【導(dǎo)讀】清闡述它們相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)。3．鐓粗時(shí)金屬流動特點(diǎn)及其缺陷產(chǎn)生機(jī)理。應(yīng)采取哪些措施加

　　

【正文】 鍛件材料 外壁斜度 內(nèi)壁斜度 鋁、鎂合金 鋼、鈦、耐熱合金 3176?！?5176。 5176?！?7176。 5176?！?7176。 7176。、 10176。、 12176。 4．模鍛圓角半徑 模鍛件上所有兩平面轉(zhuǎn)接處均需 圓弧過渡，此過渡處稱為鍛件的圓角，如圖 229 所示。圓弧過渡有利于金屬的變形流動，鍛造時(shí)使金屬易于充滿模膛，提高鍛件質(zhì)量，并且可以避免在鍛模上的內(nèi)角處產(chǎn)生裂紋，減緩鍛模外角處的磨損，提高鍛模使用壽命。 圖 229 模鍛圓角半徑 圖 230 模鍛件常用沖孔連皮 鋼的模鍛件外圓角半徑 (ｒ )一般取 ～ 12mm，內(nèi)圓角半徑 (R)比外圓角半徑大 2～ 3倍。模膛深度越深，圓角半徑值越大。為了便于制模和鍛件檢測，圓角半徑尺寸已經(jīng)形成系列，其標(biāo)準(zhǔn)是 、 、 1 1 25 和 30等，單位為 mm。 5．沖孔連皮 由于錘上模鍛時(shí)不能靠上、下模的突 起部分把金屬完全排擠掉，因此不能鍛出通孔，終鍛后，孔內(nèi)留有金屬薄層，稱為沖孔連皮（圖 224），鍛后利用壓力機(jī)上的切邊模將其去除。常用的連皮形式是平底連皮，如圖 230 所示，連皮的厚度 t通常在 4～ 8mm范圍內(nèi)，可按下式計(jì)算： t=(d— — 5)+ (mm) 式中 d—— 鍛件內(nèi)孔直徑，單位為 mm； h—— 鍛件內(nèi)孔深度，單位為 mm。 連皮上的圓角半徑 R1，可按下式確定： R1=R++2 (mm) 孔徑 d＜ 25mm 或沖孔深度大于沖頭直徑的 3 倍時(shí)，只 在沖孔處壓出凹穴。 上述各參數(shù)確定后，便可繪制鍛件圖。圖 231 所示為齒輪坯模鍛件圖。圖中雙點(diǎn)劃線為零件輪廓外形，分模面選在鍛件高度方向的中部。由于零件輪輻部分不加工，故無加工余量。圖中內(nèi)孔中部的兩條直線為沖孔連皮切掉后的痕跡。 圖 231 齒輪坯模鍛件圖 （二）計(jì)算坯料質(zhì)量與尺寸 坯料質(zhì)量包括鍛件、飛邊、連皮、鉗口料頭以及氧化皮等的質(zhì)量。通常，氧化皮約占鍛件和飛邊總和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 %～ 4%。 （三）確定模鍛工序 模鍛工序主要根據(jù)鍛件的形狀與尺寸來確定。根據(jù)已確定的工序即可設(shè)計(jì)出制坯模膛、預(yù)鍛模膛及終鍛模膛。模鍛件按形狀可分為兩類：長軸類零件與盤類零件，如圖 232 所示。長軸類零件的長度與寬度之比較大，例如臺階軸、曲軸、連桿、彎曲搖臂等；盤類零件在分模面上的投影多為圓形或近于矩形，例如齒輪、法蘭盤等。 圖 232 模鍛零件 a)長軸類零件 b)盤類零件 1．長軸類模鍛件基本工序 常用的工序有拔長、滾擠、彎曲、預(yù)鍛和終鍛等。 拔長和滾擠時(shí)，坯料沿軸線方向流動，金屬體積重新分配，使坯料的各橫截面積與鍛件相應(yīng)的橫截面積近似相等。坯料的橫截面積大于鍛件最大橫截面積時(shí)，可只選用拔長工序；當(dāng)坯料的橫截面積小于鍛件最大橫截面積時(shí)，應(yīng)采用拔長和滾擠工序。 鍛件 的軸線為曲線時(shí)，還應(yīng)選用彎曲工序。 對于小型長軸類鍛件，為了減少鉗口料和提高生產(chǎn)率，常采用一根棒料上同時(shí)鍛造數(shù)個(gè)鍛件的鍛造方法，因此應(yīng)增設(shè)切斷工序，將鍛好的工件分離。 當(dāng)大批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜、終鍛成形困難的鍛件時(shí)，還需選用預(yù)鍛工序，最后在終鍛模膛中模鍛成形。 