工艺技术-自由锻造工艺课件(ppt 132页)

第三讲 自由锻造工艺 第一节 概述 第二节 自由锻工序及锻件分类 第三节 自由锻基本工序分析 第四节 自由锻工艺规程的制定 第五节 胎模锻 第一节 概述 一、自由 锻 概念 只采用通用工具或直接 在锻造设备的上、下砥铁间使 坯料自由变形， 获得锻件毛坯的塑性成形方法称为自 由锻。 二、自由锻分类 1 手工自由锻 生产中小型锻件 2 机器自由锻 包括 锻锤自由锻和水压机自由锻 ， 用于大型或较大型的锻件生产。 三、自由锻用材 轧材 （中小型锻件）或 钢锭 （大型锻件）。 四、 自由锻特点 优点：工具简单、通用性强、工艺灵活、生产准备周期短。 缺点：锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产 率低。 五、自由锻的应用 自由锻主要应用于单件、小批量生产，修配以 及大型锻件的生产和新产品的试制、模锻件的制坯 等方面， 是特大型锻件的唯一生产方法。 六、自由锻造的主要设备 1.锻锤 : 空气锤、蒸汽 空气锤 锻锤是以 冲击力 使坯料变形的，设备规格以 落下部分的 重量来表示。 空气锤的吨位较小，只有 0.5 10kN，用于锻 100kg以 下的锻件；蒸汽 空气锤的吨位较大，可达 10 50KN , 可锻 1500kg以下的锻件。 2.液压机： 油压机、水压机 液压机是以液体产生的 静压力 使坯料变形的，设备规 格以 最大压力 来表示。 水压机的压力大，可达 5000 15000kN，是锻造大型 锻件的主要设备。 空气锤 单柱蒸汽 空气锤 双柱蒸汽 空气锤 10T桥式电液锤 10T电液锤 -15T操作机械手 8000吨自由锻油压机 能生产最大锻件为 600吨。主要用于核电筒体、反应器筒节、封 头板、大型轧辊等锻件。 高达 25米、重 4000多吨的 “新一代钢铁巨人 ”、 “超级大力士 ”。 全球只有 3台。 吨自由锻水压机 晚香玉 第二节自由锻工序及锻件分类 一、自由锻工序 锻造工序 锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工艺过程。 自由锻的工序分为： 基本工序、辅助工序、精整工序 自由锻件的成形都是这三类工序的组合 1 基本工序 使坯料实现 主要的变形要求 ，达 到或基本达到锻件所需要形状和尺 寸的工序。 主要有：镦粗、拔长、冲孔、 弯曲、扭转、错移、切割。 2辅助工序 基本工序之前的 预变形工序 ，主要 有 ：压钳口、倒棱、压肩等 3精整工序 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。 预压钳把 钢锭倒棱 分段压痕 辅助工序 弯曲校正 鼓形滚圆 端面平整 修整工序 二、自由锻件分类 饼块类 、空心类、轴杆类、 曲轴类、弯曲类、复杂形状类 1 饼块类锻件 外形横向尺寸大于高度尺寸，或两者 相近，如圆盘、叶轮、齿轮、模块、锤头 等。 锻造基本工序： 镦粗 例：齿轮的锻造过程 2 空心类锻件 这类锻件有中心通孔，一般为圆周 等壁厚锻件，轴向可有阶梯变化，如各 种圆环、齿圈、轴承环、各种圆筒、空 心轴等。 锻造基本工序： 镦粗、冲孔、 扩孔或芯轴拔长 例：圆环及圆筒的锻造工艺过程 3 轴杆类锻件 这类锻件为实心轴杆，轴向尺寸远远 大于横截面尺寸，可以是直轴或阶梯轴， 如传动轴、轧辊、立柱、拉杆等，也可以 是矩形、方形、工字形或其他形状截面的 杆件如连杆、摇杆、杠杆、推杆。 