第3章锻压3.1 概述锻压就是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变其尺寸、形状，用于制造机械零件或毛坯成形方法。
是锻造和冲压的总称。
锻压的方法主要有自由锻、胎模锻、锤上模锻、特种锻和冲压等。
锻压加工的优点：1、能改善金属组织，提高力学性能这是因为锻压可以将坯料中的疏松处压合，提高金属的致密度；可以使粗大的晶粒细化；可以使高合金工具钢中的碳化物被击碎，并且均匀地分布。
2、锻压件的形状和尺寸接近于零件与直接切削钢材的成形方法相比较，不但可以节省金属材料的消耗，而且也节省切削加工工时。
3、生产率高锻压成形，特别是模锻成形的生产效率。
比切削加工成形高得多。
例如，生产内六角螺钉，用模锻成形的生产率是切削加工的50倍。
若采用冷镦工艺制造时，其生产效率是切削加工成形的400倍以上。
4、锻压加工在生产中有较强的适应性锻压加工既可以制造形状简单的锻件（如圆轴），也可以制造形状比较复杂，不需要或只需要进行少量切削加工的锻件（如精锻齿轮）。
锻件的重量可以小到不足一克，大到几百吨。
锻件既可以单件小批生产，也可以大批大量生产。
缺点：常用的自由锻件精度比较低；胎模锻和模锻的模具费用较高；与铸造生产相比，难以生产既有复杂外形又有复杂内腔的毛坯。
机床制造业中，主轴、传动轴、齿轮等重要零件以及切削刃具等，都是用锻压方法成形的。
3.2锻压工艺基础手工锻造是用手锻工具，依靠人力在铁砧上进行的。
这种方法简陋，仅用于修理性质和小批量生产的场合。
机器锻造是靠各种锻造设备提供作用力的锻造方法，是现代锻造的主要形式。
3.2.1金属的塑性变形所谓塑性，是指金属材料在外力作用下能稳定地改变自己的形状和尺寸而各质点间的联系不被破坏的性能。
金属的塑性不是固定不变的，同一种材料，在不同的变形条件下，会表现出不同的塑性。
例如：铅在通常情况下具有极好的塑性，但在三向等拉应力的作用下，会像脆性材料一样破坏，而不产生任何塑性变形。
塑性加工时，作用在工具表面单位面积上变形力的大小称为变形抗力。
变形抗力取决于工件的受力状况和变形条件下材料的真实应力。
由于真实应力、屈服极限、强度极限等在一定程度上反映材料的变形抗力，因此也把它们作为材料的变形抗力指标来讨论。
需要指出的是：塑性和变形抗力是两个不同的概念，简单地说，前者反映材料塑性变形的能力，后者反映塑性变形的难易程度。
塑性好不一定变形抗力低，反之亦然。
锻件的质量与合金的锻造性能密切相关。
合金的锻造性能是指金属经塑性加工时，成形的难易程度。
金属锻造性能好，表明该金属适于采用锻压加工方法成形。
合金的锻造性能常用合金的塑性和变形抗力来综合衡量。
塑性越好，变形抗力越小，则合金的锻压性能越好。
反之，则差。
金属的锻造性能决定于金属的本质和变形条件。
3.2.2金属的锻造性能1、可锻性2、影响可锻性的因素（1）化学成分和组织结构（2）变形条件3、钢的锻造温度范围和冷却方法（1）锻造温度范围钢加热的目的是提高其塑性，降低其变形抗力，使坯料容易成形。
为了减少锻压加工时加热次数(也称火数)，一般力求扩大钢的锻造温度范围，即钢的锻造可在一个较宽的温度范围内进行。
钢的锻造温度范围是指锻件由始锻温度至终锻温度的间隔。
钢中合金元素越多，熔点越低，其始锻温度也越低。
而再结晶温度则相反，合金元素越多，再结晶过程越不容易进行，因此其再结晶温度升高，钢的终锻温度也相应升高。
这样一来，合金钢中合金元素的含量越高，其锻造温度范围越小。
（2）锻件冷却方法锻件的冷却方法也是影响锻件质量的重要因素之一。
如果冷却方法不适当，可使锻件产生翘曲变形、硬度过高和裂纹等缺陷。
锻件的冷却方法主要根据材料的化学成分、锻件形状和截面尺寸等因素来确定。
