锻造工艺学1-模具设计及制造专业

1、锻锻 造造 工工 艺艺 学学机电工程系 模具设计与制造专业Seite 2第一章第一章 绪绪 论论Seite 3塑性成型生产过程简述原材料下料加 热（在给定温度）不加热坯 料模具、工具润滑机 器成型件成型后工序（切变、精整、清理、热处理）锻压件或冲压件（形状与尺寸合格、组织性能合格）给给定定速速度度或或行行程程控控制制力力及及其其分分布布Seite 4什么是锻造？什么是锻造？金属塑性加工方法之一金属塑性加工方法之一锻造是利用手锤、锻锤或压力设备上的模具对加锻造是利用手锤、锻锤或压力设备上的模具对加热的金属坯料施力，使金属材料在不分离条件下热的金属坯料施力，使金属材料在不分离条件下产生塑性变形，以

2、获得形状、尺寸和性能符合要产生塑性变形，以获得形状、尺寸和性能符合要求的零件。为了使金属材料在高塑性下成型，通求的零件。为了使金属材料在高塑性下成型，通常锻造是在热态下进行，因此锻造也祢为热锻。常锻造是在热态下进行，因此锻造也祢为热锻。 Seite 5锻造是一种通过模具和工具利用压力使工件成型的锻造是一种通过模具和工具利用压力使工件成型的工艺方法，它是最古老的金属加工方法之一，可以工艺方法，它是最古老的金属加工方法之一，可以追溯到公元前追溯到公元前4000年年甚至甚至8000年。年。锻造生产广泛应用于机械、冶金、造船、航空、航锻造生产广泛应用于机械、冶金、造船、航空、航天、兵器以及其它许多工业

3、部门。天、兵器以及其它许多工业部门。Seite 6航空航天航空航天Seite 7武器装备武器装备Seite 8交通运输交通运输中国动车组列车中国动车组列车Seite 9全全 铝铝 汽汽 车车Seite 10 齿轮齿轮 曲轴曲轴 连杆连杆Seite 111任务：解决锻件的成形及其内部组织性能的任务：解决锻件的成形及其内部组织性能的控制，以获得所需形状、尺寸和质量的锻件。控制，以获得所需形状、尺寸和质量的锻件。2目的：锻造的目的：锻造的根本目的根本目的是利用外加载荷（冲是利用外加载荷（冲击载荷或静载荷）通过锻压设备或模具使金属毛击载荷或静载荷）通过锻压设备或模具使金属毛坯产生塑性变形，从而获得所需

4、形状和尺寸的锻坯产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件，同时使锻件机械性能和内部组织符合一定的件，同时使锻件机械性能和内部组织符合一定的技术的要求。技术的要求。Seite 12实质实质：锻造工艺的实质是如何利：锻造工艺的实质是如何利用金属的塑性使金属毛坯改变形用金属的塑性使金属毛坯改变形状和性能而成为合格锻件的加工状和性能而成为合格锻件的加工过程。过程。Seite 13一、锻造生产的特点及其在国民经济中的作用一、锻造生产的特点及其在国民经济中的作用（一）锻造生产的优点和缺点（一）锻造生产的优点和缺点 1优点：优点：优质、高产、低消耗、灵活。优质、高产、低消耗、灵活。 1) 优质优质 指可以

5、改善金属组织性能。指可以改善金属组织性能。 金属零件的传统生产过程是：金属零件的传统生产过程是： 冶炼冶炼制坯制坯切削加工切削加工热处理热处理 制坯有三条途径：铸造毛坯、轧制型材、锻造毛坯。制坯有三条途径：铸造毛坯、轧制型材、锻造毛坯。铸造毛坯铸造毛坯的组织性能差，只适用于性能要求低的零、部件的组织性能差，只适用于性能要求低的零、部件Seite 14锻造：锻造： 纤维组织变形后的杂纤维组织变形后的杂质仍具有方向性，呈现纤维状质仍具有方向性，呈现纤维状条纹条纹 锻造流线变形后杂质锻造流线变形后杂质的纤维分布，使组织、的纤维分布，使组织、 性能呈性能呈方向性方向性Seite 15钢锭锻造过程中纤维

6、组织形成的示意钢锭锻造过程中纤维组织形成的示意Seite 162) 高产高产 指机械化生产，生产率高指机械化生产，生产率高 二、三百件二、三百件/小时，现在更高了，一百多件小时，现在更高了，一百多件/分，分，1.2万件万件/小时。据统计，每模锻小时。据统计，每模锻100万吨钢，由于提高万吨钢，由于提高了生产率，可比切削加工减少了生产率，可比切削加工减少23万工人，少用万工人，少用15000台机床。在现今技术水平条件下，几乎任何一种金属台机床。在现今技术水平条件下，几乎任何一种金属材料都可用锻造方法制成半成品零件，只是难易程度材料都可用锻造方法制成半成品零件，只是难易程度不同而已。不同而已。Se

