金工实习：锻压部分

第一节 锻压概述 锻压部分 目 录 TOC \o "1-3" \h \z \u 第一节 锻压概述(指导人员用) 2 一、锻压概念 2 二、锻造对零件力学性的影响 2 第二节 金属的加热与锻件的冷却 4 一、金属的加热 4 二、锻件的冷却 8 三、锻件的热处理 8 第三节 自由锻造 9 一、自由锻的特点 9 二、自由锻的基本工序 9 第四节 模型锻造 16 一、模锻 16 二、胎模锻 16 第五节 板料冲压 18 一、冲压生产概述 18 二、板料冲压的主要工序 18 三、冲压主要设备 19 第六节 自由锻造的工具和设备(实践操作用) 22 一、机器自由锻及其设备 22 二、手工自由锻 25 锻造实习安全技术守则 27 第一节 锻压概述 （指导人员用） 一、锻压概念 锻压是在外力作用下使金属材料产生塑性变形，从而获得具有一定形状和尺寸的毛坯或零件的加工方法。它是机械制造中的重要加工方法。锻压包括锻造和冲压。锻造又可分为自由锻造和模型锻造两种方式。自由锻还可分为手工锻和机器锻两种。 用于锻压的材料应具有良好的塑性，以便锻压时产生较大的塑性变形而不致被破坏。在常用的金属材料中，铸铁无论是在常温或加热状态下，其塑性都很差，不能锻压。低中碳钢、铝、铜等有良好的塑性，可以锻压。 在生产中，不同成分的钢材应分别存放，以防用错。在锻压车间里，常用火花鉴别法来确定钢的大致成分。 锻造生产的工艺过程为：下料—加热—锻造—热处理—检验。 在锻造中、小型锻件时，常以经过轧制的圆钢或方钢为原材料，用锯床、剪床或其它切割方法将原材料切成一定长度，送至加热炉中加热到一定温度后，在锻锤或压力机进行锻造。塑性好、尺寸小的锻件，锻后可堆放在干燥的地面冷却；塑性差、尺寸大的锻件、应在灰砂或一定温度的炉子中缓慢冷却，以防变形或裂缝。多数锻件锻后要进行退火或正火热处理，以消除锻件中内的应力和改善金属组织。热处理后的锻件，有的要进行清理，去除 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面油垢及氧化皮，以便检查表面缺陷。锻件毛坯经质量检查合格后要进行机械加工。 冲压多以薄板金属材料为原材料，经下料冲压制成所需要的冲压件。冲压件具有强度高、刚性大，结构轻等优点。在汽车、拖拉机、航空、仪表以及日用品等工业的生产中占有极为重要的地位。 二、锻造对零件力学性的影响 经过锻造加工后的金属材料，其内部原有 的缺陷（如裂纹，疏松等）在锻造力的作用下 可被压合，且形成细小晶粒。因此锻件组织致 密、力学性能（尤其是抗拉强度和冲击韧度） 比同类材料的铸件大大提高。机器上一些重要 零件（特别是承受重载和冲击载荷）的毛坯， 通常用锻造方法生产。使零件工作时的正应力 与流线的方向一致，切应力的方向与流线方向 垂直。图1-1所示，用圆棒料直接以车削方法 制造螺栓时，头部和杆部的纤维不能连贯而被切断，头部承受切应力时与金属流线方向一致，故质量不高。而采用局部镦粗法制造螺栓时，其纤维未被切断，且具有较好的纤维方向，故质量较高。 有些零件，为保证纤维方向和受力方向一致，应采用保持纤维方问连续性的变形工艺，使锻造流线的分节与零件外形轮廓相符合而不被切断，如吊钩用弯曲、钻头用扭转等。广泛采用的“全纤维曲轴锻造法”（图1-2b），可以显著提高其力学性能，延长使用寿命。 第二节 金属的加热与锻件的冷却 一、金属的加热 加热的目的是提高金属的塑性和降低其变形抗力，即提高金属的可锻性。除少数具有良好塑性的金属可在常温下锻造成形外，大多数金属在常温下的可锻性较低，造成锻造困难或不能锻造。但将这些金属加热到一定温度后，可以大大提高可锻性，并只需要施加较小的锻打力，便可使其发生较大的塑性变形，这就称热锻。 加热是锻造工艺过程中的一个重要环节，它直接影响锻件的质量。加热温度如果过高，会使锻件产笾加热缺焰，甚至造成废品。因此，为了保证金属在变形时具有良好的塑性，又不致产生加热缺陷，锻造必须在合理的温度范围内进行。各种金属材料锻造时允许的最高加热温度称为该材料的始锻温度；终止锻造的温度称为该材料的终锻温度。 1. 加热设备 按所用能源和形式的不同，锻造炉 有多种分类。在锻工实习中常用的是以 烟煤为燃料的手锻炉，如图2-1所示。 由炉膛、炉罩、烟筒、风门和风管等组 成。它结构简单，操作容易，但生产率 低，加热质量不高，在小件生产和维修 工作中应用较多。 