2014.3.15晚会曝光的假冒伪劣消防产品—喷水枪漏水 就是因为铸造质量差 而造成铸造质量差的原因又是多方面的

空中客车之所以宁肯被俄罗斯“敲竹杠”，也要把A380起落架放在俄罗斯7.5万吨锻压机上整体锻压成型也是这个道理。 　　1980年中国首次自行研制制造的大型喷气式客机“运-10”首次试飞成功后就停留于地面，直接原因当时中国没有能加工大型机身大梁所必需的大型模锻压机，造成机体大梁因质量不过关而出现弯曲变形，而弯曲变形到一定程度就会因大梁折断而导致飞机空中解体。所以，现代大飞机的重要受力构架都必须在5万吨以上大型锻压机上整体锻压成型，以确保质量绝对可靠。 　　空中客车之所以宁肯被俄罗斯“敲竹杠”，也要把A380起落架放在俄罗斯7.5万吨锻压机上整体锻压成型也是这个道理。

第四代战机的垄断者——美国F-22。第四代战机大量地采用钛合金和适量的铝合金和高强高韧合金结构钢，锻件制成的零件重量约占飞机机体结构重量的20-40％；第四代军用航空发动机(推力重量比=10)锻件材料大量选用钛合金和和高温合金，锻件制成的零件重量接近发动机结构重量的80％。

目前世界上最大的民航客机——A380。虽然法国已有70年代向苏联订购的65000吨模锻液压机，但A380客机起落架的成型，仍然需要到俄罗斯的75000吨压力机上完成。

2003年，30多人的专家组经过5年调研论证，08年起立项建造，可谓10年磨一剑。 3分半钟搞定 一个飞机起落架 　 2012年12月11日，由我国自主设计研制的世界最大模锻液压机，在四川德阳中国第二重型机械集团进入调试阶段。这台8万吨级模锻液压机，地上高27米、地下15米，总高42米，设备总重20500吨。 世界重装之王：中国8万吨大型锻压机于2013年04月10日试产成功 　　8万吨大型模锻压机列装后，我国航空航天等最难做的大件，动力发电、海洋工程、西气东输、深部开采等各行各业要用的性能最高的、尺寸最大的、结构最复杂的构件都能通过该锻压机完成。

这些产品该选用 什么生产方法？

第三章 塑性成形 教学目标及总要求： 重点及难点：自由锻工序及工艺过程 1.了解锻压生产工艺过程、特点及应用。 第三章 塑性成形 教学目标及总要求： 1.了解锻压生产工艺过程、特点及应用。 2.了解坯料加热目的和方法，碳钢的锻造温度及锻件的冷却。 3.了解自由锻的工作原理，掌握其基本工序特点及工艺过程。 4.了解胎模锻的工艺特点和胎模结构。 5.了解冲压设备的结构和工作原理。了解冲压基本工序和冲模结构。 6.了解常见锻造和冲压缺陷及其产生的原因。 重点及难点：自由锻工序及工艺过程

章节目录 第一节、锻压概述 第二节、金属的加热和锻件的冷却 第三节、自由锻 第四节、自由锻工艺设计 第五节、模锻与胎模 第六节、板料冲压

第一节 锻压概述 1、锻压的概念 借助于外力作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得所要求形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的一种压力加工方法。 锻造Forging：在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定的几何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。工（模）具一般作直线运动。 冲压Stamping：通过装在压力机上的模具对板料施压，使之产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件或毛坯。

2.金属的锻造性能 金属的锻造性能是用来衡量金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度，是金属的工艺性能指标之一。常用金属的塑性和变形抗力两个因素来综合衡量。塑性越好，变形抗力越小，则锻造性能越好。影响金属锻造性能的因素有：金属的本质和金属的变形条件。 1)金属本质的影响 ①金属的化学成分：化学成分不同，塑性不同，锻造性能不同。 ②金属的组织状态：组织结构不同，锻造性能不同；单一固溶体组成的合金，塑性好，锻造性能好；铸态柱状组织和粗晶结构不如细小均匀的晶粒结构；金属内部有缺陷也不一样。

