第三节　锻压方法

第三节　锻压方法

一、自由锻造

自由锻造是指用简单的通用工具或在锻造设备的上、下砧之间使坯料自由塑性变形而获得锻件的加工方法。手工自由锻的生产效率低、劳动强度大，锤击力小，在现代工业大生产中逐步已被机器自由锻所取代。

自由锻使用的工具简单、操作灵活、但锻件的成形精度低，生产效率不高，主要适用于单件小批和单件、巨型锻件的生产。

（一）自由锻造的设备和工具

机器自由锻常用的锻造设备有空气锤、蒸汽——空气锤和水压机。

空气锤（如图3-5所示）是一种由电动机驱动的小型自由锻设备。电动机通过减速机构和曲柄连杆机构推动压缩缸中的压缩活塞产生压缩空气，再通过上、下旋阀的配气作用，使压缩空气进入工作缸的上腔或下腔，推动落下部分（活塞、锤头和上砧组成）上升或下降，完成各种打击动作。空气锤通过操纵手柄或脚踏板的位置来控制旋阀，以改变压缩空气的流向，来实现上悬、下压、单打、连打及空转五个动作的循环。

空气锤的规格用落下部分的总重量表示，常用规格是50～750kg，打击力约为落下部分重量的800～1000倍。根据锻件的重量和尺寸合理选用不同规格的空气锤。

空气锤既可进行自由锻，也可用于胎膜锻，操纵方便，但锤击力较小，且有噪声、振动，一般适用于锻造质量在100 kg以下的小型锻件。

蒸汽——空气锤是以锅炉提供的蒸汽或压缩机提供的压缩空气为动力来进行锻造的，主要用于锻造质量在70～700 kg的中小型锻件。

水压机是通过高压水进入工作缸而产生静压力作用于坯料来进行锻压的，其压力为5000～125 000KN，可锻压1～300 t的钢锭，是大型锻件的生产设备。

自由锻常用工具有锻打工具（大锤、手锤）、支持工具（铁砧）、成形工具（冲子、平锤、摔锤、胎模）、夹持工具（手钳）、衬垫工具和测量工具（钢尺、卡钳）等。

（二） 自由锻造的基本工序

自由锻的变形工序分为基本工序、辅助工序和精整工序三类。其中基本工序是实现锻件变形的基本成形工序；辅助工序是为便于基本工序的实现而对坯料进行的预先变形，如压肩、倒棱、压钳口等；精整工序是在基本工序后对锻件进行的整形工序，如摔光、校直、滚圆等。

自由锻的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、错移、扭转和切割等。

1.镦粗

镦粗是减小坯料高度，增大其横截面积的锻造工序，常用于锻造齿轮、凸轮和圆盘形锻件，也作为冲孔和提高拔长锻造比的准备工序。镦粗分为完全镦粗和局部镦粗（如图3-6所示）。

镦粗的操作规则是：

（1）镦粗坯料的加热温度采用最高始锻温度，且要均匀热透。

（2）坯料镦粗部分的高度h0与其直径d0之比应小于2.5。否则易镦歪（如图3-7所示）。

（3）坯料的端面应平整，并与轴线垂直。镦粗时要不断翻转坯料，以免造成不均匀变形和镦歪、镦偏（如图3-8所示）。

（4）坯料镦粗高度和直径较大时，锤击力要重，否则会产生双鼓形，若不及时纠正会导致夹层（如图3-9所示）。

2.拔长

拔长是减小坯料横截面积，增加其长度的锻造工序，常用于锻造轴类、杆类和长筒形锻件，也与镦粗相结合，作为改善坯料内部组织，提高锻件机械性能的准备工序。拔长一般有平砧拔长、赶铁拔长和芯轴拔长，如图3-10、图3-11、图3-12所示。

拔长的操作规则是：

（1）坯料拔长时应沿砧铁的宽度方向送进，并保证每次送进量L为砧铁宽度B的0.3～0.7倍，且不小于单面压下量h。送进量太大或太小，将会造成拔长效率降低或产生夹层（如图3-13所示）。