手锻炉点燃步骤如下：先关闭风门 然后合闸开动鼓风机，将炉膛内的碎木 或油棉纱点燃；逐渐打开风门，向火苗 四周加干煤；待烟煤点燃后覆以湿煤并 加大风量，待煤烧旺后，即可放入坯料 进行加热。 (1) 反射炉 反射炉也是以煤为燃料的火焰加热炉，结构如图2-2所示。燃烧室中产生的高温炉气越过火墙进入加热室(炉膛)加热坯料，废气经烟道排出，坯料从炉门装取。 反射炉的点燃步骤如下：先小开风门，依次引燃木材、煤焦和新煤后，再加大风门。 (3) 油炉和煤气炉 此两种炉分别以重油和煤气为燃料，结构基本相同，仅喷嘴结构有异。油炉和煤气炉的结构形式很多，有室式炉、 开隙式炉、推杆式连续炉和转底 炉等。图2-3为室式重油加热炉 示意图，由炉膛、喷嘴、炉门和 烟道组成。其燃烧室和加热室合 为一体，即炉膛。坯料码放在炉 底板上。喷嘴布置在炉膛两侧， 燃油和压缩空气分别进入喷嘴。 压缩空气由喷嘴喷出时，将燃油 带出并喷成雾状，与空气均匀混 合并燃烧以加热坯料。用调节喷 油量及压缩空气的方法来控制炉 温的变化。 (4) 电阻炉 电阻炉是利用电流通过布置在炉膛围壁上的电热元件产生的电阻热为热源，通过辐射和对流将坯料加热的。炉子通常作成箱形，分为中温箱式电阻炉和高温箱式电阻炉。中温箱式电阻炉如图2-4所示，以电阻丝为电热元件，通常做成丝状或带状，放在炉内的砖槽中或搁板上，最高使用温度为1000℃；高温电阻炉通常以硅碳棒为电热元件，最高使用温度为1350℃。 箱式电阻炉结构简单，体积小，操作简便，炉温均匀并易于调节，小批量生产或科研实验中广泛采用。 图2-3 室式重油炉示意图 图2-4 箱式电阻炉示意图 1-踏杆（控制炉门升降） 2-炉门 3-装料、出料炉口 4-电热体 5-加热室 (5) 电接触加热装置 如图2-5所示，坯料的两端由触头 夹持，施以一定的夹紧力，使触头紧紧 贴合在坯料表面上，将工频电流通过触 头引入被加热的坯料。由于坯料本身具 有电阻，产生的电阻热将其自身加热。 电接触加热是直接在被加热的坯料上将 电能转换成热能，因而具有设备结构简 单、热效率高(75％～85％)等优点，特 别适于细长棒料加热和棒料局部加热。 但它要求被加热的坯料表面光洁，下料 图2-5 接触电加热原理 规则，端面平整。 (6) 感应加热设备 如图2-6所示，当感应线圈中通入 交流电时，则在线圈周围空间建立交变 磁场，位于线圈中部的工件表面产生感 应电流，密集于工件表面的交变电流使 工件表面被迅速加热至800～1000℃， 而其心部温度只接近于室温。感应器中 一般通入中频或高频交流电，线圈中交 流电的频率越高，工件受热层越薄。工 件在加热的同时旋转向下运动，此时可 立即喷水冷却加热好的部位。该设备可 加热、冷却连续进行，主要用于轴类零 件表面的快速加热、冷却，以实现表面 淬火的要求。感应电加热设备复杂，但 图2-6 感应加热原理 加热速度快，加热规范稳定，具有良好的重复性，适于大批量生产。 2. 锻造温度范围 坯料开始锻造的温度（始锻温度）和终止锻造的温度（终锻温度）之间的温度间隔，称为锻造温度范围（见表2-1）。在保证不出现加热缺陷的前提下，始锻温度应取得高一些，以便有较充裕的时间锻造成形，减少加热次数。在保证坯料还有足够塑性的前提下，终锻温度应定得低一些，以便获得内部组织细密、力学性能较好的锻件，同时也可延长锻造时间，减少加热火次。但终锻温度过低会使金属难以继续变形，易出现锻裂现象和损伤锻造设备。 表2-1 常用钢材的锻造温度范围: 钢 类 始锻温度 终锻温度 钢 类 始锻温度 终锻温度 碳素结构钢 合金结构钢 碳素工具钢 合金工具钢 1200-1250 1150-1200 1050-1150 1050-1150 800 800-850 750-800 800-850 高速工具钢 耐 热 钢 弹 簧 钢 轴 承 钢 1100-1150 1100-1150 1100-1150 1080 900 800-850 800-850 800 3. 锻造温度的控制方法 (1) 温度计法 通过加热炉上的热电偶温度计，显示炉内温度，可知道锻件的温度；也可以使用光学高温计观测锻件温度。 (2) 目测法 实习中或单件小批生产的条件下可根据坯料的颜色和明亮度不同来判别温度，即用火色鉴别法。见表2-2。 表2-2 碳钢温度与火色的关系 火色 黄白 淡黄 黄 淡红 樱红 暗红 赤褐 温度(℃) 1300 1200 1100 900 800 700 600 4. 碳钢常见的加热缺陷 由于加热不当，碳钢在加热时可出现多种缺陷，碳钢常见的加热缺陷见表2-3。 