2)金属的变形条件 ①变形温度：温度升高，塑性上升，降低变形抗力，易于锻造；但温度过高也会产生相应的缺陷，如氧化，脱碳、过热和过烧等。故要严格控制锻造温度范围。 锻造温度范围指始锻温度与终锻温度间的温度范围，以合金状态图为依据。对始锻温度，原则是在不出现过热和过烧的前提下，尽量提高始锻温度。碳钢的始锻温度为AE线下2000C。终锻温度即停止锻造的温度，对于锻件质量有很大影响，终锻温度太高，停锻后晶粒会重新长大，降低锻件力学性能；太低，再结晶困难，冷变形强化现象严重，变形抗力太大，甚至产生锻造裂纹，也易损坏设备和工具。 碳钢在加热时奥氏体晶粒长大示意图如图3-17a所示，锻造温度见图3-17b。

②变形速度：指金属在锻压加工过程中单位时间内的相对变形量。变形速度的影响较复杂：一方面变形速度增大，冷变形强化现象严重，变形抗力增大，锻造性能变坏；另一方面变形速度很大时产生的热能使金属温度升高，提高塑性，降低变形抗力，锻造性能变好。 ③变形时的应力状态：不同压力加工方法，金属内部的应力状态是不同的。在金属塑性变形时，压应力数目越多，其塑性变形越好，因为压应力使滑移面紧密结合，防止产生裂纹；拉应力则使塑性变形降低，应为它使缺陷扩大，使滑移面分离。但压应力时变形抗力增大。故必须综合考虑塑性和变形抗力。

金属塑性变形的能力大小，主要取决于三个因素： （1）金属的化学成分 碳、合金含量越低，分布越均匀，塑性越好。 （2）组织结构 钢的奥氏钵组织塑性最好，渗碳体最差。 （3）变形时温度 温度越高，塑性越好。

3、锻压的特点 (1)改善金属组织、提高力学性能 锻压的同时可消除铸造缺陷，均匀成分，形成纤维组织，从而提高锻件的力学性能。 (2)节约金属材料 比如在热轧钻头、齿轮、齿圈及冷轧丝杠时节省了切削加工设备和材料的消耗。 (3)较高的生产率 比如在生产六角螺钉时采用模锻成形就比切削加工效率约高50倍。 （4）锻压主要生产承受重载荷零件的毛坯，如机器中的主轴、齿轮等，但不能获得形状复杂的毛坯或零件。

4、锻压生产的分类 （1）自由锻造 金属坯料在抵铁间受压变形时，可朝各个方向自由流动，不受限制。 　　概念：只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上下砧间对坯料施　　　　　　加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件，称为自由锻造。 特点： 金属坯料在抵铁间受压变形时，可朝各个方向自由流动，不受限制。 工艺灵活，所用工具简单，设备和工具的通用性强，成本低。 自由锻锻件精度较低，加工余量较大，生产率低， 其形状和尺寸主要由操作者的技术来控制。 应用 一般只适合于单件、小批量生产。 自由锻也是锻制大型锻件的唯一方法。

（2）模样锻造 把金属坯料放在锻模模膛内施加压力使其变形的一种锻造方法。又简称模锻。 生产效率高。 模锻的特点与应用 生产效率高。 锻件成形靠模膛控制，可锻出形状复杂、尺寸准确，更接近于成品的锻件，且锻造流线比较完整，有利于提高零件的力学性能和使用寿命。 锻件表面光洁，尺寸精度高，加工余量小，节约材料和切削加工工时。 操作简便，质量易于控制，生产过程易实现机械化、自动化。 模锻需要专门的模锻设备，要求功率大、刚性好、精度高，设备投资大，能量消耗大。另外，锻模制造工艺复杂，制造成本高、周期长。

