第二章锻造概要

2020年1月21日1时51分第二章锻造学习目的及要求：1.基本掌握自由锻造主要几种工序的定义和应用；2.能合理地确立锻造零件的结构工艺性；3.了解自由锻造工艺规程的编制，锤上模锻、胎模锻造工艺方法。重点及难点：1.锻造方法；2.锻件结构工艺性。◆锻造概念：利用冲击力或压力使金属在抵铁间或锻模中变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件的工艺方法。2020年1月21日1时51分第一节锻造方法自由锻和模锻两种方法：一、自由锻利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁之间产生变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件。–金属坯料变形时，沿变形方向可以自由流动，不受限制。视频。特点：生产所用工具简单，具有较大的通用性，应用较广。设备：锻锤–冲击力使金属坯料变形，用于中、小型件；液压机-压力使金属坯料变形，用于大型锻件。◆自由锻的工具和设备：视频。锻造加热设备:视频。1、自由锻工序：分基本工序、辅助工序和精整工序三大类。1）基本工序：使金属坯料实现主要的变型要求，达到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工序。主要有以下基本工序：2020年1月21日1时51分镦粗：使坯料高度减小、横截面积增大的工序。用盘套类。动画演示。拔长：使坯料横截面积小、长度增大的工序。用于轴、杆类。有整体和局部镦粗。动画演示。冲孔：使坯料具有通孔或盲孔的工序。弯曲：使坯料轴线产生一定曲率的工序。扭转：使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的工序。错移：使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序，是生产曲拐或曲轴类锻件必须的工序。切割：是分隔坯料或去除锻件余量的工序。◆自由锻的基本工序：视频。2）辅助工序：是指基本工序之前的工序。如压钳口、倒稜、压肩等。3）精整工序：是在完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸及位置精度的工序。2020年1月21日1时51分2、锻件分类及基本工序方案：一般分六类，主要工序表3-12020年1月21日1时51分二、模锻模锻是使金属坯料在冲击力或压力作用下，在锻模模膛内变形，从而获得锻件的工艺方法。动画演示。视频。◆特点：金属在模膛内变形，因而模锻生产的锻件尺寸精确、加工余量较小、结构可以复杂，而且生产率高。◆模锻分类：按使用设备不同分-锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻、胎膜锻等。视频。1、锤上模锻锤上模锻所用设备为锻模锤，冲击力使金属变形。锤上模锻视频。2020年1月21日1时51分◆模膛根据其功用的不同分：模锻模膛和制坯模膛两种。1）模锻模膛：特点：由于金属在模膛中发生整体变形，故作用在锻模上的抗力较大。有终锻模膛和预断模膛。1.终锻模膛：使坯料最终成形的模膛。特点：形状、尺寸与锻件相似，尺寸比锻件大一个收缩量，钢件收缩率1.5％。沿模堂四周有飞边槽。通孔应留有冲孔连皮。2020年1月21日1时51分◆飞边槽：沿模膛四周形成的槽。作用：容纳多余金属，增大金属向外流动的阻力。2.预断模膛：使坯料预变形，以接近锻件尺寸的模膛。终锻时，金属容易充满终锻模膛。特点：预锻模膛形状接近模锻件，模锻圆角及模锻斜度较大，没有飞边槽。◆冲孔连皮：终锻后在孔内留有一薄层的金属成为冲孔连皮。最后冲孔连皮和飞边冲掉后，得到有冲孔的模锻件。动画演示。2020年1月21日1时51分2）制坯模膛：对于形状复杂的模锻件，使坯料形状基本接近于模锻件形状◆使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就必须预先在制坯模膛内制坯。制坯模膛有以下几种：1.