某些鍛件選用周期軋制材料作為坯料時(shí)，如圖 233 所示，可省去拔長、滾擠等工序，以簡化鍛模，提高生產(chǎn)率。 圖 233 軋制坯料模鍛 a)周期軋制材料 b)模鍛后形狀 ２．盤類模鍛件基本工序 常選用鐓粗、終鍛等工序。 對于形狀簡單的盤類零件，可只選用終鍛工序成形。對于形狀復(fù)雜，有深孔或有高肋的鍛件，則應(yīng)增加鐓粗、預(yù)鍛等工序。 ３．修整工序 坯料在鍛模內(nèi)制成模鍛件后，還須經(jīng)過一系列修整工序，以保證和提高鍛件質(zhì)量。修整工序包括以下內(nèi)容。 （ 1）切邊與沖孔 模鍛件一般都帶有飛邊及連皮，須在壓力機(jī)上進(jìn)行切除。 切邊模如圖 234a 所示，由活動凸模和固定凹模組成。凹模的通孔形狀與鍛件在分模面上的輪廓一致，凸模工作面的形狀與鍛件上部外形相符。 沖孔模如圖 234b 所示，凹模作為鍛件的支座，沖孔連皮從凹?？字新湎?。 圖 234 切邊模及沖孔模 a）切邊模 b）沖孔模 1— 凸模 2— 凹模 （ 2）校正 在切邊及其它工序中都可能引起鍛件的變形，許多鍛件，特別是形狀復(fù)雜的鍛件在切邊沖孔后還應(yīng)該進(jìn)行校正。校正可在終鍛模膛或?qū)ｉT的校正模內(nèi)進(jìn)行。 （ 3）熱處理 目的是消除模鍛件的過熱組織或加工硬化組織，以達(dá)到所需的力學(xué)性能。常用的熱處理方式為正火或退火。 （ 4）清理 為了提高模鍛件的表面質(zhì)量，改善模鍛件的切削加工性能，模鍛件需要進(jìn)行表面清理，去除在生產(chǎn)中產(chǎn)生的氧化皮、所沾油污及其它表面缺陷等。 （ 5）精壓 對于要求尺寸精度高和表面粗糙度小的模鍛件，還應(yīng)在壓力機(jī)上進(jìn)行精壓。精壓分為平面精壓和體積精壓兩種。 平面精壓如圖 235a 所示，用來獲得模鍛件某些平行平面間的精確尺寸。體積精壓如圖235b 所示，主要用來提高鍛件所有尺寸的精度、減小模鍛件的質(zhì)量差別。精壓模鍛件的尺寸精度偏差可達(dá)177。 (～ )mm，表面粗糙度 Rα 可達(dá) ～ m 。 圖 235 精壓 a)平面精壓 b)體積精壓 彎曲連桿模鍛工序如圖 226 所示，坯料經(jīng)過拔長、滾擠、彎曲三個(gè)工序后，形狀接近于鍛件，然后經(jīng)預(yù)鍛及終鍛兩個(gè)模膛制成有飛邊的鍛件，最后切邊，得到彎曲連桿模鍛件。 （四）選擇鍛造設(shè)備 錘上模鍛的設(shè)備： 蒸汽 空氣錘、無砧座錘、高速錘等。 （五）確定鍛造溫度范圍 模鍛件的生產(chǎn)也在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，與自由鍛生產(chǎn)相似。 四、錘上模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性 設(shè)計(jì)模鍛零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)模鍛特點(diǎn)和工藝要求，使其結(jié)構(gòu)符合下列原則： 1． 模鍛零件應(yīng)具有合理的分模面，以使金屬易于充滿模膛，模鍛件易 于從鍛模中取出，且敷料最少，鍛模容易制造。 2． 模鍛零件上，除與其它零件配合的表面外，均應(yīng)設(shè)計(jì)為非加工表面。模鍛件的非加工表面之間形成的角應(yīng)設(shè)計(jì)模鍛圓角，與分模面垂直的非加工表面，應(yīng)設(shè)計(jì)出模鍛斜度。 3． 零件的外形應(yīng)力求簡單、平直、對稱，避免零件截面間差別過大，或具有薄壁、高肋、等不良結(jié)構(gòu)。一般說來，零件的最小截面與最大截面之比不要小于 ，如圖 236a 所示零件的凸緣太薄、太高，中間下凹太深，金屬不易充型。如圖 236b 所示零件過于扁薄，薄壁部分金屬模鍛時(shí)容易冷卻，不易鍛出，對保護(hù)設(shè)備和鍛模也不利。