表2-3 碳钢常见的加热缺陷 名称 实 质 危 害 防止（减少） 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 氧化 坯料表面铁元素氧化 烧损材料；降低锻件精度和表面质量；减少模具寿命 在高温区减少加热时间；采用控制 炉气成分的少无氧化加热或电加热等 脱碳 坯料表面碳分氧化 降低锻件表面硬度，表层易产生龟裂 过热 加热温度过高，停留时间长造成晶粒大 锻件力学性能降低，须再经过锻造或热处理才能改善 控制加热温度，减少高温加热时间 过烧 加热温度接近材料熔化温度，造成晶粒界面杂质氧化 坯料一锻即碎，只得报废 裂纹 坯料内外温差太大，组织变化不匀造成材料内应力过大 坯料产生内部裂纹，报废 某些高碳或大型坯料，开始加热时应缓慢升温 二、锻件的冷却 锻件冷却是保证锻件质量的重要环节。通常，锻件中的碳及合金元素含量越多，锻件体积越大，形状越复杂，冷却速度越要缓慢，否则会造成表面过硬不易切削加工、变形甚至开裂等缺陷。常用的冷却方法有三种。 1．空冷 锻后在无风的空气中，放在干燥的地面上冷却。常用于低、中碳钢和合金结构钢的小型锻件。 2．坑冷 锻后在充填有石灰、砂子或炉灰的坑中冷却。常用于合金工具钢锻件，而碳素工具钢锻件应先空冷至650～700℃，然后再坑冷。 3．炉冷 锻后放入500～700℃的加热炉中缓慢冷却。常用于高合金钢及大型锻件。 表2-5 锻件常用的冷却方式 方 式 特 点 适 用 场 合 空 冷 锻后置空气中散放，冷速快，晶粒细化 低碳、低合金中小件或锻后不直接切削加工件 坑冷（堆冷） 锻后置干沙坑内或箱内堆在一起，冷速稍慢 一般锻件，锻后可直接切削 炉 冷 锻后置原加热炉中，随炉冷却，冷速极慢 含碳或含合金成分较高的中、大件，锻后可切削 三、锻件的热处理 在机械加工前，锻件要进行热处理，目的是均匀组织，细化晶粒，减少锻造残余应力，调整硬度，改善机械加工性能，为最终热处理做准备。常用的热处理方法有正火、退火、球化退火等。要根据锻件材料的种类和化学成分来选择。 第三节 自由锻造 自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。 自由锻造分手工自由锻和机器自由锻两种。 一、自由锻的特点 ⑴ 应用设备和工具有很大的通用性，且工具简单，所以只能锻造形状简单的锻件，操作强度大，生产率低； ⑵ 自由锻可以锻出质量从不到1kg到200～３00t的锻件。对大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，因此自由锻在重型机械制造中有特别重要的意义； ⑶ 自由锻依靠操作者控制其形状和尺寸，锻件精度低，表面质量差，金属消耗也较多。 所以，自由锻主要用于品种多，产量不大的单件小批量生产，也可用于模锻前的制坯工序。 工序是指在一个工作地点对一个工件所连续完成的那部分工艺过程。 无论是手工自由锻、锤上自由锻以及水压机上自由锻，其工艺过程都是由一些锻造工序所组成。根据变形的性质和程度不同，自由锤工序可分为：基本工序，如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、芯轴拔长、切割、弯曲、扭转、错移、锻接等，其中镦粗、拔长和冲孔三个工序应用得最多；辅助工序，如切肩、压痕等；精整工序，如平整、整形等三类。 二、自由锻的基本工序 1. 镦粗 镦粗是使坯料的截面增大，高度减小的锻造工序。镦粗有完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗等三种方式。局部镦粗按其镦粗的位置不同又可分为端部镦粗和中间镦粗两种。如图3-1所示。 镦粗主要用来锻造圆盘类（如齿轮坯）及法兰等锻件，在锻造空心锻件时，可作为冲孔前的预备工序，镦粗可作为提高锻造比的预备工序。 镦粗的一般规则、操作方法及 注意事项 软件开发合同注意事项软件销售合同注意事项电梯维保合同注意事项软件销售合同注意事项员工离职注意事项 如下： ⑴ 被镦粗坯料的高度与直径（或边长）之比应小于2.5～3，否则会镦弯（图3-2a）。工件镦弯后应将其放平，轻轻锤击矫正（图3-2b）。局部镦粗时，镦粗部分坯料的高度与直径之比也应小于2.5～3。 ⑵ 镦粗的始锻温度采用坯料允许的最高始锻温度，并应烧透。坯料的加热要均匀，否则镦粗时工件变形不均匀，对某些材料还可能锻裂。 (a) (b) (a) (b) 图3-1 镦粗 图3-2 镦弯的产生和矫正 a)完全镦粗 b)局部镦粗 a)镦弯的产生 b)镦弯的矫正 ⑶ 镦粗的两端面要平整且与轴线垂直，否则可能会产生镦歪现象。矫正镦歪的方法是将坯料斜立，轻打镦歪的斜角，然后放正，继续锻打（图3-3）。如果锤头或抵铁的工作面因磨损而变得不平直时，则锻打时要不断将坯料旋转，以便获得均匀的变形而不致镦歪。 ⑷ 锤击应力量足够，否则就可能产生细腰形，如图3-4a所示。若不及时纠正，继续锻打下去，则可能产生夹层，使工件报废，如图3-4b所示。 (a) (b) (c) (a) (b) 图3-3 镦歪的产生和矫正 图3-4 细腰形及夹层的产生 a)细腰形 b)夹层 2. 拔长 拔长是使坯料长度增加，横截面减少的锻造工序，又称延伸或引伸，如图3-5所示。拔长用于锻制长而截面小的工件，如轴类、杆类和长筒形零件。 (a) (b) (c) 图3-5 拔长 a)拔长 b)局部拔长 c)心轴拔长 拔长的一般规则，操作方法及注意事项： ⑴ 拔长过程中要将毛坯料不断反复地翻转90°，并沿轴向送进操作，如图3-6a所示。螺旋式翻转拔长如图3-6b所示，是将毛坯沿一个方向作90°翻转，并沿轴向送进的操作。单面顺序拔长如图3-6c所示，是将毛坯沿整个长度方向锻打一遍后，再翻转90°，同样依次沿轴向送进操作。用这种方法拔长时，应注意工件的宽度和厚度之比不要超过2.5，否则再次翻转继续拔长时容易产生折叠。 (a) (b) (c) 图3-6 拔长时锻件的翻转方法 a)反复翻转拔长 b)螺旋式翻转拔长 c)单面顺序拔长 ⑵ 拔长时，坯料应沿抵铁的宽度方向送进，每次的送进量应为抵铁宽度的0.3～0.7倍（图3-7a）。送进量太大，金属主要向宽度方向流动，反而降低延伸效率（图3-7b）。送进量太小，又容易产生夹层（图3-7c）。另外，每次压下量也不要太大，压下量应等于或下于送进量，否则也容易产生夹层。 (a) (b) (c) 图3-7 拔长时的送进方向和进给量 a)送进量合适 b)送进量太大、拔长率降低 c)送进量太小、产生夹层 ⑶ 由大直径的坯料拔长到小 直径的锻件时，应把坯料先锻成 正方形，在正方形的截面下拔长， 到接近锻件的直径时，再倒棱， 滚打成圆形，这样锻造效率高， 质量好。如图3-8所示。 图3-8 大直径坯料拔长时的变形过程 ⑷ 锻制台阶轴或带台阶的方形、矩形截面的锻件时，在拔长前应先压肩。压肩后对一端进行局部拔长即可锻出台阶。如图3-9所示。 (a) (b) 图3-9 压肩 a)方料压肩 b)圆料压肩 ⑸ 锻件拔长后须进行修整，修整方形或矩形锻件时，应沿下抵铁的长度方向送进，如图3-10a所示，以增加工件与抵铁的接触长度。拔长过程中若产生翘曲应及时翻转180°轻打校平。圆形截面的锻件用型锤或摔子修整。如图3-10b所示。 (a) (b) 图3-10 拨长后的修整 a)方形、矩形面的修整 b)圆形截面的修整 3. 冲孔 冲孔是用冲子在坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序。 一般规定：锤的落下部分重量在0.15～5t之间，最小冲孔直径相应为Φ30～Φ100mm；孔径小于100mm，而孔深大于300mm的孔可不冲出；孔径小于150mm，而孔深大于500mm的孔也不冲出。 根据冲孔所用的冲子的形状不同，冲孔分实心冲子冲孔和空心冲子冲孔。实心冲子冲孔分单面冲孔和双面冲孔。 ⑴ 单面冲孔：对于较薄工件，即工件高度与冲孔孔径之比小于0.125时，可采用单面冲孔（图3-11）。冲孔时，将工件放在漏盘上，冲子大头朝下，漏盘的孔径和冲子的直径应有一定的间隙，冲孔时应仔细校正，冲孔后稍加平整。 ⑵ 双面冲孔：其操作过程为：镦粗；试冲（找正中心冲孔痕）；撒煤粉；冲孔，即冲孔到锻件厚度的2/3～3/4；翻转180°找正中心；冲除连皮；如图3-12所示。修整内孔；修整外圆。 (a) (b) 图3-11 单面冲孔 图3-12 双面冲孔 冲孔前的镦粗是为了减少冲孔深度并使端面平整。由于冲孔锻件的局部变形量很大，为了提高塑性，防止冲裂，冲孔应在始锻温度下进行。冲孔时试冲的目的是为了保证孔的位置正确，即先用冲子轻冲出孔位的凹痕，并检查孔的位置是否正确，如果有偏差，可将冲子放在正确的位置上再试冲一次，加以纠正。