锻造工艺设备.ppt

1 模型锻造工艺设备及产品介绍 常州精棱铸锻有限公司 2 锻造厂设备配置简介 公司锻造厂拥有各种设备300余台 其中锻压设备80余台 主要锻压设备为 2500吨热模锻压力机2500吨高能螺旋压力机 1000吨摩擦压力机1吨 5吨电液锤 辗环机 这些设备构建了10条模锻生产线加热设备均为中频感应电炉 主要热处理设备为 500Kg h与1200Kg h全自动等温正火线二条 1000Kg h全自动淬火回火线三条年产锻件能力18000余吨 主要配套领域为重型汽车 工程机械 农业机械 石油机械 轴承机械 冶金矿山机械 船舶起重机械等 3 公司锻造产品样本 常州精棱铸锻有限公司 4 精棱锻件 5 精棱锻件 6 7 模型锻造工艺设备 常州精棱铸锻有限公司 8 Contents 9 锻造概述 锻造定义利用锻压机械对金属坯料施加压力 使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能 一定形状和尺寸锻件的加工方法 10 锻造概述 11 锻造概述 模锻 模锻 在模锻设备上 利用高强度锻模 使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形 而获得所需形状 尺寸以及内部质量锻件的加工方法称为模锻 在变形过程中由于模膛对金属坯料流动的限制 因而锻造终了时可获得与模膛形状相符的模锻件 12 锻造概述 模锻 与自由锻相比 模锻具有如下优点 1 生产效率较高 模锻时 金属的变形在模膛内进行 故能较快获得所需形状 2 能锻造形状复杂的锻件 并可使金属流线分布更为合理 提高零件的使用寿命 3 模锻件的尺寸较精确 表面质量较好 加工余量较小 4 节省金属材料 减少切削加工工作量 在批量足够的条件下 能降低零件成本 5 模锻操作简单 劳动强度低 13 但模锻生产受模锻设备吨位限制 模锻件的质量一般在150kg以下 模锻设备投资较大 模具费用较昂贵 工艺灵活性较差 生产准备周期较长 因此 模锻适合于小型锻件的大批大量生产 不适合单件小批量生产以及中 大型锻件的生产 模锻按使用的设备不同 可分为 锤上模锻 压力机上模锻 胎模锻 锻造概述 14 模锻生产的工艺流程 抛丸 15 模锻生产的工艺流程 切断钢材 至一定尺寸 加热坯料 模锻 切边 热校正 锻件冷却 打磨毛刺 锻件热处理 清理锻件的氧化皮 检验 16 第二章锻造原材料及备料 目录 常用的金属材料介绍 模锻下料方法 17 锻造原材料及备料常用的金属材料介绍 只有了解常用金属材料的牌号 性能及用途 才能合理的使用材料 并掌握正确的加工方法 1 按冶炼方法分类 或 沸腾钢 镇静钢 半镇静钢 一 钢的分类 18 锻造原材料及备料常用的金属材料介绍 2 按化学成分分类 低碳钢0 25 工业纯铁0 04 中碳钢0 25 0 6 高碳钢0 6 高合金钢 中合金钢 低合金钢 19 锻造原材料及备料常用的金属材料介绍 3 按用途分类 Q215 Q235 16Mn等 T8 T10 CrWMn W18Cr4V 轴承钢 弹簧钢等 不锈耐酸钢 1Cr13 1Cr18Ni9Ti 20 锻造原材料及备料常用的金属材料介绍 锻造用的金属材料包括碳素钢 合金钢 有色金属及其合金等 钢料是锻造的主要原材料 