锻造基本工序： 拔长，或镦粗 +拔长 例：传动轴的锻造过程 4 曲轴类锻件 这类锻件为实心长轴，锻件不仅沿轴线 有截面形状和面积的变化，而且轴线有多 方向弯曲，包括各种形式的曲轴。 锻造基本工序： 拔长、错移、扭转 例：三拐曲轴锻造过程 5 弯曲类锻件 这类锻件具有弯曲的轴线，一般为一 处弯曲或多处弯曲，沿弯曲轴线，截面可 以是等截面，也可以是变截面；弯曲可以 是对称和非对称弯曲。 基本锻造工序： 拔长、弯曲 例：卡瓦的锻造过程 非洲菊 自由锻实例 圆轴锻件锻造 盘套锻件锻造 叉杆锻件锻造 大型锻件锻造 全纤维自由锻造 42 第三节 自由锻基本工序分析 一、 镦粗 使坯料整体或一部分高度减小截面积增大的工序 锻造比 为： Y镦 =H0/H 镦粗比 为： H0/D0 1 镦粗的作用 a 获得横截面较大而高度较小的锻件 （饼块件）。 b 用作 冲孔前的准备 工序 (增大坯料的横截面积以便 于冲孔 )。 c “反复镦拔法 ”，镦粗与拔长相结合，可提高 锻造 比，同时击碎合金工具钢中的块状碳化物，并使 其分布均匀以提高锻件的使用性能。 d提高锻件的横向力学性能以 减小力学性能的异 向性 。 2 镦粗主要方法 完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗 3 镦粗的变形流动特点（ 针对圆截面坯料 平砧镦粗讨论） 特点： 金属变形不均匀 影响变形不均匀的因素： 摩擦力、坯料尺寸 1)摩擦力的影响 根据镦粗后网格的变形程度分为三个变形区 区域 ：难变形区； 区域 ：大变形区； 区域 ：小变形区，变形程度介于 与 之间。 平砧镦粗变形与应力状态分析 平砧镦粗 2) 坯料尺寸的影响 不同高径比坯料镦粗时鼓型情况与变形分布 难变形区 大变形区 小变形区 均匀变形 4 镦粗的质量问题及控制 质量问题： 侧表面产生纵向或 45裂纹； 侧表面出现鼓形； 上下端存留铸态组织； 高坯料镦粗易失稳 弯曲 ；。 质量控制措施： a 采用润滑、预热工具 b 用侧凹形毛坯镦粗 c 使用软金属垫镦粗 d 叠料镦粗、套环内镦粗 f 反复镦粗拔长工艺 h 采用合适的锻造比及锻造力 28 侧凹镦粗，在侧凹面上产生径向压应力分 量，可以避免侧表面纵向开裂，并减小鼓型 软金属垫镦粗 套环内镦粗 叠料镦 二、拔长 1概述 2矩形截面坯料拔长 3圆形截面坯料的拔长 4空心件拔长 5拔长的操作要点 1概述 a定义 使坯料横截面减小而长度增加的锻造 基本工序。 拔长时的锻造比： Y拔 F0/F b 拔长变形实质 一系列 镦粗工序的叠加组合 ,但受两端 “ 刚端 ” 的影响，不是镦粗的简单叠加。 c拔长的作用 由横截面积较大的坯料 得到横截面 积较小而轴向较长的轴类锻件 ； 作为辅助工序进行 局部变形 ； “反复镦拔 ”工序。 d拔长的类型 按砧铁类型分为： 平砧铁间拔长、型砧拔长、芯轴拔长 按坯料截面形状分为： 矩形截面坯料拔长、圆截面坯料拔长 29 目录 平砧拔长 30 目录 2 矩形截面毛坯拔长 1）所用砧铁类型： 平砧 2）变形参数 设拔长前变形区的长、宽、高分别为 l0、 b0、 h0； 拔长后变形区的长、宽、高分别为 l、 b、 h，则： L0称为 送进量 l0/h0称为 相对送进量 h h0 h称为 压下量 b b b0称为展宽量 l l l0称为拔长量 a 送进量 采用 小的送进量拔长 可使轴向变形量增大而横 向变形量减小， 有利于提高拔长效率 ，但送进量 不能太小， 否则会增加压下次数，反而降低拔长 效率，另外还会造成表面缺陷。 一般取： 相对送进量为： l0/h0 =0.5 0.8 绝对送进量为 ： l0=（ 0.4 0.8） B ； 3)影响矩形截面坯料拔长效率的因素 送进量大，变形出现单鼓形，截面的中心变形大，能锻 透，但侧面和棱脚部位出现拉应力，可能产生拉裂缺陷。 