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1、第六章第六章 锻造成型锻造成型 6.1 锻造成型的概念、特点和基本方法锻造成型的概念、特点和基本方法 6.2 锻造成型过程锻造成型过程 6.3 锻造成型设备锻造成型设备 6.4 锻造成型工艺锻造成型工艺 q锻锻造造就就是是坯坯料料经经加加热热后后用用锻锻锤锤锤锤击击或或压压力力机机施施加加压压力力，使使其其塑塑性性变变形形以以获获得得一一定定形形状状、尺尺寸寸和和性性能能锻锻件的塑性成型方法。件的塑性成型方法。q锻锻造造的的最最大大特特点点是是，在在塑塑性性变变形形中中，能能使使坯坯料料的的粗粗晶晶粒粒破破碎碎，疏疏松松、孔孔隙隙被被压压实实、焊焊合合，锻锻件件的的内内部部组织和性能得到较大改
2、善。组织和性能得到较大改善。q锻锻造造广广泛泛用用于于冶冶金金、机机械械、造造船船、航航空空、航航天天等等行行业。业。6.1 锻造成型的概念、特点和基本方法锻造成型的概念、特点和基本方法q锻造成型的特点锻造成型的特点：1)1)锻件性能好，能承受大的冲击力作用；锻件性能好，能承受大的冲击力作用；2)2)锻件接近零件的几何形状，节约原材料锻件接近零件的几何形状，节约原材料; ;3)3)模锻生产效率较高模锻生产效率较高, ,适合小型锻件的大批量生产适合小型锻件的大批量生产; ;4)4)灵活性大，自由锻适合于单件小批量生产灵活性大，自由锻适合于单件小批量生产; ;5)5)与轧制相比，生产率、机械化和自
3、动化程度较低。与轧制相比，生产率、机械化和自动化程度较低。锻造成型的特点锻造成型的特点q锻造根据所使用工具和设备的不同，可分为：锻造根据所使用工具和设备的不同，可分为： 自由锻造、模型锻造和特种锻造三类。自由锻造、模型锻造和特种锻造三类。v自由锻造分为手工锻、锤锻和液压自由锻。自由锻造分为手工锻、锤锻和液压自由锻。 按按变形特点变形特点分：开式模锻和闭式模锻分：开式模锻和闭式模锻 v模型锻造模型锻造 按按所用设备所用设备分：锤上模锻、压力机模锻和分：锤上模锻、压力机模锻和 平锻机模锻。平锻机模锻。 按按生产的锻件精度生产的锻件精度分分: :普通模锻和精密模锻普通模锻和精密模锻 锻造成型的基本方
4、法锻造成型的基本方法v简简称称为为自自由由锻锻，它它是是利利用用冲冲击击力力或或压压力力使使金金属属在在锻锻压压设设备备的的上上、下下两两个个抵抵铁铁之之间间直直接接产产生生塑塑性性变变形形，金金属属沿沿垂垂直直于于作作用用力力的的方方向向上上自自由由变变形形，获获得得具具有有一定形状、尺寸和性能锻件的加工方法。一定形状、尺寸和性能锻件的加工方法。锻造成型的基本方法锻造成型的基本方法：自由锻造自由锻造我国自行研制的万吨级水压机我国自行研制的万吨级水压机q分手工锻和机器锻造两种分手工锻和机器锻造两种. .锤锤锻锻就就是是利利用用空空气气锤锤或或蒸蒸气气一一空空气气锤锤对对放放置置在在下下抵抵铁铁
5、的的锻锻坯坯进进行行锤锤打打以以获获得得所所要要求求形形状状和和尺尺寸的锻造成型方法。寸的锻造成型方法。锤锻的基本工序有：锤锻的基本工序有： 镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、错移等。镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、错移等。生产质量小于生产质量小于1500kg的锻件的锻件.锻造成型的基本方法锻造成型的基本方法：自由锻造自由锻造 自由锻基本工序自由锻基本工序 液液压压自自由由锻锻是是利利用用液液压压机机的的液液压压压压力力对对锻锻坯坯进进行行压压力力锻锻造造，以以获获得得所所要要求求形形状状和和尺尺寸寸锻锻件件的的成型方法。成型方法。液液压压自自由由锻锻与与其其它它自自由由锻锻相相比比锻锻件件质质量量
