第2章 锻压.doc

63
第2章 锻 压
第2章 锻 压
教学目的
(1)  掌握锻压生产设备、工具及自由锻的基本操作。
(2)  掌握自由锻和冲压的基本工序。
2.1 锻坯的加热和锻件的冷却
锻坯的加热和锻件的冷却都是锻造工艺过程中的重要环节，它直接影响锻件的质量。
2.1.1 锻坯的加热目的及锻造温度范围
2.1.1.1 锻坯的加热目的
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型(称为冷锻)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。但将这些金属加热到一定温度后，可以大大提高其可锻性，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，称为热锻。
2.1.1.2 锻造温度范围
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。如果加热温度过高，会使锻件产生加热缺陷，锻件质量下降，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。
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。常见钢材的锻造温度范围见表2-1。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使坯料锻造成型，减少加热次数。在保证坯料还有足够塑性的前提下，终锻温度应定的低一些，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。
表2-1 常用钢材的锻造温度范围
材料种类
始锻温度/℃
终锻温度/℃
低碳钢
1 200～1 250
800
中碳钢
1 150～1 200
800
合金结构钢
1 100～1 130
850
铝合金
450～500
350～380
铜合金
800～900
650～700

锻坯金属的加热温度可以用仪表测量，还可以通过观察加热毛坯的火色来判断，即用火色鉴定法，火色鉴定法是实际生产中较为常用的方法。碳素钢加热温度与火色的关系见表2-2。
表2-2 碳素钢加热温度与火色的关系
火色
黄白
淡黄
黄
淡红
樱红
暗红
赤褐
温度/℃
1 300
1 200
1 100
900
800
700
600
2.1.2 锻造加热设备
在锻造生产中，根据加热采用热源的不同，分为火焰加热和电加热。前者利用烟煤、重油或煤气燃烧时产生的高温火焰直接加热金属，后者是利用电能转化为热能加热金属。其中，火焰炉包括手锻炉、反射炉、煤气炉及油炉，电加热包括电阻加热(如电阻炉)、感应加热及接触加热装置。
2.1.2.1 手锻炉
手锻炉由灰坑、火沟槽、送风装置及其他辅助装置构成，其结构示意图如图2-1所示。手锻炉是以煤或焦炭作燃料的火焰加热炉。煤由前炉门加入，放在炉箅4上面，而燃烧煤所用的空气则由鼓风机3经过风管从炉箅下面进入煤层。后炉门5一般都与炉箅相对，这样不仅便于出渣，而且也可以供加热长杆或轴类锻件时外伸之用。
手锻炉结构简单，操作容易，升温快，但加热温度不均匀，加热质量不高，劳动生产率低，在单件小批量生产或局部加热生产中应用较多。因此，手锻炉是目前锻造实习中普遍采用的加热设备之一。
2.1.2.2 反射炉
反射炉是以煤为燃料的火焰加热炉，燃料在燃烧室中燃烧，高温炉气及火焰通过炉顶反射到加热室中加热金属坯料，其结构示意图如图2-2所示。燃烧室1中产生的高温炉气越过火墙2反射进入加热室(炉膛)3内加热坯料4，燃烧所需要的空气经过换热器8预热后送入燃烧室，而废气经烟道7排出，坯料从炉门5装取。这种炉子普遍用于中小批量的锻件的生产。

图2-1 手锻炉结构示意图 图2-2 反射炉结构示意图
1—灰坑；2—火沟槽；3—鼓风机；4—炉箅； 1—燃烧室；2—火墙；3—加热室；4—坯料；
5—后炉门；6—烟囱；7—前炉门；8—堆料平台 5—炉门；6—鼓风机；7—烟道；8—换热器
2.1.2.3 油炉和煤气炉
室式重油炉结构示意图如图2-3所示。重油和压缩空气分别由两个管道送入喷嘴，压缩空气从喷嘴中喷出时，所造成的负压将重油带出并喷成雾状，在炉膛内燃烧。煤气炉的构造与重油炉基本相同，主要区别是喷嘴的构造不同。
2.1.2.4 电阻炉
电阻炉是常用的电加热设备，是利用电流通过布置在炉膛围壁上的电热元件产生的电阻热为热源，通过辐射和对流将坯料加热的。炉子通常做成箱形，分为中温箱式电阻炉和高温箱式电阻炉。中温箱式电阻炉如图2-4所示，以电阻丝为电热元件，通常做成丝状或带状，放在炉内的砖槽中或搁板上，最高使用温度为1 000℃；高温电阻炉通常以硅碳棒为电热元件，最高使用温度为1 350℃。

