成形工艺与模具设计修订版 鄂大辛第九章

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1、第三篇 锻造工艺与模具设计,第九章 锻造工艺概述 第十章 热锻工艺及模具设计 第十一章 冷锻工艺及模具设计 第十二章 其他金属体积成形方法简介,第九章 锻造工艺概述,第一节 锻造工艺分类及特点 第二节 锻造工艺流程 第三节 锻造设备,第一节 锻造工艺分类及特点,一、锻造工艺分类 二、锻造工艺特点 三、锻造工艺现状及发展,第一节 锻造工艺分类及特点,一、锻造工艺分类,1.按锻造温度分类 (1)冷锻：冷锻通常是指坯料在常温下进行的锻造加工。 (2)热锻：将金属坯料加工至再结晶温度以上锻造的方法。 (3)温锻：将锻坯加热至再结晶温度以下锻造的方法。 锻造加热温度划分方法，在生产中并不完全统一。比如，

2、钢的再结晶温度约为460，但普遍采用800作为划分线，高于800为热锻；在300800之间称为温锻或半热锻。,第一节 锻造工艺分类及特点,一、锻造工艺分类,2.按生产方式分类 如果按照锻造的生产方式分类，应分为手工锻造和机械锻造两大类。手工锻造是指利用手锤及简单工具进行的锻造。机械锻造根据其使用的设备和模具不同分为自由锻、模锻、胎模锻及特种锻造等。 (1)自由锻：指坯料在锻击方向以外的变形基本不受外部限制，利用锤砧或简单通用性工具进行的锻造。 (2)模锻：指金属坯料在受到模具型腔限制的同时产生体积再分配的锻造方法，包括开式和闭式锻造。 (3)胎模锻：介于自由锻与模锻之间的一种过渡型锻造方法。

3、(4)特种锻造：指具有一定特色工艺的锻造方法。,第一节 锻造工艺分类及特点,二、锻造工艺特点,1.改善金属组织、提高力学和物理性能 金属铸锭经过锻造加工，原有粗大枝状晶被打碎，在再结晶温度下变形使晶粒得到细化；锻合原有的气孔、缩松等缺陷，使材料结构均匀、密实；金属经过锻击后沿流动方向形成纤维组织，获得较强的抵抗能力，力学和物理性能得到提高。 2.生产效率高 锻造是在高速打击力作用下使金属产生体积再分配，因而生产效率非常高。,第一节 锻造工艺分类及特点,二、锻造工艺特点,3.材料利用率高 锻造通过将坯料体积重新分配来获得所需的形状和尺寸，属于少、无切屑加工，可大幅度减少因制件形状所需切削加工的材

4、料去除，降低材料浪费和切削加工量。 4.适用范围广 利用锻造方法可以加工各种机械零件。 与其他任何制造方法一样，锻造也存在一些不足和缺欠，如不能加工脆性材料，生产外形和内腔复杂的零件比较困难。对热锻来说，加热使金属产生氧化、脱碳及烧损等。,第一节 锻造工艺分类及特点,三、锻造工艺现状及发展,1.锻造生产在工业中的重要地位 锻造是机械制造中重要的加工方法之一，可以提供机械加工毛坯，也可以直接制造机械零件。金属经过锻造可以改变强度、硬度等力学性能，显著优于同种材料的铸件。 在工业制造中，锻造产品占有相当大的比重。锻件的质量分别占飞机和坦克总质量的85%和70%，占载重汽车总质量的80%左右。 近年

5、来，锻造技术的提高和发展，使其在汽车、航空、兵器及电器工业中占有越来越重要的地位。,第一节 锻造工艺分类及特点,三、锻造工艺现状及发展,2.锻造生产现状 据统计，目前我国拥有各类锻压设备超过3万台；能够制造120000kN锻造水压机和80000kN以下的热模锻压力机，并可自行制造辊锻、摆辗等先进锻压设备。 从加热设备来看，煤气和燃油加热炉已被广泛采用，中频、工频感应加热炉的应用也日益增多。 更重要的是，目前我国已经掌握了一些复杂大型合金钢零件的锻造技术，重大设备所需大型锻件，基本可自行生产制造。,第一节 锻造工艺分类及特点,三、锻造工艺现状及发展,3.锻造技术的发展 从整体上来看，我国锻造生产

6、规模和技术水平与工业先进国家相比还有一段差距。突出表现在模锻件生产量不足锻件生产总量的30%，而先进国家这一比例已高达80%，并且我国模锻件生产仍以锤上模锻为主，热模锻压力机等先进设备利用较少，锻造生产自动化程度相对较低。 另外，一些重要锻模的使用寿命明显低于世界先进水平，致使锻件成本居高不下，阻碍了我国锻造生产和锻造技术的快速发展。,第二节 锻造工艺流程,锻造工艺流程是指锻造生产中的各工序的组成顺序。通常将在同一设备上利用同一工模具所完成的加工称一个工序；在一个工序中，在同一工位上完成的锻造加工，称作一个工步。,热模锻加工的工艺流程最长，如图所示。,图9-1 热模锻工艺流程简图,第一节 锻造