孔位检查或修正无误后，向凹痕内撒放少许煤粉或焦炭粒，其作用是便于拔出冲子，因可利用煤粉受热后产生的气体膨胀力将冲子顶出，但要特别注意安全，防止冲子和气体冲出伤人，对大型锻件不用放煤粉，而是冲子冲入坯料后，立即带着冲子滚外圆，直到冲子松动脱出。冲子拔出后可继续冲深，此时应注意保持冲子与砧面垂直，防止冲歪，当冲到一定深度时，取出冲子，翻转锻件，然后从反面将孔冲透。 ⑶空心冲子冲孔：当冲孔直径超过400mm时，多采用空心冲子冲孔。对于重要的锻件，将其有缺陷的中心部分冲掉，有利于改善锻件的机械性能。 4. 扩孔 扩孔是空心坯料壁厚减薄而内径和外径增加的锻造工序。其实质是沿圆周方向的变相拔长。扩孔的方法有冲头扩孔、马杠扩孔和劈缝扩孔等三种。扩孔适用于锻造空心圈和空心环锻件。 5. 错移 将毛坯的一部分相对另一部分上、下错开，但仍保持这两部分轴心线平行的锻造工序，错移常用来锻造曲轴。错移前，毛坯须先进行压肩等辅助工序，如图3-13所示。 (a) (b) (c) 图2-13 错移 a)压肩 b)锻打 c)修整 6. 切割 切割是使坯料分开的工序，如切去料头、下料和切割成一定形状等。用手工切割小毛坯时，把工件放在砧面上，錾子垂直于工件轴线，边錾边旋转工件，当快切断时，应将切口稍移至砧边处，轻轻将工件切断。大截面毛坯是在锻锤或压力机上切断的,方形截面的切割是先将剁刀垂直切入锻件,至快断开时,将工件翻转180°,再用剁刀或克棍把工件截断，如图2-14a所示。切割圆形截面锻件时，要将锻件放在带有圆凹槽的剁垫上，边切边旋转锻件，如图2-14b所示。 (a) (b) 图2-14 切割 a)方料的切割 b)圆料的切割 7. 弯曲 使坯料弯成一定角度或形状的锻造工序称为弯曲。弯曲用于锻造吊钩、链环、弯板等锻件。弯曲时锻件的加热部分最好只限于被弯曲的一段，加热必须均匀。在空气锤上进行弯曲时，将坯料夹在上下砥铁间，使欲弯曲的部分露出，用手锤或大锤将坯料打弯，如图2-15a所示。或借助于成型垫铁、成型压铁等辅助工具使其产生成型弯曲，如图2-15b所示。 (a) (b) 图2-15 弯由 a)角度弯曲 b)成形弯曲 8. 扭转 扭转是将毛坯的一部分相对于另一部分绕其轴心线旋转一定角度的锻造工序，称为扭转，如图2-16所示。锻造多拐曲轴、连杆、麻花钻等锻件和校直锻件时常用这种工序。 扭转前，应将整个坯料先在一个平面内锻造成形，并使受扭曲部分表面光滑，然后进行扭转。扭转时，由于金属变形剧烈，要求受扭部分加热到始锻温度，且均匀热透。扭转后，要注意缓慢冷却，以防出现扭裂。 图2-16 扭转 9. 锻接 锻接是将两段或几段坯料加热后，用锻造的方法连接成牢固整体的一种锻造工序，又称锻焊。锻接主要用于小锻件生产或修理工作，如：锚链的锻焊；刃具的夹钢和贴钢，它是将两种成份不同的钢料锻焊在一起。典型的锻接方法有搭接法、咬接法和对接法。搭接法是最常用的，也易于保证锻件质量，而交错搭接法操作较困难，用于扁坯料。咬接法的缺点是锻接时接头中氧化溶渣不易挤出。对接法的锻接质量最差，只在被锻接的坯料很短时采用。锻接的质量不仅和锻接方法有关，还与钢料的化学成分和加热温度有关，低碳钢易于锻接，而中、高碳钢则困难，合金钢更难以保证锻接质量。 第四节 模型锻造 一、模锻 将加热后的坯料放到锻模 的模腔内，经过锻造，使其在 模腔所限制的空间内产生塑性 变形，从而获得锻件的锻造方 法叫做模型锻造，简称模锻。 如图4-1所示。模锻的生产率 高，并可锻出形状复杂、尺寸 准确的锻件，适宜在大批量生 产条件下，锻造形状复杂的中、 小型锻件。 目前常用的模锻设备有蒸 汽-空气模锻锤、摩擦压力机 等。蒸汽-空气模锻锤的规格也 以落下部分的重量来表示，常 用的为1～10t。 二、胎模锻 胎模锻是在自由锻设备上使用简单的模具（称为胎模）生产锻件的方法。胎模的结构形式较多，如图4-2为其中一种，它由上、 下模块组成，模块上的空腔称为模膛，模块上 的导销和销孔可使上、下模膛对准，手柄供搬 动模块用。 胎模锻的模具制造简便，在自由锻锤上即 可进行锻造，不需模锻锤。成批生产时，与自 由锻相比较，锻件质量好，生产效率高，能锻 造形状较复杂的锻件，在中小批生产中应用广 泛。但劳动强度大，只适于小型锻件。 胎模锻造所用胎模不固定在锤头或砧座上， 按加工过程需要，可随时放在上下砥铁上进行 锻造。锻造时，先把下模放在下砥铁上，再把 加热的坯料放在模膛内，然后合上上模，用锻 锤锻打上模背部。待上、下模接触，坯料便在模膛内锻成锻件。胎模锻时，锻件上的孔也不能冲通，留有冲孔连皮；锻件的周围亦有一薄层金属，称为毛边。