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平顶山煤矿机械有限责任公司锻造工艺培训二0一四年十月 锻造工艺培训目录 一 锻材加热规范二 自由锻工艺三 胎模锻工艺四 模锻工艺五 环形件辗轧六 模具的使用 第一章锻材加热规范 1 1 锻前加热的目的及方法锻前加热的目的 提高金属塑性 降低变形抗力 即增加金属的可锻性 从而使金属易于流的成形 并使锻件获得良好的锻后组织和力学性能 锻材加热分为燃料加热与电加热 1 燃料加热是利用固体 煤 焦炭等 液体 柴油等 或气体 煤气 天然气等 燃料燃烧时产生的热能对坯料进行加热 燃料加热成本低 但是炉内气氛 炉温及加热质量比较难控制 2 电加热是将电能转换为热能对金属坯料进行加热 电加热速度快 炉温控制准确 加热质量好 氧化少 但是成本高 电加热又分为电阻加热和感应加热 电阻加热有电阻炉加热 接触电加热 盐浴炉加热等 感应加热是在感应器通入交变电流产生的交变磁场作用下 坯料内部产生交变电势并形成交变涡流 由于毛坯电阻引起的涡流发热和磁滞损失发热 使坯料得到加热 根据电流频率不同 感应加热通常分为 工频加热 f 50Hz 中频加热 f 50 1000Hz 高频加热 f 1000Hz 锻造加热多采用中频加热 1 2锻造温度范围坯料开始锻造的温度 始锻温度 和终止锻造的温度 终锻温度 之间的温度间隔 称为锻造温度范围 见表2 1 在保证不出现加热缺陷的前提下 始锻温度应取得高一些 以便有较充裕的时间锻造成形 减少加热次数 在保证坯料还有足够塑性的前提下 终锻温度应定得低一些 以便获得内部组织细密 力学性能较好的锻件 同时也可延长锻造时间 减少加热火次 但终锻温度过低会使金属难以继续变形 易出现锻裂现象和损伤锻造设备 表1 1常用钢材的锻造温度范围 1 3 锻造温度的控制方法 1 温度计法通过加热炉上的热电偶温度计 显示炉内温度 可知道锻件的温度 也可以使用光学高温计观测锻件温度 2 目测法实习中或单件小批生产的条件下可根据坯料的颜色和明亮度不同来判别温度 即用火色鉴别法 见表1 2表1 2碳钢温度与火色的关系 表1 3碳钢常见的加热缺陷 1 4碳钢常见的加热缺陷由于加热不当 碳钢在加热时可出现多种缺陷 碳钢常见的加热缺陷见表1 3 1 5锻件的冷却 锻件冷却是保证锻件质量的重要环节 通常 锻件中的碳及合金元素含量越多 锻件体积越大 形状越复杂 冷却速度越要缓慢 否则会造成表面过硬不易切削加工 变形甚至开裂等缺陷 常用的冷却方法有三种 1 空冷锻后在无风的空气中 放在干燥的地面上冷却 常用于低 中碳钢和合金结构钢的小型锻件 2 坑冷锻后在充填有石灰 砂子或炉灰的坑中冷却 常用于合金工具钢锻件 而碳素工具钢锻件应先空冷至650 700 然后再坑冷 3 炉冷锻后放入500 700 的加热炉中缓慢冷却 常用于高合金钢及大型锻件 表1 3锻件常用的冷却方式 第二章自由锻造自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形 不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法 简称自由锻 自由锻造分手工自由锻和机器自由锻两种 一 自由锻的特点 应用设备和工具有很大的通用性 且工具简单 所以只能锻造形状简单的锻件 操作强度大 生产率低 自由锻可以锻出质量从不到1kg到200 00t的锻件 对大型锻件 自由锻是唯一的加工方法 因此自由锻在重型机械制造中有特别重要的意义 自由锻依靠操作者控制其形状和尺寸 锻件精度低 表面质量差 金属消耗也较多 所以 自由锻主要用于品种多 产量不大的单件小批量生产 也可用于模锻前的制坯工序 