压力机上锻造

2.2.3　压力机上锻造

虽然锤上模锻的工艺适应性广，目前仍在锻压生产中广泛应用，但由于模锻锤在工作中存在震动、噪声大、劳动条件差、蒸汽效率低、能源消耗大等难以克服的缺点，近年来大吨位模锻锤有逐渐被压力机所取代的趋势。用于模锻生产的压力机主要有曲柄压力机、摩擦压力机、平锻机和模锻水压机等。

图2-17　曲柄压力机传动系统图

1—斜楔　2—下顶出机构　3—制动器4—大带轮　5—小带轮　6—电动机　7—小齿轮　8—大齿轮（飞轮）　9—摩擦离合器　10—传动轴　11—曲柄　12—连杆　13—滑块　14—楔形工作台　15—下顶杆

套模一般由套筒及上、下模垫组成。图2-16c所示套模主要用来锻造端面有凸台或凹坑的回转体锻件。图2-16d所示套模无上模垫，由上砧代替上模垫，锻造成形后，锻件上端面为平面，并且形成横向小毛边。

胎膜锻与自由锻相比，生产率较高，锻件精度较高；与模锻相比，工艺灵活，不需要较大吨位的设备。但采用胎膜锻方法时工人的劳动强度大，模具的寿命短。在没有模锻设备的中小型工厂，常采用胎膜锻方法生产批量不大的模锻件。

2.2.3.1　曲柄压力机上模锻

采用曲柄连杆作为工作机构的压力机称为曲柄压力机（crack press）。图2-17所示为曲柄压力机传动系统图。电动机通过带轮和齿轮副的传动，带动曲柄转动，从而使滑块沿导轨做上下往复运动。锻模的上、下模分别安装在滑块下端和工作台上。工作台安装在斜楔垫块的斜面上，可对锻模封闭空间的高度做少量调节。滑块和工作台内分别装有上顶杆（图中未画）和下顶杆，供顶出锻件用。曲柄滑块机构的运动靠摩擦离合器的作用，而停止则由制动器控制。

曲柄压力机的吨位用滑块运行到接近下死点时所产生的最大压力来表示，一般为2～120MN。国产热模锻曲柄压力机的吨位及能锻制锻件的重量和尺寸见表2-5。

表2-5　热模锻曲柄压力机的吨位、锻件重量和尺寸

1.曲柄压力机模锻的主要优点

1）曲柄压力机结构刚度大，作用到锻件上的不是冲击力而是静压力，因此无震动、噪声小。金属在模膛中流动缓慢，有利于锻件的再结晶和力学性能的提高。对于变形速度敏感的低塑性材料的成形尤其有利。

2）曲柄压力机在滑块的一次行程中即可完成一个工步的变形，生产率高。滑块的行程决定于曲柄的尺寸而固定不变；而且滑块与导轨的间隙小，装配精度高，导向准确，并设有上、下顶出机构，能使锻件自由脱模，故锻件尺寸精度高，公差、余量小，模锻斜度小，特殊情况下可锻出不带模锻斜度的锻件。

3）由于是静压力，锻模的主要部件上、下模可设计成镶块式的，用螺栓和压板固定在上、下模板上，导柱用来保证上、下模间的运动精度，上、下顶杆的端面形成模膛的一部分（见图2-18）。这种组合模具制造简单，易于更换。

图2-18　曲柄压力机用的锻模

1，2—顶杆　3—导柱　4，5—镶块式模膛　6，7—模板　8—螺栓　9—压板

曲柄压力机上的模锻件如图2-19所示。

2.曲柄压力机的主要缺点

结构复杂，造价高（是相同工作能力模锻锤的3～4倍），不能完成拔长、滚压等工步，生产横截面较大的长轴类锻件时需用周期变截面轧制坯料或以辊锻制坯。因为滑块行程一定，不论在什么模膛内都是一次成形，所以锻前要认真清除氧化皮，以免影响锻件质量和模膛磨损。形状较复杂的锻件终锻前采用预锻成形或预锻工步，以使坯料变形逐步进行，齿轮坯的曲柄压力机变形工步如图2-20所示。

图2-19　曲柄压力机上的模锻件

图2-20　曲柄压力机上模锻齿轮

a）镦粗　b）预锻　c）终锻　d）切除飞边和连皮后的锻件

Ⅰ—制坯模膛　Ⅱ—预锻模膛　Ⅲ—终锻模膛

曲柄压力机模锻适于大批量生产，目前我国只有大中型工厂才有条件采用。

2.2.3.2　摩擦螺旋压力机上模锻

摩擦螺旋压力机（friction screw press）一般叫摩擦压力机，它由电动机带动左右两个摩擦轮旋转，通过摩擦力使飞轮和主螺杆旋转，带动滑块上下进行打击。