7、ite 17今天，锻造生产率提高，其锻件精度也愈来愈高，可以达到今天，锻造生产率提高，其锻件精度也愈来愈高，可以达到甚至超过机械加工的一般精度水平，如各种冷温挤压标准件甚至超过机械加工的一般精度水平，如各种冷温挤压标准件、精锻齿轮、精锻叶片、精锻轴类件等。、精锻齿轮、精锻叶片、精锻轴类件等。西航建成国内最大航空发动机叶片精锻生产线西航建成国内最大航空发动机叶片精锻生产线Seite 183) 低消耗低消耗 指少、无切削，省工省料。指少、无切削，省工省料。 4) 灵活灵活 指锻造可以锻制形状简单的锻件（如模块、齿轮坯指锻造可以锻制形状简单的锻件（如模块、齿轮坯等），也可锻制形状复杂、不需或只需少量

8、切削加工的精密等），也可锻制形状复杂、不需或只需少量切削加工的精密锻件（如曲轴、精锻齿轮等）锻件（如曲轴、精锻齿轮等）锻件的重量小的不到锻件的重量小的不到1公斤公斤 大的可达几百吨大的可达几百吨单件小批量生产单件小批量生产 大批量生产。大批量生产。Seite 192缺点：缺点：1)模具成本高，加工周期长。模具成本高，加工周期长。 2)受锻造设备吨位的限制。受锻造设备吨位的限制。Seite 20（二）锻造业的地位（二）锻造业的地位锻造在工业生产中占有锻造在工业生产中占有举足轻重举足轻重的地位。的地位。 锻造生产能力及其工艺水平，对一个国家的锻造生产能力及其工艺水平，对一个国家的工业、农业、国防和

9、科学技术的影响，难以工业、农业、国防和科学技术的影响，难以估量。估量。锻造生产的能力在一定程度上锻造生产的能力在一定程度上标志标志着一个国着一个国家的家的工业水平工业水平。Seite 21二、锻件生产的分类及其工艺流程二、锻件生产的分类及其工艺流程根据所用工具和生产工艺的不同可分为自由锻造、模锻和特根据所用工具和生产工艺的不同可分为自由锻造、模锻和特种锻造。种锻造。1自由锻造自由锻造 把加热好的坯料放在自由锻造设备的平砧之间把加热好的坯料放在自由锻造设备的平砧之间或简单的工具中进行锻造的方法称为自由锻。或简单的工具中进行锻造的方法称为自由锻。一般由锻工控制金属的变形方向和形状尺寸。一般由锻工控

10、制金属的变形方向和形状尺寸。 手工锻造手工锻造自由锻自由锻 机械（锤上自由锻和水压机上自由锻）机械（锤上自由锻和水压机上自由锻）Seite 22Seite 23u自由锻造主要用于锻制钢锭和形状简单、粗糙度自由锻造主要用于锻制钢锭和形状简单、粗糙度要求较低、加工余量较大的锻件生产。要求较低、加工余量较大的锻件生产。u使用的是形状简单的通用工具，灵活性大，生产使用的是形状简单的通用工具，灵活性大，生产准备周期短，所以使用范围广。准备周期短，所以使用范围广。u锻件力学性能和表面质量受操作工人的影响较大锻件力学性能和表面质量受操作工人的影响较大，不易保证，生产效率低。，不易保证，生产效率低。Seite

11、 24 自由锻还可以借助简单的模具进行锻造，称自由锻还可以借助简单的模具进行锻造，称胎模锻胎模锻。 胎模锻造是把加热好的坯料用自由锻方法预胎模锻造是把加热好的坯料用自由锻方法预锻成近似锻件的形状，然后在自由锻设备上用胎锻成近似锻件的形状，然后在自由锻设备上用胎模终锻成形（形状简单的锻件可直接把坯料放入模终锻成形（形状简单的锻件可直接把坯料放入胎模内成形），这种锻造方法称为胎模锻造。胎模内成形），这种锻造方法称为胎模锻造。 Seite 252模锻模锻 把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的模具内进行锻造的方法称为模锻。模具内进行锻造的方法称为模锻。由于模具型槽限