（2）坯料拔长时应不断翻转，以保证在方截面下进行变形和各部分温度的均匀，减少内应力和裂纹（如图3-14所示）。

（3）坯料从大直径拔长到小直径时，应先以正方截面拔长，到一定程度后，再倒棱、滚圆（如图3-15所示）。

（4）锻件局部拔长时，必须先用三角刀或圆棒在截面分界处压肩，以使过渡面平直整齐，压肩深度应为台阶高度的1/2～2/3（如图3-16所示）。

（5）锻件拔长后须进行修整，以使其表面平整光滑、尺寸准确（如图3-17所示）。

3.冲孔

冲孔是在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序，常用于锻造齿轮、套筒和圆环等锻件。根据冲孔所用冲子的形状不同，可分为实心冲子冲孔和空心冲子冲孔。实心冲子冲孔分为单面冲孔（如图3-18所示）和双面冲孔（如图3-19所示）；空心冲子冲孔均为单面冲孔（如图3-20所示）。

冲孔的操作规则是：

（1）冲孔前，需将坯料镦粗，以减小冲孔的深度并使冲孔面平整。

（2）冲孔坯料的加热温度应采用最高始锻温度，且均匀热透，以防止坯料冲裂和损坏冲子。

（3）冲孔时，直径小于25mm的孔一般不冲， 由切削加工时钻出；大于450mm的孔用空心冲头。

（4）冲较大孔时，要用直径较小的冲头冲出小孔，再用直径较大的冲头逐步扩孔至尺寸。

（5）冲孔过程中，冲子要浸水冷却，以防止受热变软。

4.弯曲

弯曲是使坯料弯成一定角度或形状的锻造工序，常用于锻造各种弯曲形锻件，如吊钩、链环、曲杆等。常用的方法有大锤打弯和垫模内弯曲两种（如图3-21所示）。弯曲前应将弯曲部分进行局部镦粗，并修出凸肩；弯曲时，须在坯料的受弯部进行加热。

5.错移

错移是将坯料的一部分相对于另一部分错开，但仍保持两轴线平行的锻造工序，常用于锻造曲轴类锻件。错移前应先在错移部位压肩，再用上下砧移位加压使坯料错开（如图3-22所示）。

6.扭转

扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序，常用于锻造曲轴、连杆等锻件或校正锻件。扭转前应将坯料加热到始锻温度，受扭部分须光滑，不存在裂纹等缺陷；扭转后锻件应缓冷或退火处理。如图3-23所示为大锤打击的扭转。

7.切割

切割是分割坯料或切除锻件余料的锻造工序。常用方法如图3-24所示。

（三）典型锻件自由锻造工艺实例

表3-4为六角螺母的自由锻造工艺过程。

二、胎膜锻造和模型锻造

1.胎模锻造

胎模锻造是在自由锻设备上采用可移动的简单锻模（胎模）生产模锻件的锻造方法。胎模不固定在锤头和砧座上，使用时才放到下砧上进行锻造。胎模锻兼有自由锻和模锻的特点，一般用自由锻制坯，再在胎模中最后成形。

胎模按其结构可分为摔模、扣模、弯模、套模、合模和漏模。如图3-25所示的扣模用于非回转体锻件的局部或整体成形，或为合模锻造制坯。

胎模锻与自由锻相比，可获得形状较复杂、尺寸较精确的锻件，且设备和工具简单，工艺灵活，适应性强，生产效率较高，主要用于无模锻设备或生产中小批量的小型锻件。

2.模型锻造

模型锻造是利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法。坯料的塑性变形是在锻模模膛内被迫进行的。锻模（如图3-26）是由模膛的上、下模块及紧固件等组成的，上、下模块的尾部做成燕尾形，用楔铁分别紧固在锤头和模垫上，前后定位用键块及垫块调整。锻模的模膛按功能可分为制坯模膛和模锻模膛两大类。

