第二节 锻造工艺.ppt

第二节锻造 锻造是利用锻压机械 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 一定形状和尺寸的锻件的加工方法 锻造和冲压同属塑性加工性质 统称锻压 锻造是机械制造中常用的成形方法 通过锻造能消除金属的铸态疏松 焊合孔洞 锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件 机械中负载高 工作条件严峻的重要零件 除形状较简单的可用轧制的板材 型材或焊接件外 多采用锻件 锻造按成形方法则可分为自由锻 模锻 冷镦 径向锻造 挤压 成形轧制 辊锻 辗扩等 锻造用料主要是各种成分的碳素钢和合金钢 还有铝 镁 铜 钛等及其合金 材料的原始状态有棒料 铸锭 金属粉末和液态金属 第一节自由锻 自由锻 利用冲击力或压力 使金属在上 下砧铁之间 产生塑性变形而获得所需形状 尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法 自由锻造时 除与上 下砧铁接触的金属部分受到约束外 金属坯料朝其它各个方向均能自由变形流动 不受外部的限制 故无法精确控制变形的发展 采用自由锻方法生产的锻件称为自由锻件 下砥铁 上砥铁 平面上无约束 自由锻原理 坯料 自由锻分类 手工锻造和机器锻造两种 手工锻造只能生产小型锻件 生产率也较低 机器锻造是自由锻的主要方法 空气锤 由电机带动活塞产生压缩空气 驱动锤头 自由锻设备 特点 结构简单 易操作 吨位 锤头重量 65 750kg 适于小型锻件 由蒸汽锅炉或空气压缩机提供动力 蒸汽 空气锤 特点 机构稳定 吨位0 5 5t 适于中 大型锻件 1 静压力作用 变形速度慢 锻造深度大 锻件晶粒细 2 吨位 最大压力 500 15000t 可锻1 300t的锻件 3 设备造价高 水压机 1 自由锻工序 1 自由锻工序 基本工序 辅助工序和修整工序 2 自由锻的基本工序包括 镦粗 拔长 冲孔 切割 弯曲 扭转 错移及锻接等 基本工序 使金属坯料产生一定程度的塑性变形 以得到所需形状 尺寸或改善材质性能的工艺过程 辅助工序 为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序 压钳口 切肩等 修整工序 用以减少锻件表面缺陷 提高尺寸精度 表面质量 而进行的工序 如校正 滚圆 平整等 拔长 也称延伸 它是使坯料横断面积减小 长度增加的锻造工序 拔长常用于锻造杆 轴类零件 拔长的方法主要有两种 1 在平砧上拔长 2 在芯棒上拔长 V形砧铁 上砧铁 下砧铁 拔长 作用力与轴向垂直 横截面积减小 用于轴 杆类零件 镦粗 是使毛坯高度减小 横断面积增大的锻造工序 镦粗工序主要用于锻造齿轮坯 圆饼类锻件 镦粗工序可以有效地改善坯料组织 减小力学性能的异向性 镦粗主要有以下三种形式 完全镦粗 2 端部镦粗 3 中间镦粗 全镦粗 局部镦粗 镦粗 作用力沿轴向 增大横截面积 用于齿轮 圆盘 圆环坯 长径比H D 2 5 冲孔 是在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序 冲孔的方法主要有以下两种 1 双面冲孔法 2 单面冲孔法 双面冲孔示意图 单面冲孔示意图 H 2 3H 冲孔 用于孔径 25的齿轮 套筒 圆环等空心件 冲头 弯曲 采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序 称为弯曲 常用的弯曲方法有以下两种 锻锤压紧弯曲法 2 模弯曲法 锻锤压紧弯曲法 模弯曲法 切割 是指将坯料分成几部分或部分地割开 或从坯料的外部割掉一部分 或从内部割出一部分的锻造工序 如图 错移 是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离 但仍保持轴心平行的的锻造工序 下图 常用于锻造曲轴零件 错移时 先对坯料进局部切割 然后在切口两侧分别施加大小相等 方法相反且垂直于轴线的冲击力或压力 使坯料实现错移 锻接 是将坯料在炉内加热至高温后 用锤快击 使两者在固态结合的锻造工序 锻接的方法有搭接 对接 咬接等 如图所示 锻接后的接缝强度可达被连接材料强度的70 80 扭转 是将毛料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序 该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件 