b)锻造台阶或凹档
图5-18 采用芯轴拔长有孔的长轴线锻件
1-V形砧 2-上砥铁 3-芯棒 4-锻件
(3)冲孔 冲孔是用冲子在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序.冲孔主要用于制造带孔的锻件.
a.冲孔基本方法 可分为实心冲头冲孔和空心冲头冲孔.
实心冲头冲孔时,冲头为一实心体,主要用于冲直径较小的孔.对于薄的坯料常采用单面冲孔(图5-19a),较厚的坯料常采用双面冲孔(图5-19b).
空心冲头冲孔时,冲头为一空心圆环,多用于冲孔径大于400mm的孔(图5-20).
图5-19 实心冲头冲孔
a)单面冲孔 b)双面冲孔
1-上砧 2-坯料 3-漏盘 4-冲头Ⅰ 5-冲头
图5-20 空心冲头冲孔
1-坯料 2-上冲垫 3-空心冲头 4-芯料 5- 垫环
b.冲孔操作要领 冲孔前,一般须将坯料镦粗,以减小冲孔深度,并避免冲孔时坯料胀裂.坯料加热到始锻温度,内外均匀热透,以便在冲子冲入后,坯料仍有良好的塑性和低的变形抗力,避免冲裂.冲孔前先检查冲头,冲头尺寸要与所冲孔尺寸相符;冲头不得开裂,否则冲头易碎;端面要平整并垂直与轴线.冲孔时先试冲,检查孔的位置是否正确;然后冲浅坑,并撒少许细煤粉末,便于取出冲头;最后深冲.如采用双面冲孔,第一次冲至坯料厚度2/3处时,翻转坯料,从另一端冲透.冲孔过程中,冲头要经常冷却,以免冲头退火变软.
(4)扩孔 扩孔是指减小空心坯料的壁厚,增大其内,外径或只增大内径的锻造工序.扩孔主要用来制造环形锻件,如轴承圈等.
扩孔基本方法可分为冲头扩孔和芯棒扩孔两种.
a.冲头扩孔 冲头扩孔是指用直径比坯料孔径大的冲头依次将坯料孔径扩大到所要求的尺寸,如图5-21所示.冲头扩孔适用于坯料外径与内径之比大于1.7的情况.采用冲头扩孔时,每次孔径扩大量不宜太大,否则坯料易胀裂.
b.芯棒扩孔 芯棒扩孔又称马架上扩孔.将带孔的坯料套在芯棒上,芯棒架在马架上,围绕圆周对坯料进行锤击;每锤击一,二次,必须旋转送进坯料;经进行多次圆周旋转锤击后,坯料的壁厚减小,内外径增大,达到所要求的尺寸,如图5-22所示.芯棒扩孔时扩孔量大,可以锻造大孔径的薄壁锻件.
芯棒扩孔时,如果坯料加热不均匀,锤击力轻重不均,或旋转送进量不均,都会出现锻后锻件壁厚不均匀的现象.当批量生产时,可用挡铁来限制锤击变形量.
大环扩孔时由于冷却后收缩量较大,必须要考虑到坯料的冷却收缩量,以免冷却后锻件加工余量不足而造成废品.一般钢环径向收缩率取1.0～1.7％,0Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni10等材料取2.0％.
图5-21 冲头扩孔 图5-22 芯棒扩孔
1-扩孔冲头 2-坯料 3-漏盘 1-芯棒 2-坯料 3-马架 4-挡铁
(5)弯曲 弯曲是指改变坯料轴线形状,将其弯成所需外形的锻造工序.弯曲主要用来制造吊钩,弯板等轴线弯曲的锻件.
弯曲的方法较多,可以用大锤打弯(图5-23),也可用胎模弯曲(图5-24).
图5-23 用大锤将坯料打弯 图5-24 在胎模中弯曲
1-模芯 2-坯料 3-胎模
图5-25 扭转
(6)扭转 扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕轴线旋转一定角度的锻造工序,如图5-25所示.
采用扭转的方法,可使由几部分不同平面内组成的锻件,如曲轴等,先在一个平面内锻造成形,然后再分别扭转到所要求的位置,从而简化锻造工序.
(7)切割 切割是将坯料分离或部分分离的锻造工序.