工序是指在一个工作地点对一个工件所连续完成的那部分工艺过程 无论是手工自由锻 锤上自由锻以及水压机上自由锻 其工艺过程都是由一些锻造工序所组成 根据变形的性质和程度不同 自由锤工序可分为 基本工序 如镦粗 拔长 冲孔 扩孔 芯轴拔长 切割 弯曲 扭转 错移 锻接等 其中镦粗 拔长和冲孔三个工序应用得最多 辅助工序 如切肩 压痕等 精整工序 如平整 整形等三类 二 自由锻的基本工序1 镦粗镦粗是使坯料的截面增大 高度减小的锻造工序 镦粗有完全镦粗 局部镦粗和垫环镦粗等三种方式 局部镦粗按其镦粗的位置不同又可分为端部镦粗和中间镦粗两种 如图2 1所示 镦粗主要用来锻造圆盘类 如齿轮坯 及法兰等锻件 在锻造空心锻件时 可作为冲孔前的预备工序 镦粗可作为提高锻造比的预备工序 镦粗的一般规则 操作方法及注意事项如下 被镦粗坯料的高度与直径 或边长 之比应小于2 5 3 否则会镦弯 图2 2a 工件镦弯后应将其放平 轻轻锤击矫正 图2 2b 局部镦粗时 镦粗部分坯料的高度与直径之比也应小于2 5 3 镦粗的始锻温度采用坯料允许的最高始锻温度 并应烧透 坯料的加热要均匀 否则镦粗时工件变形不均匀 对某些材料还可能锻裂 图2 1镦粗图2 2镦弯的产生和矫正a 完全镦粗b 局部镦粗a 镦弯的产生b 镦弯的矫正 镦粗的两端面要平整且与轴线垂直 否则可能会产生镦歪现象 矫正镦歪的方法是将坯料斜立 轻打镦歪的斜角 然后放正 继续锻打 图2 3 如果锤头或抵铁的工作面因磨损而变得不平直时 则锻打时要不断将坯料旋转 以便获得均匀的变形而不致镦歪 锤击应力量足够 否则就可能产生细腰形 如图2 4a所示 若不及时纠正 继续锻打下去 则可能产生夹层 使工件报废 如图2 4b所示 a b c a b 图2 3镦歪的产生和矫正图2 4细腰形及夹层的产生a 细腰形b 夹层2 拔长拔长是使坯料长度增加 横截面减少的锻造工序 又称延伸或引伸 如图2 5所示 拔长用于锻制长而截面小的工件 如轴类 杆类和长筒形零件 图2 5拔长a 拔长b 局部拔长c 心轴拔长 a b c 拔长的一般规则 操作方法及注意事项 拔长过程中要将毛坯料不断反复地翻转90 并沿轴向送进操作 如图2 6a所示 螺旋式翻转拔长如图2 6b所示 是将毛坯沿一个方向作90 翻转 并沿轴向送进的操作 单面顺序拔长如图2 6c所示 是将毛坯沿整个长度方向锻打一遍后 再翻转90 同样依次沿轴向送进操作 用这种方法拔长时 应注意工件的宽度和厚度之比不要超过2 5 否则再次翻转继续拔长时容易产生折叠 a b c 图2 6拔长时锻件的翻转方法a 反复翻转拔长b 螺旋式翻转拔长c 单面顺序拔长 拔长时 坯料应沿抵铁的宽度方向送进 每次的送进量应为抵铁宽度的0 3 0 7倍 图2 7a 送进量太大 金属主要向宽度方向流动 反而降低延伸效率 图2 7b 送进量太小 又容易产生夹层 图2 7c 另外 每次压下量也不要太大 压下量应等于或下于送进量 否则也容易产生夹层 a b c 图2 7拔长时的送进方向和进给量a 送进量合适b 送进量太大 拔长率降低c 送进量太小 产生夹层 锻件拔长后须进行修整 修整方形或矩形锻件时 应沿下抵铁的长度方向送进 如图2 8a所示 以增加工件与抵铁的接触长度 拔长过程中若产生翘曲应及时翻转180 轻打校平 圆形截面的锻件用型锤或摔子修整 如图2 8b所示 a b 图2 8拨长后的修整a 方形 矩形面的修整b 圆形截面的修整 由大直径的坯料拔长到小直径的锻件时 应把坯料先锻成正方形 在正方形的截面下拔长 到接近锻件的直径时 再倒棱 滚打成圆形 这样锻造效率高 质量好 锻制台阶轴或带台阶的方形 矩形截面的锻件时 在拔长前应先压肩 压肩后对一端进行局部拔长即可锻出台阶 6 拔长时易产生的缺陷及防止措施 