《常用的锻造方法》PPT课件.ppt

3-3自由锻（Open die forging） 一General introduction 1、分类： Manual hammering and machine 机器自由锻根据锻造设备的不同，分为锤上自由锻和水压机自由锻。 2、Equipments The hammer and the press are the two general types of forging equipments.The commonly used equipment in open die forging is : （1）Air-lift hammer（空气锤） 工作原理：电动机通过传动机构带动压缩缸内的压缩活塞做往复运动。其吨位较小（50750 Kg), 最大锻件质量100Kg,空气锤,（2）Steam-air -operated hammer（蒸气-空气锤） 利用蒸气或压缩空气带动锤头工作，它的吨位稍大，最大锻件质量1500Kg, 但需要一套辅助设备（蒸气锅炉或空气压缩机）。 主要组成部分有工作气缸1、落下部分2、机架3、砧座4和操作手柄5等。,（3） Hydraulic press (液压机或水压机） 利用高压水的压力代替锻锤的冲击力。其吨位用压力表示，可锻造300吨的铸锭，且锻透深度较大，但设备投资较大。,3.自由锻的工序（Forging operations）,1.Basic operations(基本工序）使金属材料产生一定的塑性变形，以达到所需形状和尺寸的工艺过程。包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移等。 2.Assistant operations(辅助工序）为方便基本工序操作而进行的预变形，如倒棱、压肩等。 3.Finishing operations(精整工序）用以减少锻件表面的缺陷，包括修整鼓形、平整端面、校直弯曲。,基本工序拔长,基本工序镦粗,基本工序冲孔,基本工序 弯曲,基本工序 错移,基本工序 扭转,4.Characteristics and Applications,Advantages: (1) 使用工具简单，不需昂贵的模具； (2)可以锻造各种重量的锻件，大型锻件，它几乎是唯一的方法； (3)所需的设备吨位较低。 Disadvantages: (1)锻件的尺寸精度较低，加工余量大； (2)锻件的形状受到一定的限制（比较简单）； (3)生产率较低，劳动强度大。 应用：单件小批量生产。,二、工艺规程的制定 1、Draw up a forging drawing（绘制锻件图） 以零件图为基础并考虑下列因素绘制而成的： （1）余块为简化锻件形状、便于锻造而增加的一部分金属。 （2）Machining allowance(锻件余量）为后续切削加工而留的加工余量。 （3）Forging tolerance(锻件公差）锻件名义尺寸的允许偏差。 锻件图的画法： 如图2-34 ，以粗实线表示锻件的形状、双点划线表示零件的基本形状；零件尺寸注在锻件相应尺寸下面的括号内。,2、The choice of forging operations（选择变形工步）,根据工步的特点及锻件的形状、尺寸、技术要求和生产批量等来确定。 包括确定锻件成形所需的基本工序、辅助工序和精整工序的工步，以及所需的工具，确定工步的顺序及变形尺寸等。 各类自由锻件的基本变形工步方案见表2-4。 3、The calculation of blanks quantity and size（计算坯料重量和尺寸） 锻造用的坯料有两类：钢材和钢坯，用于中、小型锻件；另一类为铸锭，用于大、中型锻件。,The quantity： G坯料=G锻件+G损= G锻件+ G烧+G芯+ G切 G烧计算方法列于表2-5 The size: 应考虑锻造比(forging ratio),保证有足够的变形程度. 采用碳素钢锭作坯料时，Y2.55 采用轧制的材料， Y1.31.5,（1）饼块类和空心类锻件 通常采用镦粗法，坯料的高径比应为H/D2.53 坯料的直径或边长可按下式计算： 圆截面坯料：D计 0.8(V坯)1/3 方截面坯料：A计0.74(V坯)1/3 D计圆截面坯料计算直径， A计方截面坯料的计算边长 （2）轴类锻件： 通常采用拔长法，拔长后的最大截面应达到规定的锻造比要求。 F坯yFmax F坯坯料的截面积， Fmax拔长后的最大截面积 圆截面坯料：D计 (y)1/2Dmax,根据计算的坯料直径或边长后，参照有关标准，确定坯料的实际直径或边长，然后计算出坯料的长度。 