2.3 锻造工艺

机械制造工艺基础——锻压工艺2.3锻造工艺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)。1、自由锻：工具简单、通用，生产准备周期短，灵活性大，特别适用于单件、小批量生产。而且，自由锻是大型件唯一的锻造方法。但自由锻造的生产效率低，对工人的技艺要求高，劳动强度大，锻件精度差，后续机械加工量大等致命弱点，导致自由锻造在锻件生产中日趋衰落。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％。机械制造工艺基础——锻压工艺2、模锻：坯料在模型内受压变形，最终获得与模型形状一致的锻件的材料成型方法。2.3锻造工艺机械制造工艺基础——锻压工艺3、模锻与自由锻的比较：1）生产率高：比自由锻高10倍以上。2）锻件尺寸精度高，表面粗糙度小，锻造公差比自由锻小2/3-1/4。3）能锻造形状复杂的锻件，得到形状理想的流线，锻件性能好。4）操作简单，生产条件好。缺点：工艺成本和设备成本高，生产灵活性差。2.3锻造工艺机械制造工艺基础——锻压工艺4、模锻的应用：模锻适宜小型锻件的大批大量生产。主要用于生产汽车、飞机、坦克和拖拉机的曲轴、连杆、齿轮和阶梯轴等。2.3锻造工艺机械制造工艺基础——锻压工艺2.3.1模锻工艺模膛塑性成形按模型不同可分为胎模锻造成形和固定模膛锻造成形。1.胎模锻造成形1)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。2)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。机械制造工艺基础——锻压工艺胎模种类较多，主要有扣模、筒模及合模三种。(1)扣模：扣模用来对坯料进行全部或局部扣形，生产长杆非回转体锻件。也可以为合模锻造进行制坯。用扣模锻造时坯料不转动。2.3.1模锻工艺机械制造工艺基础——锻压工艺(2)筒模：锻模呈圆筒形，主要用于锻造齿轮、法兰盘等回转体盘类锻件。根据具体条件筒模可制成整体模、镶块模或带垫模的筒模。2.3.1模锻工艺机械制造工艺基础——锻压工艺(3)合模：通常由上模和下模两部分组成。为了使上下模吻合及不使锻件产生错移，经常用导柱和导销定位。合模多用于生产形状较复杂的非回转体锻件。如连杆、叉形件等锻件。2.3.1模锻工艺机械制造工艺基础——锻压工艺•固定模膛成形：1)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。2)锤上模锻成型用于大批量锻件生产。3)所用设备有蒸汽-空气锤、无砧座锤、高速锤等。4)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。2.锤上模锻机械制造工艺基础——锻压工艺•锤上模锻用锻模由上模和下模两部分组成。•常用的制模材料为5CrMnMo和5CrNiMo。•分为模锻模膛和制坯模膛。2.锤上模锻机械制造工艺基础——锻压工艺1)模锻模膛：(1)终锻模膛：获得锻件的最终尺寸。模膛尺寸比锻件尺寸大一个收缩量。所有转角都为圆角，垂直于分模面的表面都有模锻斜度，模膛周围开有毛边槽。(2)预锻模膛：预锻模膛的高度大于终锻模膛。不设毛边槽，模锻斜度较大，圆角半径较大，无细小的沟槽和花纹。机械制造工艺基础——锻压工艺2)制坯模膛：•(1）拔长模膛：置于锻模的侧面。•(2）滚挤模膛：用于截面相差大的零件的制坯。•(3）成型模膛：形状复杂零件的制坯。(4）弯曲模膛：弯曲零件的制坯。(5）镦粗台和压扁台：盘类和扁平类零件的制坯。(6）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。机械制造工艺基础——锻压工艺•单膛锻模是在一副锻模上只具有终锻模膛一个模膛。如齿轮坯模锻件就可将截下的圆柱形坯料，直接放入单膛锻模中成型。•多膛锻模是在一副锻模上具有两个以上模膛的锻模。如弯曲连杆模锻件的锻模即为多膛锻模。机械制造工艺基础——锻压工艺3.摩擦压力机上模锻•摩擦压力机的工作原理：摩擦压力机是通过摩擦盘带动飞轮转动，利用飞轮带动螺杆和滑块向下运动时所积蓄的能量使锻件变形。机械制造工艺基础——锻压工艺•摩擦压力机上模锻的特点：①不仅能满足模锻各种主要成型工序的要求，还可以进行弯曲、压印、热压、精压、切飞边、冲连皮及校正等工序。②特别适合于锻造低塑性合金钢和有色金属(如铜合金)等。③模具设计和制造得以简化，节约材料和降低生产成本，同时可以锻制出形状更为复杂，敷料和模锻斜度都很小的锻件，并可将轴类锻件直立起来进行局部镦锻。3.摩擦压力机上模锻机械制造工艺基础——锻压工艺④摩擦压力机承受偏心载荷能力差，通常只适用于单膛锻模进行模锻。对于形状复杂的锻件，需要在自由锻设备或其它设备上制坯。•应用：适合于中小件的小批生产。如铆钉、螺钉、螺母、气门、齿轮和三通阀体等。3.摩擦压力机上模锻机械制造工艺基础——锻压工艺4、曲柄压力机上模锻•曲柄压力机的传动系统：•曲柄压力机上模锻的特点：①锻件的公差、余量和模锻斜度都比锤上模锻的小。②锻模组合模制造简单、更换容易、节省贵重模具材料。③能够对杆件的头部进行局部镦粗。机械制造工艺基础——锻压工艺④坯料表面上的氧化皮不易被清除掉，影响锻件质量。曲柄压力机上也不宜进行拔长和滚压工步。如果是横截面变化较大的长轴类锻件，可以采用周期轧制坯料或用辊锻机制坯来代替这两个工步。⑤变形应该逐渐进行。终锻前常采用预成型及预锻工步。•曲柄压力机上模锻适合于大批大量生产。