模锻方法与工艺.ppt

1锻造概念和特点2锻造种类3模锻4模锻的工艺流程5模锻件类型6模锻模具类型7模锻国内外差距8模锻发展趋势 一 模型锻造 1锻造概念和特点 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 特点 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 2锻造种类 一 按坯料在加工时的温度锻造可分为冷锻和热锻 冷锻一般是在室温下加工 热锻是在高于坯料金属的再结晶温度上加工 有时还将处于加热状态 但温度不超过再结晶温度时进行的锻造称为温锻 钢的再结晶温度约为460 但普遍采用800 作为划分线 高于800 的是热锻 在300 800 之间称为温锻或半热锻 2锻造种类 二 按成形方法 锻造则可分为自由锻 模锻 冷镦 径向锻造 挤压 成形轧制 辊锻 辗扩等 坯料在压力下产生的变形基本不受外部限制的称自由锻 也称开式锻造 其他锻造方法的坯料变形都受到模具的限制 称为闭模式锻造 成形轧制 辊锻 辗扩等的成形工具与坯料之间有相对的旋转运动 对坯料进行逐点 渐近的加压和成形 故又称为旋转锻造 2锻造种类 三 按行业应用 飞机锻件按重量计算 飞机上有85 左右的的构件是锻件 飞机发动机的涡轮盘 后轴颈 空心轴 叶片 机翼的翼梁 机身的肋筋板 轮支架 起落架的内外筒体等都是涉及飞机安全的重要锻件 飞机锻件多用高强度耐磨 耐蚀的铝合金 钛合金 镍基合金等贵重材料制造 为了节约材料和节约能源 飞机用锻件大都采用模锻或多向模锻压力机来生产 汽车锻件按重量计算 汽车上约有58 的锻件 一般的汽车由车身 车箱 发动机 前桥 后桥 车架 变速箱 传动轴 转向系统等15个部件构成汽车锻件的特点是外形复杂 重量轻 工况条件差 安全度要求高 如汽车发动机所使用的曲轴 连杆 凸轮轴 前桥所需的前梁 转向节 后桥使用的半轴 半轴套管 桥箱内的传动齿轮等等 无一不是有关汽车安全运行的保安关键锻件 2锻造种类 三 按行业应用 柴油机锻件柴油机是动力机械的一种 它常用来作发动机 以大型柴油机为例 所用的锻件有汽缸盖 主轴颈 曲轴端法兰输出端轴 连杆 活塞杆 活塞头 十字头销轴 曲轴传动齿轮 齿圈 中间齿轮和染油泵体等十余种 船用锻件船用锻件分为三大类 主机锻件 轴系锻件和舵系锻件 主机锻件与柴油机锻件一样 轴系锻件有推力轴 中间轴艉轴等 舵系锻件有舵杆 舵柱 舵销等 2锻造种类 三 按行业应用 兵器锻件锻件在兵器工业中占有极其重要的地位 按重量计算 在坦克中有60 是锻件 火炮中的炮管 炮口制退器和炮尾 步兵武器中的具有膛线的枪管及三棱刺刀 火箭和潜艇深水炸弹发射装置和固定座 核潜艇高压冷却器用不锈钢阀体 炮弹 枪弹等 都是锻压产品 除钢锻件以外 还用其它材料制造武器 石油化工锻件锻件在石油化工设备中有着广泛的应用 如球形储罐的人孔 法兰 换热器所需的各种管板 对焊法兰催化裂化反应器的整锻筒体 压力容器 加氢反应器所用的筒节 化肥设备所需的顶盖 底盖 封头等均是锻件 2锻造种类 三 按行业应用 矿山锻件按设备重量计算 矿山设备中锻件的比重为12 24 矿山设备有 采掘设备卷扬设备破碎设备研磨设备洗选设备烧结设备 核电锻件核电分为压水堆和沸水堆两类 核电站主要的大锻件可分为压力壳和堆内构件两大类 压力壳含 筒体法兰 管嘴段 管嘴 上部筒体 下部筒体 筒体过渡段 螺栓等 堆内构件是在高温 高压 强中子幅照 硼酸水腐蚀 冲刷和水力振动等严峻条件下工作的 所以要选用18 8奥氏不锈钢来制作 2锻造种类 三 按行业应用 火电锻件火力发电设备中有四大关键锻件 即汽轮发电机的转子和护环 以及汽轮机中的叶轮与汽轮机转子 水电锻件水力发电站设备中的重要锻件有水轮机大轴 水轮发电机大轴 镜板 推力头等 