6、要要求求高高，工艺过程复杂，生产费用高。工艺过程复杂，生产费用高。 可可以以锻锻造造质质量量达达500t500t的的锻锻件件, ,用用于于大大型型锻锻件件的的加加工。工。锻造成型的基本方法锻造成型的基本方法：液压自由锻液压自由锻v自由锻造基本特点：自由锻造基本特点： 金属流动不受工具的限制；金属流动不受工具的限制； 锻件形状尺寸精确度低，加工余量大；锻件形状尺寸精确度低，加工余量大； 操操作作技技术术要要求求高高，适适于于形形状状简简单单锻锻件件的的加加工工成成型。型。自由锻造自由锻造：基本特点：基本特点n利用高强度金属锻模模具使坯料在其内受压变形利用高强度金属锻模模具使坯料在其内受压变形,
7、,获得锻件的锻造方法称为获得锻件的锻造方法称为模锻模锻。 模锻成形的典型模锻件如下图所示。模锻成形的典型模锻件如下图所示。v举例：举例：飞机大梁，火箭捆挷环飞机大梁，火箭捆挷环等等锻造成型的基本方法：锻造成型的基本方法：模型锻造模型锻造 按模膛功用不同，锻模分为：按模膛功用不同，锻模分为： 模锻模膛模锻模膛、制坯模膛制坯模膛，此外还有，此外还有 成形模膛、镦粗台及击扁面等。成形模膛、镦粗台及击扁面等。 q基本特点基本特点： 生生产产率率较较高高；金金属属变变形形在在模模膛膛内内进进行行, ,金金属属流流动动受工具的限制受工具的限制, ,较快获得所需形状较快获得所需形状; ; 模锻件尺寸精确度高
8、，加工余量小；模锻件尺寸精确度高，加工余量小； 可可以以锻锻造造出出形形状状较较复复杂杂的的锻锻件件, ,锻锻件件质质量量小小于于150kg,150kg,适合小型锻件的大批量生产适合小型锻件的大批量生产; ; 模模锻锻生生产产可可比比自自由由锻锻生生产产节节省省金金属属材材料料, ,减减少少切切削加工工作量削加工工作量, ,批量足够下降低零件成本批量足够下降低零件成本. .锻造成型的基本方法：锻造成型的基本方法：模型锻造模型锻造锻造成型的基本方法：锻造成型的基本方法：模型锻造模型锻造万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环 6.1 锻造成型的基本方法锻造成型
9、的基本方法q把轧制工艺应用到锻造生产中的一种新工艺。把轧制工艺应用到锻造生产中的一种新工艺。q是是使使坯坯料料通通过过装装有有圆圆弧弧形形模模块块的的一一对对旋旋转转的的轧轧辊辊时时，受挤压而变形的轧制方法。受挤压而变形的轧制方法。q它是成形轧制（纵轧）的一种特殊形式。它是成形轧制（纵轧）的一种特殊形式。 辊锻可用于生产连杆、麻花钻头、扳手辊锻可用于生产连杆、麻花钻头、扳手 、道钉、锄、镐和透平叶片。、道钉、锄、镐和透平叶片。 锻造成型的基本方法：锻造成型的基本方法：辊锻辊锻q特点：特点：v具具有有设设备备结结构构较较简简单单、生生产产平平稳稳、振振动动和和噪噪音音小小，便于实现自动化、生产效
