考点5 锻压技术及应用《金属加工与实训》四川省（对口招生）智能制造类 知识点讲解

四川省智能制造类对口高考复习讲义 《金加工与实训》 考点5 锻压技术及应用 ■考纲要求 1.了解金属材料锻压的分类、工艺特点及应用范围。 2.了解自由锻造的特点、基本工序及应用。 ■知识网络 一、知识树 图3-5-1 锻压技术知识树 图3-5-2 自由锻知识树 图3-5-3 板料冲压知识树 二、重点知识梳理 （一）锻压技术及应用相关术语 常用锻压技术及应用相关概念及术语见表3-5-1所示。 表3-5-1锻压技术及应用相关概念及术语汇总表 序号 名称 概念 1 锻压 对坯料施加外力，使金属产生塑性变形，改变尺寸、形状及性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。锻压是锻造和冲压的总称。金属锻压成形加工包括锻造（自由锻、模锻、胎模锻等）、板料冲压、挤压、轧制、拉拔等工艺方法。 2 金属的可锻性 指金属在锻压加工过程中产生塑性变形而不开裂的能力。 3 回复 指将冷变形金属加热至一定温度后，使原子回复到平衡位置，晶粒内残余应力大大减小的现象。 4 再结晶 指当加热温度较高时，塑性变形后的晶粒及被拉长了的晶粒会重新生核，转变为均匀的等轴晶粒，并且金属的可锻性得到回复。 5 冷变形强化 指随着冷变形程度的增强，金属的所有强度指标和硬度都有所提高，但塑性有所下降的现象。 6 锻造流线 在锻造时，金属中的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈带状分布；这种热锻后的金属组织具有一定的方向性，通常将这种组织。 7 自由锻 是指只用简单的通用性工具，或在锻造设备上直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的加工方法。 8 镦粗 使毛坯高度减小，横截面积增大的锻造工序。 9 拔长 使毛坯横截面积减小，长度增加的锻造工序。 10 冲孔 在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。 11 切割 将坯料分成几部分，或部分地割开，或从坯料的外部割掉一部分，或从内部割掉一部分的锻造工序。 12 弯曲 采用一定的工模具将毛坯弯成所规定的外形的锻造。 13 错移 将坯料的一部分相对另一部分错开一段距离。 14 扭转 使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。 15 模锻 利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。 16 胎模锻 是介于自由锻和模锻之间的一种锻造方法，是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件。 17 板料冲压 是使坯料经成形或分离而得到制件的工艺的统称。 18 轧制 是指金属材料(或非金属材料）在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，获得所要求的截面形状并改变其性能的方法。 19 拉拔 指坯料在牵引力作用下通过模孔拉出，使之产生塑性变形而使坯料横截面积减小度增加的工艺。 20 辊锻 指用一对相向旋转的扇形模具使坯料产生塑性变形，获得所需锻件或锻坯的锻造工艺。 21 精密锻造 指在一般模锻设备上锻造高精度锻件的锻造方法。 22 挤压 指坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用，从模具的孔口或缝隙挤出，使之横截面积减少，形成所需制品的加工方法。 （二）锻压加工基础知识 锻压加工是以金属的塑性变形为基础的，各种钢材和多数塑性较好的非铁金属及其合金都具有良好的塑性和韧性，因此，它们可在冷态或热态下进行锻压加工，而脆性材料(如灰铸铁、铜合金、铸造铝合金等）则不能进行锻压加工。锻压加工在机械制造工业中具有广泛的应用。 1.锻压的特点 （1）提高金属的力学性能。锻压加工可使金属毛坯的晶粒变得细小，并可以压合毛坯内部缺陷压合，提高了金属的力学性能。 （2）锻压可节省金属材料。精密锻造可做到少切削或无切削加工。 （3）具有较高的生产率。除自由锻造外，其他几种锻压成形加工方法生产率高。 （4）锻压加工适用范围广。金属锻压加工可以生产各种不同类型与不同质量的产品。 （5）不能获得形状复杂的工件。一般工件的精度质量还不够高。 （6）工件的加工成本比铸造高。加工设备比较昂贵；工件锻造后内应力也较大，需要安排退火等热处理工序。 2.可锻性 可锻性与金属的塑性和变形抗力有关，塑性愈好，变形抗力愈小，则可锻性愈好；反之，则可锻性愈差。金属的可锻性好，表明金属容易进行锻压加工，可锻性差，表明金属不宜进行锻压加工。一般来说，塑性比较好的低中碳钢、变形铝合金、黄铜等金属材料具有优良的可锻性；而脆性较大的金属材料如铸铁、铸铜和铸铝的可锻性很差而不能锻造成型。 3.金属的塑性变形 金属在外力作用下会产生塑性变形，其变形过程包括弹性变形和塑性变形两个阶段。只有塑性变形这种永久性的变形，才能用于成形加工。塑性变形会对金属的组织和性能产生很大影响，因此，了解金属塑性变形的基本规律对于认识锻压加工方法具有重要意义。 （1）金属塑性变形过程 金属的塑性变形过程实质上是金属内部的位错沿着滑移面的运动过程。在滑移过程中，一部分旧的位错消失，又产生大量新的位错，总的位错数量是增加的，大量位错运动的宏观表现就是金属的塑性变形。 （2）金属塑性变形过程 冷变形强化（加工硬化）是指随着冷变形程度的增强，金属的所有强度和硬度指标都有所提高，但塑性和韧性指标有所下降的现象。变形后金属的晶格结构严重畸变，变形金属的晶粒被压扁或拉长，这种组织称为纤维组织。 4.回复、再结晶及晶粒长大 经过冷变形强化的金属组织处于不稳定状态，它具有自发地恢复到稳定状态的倾向。但是在室温下，金属原子的活动能力很小，这种不稳定状态的组织能够保持很长时间而不发生明显的变化。只有对冷变形金属进行加热，增强金属原子的活动能力，才会发生显微组织和力学性能的变化，并逐步使冷变形金属的内部组织恢复到稳定状态。 冷变形金属加热时发生的显微组织变化过程包括回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。 5.锻造流线 在锻造时，金属中的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈带状分布；这种热锻后的金属组织具有一定的方向性，通常将这种组织称为锻造流线。锻造流线使金属的性能呈各向异性。在设计和制造机械零件时，必须考虑锻件锻造流线的合理分布。尽量使锻件的锻造流线与零件的轮廓相吻合是锻件工艺设计的一条基本原则。 （三）自由锻造 自由锻造（简称自由锻）是指只用简单的通用性工具，或在锻造设备上直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的加工方法。采用自由锻方法生产的锻件，称为自由锻件。 自由锻一般分为手工自由锻和机器自由锻两种，前者一般用于生产小型锻件。自由锻在重型机械生产中具有重要地位。 自由锻的特点也是历史最悠久的一种锻造方法，具有工艺灵活、所用设备及工具通用性大、加工成本低等特点。但自由锻生产率较低，锻件精度低，劳动强度大，故多用于单件或小批量生产形状较简单、精度要求不高的锻件。 自由锻的生产工艺流程：是下料→坯料加热→锻造成形→冷却→锻件→检验→热处理→入库(或其他工序）。 1.坯料加热 （1）加热的目的 金属加热的目的是提高金属的塑性和降低金属的变形抗力，以改善金属的可锻性和获得良好的锻后组织。钢锻造时应在铁碳合金相图中的单相奥氏体区进行，因为奥氏体组织具有良好的塑性和均匀一致的组织。 （2）锻造温度范围 锻造温度范围是指由始锻温度到终锻温度之间的温度间隔。始锻温度是指开始锻造时坯料的温度，也是允许的最高加热温度。终锻温度是指金属坯料经过锻造成形，在停止锻造时锻件的瞬时温度。 2.锻造成形 自由锻是通过局部锻打逐步成形的，它的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、错移、扭转等。自由锻常用的设备有空气锤、蒸气一空气锤及水压机等。 （1）镦粗 是使毛坯高度减小，横截面积增大的锻造工序。镦粗工序常用于锻造齿轮坯、圆盘、凸缘等锻件。 镦粗时由于坯料两端面与上下砧铁间产生摩擦力，阻碍金属的流动，因此，圆柱形坯料经镦粗后呈鼓形，在后面的工序中应进行修整。 （2）拔长 拔长是使毛坯横截面积减小，长度增加的锻造工序。拔长工序常用于长而截面小的锻件，如拉杆类、轴类、曲轴等。 （3）冲孔 是在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。冲孔工序常用于锻造齿轮坯、套筒、圆环类等空心锻件。 （4）切割 是将坯料分成几部分，或部分地割开，或从坯料的外部割掉一部分，或从内部割掉一部分的锻造工序。切割工序常用于下料、切除锻件料头或钢锭冒口等。 （5）弯曲 是采用一定的工模具将毛坯弯成所规定的外形的锻造。弯曲工序常用于锻造角尺、弯板、吊钩、链环等轴线弯曲的零件。 （6）错移 是将坯料的一部分相对另一部分错开一段距离。错移工序常用于锻造曲轴类零件。 （7）扭转 是使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。扭转工序多用于锻造多拐曲轴、连杆、麻花钻和校正某些锻件等。 3.冷却、检验与热处理 锻造成形后的锻件，通常需要根据其化学成分、尺寸、形状复杂程度等因素来确定其相应的冷却方法。如果冷却方式不当，会使锻件产生内应力、硬皮、变形，甚至裂纹。冷却速度过快会使锻件表面产生硬皮，难以进行切削加工。 低碳钢和中碳钢的小型锻件 采用成堆堆放进行空冷。 低合金钢锻件和截面宽大的锻件 采用放入坑中或炉渣等填充材料中缓慢冷却。 高合金钢锻件及大型锻件通常 采用随炉缓冷。 锻件冷却后进行质量检验，合格的锻件应进行去应力退火或正火或球化退火等热处理，准备后续加工。 （四）模锻与胎模锻 1.模锻 模锻是利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。用模锻方法生产的锻件称为模锻件。模锻由于坯料在锻模内整体锻打成形，因此，金属模锻时所需的变形力较大。 模锻的分类按所用设备的不同，可分为曲柄压力上锻模锻、摩擦压力机上模锻等。 模锻特点与应用：模锻与自由锻相比具有很多优点，如生产率高，有时比自由锻高几十倍；锻件尺寸比较精确；模锻件切削加工余量小，故可节省金属材料，减少切削加工工时；模锻能够锻制形状比较复杂的锻件。但模锻受到设备吨位的限制，模锻件质量一般在150kg以下，且制造锻模的成本较高。因此，模锻主要用于大批量生产形状比较复杂，精度要求较高的中、小型锻件。 2.胎模锻 是介于自由锻和模锻之间的一种锻造方法，是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件。胎模锻一般采用自由锻方法制坯，使坯料初步成形，然后在胎模中终锻成形。 胎模的种类，常用的胎模有扣模、套模、摔模、弯曲模、合模和冲切模等。 胎模锻的特点及应用：与自由锻相比，生产率高，锻件精度较高，节约金属材料，锻件成本低；胎模锻与模锻相比，不需要吨位较大的设备，工艺灵活。但胎模锻比模锻的劳动强度大，模具寿命短，生产率低。因此，胎模锻一般在中、小批量生产及无模锻设备的中、小型工厂中应用广泛。 （五）其它锻造方法 1.轧制是指金属材料(或非金属材料）在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，获得所要求的截面形状并改变其性能的方法。轧制可以生产出不同类型的型材。 2.拉拔是指坯料在牵引力作用下通过模孔拉出，使之产生塑性变形而使坯料横截面积减小度增加的工艺。拉拔主要用来制造各种类型的线材、棒材、薄壁管材等。 3.辊锻是指用一对相向旋转的扇形模具使坯料产生塑性变形，获得所需锻件或锻坯的锻造工艺。 4.精密锻造是使用两套不同精度的锻模，锻造时，先使用粗锻模锻造，然后重新加热再使用精锻模锻造。精密锻造的锻件精度高，不需或只需少量切削加工。 5.挤压是指坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用，从模具的孔口或缝隙挤出，使之横截面积减少，形成所需制品的加工方法。挤压生产率很高，制件锻造流线分布合理，但变形抗力大多用于挤压非铁金属件。常用于生产中空零件，如排气阀、油杯等。 （六）板料冲压 板料冲压是使坯料经成形或分离而得到制件的工艺的统称。因其通常在室温状态下进行，故又称冷冲压。板料冲压所加工的金属多为薄板料。 