锻造基础知识讲座

1锻造基础知识讲座（一）锻造的基本概念。锻造是锻压工艺的一部分，锻压包括锻造和冲压两部分。锻造的根本目的：是获得所需形状和尺寸，同时要求其性能和组织符合一定的技术要求的毛坯。锻造按温度来分有：热锻、温锻和冷锻。不同的锻造温度对锻件的组织和性能的影响也是不同的。下面介绍的内容主要是热锻部分知识。锻造分自由锻和模锻两部分。自由锻是自由锻造的简称，自由锻包括胎模锻，适用于单件小批生产。模锻适用于批量生产和大批量生产，如汽车制造行业。自由锻和模锻是锻造工艺的主要支柱。发达国家的模锻件占锻件总重量的70％以上；我国在50年代模锻件占锻件总重量不到20％，现在有进步，但模锻件总重乃比自由锻件少。自由锻又分手工锻和机器锻。手工锻在现在工厂用得很少，只在工具修理部门有，农村的铁匠炉基本上还是用手工锻。机器锻又分锤上自由锻和水压机上自由锻，前者用来生产大、中、小锻件；后者用来生产大型和特大型锻件。自由锻特点：1.所用工具简单，通用性强，灵活性大。2.靠工人的手工操作来控制锻件的形状和尺寸，因此，锻件的精度差，工人的劳动强度大，生产率低。锻件的主要缺陷有：1.裂纹：有横向、纵向裂纹及其它各种裂纹。2.过烧。3.白点（锻件内部银白色、灰白色圆形的裂纹）4.折叠。5.疏松、非金属夹杂物。6.机械性能达不到要求（锻比不够）。7.弯曲、变形。产生以上缺陷的原因很多，有铸锭缺陷引起的，有锻造加热不当引起的，有锻造本身的原因，也有锻后冷却和热处理不当引起的。总之，原因很多。所以当锻件的缺陷发现后，需要综合起来进行分析，并要掌握在不同情况下产生缺2陷的不同特征，以便具体问题进行具体分析。（二）锻造设备简介。1.自由锻设备：有锻锤和水压机两类。（1）锻锤有：简易锻锤---夹板（杆）锤：最大吨位1～2吨。弹簧锤：最大吨位100公斤左右。钢丝锤：最大吨位3吨。如我厂的3吨落锤。空气锤：规格有：40、65、75、150、250、400、560、750、1000公斤等。蒸汽—空气锤：规格有：1、2、3、5吨。（老企业还有1/4吨和1/2吨。）形式有单臂（柱）、双臂（拱式）和桥式。锻锤吨位的大小，是以它的落下部分的重量来表示。落下部分包括：活塞、锤杆、锤上砧（锤头）等。如落下部为1吨重，则称该锻锤为1吨锤。锻锤锻打坯料的力量，是依靠工作行程前，预先积蓄在锻锤落下部分的能量来完成的。动能：E=1/2mu2------单位（公斤.米）m-----质量，m=G/gG-----锻锤落下部分的重量（公斤）g------重力加速度=9.8米/秒2u------锤头的打击速度，最大可达9米/秒蒸汽空气锤一般为6～7米/秒（2）水压机：规格有：500、630、800、1000、1250、1600、2500、6000、12000吨等。水压机是靠活塞的静压力使坯料成形。静压力是根据巴斯卡液体静压定律（即加在密闭的液体上的压强，能够按照它原来的大小，由液体向各个方向传递）。压强-----单位面积上受的力。锻压设备规格的单位---千牛或吨（关系：1千牛=0.1吨）2.模锻设备：（1）蒸汽—空气模锻锤：规格有1、2、3、5、10、16吨等。（2）无砧座模锻锤：打击能量有：1600、2500公斤.米（3）热模锻压力机：规格：100吨～8000吨。3（4）平锻机：规格：100吨～3150吨。用于大批量生产中：顶锻、模锻、挤压、冲孔、切断等工作。自由锻锤和模锻锤的主要区别：自由锻锤：锤砧座和锤身是分开的。模锻锤：锤砧座和锤身是一体的。3.