01 材料锻造、冲压及特种成形工艺技术.ppt

材料锻造、冲压和特种成形工艺技术概念人类在新石器时代末期已开始以锤击天然红铜来制造装饰品和小用品。中国约在公元前2000多年已应用冷锻工艺制造工具如甘肃武威皇娘娘台齐家文化遗址出土的红铜器物就有明显的锤击痕迹。商代中期用陨铁制造武器采用了加热锻造工艺。春秋后期出现的块炼熟铁就是经过反复加热锻造以挤出氧化物夹杂并成形的。最初人们靠抡锤进行锻造后来出现通过人拉绳索和滑车来提起重锤再自由落下的方法锻打坯料。14世纪以后出现了畜力和水力落锤锻造。1842年英国的内史密斯制成第一台蒸汽锤使锻造进入应用动力的时代。以后陆续出现锻造水压机、电机驱动的夹板锤、空气锻锤和机械压力机。夹板锤最早应用于美国内战(1861～1865)期间用以模锻武器的零件随后在欧洲出现了蒸汽模锻锤模锻工艺逐渐推广。到19世纪末已形成近代锻压机械的基本门类。20世纪初期随着汽车开始大量生产热模锻迅速发展成为锻造的主要工艺。20世纪中期热模锻压力机、平锻机和无砧锻锤逐渐取代了普通锻锤提高了生产率减小了振动和噪声。随着锻坯少无氧化加热技术、高精度和高寿命模具、热挤压成形轧制等新锻造工艺和锻造操作机、机械手以及自动锻造生产线的发展锻造生产的效率和经济效果不断提高。冷锻的出现先于热锻。早期的红铜、金、银薄片和硬币都是冷锻的。冷锻在机械制造中的应用到20世纪方得到推广冷镦、冷挤压、径向锻造、摆动辗压等相继发展逐渐形成能生产不需切削加工的精密制件的高效锻造工艺。早期的冲压只利用铲、剪、冲头、手锤、砧座等简单工具通过手工剪切、冲孔、铲凿、敲击使金属板材(主要是铜或铜合金板等)成形从而制造锣、铙、钹等乐器和罐类器具。随着中、厚板材产量的增长和冲压液压机和机械压力机的发展冲压加工也在19世纪中期开始机械化。1905年美国开始生产成卷的热连轧窄带钢1926年开始生产宽带钢以后又出现冷连轧带钢。同时板、带材产量增加质量提高成本降低。结合船舶、铁路车辆、锅炉、容器、汽车、制罐等生产的发展冲压已成为应用最广泛的成形工艺之一。锻压主要按成形方式和变形温度进行分类。按成形方式锻压可分为锻造和冲压两大类；按变形温度锻压可分为热锻压、冷锻压、温锻压和等温锻压等。热锻压是在金属再结晶温度以上进行的锻压。提高温度能改善金属的塑性有利于提高工件的内在质量使之不易开裂。高温度还能减小金属的变形抗力降低所需锻压机械的吨位。但热锻压工序多工件精度差表面不光洁锻件容易产生氧化、脱碳和烧损。冷锻压是在低于金属再结晶温度下进行的锻压通常所说的冷锻压多专指在常温下的锻压而将在高于常温、但又不超过再结晶温度下的锻压称为温锻压。温锻压的精度较高表面较光洁而变形抗力不大。在常温下冷锻压成形的工件其形状和尺寸精度高表面光洁加工工序少便于自动化生产。许多冷锻、冷冲压件可以直接用作零件或制品而不再需要切削加工。但冷锻时因金属的塑性低变形时易产生开裂变形抗力大需要大吨位的锻压机械。等温锻压是在整个成形过程中坯料温度保持恒定值。等温锻压是为了充分利用某些金属在等一温度下所具有的高塑性或是为了获得特定的组织和性能。等温锻压需要将模具和坯料一起保持恒温所需费用较高仅用于特殊的锻压工艺如超塑成形。锻压可以改变金属组织提高金属性能。铸锭经过热锻压后原来的铸态疏松、孔隙、微裂等被压实或焊合；原来的枝状结晶被打碎使晶粒变细；同时改变原来的碳化物偏析和不均匀分布使组织均匀从而获得内部密实、均匀、细微、综合性能好、使用可靠的锻件。锻件经热锻变形后金属是纤维组织；经冷锻变形后金属晶体呈有序性。锻压是使金属进行塑性流动而制成所需形状的工件。金属受外力产生塑性流动后体积不变而且金属总是向阻力最小的部分流动。生产中常根据这些规律控制工件形状实现镦粗拔长、扩孔、弯曲、拉深等变形。锻压出的工件尺寸精确、有利于组织批量生产。模锻、挤压、冲压等应用模具成形的尺寸精确、稳定。可采用高效锻压机械和自动锻压生产线组织专业化大批量或大量生产。锻压的生产过程包括成形前的锻坯下料、锻坯加热和预处理；成形后工件的热处理、清理、校正和检验。常用的锻压机械有锻锤、液压机和机械压力机。锻锤具有较大的冲击速度利于金属塑性流动但会产生震动；液压机用静力锻造有利于锻透金属和改善组织工作平稳但生产率低；机械压力机行程固定易于实现机械化和自动化。未来锻压工艺将向提高锻压件的内在质量、发展精密锻造和精密冲压技术、研制生产率和自动化程度更高的锻压设备和锻压生产线、发展柔性锻压成形系统、发展新型锻压材料和锻压加工方法等方面发展。