图2-3 室式重油炉结构示意图 图2-4 中温箱式电阻炉
1—坯料；2—炉膛；3—炉门； 1—踏杆(控制炉门升降)；2—炉门；
4—喷嘴；5—烟道 3—电阻丝；4—炉膛；5—坯料
箱式电阻炉有结构简单，体积小，操作简便，炉温均匀并易于调节，坯料氧化较小，加热质量好，坯料加热温度适应范围较大等优点。但电能消耗大，热效率较低，适合于自由锻或模锻合金钢、有色金属坯料的单件或成批的加热。
感应加热是利用交流感应线圈产生交变磁场，使置于线圈中的坯料产生涡流损耗和磁滞损耗热而升温加热。具有加热速度快、加热质量好、控温准确和易于实现自动化等特点，但是成本高。感应器能加热的坯料尺寸小，适合于模锻或有色金属的大批量加热。接触加热是利用大电流通过金属坯料产生的电阻热加热。这种加热方式加热速度快、金属消耗少及热效率高，适合于模锻坯料的大批量加热。
2.1.3 锻件的常见加热缺陷
2.1.3.1 氧化和脱碳
金属坯料在加热过程中，若将其加热到高温时，坯料表层中的铁和炉气中的氧化性气体(如氧气、二氧化碳、水和二氧化硫等)发生化学反应，生成氧化皮，这种现象称为氧化。氧化会造成金属烧毁，每加热一次，氧化烧损量为坯料重量的2%～3%，严重的氧化会造成锻件表面质量的下降，加剧锻模的磨损，降低模具使用寿命。
钢料加热到高温时，金属坯料表层的碳氧或氢产生化学反应而烧损，造成坯料表面含碳量减少，这种现象称为脱碳。金属脱碳后，表层的硬度与强度会明显降低。如果脱碳层厚度小于机械加工余量，则对锻件没有什么危害。反之，就严重影响锻件质量，甚至造成锻件的报废。
减少锻件氧化和脱碳的措施主要有：在保证加热质量的前提下，严格控制送风量，采用快速加热，避免坯料在高温下停留时间过长或采用少氧化、无氧化的加热方法。
2.1.3.2 过热和过烧
当坯料加热温度过高或高温下保持时间过长时，就会引起晶粒迅速长大变粗，这种现象称为过热。过热会导致钢的强度和冲击韧度降低，力学性能下降，应尽量避免。但是对于过热的坯料，可以采用多次锻打把晶粒打碎，或在锻后进行热处理(调质或正火)的方法使其晶粒细化，改善坯料力学性能。
当坯料加热温度过高，接近于熔化温度或在高温下长时间停留时，由于炉气中的氧性化气体的渗入，使晶粒间的物质被氧化，内部组织间的结合力将完全消失，这时坯料锻打会破碎成废品，这种现象称为过烧。过烧的坯料无法挽救，避免过烧的措施是严格控制加热温度和保温时间，使坯料的加热温度至少应低于熔点100℃。
2.1.3.3 裂纹
对于加工大型锻件或导热性较差的金属材料，如果加热温度过高或过快，将使坯料的心部和外部表层温差过大，产生的热应力超过材料的强度极限，会使坯料产生裂纹，故加热应分段进行。为防止裂纹现象，应严格制定和遵守正确的加热规范(包括入炉温度、加热速度及保温时间等)。
2.1.4 锻件的冷却
锻件的冷却同加热一样，也是保证锻件质量的重要环节，锻件的冷却是指锻后从终锻温度冷却到室温。如果冷却的方法不当，会造成坯料产生硬化、变形或裂纹缺陷。常用的冷却方法有以下3种：
(1)  空冷。在无风的空气中，锻件放在干燥的地面上冷却。适用于低、中碳钢和合金结构钢的小型锻件的冷却。
(2)  坑冷。锻后在充填有石灰、砂子或炉灰的地坑或铁箱中冷却。坑冷速度较空冷慢，适用于碳素工具钢和合金工具钢锻件的冷却。
(3)  炉冷。锻后件在500～700℃的加热炉中，随炉缓慢冷却。适用于大型锻件和高合金锻件的冷却。
2.2 自 由 锻
将加热后的金属坯料置于铁砧上或锻压机器的上、下抵铁之间直接进行的锻造，称为自由锻造。前者称为手工自由锻(简称手锻)，后则称为机器自由锻(简称机锻)。自由锻生产效率低，劳动强度大，锻件的精度低，对操作工人的技术要求较高。但是自由锻所使用的工具简单，设备的通用性强，工艺灵活性高，所以广泛用于单件、小批量零件及大型锻件毛坯的生产。
2.2.1 自由锻设备
自由锻常用的设备有空气锤、蒸汽-空气锤和水压机等，其中空气锤使用灵活，操作方便，是生产小型锻件最常用的自由锻设备。
2.2.1.1 空气锤
空气锤是生产小型锻件及胎膜锻造的常用设备，由锤身(单柱式)、双缸(压缩缸和工作缸)、传动机构、操纵机构、落下部分和锤砧等几个部分组成，如图2-5所示。

