10常用的锻造方法

2020/2/3武汉理工大学金工学部1上次课内容的回顾塑性变形理论及假设塑性变形机理：晶体内部产生滑移的结果，（位错运动）造成晶体的塑性变形金属变形过程中的组织与性能获得细化的再结晶组织；气孔、缩松等被压合；形成纤维组织；特点：各个方向上的力学性能不相同冷变形及热变形冷变形：只有加工硬化而无回复与再结晶现象热变形：变形温度在再结晶温度以上，无任何加工硬化影响塑性变形的因数塑性和变形抗力内因：化学成分的影响；金属组织的影响外因：变形温度的影响；变形速度的影响；应力状态的影响2020/2/3武汉理工大学金工学部2金属塑性成型方法金属塑性成型方法主要分为无模自由成型(也称为自由锻)和模膛塑性成型(也称为模锻)。自由锻造优点：1.使用的工具简单、通用；2.生产准备周期短，灵活性大，所以使用范围广，特别适用于单件、小批量生产。3.自由锻是大型件唯一的锻造方法。自由锻造缺点：1.生产效率低，对操作工人的技艺要求高，工人的劳动强度大；2.锻件精度差，后续机械加工量大；国外工业发达国家的中小型自由锻件在其锻件总产量的比重只有20％～40％。自由锻工序：基本工序；辅助工序（在前）；精整工序（在后）3.3常用的锻造方法3.3.1自由锻2020/2/3武汉理工大学金工学部3自由锻工序基本工序辅助工序精整工序镦粗;拔长;冲孔;弯曲;错移;切割;芯轴拨长;芯轴扩孔;压钳把;倒棱;压痕;校正滚圆平整3.3.1.1自由锻工序分类2020/2/3武汉理工大学金工学部4注意：1）为防止镦粗时产生弯曲，坯料高径比为：1.5≤H/D≤2.52）每次的镦粗量应小于材料塑性允许范围。镦粗：使坯料横截面面积增大，高度减小的锻造工序，若使坯料局部截面增大则为局部镦粗。适用：1）锻造高度小截面大的盘类工件2）空心锻件冲孔前的端面平整；3）增加杆类零件拔长时的锻造比；4）破碎粗大碳化物，减少各向异性。基本工序：使坯料达到所需形状和尺寸要求的主变形工序2020/2/3武汉理工大学金工学部5当镦粗的高径比H/D＞2.5～3时:拔长：使坯料横截面面积减小，长度增加的锻造工序。适用于锻制长轴类工件。拔长时将坯料沿轴向送进连续锻压，一次变形量为：3/4方坯边长或0.4－0.8砧宽规则：拔长矩形坯料时，要不断将坯料翻转90°，以免偏心与弯曲；拔长园形坯料时，最好使用V形垫铁。2020/2/3武汉理工大学金工学部6冲孔：用冲头在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。规则：孔径Ф25㎜,不冲出。实心冲头双面冲孔1.坯料；2.冲垫；3.冲头；4.芯料1.坯料；2.冲垫；3.冲头；4.芯料空心冲头冲孔2020/2/3武汉理工大学金工学部7弯曲将坯料弯成所规定外形的锻造工序，用于锻造各种弯曲件。坯料在弯曲时，外侧金属被拉缩，园形截面可能变成椭园，方形截面可能变成梯形。芯轴拔长拔长套筒类空心锻件时，要使用一定锥度的芯棒，称为芯轴拔长。2020/2/3武汉理工大学金工学部8芯轴扩孔减小空心坯料的壁厚而增大其内、外径的锻造工序。适用于环类零件2020/2/3武汉理工大学金工学部9切割将坯料分开的锻造工序，如切头、切尾、劈缝及切割成所需要的形状。（ａ）切入；（ｂ）翻转切；（ｃ）切开；（ｄ）去毛刺错移将坯料的一部分相对于另一部分产生位移（其轴线仍保持平行）的锻造工序，用以锻造曲轴、麻花钻等。2020/2/3武汉理工大学金工学部10压钳把辅助工序：基本变形之前的预变形工序倒棱压痕2020/2/3武汉理工大学金工学部11校正精整工序：提高锻件精度的最终工序滚圆平整2020/2/3武汉理工大学金工学部123.3.1.2自由锻件结构工艺性1.不能锻打锥体或斜面锻件工艺性差的结构工艺性好的结构工艺性差的结构工艺性好的结构2.锻件应由简单的几何体组成。工艺性差的结构2020/2/3武汉理工大学金工学部133.在自由锻锻件的设计上应避免出现加强筋、凸台等结构。工艺性差工艺性好4.避免锻打横截面有急剧变化或形状复件的锻件。工艺性差工艺性好2020/2/3武汉理工大学金工学部143.3.2模膛锻造成型工艺3.3.2.1胎模锻造成型工艺及应用胎模成型与自由成型相比，具有较高的生产率，锻件质量好，节省金属材料，降低锻件成本。与固定模膛成型相比，不需要专用锻造设备，模具简单，容易制造。锻件质量不如固定模膛成型的锻件高，工人劳动强度大，胎模寿命短，生产率低。胎模成型只适用于小批量生产，多用在没有模锻设备的中小型工厂中。胎模锻造成型是在自由锻设备上，使用可移动的胎模具生产锻件的锻造方法。2020/2/3武汉理工大学金工学部15扣模结构示意图（ａ）单扣模（ｂ）双扣模；1－坯料；2－扣模弯曲模结构示意图（ａ）制坯弯曲模；（ｂ）成形弯曲模；1－上扣模；2－坯料；3－下扣模2020/2/3武汉理工大学金工学部163.3.2.2固定模膛成型工艺的分类及设备固定模膛成型工艺主要分为锤上模膛成型工艺和压力机上模膛成型工艺。锤上模锻成型用于大批量锻件生产。所用设备有蒸汽-空气锤、无砧座锤、高速锤等。压力机上模膛成型常用的设备有曲柄压力机、摩擦压力机和平锻机、模锻水压机等。典型模锻件2020/2/3武汉理工大学金工学部173.3.2.3锻模模膛及其功用1.预锻模膛预锻模膛的作用：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终锻时金属容易充满终锻模膛。同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。预锻模膛和终锻模膛的区别是前者的圆角和斜度较大，没有飞边槽。2.终锻模膛终锻模膛的作用是：使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，因此它的形状应和锻件的形状相同。终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢件收缩量取1.5%沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮。带有冲孔连皮及飞边的模锻件1-飞边；2-分模面；3-冲孔连皮4-锻件2020/2/3武汉理工大学金工学部183.3.2.4制坯模膛拔长模膛——用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。滚压模膛——用来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。主要是使金属按模锻件形状来分布。弯曲模膛——对于弯曲的杆类模锻件，需用弯曲模膛来弯曲坯料。切断模膛——上模与下模的角部组成的一对刀口，用来切断金属。拔长模膛a-开式b-闭式a-开式b-闭式滚压模膛a-弯曲模膛b-切断模膛弯曲与切断模膛2020/2/3武汉理工大学金工学部193.3.3锤上模锻成型工艺设计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。2020/2/3武汉理工大学金工学部20选择模锻件的分模面分模面即是上下锻模在模锻件上的分界面。制订模锻锻件图时，必须按以下原则确定分模面位置：要保证模锻件能从模膛中取出，分模面应选在模锻件最大尺寸的截面上。按选定的分模面制成锻模后，应使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。最好把分模面选在模膛深度最浅的位置处。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。选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。最好使分模面为一个平面，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。3.3.3.1模锻件图的制定2020/2/3武汉理工大学金工学部21模锻分模面分模面在a-a时，已成形的模锻件无法取出。分模面在c-c时，上、下两模沿分模面的模膛轮廓不一致。分模面在b-b时，分模面不再模膛深度最浅的位置上，零件中的孔不能锻出，活块多，浪费金属。分模面在d-d时最合理。分模面的选择比较图2020/2/3武汉理工大学金工学部22余块、机械加工余量和锻造工差余块（敷料）：为了简化零件的形状和结构，便于锻造增加的一部分金属机械加工余量：为了保证机械加工最终所需的尺寸而允许保留的多余金属锻造工差：锻件名义上的允许变动量2020/2/3武汉理工大学金工学部23内壁斜度β应比外壁斜度α大一级内圆角半径R是外圆角半径r的３－４倍确定模锻件的机械加工余量及公差机械加工余量一般为1～4mm，锻造公差一般取在±0.3～3mm之间。标注模锻斜度当模膛宽度b小而深度h大时，模锻斜度要取大些。内壁斜度要略大于外壁斜度(a2a1)。标注模锻圆角半径锻件上所有转角处都应做成圆角。一般内圆角半径（R）应大于其外圆半径（r）。留出冲孔连皮锻件上直径小于25mm的孔，一般不锻出，或只压出球形凹穴。大于25mm的通孔，也不能直接模锻出通孔，而必须在孔内保留一层连皮。冲孔连皮的厚度s与孔径d有关，当d=30～80mm时，s=4～8mm。2020/2/3武汉理工大学金工学部24长轴类锻件如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等；一般为拔长、滚挤、预锻、弯曲、预锻、终锻成型。盘类模锻件如齿轮、法兰盘等。一般为镦粗、预锻、终锻成型。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。3.3.3.2模锻工步的确定及模膛种类的选择长轴类锻件盘类锻件2020/2/3武汉理工大学金工学部25模锻成型件的结构工艺性模锻零件必须具有一个合理的分模面，以保证模锻件易于从锻模中取出、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。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，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。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。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。2020/2/3武汉理工大学金工学部26模锻成型件的结构工艺性模锻零件必须具有一个合理的分模面，以保证模锻件易于从锻模中取出、敷料最少、锻模容易制造。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。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。2020/2/3武汉理工大学金工学部27模锻成型件的结构模锻成型件的结构工艺性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，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。截面相差过大过扁、过薄2020/2/3武汉理工大学金工学部28模锻件的结构工艺性内壁斜度β应比外壁斜度α大一级内圆角半径R是外圆角半径r的３－４倍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。2020/2/3武汉理工大学金工学部29错模错模锤头导轨的间隙过大、模具缺少平衡导锁以及模具安装不合理等原因都可能产生错模，如右图所示。欠压即上、下模分模面未打靠，也称“锻不足”。局部充不满由于坯料体积过小或坯料放偏等原因致使锻件上的凸筋、外圆角等部位因模槽未充满而欠缺，这种缺陷一般无法修正。模锻件的缺陷2020/2/3武汉理工大学金工学部30折纹由于操作不当或模槽设计不合理等原因，锻件表面产生金属重叠称为折纹。由于折纹处之金属已经氧化，因此一般无法修正。凹坑由于模槽中未吹除的氧化皮被压入锻件中，锻件清理后氧化皮脱落即形成凹坑或麻点。残留毛刺由于切边模的间隙过大或间隙不均以及切边凹模刃口变钝等原因常导致锻件切边后在分模面处出现残留毛刺。残留毛刺过大时需要砂轮磨掉。