10、率高等优点。便于实现自动化、生产效率高等优点。v辊辊锻锻变变形形的的实实质质是是坯坯料料的的轧轧制制延延伸伸坯坯料料部部分分截截面面变变小小而而面面的的幅幅度度增增加加。当当截截面面变变形形较较大大时时需需要要经经多次辊轧完成。多次辊轧完成。 锻造成型的基本方法：锻造成型的基本方法：辊锻辊锻q镦粗时金属的塑性流动镦粗时金属的塑性流动v镦镦粗粗是是锻锻造造成成型型中中最最基基本本的的工工序序, ,其其作作用用就就是是减减小小坯坯料料高度而增大横截面积。高度而增大横截面积。1.1.镦粗变形区镦粗变形区v沿坯料对称面分为三个变形区沿坯料对称面分为三个变形区粘着变形区、塑性流动变形区、自由变形区粘着变
11、形区、塑性流动变形区、自由变形区粘着变形区粘着变形区：坯料与工具接触面的区域：坯料与工具接触面的区域 由由于于外外摩摩擦擦影影响响，金金属属流流动动变变形形困困难难，且且无无加加工工硬硬化化现象，又称为难变形区。现象，又称为难变形区。 6.2 锻造成型过程锻造成型过程镦粗时的变形区及金属流动镦粗时的变形区及金属流动锻锻造造塑塑性性变变形形时时，金金属属的的晶晶粒粒沿沿变变形形方方向向被被拉拉长长或或压压扁扁，变变形形后后晶晶间间杂杂质质也也沿沿变变形形方方向向排排列列，这这种种按按照照一一定定方方向向分分布布的的晶晶界界杂杂质质称称为为锻锻造造流流线线，锻锻造造流流线线使使金金属属的的力力学学
12、性性能能表表现现为为各各向向异异性性，即即不不同同方方向向上的力学性能有所不同，在机械零件中应注意：上的力学性能有所不同，在机械零件中应注意：（1 1）流线与工件最大拉应力方向一致）流线与工件最大拉应力方向一致 （2 2）流线与切应力，冲击力方向垂直）流线与切应力，冲击力方向垂直 （3 3）沿工件外轮廓连续健分布）沿工件外轮廓连续健分布锻锻 造造 流流 线线 1.1.镦粗变形区镦粗变形区塑性流动变形区塑性流动变形区：坯料中心区域：坯料中心区域 由由于于外外摩摩擦擦影影响响较较小小且且受受外外层层金金属属限限制制，形形成成有有利利于于金金属属变变形形的的应应力力状状态态，变变形形程程度度较较大大
13、且且有有加加工工硬硬化现象，又称为易变形区，或大变形区。化现象，又称为易变形区，或大变形区。自由变形区自由变形区：坯料不与工具相接触的外层区域：坯料不与工具相接触的外层区域 变变形形不不受受限限制制，变变形形后后呈呈鼓鼓形形形形状状，鼓鼓形形部部分分存存在在切向拉应力，易引起侧表面的纵向裂纹。切向拉应力，易引起侧表面的纵向裂纹。 6.2 锻造成型过程锻造成型过程 2.2.变形分布变形分布v沿坯料沿坯料高度方向高度方向的变形分布是不均匀的。的变形分布是不均匀的。变变形形的的不不均均匀匀分分布布与与外外摩摩擦擦和和变变形形区区形形状状参参数数H/DH/D( (高宽比高宽比) )有很大关系。有很大关
14、系。当当H/DH/D1.51.5时时, ,称称为为高高件件变变形形, ,压压缩缩变变形形未未渗渗透透到到锻锻件内部而产生表面变形件内部而产生表面变形, ,侧面呈双鼓形。侧面呈双鼓形。当当H/DH/D =1.0=1.01.51.5 时时, ,称称为为中中件件变变形形, ,压压缩缩变变形形逐逐渐渐渗透到锻件内部渗透到锻件内部, ,侧面出现双鼓、无鼓到单鼓过度。侧面出现双鼓、无鼓到单鼓过度。 6.2 锻造成型过程锻造成型过程 2.2.变形分布变形分布当当H/DH/D1.01.0时时, ,称称为为薄薄件件变变形形, ,压压缩缩变变形形完完全全渗渗透透到到锻件内部锻件内部, ,中心层变形大于表面层，侧面
