铸造和冲压课件

铸造和冲压教学目标：1.了解锻压的基础知识、金属的加热和锻件的冷却等基础知识。2.掌握自由锻的工具设备与工艺过程、模型锻和冲压等内容。重点、难点：掌握自由锻工艺过程和冲压等内容。课题导入：各种钢材和大多数有色金属及合金都具有一定的塑性，因此它们可以在热态或冷态下进行压力加工，而锻造和冲压（锻压）是其中的两类加工方式。

第一节锻压的基本知识

锻压是在外力作用下使金属坯料产生塑性变形，从而获得具体有一点形状和尺寸的锻压件的加工方法。一.锻造（俗称”打铁”）锻造：利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能，一定形状和尺寸锻件的加工方法。所有的是具有良好塑性变形的金属材料。1.铸造分类：（1）自由锻：使金属坯料在上、下砧之间受到冲击力或压力而产生变形以制造锻件的方法。常见压力加工。自由锻按设备不同分为：手工自由锻和机器自由锻。（2）模型锻：使金属坯料在上下锻模的模膛内受到冲击或压力而变形以获得锻件的方法。铸造的特点：1.能改善金属的内部组织，提高机械性能。通过锻造可使材料内部疏松、气孔压实。细化晶粒及组织。2.具有较高的生产效率。3.锻造生产的精密模锻件尺寸、精度及表面粗糙度都能接近成品零件要求。减少切削损耗，节约材料。4.锻造可锻打不到一公斤的小件，也可锻打数吨的大件。5.不足，不可锻造外形及内腔复杂的工件。二.冲压冲压式是借冲床的压力用冲模将薄板材料进行分离或变形的加工方法。厚度小于8mm的薄钢板通常在常温下进行加工，所以又叫冷冲压。厚钢板则需加热后再进行冲压。锻压工安全技术1.锻压工工作时要穿戴好工作服、鞋、帽、手套。2.头和手不能进入空气锤锤头之下，以防碰伤。3.不可直接用手和脚接触金属材料，以免烫伤。4.切断料头时，人不得站在料头飞出方向。5.随时检查锤柄是否松动，及其他工具损坏现象。6.清理炉子，取放工件时，应半闭风门三.其他压力加工方法1.轧制轧制：将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产型材、板材、管材。分冷轧、热轧。轧制有热轧和冷轧两种。2.挤压加工挤压加工：把金属毛坯放在挤压模腔内，通过压力机上固定的

凸模向毛坯施加压力，使金属毛坯产生塑性变形而制得零件的加工方法。分类：正挤压、反挤压、复合挤压3.拉拔在外加拉力作用下，迫使金属通过模孔产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的制品的加工方法，称为拉拔。4.粉末锻造粉末锻造通常是指将粉末烧结的预成形坯经加热后，在闭式模中锻造成零件的成形工艺方法。它是将传统粉末冶金和精密锻造结合起来的一种新工艺，并兼两者的优点。

总之，锻压的应用非常广泛，是目前机械制造业中，毛坯生产的重要加工方法之一。第二节金属的加热和锻件的冷却一.锻造的加热温度范围锻造时金属坯料一般都需要加热，其目的在于提高坯料的塑性，降低金属对变形的抵抗力，使锻造容易进行。但是，加热温度过高，会造成坯料过烧，称为废品。同时在锻造过程中，随着温度逐渐降低，坯料的塑性越来越差。温度下降到一定温度，坯料容易开裂。因此，必须确定合理的锻造温度范围，是保证质量的重要因素。金属坯料在加热时允许加热的最高温度，称为该金属的始锻温度（开始锻造的温度）；金属坯料停止锻造的温度或者说不宜再锻的温度，称为该金属的终锻温度。从始锻温度到终锻温度之间的温度称为锻造温度。1.始锻温度始锻温度高一些可以延长加工时间。但是，加热温度过高，会使晶粒粗大，甚至出现过烧。温度太低会使工件塑性差。碳素钢的始锻温度随含碳量增加降低，低碳钢为1250°左右，碳素工具钢为1150°左右。一般始锻温度比原材料熔点低100—200°左右较为合适。合金钢的始锻温度比含碳量相同的碳素钢低一些。操作方法：较小锻件直接入高温炉快速加热。大型锻件或高碳钢、合金钢锻件，由于导热性差或塑性差，加热速度过快会造成表面与心部温差过大，可能导致坯料的开裂。因此，对于这类锻件的加热，一般是先将坯料随炉膛一起缓慢升温到900°左右保温，使内外温度一致时，再适当提高升温速度，把坯料加热到始锻温度2.终锻温度碳素钢800°左右合金钢800—900°左右终锻温度选择低一些，可以延长锻打时间，减少加热次数。但是，温度过低，变形抗力增大，金属塑性降低，使可锻性变差，同时会产生开裂或加工硬化。过高，在高温时停锻，锻件的晶粒会粗大，降低了锻件的力学性能。碳素钢加热温度与火色颜色：加热炉根据能源不同，分为电加热炉和火焰加热炉加热缺陷（1）氧化、脱碳（2）过热、过烧二.锻件的冷却方法锻件冷却不恰当，将直接影响产品质量。根据锻件冷却快慢的要求，冷却方式有以下三种：1.空冷2.坑冷3.炉冷自由锻的工具设备与工艺