热轧圆钢的标准直径见表2-6。 采用钢锭为坯料的大型锻件，可根据实际经验估算钢锭重量。 锻件的钢锭利用率约为0.500.65，锻造比通常取2.55。,4、选择锻造设备 根据锻件的材料、尺寸和重量，并考虑实际生产的条件。按表27选择。 5、确定锻造温度范围 碳钢锻件，要将坯料加热到铁碳相图的GSE线以上，获得单一的奥氏体。 需制定合适的锻造温度范围。 Beginning temperature（始锻温度）as high as possible For carbon steel，the beginning temperature is 150250 below the AE line. Ending temperature（终锻温度）as low as possible(ensure enough ductility),三、工艺规程举例 图2-35齿轮坯自由锻工艺： （1）绘制锻件图： 齿轮上的轮齿、小的凹槽、凸肩以及轮辐上的8个30的孔，自由锻难以锻出，需加余块； 查表2-2的锻件的加工余量和公差为a=104, b= 93, c= 135, 绘出锻件图。,（2）确定变形工步 参照表2-4，主要变形工步是镦粗和冲孔和扩孔， 凸肩采用垫环局部镦粗，内孔较大，应用冲子扩孔。 注意：冲孔和扩孔时，金属会沿径向流动，并沿凸肩高度方向产生拉缩现象，因此，局部镦粗后的径向尺寸要小些、凸肩的高度要大些。,（3）计算坯料的重量和尺寸 G锻=V锻=17.8kg 冲孔芯料的重量：取d=60mm, H=65mm, K2=1.3（见表2-5） G芯= K2 d2H=0.3kg 烧损重量：需加热两次，系数K1=0.035 G烧= G锻K1=0.6kg G坯= G锻+ G芯+ G烧=18.7kg 坯料的计算直径：D计 0.8(V坯)1/3 D计 =0.9(V坯)1/3=0.9（18.7/7.85）1/3=120mm 查表2-6，选择坯料直径120mm 坯料长度= V坯/A=210mm 因此确定坯料的尺寸为120210mm,（4）选定设备吨位 参照表2-7 ，此锻件属圆环类，选择0.5吨的自由锻锤。,四、自由锻零件的结构工艺性（Structural design for open die forgings） 1.应避免锻件上有圆锥体或斜面的结构。 2.圆柱体与圆柱体的交接处锻造很困难，应改成平面与圆柱或平面与平面相连； 3 .加强筋与表面凸台难以用自由段的方法锻出，工字形截面或空间曲线形表面，也应避免； 4 .横截面有急剧变化或形状复杂的零件，应分成几个易锻造的简单部分，再用焊接或机械连接的方法组合成整体。,3.4、模锻（ Closed die forging） 模锻是将加热后的坯料放入锻模的模膛内锻压成型的方法。 其特点是坯料变形时，金属的流动受到模膛的限制和引导，因此获得与模膛形状一致的锻件。,一.The comparison between closed die forging and open die forging Advantages: 1.high production rates 2.higher dimensional accuracy 3.more complicated shapes can be produced. 4.save materials, lower cost in mass production.,Disadvantages: not suitable for large parts，150Kg higher cost 应用：适于中、小型锻件的成批或大量生产。 二.Classification Drop forging and Press forging.(包括曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻、平锻机上模锻、液压机上模锻等）。 锤上模锻（ drop forging ) 主要用蒸气空气模锻锤。图2-21，其特点： 1）模锻锤的锤头（ram)与导轨之间的间隙(gap)较小，通常其导轨较长； 2）为使锤头运动准确，机架(frame)与砧座(anvil)相连接，且砧座比自由锻锤大得多； 3）吨位较大，116t。自由锻锤为0.5-5t。,锤上模锻能完成镦粗、拔长、滚挤、弯曲、成形、预锻和终锻等变形工步的操作，锤击力量和锤击频率可自由控制和变换，可完成各种长轴类和短轴类锻件的模锻。 其适用性较好，设备费用相对较低，是目前用得最多的一种模锻方法。 缺点是：振动和噪音大、劳动条件差、机械化程度不够高，生产率也不太高，在大批量生产中有被压力机模锻取代的趋势。