模锻利用模具使毛坯变形而获锻件的锻造方法 模锻按使用的设备不同分为锤上模锻 曲柄压力机上模锻 平锻机上模锻及摩擦压力机上模锻等 其中锤上模锻是常用的模锻方法 一 按模锻设备划分1 锤上模锻模锻特点 1 与自由锻相比 生产率高 3模锻 2 锻件形状较复杂 尺寸精度高 3 切削余量小 材料利用率高 4 操作简单及模具费用高等特点 锤上模锻适用于中小型锻件的大批量生产 常用设备为蒸汽 空气模锻锤 如图所示 其工作原理和自由锻锤相同 仅是模锻的机架直接安装在砧座上形成封闭结构 导轨长且和锤头之间的间隙较小 所以锤头上下运动精确 上下模能对准 可以保证锻件的精度 同时机架与砧座相连 以提高打击效率 模锻锤的吨位也是以落下部分质量表示的 一般为0 5t 30t 常用的是1t 10t 锤上模锻的锻模如图2 按模膛功用不同 锻模分为 1 模锻模膛金属在模膛中发生整体变形 由此分 1 终锻模膛由它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 2 预锻模膛使坯料变形到接近锻件的形状和尺寸 特点 无飞边槽 2 制坯模膛此外还有 成形模膛 镦粗台及击扁面等 对复杂件预先的部分变形加工 有 1 拔长模膛 2 滚压模膛 3 弯曲模膛 4 切断模膛 2 曲柄压力机上模锻曲柄压力机传动示意曲柄压力机上模锻特点 1 产生静压力 2 压力机行程固定 3 导向严细 自动顶件 4 锻模镶块组合简又省 5 清除氧化皮困难 6 效率高 锻件精 设备贵 宜大量生产 3 螺旋压力机上模锻按驱动方式可分为摩擦压力机 液压螺旋压力机和电动螺旋压力机 摩擦压力机上模锻看传动图 螺旋压力机工作特点具有锻锤和曲柄压力机的双重工作特性 每分钟行程次数少 打击速度低 4 液压机模锻 液压机是一种利用液体压力来传递能量的锻压设备 它包含以油做工作介质的油压机和以水做工作介质的水压机 锻造液压机有自由锻液压机 模锻液压机和切边液压机之分 锻造生产常用的模锻液压机 又有通用模锻液压机和专用模锻液压机两大类 一重自行研发制造的1 5万吨全数字操控水压机 可锻件质量达600吨 液压机与其它设备相比 具备以下特点 在直接传动的液压机上 活动横梁在整个行程的任一位置都可获得最大载荷 无论是直接传动的液压机还是蓄势器传动的水压机在结构上易于得到较大的总压 较大的工作空间及较长的行程 因此便于锻造较长 较高的大型工件 这往往是锻锤和其它锻压设备难以做到的 液压机上除设有大型模具垫板和定位器外 还有活动横梁同步平衡系统 以保证偏心锻造时 避免模具偏斜 与锻锤相比 液压机工作平稳 撞击和震动很小 噪音小 对厂房 地基要求不高 对工人健康 周围环境无损害 与机械压力机相比 液压机本体结构较简单 溢流阀可限制作用在柱塞上的液体压力 最大载荷可受到限制 保护模具 也不会造成闷车 液压机活动横梁速度可以控制 工作行程时活动横梁最大速度为50mm s 载荷中视为静载荷 适合用于等温模锻 超塑性模锻 有些液压机装有侧缸 从而能完成多向模锻工序 液压机一般都设有顶出器和装出料机械化装置 液压机的最大缺点是生产效率低 占地面积较大 5 胎模锻 胎模锻是自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法 介于自由锻和模锻之间的锻造方法 胎膜锻特点 胎模图示 1 胎模不固定 2 不需要模锻设备 锻模简单 加工成本低 3 工艺灵活 适应性强等优点 4 劳动强度大 效率低 适用于小型锻件中小批量的生产 二 按锻件在模具中变形分类 模锻分类 开式模锻 闭式模锻 4模锻的工艺流程 其中以热模锻的工艺流程最长 一般顺序为 锻坯下料 锻坯加热 辊锻备坯 模锻成形 切边 中间检验 检验锻件的尺寸和表面缺陷 锻件热处理 用以消除锻造应力 改善金属切削性能 清理 主要是去除表面氧化皮 矫正 检查 