7、工艺分类及特点,一、备料工序,1.确定锻造材料 锻造用金属材料需具有一定塑性，变形流动性好而不易破裂。碳素钢、合金钢以及铜、铝等非铁合金均可用于锻造加工。但铸铁的塑性很差，在外力作用下易碎裂，因此不能锻造。 锻造材料的原始状态有铸锭，经开坯的棒、锭料，金属粉末和液态金属等。,第一节 锻造工艺分类及特点,一、备料工序,2.下料 (1)剪切下料 剪切下料分为冷切和热切两种，冷切生产效率高，但所需剪切力大。对于含碳及合金量较高的钢材，因塑性较差，冷切时端部易产生崩裂，因而需热切下料。热切时的预热温度随材料硬度增加而升高，常用预热温度为350550。 (2)折断下料 折断下料是利用锯切或气割预先开出缺

8、口，施加压力使缺口处产生应力集中而折断的下料方法。折断下料只适用于硬度较高的高碳或高合金钢，可在普通压力机上完成，通常也需将坯料加热至200400。,第一节 锻造工艺分类及特点,一、备料工序,(3)锯切下料 锯切下料适用于断面较大的坯料，锯切端面平整，长度尺寸精确。圆形锯盘直径达2m，可以锯切的棒料直径为750mm。但锯切下料生产效率低，金属损耗量大。 对于硬度非常高的金属坯料，如高温合金等，可采用砂轮片或其他方法切割下料。,第一节 锻造工艺分类及特点,二、加热工序,加热的原则是在保证坯料整体均匀热透的前提下，尽可能缩短加热时间，以减少金属的氧化，并降低燃料消耗。因此，需要正确确定始锻温度和终

9、锻温度。锻造加热方法主要有火焰加热、电加热及少无氧化加热等。,第一节 锻造工艺分类及特点,三、变形工序,变形工序即锻造成形工序，是锻造生产的主体工序。不同锻件及其锻造工艺方法，变形工序各不相同。 对于模锻工艺来说，变形可分为制坯工序(步)和模锻工序(步)两种。,第一节 锻造工艺分类及特点,四、锻后工序,锻后工序的作用是补充完成模锻和其他前期工序的不足，使锻件完全符合锻件图及其技术条件要求的辅助工序。锻后工序主要包括切边、冲孔、弯曲、扭转、热处理、校正、表面清理、去除飞边、精压等。,1.切边、冲孔 在开式模锻中，为了使金属充满型腔和容纳多余金属，均设有飞边槽。因此，锻后需由切边工序将这部分废料切

10、除。另外，对于带孔锻件，模锻时无法锻出通孔，锻后必须增设冲孔工序，将锻造盲孔内连皮冲掉。,第一节 锻造工艺分类及特点,四、锻后工序,2.校正 对于细长杆、薄盘类锻件，终锻起模、切边、冲孔时处于红热状态，也易造成形状畸变。另外，锻件热处理、清理及运送过程中，由于各种原因也会产生上述非加工变形。因此，当锻件走样变形超过允许范围时，就必须增设校正工序。 锻后校正可分为热校正和冷校正两种方式，一般应按锻件图技术要求或工艺规范利用平砧、触头或专用校正模等进行校正。,第一节 锻造工艺分类及特点,四、锻后工序,3.热处理 锻后热处理主要有正火和调质两种。硬度要求较低的锻件，可正火处理，对于硬度要求较高的锻件

11、，往往需要调质处理。 4.清理 锻后清理的目的主要是去除锻件表层氧化皮，为其后的电镀、喷漆或切削加工提供清洁表面，同时使氧化坑暴露出来，为检验锻件质量提供条件。锻后清理的方法主要有滚筒清理、喷丸清理、抛丸清理及酸洗等。酸洗后锻件的表面和轮廓更加清晰，既可暴露表面裂纹，又方便检验锻件形状尺寸。,第一节 锻造工艺分类及特点,五、检验工序,检验是锻造生产中一项必不可少的重要环节，通常分为工序间检验和最终检验两种。检验项目包括几何形状尺寸、表面质量、金属组织和力学性能等，需根据锻件的具体要求确定。,第三节 锻造设备,一、锻造设备分类、表示及选用,1.模锻设备的分类 按锻造方式，可分为常规模锻设备、专用