拔长模膛：用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部部分的长度。有开式和闭式。坯料除向前送进外并需不断翻转。2.滚压模膛：在坯料长度基本不变，减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。需不断翻转坯料，但不作送进运动。2020年1月21日1时51分◆锤上模锻成型的工艺过程一般为：切断毛坯→加热坯料→模锻→切除模锻件的飞边→校正锻件→锻件热处理→表面清理→检验→成堆存放。◆锤上模锻成型的工艺设计：包括制定锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步(选择模膛)、选择设备及安排修整工序等。其中最主要的是锻件图的制定和模锻工步的确定。3.弯曲模膛：可弯曲坯料。4.切断模膛：切断坯料的一部分。2020年1月21日1时51分◆模膛设计：根据模锻件的复杂程度，所需变形的模膛数量不等，可将锻模设计成单膛锻模或多膛锻模。单膛锻模：在一副锻模上只具有终锻模膛一个锻模–齿轮坯模锻件。多膛锻模：在一副锻模上具有两个以上模膛的锻模–弯曲或曲柄连杆。动画演示。2020年1月21日1时51分缺点：震动大、噪声大，难以实现机械化和自动化,上产率相对较低。◆锤上模锻特点：优点：设备投资少，锻件质量好，适应性强，可以实现多种变形工步，锻制不同形状的锻件等。2020年1月21日1时51分2、曲柄压力机上模锻(工作原理示意图动画演示)◆结构特点：1）工作无震动，噪音小；2）行程大小由曲柄尺寸决定；3）能自动把锻造完的锻件从模膛中顶出。参看图3-19。◆模锻特点：1）生产率高；2）锻件尺寸精度高，加工余量小；3）有利于金属成型，模具简单。3、摩擦压力机上模锻◆结构特点：1）滑块有一定的冲击力；2）滑块行程不定，但可控；3）坯料变形抗力由机架承受。参看图3-21。◆摩擦压力机工艺优点：1）有利于塑性变形，但生产率低；2）可实现轻打、重大；3）模具简单；4）只适用于单膛模锻。2020年1月21日1时51分4、胎模锻是在自由锻设备上使用胎膜生产模锻件的工艺方法。一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中最后成形。故胎模锻兼有自由锻和模锻的特点。齿轮坯胎膜锻造：视频◆胎模的种类：主要有扣模、筒模及合模。胎膜锻用模具。1）扣模：用来对坯料进行全部或局部扣形，以生产长杆非回转体锻件。2）筒模：主要用于锻造齿轮、法兰盘等盘类锻件。组合筒模可锻出形状更复杂的胎模锻件，扩大了胎膜锻的应用范围。2020年1月21日1时51分3）合模：合模由上模和下模组成，并有导向结构，可生产形状复杂、精度较高的非回转体锻件。◆胎模锻的特点：1、和自由锻相比：1)操作简便，生产率高；2)锻件尺寸精度高，形状复杂，敷料少，加工余量小；3)锻件内部组织致密，纤维分布合理。2、和模锻相比：1）胎模锻不需昂贵设备，使用自由锻设备即可；2）工艺、操作灵活，可以局部成形，小设备可锻大锻件；3）模具结构简单，制造容易，可降低锻件成本。缺点：锻件尺寸精度不如模锻件，工人劳动强度大，胎模易损坏，生产率不够高。◆胎模锻适合于中小批量的锻件生产。2020年1月21日1时51分常用锻造方法：表3-2常用锻造方法的比较。2020年1月21日1时51分第二节锻造工艺规程的制订制订工艺规程是组织生产过程、规定操作规范、控制和检查产品质量的依据。其主要内容：绘制锻件图、坯料重量和尺寸及锻造工序确定等。自由锻工艺规程的制定：视频演示。一、绘制锻件图锻件图是以零件图为基础，结合锻造工艺特点绘制而成。绘制锻件图时应考虑的内容有：敷料、余量及公差。2020年1月21日1时51分1、敷料、余量及公差：敷料：为了简化零件的形状和结构、便于锻造而增加的一部分金属。如消除零件上的键槽、台阶结构而增加的金属等。余量：为切削加工而增加的尺寸。加工余量一般为1～4mm。公差：锻件名义尺寸的允许变动量。一般取在±0.3～3mm之间。2020年1月21日1时51分2、分模面：上下锻模在模锻件上的分界面。选择原则：1)应选在最大截面处-要保证模锻件能从模膛中取出。