切割的方法有单面切割(图5-26)和双面切割(图5-27).单面切割主要应用于切割厚度不大的坯料,切割后断面较平整,无毛刺;双面切割主要应用于切割厚度较大的坯料.
图5-26 单面切割 图5-27 双面切割
(8)错移 错移是将坯料的一部分相对于另一部分错开,两部分的轴线仍保持平行的锻造工序(图5-28).错移常用于锻造曲轴类锻件.
错移时应先在错移部位切肩,然后再锻打错开.
图5-28 错移
a)切肩 b)开始错移 c)错移终了
5.3.2.2 自由锻造工艺规程的制定
自由锻造工艺规程的制定是进行自由锻造生产必不可少的技术准备工作,是组织生产进程,规定操作规范,控制和检查锻件质量的依据.制定自由锻造工艺规程的原则是:应根据实际的生产条件编制工艺规程;按工艺规程生产的锻件应能满足产品的全部技术要求;在保证产品质量的基础上,尽可能提高生产效率,节约金属材料消耗量,降低消耗生产成本.
自由锻造工艺规程的制定主要包括绘制锻件图,确定坯料的质量和尺寸,确定变形工序,确定锻造温度范围及锻后处理规范等.
(1)绘制锻件图 锻件图是指在零件图的基础上,根据自由锻造的特点,考虑加工余量,锻件公差,工艺余块等所绘制的图样.零件的图形用双点划线表示;锻件的轮廓用粗实线表示.锻件的基本尺寸与公差标注在尺寸线的上面或左面;零件的基本尺寸标注在尺寸线的下面或右面,并且用圆括号括住.对于大型锻件,必须在同一坯料上锻造出用于性能检验的试样,试样的形状和尺寸也应在锻件图上表示出来.图5-29所示是一台阶轴的锻件图.
图5-29 台阶轴的锻件图 图5-30 加工余量和工艺余块
a.加工余量和工艺余块 加工余量是指为使零件具有一定的精度和表面质量,在锻件表面需要切削加工的部位增加供切削加工用的一层金属.零件越大,形状越复杂,则加工余量越大.工艺余块是指为简化锻件的外形及锻造过程,在锻件的某些部位添加的一些大于加工余量的金属块.锻件的加工余量和工艺余块如图5-30所示.
b.锻件公差 锻件公差是指锻件尺寸允许的变动量.自由锻造的锻件实际尺寸不可能刚好达到锻件的基本尺寸,允许有一定范围内的偏差.锻件的尺寸越大,精度越低,则锻件公差越大.
锻件的加工余量和公差可根据JB4249—86确定.
(2)计算坯料的质量和尺寸 坯料的质量可按下式计算:
坯料质量=锻件质量+坯料氧化烧损量+切料损失量
式中锻件质量可以按锻件体积和密度计算;坯料氧化烧损量为总加热次数中的金属损失量,首次加热取锻件质量的2％～3％,以后每次加热取锻件质量的1.5％～2％;切料损失量包括冲孔时的料芯和修切端部产生的料头等锻造过程中人为去掉的金属质量.
坯料尺寸选择与锻造工序有关,即要考虑锻造比(y)的问题.锻造比(y)是锻造时变形程度的一种表示方法,通常用变形前后坯料的截面积之比,或变形前后坯料的长度或高度之比表示.拔长时:y=L/L0=S0/S;镦粗时:y=S/S0=H0/H(S0 ,S为坯料变形前后的截面积,L0,L为坯料拔长前后的长度,H0,H为坯料镦粗前后的高度.镦粗时,为避免镦弯及下料方便,锻造比(y)应满足如下关系:1.25≤y≤2.5;拔长时,为使坯料有足够的变形以改善内部组织,锻件最大截面处的锻造比(y)应满足如下关系:y≥2.5(钢锭)或y≥1.3(轧材).
根据计算所得的坯料质量,锻件的尺寸和相应的锻造比,即可确定坯料的尺寸.
(3)确定变形工序 选择变形工序的主要依据是锻件的结构形状.一般轴类锻件的主要变形工序是拔长;环类等空心锻件的主要变形工序是镦粗和冲孔;齿轮坯,凸缘等锻件主要变形工序是镦粗或局部镦粗;曲轴类锻件的主要变形工序是拔长和错移.