12、及精密模锻设备等。 按设备输出力的形式，可分为锻锤、机械压力机和液压压力机。锤类主要有空气锤、蒸汽-空气锤、高速锤、夹板锤、液压锤等；机械压力机主要有曲柄压力机、摩擦压力机、平锻机、电动螺旋压力机等；液压压力机包括普通液压压力机、液压螺旋压力机、热模锻压力机及多向模锻液压压力机等。,第三节 锻造设备,一、锻造设备分类、表示及选用,2.锻造设备能力的表示方法 (1)输出压力kN： 一般机械压力机输出用公称压力(kN)表示。但曲柄压力机的实际输出压力随曲柄转角不同而变化，选用时须注意额定压力角范围。而液压压力机输出压力仅与液压缸输出能力有关。 (2)落下部分质量kg或t 各种带砧座锻锤，如空气锤、

13、蒸汽-空气锤等，习惯采用包括锤头、锤杆及活塞环等落下部分的质量(kg或t)间接表示输出能力。这类设备的输出打击力不确定，因锤头与工作活塞之间的相对位置及其操作差异，同吨位锻锤输出的打击力完全不同。,第三节 锻造设备,一、锻造设备分类、表示及选用,(3)输出能量kJ 对于无砧座锤、高速锤等对击类锻锤，采用打击能量kJ表示输出能力。 (4)用输出压力kN和打击能量kJ双重表示 摩擦压力机通常给出两种输出参数，如10000kN的摩擦压力机，同时还给出其最大打击能量为160kJ。,第三节 锻造设备,一、锻造设备分类、表示及选用,3.锻造设备的选用 (1)保证足够的变形力 (2)按锻造方式确定设备类型

14、自由锻和胎模锻时通常采用空气锤、蒸汽-空气锤或水压机；模锻则采用曲柄压力机、蒸汽-空气锤或液压压力机等。 (3)根据锻件质量要求及生产批量 精度要求较高的复杂锻件，可选用液压压力机或曲柄压力机。大批量生产，通常选用模锻锤或模锻压力机。,第三节 锻造设备,二、锻锤,1.空气锤 空气锤是由电动机通过曲轴带动压缩活塞，产生压缩空气驱动工作活塞和锤头上下运动的锻锤，其结构形式及工作原理如图9-2所示，有图9-2a所示单臂式和图9-2b所示拱式锤身结构。此外，还有桥式锤身结构。,图9-2 空气锤结构原理,第三节 锻造设备,二、锻锤,空气锤的主要结构包括电动机、机械传动机构、压缩缸、工作缸、操纵机构、锤砧

15、、锤身和落下部分。 起动时，电动机通过减速器带动曲柄转动，经连杆再传递给压缩缸活塞，使其往复直线运动。调节气阀使压缩空气通过转阀交替进入工作缸的上、下部。踏下踏杆，驱动工作缸活塞连同锤杆、锤头和上砥铁一起向下运动，进行打击锻造。通过手柄或脚踏板控制进、排气阀的位置，可使锤头实现上悬、单击、连击和下压等动作。 空气锤的打击力，是落下部分质量的8001000倍，打击速度快，作用力呈冲击性，适用于小型锻件生产。,第三节 锻造设备,二、锻锤,2.蒸汽-空气锤 图9-3所示为蒸汽-空气锤的基本结构及工作原理图。,靠锤头与导轨之间的配合保证锤头垂直运动精度，使落下打击时的横向移动量较小，因而锻造精度相对高

16、。,图9-3 蒸汽-空气锤,第三节 锻造设备,二、锻锤,3.高速锤,高速锤以其打击速度高而得名， 其结构如图9-4所示。,图9-4 高速锤的基本结构及工作原理,高速锤是利用高压气体驱动、高压液体蓄能，实现悬空对击的锻造设备。 常用来锻造常规设备上难以成形的薄壁带有高肋形状的精密锻件，特别适合于锻造高强度、低塑性合金，如钛合金、钨、钼等高温合金。,第三节 锻造设备,二、锻锤,4.液压锤 液压锤可分为气液和纯液压两种驱动形式。 液压锤具有高效、节能、环保的优点，利用气液驱动制成的液压动力头来改造高能耗的蒸汽-空气锤，在我国已有巨大的发展。 液压锤的缺点是设备较复杂，操作不如蒸汽-空气锤方便灵活，规格一般为25400kJ。,第三节 锻造设备,三、机械压力机,图9-5 曲柄压力机传动机构,1.曲柄压力机 曲柄压力机是以曲柄连杆机构作为主传动结构的机械式压力机，其传动机构如图9-5所示。 曲柄压力机上模锻的锻模可以设计成镶块式结构，制造简单、易于更换维修。,第三节 锻造设备,三、机械压力机,图9-6 锻压机结构及工作原理,2.热模锻压力机 通常简称为锻压机， 其结构及基本