自由锻工具衬垫工具、夹持工具、锻打工具、支持工具盒测量工具自由锻的设备1.空气锤：是用于锤击锻件变形。锻造时操控空气锤的方法是通过控制把手柄或脚踏杠杠控制旋阀的旋转角度，使锤头完成各种动作压紧锻件。单次打击，连续打击等不同的动作能使锤头产生不同的锤击力。空气锤的规格以锤头落下的重量表示。（适用中小型锻件的生产）2.其他设备：大型锻件用蒸汽—空气自由锻锤及水压机自由锻基本工序1.镦粗：使坯料减低高度，横截面积增大的工序。适合加工齿轮、叶轮、圆盘内零件，都是用横截面积较小的坯料，锻造成截面积较大，高度较小的零件。（1）整体镦粗时为了防止坯料纵向弯曲，坯料镦粗部分的高度不应大于坯料直径的2.5—3倍。（2）局部镦粗时可直接对镦粗部分加热，然后在漏盘上进行，以限制变形范围。自由锻基本工序2.拔长：是使坯料横截面积减小、长度增加的锻造工序。适用于光轴、拉杆、连杆较长的零件。为防止拔长时坯料产生变形和折叠，应注意掌握好锤击时的送进量。自由锻基本工序

锻孔：在锻件上锻出通孔或不通孔的锻造工序。（1）冲孔：用冲子在坯料上锻出通孔或不通孔。较薄的坯料通常采用单面冲孔。需要用漏盘将坯料垫起，将冲子大头向下，不断打击冲子，直至把孔冲穿。较厚较大的锻件，一般采用双面冲孔，把先把孔冲到坯料厚度2/3—3/4时，取出冲子，翻转坯料，从反面将孔冲穿。（2）扩孔：将原有的孔扩大。冲子扩孔常用于扩大孔径不太大二孔壁较厚的孔。芯轴扩孔常用于扩大孔壁较薄、孔径较大的孔。弯曲：将坯料弯成所需形状。如：吊钩自由锻变形工艺过程影响锻件变形工艺最主要的因素有锻件的原材料、各基本工序的特点、锻件的形状尺寸、产生批量和技术要求等。在实际生产中，应根据生产条件，参照类似锻件的典型工艺来制定具体锻件的工艺过程。1.齿轮类锻件：镦粗—在垫环内局部镦粗—滚圆--冲孔—扩孔—滚圆—平整端面。2.薄避环形锻件：镦粗—冲孔—芯轴扩孔—平整端面。模型锻造模型锻造:用具有较高强度的金属材料制成与锻件形状、尺寸相适应的锻模，以锻模的模腔来控制坯料的流动，使之被迫在模膛内成形，最终获得和锻模模膛相适应的锻件的锻造方法。模型锻造与自由锻的区别：1.模型锻造可以生产形状复杂、精度较高、表面粗糙度值低、劳动生产效率高的产品，生产条件也有所改善。2.模型锻的设备造价较高，能量消耗大，生产周期长，工艺灵活性差，只适应于中、小型锻件的批量生产。分类：胎膜锻、模锻一、胎膜锻是在自由锻基础上用简单的模具生产锻件的一种常用锻造方法。锻造时胎膜不固定在锤头或砧座上，根据加工过程的需要，可随时将胎膜放在进行锻造。

1.胎膜锻的种类：扣模多用于非回转体锻件的扣型和制坯。由NordriDesign™提供合模主要用于锻造连杆、叉形件等形状较复杂的非回转体锻件。套筒模主要用于锻造齿轮、法兰盘的回转体锻件。胎膜锻的特点：

胎膜锻同时具有自由锻和模锻的某些特点，但和模锻相比，不需要昂贵的模锻设备、锻模制造成本比较低、适应性强。锻件在模内最终成形，锻件形状较准确、表面质量和尺寸精度较高、力学性能较好、生产效率较高，因而，胎膜锻为在自由锻设备上生产模锻件提供了有效途径。胎膜锻每次成形时，每个胎膜都是独立使用的，都可以有自己的分模面，这样就提供了从不同方向锻制锻件的可能性，所以胎膜锻甚至能锻出模锻难以生产出的形状很复杂的锻件。因此，胎膜锻在没有模锻设备的中小型工厂中得到广泛应用。胎膜锻主要适用于中小批量的锻件生产。缺点：模具寿命低、需要较大吨位的自由锻设备。