12、制金属的变形，而获得与型槽形状由于模具型槽限制金属的变形，而获得与型槽形状一致的锻件。一致的锻件。根据根据变形特点变形特点，分为开式模锻和闭式模锻。，分为开式模锻和闭式模锻。Seite 26根据根据设备结构特性和工艺特性设备结构特性和工艺特性的不同，分为锤上模锻的不同，分为锤上模锻（自由锻锤上模锻、高速锤上模锻）、摩擦压力机上（自由锻锤上模锻、高速锤上模锻）、摩擦压力机上模锻、热模锻压力机上模锻、液压机上模锻、平锻机模锻、热模锻压力机上模锻、液压机上模锻、平锻机上模锻、专用锻压机上模锻等。上模锻、专用锻压机上模锻等。模锻适用于形状复杂，尺寸精度较高，加工余量小，模锻适用于形状复杂，尺寸精度较高

13、，加工余量小，批量生产的中、小型锻件。批量生产的中、小型锻件。形状和尺寸靠模具保证，人为影响因素小。形状和尺寸靠模具保证，人为影响因素小。精密锻件的成形也要通过模锻来实现。精密锻件的成形也要通过模锻来实现。Seite 273特种锻造特种锻造 即在专用锻压设备上或在特殊模即在专用锻压设备上或在特殊模具型槽内使坯料成形的一种特殊锻造工艺。具型槽内使坯料成形的一种特殊锻造工艺。一般锻造方法很难达到要求时，可用特种锻造一般锻造方法很难达到要求时，可用特种锻造工艺。工艺。如精密模锻，温热挤压，辊锻，电镦，摆动辗如精密模锻，温热挤压，辊锻，电镦，摆动辗压，粉末锻造，液态模锻，等温模锻和超塑性压，粉末锻造，

14、液态模锻，等温模锻和超塑性模锻等。模锻等。Seite 28 锻造工艺流程锻造工艺流程是指生产一个锻件所经过的是指生产一个锻件所经过的锻造生产过程。锻造生产过程。以模锻为例，其锻造工艺流程是：以模锻为例，其锻造工艺流程是：备料加热模锻切边、冲孔备料加热模锻切边、冲孔热处理酸洗、清理校正。热处理酸洗、清理校正。Seite 29 一般来说，一种锻件选用哪一种锻造方法生产，与形状、一般来说，一种锻件选用哪一种锻造方法生产，与形状、尺寸、技术要求和生产批量大小等很多因素有关。尺寸、技术要求和生产批量大小等很多因素有关。通常，单件、小批量生产通常，单件、小批量生产 自由锻方法自由锻方法 大批量大批量 模锻

15、方法模锻方法 生产生产 但有些但有些航空重要产品航空重要产品上的锻件，虽然批量不大，但由于流上的锻件，虽然批量不大，但由于流线和性能等方面的要求，要求工艺的一致性等，通常也采用线和性能等方面的要求，要求工艺的一致性等，通常也采用模锻方法生产。模锻方法生产。Seite 30三、锻造工艺的发展简史及其发展趋势三、锻造工艺的发展简史及其发展趋势（一）锻造技术的发展简史（一）锻造技术的发展简史 人类在新石器时代末期，已开始以锤击天然红铜来制造人类在新石器时代末期，已开始以锤击天然红铜来制造装饰品和小用品。中国约在公元前装饰品和小用品。中国约在公元前2000多年已应用冷锻工多年已应用冷锻工艺制造工具，如

16、甘肃武威皇娘娘台齐家文化遗址出土的红艺制造工具，如甘肃武威皇娘娘台齐家文化遗址出土的红铜器物，就有明显的锤击痕迹。铜器物，就有明显的锤击痕迹。最初，人们靠抡锤进行锻造，后来出现通过人拉绳索和滑最初，人们靠抡锤进行锻造，后来出现通过人拉绳索和滑车来提起重锤再自由落下的方法锻打坯料。车来提起重锤再自由落下的方法锻打坯料。14世纪以后出世纪以后出现了畜力和水力落锤锻。现了畜力和水力落锤锻。 Seite 31Seite 32为锻铜浮雕。是为锻铜浮雕。是手工锻造作品。手工锻造作品。手工锻造是一种手工锻造是一种古老的金属加工古老的金属加工工艺，是以手工工艺，是以手工锻打的方式，在锻打的方式，在金属板上锻锤

17、出金属板上锻锤出各种高低凹凸不各种高低凹凸不平的浮雕效果。平的浮雕效果。Seite 33 1842 1842年，英国的内史密斯制成第一台年，英国的内史密斯制成第一台蒸汽锤蒸汽锤，使，使锻造进入应用动力的时代。以后陆续出现锻造水压机锻造进入应用动力的时代。以后陆续出现锻造水压机、电机驱动的夹板锤、空气锻锤和机械压力机。夹板、电机驱动的夹板锤、空气锻锤和机械压力机。夹板锤最早应用于美国内战锤最早应用于美国内战(1861(18611865)1865)期间，用以模锻期间，用以模锻武器的零件，随后在欧洲出现了武器的零件，随后在欧洲出现了蒸汽模锻锤蒸汽模锻锤，模锻工，模锻工艺逐渐推广。到艺逐渐推广。到19