图2-5 空气锤
(a)  外形图；(b)  工作原理
1—工作缸；2—旋阀；3—压缩缸；4—手柄；5—锤身；6—减速机构；7—电动机；8—脚踏杆；
9—砧座；10—砧垫；11—下砧块；12—上砧块；13—锤杆；14—工作活塞；
15—压缩活塞；16—曲轴连杆机构；17—上旋阀；18—下旋阀
空气锤的工作原理是，电动机7经过减速机构6减速，通过曲轴连杆机构16，使压缩活塞15在压缩缸3内作往复运动产生压缩空气，进入工作缸1使锤杆作上下运动以完成各项工作。
空气锤是将电能转化为压缩空气的压力能来产生打击力的。空气锤的规格是以落下部分的质量来表示的。例如150kg空气锤就是指锤的落下部分的质量为150kg。锻锤的打击力大约是落下部分质量的100倍。常用空气锤规格为65～750kg，可以根据锻件的质量和尺寸合理选用。
2.2.1.2 蒸汽-空气锤
蒸汽-空气锤是以蒸汽或压缩空气为工作介质驱动锤头上下运动对坯料进行打击。如图2-6所示为双柱拱式蒸汽-空气锤，其工作原理是通过操作手柄控制滑阀，使气体进入气缸的上下腔并推动活塞上下运动，达到使锤头上悬、下压、单打或连续打击等的动作。蒸汽-空气锤自身不带动力装置，另需蒸汽锅炉向其提供具有一定压力的蒸汽，或空气压缩机向其提供压缩空气。其锻造能力明显大于空气锤，一般为1～5t，所以常用于大、中型锻件的锻造生产。
2.2.1.3 水压机
大型锻件需要在液压机上锻造，水压机是最常用的一种，如图2-7所示。水压机不依靠冲击力，而是靠静压力使坯料变形，工作平稳，因此工作时振动小。不需要笨重的砧座，锻件变形速度低，变形均匀，易将锻件锻透，使整个截面呈细晶粒组织，从而改善和提高了锻件的力学性能，容易获得大的工作行程并能在行程的任何位置进行锻压，劳动条件较好。但由于水压机主体庞大，并需配备供水和操纵系统，故造价较高。水压机的压力大，规格为500～12 500t，能锻造1～300t的大型重型坯料。

图2-6 双柱拱式蒸汽-空气锤 图2-7 水压机
1—工作气缸；2—落下部分；3—机架； 1—工作缸；2—工作柱塞；3—上横梁；4—活动横梁；
4—操纵手柄；5—砧座 5—立柱；6—下横梁；7—回程柱塞；8—回程缸；
9—上砧；10—下砧；11—回程横梁；12—拉杆
2.2.1.4 自由锻工具
常用的自由锻工具有夹持工具、衬垫工具、打击工具及测量工具等。部分自由锻工具如图2-8所示。