因此，胎模锻后也要进行冲孔和切边，以去除 连皮和毛边。其过程如图4-3所示。 常用的胎模结构形式主要套筒模和合模两种。套筒模有开式筒模、闭式筒模和组合式筒模，主要用于锻造齿轮、法兰盘等回转体锻件。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。 图4-3 胎模锻的生产过程 a)用胎模锻出的锻件 b)用切边模切边 c)冲掉连皮 d)锻件 第五节 板料冲压 一、冲压生产概述 利用冲压设备和冲模使金属或非金属板料产生分离或变形的压力加工方法称冲压，也称为板料冲压。这种加工方法通常是在常温下进行的，所以又称冷冲压。 板料冲压的原材料是具有较高塑性的金属材料，如低碳钢、铜及其合金、镁合金等。非金属（如石棉板、硬橡皮、胶木板、皮革等）的板材、带材或其他型材。用于加工的板料厚度一般小于6mm。 冲压生产的特点。 ① 可以生产形状复杂的零件或毛坯。 ② 冲压制品具有较高的精度、较低的表面粗糙度，质量稳定，互换、性能好。 ③ 产品还具有材料消耗少、重量轻、强度高和刚度好的特点。 ④ 冲压操作简单，生产率高，易于实现机械化和自动化。 ⑤ 冲模精度要求高，结构较复杂，生产周期较长，制造成本较高，故只适用于大批量生产场合。 在一切有关制造金属或非金属薄板成品的工业部门中都可采用冲压生产，尤其在日用品、汽车、航空、电器、电机和仪表等工业生产部门，应用更为广泛。 二、板料冲压的主要工序 按板料在加工中是否分离，冲 压工艺一般可分为分离工序和变形 工序两大类。分离工序是在冲压过 程中使冲压件与坯料沿一定的轮廓 线互相分离；而变形工序是使冲压 坯料在不破坏的条件下发生塑性变 形，并转化成所要求的成品形状。 图5-1 冲裁 在分离工序中，剪裁主要是在剪床上完成的。落料和冲孔又统称为冲裁，如图5-1所示，一般在冲床上完成。 图5-2 弯曲示意图 图5-3 拉深示意图 在变形工序中，还可按加工要求和特点不同分为弯曲（图5-2）、拉深（图5-3）（又称拉延）和成形等类。其中弯曲工序除了在冲床上完成之外，还可以在折弯机（如电气箱体加工）、滚弯机（如自行车轮圈制造等）上实行。弯曲的坯料除板材之外还可以是管子或其他型材。变形工序又可分为缩口、翻边（图5-4）、扩口、卷边、胀形和压印等。 (a) (b) 图5-4 翻边 a)内孔翻边 b)外缘翻边 三、冲压主要设备 冲压所用的设备种类有多种，但主要设备是剪床和冲床。 1. 剪床 剪床的用途是将板料切成一定宽度的条料或块料，以供给冲压所用，剪床传动机构如图5-5所示。剪床的主要技术参数是能剪板料的厚度和长度，如Q11-2×1000型剪床，表示能剪厚度为2mm、长度为1000mm的板材。剪切宽度大的板材用斜刃剪床，当剪切窄而厚的板材时，应选用平刃剪床。 2. 冲床 冲床是曲柄压力机的一种，可完成除剪切外的绝大多数基本工序。冲床按其结构可分为单柱式和双柱式、开式和闭式等；按滑块的驱动方式分为液压驱动和机械驱动两类。机械式冲床的工作机构主要由滑块驱动机构（如曲柄、偏心齿轮、凸轮等）、连杆和滑块组成。 图5-6为开式双柱式冲床的外形和传动简图。电动机经V带减速系统使大带轮转动，再经离合器使曲轴旋转。当踩下踏板后，离合器闭合并带动曲轴旋转，再通过连杆带动滑块沿导轨作上下往复运动，完成冲压加工。冲模的上模装在滑块上，随滑块上下运动，上下模闭合一次即完成—次冲压过程。踏板踩下后立即抬起，滑块冲压一次后便在制动器作用下，停止在最高位置上，以便进行下一次冲压。若踏板不抬起，滑块则进行连续冲压。 通用性好的开式冲床的规格以额定标称压力来表示，如100kN（10t）。其他主要技术参数有滑块行程距离（mm）、滑块行程次数（次/min）和封闭高度等。 (a) (b) 图5-6 冲床 a)外观图 b)传动简图 1-电动机 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-垫板 14-工作台 15-床身 16-底座 17-脚踏板 3. 冲模结构 冲模是板料冲压的主要工具，其典型结构如图5-7所示。 一副冲模由若干零件组成，大致可分为以下几类： 工作零件 如凸模l和凹模2，为冲模的工作部分，它们分别通过压板固定在上下模板上，其作用是使板料变形或分离，这是模具关键性的零件。 定位零件 如导料板9，定位销10。用以保证板料在冲模中具有准确的位置。导料板控制坯料进给方向，定位销控制坯料进给量。 