一般锻件要经过外观和硬度检查 重要锻件还要经过化学成分分析 机械性能 残余应力等检验和无损探伤 模锻件工艺规程拟订 1 分模面分模面选择原则1 定在最大截面处 如图a a则无法出模 2 错模现象易检查 图中c c不易查错模 3 利于充型好出模 图中b b充型难 4 减少余块省工料 5 平面分型易制造 图中的d d面较合理 2 余块余量及公差 同自由锻件 3 冲孔连皮 模锻斜度及锻模圆角半径 详见专业手册 5模锻件类型 1 饼盘类外形为圆形面 高度较小 5模锻件类型 2 法兰凸缘类其外形为回转体 带有圆形或长宽尺寸相差不大的法兰和凸缘 5模锻件类型 3 轴杆类其杆部为圆形 带有圆形或非圆形头部 或中间局部粗大的直长杆类 5模锻件类型 4 杯筒类 5模锻件类型 5 枝芽类包括单枝芽 多枝芽的实心和空心类锻件 5模锻件类型 6 叉形类包括带有空心或实心杆部 带有圆形或非圆形法兰等多种结构形式 6模锻模具类型 一 按模锻设备分类锤用锻模 螺旋压力机锻模 机械压力机锻模 液压机锻模等 二 按凹模结构分类整体凹模和可分凹模 整体凹模 6模锻模具类型 可分凹模 水平分模 垂直分模和混合式分模 a 水平分模b 垂直分模c 混合式分模 7模锻国内外差距 1 我国目前自由锻件占27 模锻件占73 以当今世界上锻压业最先进的日本为例 其模锻件占总量的82 6 自由锻件占5 5 环形件占11 9 日本模锻件中冷锻件占5 8 我国约占1 不包含标准件 日本铝锻件占1 9 我国占0 1 在劳动生产率上 日本全员劳动生产率为175吨 人 年 印度为16 5吨 人 年 我国最具代表性的汽车锻造公司的全员劳动生产率为50吨 人 年 2 在模具寿命方面 我国热锻模寿命一般在4000 6000件 主要受工艺设计 锻造设备 加热 润滑等因素影响 国外模具寿命在10000 15000件 模具寿命是影响锻件成本的主要因素 高端模锻件 高端锻件的特点1 对技术含量和质量要求很高的大型自由锻件 采用重型压力设备生产 2 锻件尺寸精度高 达到无屑或少屑加工 3 难变形合金锻件 镁合金 4 热处理强化质量高 质量要求较高 技术附加值高模锻件 高端模锻件 8模锻发展趋势 1 锻件精密化整个锻造技术发展总体趋势是更精更省 达到不需机械加工或少许机械加工就可以适用 精锻件可降低成本80 90 降低劳动成本95 与普通模锻相比 精锻件可降低成本60 70 1 与普通模锻比较 精密模锻优点 机械加工余量少甚至为零 尺寸精度高 尺寸公差仅为普通模锻件公差的一半或更小 表面质量好 精密模锻工艺特点 8模锻发展趋势 2 与切削加工比较 精密模锻优点 材料利用率高 因锻件毛坯的形状和尺寸与成品零件接近完全一致 精密塑性成形 金属纤维的分布与零件形状一致 因而使零件的力学性能有较大的提高 精密模锻也称少无切屑工艺 精密模锻工艺特点 8模锻发展趋势 3 与开式精密模锻比较 闭式精密模锻优点 锻件几乎不产生飞边 模锻斜度更小甚至为零 若用可分凹模闭式精密模锻还可锻出垂直于锻击方向的孔或凹坑 材料利用率平均提高20 左右 毛坯在封闭的模膛内成形 变形金属处于更加强大的三向压力状态 有利于提高金属材料的塑性和产品的力学性能 可分凹模闭式精密模锻可减少甚至取消制坯工步 省去切边和辅助工序 生产率平均可提高25 50 闭式精密模锻主要问题 对于一些大中型锻件模具寿命低 需采取多种措施逐步解决 精密模锻工艺特点 8模锻发展趋势 2 锻造材料轻量化可用于锻造的材料主要有 黑色金属及有色金属 有色金属主要有铝合金 镁合金 钛合金及铜合金 3 锻模制造技术数字化数字化制造技术已成为提升产品核心竞争力的重要手段 而塑性成形和模具技术的数字化将成为21世纪该项技术的核心 8模锻发展趋势 4 锻造装备技术伺服化金属成形设备发展的总趋势是向高自动化 成套化 成线化 高度柔性 复合化 高精度