图2-8 常用自由锻工具
(a)  垫环；(b)  刻模；(c)  压铁；(d)  摔子；(e)  剁刀；(f)  测量工具
2.2.2 自由锻的基本工序及其操作
锻件的成型过程是由各种变形工序组成的。根据变形的性质和程度不同，自由锻工序可分为基本工序、辅助工序和修整工序三大类。
基本工序是指能够大幅度地改变坯料的形状和尺寸的工序。该工序是锻造过程中的主要变形工序。如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、芯轴拔长、切割、弯曲、扭转、错移和锻接等，其中镦粗、拔长和冲孔3个工序应用得最多。
辅助工序是指在坯料进入基本工序前预先变形的工序。如预压钳把、切肩及压痕等。
修整工序是指用来精整锻件尺寸和形状，消除锻件表面不平、歪曲等，使锻件完全达到要求的工序。如滚圆、平整及整形等。
2.2.2.1 镦粗
镦粗是指使毛坯高度减少、横截面积增大的锻造工序。镦粗有完全镦粗和局部镦粗两种方式，如图2-9所示。镦粗是自由锻最基本的工序，主要用来锻造圆盘类(如齿轮坯)及法兰等锻件；在锻造空心锻件时，可作为冲孔前的预备工序；镦粗还可作为提高拔长锻造比的预备工序。
镦粗的一般规则、操作方法及注意事项如下：
(1)  被镦粗坯料的原始高度与直径(或边长)之比应小于2.5～3，否则会使坯料产生镦弯，或形成双鼓形及夹层等锻造缺陷，如图2-10所示。局部镦粗时，镦粗部分的高径比也应满足上述要求。
(2)  镦粗的始锻温度采用坯料允许的最高始锻温度，并应烧透。坯料的加热要均匀，否则镦粗时工件变形不均匀，对某些材料还可能锻裂。
(3)  镦粗时坯料的截面一般是圆形，如果是方形坯料，镦粗时应将坯料锻成圆形再镦粗，以免形成夹层。
2.2.2.2 拔长
拔长是指使坯料横截面积减小而长度加大的工序，又称延伸或引伸。拔长用于锻制长而截面小的工件，如轴类、杆类和长筒形类锻件的成型，还常用来改善锻件的内部质量。
拔长操作时，应注意以下几点：

(a)  完全镦粗 (b)  局部镦粗 (a)  镦弯 (b)  双鼓形 (c)  夹层
图2-9 镦粗 图2-10 坯料高径比太大时镦粗形成的缺陷
(1)  拔长时，坯料应沿抵铁的宽度方向送进，每次的送进量应为抵铁宽度的0.3～0.7倍(如图2-11(a)所示)。送进量太大，金属主要向宽度方向流动，反而降低延伸效率(如图2-11(b)所示)。送进量太小，又容易产生夹层(如图2-11(c)所示)。另外，单边压下量应小于送进量，否则会产生折叠。

(a) (b) (c)
图2-11 拔长时的送进方向和进给量
(a)  送进量合适；(b)  送进量太大、拔长效率降低；(c)  送进量太小、产生夹层
(2)  坯料的宽高比应在2～2.5之间，否则翻转90°再锻打时容易产生弯曲，甚至造成夹层缺陷。
(3)  拔长过程中要将毛坯料不断反复地翻转90°，并沿轴向送进操作，如图2-12(a)所示。螺旋式翻转拔长如图2-12(b)所示，是将毛坯沿一个方向作90°翻转，并沿轴向送进的操作。单面顺序拔长如图2-12(c)所示，是将毛坯沿整个长度方向锻打一遍后，再翻转90°，同样依次沿轴向送进操作。用这种方法拔长时，应注意工件的宽度和厚度之比不要超过2.5，否则再次翻转继续拔长时容易产生折叠。

图2-12 拔长时锻件的翻转方法图
(a)  反复翻转拔长；(b)  螺旋式翻转拔长；(c)  单面顺序拔长
(4)  拔长时总是在方截面下进行的，如果坯料是圆形截面时，应锻成正方截面，拔长到接近所需直径时再滚圆，如图2-13所示。