送进量小，变形出现双鼓形，截面的上下变形大，中 心部位小，中心出现拉应力，产生中心拉裂缺陷。 b.压下量 h h大，可提高拔长效率，同时可强化 心部变形，有利于锻合内部缺陷，在材料 塑性允许的前提下，尽量提高。 4） 矩形截面拔长的缺陷及防止方法 a 表面横向裂纹与角裂 产生原因 ： 锻造 低塑性材料 时，当 送进量过大 ，同 时 压缩量过大 所引起的；角部温度散失快， 产生热应力。 防止方法： 控制送进量、一次压下量；及时倒角。 b表面折叠 表面横向折叠 表面纵向折叠 C内部横向裂纹 产生原因 相对送进量太小，拔长变形区出现双鼓 形，轴心部位受到轴向拉应力的作用，导 致中心裂纹。 防止方法 适当增加送进量，控制一次压下量。 d对角线裂纹 对角线裂纹与坯料的变形情况 a b 产生场合 ： 拔长塑性较差的材料，或温度降到终锻温度以下的方截面坯料时 。裂纹可以是内部的，也可能是从端部开始，然后沿轴向向坯料内 部发展的。 产生原因 ： 锻造温度下反复翻转拔长时，金属沿对角线流动，因剪应力引起 对角线处局部金属过热、过烧，致对角线金属强度降低而开裂。 低温下反复翻转拔长时，对角线附近金属相对流动过于剧烈，产 生严重的加工硬化现象，产生对角线裂纹。 防止方法： 控制锻造温度、送进量；减小一次变形量；避免反复在同一部 位连续翻转锻打；改变四方截面压缩成六方截面压缩。 e端面缩口 因拔长时首次送进量太小产生的。 拔长和侧面修直时坯料端面缩口 a拔长 b侧面修直 3 圆形截面毛坯拔长 1）在平砧上拔长 特点： 拔长 效率低 若压下量小时易在锻件内形成 纵向裂纹 解决方法： a 先将圆截面毛坯压成矩形断面，后拔长，再 压成八角形，最后锻圆。 b用型砧拔长 平砧拔长圆截面毛坯时的截面变化过程 2）型砧（或摔子）内拔长圆截面坯料 特点 ： 拔长效率高，与平砧比可提高拔长效率 20% 40%； 可防止纵向裂纹产生 4 空心件拔长 减小空心坯料外径而增加长度的锻造工序，用 以锻造各种长筒锻件。 心轴拔长 1坯料 2锻件 3心轴 4 砧子 5 拔长的操作要点 坯料在平砥铁上拔长时应反复作 90o翻转 ,圆轴应逐步成形 , 最后摔圆； 应选用适当的送进量 ,以提高拔长效率，一般取 l0 = (0.4 0.8)B； 拔长后的宽高比 b / h2.5， 以免翻转 90o后再拔长时弯折； 33 翻转法拔长 圆轴逐步拔长法 翻转法拔长 三、 冲孔 采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工 序 1 冲孔的应用 1）锻件带有直径大于 30mm以上 的盲孔 或通孔； 2）需要 扩孔的环形锻件 预冲孔； 3）需要 拔长的空心件 预冲孔。 2 冲孔的方法 实心冲子冲孔、空心冲子冲孔、垫环上冲孔 实心冲子冲孔 空心冲子冲孔 在垫环上冲孔 冲孔方法 34 当 D0/d2 3时：拉缩严重，外径明显增大； 当 D0/d 3 5时：几乎无拉缩，外径有所增大； 当 D0/d 5时：多余金属挤向端面形成凸台。 3 冲孔件的形状与坯料直径 D0、 孔径 d的关系 冲孔时坯料形状的变化 四 扩孔 减小空心坯料壁厚而增加其内外径的锻造工 序，用以锻造各种圆环锻件。 冲子扩孔 芯轴扩孔 辗压扩孔 五 弯曲 将毛坯弯成所需形状的工序 弯曲时坯料的形状变化 六 扭转 将毛坯一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定 角度的工序 七 错移 将坯料的一部分相对另一部分相互平行错移的 锻造工序。