如圖 236c所示零件有一個(gè)高而薄的凸緣，使鍛模的制造和鍛件的取出都很困難。改成如圖 236d所示形狀則較易鍛造成形。 圖 236 模鍛件結(jié)構(gòu)工藝性 4． 在零件結(jié)構(gòu)允許的條件下，應(yīng)盡量避免有深孔或多孔結(jié)構(gòu)?？讖叫∮?30mm 或孔深大于直徑兩倍時(shí)，鍛造困難。如圖 237 所示齒輪零件，為保證纖維組織的 連貫性以及更好的力學(xué)性能，常采用模鍛方法生產(chǎn)，但齒輪上的四個(gè)Φ 20mm的孔不方便鍛造，只能采用機(jī)加工成形。 圖 237 模鍛齒輪零件 5． 對復(fù)雜鍛件，為減少敷料，簡化模鍛工藝，在可能條件下，應(yīng)采用鍛造 — 焊接或鍛造 — 機(jī)械聯(lián)接組合工藝，如圖 238 所示。 圖 238 鍛焊結(jié)構(gòu)模鍛零件 a）模鍛件 b）焊合件 五、其它模鍛方法 除了錘上模鍛外，壓力機(jī)上模鍛和胎模鍛等模鍛方法也有著較為廣泛的應(yīng)用。 （一）壓力機(jī)上模鍛 用于模鍛生產(chǎn)的壓力機(jī)有摩擦壓力機(jī)、平鍛機(jī)、水壓機(jī)、曲柄壓力機(jī)等，其工藝特點(diǎn)的比較見表 29。 表 29 壓力機(jī)上模鍛方法的工藝特點(diǎn)比較 鍛造方法 設(shè)備類型 工藝特點(diǎn) 應(yīng) 用 結(jié)構(gòu) 構(gòu)造特點(diǎn) 摩擦壓力機(jī)上模鍛 摩擦壓力機(jī) 滑塊行程可控，速度為（ ~） m/s，帶有頂料裝置，機(jī)架受力，形成封閉力系，每分鐘行程次數(shù)少，傳動效率低 特別適合于鍛造低塑性合金鋼和非鐵金屬；簡化了模具設(shè)計(jì)與制造，同時(shí)可鍛造更復(fù)雜的鍛件；承受偏心載荷能力差；可實(shí)現(xiàn)輕、重打，能進(jìn)行多次鍛打，還可進(jìn)行彎曲、精壓、切飛邊、沖連皮、校正等工序 中、小型鍛件的小批和中批生產(chǎn) 曲柄壓力機(jī)上模鍛 曲柄壓力機(jī) 工作時(shí)，滑塊行程固定，無震動，噪音小， 合模準(zhǔn)確，有頂桿裝置，設(shè)備剛度好 金屬在模膛中一次成形，氧化皮不易除掉，終鍛前常采用預(yù)成形及預(yù)鍛工步，不宜拔長、滾擠，可進(jìn)行局部鐓粗，鍛件精度較高，模鍛斜度小，生產(chǎn)率高，適合短軸類鍛件 大批大量生產(chǎn) 平鍛機(jī)上模鍛 平鍛機(jī) 滑塊水平運(yùn)動，行程固定，具有互相垂直的兩組分模面，無頂出裝置，合模準(zhǔn)確，設(shè)備剛度好 擴(kuò)大了模鍛適用范圍，金屬在模膛中一次成形，鍛件精度較高，生產(chǎn)率高，材料利用率高，適合鍛造帶頭的桿類和有孔的各種合金鍛件，對非回轉(zhuǎn)體及中心不對稱的鍛件較難鍛造 大批大量生產(chǎn) 水壓 機(jī)上模鍛 水壓機(jī) 行程不固定，工作速度為（ ~） m/s，無震動，有頂桿裝置 模鍛時(shí)一次壓成，不宜多膛模鍛，適合于鍛造鎂鋁合金大鍛件，深孔鍛件，不太適合于鍛造小尺寸鍛件 大批大量生產(chǎn) （二）胎模鍛 胎模是一種不固定在鍛造設(shè)備上的模具，結(jié)構(gòu)較簡單，制造容易，如圖 239 所示。胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上用胎模生產(chǎn)模鍛件的工藝方法，因此胎模鍛兼有自由鍛和模鍛的特點(diǎn)。胎模鍛適合于中、小批量生產(chǎn)小型多品種的鍛件，特別適合于沒有模鍛設(shè)備的工廠。 圖 239 胎模示意圖 胎模鍛工藝過程包括制訂工藝規(guī)程、制造胎模、備料、加熱、胎模鍛及后續(xù)加工工序等。在工藝規(guī)程制訂中，分模面的選取可靈活一些，分模面的數(shù)量不限于一個(gè)，而且在不同工序中可選取不同的分模面，以便于制造胎模和使鍛件成形。 