表面横向裂纹与角裂这类缺陷常在锻造低塑性材料时出现 其开裂部位主要是受拉应力作用 而造成这种拉应力的原因是由于送进量过大 同时压缩量过大引起 而角裂除了变形原因外 因角部温度散失快 产生温度应力 增加了拉应力的附加值 防止措施 操作时主要控制送进量和一次压下变形量 对角部还应及时进行倒角 以减少温降 改变角部的应力状态 表面折叠表面折叠分为横向折叠与纵向折叠 折叠属于表面缺陷 一般经打磨后可去除 但较深的折叠会使锻件报废 表面横向折叠的产生主要是送进量与压下量不合适引起 当送进量小于压下量的一半时易产生这种折叠 防止措施 使每次送进量与单边压缩量之比大于1 1 5 表面纵向折叠是在采用单面压缩法拔长时 毛坯压缩的太扁 宽度b与高度h之比大于2 5 翻转90 再压 坯料发生弯曲 继续压缩时形成的 防止措施 减小压缩量 使每次压缩后的坯料b与h之比小于2 2 5 内部横向裂纹主要是由于相对送进量太小 拔长时变形区出现双鼓形 而轴心部位受到轴向拉应力的作用 从而引起中心裂纹 防止措施 适当增大相对送进量 控制一次压下量 内部纵向裂纹主要是在平砧上拔长圆截面坯料时 拔长进给量很大 压下量相对较小 金属沿轴向流动小 而横向流动大 防止措施 选择合理的进给量 使金属沿轴向流动大于横向流动 对角线裂纹这类裂纹常发生在塑性较差的材料中 或温度已降到终锻温度以下的方截面坯料拔长过程中 防止措施 严格控制锻造温度 进给量的大小 图2 9单面冲孔 图2 10双面冲孔 3 冲孔冲孔是用冲子在坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序 一般规定 锤的落下部分重量在0 15 5t之间 最小冲孔直径相应为 30 100mm 孔径小于100mm 而孔深大于300mm的孔可不冲出 孔径小于150mm 而孔深大于500mm的孔也不冲出 根据冲孔所用的冲子的形状不同 冲孔分实心冲子冲孔和空心冲子冲孔 实心冲子冲孔分单面冲孔和双面冲孔 单面冲孔 对于较薄工件 即工件高度与冲孔孔径之比小于0 125时 可采用单面冲孔 图2 9 冲孔时 将工件放在漏盘上 冲子大头朝下 漏盘的孔径和冲子的直径应有一定的间隙 冲孔时应仔细校正 冲孔后稍加平整 双面冲孔 其操作过程为 镦粗 试冲 找正中心冲孔痕 撒煤粉 冲孔 即冲孔到锻件厚度的2 3 3 4 翻转180 找正中心 冲除连皮 如图2 10所示 修整内孔 修整外圆 冲孔前的镦粗是为了减少冲孔深度并使端面平整 由于冲孔锻件的局部变形量很大 为了提高塑性 防止冲裂 冲孔应在始锻温度下进行 冲孔时试冲的目的是为了保证孔的位置正确 即先用冲子轻冲出孔位的凹痕 并检查孔的位置是否正确 如果有偏差 可将冲子放在正确的位置上再试冲一次 加以纠正 孔位检查或修正无误后 向凹痕内撒放少许煤粉或焦炭粒 其作用是便于拔出冲子 因可利用煤粉受热后产生的气体膨胀力将冲子顶出 但要特别注意安全 防止冲子和气体冲出伤人 对大型锻件不用放煤粉 而是冲子冲入坯料后 立即带着冲子滚外圆 直到冲子松动脱出 冲子拔出后可继续冲深 此时应注意保持冲子与砧面垂直 防止冲歪 当冲到一定深度时 取出冲子 翻转锻件 然后从反面将孔冲透 空心冲子冲孔 当冲孔直径超过400mm时 多采用空心冲子冲孔 对于重要的锻件 将其有缺陷的中心部分冲掉 有利于改善锻件的机械性能 4 扩孔扩孔是空心坯料壁厚减薄而内径和外径增加的锻造工序 其实质是沿圆周方向的变相拔长 扩孔的方法有冲头扩孔 马杠扩孔和劈缝扩孔等三种 扩孔适用于锻造空心圈和空心环锻件 5 错移将毛坯的一部分相对另一部分上 下错开 但仍保持这两部分轴心线平行的锻造工序 错移常用来锻造曲轴 错移前 毛坯须先进行压肩等辅助工序 如图2 11所示 a b c 图2 11错移a 压肩b 锻打c 修整 