(4)选择锻造设备 根据锻件的尺寸选择相应的锻造设备.
(5)确定锻造温度范围及锻后处理规范 坯料的锻造温度范围可根据锻件材料查相关的资料确定;坯料的加热方式,锻件的冷却方式及热处理工艺,锻件的检验标准和检验方法等内容,也应根据实际生产条件和锻件技术要求确定,并记录在工艺规程卡上.
5.3.2.3 典型锻件自由锻造工艺过程示例
自由锻件形状多样,一般需要采取几种基本工序才能锻造成形.尽管自由锻基本工序的选择和安排有很大的灵活性,但制定出某种锻件合理的锻造工艺仍需要对多种工艺方案进行综合分析比较,使生产符合&优质,高效,低耗&的基本原则,即在满足优质的前提条件下,尽量减少工序次数和合理安排各工序的顺序位置,缩短工时,提高生产率,节约材料和能源消耗量.
(1)台阶轴的自由锻造工艺 如图5-29所示是一台阶轴的锻件图,台阶轴材料为45号钢,生产5件.现以该锻件图为例介绍台阶轴的自由锻造工艺.
a. 锻件图的绘制过程分析 该锻件形状简单,不必添加工艺余块.根据零件图的尺寸查JB4249—86标准,确定外径和长度的加工余量和公差,如图中所示.
b. 计算坯料的质量和尺寸 台阶轴锻件的质量可根据锻件尺寸计算.计算得出锻件质量为46.1kg.设该锻件采用两火锻成,并在火焰炉中加热,加热烧损量按锻件质量的4％计算,即烧损量为1.84切料损失量按锻件质量的4％计算,即切料损失量为1.84 kg.则坯料质量为49.8kg.该锻件以圆钢为坯料,可不考虑锻造比,但由于氧化烧损,坯料的直径要大于锻件的最大直径.根据热轧圆钢的标准直径,选用Φ150mm的热轧圆钢.根据坯料质量和外径,可计算得出坯料长度为361mm.
表5-4 台阶轴的自由锻造工序
整体拔长并滚圆
拔长一端并切料头
端部拔长并切料头校直
c. 确定变形工序 该锻件的主要变形工序是拔长,同时还有压肩和切割料头的工序.该锻件的自由锻造工序如表5-4所示.
d. 选择锻造设备 根据锻件的尺寸选择750kg空气锤.
e. 确定锻造温度范围及锻后处理规范 由表5-3可知,45号钢的锻造温度范围是℃;采用火焰炉加热;锻件的冷却采用空冷;为消除锻造应力,应进行退火处理.
(2)齿轮坯的自由锻造工艺 如图5-31所示是一齿轮坯的锻件图,齿轮坯材料为40号钢,生产10件.现以该锻件图为例介绍齿轮坯的自由锻造工艺.此处不再赘述锻件图的绘制过程,坯料的质量和尺寸的计算,锻造设备选择,锻造温度范围及锻后处理规范.该锻件的坯料规格:Φ140mm×210mm.该锻件的自由
锻造工序如表5-5所示. 图5-31 齿轮坯锻件图
表5-5 齿轮坯的自由锻造工艺
整体镦粗并摔圆
修整大端外圆
垫环局部镦粗
加漏盘冲孔
5.3.3 胎模锻造
胎模锻是在自由锻造设备上使用可移动的简单模具生产锻件的一种介于自由锻与模锻间的锻造方法.
对于形状较为复杂的锻件,通常是先采用自由锻方法使坯料初步成形,然后在胎模中终锻成形.锻件的主要尺寸和形状靠胎模的型腔来保证.胎模不固定在设备上,根据工艺过程的需要随时放上或取下.
胎模锻与自由锻相比,可获得形状较为复杂,尺寸较为精确的锻件,节约金属,提高生产效率,但需准备专用工具——胎模;与模锻相比,胎模锻可利用自由锻设备组织生产各类锻件,不需要昂贵的设备,胎模制造简单,使用方便,成本较低,但劳动强度大,辅助操作多,在锻件质量,生产效率,模具寿命等方面均低于模锻.胎模锻适用于小件批量不大的生产.
5.3.3.1 胎模的结构和用途
常用胎模可分为摔模(摔子),扣模,弯曲模,套模,合模及冲切模等,其结构和用途见表5-6.