锻造用原材料按加工状态可分为钢厂浇铸的钢锭 轧制的型材 挤压的棒材和改锻的钢坯等 大型锻件和某些合金钢的锻造一般直接用锭料锻制 中小型锻件一般用轧材圆钢和方钢 挤压棒材和锻坯生产 21 锻造原材料及备料常用的金属材料介绍 钢的牌号一般钢材里通常含有Fe C Mn Si S P 而S P通常被认为是有害物质Q235 A Q表示屈服强度 235表示屈服强度为235Mpa A表示质量等级为A级45 表示平均含碳量为百分之零点四五的优质碳素结构钢40Cr 表示平均含碳量为百分之零点四 平均含铬量1 5 以下 22 锻造原材料及备料常用的金属材料介绍 美国牌号8620H后两位数表示含碳量 前两位数字表示某系列钢86 表示含Cr 0 4 0 6 Ni 0 4 0 7 Mo 0 15 0 25 的铬镍钼系列钢 23 锻造原材料及备料常用的金属材料介绍 合金元素的表示方法当合金元素的含量在1 5 以下 就用合金元素的英文字母表示 当合金元素的含量在1 5 2 5 之间 则在合金元素英文字母后面添加2 依次类推1Cr18Ni9Ti 表示含碳量小于等于0 12 平均铬 Cr 含量为17 5 18 5 平均镍 Ni 含量为8 5 9 5 钛 Ti 含量小于1 5 的合金结构钢 24 锻造原材料及备料钢种区分色标的规定 为了区分材料的牌号 防止材料在堆放 运输 生产过程中发生混淆 要求对棒材 坯料 料头涂刷不同颜色的漆以示区别 公司钢号颜色标准举例如下 45白40Cr绿20CrMnTi黄35CrMo黑 25 锻造原材料及备料下料方法 下料是锻造的第一道工序 不同的下料方式 直接影响着锻件的精度 材料的消耗 模具与设备的安全以及后续工序过程的稳定 锻造生产用的原材料 种类繁多 有各种钢号和有色合金 有各种截面形状和尺寸规格 有不同的化学成分和物理化学性能等 所以下料方法也是多种多样的 生产中常用的下料方法有锯割 剪切 冷折 砂轮切割 火焰切割 及阳极切割特殊精密下料方法等 公司采用锯割和剪切方式下料 26 锻造原材料及备料下料方法 1 锯割锯割是应用最普遍的下料方法 它下料精确 端面平整 在精锻中是下料的主要手段 其缺点是效率低 锯口损耗大 锯条或锯片磨损严重 卧式带锯床 27 锯割下料用的设备有 圆盘锯 带锯和条锯等 目前 圆盘锯锯片直径为 1000 2000mm 可锯割 750mm的棒料 带锯和条锯可锯割 100mm以下棒料 直径较小的棒料可以捆成捆锯切 我公司采用带锯机锯切坯料 锻造原材料及备料下料方法 28 锻造原材料及备料下料方法 2 剪切剪切下料是剪床上下料的方法 这种方法效率高 操作简单 端口无金属损耗 模具费用低 29 Q42系列棒料剪切机 30 锻造原材料及备料下料方法 剪切过程如图所示 在刀片作用力影响下 坯料产生弯曲和拉伸变形 当应力超过剪切强度时发生断裂 这种下料方法的缺点是 1 坯料局部被压扁 2 断面不平整 3 剪断面常有毛刺和裂纹 31 剪切端面质量与剪刀刃锐利程度 刃口间隙 大小 支承情况及剪切速度等因素有关 剪床可剪断棒料直径为200mm以下的钢材 低碳钢和中碳钢则可在冷状态下剪切 剪切下料对操作要求很严格 以减少缺陷的产生 32 锻造加热 加热缺陷 模锻设备 锤上模锻 压力机上模锻 锻件的精整 模具制造概述 第三章模锻工艺与模具 2013 