2)上下两模沿分模面的模膛轮廓一致-以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象，及时调整锻模位置。2020年1月21日1时51分3)分模面应选在模膛深度最浅处-这样可使金属很容易充满模膛，便于取出锻件，并有利于锻模的制造。4)选定分模面应使敷料最少。5)分模面最好是一个平面-使上下锻模的模膛深度基本一致，差别不宜过大，以便于制造锻模。动画演示。2020年1月21日1时51分3、模锻斜度：模锻件上垂直于锤击方向（垂直于分模面）的表面必须具有斜度，以便于从模膛中取出锻件。对于锤上模锻，模锻斜度一般为5º～10º(α1)，且内α2比外α1大2º～5º。模锻斜度与模膛深度和宽度有关。h/b↑，斜度↑。4、模锻圆角半径：在模锻件上所有两平面的交角均需做成圆角。易于充满模膛,避免尖角处产生裂纹。◆外圆角取1.5-12mm，内圆角=(3-4)外圆角。2020年1月21日1时51分5、冲孔连皮：由于模锻件无法锻出通孔，故应留有冲孔连皮。模锻件大于25mm的通孔应予冲出。孔径为25～80mm时，连皮厚度为4～8mm。2020年1月21日1时51分二、坯料重量和尺寸确定◆重量：G坯料=G锻件+G烧损+G料头G坯料—坯料重量；G锻件—锻件重量；G烧损—加热中坯料表面因氧化二烧损的重量（第一次加热取倍加热金属重量的2％～3%，以后各次加热的烧损量取1.5％～2.0％）；G料头—在锻造过程中，切掉的金属量(料芯、连皮、飞边等)◆尺寸：根据坯料重量和几何形状确定，还考虑坯料锻造中的锻造比。◆锻造比：锻造过程中，表示材料的变形程度的量称为“锻造比”。通常：拔长时，y拔＝A0/A；镦粗时，y镦＝H0/H。碳钢钢锭坯料：拔长锻造比不小于2.5～3。轧材坯料：拔长锻造比不小于1.3～1.5。性能要求高的材料或某些合金钢：锻造比要求更高。2020年1月21日1时51分三、锻造工序(工步)确定-根据工序特点和锻件类型来确定◆模锻件按形状和结构分：长轴类和短轴类两大类。1、采用自由锻生产锻件：参阅表3-1选定。2、采用模锻方法生产模锻件：根据模锻件形状和尺寸确定1）长轴类模锻件：如阶梯轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等；一般为拔长、滚挤、弯曲、预锻、终锻成型。◆小轴类零件-也可利用轧制的方法先生产出坯料，然后模锻成锻件。2020年1月21日1时51分2）短轴类模锻件（盘类模锻件）：如齿轮、法兰盘等。常选用镦粗、预锻、终锻等工步。◆模锻工步确定以后，再根据已确定的工步选择相应的制坯模膛和模锻模膛。四、其他内容锻造温度范围和加热规范、设备以及辅助工序确定(校正,切飞边,冲连皮,清理,热处理等)。◆风动机曲轴自由锻实例：视频。2020年1月21日1时51分第三节锻造结构的工艺性设计锻造成形的零件时，除应满足使用性能要求外，还必须考虑锻造工艺的特点。可使锻造成形方便、节约金属，保证质量和提高生产率。一、自由锻件的结构工艺性1、若有锥体或斜面结构，应改进设计。2、几何体间交接处形成空间曲线，应改进平面与圆柱、平面与平面相接的结构。2020年1月21日1时51分3、自由锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面。4、横截面若有急剧变化或形状复杂时，应设计成由几个简单件构成的组合体。2020年1月21日1时51分二、模锻件的结构工艺性◆模锻件上必须具有一个合理的分模面，以保证模锻成形后，容易从锻模中取出。并且，应使敷料最少，锻模容易制造。◆零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出模锻斜度。非加工表面所形成的角都应按模锻圆角设计。1、为了使金属容易充满模膛和减少工序，零件外形力求简单、平直和对称。2、尽量避免零件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、凸起等结构。80/160=0.5-不符；扁而薄-冷却快；高而薄-难以充满。2020年1月21日1时51分3、在零件结构允许的条件下，设计时尽量避免有深孔或多孔结构。4、在可能条件下，应采用锻-焊组合工艺，以减少敷料，简化模锻工艺。