锻造设备的锻造能力：自由锻锻锤的锻造能力范围1千牛=0.1吨锻锤吨位（千牛）锻件类型2.557.510203050圆饼D（mm）＜200＜250＜300≤400≤500≤600≤750H（mm）＜35＜50＜100＜150＜250≤300≤300圆环D（mm）＜150＜350＜400≤500≤600≤1000≤1200H（mm）≤60≤75＜100＜150≤200＜250≤300圆筒D（mm）＜150＜175＜250＜275＜300＜350≤700d（mm）≥100≥125＞125＞125＞125＞150＞500L（mm）≤150≤200≤275≤300≤350≤400≤550圆轴D（mm）＜80＜125＜150≤175≤225≤275≤350G（公斤）＜100＜200＜300＜500≤750≤1000≤1500方块H=B（mm）≤80≤150≤175≤200≤250≤300≤450G（公斤）＜25＜50＜70≤100≤350≤800≤1000扁方B（mm）≤100≤160＜175≤200＜400≤600≤700H（mm）≥7≥15≥20≥25≥40≥50≥70成型锻件G（公斤）520355070100300吊钩起重量（吨）351020305075钢锭直径（mm）125200250300400450600钢坯边长（mm）100175225275350400550注：D-锻件外径，d-锻件内径，H-锻件高度，B-锻件宽度，L-锻件长度，G-锻件重量。4自由锻水压机的锻造能力范围1千牛=0.1吨水压机吨位（千牛）锻件类型800012500250003150060000120000钢锭对径（mm）7409001360145020003000钢锭重（吨）7124550130300镦粗D（mm）80011001600180026003200钢锭重（吨）2.56243060～90150～230圆轴D（mm）5007501000135019002500L（mm）45001400016000180002000026000锻件重（吨）47253080150宽板H≥（mm）100125140150200400B（mm）80010001400150022003700圆筒L（mm）250040006500100001600018000锻件重（吨）1.53.5142040130圆盘D（mm）100012001800200025003500～5000H≥（mm）80～100100～120100～150130～150180～200250～300圆环D（mm）120016002200260038005000～6000注：D-锻件外径，H-锻件高度，B-锻件宽度，L-锻件长度。以上各表中的规定仅供参考，因为每个厂都有根据本厂情况，制定出本厂的锻造设备能力表。另外，有许多按表中规定，用水压机锻的小尺寸锻件，可以用锻锤来锻。锻锤的锻造范围，大致上是：圆并类锻件：重量为1吨左右；最大尺寸：800毫米左右。轴类锻件：重量为1吨左右；最大尺寸：φ350毫米左右。圆环类锻件：最大尺寸：φ1000毫米左右。（三）常用锻造术语。参看厂标：QJ/DXS01.02.4-87《锻造工艺术语》或GB/T8541-1997《锻压术语》1.锻造：锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使金属坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得所需的几何形状，尺寸和质量的锻件的加工方法。2.自由锻（自由锻造的简称）：只用简单的通用工具或在锻造设备的上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状尺寸和内部质量的锻件，这种方法称为自由锻。3.模锻：利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法。模具直接安装在锤头和下砧上，依靠锤头上的导锁定位。4.胎模锻（胎模锻造的简称）：它是在自由锻设备上使用可移5动模具，生产模锻件的一种锻造方法。胎模不固定在锤头或砧座上，只是用时才放上去。它是介于自由锻和模锻之间的一种锻造方法，它既有自由锻的某些特点（设备简单，工艺灵活多样）；又有模锻的某些特点（可获得形状复杂，尺寸准确的锻件）。胎模锻优点：生产率高（比自由锻高1～5倍），锻件质量较好，节约材料，减少机械加工工时，胎模设计制造简便，成本低，使用方便，适用于中、小批量的锻件生产。胎模锻缺点：模具寿低，锻锤机件容易损坏，降低锻锤的打击能量，工人劳动强度大。5.