二、模锻模锻是在锻压设备动力作用下使坯料在锻模模膛中塑性流动从而获得锻件的锻造方法。分类：锤上模锻、平锻机模锻、螺旋压力机模锻、曲柄压力机模锻和水压机模锻等冲压冲压是在冲床的压力作用下，利用装在冲床上的冲模，使板料分离或变形，从而获得板件的加工方法。（冷冲压）优点：生产效率高，冲压件尺寸精确，表面光洁，一般不再进行加工即可作为零件适用。缺点：冲模成本高，只适合大批量生产。冲压设备剪板机、机械压力机（冲床）、油压机剪板机的作用是将板料按冲压件需要剪切成供冲压生产用的条形坯料机械压力机和油压机用来完成冲压工作。剪板机和机械压力机工作时，都是利用曲柄机构由电动机经带轮传来的回转运动转换给滑块变成往复直线运动，并带动安装在滑块上的刀口完成冲压工作。冲压基本工序1.分离工序是使坯料一部分与另一部分分离的工序。（1）剪切。使板料沿不封闭的轮廓分离工序（2）落料和冲孔。过程相同，作用不同。落料是从本料冲切下来所需要的板件，被凸模冲切下来的部分是成品，剩余的板料是余料。冲孔是在板料上冲出所需要的空洞，冲孔后的板料是成品，被冲模冲掉的是废料。

2.变形工序（1）弯曲。使板料的一部分相对于另一部分弯转一定角度的冲压工序。（2）拉深。是将平板坯料制成中空形状或盒形零件的工序。（3）翻边。把平板坯料的边缘按曲线或圆弧弯成竖立的边缘或在带孔的平板坯料上用扩孔的方法获得得凸缘的方法。高速电主轴在卧式镗铣床上的应用越来越多，除了主轴速度和精度大幅提高外，还简化了主轴箱内部结构，缩短了制造周期，尤其是能进行高速切削，电主轴转速最高可大10000r/min以上。不足之处在于功率受到限制，其制造成本较高，尤其是不能进行深孔加工。而镗杆伸缩式结构其速度有限，精度虽不如电主轴结构，但可进行深孔加工，且功率大，可进行满负荷加工，效率高，是电主轴无法比拟的。因此，两种结构并存，工艺性能各异，却给用户提供了更多的选择。现在，又开发了一种可更换式主轴系统，具有一机两用的功效，用户根据不同的加工对象选择使用，即电主轴和镗杆可相互更换使用。这种结构兼顾了两种结构的不足，还大大降低了成本。是当今卧式镗铣床的一大创举。电主轴的优点在于高速切削和快速进给，大大提高了机床的精度和效率。卧式镗铣床运行速度越来越高，快速移动速度达到25～30m/min，镗杆最高转速6000r/min。而卧式加工中心的速度更高，快速移动高达50m/min，加速度5m/s2，位置精度0.008～0.01mm，重复定位精度0.004～0.005mm。落地式铣镗床铣刀由于落地式铣镗床以加工大型零件为主，铣削工艺范围广，尤其是大功率、强力切削是落地铣镗床的一大加工优势，这也是落地铣镗床的传统工艺概念。而当代落地铣镗床的技术发展，正在改变传统的工艺概念与加工方法，高速加工的工艺概念正在替代传统的重切削概念，以高速、高精、高效带来加工工艺方法的改变，从而也促进了落地式铣镗床结构性改变和技术水平的提高。当今，落地式铣镗床发展的最大特点是向高速铣削发展，均为滑枕式(无镗轴)结构，并配备各种不同工艺性能的铣头附件。该结构的优点是滑枕的截面大，刚性好，行程长，移动速度快，便于安装各种功能附件，主要是高速镗、铣头、两坐标双摆角铣头等，将落地铣镗床的工艺性能及加工范围达到极致，大大提高了加工速度与效率。传统的铣削是通过镗杆进行加工，而现代铣削加工，多由各种功能附件通过滑枕完成，已有替代传统加工的趋势，其优点不仅是铣削的速度、效率高，更主要是可进行多面体和曲面的加工，这是传统加工方法无法完成的。因此，现在，很多厂家都竞相开发生产滑枕式(无镗轴)高速加工中心，在于它的经济性，技术优势很明显，还能大大提高机床的工艺水平和工艺范围。同时，又提高了加工精度和加工效率。当然，需要各种不同