小型坯料扭转角度不大时 可用锤击方法 2 自由锻的生产特点和应用 自由锻所用工具和设备简单 通用性好 成本低 自由锻件的质量范围可由不及一千克到二 三百吨 对于大型锻件 自由锻是唯一的加工方法 同铸造毛坯相比 自由锻消除了缩孔 缩松 气孔等缺陷 使毛坯具有更高的力学性能 自由锻是靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸的 所以锻件精度低 加工余量大 劳动强度大 生产率也不高 因此它主要应用于单件 小批量生产 自由锻在重型机械制造中具有特别重要的作用 例如水轮机主轴 多拐曲轴 大型连杆 重要的齿轮等零件在工作时都承受很大的载荷 要求具有较高的力学性能 常采用自由锻方法生产毛坯 二模锻 模锻 是指利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法 按所用设备不同 模锻可分为锤上模锻 曲柄压力机上模锻 摩擦压力机上模锻等 模锻 特点锻件形状可较复杂 尺寸精度 表面质量高 加工余量少 节省材料 生产率高 模锻件不大于150kg 且设备模具投资大 只适于大批量生产 模锻分锤上模锻 曲柄压力机模锻 摩擦压力机 胎模锻等 使坯料模膛内成形 从而获得与模膛形状相符的锻件 锤上模锻 锻模由上锻模和下锻模两部分组成 分别安装在锤头和模垫上 工作时上锻模随锤头一起上下运动 上模向下扣合时 对模膛中的坯料进行冲击 使之充满整个模膛 从而得到所需锻件 3吨蒸汽锤 单模膛锻模 模膛分类 模锻模膛1 终锻模膛2 预锻模膛制坯模膛1 拔长模膛2 滚压模膛3 弯曲模膛4 切断模膛 l 锻模圆角为便于金属在模膛内流动及增加锻模强度 模膛内所有拐角都必须是圆角 2 锻模斜度为便于锻件从模膛内取出 模膛内在垂直于拔模方向上的壁必须有斜度 其中锻件的内壁斜角要比外壁斜角稍大 3 飞边槽为了获得尺寸完整 轮廓清晰的锻件 必须使用金属充满整个模膛 故坯料体积常常大于模膛空积 为了容纳坯料充满模膛后的多余金属 模膛周围须开设飞边槽 若无飞边槽 锻模易损坏 4 冲孔连皮对于具有通孔的模锻件 由于不可能依靠模膛内的上下冲芯将金属压透 模锻件的孔内总有一层冲孔连皮 因此 在设计上下冲芯的高度中 不能使其在合模时上下接触 模锻后留下的冲孔连皮在其后的冲孔工序中去除 5 收缩量模膛尺寸要比锻件大一个收缩量 多膛锻模的结构 1 拔长模膛用它来减小坯料某部分的横截面积 以增加该部分的长度 2 滚压模膛用它来减小坯料某部分的横截面积 以增大另一部分的横截面积 使其按模锻件的形状来分布 3 弯曲模膛使坯料弯曲 4 预锻模膛使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸 为终锻作准备 5 终锻模膛使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸 它的结构要求与单膛锻模相同 多模膛锻模及锻件成形过程 锻件分类及锻造工序 锤上模锻的特点和应用 锤上模锻与自由锻 胎模锻比较 有如下优点 1 生产率高 2 表面质量高 加工余量小 余块少甚至没有 尺寸准确 锻件公差比自由锻小2 3 3 4 可节省大量金属材料和机械加工工时 3 操作简单 劳动强度比自由锻和胎模锻都低 锤上模锻的主要缺点是 模锻件的重量受到一般模锻设备能力的限制 大多在7OKg以下 锻模的制造周期长 成本高 模锻设备的投资费用比自由锻大 模锻用于生产大批量锻件 二 曲柄压力机上模锻 1 曲柄压力机的工作原理 2 曲柄压力机工艺特点及应用范围 曲柄压力机的冲压行程较大 其行程固定 机架刚度好 锻件的精度高 并能节省材料 滑块的运动速度低 坯料变形速度慢 适合加工低塑性合金 可采用组合锻模 模具制造简单 互换性好 滑块的每次行程可完成一道工序 生产效率高 由于采用静压力 震动小 噪声低 工人劳动条件好 易于实现自动化 曲柄压力机滑块行程固定不变 且坯料在静压力下一次成形 金属不易充填较深的模膛 不宜用于拔长 滚挤等变形工序 需先进行制坯或采用多模膛锻造 此外 坯料的氧化皮也不易去除 必须严格控制加热质量 曲柄压力机与同样锻造能力的模锻锤相比 结构复杂 造价高 因此适合在大批 大量生产中制造优质锻件 三 摩擦压力机 1 摩擦压力机的工作原理 摩擦压力机工艺特点有 摩擦压力机带有顶料装置 可以用来锻造带长杆类锻件 并可锻造小斜度或无斜度的锻件以及小余量 无余量的锻件 节省材料 摩擦压力机具有模锻锤和曲柄压力机双重工作特性 