03 33 模锻工艺与模具锻造加热 金属加热时 允许加热的最高温度称为始锻温度 金属在锻造过程中 热量逐渐散失 温度下降 在锻打过程中随着坯料温度的降低 塑性下降 其变形抗力亦增高 当温度低到一定程度 不仅锻打费力 而且容易打裂 必须停止锻打 我们把金属材料允许变形的最低温度称为终锻温度 从始锻温度到终锻温度这一温度区间称为锻造温度范围 34 模锻工艺与模具锻造加热 锻造用加热设备按所用能源和形式不同 一般分为火焰加热炉和电加热炉 1 火焰加热 火焰加热是利用燃料 煤 焦炭 煤气或重油等 在加热炉内燃烧产生含有大量热能的高温气体 通过对流 辐射把热能传给坯料表面 重油炉和煤气炉结构相同 设有专门的燃烧室 35 电阻炉原理图 2 电阻炉加热 电阻炉是利用电流通过电阻元件产生的热量加热坯料 其结构如图所示 1 踏杆 2 炉门 3 电阻丝 4 炉膛 5 坯料 模锻工艺与模具 锻造加热 36 感应电加热原理图 3 感应电加热 感应加热是利用电磁感应原理 把坯料放在交变磁场中 使其内部产生感应电流 从而产生焦耳热来加热坯料 1 感应器 2 坯料 3 电源 模锻工艺与模具 锻造加热 37 模锻工艺与模具 加热缺陷 金属坯料在加热过程中 随着温度升高和时间延长会发生一系列物理化学变化 直接影响到金属的锻造性能和锻件质量 了解这些缺陷产生的原因和危害 才能制定合理的加热规范 正确控制加热过程 1 氧化 加热到高温时 坯料表层中的铁与炉中氧化性气体 氧气 二氧化碳等 发生反应生成氧化物 38 模锻工艺与模具 加热缺陷 2 脱碳 加热时 坯料表层的碳与氧等介质发生化学反应造成碳元素降低叫脱碳 3 过热 坯料加热温度超过始锻温度且保温时间过长 而引起晶粒迅速长大的现象叫过热 39 模锻工艺与模具 加热缺陷 4 过烧 坯料加热温度接近金属熔点时 其内部晶粒间低熔点物质开始熔化 破坏了内部晶粒间的结合力 锻打时发生碎裂 这种现象称为过烧 5 裂纹 加热大型锻件时 如果装炉温度过高或加热速度过快 锻件心部与表层温度差过大 产生的热应力超过材料的强度极限 从而使坯料产生裂纹 故加热应分阶段进行 40 模锻设备 模锻锤 模锻压力机 模锻分类 1 锤上模锻2 压力机上模锻 用于模锻生产的压力机有摩擦压力机 曲柄压力机 离合器式螺旋压力机 模锻锤 模锻工艺与模具 41 模锻工艺与模具 模锻设备 模锻锤 42 模锻工艺与模具 热模锻曲柄压力机 1 电动机 2 小带轮 3 大带轮 飞轮 4 传动轴 5 小齿轮 6 大齿轮 7 离合器 8 偏心轴 曲轴 9 连杆 10 滑块 11 楔形工作台 12 下顶杆 13 楔铁 14 顶出机构 15 制动器 16 凸轮 返回 43 模锻工艺与模具 摩擦压力机 a 外形图 b 传动示意图 1 电动机 2 三角带 3 摩擦盘 4 飞轮 5 螺杆 6 螺母 7 滑块 8 导轨 9 机架 10 工作台 11 操纵机构 返回 44 44 2020 1 16 高能螺旋压力机 模锻工艺与模具 离合器式螺旋压力机 模锻工艺与模具 离合器式螺旋压力机俗称高能压力机 它是吸收现有热模锻压力机 摩擦压力机 液压 锻造 机和模锻锤等各种模锻设备的特点而制成的一种新型模锻压力机 是上世纪80年代初引进的国际上新发明的一种结构比较简单 生产效率比较高 节能节材的环保型设备 