表5-6 胎模的结构和用途
结 构 简 图
结 构 简 图
用于回转体锻件的成形,制坯及精整
用于非回转体锻件的整体或局部成形及制坯
用于弯曲类锻件的成形或制坯
主要用于锻件的冲孔,冲形及切边等
由上,下模及导向装置组成.主要用于连杆等形状较复杂的非回转体锻件的成形
分为闭式套模和开式套模(上模为上平砧).主要用于盘套类锻件的制坯及成形
5.3.3.2 典型锻件的胎模锻工艺过程
胎模锻件形状多样,往往需要采用几套胎模才能锻造成形.制定胎模锻造工艺时应尽量减少胎模数量和工序次数,缩短工时,提高生产率,节约材料和能源消耗量.图5-32所示为轮毂胎模锻造工艺过程.
图5-32 轮毂胎模锻造工艺过程
a)锻件图 b)坯料 c)制坯 d)成形 e)冲孔
5.3.4 模型锻造
将加热到锻造温度的金属坯料放到固定在锻造设备上的锻模模膛内,使坯料受压产生塑形变形,充满锻模模膛以成形锻件的方法称为模型锻造.模型锻造又称为模锻.
与自由锻和胎模锻相比,模锻时坯料的变形完全在锻模模膛内进行,可以锻制形状较为复杂的锻件,锻件形状和尺寸较精确,加工余量小,材料消耗低,生产效率高,操作简单,劳动强度小,易实现机械化和自动化生产;但锻模制造复杂,周期长,成本高,模锻设备昂贵而且能源消耗大,故适用于中,小型锻件的中批,大批和大量生产.
生产中常用的方法有锤上模锻,热锻模压力机上模锻,平锻机上模锻及螺旋压力机上模锻等.其中锤上模锻工艺适用性广,可生产各种类型的模锻件,设备费用也相对较低,是我国模锻生产中应用最多的模锻方法.以下只介绍锤上模锻.
5.3.4.1锤上模锻模具
锤上模锻所用的锻模是由带有燕尾的上模和下模组成.下模固定在砧座上,上模固定在锤头上,并和锤头一起作上下往复的锤击运动.具有一个模膛的锻模,称为单模膛锻模,其结构如图5-33所示;具有两个或以上模膛的锻模,称为多模膛锻模.
图5-33 单模膛锻模 c) d)
1-砧座 2-下模 3-上模 图5-34 连杆的多模膛模锻
4-锤头 5-坯料 a)锻件图 b)下模 c)切边模 d)坯料变形过程
5.3.4.2 典型锻件的锤上模锻工艺过程
图4-34为连杆在锤上多模膛模锻时的工艺过程.
5.3.5 特种锻造
随着工业生产的发展和科学技术的进步,锻造的方法有了突破性的进展,涌现出许多新工艺,新技术,极大地提高了制品的精度和复杂度,突破了传统锻造只能成形毛坯的局限,而直接成形各种复杂形状的精密零件,实现了少,无切削.
5.3.5.1精密锻造
精密锻造是在热模锻的工艺基础上,增加精压工序,利用精锻模提高锻件的精度.精密锻造与一般模锻相比,具有锻件表面质量好,加工余量小,尺寸精度高,材料利用率高等优点.锻造时先用粗锻模锻造,粗锻件留有一定的精锻余量;然后,切下粗锻件的飞边并清除氧化皮,重新加热到700～900℃,用精锻模终锻成形.
5.3.5.2辊锻
用一对装有模具的相反转向的锻辊使坯料产生塑性变形,从而获得所需锻件或锻坯的锻造工艺称为辊锻.辊锻的特点是:震动小,噪音小,劳动环境好;成形力小,材料消耗少,生产效率高,易实现自动化生产.辊锻的成形过程如图5-35所示.
图5-35 辊锻的成形过程 图5-36 摆辗的成形过程
5.3.5.3摆辗
摆辗的上模是与工件上表面型线相一致的圆锥体,安装在摆头上.成形时上模在坯料上不断滚动,局部地,顺次对坯料施加压力,使坯料连续,局部,顺次递增成形.摆辗的特点是:变形力小,只有一般锻造的1/5～1/20;极限变形程度比一般锻造高10～15％;振动小,噪音低,劳动环境好;锻件质量好,模具寿命长,设备费用低,易实现自动化生产.摆辗的成形过程如图5-36所示.