锻件图（或叫锻造工艺图）：它是根据零件图（或机加工艺图），考虑了加工余量、锻造公差、锻造余块、检验试样及工艺卡头等绘制而成的。锻件图上：锻件的外形是用粗线条表示。零件的外形是用双点划线表示。尺寸线上方是锻件尺寸和公差；尺寸线的下方括号内尺寸是零件尺寸（或机加工艺尺寸）。锻件图是编制锻造工艺、设计模具、指导生产和验收锻件的根据。6.锻比（锻造比的简称）：一般用字母“Y”或“R”表示。锻比是锻造时变形程度的一种表示方法。通常用变形前后的截面比、长度比或高度比“Y”表示。例如：拔长时：Y=F0/F=L/L0；镦粗时：Y=F/F0=H0/H；式中：F0、L0、H0----为锻坯变形前的截面积、长度和高度。F、L、H--------为锻坯变形后的截面积、长度和高度。锻造比数值的大小，反映了锻造时对锻件组织和机械性能的影响。一般规律是：锻造时随着锻比的增大，由于金属内部孔隙焊合，铸态树枝晶被打碎，锻件的纵向和横向机械性能均得到明显提高。当锻比超过一定数值后，由于形成纤维组织，横向机械性能（塑性，韧性）急剧下降，导致锻件出现各向异性。锻比过小，锻件达不到性能要求，锻比过大，不但增加了锻造的工作量，并且还会引起各向异性。所以在制定锻造工艺时，应合理的选取锻比数值的大小。6用钢材锻造的锻件（莱氏体钢锻件除外，如高速钢等），由于钢材经过了大变形的锻或轧，其组织与性能均已得到改善，一般不需考虑锻比；用钢锭锻制的大型锻件，就必须考虑锻比。因为钢锭的结晶组织较差，内部缺陷较多（如偏析、夹杂、气体、缩孔和疏松等），需要经过锻打，达到适当的锻比，才能把钢锭内部缺陷消除。就像揉面一样，面越揉越有筋。钢锭的结构，参看《锻工工艺学》P28页，图2-4合金结构钢锻件的最佳锻比为：3～4。典型锻件的锻比锻件名称计算部位总锻比锻件名称计算部位总锻比碳素钢轴类锻件最大截面2.0～2.5曲轴曲拐≥2.0合金钢轴类锻件最大截面2.5～3.0轴颈≥3.0热轧辊辊身2.5～3.0锤头最大截面≥2.5冷轧辊辊身3.5～5.0模块最大截面≥3.0齿轮轴最大截面2.5～3.0高压封头最大截面3.5～5.0船用尾轴、中间轴、推力轴法兰＞1.5汽轮机转子轴身3.5～6.0轴身≥3.0发电机转子轴身3.5～6.0水轮机主轴法兰最好≥3.0汽轮机叶轮轮毂4.0～6.0轴身≥2.5旋翼轴、涡轮轴法兰6.0～8.0水压机立柱最大截面≥3.0航空用大型锻件最大截面6.0～8.0锻比的计算方法，参考《锻造工艺学》P92页，表4-97.始锻温度：即开始锻造的最高加热温度，称为始锻温度。它的温度要低于过热和过烧温度。碳钢的始锻温度应低于《铁碳平衡图》中固相线150～250°C。8.终锻温度：即停止锻造的最低温度，称为终锻温度。此温度必须保证金属在停锻前具有足够的塑性，而且在停锻后能获得细小再结晶组织。对亚共析钢（C＜0.8％）：终锻温度应在A3线以上15～50°C。对含C＜0.3％的低碳钢，可降到A3线以下。对过共析钢（C=0.8～2.0％）：终锻温度应在A1线以上50～100°C。9.锻造温度范围：金属从开始锻造（始锻温度）到结束锻造7（终锻温度）之间的这段温度区间称为锻造温度范围。见下图或参考《锻造工艺学》P33页，图3-11铁---碳合金平衡图参看《机械设计手册第6章热处理》各类钢的锻造温度范围钢种始锻温度（°C）终锻温度（°C）锻造温度范围（°C）普通碳素钢1280700580优质碳素钢1200800400碳素工具钢1100770330合金结构钢1150～1200800～850350合金工具钢1050～1150800～850250～300高速工具钢1100～1150900200～250耐热钢1100～1150850250～300弹簧钢1100～1150800～850300轴承钢108080028010.过热：当钢坯的加热超过某一温度，并在此温度停留的时间过长，会引起奥氏体晶粒迅速长大，这种现象称为过热。晶粒开始急剧长大的温度称为过热温度。钢中：C、Mn、S、P等元素，会增加钢的过热倾向。Ti、W、V、N等元素，可减少钢的过热倾向。过热分“不稳定过热”---一般用热处理方