图2-13 大直径坯料拔长时的变形过程
(5)  局部拔长时，应先压肩，以使过渡表面平整。压肩如图2-14所示。

(a)   (b)
图2-14 压肩
(a)  方料压肩；(b)  圆料压肩
2.2.2.3 冲孔
冲孔是指在坯料上锻出盲孔或通孔的锻造工序。常用的冲孔方法有双面冲孔(如图2-15所示)和单面冲孔(如图2-16所示)。

图2-15 双面冲孔 图2-16 单面冲孔
冲孔前坯料应加热到始锻温度，而且要均匀热透，从而保证坯料有足够的塑性，以防坯料被冲裂或损坏冲子，冲孔完毕后冲子也应易于拔出。
冲孔前坯料应先镦粗，以减少冲孔的深度并使端面平整。为了保证孔位正确，防止冲偏，冲孔前应先试冲，即冲孔前首先用冲子轻轻冲出孔的压痕，然后检查孔的位置是否正确，经检查无误后在压痕内撒放少量煤粉，以利于拔出冲子，然后继续冲深，要注意防止冲歪。
一般锻件多采用双面冲孔法，将孔冲到坯料厚度的2/3～3/4时取出冲子，翻转工件从反面冲透。对于较薄的锻件可采用单面冲孔法，单面冲孔时应将冲子大头朝下，漏盘孔径不宜太大，且需要对正。
2.2.2.4 弯曲
弯曲是指使坯料弯成一定角度或形状的锻造工序，常用于各种弯曲轴类锻件，如图2-17所示。弯曲时，只需将坯料待弯曲部分加热即可。
2.2.2.5 错移
错移是指将毛坯的一部分相对另一部分上、下错开，但仍保持这两部分轴心线平行的锻造工序，如图2-18所示，错移常用于曲轴的锻造。错移前，毛坯须先进行压肩等辅助工序。

图2-17 弯曲 图2-18 错移
(a)  压肩；(b)  锻打；(c)  修整
2.2.2.6 切割
切割是指将坯料分割开或切除钢锭的冒口、底部，切除锻件料头的工序，如图2-19所示。其基本工具是各种形状的剁刀。

图2-19 切割
(a)  方料的切割；(b)  圆料的切割
2.3 胎 膜 锻
在锻压设备动力作用下使坯料在锻模模膛中塑性流动从而获得锻件的锻造方法称为模锻。模锻与自由锻相比较，具有生产率高、尺寸精度高、材料利用率高、机加工余量小、适用形状复杂锻件、操作简便及劳动强度小等优点。但是模锻需采用专用的模锻设备，投资大、生产准备周期长，锻模成本高、寿命低，工艺灵活性不如自由锻，因此模锻适用于中小型锻件的大批量生产。
按照所使用的设备不同，模锻可分为胎模锻、锤上模锻和压力机上模锻等。
胎模锻是在自由锻设备上使用简单的模具(即胎模)来生产模锻件的工艺方法。胎模锻一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中终锻成型。常用的胎模按其结构可分为扣模、套筒模及合模3种类型。
(1)  扣模。扣模用来对非回转体锻件扣形或制坯，主要生产杆状非回转体锻件，如图2-20所示。
(2)  套筒模。套筒模为圆筒形锻模，主要用于锻造齿轮、法兰盘等回转体盘类锻件，如图2-21所示。
(3)  合模。合模通常由上、下模组成，主要用于生产形状复杂的非回转体锻件，如连杆、叉形件等，如图2-22所示。
胎模锻的设备、工具简单，生产比较灵活，适用性强，可以在自由锻设备上进行生产，不需要模锻锤，其生产质量和效率比自由锻高，因此它适合于中小批量的生产，在缺乏模锻设备的中小型工厂中广泛采用。