•缺点：金属不易充填深模膛、不能进行拔长和滚挤等工序、尺寸校对严格等。4、曲柄压力机上模锻机械制造工艺基础——锻压工艺5、平锻机上模锻：•平锻机的主要结构与曲柄压力机相同。只因滑块是作水平运动，故称平锻机。机械制造工艺基础——锻压工艺•平锻机上模锻的特点：（1）有两个分模面，可以锻出其他模锻方法无法锻出的锻件。（2）生产率高，400-900件/小时。（3）锻件尺寸精确，表面粗糙度低。（4）材料利用率达85-95%。（5）非回转体及中心不对称的锻件较难锻造。平锻机造价高。（6）适合于带头部的杆类和有孔零件的模锻成型。5、平锻机上模锻：机械制造工艺基础——锻压工艺机械制造工艺基础——锻压工艺锻造方法适用范围生产率锻件精度及表面质量模具特点劳动条件自由锻单件小批低低采用通用工具,无专用模具差锤上模锻中小型锻件,大批量生产.适合锻造各种类型模锻件高中锻模固定在锤头和砧座上,模膛复杂,造价高差摩擦压力机上模锻小型锻件,中批量生产.可进行精密模锻中较高一般为单膛锻模好曲柄压力机上模锻中小型锻件,大批量生产.不易进行拔长和滚压工序高高组合模,有导柱导套和顶出装置好平锻机上模锻有头的杆件及有孔件,大批量生产高高由一个凸模和两个凹模组成,有两个分模面好胎模锻中小型锻件,中小批量生产中中模具简单,且不固定在设备上差机械制造工艺基础——锻压工艺补充:模锻件的缺陷1、错模：2、欠压：即上、下模分模面未打靠，也称“锻不足”。3、局部充不满：4、折纹：锻件表面产生金属重叠。由于折纹处之金属已经氧化，因此一般无法修正。机械制造工艺基础——锻压工艺5．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。6．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。补充:模锻件的缺陷机械制造工艺基础——锻压工艺2.3.2锤上模锻工艺设计•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。机械制造工艺基础——锻压工艺1、模锻件图的绘制1)选择模锻件的分模面：(1）分模面应为最大截面，并使模膛深度较浅。(2）分模面应为平面，模膛加工应方便。(3）分模面不应选在锻件形状过渡面上。机械制造工艺基础——锻压工艺2)机械加工余量及锻件公差：只有机械加工面才应有加工余量。一般加工余量为0.5-5mm,公差0.3-3mm。3)模锻斜度：沿锤击方向或垂直于分模面的表面应有模锻斜度。外壁斜度小于内壁斜度。1、模锻件图的绘制：机械制造工艺基础——锻压工艺4)锻模圆角：•所有两表面交角处都应有圆角。一般内圆角半径（R）应大于其外圆半径（r）。5)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。1、模锻件图的绘制：机械制造工艺基础——锻压工艺•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。1、模锻件图的绘制：机械制造工艺基础——锻压工艺•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。2、模锻工步的确定及模膛种类的选择：机械制造工艺基础——锻压工艺•另一类为盘类模锻件，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。2、模锻工步的确定及模膛种类的选择：机械制造工艺基础——锻压工艺2、模锻工步的确定及模膛种类的选择：机械制造工艺基础——锻压工艺2.3.3模锻成型件的结构工艺性：①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。②零件上只有与其它机件配合的表面才需进行机械加工，其它表面均应设计为非加工表面。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。机械制造工艺基础——锻压工艺③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。2.3.3模锻成型件的结构工艺性：机械制造工艺基础——锻压工艺④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。⑤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。2.3.3模锻成型件的结构工艺性：机械制造工艺基础——锻压工艺补充:典型零件模锻工艺过程：（1）零件图纸的分析（2）选择分模面（3）确定锻孔（4）确定模锻工序（5）绘制锻件图(6)锻模设计机械制造工艺基础——锻压工艺（1）零件图纸的分析•汽车后闸传动杆零件，上下端面、四个大孔、20.3孔的端面和8孔需机械加工，其余均需模锻锻出。机械制造工艺基础——锻压工艺（2）选择分模面•1）主视图中的中心线。这样分模面为一平面，但所有的孔和槽都不能锻出。•2）俯视图中的对称面。分模面为一折面，但孔和槽都能锻出。机械制造工艺基础——锻压工艺（3）确定锻孔•零件上大于25毫米的孔都应锻出，其余的孔不锻出。机械制造工艺基础——锻压工艺（4）确定模锻工序•为提高生产率，采用一坯锻两件。因零件为长轴类零件，确定锻造工序为：拔长、滚挤、预锻、终锻和切断。机械制造工艺基础——锻压工艺（5）绘制锻件图•将分模面、加工余量、锻件公差、冲孔连皮、斜度和圆角半径加在零件图上。机械制造工艺基础——锻压工艺(6)锻模设计•根据锻件图和工序图设计锻模。