一般地说，合金元素和碳的含量越高，锻件形状越复杂和截面尺寸变化越大，就越是要采用缓慢的冷却方法。
例如，对于高碳高合金钢(如Crl2型钢、高速钢等)，应将锻件趁热放入500～700℃的炉子中，然后随炉缓慢冷却；对于一般合金结构钢(如40Cr、35SiMn等)，可趁热埋入砂子或炉灰中缓慢冷却；高碳钢则可堆放空冷；而碳素结构钢一般在无风的空气中冷却。
4、常用合金的锻造性能（1）碳钢碳钢加热至奥氏体状态时有良好的塑性，变形抗力也较小，而且锻造温度范围较宽，是适宜用锻压方法制造毛坯的金属材料。
随着钢中含碳量的增加，钢的可锻性变差，锻造温度范围也变小，所以锻造高碳钢时应注意防止过热和越。
（2）合金钢合金钢加热至奥氏体状态时，因合金元素的固溶强化和未溶合金碳化物的影响，可锻性比碳钢要差。
特别是高合金钢的导热性差，加热时要注意预热，防止在高温下急剧加热产生较大的热应力和组织应力，严重时会导致坯料开裂。
由于合金钢的塑性较差，锻造时的终锻温度应适当提高。
锻件的质量与合金的锻造性能密切相关。
合金的锻造性能是指金属经塑性加工时，成形的难易程度。
金属锻造性能好，表明该金属适于采用锻压加工方法成形。
合金的锻造性能常用合金的塑性和变形抗力来综合衡量。
塑性越好，变形抗力越小，则合金的锻压性能越好。
反之，则差。
金属的锻造性能决定于金属的本质和变形条件。
3.3 自由锻3.3.1概述自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下两个抵铁间产生变形，从而获得所需形状及尺寸锻件的一种加工方法。
金属坯料在抵铁间受力变形时，可向各个方向变形，不受限制。
自由锻分手工锻和机器锻两种，手工锻的生产率低，劳动强度大，只适用于小锻件及修配工作。
工厂里广泛采用的是机器锻造。
自由锻工艺灵活，所用工具、设备简单，通用性大，成本低，可锻造小至几克大至数百吨的锻件。
但自由锻尺寸精度低，加工余量大，生产率低，劳动条件差，强度大，要求工人技术水平高。
自由锻是生产水轮发电机机轴、涡轮盘等重型锻件唯一可行的方法，在重型机械制造中占有重要的地位。
对中小型锻件，从经济上考虑，只有在单件、小批生产中才采用自由锻。
3.3.2 自由锻的基本工序自由锻的工序根据作用和变形要求不同，自由锻工序分为基本工序、辅助工序和精整工序三类。
1、基本工序基本工序是改变坯料的形状和尺寸以达到锻件基本成形的工序，包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转等。
其中最常用的是镦粗、拔长、冲孔。
2、辅助工序辅助工序是为基本工序操作方便而进行的预先变形工序，如压钳口、倒棱、压肩等。
3、修整工序精整工序是修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面的不平和歪扭，使锻件达到图样要求的工序，如修整鼓形、平整端面、校直弯曲等。
4、自由锻的特点及应用特点：工艺灵活性较大，生产准备的时间较短；生产率低，锻件精度不高，不能锻造形状复杂的锻件。
应用：自由锻是大型锻件的主要生产方法。
这是因为自由锻可以击碎钢锭中粗大的铸造组织，锻合钢锭内部气孔、缩松等空洞，并使流线状组织沿锻件外形合理分布。
3．4 模锻利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法，称为模锻。
模锻与自由锻相比有明显的不同，与胎模锻也有很大差别。
模锻所用的锻模，固定在专用的模锻设备上，通常由上、下模组成，模上可以制造单个或多个模膛；锻件的制坯工艺，也可用锻模的制坯模膛完成。
模锻件的尺寸精度高，表面粗糙度值小；余量小，公差仅是自由锻件公差的1/3~1/4，材料利用率高；机加工时，锻造流线分布更合理，力学性能高；生产率高，操作简单，易于机械化，锻件成本低。