图2-20 扣模 图2-21 套筒模 图2-22 合模
2.4 锻件的缺陷分析
锻件的缺陷有多种分类方法，如按其表现形式来区分或按产生缺陷的工序或过程来分类。这里我们主要介绍自由锻件工艺缺陷分析和胎模锻件的工艺缺陷分析。
2.4.1 自由锻件工艺缺陷分析
2.4.1.1 镦粗
锻件在镦粗过程中易于产生镦弯(如图2-23所示)、镦歪(如图2-24所示)、双鼓或夹层(如图2-25所示)及内部裂纹等工艺缺陷。针对这些缺陷，在实际生产操作中应注意以下几个方面：

图2-23 镦弯及矫正 图2-24 镦歪及矫正 图2-25 双鼓或夹层
(1)  锻件坯料的原始高度H与直径D之比(即高径比)应在2.5～3的范围之内，过大会产生弯曲，过小会产生双鼓或夹层。
(2)  锻件坯料两端面应平整并与轴线垂直，以防镦歪。
(3)  锻件坯料表面要光洁，不得有裂纹或凹坑，以防产生裂纹或夹层。
(4)  锻造设备应有足够的打击力，以防产生双鼓或折叠，若不及时纠正，继续锻打下去，则可能产生夹层，使工件报废。
2.4.1.2 拔长
拔长时，每次送进量太大易于产生夹层或拔长效率不高；单边压下量应小于送进量，否则也易产生夹层缺陷。
2.4.2 胎模锻件的工艺缺陷分析
胎模锻件的工艺缺陷主要由下列因素引起：原材料本身的缺陷，下料的缺陷，加热的缺陷，锻模的缺陷，切边、锻后的热处理及清理等缺陷。胎模锻件的工艺缺陷主要有以下几个方面：
(1)  错模。锻造过程中由模具安装原因所造成的错模。
(2)  局部充不满。由于坯料体积过小或坯料放偏等原因致使锻件上的凸筋和内外圆角等部位因模槽未充满而欠缺，此种缺陷一般无法进行修正。
(3)  凹坑。由于锻模槽中未清除的氧化皮被压入锻件中，锻件被清理后氧化皮脱落，即形成凹坑或麻点。
(4)  残留毛刺。由于切边模的间隙过大或间隙不均匀，以及切边模刃口变钝等原因，常导致锻件切边后在分模面处出现残留毛刺。毛刺过大时，通常使用砂轮进行修磨。
2.5 冲 压
冲压是指利用冲压设备和冲模使金属或非金属板料产生分离或变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的毛坯或零件的压力加工方法，也称为板料冲压。它是机械制造中重要的加工方法之一，应用十分广泛。这种加工方法通常是在常温下进行的，所以又称冷冲压。
用于冲压的材料必须具有良好的塑性，常用的有低碳钢、铝和铝合金、铜和铜合金、镁合金及奥氏体不锈钢等金属板材，以及塑性板、胶木板、皮革和云母片等非金属材料。
冲压的特点是可冲出形状复杂的零件，材料利用率高；冲压件表面质量高，强度高，刚性好；操作简单，生产效率高，易于实现机械化和自动化；冲模精度要求高，结构复杂，制造成本大等，因此冲压常适用于大批量生产场合。
2.5.1 冲压设备
常用的冲压设备有剪床和冲床。
2.5.1.1 剪床
剪床是下料用的基本设备，其传动系统如图2-26所示。电动机4经带轮5、齿轮10和离合器11使曲轴7转动，曲轴带动装有上刀刃2的滑块8沿导轨3上下移动，与装在工作台上的下刀刃1相配合，进行剪切。下料的尺寸由挡铁12控制。制动器6的作用是使上刀刃剪切后停在最高位置上，为下次剪切做好准备。

图2-26 剪床传动系统
1—下刀刃；2—上刀刃；3—导轨；4—电动机；5—带轮；6—制动器；7—曲轴；8—滑块；9—板料；
10—齿轮；11—离合器；12—挡铁；13—工作台
2.5.1.2 冲床
冲床是进行冲压加工的基本设备，常用的开式单柱曲轴冲床如图2-27所示。电动机5通过V带减速系统4带动带轮转动，踩下踏板7后，离合器3闭合并带动曲轴2旋转，再经过连杆11带动滑块9沿导轨10做上下往复运动，进行冲压加工。如果将踏板踩下后立即抬起，滑块冲压一次后便在制动器1的作用下停止在最高位置，若踏板不抬起，滑块将连续动作，进行连续冲压。

