鍛壓是鍛造和沖壓的合稱,是利用鍛壓機械的錘頭、砧塊、沖頭或通過模具對坯料施加壓力,使之產生塑性變形,從而獲得所需形狀和尺寸的制件的成形加工方法。鍛壓主要按成形方式和變形溫度進行分類。按成形方式鍛壓可分為鍛造和沖壓兩大類;按變形溫度鍛壓可分為熱鍛壓、冷鍛壓、溫鍛壓和等溫鍛壓等。
在鍛造加工中,坯料整體發生明顯的塑性變形,有較大量的塑性流動;在沖壓加工中,坯料主要通過改變各部位面積的空間位置而成形,其內部不出現較大距離的塑性流動。鍛壓主要用于加工金屬制件,也可用于加工某些非金屬,如工程塑料、橡膠、陶瓷坯、磚坯以及復合材料的成形等。
沖壓
靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力,使之產生塑性變形或分離,從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬塑性加工(或稱壓力加工),合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。全世界的鋼材中,有60~70%是板材,其中大部分經過沖壓制成成品。
與機械加工及塑性加工的其它方法相比,沖壓加工無論在技術方面還是經濟方面都具有許多獨特的優點。主要表現如下。
(1) 沖壓加工的生產效率高,且操作方便,易于實現機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工,普通壓力機的行程次數為每分鐘可達幾十次,高速壓力要每分鐘可達數百次甚至千次以上,而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。
(2) 沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度,且一般不破壞沖壓件的表面質量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質量穩定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。
(3) 沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件,如小到鐘表的秒表,大到汽車縱梁、覆蓋件等,加上沖壓時材料的冷變形硬化效應,沖壓的強度和剛度均較高。
(4) 沖壓一般沒有切屑碎料生成,材料的消耗較少,且不需其它加熱設備,因而是一種省料,節能的加工方法,沖壓件的成本較低。
由于沖壓具有如此優越性,沖壓加工在國民經濟各個領域應用范圍相當廣泛。例如,在宇航,航空,軍工,機械,農機,電子,信息,鐵道,郵電,交通,化工,醫療器具,日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。不但整個產業界都用到它,而且每個人都直接與沖壓產品發生聯系。像飛機,火車,汽車,拖拉機上就有許多大,中,小型沖壓件。小轎車的車身,車架及車圈等零部件都是沖壓加工出來的。據有關調查統計,自行車,縫紉機,手表里有80%是沖壓件;電視機,收錄機,攝像機里有90%是沖壓件;還有食品金屬罐殼,鋼精鍋爐,搪瓷盆碗及不銹鋼餐具,全都是使用模具的沖壓加工產品;就連電腦的硬件中也缺少不了沖壓件。
但是,沖壓加工所使用的模具一般具有專用性,有時一個復雜零件需要數套模具才能加工成形,且模具制造的精度高,技術要求高,是技術密集形產品。所以,只有在沖壓件生產批量較大的情況下,沖壓加工的優點才能充分體現,從而獲得較好的經濟效益的。
沖壓件與鑄件、鍛件相比,具有薄、勻、輕、強的特點。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件,以提高其剛性。由于采用精密模具,工件精度可達微米級,且重復精度高、規格一致,可以沖壓出孔窩、凸臺等。冷沖壓件一般不再經切削加工,或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態低于冷沖壓件,但仍優于鑄件、鍛件,切削加工量少。
模具的精度和結構直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質量的重要因素。
沖壓用板料的表面和內在性能對沖壓成品的質量影響很大。對于沖壓材料的要求是:
① 厚度精確、均勻。沖壓用模具精密、間隙小,板料厚度過大會增加變形力,并造成卡料,甚至將凹模脹裂;板料過薄會影響成品質量,在拉深時甚至出現拉裂。
② 表面光潔,無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等。一切表面缺陷都將存留在成品工件表面,裂紋性缺陷在彎曲、拉深、成形等過程可能向深廣擴展,造成廢品。
③ 屈服強度均勻,無明顯方向性。各向異性(見塑性變形的板料在拉深、翻邊、脹形等沖壓過程中,因各向屈服的出現有先后,塑性變形量不一致,會引起不均勻變形,使成形不準確而造成次品或廢品。
④ 均勻延伸率高??估囼炛?試樣開始出現細頸現象前的延伸率稱為均勻延伸率。在拉深時,板料的任何區域的變形不能超過材料的均勻延伸范圍,否則會出現不均勻變形。
⑤屈強比低。材料的屈服極限與強度極限之比稱為屈強比。低的屈強比不僅能降低變形抗力,還能減小拉深時起皺的傾向,減小彎曲后的回彈量,提高彎曲件精度。
⑥加工硬化性低。冷變形后出現的加工硬化會增加材料的變形抗力,使繼續變形困難,故一般采用低硬化指數的板材。但硬化指數高的材料的塑性變形穩定性好(即塑性變形較均勻),不易出現局部性拉裂。
鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力,使其產生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法,鍛壓(鍛造與沖壓)的兩大組成部分之一。通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產生的鑄態疏松等缺陷,優化微觀組織結構,同時由于保存了完整的金屬流線,鍛件的機械性能一般優于同樣材料的鑄件。相關機械中負載高、工作條件嚴峻的重要零件,除形狀較簡單的可用軋制的板材、型材或焊接件外,多采用鍛件。
按變形溫度,鍛造又可分為熱鍛(鍛造溫度高于坯料金屬的再結晶溫度)、溫鍛(鍛造溫度低于金屬的再結晶溫度)和冷鍛(常溫)。鋼的開始再結晶溫度約為727℃,但普遍采用800℃作為劃分線,高于800℃的是熱鍛;在300~800℃之間稱為溫鍛或半熱鍛
金屬經過鍛造加工后能改善其組織結構和力學性能。鑄造組織經過鍛造方法熱加工變形后由于金屬的變形和再結晶,使原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變為晶粒較細、大小均勻的等軸再結晶組織,使鋼錠內原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實和焊合,其組織變得更加緊密,提高了金屬的塑性和力學性能。
鑄件的力學性能低于同材質的鍛件力學性能。此外,鍛造加工能保證金屬纖維組織的連續性,使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致,金屬流線完整,可保證零件具有良好的力學性能與長的使用壽命采用精密模鍛、冷擠壓、溫擠壓等工藝生產的鍛件,都是鑄件所無法比擬的
鍛件是金屬被施加壓力,通過塑性變形塑造要求的形狀或合適的壓縮力的物件。這種力量典型的通過使用鐵錘或壓力來實現。鑄件過程建造了精致的顆粒結構,并改進了金屬的物理屬性。在零部件的現實使用中,一個正確的設計能使顆粒流在主壓力的方向。鑄件是用各種鑄造方法獲得的金屬成型物件,即把冶煉好的液態金屬,用澆注、壓射、吸入或其它澆鑄方法注入預先準備好的鑄型中,冷卻后經落砂、清理和后處理等,所得到的具有一定形狀,尺寸和性能的物件。