上一節(jié) 下一節(jié) ] 第五節(jié) 其它塑性成形方法 隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對金屬塑性成形加工生產(chǎn)提出了越來越高的要求，不僅要求生產(chǎn)各種毛坯，而且要求能直接生產(chǎn)出更多的具有較高精度與質(zhì)量的成品零件。其它塑性成形方法在生產(chǎn)實(shí)踐中也得到了迅速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，例如 擠壓、 拉拔、輥軋、精密模鍛、精密沖裁 等。 一、擠壓 擠壓： 指對擠壓模具中的金屬錠坯施加強(qiáng)大的壓力作用，使其發(fā)生塑性變形從擠壓模具的?？谥辛鞒?，或充滿凸、凹模型腔，而獲得所需形狀與尺寸制品的塑性成形方法。 擠壓法的特點(diǎn)： （ 1） 三向壓應(yīng)力狀態(tài)，能充分提高金屬坯料的塑性，不僅有銅、鋁等塑性好的非鐵金屬，而且碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼及工業(yè)純鐵等也可以采用擠壓工藝成形。在一定變形量下，某些高碳鋼、軸承鋼、甚至高速鋼等也可以進(jìn)行擠壓成形。對于要進(jìn)行軋制或鍛造的塑性較差的材料，如鎢和鉬等，為了改善其組織和性能，也可采用擠 壓法對錠坯進(jìn)行開坯。 （ 2） 擠壓法可以生產(chǎn)出斷面極其復(fù)雜的或具有深孔、薄壁以及變斷面的零件。 （ 3） 可以實(shí)現(xiàn)少、無屑加工，一般尺寸精度為 IT8～ IT9，表面粗糙度為 ～ m， 從而 （ 4） 擠壓變形后零件內(nèi)部的纖維組織連續(xù)，基本沿零件外形分布而不被切斷，從而提高了金屬的力學(xué)性能。 （ 5） 材料利用率、生產(chǎn)率高；生產(chǎn)方便靈活，易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。 擠壓方法的分類： 1．根據(jù) 金屬流動方向 和凸模運(yùn)動方向的不同可分為以下四種方式： （１） 正擠壓 金屬流動方向與凸模運(yùn)動方向相同，如圖 269 所 示。 （２） 反擠壓 金屬流動方向與凸模運(yùn)動方向相反，如圖 270 所示。 （３） 復(fù)合擠壓 金屬坯料的一部分流動方向與凸模運(yùn)動方向相同，另一部分流動方向與凸模運(yùn)動方向相反，如圖 271 所示。 （４） 徑向擠壓 金屬流動方向與凸模運(yùn)動方向成 90176。角，如圖 272 所示。 圖 269 正擠壓 圖 270 反擠壓 圖 271 復(fù)合擠壓 圖 272 徑向擠壓 2．按照擠壓時(shí) 金屬坯料所處的溫度 不同，可分為熱擠壓、溫?cái)D壓和冷擠壓三種方式： （１）熱擠壓 變形溫度高于金屬材料的再結(jié)晶溫度。熱擠壓時(shí)，金屬變形抗力較小，塑性較好，允許每次變形程度較大，但產(chǎn)品的尺寸精度較低，表面較粗糙。應(yīng)用于生產(chǎn)銅、鋁、鎂及其合金的型材和管材等，也可擠壓強(qiáng)度較高、尺寸較大的中、高碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼等零件。目前，熱擠壓越來越多地用于機(jī)器零件和毛坯的生產(chǎn)。 （２）冷擠壓 變形溫度低于材料再結(jié)晶溫度（通常是室溫）的擠壓工藝。冷擠 壓時(shí)金屬的變形抗力比熱擠壓大得多，但產(chǎn)品尺寸精度較高，可達(dá) IT8~IT9，表面粗糙度為~ m，而且產(chǎn)品內(nèi)部組織為加工硬化組織，提高了產(chǎn)品的強(qiáng)度。目前可以對非鐵金屬及中、低碳鋼的小型零件進(jìn)行冷擠壓成形，為了降低變形抗力，在冷擠壓前要對坯料進(jìn)行退火處理。 冷擠壓時(shí)，為了降低擠壓力，防止模具損壞，提高零件表面質(zhì)量，必須采取 潤滑措施 。由于冷擠壓時(shí)單位壓力大，潤滑劑易于