第二节 金属的加热和锻件的冷却 一、加热目的和锻造温度范围： （3）板料冲压 1、目的： 将金属板料置于冲模之间，使板料产生分离或变形的加工方法。通常在常温下进行，也称冷冲压。 第二节 金属的加热和锻件的冷却 一、加热目的和锻造温度范围： 1、目的： 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

2. 锻造温度范围 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，会使锻件产生加热缺焰，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。 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。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

注：加热过高、过低，加热时间过短、过长都不利于锻压生产。 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。 在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。 若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低，这种现象称为“过热”。若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废，这一现象称为“过烧”。 注：加热过高、过低，加热时间过短、过长都不利于锻压生产。

常用钢材的锻造温度范围 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 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 800 800-850 750-800 高速工具钢 耐 热 钢 弹 簧 钢 轴 承 钢 1100-1150 1080 900

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。 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

二、碳钢常见的加热缺陷 名称 实 质 危 害 防止（减少）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 实 质 危 害 防止（减少）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

三、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。

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 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

第三节、自由锻 自由锻主要用于单件、小批生产，也是生产大型锻件的唯一方法。 自由锻指将金属坯料放在锻造设备的上下抵铁之间，施加冲击力或压力，使之产生自由变形而获得所需形状的成形方法。坯料在锻造过程中，除与上下抵铁或其它辅助工具接触的部分表面外，都是自由表面，变形不受限制，锻件的形状和尺寸靠锻工的技术来保证，所用设备与工具通用性强。 自由锻主要用于单件、小批生产，也是生产大型锻件的唯一方法。

1.自由锻的特点 优点： 1）自由锻使用工具简单，不需要造价昂贵的模具； 2）可锻造各种重量的锻件，对大型锻件，它是唯一方法 3）由于自由锻的每次锻击坯料只产生局部变形，变形金属的流动阻力也小，故同重量的锻件，自由锻比模锻所需的设备吨位小。 缺点： 1）锻件的形状和尺寸靠锻工的操作技术来保证，故尺寸精度低，加工余量大，金属材料消耗多； 2）锻件形状比较简单，生产率低，劳动强度大。故自由锻只适用于单件或小批量生产。

锻造的基本工序是指为了达到工件的形状和尺寸而进行的使金属发生变形的工艺过程。根据作用与变形要求的不同，可分为基本工序、辅助工序和精整工序。 2. 自由锻工序 　　锻造的基本工序是指为了达到工件的形状和尺寸而进行的使金属发生变形的工艺过程。根据作用与变形要求的不同，可分为基本工序、辅助工序和精整工序。 1）基本工序：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、错移等。最常用的是镦粗、拔长、冲孔。 2）辅助工序：为了方便基本工序的操作，而使坯料预先产生某些局部变形的工序。如压钳口、倒棱和切肩。 3）精整工序：修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面的不平和歪扭，使锻件达到图纸要求的工序。如修整鼓形、平整端面、校直弯曲。 镦 粗 拔 长 冲 孔 弯 曲 复合挤压 正挤压 反挤压

锻造设备 一、空气锤 利用压缩空气推动锻锤进行工作。 以落下部分质量来表示锻造能力； 常用吨位为65~750千克，用于锻造小型锻件。 二、蒸汽—空气锤 利用一定蒸汽或压缩空气推动锻锤进行工作。 常用吨位为1~5吨，用于锻造中型锻件，是模锻的主要设备。 三、液压机 利用高压水为动力进行工作。靠静压力工作。 常用吨位为5~150吨，用于锻造大型锻件，是大型锻件的唯一设备。

第四节 自由锻工艺设计 四、摩擦压力机 靠飞轮、螺杆和滑块向下运动时所积蓄的动能使锻件变形。 是模锻的主要设备。 工艺：将原材料或半成品加工成产品的工作、方法、技术等。 规程：将某种政策、制度等所做的分章分条的规定。 绘制锻件图 确定变形工艺 计算坯料质量及尺寸 选择锻造设备和工具 确定锻造温度范围和加热、冷却及热处理规范 提出锻件技术要求及验收要求 填写工艺卡等。