摩擦压力机螺杆和滑块间为非刚性连接 承受偏心载荷的能力较差 摩擦压力机依靠摩擦带动滑块进行往复运动实现锻压操作 传动效率及生产率较低 能耗较大 摩擦压力机主要适用于中 小批量生产中 小模锻件 特别适合模锻塑性较差的金属及合金如高温合金和有色金属合金等 四 胎模锻 胎模锻 是在自由锻设备上使用可移动模具 胎模 生产模锻件的一种锻造方法 在生产中 小型锻件时 广泛采用自由锻制坯 胎模锻成形的工艺方法 胎模的种类 根据胎模的结构特点 胎模可分为 扣模 筒模 合模三种 扣模 是相当于锤锻模成形模膛作用的胎模 多用于简单非回转体轴类锻件局部或整体的成形 扣模一般由上下扣组成 或者只有下扣而上扣由上砧代替 如上图b 在扣模中锻造时 坯料不翻转 扣形后将坯料翻转90o 再用上下砧平整锻件的侧面 套模 一般由套筒及上下模垫组成 它有开式套模和闭式套模两种 最简单的开式套模只有下模 套模 上模由上砧代替 上图c是有模垫的开式套模 其模垫的作用是使坯料的下端面成形 闭式套模是由模套和上下模垫组成的 也可只有上模垫 如上图d 合模 由上模 下模和导向装置组成 如上图e 在上 下模的分模面上 环绕模膛开有飞边槽 锻造时多余的金属被挤入飞边槽中 锻件成形后须将飞边切除 合模锻多用于非回转体类且形状比较复杂的锻件 如连杆 叉形锻件 与前述几种胎模锻相比 合模锻生产的锻件的精度和生产率都比较高 但是模具制造也比较复杂 所需锻锤的吨位也比较大 胎模锻与自由锻相比有如下优点 1 由于坯料在模膛内成形 所以锻件尺寸比较精确 表面比较光洁 流线组织的分布比较合理 所以质量较高 2 由于锻件形状由模膛控制 所以坯料成形较快 生产率比自由锻高1 5倍 3 胎模锻能锻出形状比较复杂的锻件 4 余块少 因而加工余量较小 既可节省金属材料 又能减少机加工工时 胎模锻的缺点 需要吨位较大的锻锤 只能生产小型锻件 胎模的使用寿命较低 工作时一般要靠人力搬动胎模 因而劳动强度较大 胎模锻用于生产中 小批量的锻件 常用锻造方法的比较 二锻造工艺规程的制订 主要内容1 绘制锻件图2 坯料质量及尺寸计算3 选择锻造工序和设备4 确定坯料加热规范5 编制工艺卡 一 绘制锻件图 敷料 余量及公差 敷料 为简化零件的形状和结构 便于锻造而增加的一部分金属为敷料 机械加工余量 零件表面为切削加工而增加的尺寸称余量 锻件公差 锻件实际尺寸与基本尺寸之间所允许的误差 公差值的大小是根据锻件形状 尺寸并考虑生产的具体情况查表而定而定的 自由锻锻件图 锻件公差 锻件名义尺寸允许变动量 锻件余量和公差与零件形状 尺寸等有关 敷料 简化形状 便于锻造 余量 供切削加工用 敷料 锻件余量 敷料 余量 1 敷料2 锻件余量 锻件图的绘制方法 锻件轮廓线 粗实线 零件轮廓线 双点划线 锻件尺寸公差 零件尺寸 分模面 分模面 上下模锻在模锻件上的分界面 选分模面原则 1 应保证模锻件能从模腔中取出来 2 应使上 下两模沿分模面的模腔轮廓一致 3 分模面应选在能使模腔深度最浅的位置上 4 使敷料最少 5 分模面最好是一个平面 3 模锻斜度 锻件侧面 垂直于分模面 设有便于模锻后脱模的斜度 模锻斜度分外斜度和内斜度 锻件冷却时趋向离开模壁的部分称为外斜度 用 表示 反之称为内斜度 用 表示 见图14 锻件模锻斜度由查得 4 模锻圆角半径 在模锻件上所有两平面的交角均需做成圆角 5 冲孔连皮 当孔径d 25mm 冲孔深度h不大于冲头直径d时 此类锻件可在模锻过程中进行冲孔 然后在切边压力机上冲去连皮 获得带透孔的锻件 坯料重量与尺寸的确定 坯料质量可按下式计算G坯料 G锻件 G烧损 G料头式中G坯料 坯料质量G锻件 锻件质量G烧损 加热时由于坯料表面氧化而烧损的质量 第一次加热取被加热金属的2 3 以后每次加热取1 5 2 0 G料头 在锻造过程中冲掉或切掉的那部分金属的质量 如冲孔时坯料中部的料芯 修切端部的料头等 2 坯料质量及尺寸计算 G烧损取决于加热次数 火次 首次加热取被加热金属质量的2 3 以后每次取1 5 2 坯料质量G坯料 G锻件 G烧损 G料头 G料头冲孔 修切端部等去除的那部分金属的质量 坯料尺寸 根据坯料质量即可确定坯料尺寸 锻造比 是指坯料在锻造前后的断面积的比值 在计算坯料尺寸前 先要考虑锻造比 锻造工序 工部 的确定 根据不同类型的锻件选用不同的锻造工序 工序确定后 尚须确定所用的工夹具 加热设备 加热和冷却规范及根据锻件质量确定锻造设备 长轴类 拔长 镦粗及拔长 切肩 锻台阶 阶梯形 冲孔 四 自由锻件结构工艺性 设计原则 在满足使用性能的前