图2-27 开式单柱曲轴冲床
1—制动器；2—曲轴；3—离合器；4—V带减速系统；5—电动机；6—拉杆；7—踏板；
8—工作台；9—滑块；10—导轨；11—连杆
2.5.2 冲模
冲模是使板料分离或变形的主要工具。按照结构特点的不同，冲模可以分为简单模、连续模及复合模3种。在冲床滑块的一次行程中只完成一道工序的模具称为简单模，又称单工序模。简单模结构简单，容易制造，适用于生产单工序完成的冲压件。连续模是在压力机的一次行程中，在一副模具的不同位置上同时完成几个工序的冲模，又称级进模或跳步模。连续模使用设备和模具较少，生产效率高，操作方便、安全，易于实现自动化，但是由于定位误差，会影响加工工件的精度。因此，连续模一般适用于精度要求低、多工序的小型零件。复合模是指在冲床滑块的一次行程内，于模具的同一个位置完成两个以上的冲压工序的模具。复合模的生产效率高，结构复杂，制造精度要求高，因此适用于生产大批量、高精度的冲压件。
典型的冲模结构如图2-28所示，它是由上模和下模两部分组成。凹模7用下压板6固定在下模板5上，下模板5用螺栓固定在冲床工作台上。凸模11用上压板12固定在上模板上2，上模板2则通过模柄1与冲床的滑块连接，凸模11可随滑块作上下运动。上下模利用导柱4和导套3的滑动配合导向，保持凸凹模间隙均匀。条料在凹模上沿两个导料板9之间送进，碰到定位销8为止。凸模向下冲压时冲下部分进入凹模孔；而条料则夹住凹模一起回程向上运动。条料碰到卸料板10时被推下，这样条料继续在导板间送进。重复上述动作，即可连续冲压。

图2-28 典型的冲模结构
1—模柄；2—上模板；3—导套；4—导柱；5—下模板；6—下压板；7—凹模；
8—定位销；9—导料板；10—卸料板；11—凸模；12—上压板
2.5.3 冲压的基本工序
冲压的基本工序可分为分离工序和变形工序两类。
分离工序是使零件与母材沿一定的轮廓相互分离的工序，如剪切、落料、冲孔和整修等。变形工序是在板料不被破坏的情况下产生局部或整体塑性变形的工序，如弯曲、拉深和翻边等。
2.5.3.1 剪切
剪切是按不封闭的轮廓线从板料中分离出零件或毛坯件的工序。生产中主要在剪床上进行，用于毛坯的下料。
2.5.3.2 落料和冲孔
落料和冲孔都是按照封闭的轮廓线将板料分离的工序，统称为冲裁。从板料上冲下所需形状的零件(或毛坯)为落料，即冲下部分为成品，剩下周边部分为废料；而冲孔则相反，它是在板料上冲出所需形状的孔，即冲下部分为废料，剩余周边部分为成品。落料和冲孔如图2-29所示。
2.5.3.3 弯曲
弯曲是指将板料或型材利用冲模弯成一定角度的工序，弯曲时金属变形简图如图2-30所示，弯曲件有最小弯曲半径的限制，凹模的工作部位必须有圆角过渡，以免拉伤工件。弯曲主要应用于制造各种弯曲形状的冲压件。

图2-29 落料和冲孔 图2-30 弯曲时金属变形简图
1—冲头；2—坯料；3—凹模；4—冲孔成品；5—落料成品 1—冲头；2—弯曲件；3—凹模
2.5.3.4 拉深
拉深是指利用冲模使板料形成开口空心零件的工序，拉深过程简图如图2-31所示。为了防止起皱，要用压板将坯料压紧，凹模和凸模必须有圆角过渡。
2.5.3.5 翻边
在带孔的平坯料上用扩孔的方法使板料沿一定的曲率翻成直立边缘的冲压成型方法称为翻边。翻边简图如图2-32所示，图中d0为坯料上孔的直径，为坯料的厚度，d为凸缘的平均直径，h为凸缘的高度。翻边的变形程度受到限制，对于凸缘高度较大的工件，可以采用先拉深后冲孔再翻边的工艺来实现。翻边主要应用于带有凸缘或具有翻边的冲压件。