1.板料冲压概述 板料冲压概述：板料冲压主要是对薄板（厚度10mm以下）进行冷变形，冲压件的质量较小。适合于进行板料冲压的金属材料必须具有良好的塑性，如低碳钢，塑性较好的合金钢以及铜、铝合金等。 板料冲压设备：有剪床和冲床，其中剪床用来把板料剪成一定宽度的条料，以便下一步在冲床上进行冲压。 板料冲压特点：板料冲压操作过程简便，易于实现机械化和自动化，生产效率高，成本低，在汽车、航空、电器、仪表等工业中应用广泛。但是由于冲模制造复杂，质量要求高，所以只有在大批量生产时，板料冲压才显示出其优越性。 2.板料冲压的基本工序 板料冲压的基本工序分为分离工序和变形工序两大类。 （1）分离工序 离工序是使金属坯料的一部分与另一部分相互分离的工序，如剪切、冲裁（落料、冲孔）、整修和切口等。 ①剪切是以两个相互平行或交叉的刀片对金属材料进行切断的过程。剪切一般在剪床上进行。 ②冲裁是利用冲模将板料以封闭轮廓与坯料分离的冲压方法。落料和冲孔都属于冲裁工序。落料落下的为成品，周边的为废料；冲孔落下的为废料，成形孔的为成品。 ③整修是利用整修模沿冲裁件的外缘或内孔刮去一层薄薄的切屑，以提高冲裁件的加工精度和剪断面表面质量的冲压方法。 （2）变形工序 变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序，如弯曲、拉深、翻边胀形、缩口和扩口等。 ①弯曲是使板料、型材或管材在弯矩作用下弯成具有一定曲率和角度制件的成形方法。 弯曲时坯料产生的变形由塑性变形和弹性变形两部分组成。外力去除后塑性变形保留下来，弹性变形消失，并使坯料的形状和尺寸发生与弯曲时变形方向相反的变化，从而抵消部分弯曲变形效果，该现象称为回弹，使被弯曲坯料的角度比模具的角度大一个回弹角（一般小于10°）。为抵消回弹现象对弯曲件的影响，弯曲模的角度应比成品零件的角度小一个回弹角。 ②拉深是指变形区在一拉一压的应力作用下，使板料(浅的空心坯)成形为空心件（深的空心件）而厚度基本不变的加工方法。对于变形深度较大的拉深件，不能一次拉深到位，需要分步多次拉深。 ③翻边是在毛坯的平面部分或曲面部分的边缘，沿一定曲线翻起竖立直边的成形方法。 ④胀形是板料或空心坯料在双向拉应力作用下，使其产生塑性变形获得所需制件的成形方法。 ⑤缩口是在管件或空心制件的端部加压，使其径向尺寸缩小的成形方法。 ⑥扩口是使空心坯料或管状坯料的端部径向尺寸扩大的成形方法。 ■真题练习 一、单选题（下列选项中只有一个答案是正确的，每题2分） 1.下列选项中，是自由锻特点正确的是( )。 A.精度低 B.精度高 C.生产率高 D.大批量生产 2.锻压以金属的塑性变形为基础，下列材料不能进行锻压的是( )。 A.工具钢 B.合金钢 C.灰铸铁 D.45钢 3.当需要消除冷变形强化现象时，可在金属变形过程中合理安排( )工序。 A.正火 B.退火 C.回火 D.调质 4.将冷变形金属加热至一定温度后，使原子回复到平衡位置，晶粒内残余应力大大减小的现象称为( )。 A.回复 B.再结晶 C.晶粒长大 D.冷变形强化 5.根据模锻的特点，下列选项正确的是( )。 A.生产率高 B.精度低 C.周期长 D.形状简单的零件 6.利用冲裁取得一定外形的制件或坯料的冲压方法是( )。 A.剪切 B.落料 C.整修 D.冲裁 7.( )是介于自由锻和模锻之间的一种锻造方法。 A.胎模锻 B.自由锻 C.模锻 D.机器自由锻 8.下列属于变形工序的是( )。 A.冲裁 B.剪切 C.整修 D.拉深 9.落料和冲孔都属于冲裁工序，冲孔被冲下的部分称为( )。 A.制件 B.废料 C.成品 D.都不是 10.切割工序常用于( )。 A.下料 B.孔加工 C.弯曲 D.都不是 二、多选题（下列选项中有两个以上答案是正确的，每题2分） 1.下列选项中，锻压特点正确的是( )。 A.提高金属的力学性能 B.节省金属材料 C.生产率高 D.适用范围广 2.金属在外力作用下产生塑性变形，其变形过程包括( )。 A.加工硬化 B.回复 C.弹性变形 D.塑性变形 3.下列选项中，属于自由锻的优点的是( )。 A.精度高 B.工艺灵活 C.设备通用性强 D.加工成本低 4.拉拔主要用来制造( )。 A.线材 B.棒材 C.箱体 D.薄壁管材 5.