但模锻设备投资大，锻模成本高，每种锻模只可加工一种锻件；受锻模设备吨位的限制，模锻件质量一般在150Kg以下。
模锻适用于中、小型锻件的成批和大量生产，广泛应用于汽车、拖拉机、飞机、机床和动力机械等工业中。
按模锻生产所用的设备，分为锤上模锻、摩擦压力模锻、水压模锻等。
这里介绍锤上模锻。
3.4.1 锤上模锻简称模锻，它是在模锻外向锤上利用模具（锻模）使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。
特点：与自由锻、胎模锻比较有如下优点：（1）生产效高；（2）表面质量高，加工余量小，余块少甚至没有，尺寸准确，锻件公差比自由锻小 2/3～3/4，可节省大量金属材料和机械加工工时。
（3）操作简单，劳动强度比自由锻和胎模锻都低。
缺点：（1）模锻件的重量受到一般模锻设备能力的限制，大多在 50～70kg以下；（2）锻模需要贵重的模具钢，加上模膛的加工比较困难，所以锻模的制造周期长、成本高；（3）模锻设备的投资费用比自由锻大。
应用：一般用于生产大批量锻件。
1、锤上模锻设备锤上模锻所用设备主要是蒸气—空气模锻锤。
模锻锤的吨位及其所能锻制的模锻件质量可参见有关资料。
2、锻模结构锻模结构如图2-1所示，由上模和下模组成。
上模靠楔铁紧固在锤头上，随锤头一起作上下往复运动；下模用紧固楔铁固定在模垫上。
上下模合在一起其中间部形成的空间为模膛。
根据功用不同，锻模模膛分为制坯模膛和模锻模膛。
（1）制坯模膛用于将形状复杂的模锻件初步锻成近似锻件形状的模膛。
制坯模膛有以下几种：①拔长模膛用它来减小坯料其部分的横截面积，以增加该部分的长度。
拔长模膛有开式和闭式两种（图3-2），一般设在锻模的边缘。
操作时一边送进坯料，一边翻转。
1-锤头 2-上模 3-飞边槽 4-下模 5-模垫 (a)开式 (b)闭式6、7、10-紧固楔铁 8-分模面 9-模膛图3-1 锤上锻模图3-2拔长模膛②滚压模膛用它来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积，主要是使金属按模锻件的形状来分布。
滚压模膛有开式和闭式两种（图3-2），操作时需不断翻转坯料。
③弯曲模膛如图3-3a所示，用于使坯料弯曲。
④切断模膛如图3-3b所示，它是在上模与下模的角部组成一对刀口，用来切断金属。
此外，还有成形模膛、镦粗台、击扁面等制坯模膛。
(a)开式 (b)闭式 (a)弯曲模膛 (b)切断模膛图3-3 滚压模膛图3-4 弯曲和切断模膛（2）模锻模膛用于模锻件成形的模膛。
可分为预锻模膛和终锻模膛。
①预锻模膛：为改善终锻时金属流动条件，避免产生充填不满和折叠，使锻坯最终成形前获得接近终锻形状的模膛。
它可提高终锻模膛的寿命，其结构比终锻模膛高度略大，宽度略小，容积大，模锻斜度大，圆角半径大，无飞边槽。
对形状复杂的锻件，大批量生产时常采用预锻模膛预锻。
②终锻模膛：模锻时最后成形用的模膛。
它的形状应与锻件形状相同，尺寸需按锻件放大一个收缩量，钢件收缩量取1.5﹪。
沿模膛四周有飞边槽，使上、下模合拢时能容纳多余的金属，飞边槽靠近模膛处较浅，可增加金属外流阻力，促使金属充满模膛。
根据模锻件的复杂程度不同，锻模又分单膛锻模和多膛锻模。
单膛锻模是在一副锻模上只有终锻模膛，如齿轮坯模锻件，就可将截下的园柱形坯料直接放入单膛锻模中成形。
多膛锻模是在一副锻模上具有两个以上模膛的锻模，如弯曲连杆模锻件的锻模即为多膛锻模（图3-5）。
3.5 板料冲压3.5.1 概述利用冲模使板料产生分离或变形，以获得零件的加工方法，称为板料冲压。
板料冲压一般在室温下进行，故称为冷冲压；只有当板料厚度超过8mm 时，才采用热冲压。