图2-31 拉深过程简图 图2-32 翻边简图
1—冲头；2—压板；3—凹模；4—拉深工件 1—坯料；2—成型件；3—冲头；4—凹模
锻造实习安全技术
(1)  进入实习(训练)场地前穿戴好规定的安全防护用品。
(2)  检查各种工具(如榔头、手锤等)的木柄是否牢固，空气锤上、下铁砧是否稳固，铁砧上不许有油、水和氧化皮。
(3)  钳子的钳口必须与锻件的截面相吻合，保证夹持牢靠，防止锻打时坯料飞出伤人。
(4)  坯料在炉内加热时，风门应逐渐加大，防止突然高温使煤屑和火焰喷出伤人。
(5)  锻打时应将锻件的锻打部位置于下砧的中部，锻件及垫铁等工具必须放正、放平，以防飞出伤人。
(6)  两人手工锤打时，必须高度协调。钳子不要对准腹部，挥锤时严禁任何人站在后面2.5m以内。坯料切断时，打锤者必须站在被切断飞出方向的侧面，快切断时，大锤必须轻击。
(7)  只有在指导人员直接指导下才能操作空气锤。空气锤严禁空击、锻打未加热的锻件、终锻温度极低的锻件以及过烧的锻件。
(8)  锻锤工作时，严禁用手伸入工作区域内或在工作区域内放取各种工具、模具。
(9)  锻区内的锻件毛坯必须用钳子夹取，严禁将手伸入上下砧铁之间直接拿取，以防烫伤。
(10)  实习完毕应清理工具、夹具及量具，并清扫工作场地。
冲压实习安全技术
(1)  进入实习(训练)场地实习前应穿戴好各种安全防护用品。
(2)  必须在掌握相关设备和工具的正确使用方法后，才能进行操作。未经许可或指导教师不在场的情况下，不得私自开动机床。
(3)  机床工作台面、冲模之间不准堆放杂物和量具等。安装模具，必须将滑块开到下死点，闭合高度必须正确，尽量避免偏心载荷，模具必须紧固，并通过试压检查。
(4)  冲压前前应详细检查机床各转动部位安全装置是否良好。主要紧固螺丝钉有无松动，模具有无裂纹，操作机构、自动停止装置、离合器、制动器是否正常，润滑系统有无堵塞或缺油，并进行空车试验，如有迟滞、连冲现象或其他故障要及时排除，禁止带故障作业。
(5)  每次冲完一个工件时，手和脚必须离开按钮或踏板，以防失误操作。严禁用压住按钮或脚踏板的办法使电路常开，进行连车操作，连车操作应经批准或根据工艺文件。
(6)  严禁两人同时操作，脚踏开关必须由操作者使用，不准随意踩踏。
(7)  机床运行中严禁在冲模之间伸手取放工件。特别注意冲压小型件，必须用专用工具取放工件，严禁用手直接取放，以免造成人身伤害。
(8)  操作时设备出现冲床运转或声响异常(如连击爆裂声)应停止送料，检查原因，如果冲具有故障或零件堵塞在模具内需清理。转动部件松动和操纵装置失灵等均应停车检修，待原因查明处理正常后，方能继续操作。
(9)  在排除故障或维修时，必须切断电源、气源，待机床完全停止运动后方可进行。
(10)  实习(训练)结束后滑块应在落下位置，将模具落靠，立即断开电源、气源或水源，整理好工件及工具等物品，擦净机床并将场地清扫干净。
思考与练习
1．锻造前坯料加热的目的是什么？加热不当会产生哪些工艺缺陷？
2．自由锻有哪些基本工序？各适用于哪些类型的锻件？
3．简要论述自由锻和胎模锻生产过程中各有哪些注意事项。
4．冲压的基本工序有哪些？试举例日常见到的有哪些冲压件。
5．试简要论述锻压和冲压生产过程中各应注意哪些安全技术。