模锻可分为锤上模锻和压力机模锻。锤上模锻是在蒸汽一空气模锻锤上进行的，常用的模锻压力机有曲柄压力机、摩擦压力机、平锻机和液压机等。

模锻与自由锻相比，生产的锻件形状更为复杂，尺寸精度较高，表面粗糙度值小，且力学性能较高；锻件加工余量和锻造公差小，材料利用率高；生产过程操作简便，劳动强度小，易于实现自动化，生产率高。但模锻的设备投资大；生产准备周期，尤其是锻模的设计制造周期长，费用高；锻模成本高；工艺灵活性差，适用于中小锻件的大批量生产。

三、板料冲压

板料冲压是在冲压设备上利用冲模使板料分离或变形而制造零件的加工方法。冲压使用的坯料是塑性良好的经轧制的板料、成卷的条料及带料，其厚度一般不超过10mm。

冲压件重量轻、强度和刚度好、尺寸精确、表面光洁；生产过程易实现机械化和自动化，生产效率高，广泛应用于汽车、航空、电子、仪表和日用品等工业部门。但冲模的设计制造周期长，费用高，适用于大批量生产。

（一）冲压设备

冲压生产常用的设备是剪床和冲床。

剪床是将板料切成一定宽度的条料，是冲压生产的备料设备。剪床（如图3-27所示）的传动原理为：电动机带动皮带轮、齿轮转动，经离合器带动曲轴转动，使装在滑块上的上刀刃沿导轨作上、下运动，并与固定在工作台上的下刀刃配合，进行剪切。制动器的作用是使上刀刃剪切后停在最高位置上，为下次剪切做准备，挡铁用来控制下料尺寸。为了减小剪切力，对于宽而薄的板料，常用斜刃刀片剪切（斜度为4°～8°） ；对于厚而窄的板料，则用平刃剪切。

剪床的规格是以剪切板料的厚度和宽度来表示的。

冲床（如图2-28所示）是用来实现冲压工序的，是冲压生产的基本设备。冲压时冲模的凸模（或冲头）装在滑块的下端，凹模装在工作台上，冲床的曲柄－连杆机构将旋转运动转变成滑块的上、下往复运动，实现冲压。

（二）冲压的基本工序

冲压的基本工序主要有分离工序（冲孔和落料）和变形工序（弯曲和拉深）。

1.冲孔和落料

冲孔和落料是使坯料分离的工序，又称为冲裁工序。冲孔是在板料上冲出所需的孔，冲孔后的板料是成品，冲下的部分是废料；落料则是从板料上冲下的部分为成品，如图3-29所示。

冲孔和落料所用的模具称为冲裁模，其凸、凹模刃口须锋利且应有很小的冲裁间隙（单边间隙为材料厚度的5%～10%）。

2.弯曲和拉深

弯曲是使板料的一部分相对于另一部分弯成一定角度的冲压变形工序（如图3-30所示）。弯曲模的凸模端部和凹模边缘应做成一定的圆角，以防止工件外表面被弯裂或划伤；凹模的角度应略小于工件的角度。

拉深是使板料冲成开口的中空形状零件的冲压变形工序（如图3-31所示）。拉深模的凸模端部和凹模边缘除应带有圆角外，凸、凹模之间还应留有一定（略大于坯料厚度）的间隙；拉深过程中须用压边圈将板料边缘压紧，以防起皱。

（三）冲压模具

冲模按工序的组合特征可分为简单冲模、连续冲模和复合冲模。

简单冲模是指在冲床的一次冲程中只完成一个冲压工序的模具（如图3-32所示），其结构简单，制造容易，适用于小批量生产。连续冲模是指在冲床的一次冲程中，在模具的不同部位上能同时完成数道冲压工序的模具（如图3-33所示），其生产率高，易于实现自动化，但定位精度要求高，成本较高。复合冲模是指在冲床的一次冲程中，在模具的同一位置上能同时完成数道冲压工序的模具（如图3-34所示），其能保证零件的位置精度，生产率高，但制造复杂，成本高。