6 切割切割是使坯料分开的工序 如切去料头 下料和切割成一定形状等 用手工切割小毛坯时 把工件放在砧面上 錾子垂直于工件轴线 边錾边旋转工件 当快切断时 应将切口稍移至砧边处 轻轻将工件切断 大截面毛坯是在锻锤或压力机上切断的 方形截面的切割是先将剁刀垂直切入锻件 至快断开时 将工件翻转180 再用剁刀或克棍把工件截断 如图2 12a所示 切割圆形截面锻件时 要将锻件放在带有圆凹槽的剁垫上 边切边旋转锻件 如图2 12b所示 a b 图2 12切割a 方料的切割b 圆料的切割 7 弯曲使坯料弯成一定角度或形状的锻造工序称为弯曲 弯曲用于锻造吊钩 链环 弯板等锻件 弯曲时锻件的加热部分最好只限于被弯曲的一段 加热必须均匀 在空气锤上进行弯曲时 将坯料夹在上下砥铁间 使欲弯曲的部分露出 用手锤或大锤将坯料打弯 如图2 13a所示 或借助于成型垫铁 成型压铁等辅助工具使其产生成型弯曲 如图2 13b所示 a b 图2 13弯由a 角度弯曲b 成形弯曲 8 扭转扭转是将毛坯的一部分相对于另一部分绕其轴心线旋转一定角度的锻造工序 称为扭转 如图2 14所示 锻造多拐曲轴 连杆 麻花钻等锻件和校直锻件时常用这种工序 扭转前 应将整个坯料先在一个平面内锻造成形 并使受扭曲部分表面光滑 然后进行扭转 扭转时 由于金属变形剧烈 要求受扭部分加热到始锻温度 且均匀热透 扭转后 要注意缓慢冷却 以防出现扭裂 图2 14扭转 9 锻接锻接是将两段或几段坯料加热后 用锻造的方法连接成牢固整体的一种锻造工序 又称锻焊 锻接主要用于小锻件生产或修理工作 如 锚链的锻焊 刃具的夹钢和贴钢 它是将两种成份不同的钢料锻焊在一起 典型的锻接方法有搭接法 咬接法和对接法 搭接法是最常用的 也易于保证锻件质量 而交错搭接法操作较困难 用于扁坯料 咬接法的缺点是锻接时接头中氧化溶渣不易挤出 对接法的锻接质量最差 只在被锻接的坯料很短时采用 锻接的质量不仅和锻接方法有关 还与钢料的化学成分和加热温度有关 低碳钢易于锻接 而中 高碳钢则困难 合金钢更难以保证锻接质量 第三章胎膜锻 图3 1胎模1 上模块2 手柄3 下模块4 模膛5 导销6 销孔 胎模锻是在自由锻设备上使用简单的模具 称为胎模 生产锻件的方法 胎模的结构形式较多 如图3 1为其中一种 它由上 下模块组成 模块上的空腔称为模膛 模块上的导销和销孔可使上 下模膛对准 手柄供搬动模块用 胎模锻的模具制造简便 在自由锻锤上即可进行锻造 不需模锻锤 成批生产时 与自由锻相比较 锻件质量好 生产效率高 能锻造形状较复杂的锻件 在中小批生产中应用广泛 但劳动强度大 只适于小型锻件 胎模锻造所用胎模不固定在锤头或砧座上 按加工过程需要 可随时放在上下砥铁上进行锻造 锻造时 先把下模放在下砥铁上 再把加热的坯料放在模膛内 然后合上上模 用锻锤锻打上模背部 待上 下模接触 坯料便在模膛内锻成锻件 胎模锻时 锻件上的孔也不能冲通 留有冲孔连皮 锻件的周围亦有一薄层金属 称为毛边 因此 胎模锻后也要进行冲孔和切边 以去除连皮和毛边 其过程如图3 2所示 常用的胎模结构形式主要套筒模和合模两种 套筒模有开式筒模 闭式筒模和组合式筒模 主要用于锻造齿轮 法兰盘等回转体锻件 合模主要用于锻造连杆 叉形件等形状较复杂的非回转体锻件 图3 2胎模锻的生产过程a 用胎模锻出的锻件b 用切边模切边c 冲掉连皮d 锻件 二 胎模锻工艺1 胎模锻工序大致分为制坯 成形和修整三类 制坯主要采用摔模 垫模 或合模 2 胎膜锻基本工步有 镦粗 镦粗 局部镦粗 拔长 拔长 芯轴拔长 摔形 扣形冲孔扩孔弯曲翻边剁切劈形挤压焖形冲切 3 胎膜锻变形工序特点1 镦粗整体镦粗 当生产批量较大时 可采用漏盘内整体镦粗 空芯镦粗时 金属流动存在一个分流面 