鍛壓簡介

在鍛造加工中，坯料整體發(fā)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(nèi)部不出現(xiàn)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(fù)合材料的成形等。

鍛壓和冶金工業(yè)中的軋制、拔制等都屬于塑性加工，或稱壓力加工，但鍛壓主要用于生產(chǎn)金屬制件，而軋制、拔制等主要用于生產(chǎn)板材、帶材、管材、型材和線材等通用性金屬材料。鍛壓是鍛造和沖壓的合稱，有如工業(yè)和貿(mào)易，也稱工貿(mào)。

人類在新石器時代末期，已開始以錘擊天然紅銅來制造裝飾品和小用品。中國約在公元前2000多年已應(yīng)用冷鍛工藝制造工具，如甘肅武威皇娘娘臺齊家文化遺址出土的紅銅器物，就有明顯的錘擊痕跡。商代中期用隕鐵制造武器，采用了加熱鍛造工藝。春秋后期出現(xiàn)的塊煉熟鐵，就是經(jīng)過反復(fù)加熱鍛造以擠出氧化物夾雜并成形的。

最初，人們靠掄錘進行鍛造，后來出現(xiàn)通過人拉繩索和滑車來提起重錘再自由落下的方法鍛打坯料。14世紀(jì)以后出現(xiàn)了畜力和水力落錘鍛造。

1842年，英國的內(nèi)史密斯制成第一臺蒸汽錘，使鍛造進入應(yīng)用動力的時代。以后陸續(xù)出現(xiàn)鍛造水壓機、電機驅(qū)動的夾板錘、空氣鍛錘和機械壓力機。夾板錘最早應(yīng)用于美國內(nèi)戰(zhàn)(1861~1865)期間，用以模鍛武器的零件，隨后在歐洲出現(xiàn)了蒸汽模鍛錘，模鍛工藝逐漸推廣。到19世紀(jì)末已形成近代鍛壓機械的基本門類。

20世紀(jì)初期，隨著汽車開始大量生產(chǎn)，熱模鍛迅速發(fā)展，成為鍛造的主要工藝。20世紀(jì)中期，熱模鍛壓力機、平鍛機和無砧鍛錘逐漸取代了普通鍛錘，提高了生產(chǎn)率，減小了振動和噪聲。隨著鍛坯少無氧化加熱技術(shù)、高精度和高壽命模具、熱擠壓，成形軋制等新鍛造工藝和鍛造操作機、機械手以及自動鍛造生產(chǎn)線的發(fā)展，鍛造生產(chǎn)的效率和經(jīng)濟效果不斷提高。

冷鍛的出現(xiàn)先于熱鍛。早期的紅銅、金、銀薄片和硬幣都是冷鍛的。冷鍛在機械制造中的應(yīng)用到20世紀(jì)方得到推廣，冷鐓、冷擠壓、徑向鍛造、擺動輾壓等相繼發(fā)展，逐漸形成能生產(chǎn)不需切削加工的精密制件的高效鍛造工藝。

早期的沖壓只利用鏟、剪、沖頭、手錘、砧座等簡單工具，通過手工剪切、沖孔、鏟鑿、敲擊使金屬板材(主要是銅或銅合金板等)成形，從而制造鑼、鐃、鈸等樂器和罐類器具。隨著中、厚板材產(chǎn)量的增長和沖壓液壓機和機械壓力機的發(fā)展，沖壓加工也在19世紀(jì)中期開始機械化。

1905年美國開始生產(chǎn)成卷的熱連軋窄帶鋼，1926年開始生產(chǎn)寬帶鋼，以后又出現(xiàn)冷連軋帶鋼。同時，板、帶材產(chǎn)量增加，質(zhì)量提高，成本降低。結(jié)合船舶、鐵路車輛、鍋爐、容器、汽車、制罐等生產(chǎn)的發(fā)展，沖壓已成為應(yīng)用最廣泛的成形工藝之一。

