锻造工艺学7

材料科学与工程学院第七章模锻工艺Seite2Seite3一、模锻锤1、蒸汽空气模锻锤：简称模锻锤，普遍应用。2、无砧座锤3、高速锤4、液压模锻锤§7-1常用模锻设备及其工艺特点常用锻模设备主要有：模锻锤，热模锻压力机螺旋压力机和平锻机。Seite41、与热模锻压力机相比，其主要工作特性：（1）靠冲击力变形，打击速度较高（7～9m/s），受力系统不封闭，由下砧传给基础；（2）行程不固定，打击次数多；（3）抗偏载能力和导向精度较差，而且无顶出装置。Seite52、工作特性其工艺特点：（1）锻件上难充满的部分应尽量放在上模，因为上模模膛的填充性更好；（2）一般不需其他设备为其制坯，具有广泛的通用性；（3）其工作特性决定了其模锻件的精度不高，且拔模斜度较大。Seite6二、热模锻压力机（简称锻压机）分有：连杆式、双滑块式、楔式。它是为避免模锻锤的缺点而研制的一种专用曲柄压力机，设备规格6300kN～12万kN。依靠曲柄的传动，滑块作上下往复运动。Seite71、与模锻锤相比，其工作特性为：（1）静压成形，无震动和噪音；（2）机架和曲柄连杆机构的刚性大，工作时弹性变形小；（3）滑块行程一定，每一模锻工步只要一次行程完成；（4）导向精度和承受偏载的能力强；（5）有上下顶件装置，便于锻件脱模。Seite8工艺特点：1.流动特点及充填与模锻锤不同，采用多模膛模锻逐步成形，实际生产模膛数不超过四个；①前者在水平方向的流动较为强烈，而后者在高度方向的流动较强②后者充填上模的能力强，而前者没有明显区别。2.锻件的内部质量高；3.锻件尺寸精度高，模锻斜度较小或不带斜度（带有上下顶件装置）①高度方向：行程固定，机架刚性大②水平方向：滑块导向，模具导向Seite94.当需拔长和滚挤制坯的锻件，应利用其他设备制坯，然后再模锻成形；5.应尽量采用电加热或少无氧化加热或为一般加热配备清除氧化皮的装置（高压水装置或机械刷）氧化皮不易去除6.可采用组合结构模具，合模时分模面不能压靠，要留有间隙；7.对变形速度敏感的低塑性合金可在锻压机上锻造；8.与同等能力的模锻锤相比，造价高，小规模生产不宜采用。热模锻压力机的主要缺点是造价高，适用性较窄，需与其它设备配合使用才能最大限度地发挥其优越性。Seite10三、螺旋压力机介于模锻锤与热模锻压力机之间。它们的共同特点是飞轮在外力驱动下储备足够的能量，再通过螺杆传递给滑块来打击毛坯做功。设备规格：630～1.25万(KN)液压螺旋（液压螺旋锤）压力机电动螺旋压力机摩擦压力机Seite111、工作特性：（1）具有锤类设备与压力机的双重性能：行程不固定，有一定的冲击作用，与锤相似受力系统封闭，与压力机相似（2）行程次数少，打击速度低：摩擦：行程9～40次/min，速度0.5~1.0m/s液压：行程20~79次/min，速度1.5~3.0m/s（3）摩擦压力机传动效率低，多为中小型设备。Seite122、螺旋压力机上模锻工艺特点：（1）能满足各种变形工序的力能要求，工艺适应性广：为大变形工序（镦粗、挤压）提供大变形能量为小变形工序（终锻、精压、压印）提供较大的变形力（2）可进行精密模锻和闭式模锻，得到高精度锻件；（3）适合模锻一些再结晶速度较低的低塑性合金钢和有色合金。速度低，金属变形过程中的再结晶充分。Seite13（4）承受偏载能力差一般只进行单模膛锻造，用自由锻锤，辊锻机等设备制坯。在偏心载荷不大的情况下，也可有多个模膛，但中心距离不超过螺杆节圆半径。（螺杆与滑块非刚性连接）（5）既可采用整体式锻模，又可采用组合式锻模；（6）螺旋压力机可以完成多种工艺，是一种工艺适应性好、通用性强的设备。除模锻外，还可进行切边、弯曲、精压、校正、挤压、和板料冲压等工序。Seite143、与模锻锤和热模锻压力机相比：与模锻锤相比，没有沉重而庞大的砧座，也不需要蒸汽锅炉和大型空气压缩机等辅助设备。与热模锻压力机相比，制造成本便宜，维修简单。因此，从基建、动力消耗、维修费用三方面看，是三种设备中最低的。