5.3.5.4超塑性模锻
超塑性是指当材料具有超细的等轴晶粒(晶粒大小为0.5～5μm),并在一定的成形温度下,以极低的应变速率(ε=10-2～10-4/s)变形,某些金属或合金呈现出超高的塑性和极低的变形抗力的现象.超塑性模锻就是利用某些金属或合金具有的超塑性,使其在模具中成形的方法.超塑性模锻主要用于小批量生产高温合金和钛合金等难加工,难成形材料的高精度零件.
5.4冲压成形
5.4.1 冲压成形的基本工序
板料冲压加工的零件形状,尺寸大小,精度要求,批量多少和原材料性能不同,所采用的板料冲压加工方法也是多种多样的.冲压成形的基本工序分为两类:分离工序和成形工序.
5.4.1.1 分离工序
分离工序是指在冲压过程中使坯料的一部分与坯料整体或另一部分产生分开的工序.分离工序包括落料,冲孔,切断,切口和切边等工序.分离工序的特点及其应用见表5-7.
5.4.1.2 成形工序
成形工序是指在冲压过程中使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破坏分离的工序.成形工序包括弯曲,拉深(拉延),翻孔,翻边,扩口和缩口等工序.成形工序的特点及其应用见表5-8.
表5-7 分离工序的特点及其应用
特 点 及 应 用
用冲模沿封闭轮廓曲线分离的工序,冲下部分为制品,余下部分为废料.冲头和凹模的间隙很小,刃口锋利.用于制造各种形状的平板零件,或作为成形工序前的下料工序.
用冲模沿封闭轮廓曲线分离的工序,冲下部分为废料,冲孔后的部分为制品.冲头和凹模的间隙很小,刃口锋利.用于制造各种带孔形的冲压件.
用冲模或剪刀沿不封闭轮廓曲线切断板材.多用于加工形状简单的平板零件,或用于板材的下料.
用冲模沿不封闭轮廓曲线在板材上冲出缺口,缺口部分材料仍与板材相连,切口部分同时发生弯曲.切口主要用于板材上通风槽的制作.
用冲模沿封闭轮廓曲线将制品的边缘部分切掉的工序.
表5-8 成形工序的特点及其应用
特 点 及 应 用
用冲模或折弯机将平直板料弯成一定角度或圆弧的成形工序.用于制造各种有弯曲形状的冲压件.
用冲模将平直板料加工成中空形状零件的成形工序.用于制造各种形状的中空冲压件.
特 点 及 应 用
用冲模在带孔的平直板料工件上用扩孔的方法获得凸缘的成形方法.用于制造各种带凸缘的冲压件.
用冲模将平直板料的边缘按曲线或圆弧弯成竖立的边缘的成形工序.用于制造各种带边的冲压件.
用冲模将空心制品的口部扩大的成形工序.常用于管子的加工.
用冲模使空心制品的口部缩小的成形工序.
5.4.2 冲压成形模具
5.4.2.1 冲压模具结构
冲压成形模具是板料冲压的主要工具,典型冲模结构如图5-36所示.
冲模主要由上模和下模两部分组成.上模通过模柄固定在冲床的滑块上,并随滑块上下往复运动;下模通过压板螺栓固定在冲床工作台上.冲模的核心部件是凸模(冲头)和凹模,分别固定在上,下模板上,并直接接触被加工板材,借助冲床的动力,沿导柱导套作相对运动,使板料分离或成形.
导套和导柱分别固定在上,下模板上,用来引导凸模和凹模对准,是保证模具运动精度的重要部件.
导尺(或导板)主要作用是控制板料的进给方向.
挡料销用来控制板料的进给量.
卸料板的用途是当凸模回程时,将卡在凸模上的工件或板料从凸模上卸下.
5.4.2.2 冲压模具的类型
冲压模具按工序的复合程度可分为简单模,复合模和连续模.
(1)简单模 在冲床的一次冲程中,只能完成一道冲压工序的模具,称为简单模或单工序模,其结构如图5-37所示.