是今后大型模锻和精密模锻设备的主要发展方向 45 45 锤锻模的结构 锤锻模由上下两个模块组成 两模块借助燕尾 楔铁和键块分别紧固在锤头和下模座的燕尾槽中 燕尾使模块固定在锤头 或砧座 上 使燕尾底面与锤头 或砧座 底面紧密贴合 楔铁使模块在左右方向定位 键块使模块在前后方向定位 锤锻模结构1 锤头2 上模3 下模4 模座5 分模面 锤上模锻 模锻工艺与模具 46 46 返回 锤上模锻 模锻工艺与模具 47 47 锤上模锻的特点 1 结构简单 工艺过程性能好 生产效率高 设备造价低 适合于多模膛锻造 2 模锻锤的打击能量可人为操作调整 能实现轻重缓急打击 用于进行拔长 滚压等制坯操作较方便 3 模锻锤是定能量设备 其能量来自运动的落下部分 由于能量可以积累 因此可以通过多次锤击完成变形 模锻时 每个工步都需要进行一次或多次锤击 尤其是终锻工步 锤击最为猛烈 所以要求模块尺寸足够大 有足够大的承击面 锤上模锻 模锻工艺与模具 48 5吨锤锤打冲击力约5000吨2吨锤锤打冲击力约2000吨 锤上模锻 49 模锻工艺与模具 4 锤上模锻是金属在垂头多次打击下逐步成形 锤头打击速度大而金属变形量小 这种方式有利于毛坯上 下端部金属变形 金属较易充满模膛 5 毛坯表面的氧化皮在锤锻过程中容易被打落吹走 有利于锻件质量的提高 50 锤上模锻 锻模结构 模锻工艺与模具 51 锤上模锻 锻模结构 模膛 模锻模膛 制坯模膛 拔长模膛 终锻模膛 预锻模膛 滚压模膛 弯曲模膛 切断模膛 模锻工艺与模具 52 锤上模锻 锻模结构 拔长模膛 开式闭式 模锻工艺与模具 53 锤上模锻 锻模结构 滚压模膛 开式闭式 模锻工艺与模具 54 锻模结构 弯曲模膛 锤上模锻 模锻工艺与模具 55 锤上模锻 锻模结构 预锻模膛 预锻模膛与终锻模膛的区别是前者的圆角和斜度较大 没有飞边槽 模锻工艺与模具 56 可得锻件最终形状和尺寸 其结构特点是 沿模膛四周有飞边槽 对通孔锻件锻后留有冲孔连皮 模锻斜度和圆角半径较小 锤上模锻 锻模结构 终锻模膛 模锻工艺与模具 57 锤上模锻 模锻工艺规程 制定模锻件图 1 分模面 要保证模锻件能从模膛中取出 上下两模沿分模面的模膛轮廓一致 分模面能使模膛深度最浅 分模面应使零件上所加的敷料最少 x x x 分模面为平面 使上下锻模的模膛深度一致 模锻工艺与模具 58 2 余量 公差 敷料 冲孔连皮余量 1 4mm公差 冲孔连皮 d 25mm 锤上模锻 模锻工艺规程 制定模锻件图 带有冲孔连皮及飞边的模锻件 模锻工艺与模具 59 3 模锻斜度 锤上模锻 模锻工艺规程 制定模锻件图 模锻工艺与模具 60 4 模锻圆角半径 锤上模锻 模锻工艺规程 制定模锻件图 模锻工艺与模具 61 例 锤上模锻 模锻工艺规程 制定模锻件图 模锻工艺与模具 62 例 锤上模锻 模锻工艺规程 制定模锻件图 分模面 模锻工艺与模具 63 例 锤上模锻 模锻工艺规程 制定模锻件图 余量 模锻工艺与模具 64 例 锤上模锻 模锻工艺规程 制定模锻件图 圆角 模锻工艺与模具 65 例 锤上模锻 模锻工艺规程 制定模锻件图 模锻斜度 模锻工艺与模具 66 模锻工艺规程 确定模锻工步 长轴类模锻件 拔长 滚压 弯曲 预锻 终锻等 锤上模锻 模锻工艺与模具 67 确定模锻工步 