Seite15四、平锻机工作部分(锤头或滑块)是作垂直往复运动的，通常将这些锻压设备称为立式锻压设备。将工作部分作水平往复运动的模锻设备称为水平锻造机或卧式锻造机，简称平锻机。依据凹模分模方式的不同，平锻机分为垂直分模平锻机和水平分模平锻机两类。Seite16平锻机属于曲柄压力机类设备，所以它具有热模锻压力机模锻的一切特点。主要标志是：平锻机具有两个滑块(主滑块和夹紧滑块)，因而有两个互相垂直的分模面。主分模面在冲头和凹模之间，另一个分模面在可分的两半凹模之间。Seite171、与热模锻曲柄压力机比较，有以下相似的特点：设备刚度大，行程固定，锻件高度方向尺寸稳定工作时靠静压力，振动小，劳动条件好，不需庞大的基础；模具可采用组合式、镶块式。Seite182、工艺特点：优点：a．锻造过程中坯料水平放置，其长度不受设备工作空间的限制；可锻出立式锻压设备不能锻造的长杆类锻件，也可用长棒料逐件连续锻造b．有两个分模面，在两个方向上有凹档、凹孔的锻件（如双凸缘轴套等），锻件形状更接近零件形状Seite19c．（因为平锻机导向性好，行程固定）所以锻件长度方向尺寸稳定性比锤上模锻高。但是，平锻机传动机构受力产生的弹性变形随压力的增大而增加。所以，要合理地预调闭合尺寸，否则将影响锻件长度方向的精度；d．平锻机可进行开式、闭式模锻，可进行终锻成形和制坯，也可进行弯曲、压扁、切料、穿孔、切边等工序。Seite20缺点：a．平锻机是模锻设备中结构最复杂的一种，价格贵，投资大；b．靠凹模夹紧棒料进行锻造成形，一般要用高精度热轧钢材或冷拔整径钢材，否则会夹不紧或在凹模间产生大的纵向毛刺；c．锻前需用特殊装置清除坯料上的氧化皮，否则表面粗糙度高于锤上模锻件；d．工艺适应性差，不适宜模锻非对称锻件。Seite21§7-2模锻工艺及模锻件分类模锻工艺分类：1、按设备分：可分为锤上模锻、热模锻压力机上模锻、螺旋压力机上模锻、平锻机上模锻等。2、按终锻模膛的结构分为：开式模锻：两模间间隙方向与设备运动的方向垂直闭式模锻：两模间间隙方向与设备运动的方向平行3、按所用模膛数目可分为：多模膛模锻；单模膛模锻4、按生产锻件精度可分为：普通模锻；精密模锻Seite22对于形状类似的锻件，在一定生产条件下(设备、批量等)，其模锻工艺及所用的设备、模锻工艺和锻模结构是大体相同的。Seite23模锻件的基本分类的锻件图例见表7-2。可将锻件分为：长轴类短轴类(圆饼类)顶镦类复合类型锻件。Seite24二、模锻件分类1、意义：便于拟定工艺规程，合理进行锻件和锻模的设计。Seite252、分类：依外形、工艺1）长轴类锻件主要特点：①锻件的主轴线尺寸大于其它两个方向的尺寸；②变形工序的锻击方向一般垂直于主轴线；③金属主要沿着高度和宽度方向流动，由于在模锻工步时金属沿主轴线基本上没有流动，又可称为平面变形类。此类锻件数量多，形状复杂。按锻件的几何形状特征，也可分为四组：直长轴类、弯曲轴类、枝芽类和叉类锻件。Seite26第一组：直长轴类锻件主轴线和分模线都是直线。最典型的锻件是直轴、连杆和直的杠杆。通常采用拔长、滚挤制坯工步，视锻件复杂程度而定。第二组：弯曲轴类锻件主轴或分模线是弯曲的，或主轴和分模线皆为弯曲。典型锻件有曲轴、吊钩、曲的杠杆等。Seite27第三组：枝芽类锻件其主轴是直线或曲线均带有局部突出的分枝部分。通常需采用成形制坯或预锻工步。第四组：叉类锻件除具有第一组锻件特征（主轴和分模线都是直线）外，还带有叉形部分。因而其制坯工步与第一类锻件相似，再加带有劈开平台的预锻或弯曲工步，以便获得叉形部分。典型锻件有“万向接头”、“支架”等。Seite282）短轴类(圆饼类)锻件常见的短轴类件有法兰、齿轮、十字轴、万向节等，其特点是：①锻件的主轴线尺寸小于其它两个方向的尺寸；②变形工序的作用力方向与主轴线方向一致；③模膛中的金属变形是体积变形。又称为轴对称类锻件。此类锻件按其断面几何形状的复杂程度，可分为三组：简单形状、较复杂形状和复杂形状。