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1、锻 造,锻造,1.1 概述 1.2 锻造工艺 1.3 质量控制,第 1 章 锻造,锻造,1. 锻造的实质,1.1 概述,利用金属材料的塑性，借助于外力的作用，使材料发生塑性变形，从而获得所需的形状、尺寸和一定组织性能锻件的加工方法。,2. 锻造工艺的分类,1) 热锻:终锻温度高于再结晶温度，工作温度高于模具温度的锻造。,2) 冷锻:在室温下或者低于再结晶温度的锻造。,3) 温锻:介于热锻和冷锻之间的加热锻造。,4) 等温锻:具有带加热和保温装置，成型时模具与坯料等温的锻造。,锻造,4,3、 常用的锻造方法,1) 自由锻的实质,a) 实质：在冲击力或压力的作用下，通过上下抵铁等通用工具，使金属发
2、生塑性变形而成型的过程。,b) 自由：金属在水平面的各个方向变形不受限制。,c) 分类,手工自由锻：生产率低，劳动强度大，锤击力小。,应用: 生产小型锻件。,锻造,5,d) 自由锻的特点和应用：,特点：工具简单，费用少； 各种重量的锻件都能适应； 生产率低 ，劳动条件差； 只能锻形状简单件，精度低加工余量大。,应用：单件、小批最经济；大型锻件它是唯一的方法。,机械自由锻：,空气锤：落下部分的重量40750公斤，只 能锻造100公斤以下的小型锻件。,空气蒸气锤：落下部分的重量0.55 吨，可以锻造小于1500公斤的中小件。,产生几千吨的压力（最大12000吨），用于大型锻件，可达300吨。,锤上
3、自由锻：,水压机上锻造：,锻造,6,2) 模型锻造（简称模锻）,a) 实质：在压力或冲击力的作用下迫使坯料沿锻模模膛变形而获得锻件的方法。,b) 锻模：用高强度金属制成，其模膛形状与锻件一致。,c) 分类：,锤上模锻：所用设备主要是蒸气空气锤，适用于 小于150公斤的小型锻件。,压力机上模锻：在压力作用下迫使工件变形，所用 的设备主要有：曲柄压力机、平锻机、 磨擦压力机 。,锻造,7,d) 特点和应用：,锻件的形状可以较复杂； 纤维组织比较完整，提高了零件的机械性能； 尺寸精度高；生产率高；操作简单；大批量生产成本低； 设备费用高； 适用于中小型锻件的大批量生产，重量150公斤，批量2500件
4、。,锻造,8,a) 实质：在自由锻设备上使用胎模生产锻件的方法。,b) 胎模是一种简单的模具。,c) 特点：锻模不固定在设备上，可以和自由锻相结合。,d) 用途：小型锻件的中小批量生产（大于200件）。,3)胎模锻,锻造,9,1.2 锻造工艺,锻造工艺主要包括:落料、成型、锻件检验以及原材料与毛坯的热处理等个工序。,2、毛坯,5、后续处理,1、原材料,3、自由锻,4、模锻,锻造,6、锻件检验,10,锻造用原材料,返回,1、锻造用坯料一般为棒、板、管状的黑色金属、有色金属和贵金属。 2、圆柱体毛坯要考虑高径比H/d,当高径比H/d2时，要预制坯，防止在成形过程中弯曲失稳，或产生弯曲，形成折叠；H
5、/d较小时，可采用板料下料。 3、薄板毛坯采用普通冲裁落料或精密冲裁下料 4、观察和分析宏观缺陷，一般包括裂纹、疤痕、折叠和夹杂等。,锻造,11,下料是自由锻和模锻的第一道工序。 不同的下料方式，直接影响着锻件的精度、材料的 消耗、模具与设备的安全以及后续工序过程的稳定。,传统的下料方法的下料品质均不太理想，断口不齐， 坯料的长度与品质重复精度低。 离子束切割、电火花线切割等新型下料方法，能锯切 很硬的材料，剪切品质很好，但成本高，不宜用于 大批量生产。 金属带锯下料既能得到高的下料精度，又能适应大批 量生产。,1）下料和下料方法,2）下料方法的优缺点,锻造,12,传统的下料方式,锻造,13,