卸料零件 如卸料板8。当冲头回程时，可使凸模从工件或坯料中脱出。亦可用弹性卸料，即用弹簧、橡皮等弹性元件通过卸料板推下板料。 模板零件 如上模板3，下模板4和模柄5等。上模借助上模板通过模柄固定在冲床滑块上，并可随滑块上、下运动；下模借助下模板用压板螺栓固定在工作台上。 导向零件 如导套11、导柱12等，是保证模具运动精度的重要部件，分别固定在上、下模板上，其作用是保证凸模向下运动时能对准凹模孔，并保证间隙均匀。 固定板零件 如凸模压板6、凹模压板7等，使凸模、凹模分别固定在上、下模板上。 此外还有螺钉、螺栓等联接件。 以上所有模具零件并非每副模具都须具备，但工作零件、模板零件、固定板零件等则是每副模具所必须有的。 图5-7 冲裁模 1-凸模 2-凹模 3-上模板 4-下模板 5-模柄 6-压板 7-压板 8-卸料板 9-导料板 10-定位销 11-导套 12-导柱 冲床操作安全规范： ⑴ 冲压工艺所需的冲剪力或变形力要低于或等于冲床的标称压力。 ⑵ 开机前应锁紧所有调节和紧固螺栓，以免模具等松动而造成设备、模具损坏和人身安全事故。 ⑶ 开机后，严禁将手伸入上下模之间，取下工件或废料应使用工具。冲压进行时严禁将工具伸入冲模之间。 ⑷ 两人以上共同操作时应由一人专门控制踏脚板，踏脚板上应有防护罩，或将其放在隐蔽安全处，工作台上应取尽杂物，以免杂物坠落于踏脚板上造成误冲事故。 ⑸ 装拆或调整模具应停机进行。 第六节 自由锻造的工具和设备 (实践操作用) 1、​ 机器自由锻及其设备 使用机器设备，使坯料在设备上、下两砧之间受力变形，从而获得锻件的方法称机器自由锻。常用的机器自由锻设备有空气锤、蒸气-空气锤和水压机，其中空气锤使用灵活，操作方便，是生产小型锻件最常用的自由锻设备。 空气锤的型号（用汉语拼音字母和数字表示）： C 41 - 75 B 第二次改进 主参数（落下部分重量为75公斤） 型别（第4组第1型空气锤） 类别（锤类） 空气锤的规格是用落下部分的质量来表示，一般为50～1000kg。 1. 空气锤的结构原理 空气锤是由锤身（单柱式）、双缸（压缩缸和工作缸）、传动机构、操纵机构、落下部分和锤砧等几个部分组成，如图6-1a所示。空气锤是将电能转化为压缩空气的压力能来产生打击力的。空气锤的传动是由电动机经过一级皮带轮减速，通过曲轴连杆机构，使活塞在压缩缸内作往复运动产生压缩空气，进入工作缸使锤杆作上下运动以完成各项工作。空气锤的工作原理如图6-1b。 图6-1 空气锤 a)外形图 b)工作原理 1-工作缸 2-旋阀 3-压缩缸 4-手柄 5-锤身 6-减速机构 7-电动机 8-脚踏杆 9-砧座 10-砧垫 11-下砧块 12-上砧块 13-锤杆 14-工作活塞 15-压缩活塞 16-连杆 17-上旋阀 18-下旋阀 2. 蒸汽-空气锤 如图6-3所示，也靠锤的冲击力锻打工件。蒸汽-空气锤自身不带动力装置，另需蒸汽锅炉向其提供具有一定压力的蒸汽，或空气压缩机向其提供压缩空气。其锻造能力明显大于空气锤，一般为500～5000kg(0.5-5t)，常用于中型锻件的锻造。 图6-2 双柱拱式蒸汽-空气锤 1-上气道 2-进气道 3-节气阀 4-滑阀 5-排气管 6-下气道 7-下砧 8-砧垫 9-砧座 10-坯料 11-上砧 12-锤头 13-锤杆 14-活塞 15-工作缸 3. 水压机 大型锻件需要 在液压机上锻造，水压机是最常 用的一种，图6-3所示。水压机 不依靠冲击力，而靠静压力使坯 料变形，工作平稳，因此工作时 震动小。不需要笨重的砧座；锻 件变形速度低，变形均匀，易将 锻件锻透，使整个截面呈细晶粒 组织，从而改善和提高了锻件的 力学性能，容易获得大的工作行 程并能在行程的任何位置进行锻 压，劳动条件较好。但由于水压 机主体庞大，并需配备供水和操 纵系统，故造价较高。水压机的 压力大，规格为500～12500t,能 锻造1～300t的大型重型坯料。 4. 机器自由锻的工具（图6-2） 钳手 克棍 压铁 剁刀 冲子 垫环 剁垫 摔子 压肩摔子 图6-2 机锻工具 (1) 夹持工具：如圆钳、方钳，槽钳、抱钳、尖咀钳、专用型钳等。 (2) 切割工具：剁刀、剁垫、克棍等。 (3) 变形工具：如压铁、摔子、压肩摔子、冲子、垫环等。 (4) 测量工具：如钢直尺、内外卡钳等。 (5) 吊运工具：如吊钳、叉子等。 5. 