(2)复合模 在冲床的一次冲程中,模具的同一位置上同时完成多道冲压工序的模具,称为复合模,其结构如图5-38所示.
(3)连续模 在冲床的一次冲程中,模具的不同位置上能同时完成多道冲压工序的模具,称为连续模,其结构如图5-39所示.
图5-37 典型单工序冲模结构
1-导柱 2-导套 3-挡料销 4-下模板 5-凹模 6-导尺 7-卸料板 8-凸模 9-上模板
10-压板 11-定位销 12-模柄 13-紧固螺钉 14-制品孔形(制品) 15-废料 16-板料
图5-38 复合模结构
1-下模板 2,7,16-螺钉 3-导柱 4-弹簧 5-卸料板 6-活动挡料销 8-导套
9-上模板 10-固定板 11-顶件块 12-顶杆 13-打料板 14-打料杆 15-模柄
17-凸模Ⅰ 18-上垫板 19-凸模Ⅱ 20-落料凹模 21-凹凸模 22-凹凸模垫板
图5-39 连续模结构
1-凸模Ⅰ(冲孔凸模) 2-凸模Ⅱ(冲孔凸模) 3-导尺 4-凹模
5-挡料销 6-导正销 7-凸模Ⅲ(落料凸模) 8-初始挡料销
5.4.3 典型零件的冲压工艺过程
图5-40是玻璃升降器壳体的冲压工艺过程.
图5-40 玻璃升降器壳体的冲压工艺过程
a)零件图 b)落料 c)拉深(三次) d)冲Φ11mm底孔
e)翻孔及整形 f)冲三个Φ3.2mm孔 g)切边 h)检验
5.4.4 特种冲压
5.4.4.1 板料超塑性深冲成形
板料超塑性深冲是将已经具备超塑性的板料在拉深模中拉深,能获得高径比很大的薄壁容器,且制品的壁厚均匀,无凸耳,具有各向同性的力学性能.板料超塑性深冲如图5-41所示.
图5-41 板料超塑性深冲 图5-42 旋压示意图
1-冲头 2-压板 3-加热元件 4-凹模 1-板料 2-顶杆
5-板料 6-制品 7-高压油孔 3-旋压滚轮 4-模型
5.4.4.2 旋压成形
旋压主要用于制造回转体形状的空心制品.旋压工具简单,批量在5000件以下时,通常比拉深成本低.可分为一般旋压和强力旋压.
(1)一般旋压 一般旋压时板料的厚度基本不变,其成形过程如图5-42所示.板料被顶杆压紧在模型的端部,并随模型一起旋转;通过旋压滚轮使板料在压力作用下变形,最终获得与模型形状相似的制品.一般旋压成形不需要复杂的冲模,变形力小,但生产效率低,适合中,小批量生产.
(2)强力旋压 强力旋压时板料厚度有很大的缩减,总的变形量很大,但旋压时变形区很小,属于局部变形,变形力不大.
5.4.4.3 精密冲裁
精密冲裁的工艺过程如图5-43所示.板料在冲裁过程中受到三个力(冲裁力,压边力和反顶力)的作用,板料始终处于被压紧状态,直至冲裁
终了时才分开. 1) 2) 3)
精密冲裁应用较广,能在一次冲压过程中获得尺寸精度高,表面粗糙度值低的冲压制品.精冲件的尺寸精度可达IT6～IT8,切口处的表面粗糙度值可达Ra2.5～0.63μm,基本不需要进行切削加工.精密冲裁是提
高冲裁件质量的经济而有效的方法. 4) 5) 6)
精密冲裁模和普通符合模相似,但冲裁间隙小,凹,凸模制造精度高;凹,凸模刃口应有圆角(圆角半径不大于0.03mm);有V形压边圈,制品和废料都是上出料;板料预先进行软化处理,并采用适当的润滑处理.