长轴类锻件的基本工步 拔长 滚挤 弯曲 预锻 终锻等 模锻工艺与模具 68 操作 将坯料放入拔长模膛内 在对坯料连续锤击的同时 要将坯料不停地翻转 并沿轴向移动 直到达到要求的形状和尺寸 要掌握好锤击力量 不能将坯料锤击得太扁 否则翻转再锤击时易产生折叠 68 模锻工艺与模具 69 盘类锻件 镦粗 预锻 终锻 模锻工艺规程 确定模锻工步 锤上模锻 模锻工艺与模具 70 确定模锻工步 饼块类锻件的基本工步 镦粗制坯 拔长 滚挤 打扁 终锻等 模锻工艺与模具 71 四工步锻压成型工艺 齿轮毛坯锻造模式为 多工位级进 模锻 模锻工艺与模具 72 模锻工艺与模具 锤上模锻 模锻工艺规程 修整工序 切边和冲孔 热处理 校正 清理 精压 73 模锻工艺与模具 压力机上模锻 一 摩擦压力机上模锻 74 压力机上模锻 摩擦压力机上模锻 特点 行程不固定滑块速度较慢 适用于塑性稍差的合金材料设备有顶料装置 可采用组合模具偏心承载能力差 适用于单膛模锻 模锻工艺与模具 公司摩擦压力机上模锻静压力约1000吨 75 压力机上模锻 二 热模锻压力机上模锻 模锻工艺与模具 76 3 热模锻压力机上模锻3 1工艺特点 1 刚性好 锻件精度高 可调节的封闭高度 能较好控制锻件高度公差 质量公差和使偏差分布稳定 顶料机构可以减少模锻斜度和余块 能进行开式模锻 也能进行闭式模锻如挤压 立式撤锻 多向模锻等 76 模锻工艺与模具 77 模锻工艺与模具 2 可以安排一模多件和多模膛模锻 大平面尺寸工作台可安排2至5个工步如制坯 预锻 终锻 切边和冲孔等 由于有顶料机构 一般不设夹钳料头 对小锻件可安排一模2至6件 生产率可大大提高 3 滑块行程一定 速度低 操作简单 锻件成形受操作者人为因素影响小 对操作者的操作技术要求不高 78 78 模锻工艺与模具 4 热模锻压力机上模锻每个工步在滑块一次行程中完成 变形量大 锤上模锻在一个模膛内可以打击几次逐步变形和成形 需要有良好的模具设计来保证成形和锻件质量 例如解决变形量大而造成折纹等 因此 对设计工程技术人员的要求较高 正确分配变形量是工艺设计的重点 79 模锻工艺与模具 5 热模锻压力机上模锻的锻模结构分为两部分 一是通用部分称为模架 一是根据不同锻件而设计的带有模膛的部分称为模块 模块按工步单独设计 制造后安装在模架上 调整 更换和维修都比模锻方便 80 模锻工艺与模具 对于浅模膛模块 可以分为模座和镶块 镶块带有模膛 锻打一定件数后即更换 模座可重复使用 这样可节省模具钢消耗 而且镶块尺寸更小 重量轻 制造 调整 更换均方便 81 压力机上模锻 二 热模锻压力机上模锻 特点 滑块行程固定采用组合模有导向 顶杆装置可以一次成形适用于大批量生产 模锻工艺与模具 公司热模锻压力机上模锻静压力约2500吨 82 热模锻齿轮毛坯生产工艺流程 钢棒剪切下料 端面角度 毛刺 中频感应棒料加热 温度 四工步锻压成型 尺寸 表面质量 正火热处理 温度曲线 金相组织 抛丸处理 表面氧化皮残留物 质量检验 尺寸 表面质量 模锻工艺与模具 83 热模锻压力机上模锻 模锻工艺与模具 84 辊轧 使坯料通过装有圆弧形模块的一对相对旋转的轧辊 受压产生塑性变形 从而获得所需形状的锻件或锻坯的锻造工艺方法 如图所示 它既可以作为模锻前的制坯工序也可以直接辊锻锻件 