1. 绘制锻件图 锻件图是根据零件图，并考虑加工余量，锻造公差和余块等绘制而成。它是计算坯料、确定变形工艺、设计工具和检验锻件的依据。 在零件图的基础上，考虑加工余量、锻造公差、余块等因素后绘制的工艺图。 锻件图是根据零件图，并考虑加工余量，锻造公差和余块等绘制而成。它是计算坯料、确定变形工艺、设计工具和检验锻件的依据。 加工余量，锻造公差和余块及典型锻件图的画法如图所示。

2. 确定变形工序 确定变形工序的依据是锻件的形状特征、尺寸、技术要求、生产批量和生产条件等。包括确定锻件成形所必需的基本工序、辅助工序和精整工序，以及设备和工具 。对轴杆类采用拔长为基本工序；对空心类采用镦粗加冲孔；对曲轴类采用拔长和错移。 3. 计算坯料质量及尺寸 计算坯料质量及尺寸 Weight and Dimension Calculation of blank 原材料：Raw Material 坯：Billet，Blank 锻件：Forging 1）坯料质量。 坯料质量为锻件质量与锻造时各种金属损耗的质量之和。可用下式计算： G坯 = G锻+ G损 = G锻+ G烧 + G切（或G芯）

4. 选定锻造设备 2）坯料尺寸、锻造比 锻造比：锻件在锻造成形时的变形程度。 锻造比过小，达不到性能要求，过大则增大工作量，引起各向异性。 只有锻造比选择合适时，则毛坯内部缺陷被压合，树枝晶被打碎，晶粒显著细化，力学性能得到提高。 首先根据坯料质量计算出坯料体积，然后考虑锻造比和变形方式等因素确定坯料截面尺寸，最后计算出长度尺寸或钢锭尺寸。 4. 选定锻造设备 根据锻件的类型、材料、尺寸和质量；车间现有的设备条件。

5．确定锻造温度范围 (始锻温度低于AE线150～250℃,碳钢的终锻温度如图所示)

6.自由锻工艺卡

自由锻工艺规程实例

自由锻件结构工艺性要求

自 由 锻 件 结 构 工 艺 性 要 求（续）

第五节　模锻与胎模 模锻是将加热好的坯料放在锻模模膛内，在锻压力的作用下迫使坯料变形而获得锻件的一种加工方法。坯料变形时，金属的流动受到模膛的限制和引导，从而获得与模膛形状一致的锻件。 以锻模模膛限制金属坯料的变形，从而获得锻件的成形方法，其特点是： 可以锻造出质量好，形状较为复杂的锻件； 生产率高，但设备吨位较大，锻模制造困难，费用高； 适用于中、小型锻件的大批量生产。

与自由锻相比，模锻的优点是： 1）由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以比较复杂； 2）锻件内部的锻造流线比较完整，从而提高了零件的力学性能和使用寿命。 3）锻件表面光洁，尺寸精度高，节约材料和切削加工工时； 4）生产率较高； 5）操作简单，易于实现机械化； 6）生产批量越大成本越低。

模锻的缺点： 1）模锻是整体成形，摩擦阻力大，故模锻所需设备吨位大，设备费用高； 2）锻模加工工艺复杂，制造周期长，费用高。故只适用于中小型锻件的成批或大批生产。如图3-23所示为典型模锻件。 模锻广泛应用于国防工业和机械制造业，按质量计算模锻件在飞机上占85%，坦克占70%，汽车占80%，机车占60%。

常用锻造方法比较 加工 方法 适用范围 生 产 率 锻 件 精 度 模具 寿命 模具特点 劳动 条件 机械化 与 自动化 单件 生产 成本 批量 自由锻 小、中、大型锻 件，单件小批量 生产。 低 － 差 难 高 胎模锻 小、中型锻件， 中小批量生产。 较 中 较低 模具简单， 不固定在设 备上，取换 方便 较难 锤上 模锻 中、小型锻件， 大批生产，适合 锻造各类型模锻 锻模固定 在锤头和砧 座上，模膛 复杂，造价 较易