用以锻造曲轴类锻件，错移前坯料需 要压肩。 错移 a) 在一个平面内的错移 b) 在两个平面内的错移 八 切割 将毛坯一部分或几部分切掉以获得所需形状的锻件的工序 第四节 自由锻工艺规程的制定 一、概述 二、自由锻件的结构工艺性 三、自由锻工艺规程的制定 一、概述 1 工艺规程 定义 规定产品或零件制造工艺过程和操作 方法的工艺文件。 主要形式有：工艺过程卡 工艺卡 工序卡 工艺规程的作用 指导生产 生产准备工作的依据 新厂（车间）扩建的依据 制定原则 保证产品质量 提高劳动生产率、降低成本 降低劳动强度，保证生产安全。 必备原始资料 零件图 产品验收质量标准 年生产纲领（产量） 制造厂的生产条件： 设备、工装、技术水平等 设计手册及有关标准 国内外有关制造技术资料 2 自由锻工艺规程制定的内容 锻件的结构工艺性分析 绘锻件图 确定坯料的质量及尺寸 制定变形工艺和确定锻造比 选锻造设备 确定锻造温度范围、制定坯料加热及冷却规范 制定热处理规范 技术条件及检验要求 填写工艺规程卡片 二、自由锻件的结构工艺性 1 零件的结构工艺性概念 指所设计的零件在能 满足使用要求 的 前提下 制造的 可行性和经济性 。 即零件制 造的难易程度。 它包括零件的各个制造过程中的工艺性 ，有 零件结构的铸造、锻造、冲压、焊接 、热处理、切削加工等工艺性 。由此可见 ，零件结构工艺性涉及面很广，具有综合 性，必须全面综合地分析。 2 学习零件结构工艺性的目的 a 了解零件结构工艺性对制造影晌很大 ，设计零件结构时要充 分予以考虑。 b 碰到结构工艺性不好时会做一般处理 与设计者协商修改原设计 不能修改时会在工艺上想办法 例：切削加工零件的结构工艺性 例：铸件外形的结构工艺性 例 ：铸件内腔的结构工艺性 3自由锻件的结构工艺性 轴类锻件结构 自 由 锻 件 不 能 设 计 斜 面 杆类锻件结构 自 由 锻 件 不 能 设 计 成 曲 面 相 交 盘类锻件结构 自 由 锻 件 不 能 设 计 加 强 筋 、 凸 台 采 用 缎 焊 结 合 或 锻 机 械 连 接 复杂锻件 三、自由锻工艺规程的制定 43 锻 件 名 称 工 艺 类 别 锻 造 温 度 范 围 设 备 材 料 加 热 火 次 齿 轮 坯 自 由 锻 1200 800 65 kg空气 锤 45钢 1 锻 件 图 坯 料 图 序号 工序名称 工序 简图 使用工具 操作要点 1 局部 镦 粗 火 钳 镦 粗漏 盘 控制 镦 粗后的高度 为 45mm 表 2 典型锻件的 自由锻工艺示例 目录 序号 工序名称 工序 简图 使用工具 操作要点 2 冲孔 火 钳 镦 粗漏 盘 冲子 冲孔漏 盘 （ 1）注意冲子 对 中 （ 2）采用双面冲孔 3 修整外 圆 火 钳 冲子 边轻 打 边 修整，消除外 圆 鼓 形， 并达到 921 mm 44 续表 目录 序号 工序名称 工序 简图 使用工具 操作要点 4 修整平面 火 钳 镦 粗漏 盘 轻 打使 锻 件厚度达到 451 mm 45典型锻件的自由锻工艺示例 （续） 续表 目录 齿轮坯锻造工艺卡 齿轮坯锻造工艺卡 序号 五、制定自由锻工艺规程卡 续表：齿轮坯锻造工艺卡 序号 第五节 胎模锻 胎模锻是在 自由锻设备上 使用 可移动的简单模具 生产锻 件的一种锻造方法。 胎模锻造一般 先采用自由锻制坯 ， 然后在胎模中终锻成 形 。锻件的形状和尺寸主要靠胎模的型槽来保证。 胎模不固定在设备上，锻造时用工具夹持着进行锻打 。 与自由锻相比，胎模锻生产效率高，锻件加