18、19世纪末已形成近代锻压机械的基本世纪末已形成近代锻压机械的基本门类。门类。 2020世纪初期，随着汽车开始大量生产，世纪初期，随着汽车开始大量生产，热模热模锻锻迅速发展，成为锻造的主要工艺。迅速发展，成为锻造的主要工艺。Seite 34锻压经过锻压经过100多年的发展，今天已成为一多年的发展，今天已成为一门综合性学科。门综合性学科。它以塑性成形原理、金属学、摩擦学为它以塑性成形原理、金属学、摩擦学为理论基础，同时涉及传热学、物理化学、理论基础，同时涉及传热学、物理化学、机械运动等相关学科，以锻造、冲压等为机械运动等相关学科，以锻造、冲压等为技术，与其它学科一起支撑技术，与其它学科一起支撑机器

19、制造业机器制造业。Seite 35我国的锻造生产与世界先进国家的水平相比我国的锻造生产与世界先进国家的水平相比还有一定还有一定差距差距。表现在：表现在：1) 工业发达国家的模锻件已占全部锻件的工业发达国家的模锻件已占全部锻件的70以上，而我国尚不足以上，而我国尚不足30。 2) 国外有成千条锻造自动生产线，大型自由锻国外有成千条锻造自动生产线，大型自由锻造水压机普遍配备了锻造操作机等。而我国在这些造水压机普遍配备了锻造操作机等。而我国在这些方法还很薄弱。方法还很薄弱。 Seite 363) 精锻技术和大型锻件的生产水平与一些工业发精锻技术和大型锻件的生产水平与一些工业发展国家相比较低，一些航空

20、产品上的精锻件和重展国家相比较低，一些航空产品上的精锻件和重要的大型自由锻件还常常需从国外进口。要的大型自由锻件还常常需从国外进口。4) 在在CAD/CAM方面，一些发达国家已进入实用方面，一些发达国家已进入实用阶段，在这些方面，我国还刚刚起步。阶段，在这些方面，我国还刚刚起步。 Seite 37（二）锻造生产的发展趋势（二）锻造生产的发展趋势1) 总趋势是使锻件形状、尺寸和表面质量总趋势是使锻件形状、尺寸和表面质量最大限度地与产品零件相接近，以达到少最大限度地与产品零件相接近，以达到少、无切削加工的目的，为此应逐步发展和、无切削加工的目的，为此应逐步发展和完善完善精密成形新技术精密成形新技术

21、，发展高效精密的锻，发展高效精密的锻压设备。压设备。2) 为适应大批量生产的需要，应发展为适应大批量生产的需要，应发展专业专业化的连续生产线化的连续生产线，建立地区性的专门化锻，建立地区性的专门化锻造中心，如齿轮精锻中心、连杆锻造中心造中心，如齿轮精锻中心、连杆锻造中心、标准件锻造中心等，以利于进行技术改、标准件锻造中心等，以利于进行技术改造及采用最新设备和先进工艺。造及采用最新设备和先进工艺。 Seite 38 3) 为适应新产品开发，缩短研制周期，应发展为适应新产品开发，缩短研制周期，应发展柔性加柔性加工技术和工技术和CAD/CAM 技术技术。 锻模的锻模的CAD/CAM的主要优点有：的主

22、要优点有： 设计的速度快、准确性高，且可将设计人员从繁重的重复性设计的速度快、准确性高，且可将设计人员从繁重的重复性劳动中解脱出来。劳动中解脱出来。 可以把多方面的经验和研究成果集中起来，方便地应用于设可以把多方面的经验和研究成果集中起来，方便地应用于设计加工，提高设计质量。计加工，提高设计质量。 可以实现多方案比较设计，达到优化的目的。可以实现多方案比较设计，达到优化的目的。 Seite 39 4) 提高锻件的内在提高锻件的内在质量质量。 5) 提高机械化、提高机械化、自动化自动化水平。水平。 6) 发展以煤气、油、电等为热源的发展以煤气、油、电等为热源的先进加热先进加热技术，改善劳动条件。技术，改善劳动条件。Seite 40（三）目前，我国锻造业面临的问题可以归纳（三）目前，我国锻造业面临的问题可以归纳为如下为如下l 装备水平低，其主要表现是设备老化、精确度低装备水平低，其主要表现是设备老化、精确度低l 管理体制亟待理顺，生产厂点过多，力量分散管理体制亟待理顺，生产厂点过多，力