15、呈单鼓形。中心层变形大于表面层，侧面呈单鼓形。 6.2 锻造成型过程锻造成型过程不同高径比坯料锻粗之鼓形变化不同高径比坯料锻粗之鼓形变化 2.2.变形分布变形分布v沿坯料沿坯料径向径向的变形分布是不均匀的。的变形分布是不均匀的。与与工工具具相相接接触触的的表表面面层层中中间间部部分分受受端端面面外外摩摩擦擦影影响响较较大大，变变形形困困难难，边边部部影影响响较较小小，产产生生一一定定的的变变形形，且部分侧面金属流动到端面上。且部分侧面金属流动到端面上。在在中中心心层层，中中部部到到边边部部由由易易变变形形区区过过渡渡到到自自由由变变形形区，摩擦的影响逐渐增大，变形程度由大到小。区，摩擦的影响逐
16、渐增大，变形程度由大到小。 6.2 锻造成型过程锻造成型过程q锻造力锻造力v工程上常用的锻造力工程上常用的锻造力P P 经验公式经验公式P = P = n nv vn nd dFKFK F F为变形后工具与金属的接触面积；为变形后工具与金属的接触面积； K K为金属的变形抗力，一般取为金属的变形抗力，一般取1.151.15s s n nv v为速度影响系数为速度影响系数 n nd d为摩擦和几何形状尺寸影响系数为摩擦和几何形状尺寸影响系数 6.2 锻造成型过程锻造成型过程q锻造成型设备锻造成型设备v按工具运动和传动方式分为三类：按工具运动和传动方式分为三类： 锻锤锻造机、液压锻造机、机械锻造机
17、锻锤锻造机、液压锻造机、机械锻造机v锻锤锻锤v锻锻锤锤是是依依靠靠锤锤头头升升高高的的势势能能以以冲冲击击力力完完成成锻锻造造成成型型的设备。主要用于自由锻，也用于模锻。的设备。主要用于自由锻，也用于模锻。 6.3 锻造成型设备锻造成型设备q水压机水压机v依靠水压使锤头或上模运动完成锻造成型。依靠水压使锤头或上模运动完成锻造成型。v工工作作特特点点：液液压压静静压压力力，变变形形速速度度较较慢慢；震震动动和和噪噪音较小，工作条件较好。音较小，工作条件较好。q曲柄压力机曲柄压力机v依靠曲柄机构依靠曲柄机构使锤头或上模运动完成锻造成型。使锤头或上模运动完成锻造成型。v工工作作特特点点：机机械械静静
18、压压力力，变变形形速速度度较较慢慢；震震动动和和噪噪音较小，工作条件较好。音较小，工作条件较好。 6.3 锻造成型设备锻造成型设备q生产工艺流程生产工艺流程v模锻一般工艺流程模锻一般工艺流程备料备料加热加热制坯（粗锻）制坯（粗锻） （加热（加热） 模锻模锻切边切边 冷却冷却热处理热处理表面清理表面清理 矫正矫正防锈处理防锈处理检查检查 入库入库 6.4 锻造成型工艺锻造成型工艺q成型制度成型制度v坯料制度、温度制度、变形制度和精整制度坯料制度、温度制度、变形制度和精整制度 坯料制度坯料制度: :确定坯料的种类、重量和尺寸确定坯料的种类、重量和尺寸 温度制度温度制度: :与轧制成型类同，与轧制成
19、型类同，P P4141 变变形形制制度度: :应应确确定定坯坯料料的的重重量量和和尺尺寸寸，制制定定变变形形工工艺艺时时需需确确定定选选用用工工具具、锻锻造造设设备备的的吨吨位位并并确确定定加加热热火次。火次。 精整制度精整制度: : 6.4 锻造成型工艺锻造成型工艺1 1. .基本概念：自由锻、模锻。基本概念：自由锻、模锻。2 2. .简述锻造成型的特点及其基本方法。简述锻造成型的特点及其基本方法。3 3. .简述自由锻、模锻和胎模锻的特点及其应用。简述自由锻、模锻和胎模锻的特点及其应用。4 4. .简简述述锻锻造造时时金金属属流流动动特特点点及及影影响响变变形形区区塑塑性性流流动的基本因素。动的基本因素。5.5.简述锻造生产工艺流程及基本工序。简述锻造生产工艺流程及基本工序。 6 复习题复习题