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。

是在金屬再結(jié)晶溫度以上進行的鍛壓。提高溫度能改善金屬的塑性，有利于提高工件的內(nèi)在質(zhì)量，使之不易開裂。高溫度還能減小金屬的變形抗力，降低所需鍛壓機械的噸位。但熱鍛壓工序多，工件精度差，表面不光潔，鍛件容易產(chǎn)生氧化、脫碳和燒損。當(dāng)加工工件大、厚，材料強度高、塑性低時(如特厚板的滾彎、高碳鋼棒的拔長等)，都采用熱鍛壓。當(dāng)金屬(如鉛、錫、鋅、銅、鋁等)有足夠的塑性和變形量不大(如在大多數(shù)沖壓加工中)時，或變形總量大而所用的鍛壓工藝(如擠壓、徑向鍛造等)有利于金屬的塑性變形時,常不采用熱鍛壓，而改用冷鍛壓。為使一次加熱完成盡量多的鍛壓工作量，熱鍛壓的始鍛溫度與終鍛溫度間的溫度區(qū)間應(yīng)盡可能大。但始鍛溫度過高會引起金屬晶粒生長過大而形成過熱現(xiàn)象，會降低鍛壓件質(zhì)量。溫度接近金屬熔點時則會發(fā)生晶間低熔點物質(zhì)熔化和晶間氧化，形成過燒。過燒的坯料在鍛壓時往往碎裂。一般采用的熱鍛壓溫度為:碳素鋼800~1250℃;合金結(jié)構(gòu)鋼850~1150℃;高速鋼900~1100℃;常用的鋁合金 380~500℃;鈦合金850~1000℃;黃銅700~900℃。

是在低于金屬再結(jié)晶溫度下進行的鍛壓，通常所說的冷鍛壓多專指在常溫下的鍛壓，而將在高于常溫、但又不超過再結(jié)晶溫度下的鍛壓稱為溫鍛壓。溫鍛壓的精度較高，表面較光潔而變形抗力不大。

在常溫下冷鍛壓成形的工件，其形狀和尺寸精度高，表面光潔，加工工序少，便于自動化生產(chǎn)。許多冷鍛、冷沖壓件可以直接用作零件或制品，而不再需要切削加工。但冷鍛時，因金屬的塑性低，變形時易產(chǎn)生開裂，變形抗力大，需要大噸位的鍛壓機械。

將在高于常溫、但又不超過再結(jié)晶溫度下的鍛壓稱為溫鍛壓。將金屬預(yù)先加熱，加熱溫度較熱鍛壓低許多。溫鍛壓的精度較高，表面較光潔而變形抗力不大。

是在整個成形過程中坯料溫度保持恒定值。等溫鍛壓是為了充分利用某些金屬在等一溫度下所具有的高塑性，或是為了獲得特定的組織和性能。等溫鍛壓需要將模具和坯料一起保持恒溫，所需費用較高，僅用于特殊的鍛壓工藝，如超塑成形。

鍛壓的特點是:

鍛壓可以改變金屬組織，提高金屬性能。鑄錠經(jīng)過熱鍛壓后，原來的鑄態(tài)疏松、孔隙、微裂等被壓實或焊合;原來的枝狀結(jié)晶被打碎，使晶粒變細;同時改變原來的碳化物偏析和不均勻分布，使組織均勻，從而獲得內(nèi)部密實、均勻、細微、綜合性能好、使用可靠的鍛件。鍛件經(jīng)熱鍛變形后，金屬是纖維組織;經(jīng)冷鍛變形后，金屬晶體呈有序性。

鍛壓是使金屬進行塑性流動而制成所需形狀的工件。金屬受外力產(chǎn)生塑性流動后體積不變，而且金屬總是向阻力最小的部分流動。生產(chǎn)中，常根據(jù)這些規(guī)律控制工件形狀，實現(xiàn)鐓粗拔長、擴孔、彎曲、拉深等變形。