图5-43 精密冲裁的工艺过程
1-送料 2-模具闭合,V形压边圈和反压板压紧坯料 3-冲裁
4-冲裁终了 5-模具开启 6-卸料,顶料 7-顶出工件,开始送料 8-吹出工件及废料 9-准备下次冲裁
5.4锻压生产质量控制与经济性比较
5.4.1锻压件的检验
检验是锻压生产过程中不可忽视的重要环节,通过检验能及时发现生产中暴露的质量问题.产品应按照锻压技术条件的规定或有关检验技术文件的要求进行检验.常用的检验方法有:外观检验,无损检验,力学性能检验和金相组织检验等.外观检验包括表面质量检验和形状尺寸检验,一般零件都需要进行外观检验.表面质量检验主要是检查产品的外部是否有毛刺,裂纹,过烧,碰伤和折叠等缺陷.形状尺寸检验是检验制品形状和尺寸是否与工艺图纸相符.对于重要的大型锻压件,除了外观检验外,还必须进行力学性能检验,金相组织检验以及无损探伤等检验.
5.4.2锻压件缺陷分析
5.4.2.1 自由锻造制品的缺陷分析(表5-9)
表5-9 自由锻造制品的缺陷分析
过热和过烧
加热温度过高;保温时间过长;坯料局部变形度小,变形不均匀;停锻温度过高
坯料表面本身有缺陷,锻后缺陷加大成裂纹;坯料加热,冷却速度过快;坯料加热不均匀,心部未热透;锻造变形量过大;停锻温度过低
弯曲和变形
锻造终了修整,矫正不当;锻后冷却和热处理操作不当
拔长时送进量小于单面压下量;镦粗时出现双鼓形未及时矫正
坯了加热不均匀,故变形不均匀;锻造操作不当,未及时纠正
力学性能偏低
坯料选择不当;原材料杂质多,偏析严重;锻造比不够;锻造加热氧化,脱碳严重;锻后热处理不当
5.4.2.2 模型锻造制品的缺陷分析(表5-10)
表5-10 模型锻造制品的缺陷分析
坯料在模膛中未放正;坯料在模膛中移动时就被锤击
形状不完整
坯料加热温度低;坯料质量偏小;模锻设备规格不够,不足以使坯料完全变形;锻模设计不合理
酸洗或锤落氧化皮后留下痕迹
粗心大意使锻件被损伤
坯料在模膛中位置不对;坯料高径比过大;操作不当
设备精度不足,锤头运动间隙过大;模具安装不准确;模具松动
5.4.2.3 板料冲压制品的缺陷分析(表5-11)
表5-11板料冲压制品缺陷分析
模具间隙过大或过小;模具刃口不锋利
材料塑性不足;弯曲曲率过小;弯曲线与材料纤维方向平行
模具间隙过小;拉深时拉深系数过小;模具圆角半径过小;凹模或压料面局部磨损,润滑不足
模具间隙过大;板材厚度不均匀;板材有残余应力
间隙过大,压边力小;压边圈或凹模表面磨损严重;坯料相对厚度小,拉深系数过小
制品壁厚不均
润滑不足;模具间隙过大或过小
凹模磨损严重;间隙过小;凹模或润滑液中有杂质
5.4.3锻压生产方法经济性比较(表5-12)
表5-12 锻压生产方法经济性比较
小批量生产适应性
大批量生产适应性
产品加工余量
最少或没有
金属材料利用率
切削加工费用
较低或没有
模具制造费用
设备投资费用
较低(锻锤)或较高(液压机)
复习思考题
1.在锻造生产中,对金属进行加热的目的是什么
2.什么是锻造温度范围 常用钢材的锻造温度范围是多少
3.钢在加热过程中可能产生哪些缺陷 减少或防止加热缺陷的措施有哪些
4.简述空气锤的工作原理及其基本动作.
5.什么叫自由锻造 自由锻造的特点极其变形工序有哪些
6.什么叫镦粗 镦粗的基本方法有哪些 镦粗时的锻造比应不超过多少
7.什么叫拔长 拔长工序的操作要点是什么
8.在冲孔和扩孔时要注意哪些事项
9.制订自由锻造的基本原则和基本步骤是什么
10.如何绘制锻件图
11.什么叫模型锻造 模型锻造与自由锻造比具有哪些特点
12.什么叫板料冲压 板料冲压的特点和应用范围是什么
13.板料冲压的主要工序有几类 各工序的成形特点和应用范围是什么
14.冲模的结构有几种 连续模和复合模的区别是什么
要明白什么是深奥。。。
看着有点乱
zhlong1019
好资料，谢谢分享
yuhaibao0912
好资料，谢谢分享
zhuwenyuan01
查看完整版本:}