6、1、剪切法,一般棒料剪切法 一般棒料剪切法有：剪床剪切、冲床剪切。 在剪床上剪切的棒料截面尺寸在15（150200）mm 。 剪床的大小，一般由强度极限为450MPa的钢材被剪切的最大直径表示。,2、剪切缺陷,1）端面裂纹； 2）端面剪切斜度过大； 3）毛刺； 4）端面上产生凹陷； 5）较大的压痕；,锻造,14,1、锯切法,一般锯切：弓形锯锯条往复运动，锯割效率低， 而且锯断大直径圆钢时，锯条要加厚，材料利用率降 低。,2、其它下料方法,砂轮切断：由于砂轮高速旋转下的热影响，产生粉 尘，噪音，污染环境。 可燃气体熔断：主要是在切断的过程中受到熔断热影 响，材料的组织会发生变化，形成变质层，需采
7、 用热处理工艺过程消除这种变化。,放电切割：成本高，普及率低，不能广泛用于钢材的 切断，只宜于应用在经过热处理以后的模具以及 高硬材料零件的切割。 激光切割：在板料加工上用得较多，但在棒材、型材 的切割上用得较少。,锻造,15,锻前加热：提高金属塑性，降低变形抗力，使坯料易于 变形并获得良好的锻件。 锻后冷却和热处理：获得良好的锻后组织，便于机械加 工。,1、锻件加热,2、加热方法：火焰加热和电加热,1）、火焰加热 利用燃料燃烧时所产生 的热量，通过对流、 辐射加热坯料。 燃料来源方便、加热炉修造容易、 加热费低、适应性强。 缺点：劳动条件差，加热速度慢， 质量低、热效率低。 应用范围：大、中
8、、小型坯料。,锻造,16,1）电阻加热 电阻加热与火焰加热原理相同，根据发热元件的不同分为： 电阻炉加热、 盐浴炉加热、接触电加热,2）感应加热 坯料放入通过交变电流的螺旋线圈内，利用电磁感应发热直接加热。 优点：速度快、质量好、温度易控制、烧损少、易实现机械化。适于精密成形的加热。 缺点：投资费用高，加热的坯料尺寸范围窄、电能消耗大。,2 电加热 利用电能转换热能来加热坯料。,锻造,返回,17,1) 自由锻工艺过程特征,（1）工具简单，通用性强，灵活性大，适合单件和小批锻件的生产。,（2）工具与坯料部分接触，逐步变形，所需设备功率比模锻小，可锻造大型锻件。,（3）靠人工操作控制锻件的形状和尺
9、寸，效率低、劳动强度大。,锻造,18,2) 自由锻工序分类,（1)基本工序：镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲切割错移扭转、锻接等。,（2)辅助工序：钢锭倒棱、预压钳把、分段压痕等。,（3)修整工序：鼓形滚圆、端面平整、弯曲校正等。,锻造,19,自由锻工序1,锻造,20,辅助工序,自由锻工序2,锻造,21,弯曲校正,鼓形滚圆,端面平整,修整工序,自由锻工序3,锻造,22,1 模锻,1) 含义:利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法称为模锻。,2) 成形方法:开式模锻、闭式模锻、挤压、顶镦。,2 开式模锻,1) 概述,开式模锻时，上模和下模间的间隙不断变小，变形结束时，上下模完全打靠。从
10、坯料开始接触模具到上下模打靠，锻造坯料最大外廓始终敞开，即飞边的仓部未完全充满。,2) 特点,锻造过程中形成横向飞边，飞边既能帮助锻件充满模膛，也可放松对坯料体积的要求。飞边是工艺废料，一般在后续工序中切除。,锻造,23,开式模锻示意图如下：,开式模锻示意图,3) 开式模锻的成形过程大体分为三个阶段：,a) 锻粗阶段:锻粗阶段是开式模锻的第一阶段,整个坯料都产生变形，在坯料内部近似存在分流面。,锻造,24,b)充满模膛阶段:充满模膛阶段是开式模锻的第二阶段,这时下模膛已经充满，凸台部分尚未充满，金属开始流入飞边槽。随着桥部金属变薄，金属流入飞边的阻力增大，迫使金属流向凸台和角部，直到完全充满模
11、膛，变形区仍然遍布整个坯料。,c)打靠阶段:打靠阶段是开式模锻的第三阶段,此时金属已完全充满模膛，但上、下模面尚未打靠（锤上模锻结束时要打靠），多余金属挤入飞边槽，锻造变形力急剧上升，变形区缩小为模锻件中心部分区域。,锻造,25,3 闭式模锻,1) 概述,闭式模锻即无飞边模锻 。主要优点是：锻件的几何形状、尺寸精度和表面品质最大限度地接近产品，省去了飞边。与开式模锻相比，可以大大提高金属材料的利用率。,2) 闭式模锻的形成条件,a)、坯料体积准确； b)、坯料形状合理并且能够在模膛内准确定位； c)、设备的打击能量或打击力可以控制； d)、设备上有顶出装置。,锻造,26,3) 闭式模锻的形成过
12、程,a)第一阶段:由上模与坯料接触，坯料开始变形到与模膛侧壁接触为止，此阶段变形力增加相对较慢。,b)第二阶段:第1阶段结束到金属基本充满模膛为止，此阶段的变形力比第1阶段增大23倍，但H2很小。,c)第三阶段:坯料基本上已成为不变形的刚体，只有在极大的模锻力作用下才能使端部的金属产生变形，形成纵向飞刺。,锻造,27,3 挤压,1) 概述,挤压是金属在三个方向不同压应力作用下，从模孔中挤出或流入模腔内以获得所需尺寸、形状制品或零件的锻造工艺。,2) 特点,采用挤压不但可以提高金属塑性，生产复杂截面形状的制品，而且可以提高锻件精度，改善锻件力学性能，提高生产率和节约金属材料等。,锻造,28,4
13、顶镦,1) 概述,指杆件的局部镦粗工艺过程。因为顶镦工艺过程常常在平锻机上完成，有时也称为平锻工艺 。,2) 特点,顶镦的生产效率高，在生产中应用较普遍。螺钉、汽车半轴等用顶镦生产最为适宜。顶镦的关键是使坯料在顶镦过程中不产生弯曲，或仅有少量弯曲但不能折叠。,3) 分类,顶镦根据模具结构和变形过程中金属的流动方式分为闭式平锻（左）和开式平锻（右）两种。,锻造,29,两种平锻工艺示意图,锻造,返回,30,后续处理,1 现象,开式模锻件上的飞边，带孔锻件中的连皮，均需切除； 为了消除模锻件的残余应力、改善其组织和性能，需要进行热处理； 为了清除锻件表面氧化皮，便于检验表面缺陷和进行切削加工，要进行
14、表面清理； 锻件在出模、切边、热处理、清理过程中若有较大变形，应进行校正； 对于精度要求高的锻件，则要进行精压；最终还要检验锻件的品质。,2 意义,锻造,31,后续工序对锻件品质有很大影响，尽管模锻出来的锻件品质好，若后续工序处理不当，仍会造成废、次品。 后续工序在整个锻件生产过程中所占的时间常常比模锻工序长。这些工序安排得合理与否，直接影响锻件的生产率和成本。,3 处理工艺,1) 切边与冲孔,切边和冲孔通常在切边压力机或摩擦压力机上进行，切边模和冲孔模主要由冲头（凸模）和凹模组成。切边时，锻件放在凹模洞口上，在冲头的推压下，锻件的飞边被凹模剪切，同锻件分离。由于冲头、凹模之间有间隙，在剪切过
15、程中伴有弯曲、拉伸现象。通常切边冲头推压锻件，只起传递压力的作用，而凹模的刃口起剪切作用。但有时冲头与凹模同时起剪切作用。,锻造,32,冲孔时，情况相反，冲孔凹模只起支承锻件的作 用，冲孔冲头起剪切作用。 切边和冲孔分为热切、热冲和冷切、冷冲两种。 锻件在热态下切边和冲孔，具有较好的塑性，不易产生裂纹。 冲切时锻件走样小，凸凹模的调整和修配比较方便。,2) 校正,在锻压生产工序及工序之间的运送过程中，由于冷却不均、局部受力、碰撞等各种原因可能使锻件弯曲、扭转，当变形量超出锻件图技术条件的允许范围时，必须校正。 热校正可以在锻模的终锻模膛内进行。利用校正模校正还可使锻件在高度方向因欠压而增加的尺
16、寸减小。,锻造,33,3) 精压,精压是对已成形的锻件或粗加工的毛坯进一步改善其局部或全部表面粗糙度和尺寸精度的一种锻造方法，其优点如下：,提高锻件的尺寸精度、减小表面粗糙度 精压可全部或部分代替零件的机械加工，节省机械加工工时，提高生产率，降低成本。 精压可减小或免除机械加工余量，使锻件尺寸缩小，降低了原材料消耗。 精压使锻件表面变形强化，提高零件的耐磨性和使用寿命。,4) 表面清理,a) 表面清理目的,锻造,34,（1）去除氧化皮和其它表面缺陷（裂纹、 折痕等），提高表面品质，改善切削加工条件。 （2）显露表面缺陷，以便检查表面品质。 （3）给冷精压和精密模锻提供有良好表面品质的精压毛坯。,b) 常见清理方法,锻造,35,锻造,返回,36,锻件品质检验,1) 品质检验任务,锻件品质检验的主要任务是，鉴定锻件的品质、分析缺陷产生的原因和可以采取的预防措施。,2) 检验内容,1化学成分检查 一般锻件不进行化学成分检查。如要检查，可从锻件上切下一些切屑