公司辊轧工序是为热模锻压力机制坯 模锻工艺与模具 85 模锻工艺与模具 86 模锻工艺与模具 压力机上模锻 电动机通过三角皮带驱动飞轮朝一个方向连续旋转 离合器上面通过花键装在飞轮上与飞轮同步旋转 离合器下面摩擦盘通过花键与螺杆固定连接 飞轮通过轴承支撑在机身上 四 离合器式螺旋压力机上模锻 87 87 2020 1 16 当离合器结合时 飞轮带动螺杆一起旋转 螺杆由止推轴承支撑在机身中只旋转不做轴向移动 螺母固定在滑块中 当螺杆旋转时 固定在滑块内的螺母带动滑块作直线运动 完成锻打 当变形完成后 离合器及时脱开 滑块立即在回程缸的作用下回程 完成一个工作循环 离合器式螺旋压力机上的模锻 模锻工艺与模具 88 锻件的精整 模锻工艺与模具 89 模锻工艺与模具 锻件在模锻之后 还需经过一系列后续工序 才能得到合格的锻件 后续工序中的切边 冲孔 校正 精压和清理 主要是改变锻件的外形或外观 提高锻件精度 因此又称锻件的精整 切边压力机 90 模具制造概述模具是用来成型物品的工具 模具制造过程 模具方案的确定 模具的设计 工艺规程的制定 零部件生产 模具的装配 模具试模与修整 模具检测与验收 模锻工艺与模具 91 模具加工制造 三维造型与数控加工技术的运用Tech ProcessofToolingMachining3DPattern CNCMachiningCenterforToolingMaking 92 模具制造现场 模锻工艺与模具 93 小结模锻工艺与模具 1 模锻分锤上模锻和压力机模锻 锤上模锻适用于锻制长轴 弯轴 叉形 圆形 长方形或带枝芽的锻件 摩擦压力机上模锻适用于伞齿轮 铆钉等带头部的杆类小型锻件 2 热模锻压力机上模锻比锤上模锻有许多优点 如 劳动条件好 震动和噪音小 操作安全 对操作工人的技术要求低 锻件的余块 余量 公差 锻模斜度等都比较小 但设备的结构复杂 制造要求高 价格贵 3 热模锻压力机上进行长轴类锻件锻造时 由于热模锻压力机上进行抜长和滚压比较困难 因此 对于断面相差很大的长轴毛坯 就需要在辊锻机上协助制坯 94 小结模锻工艺与模具 4 热模锻压力机的导向精度高 采用带有导柱的组合模 能锻出精度高的锻件 5 辊锻是使热态的坯料在装有扇形模块的一对旋转的轧辊中通过 借助模槽对金属的压力使坯料产生塑性变形 获得所需锻件或锻坯的制造工艺 辊锻按型槽作用分制坯辊锻和成形辊锻两类 辊锻制坯已用在连杆等锻件的生产中 95 小结模锻工艺与模具 6 锤上模锻是目前生产采用的一种模锻方法 它所用设备主要是液压模锻锤或电液头模锻锤 吨位为1 5t 16t 能锻造的锻件重量为0 5 150kg 7 锻模分上模和下模 上 下模通过燕尾和斜楔固定在模座式锤头上 模膛根据其作用分为制坯模膛 模锻模膛和切割模膛三大类 96 小结模锻工艺与模具 8 模锻件图绘制要注意分模面位置 确定机加工余量和公差 模锻斜度 圆角半径和冲孔连皮 9 锻件上直径 25mm的孔 模锻时不能冲透 在孔内留有一定厚度的冲孔连皮 待切边时冲透或机加工时切除 10 切边压力机的能力是以在公称压力点所能产生的最大压力来表示的 其压力大小的选择要与锻模设备的大小配套 97 小结模锻工艺与模具 11 正确地使用与维护锻模是提高锻模寿命的有效办法 其内容主要有 1 锻模必