鍛壓出的工件尺寸精確、有利于組織批量生產(chǎn)。模鍛、擠壓、沖壓等應(yīng)用模具成形的尺寸精確、穩(wěn)定?？刹捎酶咝у憠簷C械和自動鍛壓生產(chǎn)線，組織專業(yè)化大批量或大量生產(chǎn)。

鍛壓的生產(chǎn)過程包括成形前的鍛坯下料、鍛坯加熱和預(yù)處理;成形后工件的熱處理、清理、校正和檢驗。常用的鍛壓機械有鍛錘、液壓機和機械壓力機。鍛錘具有較大的沖擊速度，利于金屬塑性流動，但會產(chǎn)生震動;液壓機用靜力鍛造，有利于鍛透金屬和改善組織，工作平穩(wěn)，但生產(chǎn)率低;機械壓力機行程固定，易于實現(xiàn)機械化和自動化。 未來鍛壓工藝將向提高鍛壓件的內(nèi)在質(zhì)量、發(fā)展精密鍛造和精密沖壓技術(shù)、研制生產(chǎn)率和自動化程度更高的鍛壓設(shè)備和鍛壓生產(chǎn)線、發(fā)展柔性鍛壓成形系統(tǒng)、發(fā)展新型鍛壓材料和鍛壓加工方法等方面發(fā)展。

提高鍛壓件的內(nèi)在質(zhì)量，主要是提高它們的機械性能(強度、塑性、韌性、疲勞強度)和可靠度。這需要更好地應(yīng)用金屬塑性變形理論;應(yīng)用內(nèi)在質(zhì)量更好的材料;正確進行鍛前加熱和鍛造熱處理;更嚴(yán)格和更廣泛地對鍛壓件進行無損探傷。

少、無切削加工是機械工業(yè)提高材料利用率、提高勞動生產(chǎn)率和降低能源消耗的最重要的措施和方向。鍛坯少、無氧化加熱，以及高硬、耐磨、長壽模具材料和表面處理方法的發(fā)展，將有利于精密鍛造、精密沖壓的擴大應(yīng)用。

鍛壓工藝的發(fā)展趨勢是:

①提高鍛壓件的內(nèi)在質(zhì)量，主要是提高它們的機械性能(強度、塑性、韌性、疲勞強度)和可靠度。這需要更好地應(yīng)用金屬塑性變形的理論;應(yīng)用內(nèi)在質(zhì)量更好的材料，如真空處理鋼和真空冶煉鋼;正確進行鍛前加熱和鍛造熱處理;更嚴(yán)格和更廣泛地對鍛壓件進行無損探傷(見無損檢測)。

②進一步發(fā)展精密鍛造和精密沖壓技術(shù)。少無切削加工是機械工業(yè)提高材料利用率、提高勞動生產(chǎn)率和降低能源消耗的最重要的措施和方向。鍛坯少無氧化加熱，以及高硬、耐磨、長壽模具材料和表面處理方法的發(fā)展將有利于精密鍛造、精密沖壓的擴大應(yīng)用。

③研制生產(chǎn)率和自動化程度更高的鍛壓設(shè)備和鍛壓生產(chǎn)線。在專業(yè)化生產(chǎn)下，大幅度地提高勞動生產(chǎn)率和降低鍛壓成本。

④發(fā)展柔性鍛壓成形系統(tǒng)(應(yīng)用成組技術(shù)、快速換模等)，使多品種、小批量的鍛壓生產(chǎn)能利用高效率和高自動化的鍛壓設(shè)備或生產(chǎn)線，使其生產(chǎn)率和經(jīng)濟性接近于大批量生產(chǎn)的水平。

⑤發(fā)展新型材料，如粉末冶金材料(特別是雙層金屬粉)、液態(tài)金屬、纖維增強塑料和其他復(fù)合材料的鍛壓加工方法，發(fā)展超塑性成形、高能率成形、內(nèi)高壓成形等技術(shù)。