板料冲压基本工序：冲裁（冲孔、落料）、弯曲、拉深 第六节 板料冲压 板料冲压是利用装在冲床上的冲模对金属板料加压，使之产生变形或分离，从而获得零件或毛坯的加工方法 板料冲压的坯料通常都是较薄的金属板料，而且，冲压时不需加热，故又称为薄板冲压或冷冲压，简称冷冲或冲压。 板料冲压基本工序：冲裁（冲孔、落料）、弯曲、拉深

冲压　使板料经分离或变形而得到制件　　　

与锻造和其它加工方法相比，板料冲压具有下列特点： 1. 板料冲压的特点和应用 与锻造和其它加工方法相比，板料冲压具有下列特点： 它是在常温下通过塑性变形对金属板料进行加工的，因而，原材料必须具有足够的塑性，并应有较低的变形抗力。 金属板料经过塑性变形的冷变形强化作用，并获得一定的几何形状后，具有结构轻巧、强度和刚度较高的优点。 冲压件尺寸精度高、质量稳定、互换性好，一般不再进行切削加工，即可作为零件使用。 冲压生产操作简单，生产率高，便于实现机械化和自动化。 冲压模具结构复杂、精度要求高、制造费用高，只有在大批量生产的条件下，采用冲压加工方法在经济上才是合理的。

（1）冲裁 板料冲压的基本工序有冲裁、弯曲、拉深、成形等。 冲裁是使板料沿封闭的轮廓线 分离的工序，包括冲孔和落料。 2.板料冲压的基本工序 板料冲压的基本工序有冲裁、弯曲、拉深、成形等。 （1）冲裁 冲裁是使板料沿封闭的轮廓线 分离的工序，包括冲孔和落料。 这两个工序的坯料变形过程和模具结构都是一样的，二者的区别在于冲孔是在板料上冲出孔洞，被分离的部分为废料，而周边是带孔的成品；落料是被分离的是的部分是成品，周边是废料。 落下部分 落料：冲落部分为成品，获一定外形的制件或坯料 冲孔：冲落部分为废料，获带孔制件。

弯曲是将平直板料弯成一定角度和圆弧的工序 （2）弯曲 弯曲件 将板料、型材或管材在弯矩作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法。 弯曲是将平直板料弯成一定角度和圆弧的工序 弯曲时，坯料外侧的金属受拉应力作用，发生伸长变形。坯料内侧金属受压应力作用，产生压缩变形。在这两个应力--应变区之间存在一个不产生应力和应变的中性层，其位置在板料的中心部位。

拉深是利用拉深模使平面板料 拉深 变为开口空心件的冲压工序， 又称拉延。 （3）拉深 拉深 使板料（或浅的空心坯）成形为空心件（或深的空心件）而厚度基本不变的加工方法。 拉深是利用拉深模使平面板料 变为开口空心件的冲压工序， 又称拉延。 拉深件最容易产生的缺陷是拉裂和起皱。拉裂产生的最危险的部位是侧壁与底的过渡圆角处。起皱是拉深时坯料的法兰部分受到切向压应力的作用，使整个法兰产生波浪形的连续弯曲现象。

是将拉深件轴线方向上局部区段的直径胀大的工序。 （4）成形 成形是使板料或半成品改变局部形状的工序，包括压肋、压坑、胀形、翻边等。 1）压肋和压坑（包括压字，压花） 是压制出各种形状的凸起和凹陷的工序。 2）胀形 是将拉深件轴线方向上局部区段的直径胀大的工序。 可采用刚模或软模进行。刚模的结构和冲压工艺都比较复杂，而采用软模则简便得多。因此，软模胀形得到广泛应用。