摩擦压力机的传动系统如图2-21所示。当利用操作手柄使摩擦轮向左或右移动时，两个摩擦轮之一就与飞轮贴合摩擦，带动螺杆旋转。而随两个摩擦轮带动飞轮转向的不同，使螺杆下端的滑块向下或向上运动，从而锻压工件。上模安放在滑块下端，下模固定在工作台上，工作台上装有顶出机构（图中未画），用以顶出锻件。

图2-21　摩擦螺旋压力机传动系统

1—螺杆　2—螺母　3—飞轮　4—摩擦轮　5—电动机　6—V带　7—滑块　8—导轨　9—工作台　10—操纵手柄

摩擦压力机靠滑块上固定的锻模冲击力使坯料变形，其特点是无固定行程，打击速度低，超负荷不敏感，行程次数少，每分钟一般打击3～4次，对锻造塑性较差的铜合金等较为有利。

摩擦压力机的吨位一般为0.8～3.5MN，其锻造能力见表2-6。

表2-6　摩擦螺旋压力机的吨位、锻件重量和尺寸

摩擦压力机螺杆承受偏心载荷的能力差，一般用单模膛锻造，制坯工步在其他设备上进行，生产率不高。但由于设备构造简单，投资少，工艺适应性较广（冷热校正、精压、冷冲压、切边等），凡能在锤上锻出的一般小型锻件，包括各种轴类和饼块类锻件（见图2-22），大都可以锻造。中小批量生产时有较好的经济效益。

图2-22　摩擦螺旋压力机上锻造的锻件

2.2.3.3　平锻机上模锻

具有镦锻滑块和夹紧滑块的卧式压力机称为平锻机（forging machine），按夹紧滑块分模面的方向可分为水平分模面平锻机和垂直分模面平锻机。平锻机主要用来锻造带有法兰的长轴类锻件（如半轴）及环形锻件（如轴承套圈）。

平锻机的传动系统如图2-23所示。平锻机的主滑块和曲柄压力机不同，为水平直线运动。锻模由固定凹模、活动凹模及凸模三部分组成，具有两个互相垂直的分模面。当活动凹模与固定凹模合模时，即夹紧坯料，主滑块端部和凸模进行锻压。

图2-24给出坯料经过几个模膛的成形过程。主滑块从上到下装有几个不同形状的凹模，分别为聚料、预成形、成形及冲孔工序，锻压时分别完成各自的工序。合模时活动凹模对固定凹模产生很大压力，故常采用镶块卡细或切断坯料。如图2-23中3、5、7、8为卡细坯料用的镶块，使锻件在穿孔时与棒料分离，镶块9是用来切除穿孔余料10的。

图2-23　平锻机的传动系统

1—电动机　2—V带　3—离合器　4—带轮　5—传动轴　6—凸轮　7—曲轴　8—齿轮　9—连杆　10—小凸轮　11—主滑块　12—凸模　13—挡料板　14—固定凹模　15—活动凹模　16—杠杆　17—副滑块

图2-24　平锻机锻模结构及模膛分布

1—固定凹模　2—凹模的夹紧模槽（上下共4个）　3，5，7，8，9—镶块　4—聚料凸模、预成形凸模　6—成形及冲孔凸模　10—穿孔余料

Ⅰ—聚料成形　Ⅱ—预成形Ⅲ—成形　Ⅳ—冲孔及穿孔

平锻机锻造具有下列特点：

1）由于平锻机上具有两个互相垂直的分模面，可以锻制侧面带有凸台或凹槽的锻件。

2）通常只是对坯料的一部分进行锻造，故适于锻造有头的杆件、管件和法兰类锻件等，如图2-25所示。

3）锻件外壁不需斜度，带孔件不留连皮，无飞边或飞边很小，材料利用率高，易于实现机械化操作。国产平锻机带有棒料自动送进装置。

4）锻件尺寸精度高，表面粗糙度低，生产率高，每小时可以生产400～900件。

平锻机的缺点是造价高，只适于成批大量生产。而且不能进行拔长，难以锻造非回转体及中心不对称锻件，其通用性不如锤上模锻。

图2-25　平锻机上锻造的锻件

平锻机的吨位以主滑块的最大压力表示，一般为0.5～31.5MN。可加工直径为25～230mm的棒料。国产平锻机吨位及能锻造的锻件重量和尺寸见表2-7。

表2-7　平锻机的吨位、锻件重量和尺寸