挤压生产率很高，按照温度不同可以分为( )。 A.冷挤压 B.温挤压 C.热挤压 D.以上都不是 6.板料冲压的基本工序包括( )。 A.剪切 B.分离工序 C.变形工序 D.整修 7.自由锻常用的设备有( )。 A.空气锤 B.蒸汽-空气锤 C.空压机 D.水压机 8.轧制可以分为( )三种。 A.纵扎 B.斜扎 C.横扎 D.阶梯扎 9.锻造成形后的锻件，通常需要根据其( )等来确定相应的冷却方法。 A.化学成分 B.尺寸 C.形状复杂程度 D.用途 10.常用的胎模有( )。 A.扣模 B.套模 C.摔模 D.弯曲模 三、判断题（正确的填“A”，错误的填“B”） 1.( )低碳钢塑性变形时，力学性能的变化是强度与硬度随着变形程度的增大而提高，塑性与韧性则明显下降，体现了冷变形强化现象。 2.( )经过冷变形强化的金属组织处于不稳定状态，具有自发地恢复到稳定状态的倾向。 3.( )坯料加热的目的是提高金属的塑性和变形能力。 4.( )锻造温度范围是指始锻温度到终锻温度之间的温度间隔。 5.( )镦粗时，由于坯料两端面与上下砧铁间产生摩擦力，阻碍金属的流动，所以圆柱形坯料经镦粗后呈鼓形。 6.( )模锻能够锻制形状比较复杂的锻件，不受设备吨位的限制。 7.( )胎膜锻一般采用自由锻方法制坯，使之初步成形，然后在胎膜中终锻成形。 8.( )在拉深过程中，由于坯料边缘在切向受压缩，所以在压应力的作用下很可能产生波浪状变形。 9.( )缩口是指在管件或空心制件的端部加压，使其径向尺寸扩大的成形方法。 10.( )为抵消回弹现象对弯曲件的影响，弯曲模的角度应比成品零件的角度大一个回弹角。 11.( )在拉深的过程中，坯料厚度越小，拉深深度越大，越容易产生折皱。 12.( )整修是利用正修模沿冲压件的外缘或内孔刮去一层薄薄的切削，以提高冲裁件的加工精度和剪断面表面质量的冲压方法。 13.( )辊锻常作为模锻前的制坯工序，不可以直接制造锻件。 14.( )在板料冲裁的过程中，凸模和凹模都具有锋利的刃口，二者之间没有间隙。 15.( )随着现代科学技术的发展，锻件的质量正向着自动化、低成本、高精度的方向发展。 四、填空题（将最适当的词语或答案填写在横线上，每题2分） 1. 是对坯料施加外力，使金属产生塑性变形，改变尺寸、形状，改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。 2.金属在锻压过程中产生塑性变形而不开裂的能力称为 。 3. 是指随着冷变形程度的增大，金属的所有强度指标和硬度指标都有所提高，但是塑性有所下降的现象。 4.采用自由锻方法生产的锻件称为 。 5. 指变形区在一拉一压的应力作用下，使板料成形为空心件而厚度基本不变的加工方法。 6.使空心坯料或管状坯料的端部径向尺寸扩大的成形方法是 。 7.轧制是指金属材料在旋转轧辊的压力作用下，产生连续 ，获得所要求的横截面积形状并改变其性能的方法。 8. 是指一般模锻设备上锻造高精度锻件的锻造方法。 9.板料冲压是使坯料经成形或 而得到制件的工艺的统称。 10.以两个相互平行或交叉的刀片对金属材料进行切断的过程是指 。 11.在坯料上冲出通孔或者不通孔的锻造工序是 。 12.在设计和制造机械零件时，尽量使 与零件的轮廓线相吻合是锻件工艺设计的一条基本原则。 13.在常温下经过塑性变形的金属加热到再结晶温度以上，使其发生再结晶的处理过程称为 。 14. 是指坯料高度减小，横截面积增大的锻造工序。 15.板料冲压因其在常温状态下进行，故又称为 。 考点5 锻压技术及应用 真题练习答案 一、单选题 1-5：BCBAA 6-10：BADBA 二、多选题 1.ABCD 2.CD 3.BCD 4.ABD 5.ABC 6.BC 7.ABD 8.ABC 9.ABC 10.ABCD 三、判断题 1-5：对对对对对 6-10：错对对错错 11-15：对对错错对 四、填空题 1.锻压 2.可锻性 3.冷变形强化 4.自由锻件 5.拉深 6.扩口 7.塑性变形 8.精密锻造 9.分离 10.剪切 11.冲孔 12.锻造流线 13.再结晶退火 14.镦粗 15.冷冲压 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $