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1、锻造专题报告1. 什么是锻造利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件 的加工方法。1.1 .锻造按成形方法可分为：1.1.1开式锻造（即自由锻）利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁（砧块）间产生变形以获 得所需的部件，主要有手工锻造和机械锻造两种。自由锻是将加热好的金属坯料放在锻造设备的上，下 砥铁之间，施加冲击力或压力，直接使坯料产生塑性变形，从而获得所需锻件的一种加工方法.自由锻由 于锻件形状简单，操作灵活，适用于单件，小批量及重型锻件的生产。自由锻分手工自由锻和机器自由锻， 手工自由锻生产效率低，劳动强度大，仅用于修配或简单，小型，小批锻
2、件的生产，在现代工业生产中，机器 自由锻已成为锻造生产的主要方法，在重型机械制造中，它具有特别重要的作用.1.1.2闭模式锻造金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件，可分为模锻（即模锻全 称为模型锻造，将加热后的坯料放置在固定于模锻设备上的锻模内锻造成形的。模锻的锻模结构有单模 堂锻模和多模膛锻模）、冷镦（即常温下进行冲压使被冲压件按照锻模膛的形状冲压出来）、旋转锻（即 成型金属件在旋转的状态下被锻打挤压成型而成）、挤压（通过对成型件以用力的挤压的方式来获得所 需要的形状方式）。1.2 .按变形温度锻造又可分为：1.2.1热锻（在加工温度高于坯料金属的再结晶温度的条件下进行锻造）1
3、.2.2温锻（在加工温度低于再结晶温度的条件下进行锻造）1.2.3冷锻（在加工温度于常温下进行锻造）锻造用料主要是各种成分的碳素钢和合金钢，其次是铝、镁、钛、铜等及其合金。材料的原始状态有棒 料、铸锭、金属粉末和液态金属等。金属在变形前的横断面积与变形后的模断面积之比称为锻造比。正 确地选择锻造比对提高产品质量、降低成本有很大关系。2. 锻造加工方式的优点2.1改善金属的组织、提高力学性能 金属材料经压力加工后，其组织、性能都得到改善和提高， 塑性加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可使 粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能。在
4、零件设计时，若正确选用零件的受 力方向与纤维组织方向，可以提高零件的抗冲击性能。2.2材料的利用率高金属塑性成形主要是靠金属的体积重新分配，而不需要切除金属，因而材料 利用率高。2.3较高的生产率 塑性成形加工一般是利用压力机和模具进行成形加工的，生产效率高。例如，利 用多工位冷镦工艺加工内六角螺钉效率比用棒料切削加工工效率高出很多。2.4毛坯或零件的精度较高 应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削加工。例如，精密锻 造的伞齿轮齿形部分可不经切削加工直接使用，复杂曲面形状的叶片精密锻造后只需磨削便可达到所需 精度。3.学习及讨论开模式锻造（即自由锻造）加工方式.3.1自由锻：利用冲击力或压
5、力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸 以及内部质量锻件的一种加工方法。自由锻造时，除与上、下砧铁接触的金属部分受到约束外，金属坯 料朝其它各个方向均能自由变形流动，不受外部的限制，故无法精确控制变形的发展。3.2自由锻分类：手工锻造和机器锻造两种。手工锻造只能生产小型锻件，生产率也较低。机器锻 造是自由锻的主要方法。3.3自由锻的特点：工具简单、通用性强，生产准备周期短。自由锻件的质量范围可由不及一千克 到二、三百吨，对于大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，这使得自由锻在重型机械制造中具有特别重 要的作用，例如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、重要的齿轮等零件在工作时都承受
6、很大的载荷，要 求具有较高的力学性能，常采用自由锻方法生产毛坯。3.4自由锻的工艺流程：不同的锻造方法有不同的流程，一般顺序为：锻坯下料；锻坯加热；（辊锻备坯）；锻造成形；切边；中间检验，检验锻件的尺寸和表面缺陷；锻件热处理，用以消除锻造 应力，改善金属切削性能；清理，主要是去除表面氧化皮；矫正；检查，一般锻件要经过外观和硬度检 查，重要锻件还要经过化学成分分析、机械性能、残余应力等检验和无损探伤。3.4.1锻坯下料：根据客户要求的锻造比或锻件的重量在锻造前把棒料切成所需长度的工序。下料方法主要有切削下料和锻压设备下料两种：切削下料：用锯片、锯条、锯带、薄片砂轮和车刀切断锻坯，切削下料端面平整
7、，但切口损耗材 料，生产率低，多用于品种多、批量较小或对切口质量要求高的锻坯。锻压设备下料有剪切、折断、加热后用剁刀切等方法。刀口形状和棒料截面相似。小尺寸的棒 料多用冷剪。对有些合金钢和尺寸较大的碳钢棒料，为防止断口产生裂纹，还须加热到350550C剪切。如果用多工位热锻自动机，也可在锻造温度下热切。剪切下料效率高，适用于大批生产,切口没有材料 损耗,但剪切端面质量较差。采用精密剪切工艺和设备，可以改善剪切端面的平整度和减小下料的重量 误差。提高剪切精度的办法因材料而异。主要方法有把棒料置于夹紧状态下剪切和高速剪切。剪切后的 端面和轴线的不垂直度可小于1,重量误差在0.51 %以内。上琉，倦
8、上野刀片下引刀片由L 翌切下斟庶理图S 折斯下斟瞟建国3怀料再断汉 工作味理钢片折断下料是在棒料需折断处先锯切或气割出一小缺口，然后将棒料两端垫起使缺口悬空，在缺口背面施 加压力，将棒料折断。这种方法适用于折断塑性较差的钢材。下料设备用于下料的锻压设备主要是剪断机，也可用机械压力机和螺旋压力机下料，中国现生产的剪 切机已可以剪切直径为230mm的炭钢圆棒。3.4.2锻坯加热：基本上，金属随着温度的提高而降低，当金属加热到一定的温度后塑性提高，变 性抗力减小，锻造前加热的目的是为了消除金属内部抗应力，增加金属的塑性，在合理范围内，温度越 高，塑性越好。加热温度：锻坯一般加热到金属的允许始锻温度。
9、为保证里外温度均匀，锻坯表面加热到所需温度 后还应保温一定时间。保温时间与金属的导热系数、锻坯的截面尺寸和在炉内的放置状态有关。冷坯料 加热的升温速度不宜太高，以防止表层与心部之间出现过大的温差和在心部出现大的热应力。心部热应 力容易引起裂纹。常用的测温仪表有测炉温的热电偶，测金属表面温度的光学高温计。加热方法：古代锻造是用明火直接加热锻坯。现代锻坯加热使用各种燃煤、燃油、燃气和电热式的 工业炉，包括间歇式的室式炉、台车式炉、电阻炉、感应炉和连续式炉。感应炉具有加热速度快、温度 均匀、占地小、便于自动控制等优点，已广泛应用于中、小模锻件生产线中。锻坯加热消耗大量能源， 因此必须提高工业炉的热效
10、率，改进加热的管理和操作。常用金属的锻造温度（始锻温度终锻温度），碳钢：1200800C；合金钢1150800C；合金工具 钢（高速钢）：1180900C；不锈钢:1300850C；铝合金:480380C；铜合金:900700C。加热容易出现的缺陷（在高温下，钢中的铁与炉气中的氧化合，形成FeO、Fe3O4、Fe2O3等氧 化物，称为氧化皮。氧化皮的产生会增加金属的耗损。一般间歇式火焰加热炉的氧化烧损率为23%， 感应加热小于0.5%。此外，氧化皮还会加剧模具的磨损，降低锻件精度和导致表面粗糙，从而加大机 械加工的加工余量，增加了材料消耗。氧化皮还阻碍热的传导，延长加热时间，影响炉底寿命和工业
11、炉 的机械化作业。氧化除产生氧化皮外，还会减少钢的表层碳含量，形成脱碳层，降低锻件表层的硬度和 强度。氧化皮的产生更不利于精密锻造）对加热工艺现在人们也在不停的进行改进。3.4.3辊锻备坏：一般可用辐锻作细长材料的前道工序加工。3.4.4自由锻造成形：自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任 何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。自由锻造分为手工 自由锻造和机器自由锻造两种方式，手工锻件主要锻造小型的零部件，生产效率也比较低，机器锻造是 目前自由锻的主要方式。自由锻的特点：工具简单、通用性强，生产准备周期短。自由锻件的质量范围可由
12、不及一千克到 二、三百吨，对于大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，这使得自由锻在重型机械制造中具有特别重要 的作用，例如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、重要的齿轮等零件在工作时都承受很大的载荷，要求 具有较高的力学性能，常采用自由锻方法生产毛坯。由于自由锻件的形状与尺寸主要靠人工操作来控制， 所以锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。自由锻主要应用于单件、小批量生产，修 配以及大型锻件的生产和新产品的试制等。自由锻工序自由锻工序：基本工序、辅助工序和修整工序。基本工序使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以得到所需形状、尺寸或改善材质性能的工艺过程。它是锻件 成形过程中必需的变形工序，如
13、镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等。实际生产中最常用 的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。镦粗：沿工件轴向进行锻打，使其长度减小，横截面积增大的操作过程。常用来锻造齿轮坯、凸缘、 圆盘等零件，也可用来作为锻造环、套筒等空心锻件冲孔前的预备工序。镦粗可分为全镦粗和局部镦粗两种形式：（a）全墩粗，（b）局部墩粗。-*)h)镦粗时，坯料不能过长，高度与直径之比应小于2.5，以免镦弯，或出现细腰、夹层等现象。坯料镦粗 的部位必须均匀加热，以防止出现变形不均匀。拔长：是沿垂直于工件的轴向进行锻打，以使其截面积减小，而长度增加的操作过程。常用于锻造轴类和杆类等零件。对于圆形坯料，一般先锻打成方形后再进行
14、拔长，最后锻成所需形状，或使用V型砧铁进行拔长下图为拔长图示：所示，在锻造过程中要将坯料绕轴线不断翻转。冲孔利用冲头在工件上冲出通孔或盲孔的操作过程。常用于锻造齿轮、套筒和圆环等空心锻件，对于 直径小于25mm的孔一般不锻出，而是采用钻削的方法进行加工。在薄坯料上冲通孔时，可用冲头一次冲出。若坯料较厚时，可先在坯料的一边冲到孔深的2/3深度后， 拔出冲头，翻转工件，从反面冲通，以避免在孔的周围冲出毛刺。实心冲头双面冲孔时，圆柱形坯料会产生畸变。畸变程度与冲孔前坯料直径D0、高度H0和孔径dl等 有关。D0/d1愈小，畸变愈严重，另外冲孔高度过大时，易将孔冲偏，因此用于冲孔的坯料直径D0与 孔径
15、dl之比（D0/dl）应大于2.5，坯料高度应小于坯料直径。a)b)1一冲头2一坯料3一垫环4一芯料辅助工序为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序（压钳口、切肩等）。修整工序用以减少锻件表面缺陷而进行的工序（如校正、滚圆、平整等）。自由锻工艺规程的制定制订工艺规程、编写工艺卡片是进行自由锻生产必不可少的技术准备工作，是组织生产、规范操作、控 制和检查产品质量的依据。制订工艺规程，必须结合生产条件、设备能力和技术水平等实际情况，力求 技术上先进、经济上合理、操作上安全，以达到正确指导生产的目的。自由锻工艺规程：根据零件图绘制锻件图、计算坯料的质量与尺寸、确定锻造工序、选择锻造设备、确
16、 定坯料加热规范和填写工艺卡片等。绘制自由锻件图以零件图为基础，结合自由锻工艺特点绘制而成的图形，它是工艺规程的核心内容，是制定锻造工艺过 程和锻件检验的依据。锻件图必须准确而全面反映锻件的特殊内容，如圆角、斜度等，以及对产品的技 术要求，如性能、组织等。绘制时主要考虑以下几个因素：敷料对键槽、齿槽、退刀槽以及小孔、盲孔、台阶等难以用自由锻方法锻出的结构，必须暂时添 加一部分金属以简化锻件的形状。为了简化锻件形状以便于进行自由锻造而增加的这一部分金属，称为 敷料.锻件余量在零件的加工表面上增加供切削加工用的余量，称之为锻件余量。锻件余量的大小与零 件的材料、形状、尺寸、批量大小、生产实际条件等因素有关。零件越大，形状越复杂，则余量越大。锻件