大于分流直径的金属向外流 小于分流直径的金属向内流 局部镦粗必须遵守镦粗规则镦粗比应降为1 5 1 2 有芯轴的空芯坯料 坯料高与厚度的比以不大于2 5 3 0为宜 2 拔长 当毛坯直径与坯料直径相差不大时可采用光摔直接拔长 当锻件杆部位于中部且拔长长度小于锤砧宽度时应采用卡摔拔长 3 摔形 分为制坯摔形和修整摔形 如下图 当d D 0 6 0 9时 可用坯料直接摔形 当d D 0 6时 应预先压肩再摔形 4 扣形坯料在扣模中不进行旋转而重新分配金属体积的工步叫扣形 扣形后一般均需旋转90 在平砧上拍平 5 翻边将薄壁筒筒壁翻为凸缘或平面毛坯翻为薄壁杯筒形锻件 切厚度变化不大的工序 胎模锻中的翻边用的是热态毛坯 6 挤压胎模锻中的挤压变形方式有镦挤 冲挤 翻挤 拉挤 劈挤等7 焖形 与锤上模锻终锻类似工艺要点有 长杆类锻件应仔细制坯 务使金属分配最大限度地接近外形 焖形前再次加热并迅速清除氧化皮对比较复杂的叉形 十字轴类锻件 可采用预锻和终锻两副胎模 依次在一火中焖形 当设备能力不足时 可采用焖形 切飞边 焖形 对形状简单的旋转体短轴胎模锻件 在设备能力足够时 应尽量一火成形 在设备能力不足时 尽量以镦粗成形代替挤压成形 8 冲切 用剪切变形分离金属的方法 第四章模型锻造 图4 1模锻工作示意图1 上模用键2 下模用键3 砧座4 模座用楔5 模座6 下模用楔7 下楔8 上模9 上模用楔10 锤头 将加热后的坯料放到锻模的模腔内 经过锻造 使其在模腔所限制的空间内产生塑性变形 从而获得锻件的锻造方法叫做模型锻造 简称模锻 如图4 1所示 模锻的生产率高 并可锻出形状复杂 尺寸准确的锻件 适宜在大批量生产条件下 锻造形状复杂的中 小型锻件 目前常用的模锻设备有蒸汽 空气模锻锤 摩擦压力机等 蒸汽 空气模锻锤的规格也以落下部分的重量来表示 常用的为1 10t 一 模锻可分为开式模锻和闭式模锻 1 开式模锻开式模锻过程大致可分为四个阶段 1 自由变形或称镦粗变形阶段 2 形成飞边阶段 3 充满型槽阶段 4 锻足或称打靠阶段 2 闭式模锻在变形过程中 金属始终被封闭在型腔内不能排出 迫使金属充满型槽而不形成毛边 闭式模锻过程大致分为三个阶段 1 基本成形阶段 2 充满型槽阶段 3 形成纵向毛刺阶段 闭式模锻利于金属成形 并且省去了毛边材料的消耗 但是对坯料体积要求准确 并需要顶出装置 使锻模结构复杂 同时应用范围也比较窄 二 锤上模锻工序包括三类工步1 模锻工步 包括预锻和终锻工步 其作用是使经制坯的坯料得到冷锻件图所要求的形状和尺寸 2 制坯工步 包括镦粗 拔长 滚挤 卡压 成形 弯曲等工步 制坯工步的作用是改变毛坯的形状 合理分配坯料体积 以适应锻件横截面形状和尺寸的要求 使金属较好的充满型槽 3 切断工步 切断工步的作用主要是当采用一料多件模锻时 切断已锻好的锻件 以便继续锻造下一个 或是用来切断钳口 三 锻模使用中的技术规定1 使用中技术检查模具在使用前需检查其制造质量 允许错移量0 2 0 4mm 在模具使用期间需要抽查锻件是否超差 在模具用完后 需对模具作最后检查 检查锻件是否超差 模具是否损坏 以备回收再用 2 装卡模具在装卡时必须注意装正和装紧 模具上的装卡面尺寸及水平度应符合规定的允许偏差 上下模燕尾基面应互相平行 上下模分模面应互相平行 燕尾斜面与锤头支撑斜面间不平度及锲子两面的不平行度 均大于0 06毫米 300毫米 燕尾高度必须大于燕尾槽深度 模具装卡完毕后 需进行锻打实验 试打出的锻件必须符合锻件图要求 3 预热锻打前模具必须预热 预热温度通常为150 350 4 终锻温度终锻温度不得低于锻造工艺的要求 终锻温度过低时模具磨损增大 直接影响模具寿命 5 冷却模具工作温度不允许超过400 为此 在锻打过程中必须进行冷却 6 润