,三.锤上模锻工艺（ （ drop forging technology) （一）The procedures and die cavities 模锻的变形工步分为制坯工步(preforming)和模锻工步(die foring) 制坯工步使坯料初步成形，模锻工步完成锻件的最终成形。 相应的模锻模膛分为制坯模膛 、预锻模膛和终锻模膛。 1.finishing die cavity(终锻模膛）：使坯料最后变形到锻件所需的形状和尺寸。 特点： (1)形状与锻件相同， (2)尺寸放大一个收缩量，钢件取1.5% (3)沿模膛四周有飞边槽(flash gutter), 其作用： (a)增加金属从模膛中流出的阻力； (b)容纳多余的金属； (c)减缓上、下模的冲击。,2.blocking die cavity(预锻模膛 ）：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸。 特点：预锻模膛的圆角和斜度较大 ，且没有飞边槽。 3.blank making die cavity(制坯模膛）：使坯料形状基本接近于锻件的形状。 根据锻件复杂程度的不同，锻模分为： 单膛锻模：在一副锻模上只有一个终锻模膛。 多膛锻模：在一副锻模上具有两个或以上的模膛 。,（二）Technological process of closed die forging（模锻件图的制定） 1.Parting plane（分模面）：上、下锻模在模锻件上的分界面。 Several rules (1)分模面应选在锻件最大尺寸的截面上； (2)为便于发现错模现象，应使上、下模的模膛外形一致； (3)为便于金属充满模膛，便于取出锻件和锻模的制造，最好把分模面选在使模膛具有最浅的方向上； (4)使零件所加的余块最少； (5)使分模面为平面，上、下模膛的深浅基本一致。,2.Machining allowance, tolerance（加工余量和公差） 公差、余量、比自由锻小得多。 确定的方法有两种： 按照零件的形状尺寸和锻件的精度等级；或按照锻锤的吨位。 后者较简便，按照此方法确定的锻件加工余量和公差见表2-13。,3.Draf（模锻斜度）、 Fillet and corner radii、冲孔连皮(wad) Draf :分为外模锻斜度和内模锻斜度，应选3、 5、 7、 10、 12等标准度数。 内模锻斜度应比外模锻斜度大一级。 模锻斜度与模膛深度、宽度有关。模膛深度与相应宽度的比值增大时，模锻斜度应取较大值。 一般外模锻斜度取5或7，特殊部位取 10 为简化模具加工，同一锻件的内外模锻斜度，一般各取同一数值。,Fillet and corner radii（圆角半径） 模锻件上所有两平面的交角处应作成圆角，避免应力集中产生裂纹，并有利于金属充满模膛。 锻件内圆角的作用是减少锻造时金属流动的摩擦阻力，减少模具磨损，提高使用寿命。 锻件外圆角的作用是使金属易于充满模膛，减小应力集中,外圆角半径 r=加工余量+零件的圆角半径 内圆角半径 R=(23)r 圆角半径应选1、1.5、2、3、4、5、6、8、10、12、15、20等标准数值。,冲孔连皮(wad) 不能直接锻出通孔，孔内必须留有一定厚度的金属层，成为冲孔连皮. 连皮太薄，则冲击力太大，会导致模膛突出部位加速磨损或压塌； 连皮太厚，不仅浪费金属，而且冲除时会造成锻件的变形。 连皮的厚度一般为48mm，可用下式计算： s=0.45(d-0.25h-5)1/2+0.6h 1/2 注意：当孔径小于25mm或孔深大于冲头直径的3倍时，只在冲孔处压出凹穴。,锻件图的绘制方法同自由锻的锻件图。 4、变形工步的确定 模锻件分为短轴类和长轴类两种。 短轴类：锻造过程中锤击方向与锻件的轴线同向，通常是镦粗制坯(upsetting)和终锻成形(finishing)。 形状简单的，也可直接终锻成形； 形状复杂的，则要增加成形镦粗和预锻等工步； 长轴类：锻造过程中锤击方向与锻件的轴线垂直。通常采用拔长、滚挤等工步。 形状复杂时，要增加弯曲、成形、预锻等工步。,6、坯料尺寸的计算 短轴类：V坯=（ V锻+V连+ V飞）（1+K1) V飞飞边的体积，按飞边槽容积的一半计算。 D计=1.08( V坯/m)1/3 m坯料的高径比，可取1.82.2 长轴类：根据锻件的最大截面积 D计=1.13( KFmax)1/2 K模膛系数 不制坯或有拔长工步时，K=1; 有滚挤工步时，K=0.70.85。,6、锻锤吨位的确定 吨位选择根据锻件重量参照表2-14 7、模锻件的精整 （1）切边和冲孔(trimming and