机器自由锻的操作 接通电源，启动空气锤后通过手柄或脚踏杆，操纵上下旋阀，可使空气锤实现空转、锤头悬空、连续打击、压锤和单次打击五种动作，以适应各种加工需要。 (1) 空转（空行程） 当上、下阀操纵手柄在垂直位置，同时中阀操纵手柄在“空程”位置时；压缩缸上、下腔直接与大气连通，压力变成一致，由于没有压缩空气进入工作缸，因此锤头不进行工作。 (2) 锤头悬空 当上、下阀操纵手柄在垂直位置，将中阀操纵手柄由“空程”位置转至“工作”位置时，工作缸和压缩缸的上腔与大气相通。此时，压缩活塞上行，被压缩的空气进入大气；压缩活塞下行，被压缩的空气由空气室冲开止回阀进入工作缸的下腔，使锤头上升，置于悬空位置。 (3) 连续打击（轻打或重打） 中阀操纵手柄在“工作”位置时，驱动上、下阀操纵手柄（或脚踏杆）向逆时针方向旋转使压缩缸上、下腔与工作缸上、下腔互相连通。当压缩活塞向下或向上运动时，压缩缸下腔或上腔的压缩空气相应地进入工作缸的下腔或上腔，将锤头提升或落下。如此循环，锤头产生连续打击。打击能量的大小取决于上、下阀旋转角度的大小，旋转角度越大，打击能量越大。 (4) 压锤（压紧锻件） 当中阀操纵手柄在“工作”位置时，将上、下阀操纵手柄由垂直位置向顺时针方向旋转45°，此时工作缸的下腔及压缩缸的上腔和大气相连通。当压缩活塞下行时，压缩缸下腔的压缩空气由下阀进入空气室，并冲开止回阀经侧旁气道进入工作缸的上腔，使锤头压紧锻件。 (5) 单次打击 单次打击是通过变换操纵手柄的操作位置实现的。单次打击开始前，锤处于锤头悬空位置（即中阀操纵手柄处于“工作”位置），然后将上、下阀的操纵手柄由垂直位置迅速地向逆时针方向旋转到某一位置再迅速地转到原来的垂直位置（或相应地改变脚踏杆的位置）这时便得到单次打击。打击能量的大小随旋转角度而变化，转到45°时单次打击能量最大。如果将手柄或脚踏杆停留在倾斜位置（旋转角度≤45°），则锤头作连续打击。故单次打击实际上只是连续打击的一种特殊情况。 二、手工自由锻 利用简单的手工工具，使坯料产生变形而获得的锻件方法，称手工自由锻。 1. 手工锻造工具（图6-3） (1) 支持工具：如羊角砧等； (2) 锻打工具：如各种大锤和手锤； (3) 成型工具：如各种型锤、冲子等； (4) 夹持工具：各种形状的钳子； (5) 切割工具：各种錾子及切刀； (6) 测量工具：钢直尺、内外卡钳等。 3. 手工自由锻的操作 (1) 锻击姿势 手工自由锻时，操作者站离铁砧约半步，右脚在左脚后半步，上身稍向前倾，眼睛注视锻件的锻击点。左手握住钳杆的中部，右手握住手锤柄的端部， 指示大锤的锤击。 锻击过程，必须将锻件平稳地放置在铁砧上，并且按锻击变形需要，不断将锻件 翻转或移动。 (2) 锻击方法 手工自由锻时，持锤锻击的方法可有： 手挥法 主要靠手腕的运动来挥锤锻击，锻击力较小，用于指挥大锤的打击点和 打击轻重。 肘挥法 手腕与肘部同时作用、同时用力，锤击力度较大。 臂挥法 手腕、肘和臂部一起运动，作用力较大，可使锻件产生较大的变形量。 但费力甚大。 (3) 锻造过程严格注意做到“六不打”： ① 低于终锻温度不打； ② 锻件放置不平不打； ③ 冲子不垂直不打； ④ 剁刀、冲子、铁砧等工具上有油污不打； ⑤ 镦粗时工件弯曲不打； ⑥ 工具、料头易飞出的方向有人时不打。 e) 图6-3 手锻工具 a)铁钻 b)锻锤 c)衬垫工具 d)手钳 e)测量工具 锻造实习安全技术守则 1.实习前穿戴好各种安全防护用品，不得穿拖鞋、穿背心、短裤、短袖衣服。 2.检查各种工具（如榔头、手锤等）的木柄是否牢固。空气锤上、下铁砧是否稳固，铁砧上不许有油、水和氧化皮。 3.严禁用铁器（如钳子、铁棒等）捅电气开关。 4.坯料在炉内加热时，风门应逐渐加大，防止突然高温使煤屑和火焰喷出伤人。 5.两人手工锤打时，必须高度协调。要根据加热坯料的形状选择好夹钳，夹持牢靠后方可锻打，以免坯料飞出伤人。拿钳子不要对准腹部，挥锤时严禁任何人站在后面2.5m以内。坯料切断时，打锤者必须站在被切断飞出方向的侧面，快切断时，大锤必须轻击。 6.只有在指导人员直接指导下才能操作空气锤。空气锤严禁空击、锻打未加热的锻件、终锻温度极低的锻件以及过烧的锻件。 7.锻锤工作时，严禁用手伸入工作区域内或在工作区域内放取各种工具、模具。 8.设备一旦发生故障时应首先关机、切断电源。 9.锻区内的锻件毛坯必须用钳子夹取，不能直接用手拿取，以防烫伤，要知“红铁不烫人而黑铁烫人”的常识。 10.实习完毕应清理工、夹、量具，并清扫工作场地。