Seite293）顶镦类锻件采用顶镦（坯料端部的局部镦粗）工艺实现锻件成形。热顶镦工艺通常在平锻机上进行，所以又属于平锻类锻件。但也可以在螺旋压力机和热模锻压力机上进行。冷顶镦：整体凹模、组合凹模的自动冷镦机。Seite30第一组：具有粗大部分的杆类锻件(局部镦粗的长轴类锻件)。头部无孔或带有不通孔，原坯料直径按杆部选用。模锻工步为：聚料、预成形和终成形。头部可采用开、闭式模锻。第二组：具有透孔或不透孔的锻件(通孔或盲孔锻件)。原坯料直径由工艺需要确定。常用长棒料连续模锻。主要工步有：聚集、冲孔、预成形、终成形，穿孔或切断等。第三组：管类锻件。原坯料按锻件杆部管子的规格选用，采用单件后定位模锻。主要工步有：聚集、预成形和终成形。Seite314）复合类型的锻件有些模锻件，兼有上述三类锻件的特征。对于这些锻件，制坯工步应根据锻件的具体形状特点及尺寸情况确定。Seite32必须指出：分辨锻件的类属时，最根本的问题还是要看所选择的模锻工步是否合理，而类型的编号可以说是无关紧要的。但是通过这样分类之后，使我们对变化无穷的锻件能找出一个共同的模锻规律。Seite33§7-3模锻件图设计锻件图是编制锻造工艺卡片，设计模具和量具以及最后检验锻件的依据，也是机械加工部门验收锻件、制定加工工艺、设计加工工具的依据，所以锻件图是最重要的基本工艺文件之一。Seite34模锻生产过程工艺规范制订锻模设计锻件检验锻模制造都离不开锻件图锻件图的设计是项重要工作。Seite35锻件图的制定依据是产品零件图(包括技术条件)。模锻件图分为冷锻件图和热锻件图1．检验用锻件图（又称冷锻件图）：一般简称为锻件图，用于最终锻件的检验。2．制模用锻件图（又称热锻件图）：根据冷锻件图设计的，也就是终锻模膛图，供制造和检验终锻模膛使用。Seite36冷锻件图，内容：(1)选择分模面的位置和形状；(2)确定机械加工余量、余块和锻件公差；(3)确定模锻斜度；(4)确定圆角半径；(5)确定冲孔连皮的形式和尺寸；(6)制定锻件技术条件；(7)绘制锻件图。Seite37一、锤上模锻锻件图设计（一）确定分模面锻件的分模面也就是锻模型腔的分模面，它表现在锻件分模位置上是一条封闭的锻件外轮廓线。分模面的选择，会影响到：锻件成形、锻件出模、锻件质量、材料利用率、锻模和切边模制造等。Seite38两个目的：（1）锻件易出模，形状与零件相似；（2）便于充填型腔，争取镦粗成形。为此，分模位置应选在具有最大水平投影的位置上。如：图7-6连杆应选在A-A线上，而不是B-B线，C-C线上。Seite397个原则：(1)一半原则，在锻件高度一半处分模，使锻件的余块、机械加工余量最小；(2)大小原则，使模膛的宽度大而深度小，易充满模膛，易出模；(3)平直原则，为使模具制造简单，尽量采用平面分模，凸出部分也尽量不要高出分模面；当头部尺寸较大的长轴类件，应采用折线式分模。如图7-9(4)错差原则，分模面应尽量设在容易发现锻件错差的位置；如图7-7Seite40(5)干净原则，飞边能切除干净，无毛刺；(6)纤维原则，对金属流线方向有要求的锻件，应保证锻件有最好的纤维分布。如图7-11，II-II处在工作时承受剪应力，其流线方向应与剪切方向垂直，抗剪，则分模应选在I-I处。尤其是对铝合金锻件等，应考虑流线分布。(7)径向原则，当圆饼类锻件H≤D时，应该径向分模(图7-10b)，而轴向分模正相反。HD时，选择轴向分模(图7-10c)。Seite41（二）机械加工余量和锻件公差机械加工余量，简称余量──当普通锻造的锻件不能达到零件图纸的尺寸精度要求而需要进行机械加工时，则在锻件表面增加一层金属，这层留待机加工的金属称为余量。锻件上每一项尺寸都是在零件相应尺寸的基础上，加上机械加工余量而确定下来的。锻件上外形尺寸比零件尺寸大，内空尺寸比零件的尺寸小。净锻面余量为0。Seite42余量的大小取决于：零件尺寸和加工精度、表面粗糙度、锻件材质、设备的