上篇第五章 锻造

机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二1原材料生产产品装配毛坯成形零件加工热加工冷加工装配铸造锻造焊接车削加工铣削加工刨削加工磨削加工钻削加工镗削加工特种加工数控加工钳工组装部装总装机械制造过程机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二21、锻造的概念借助于外力作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得所要求的形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的一种压力加工方法。2、金属的塑性变形金属在外力作用下，首先产生弹性变形，当外力超过一定限度后，会发生塑性变形。塑性变形是金属压力加工的理论基础。第五章锻造引言机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二33、锻造的特点(2)节约金属材料(1)改善金属组织、提高力学性能(3)较高的生产率锻造能够消除金属坯料（如:钢锭）的铸造组织缺陷(如：气孔、缩孔、缩松)，压合裂纹，细化晶粒，从而提高锻件的力学性能。但脆性材料（如：铸铁）不能用于锻造。比如在生产六角螺钉时采用模锻成形比切削加工效率约高50倍。比如在热轧钻头、齿轮、齿圈及冷轧丝杠时节省了切削加工设备和材料的消耗。（4）锻造主要生产承受重载荷零件的毛坯如机器中的主轴、齿轮等。由于锻造加工是固态成形，故不能获得形状复杂（尤其是内腔）的毛坯或零件。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二44、锻造的分类（1）自由锻造（2）模型锻造利用冲击力或静压力使经过加热的金属在锻压设备的上、下砧铁之间塑性变形、自由流动称为自由锻造。是生产大型锻件的唯一方法。把金属坯料放在锻模模膛内施加压力使其变形的一种锻造方法。简称模锻。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二5锻造设备－－空气锤空气锤机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二6锻造设备－－液压机液压机机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二7一、金属的加热1、目的第一节金属的加热与锻件的冷却提高塑性、降低变形抵抗力，以利于变形和获得良好的锻后组织。2、锻造温度范围始锻温度：允许加热到的最高温度，也是开始锻造的温度。始锻温度过高，会使金属坯料产生过热、过烧、氧化、脱碳等加热缺陷，从而造成废品。知识链接什么叫过热、过烧、氧化、脱碳？机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二8过热脱碳过烧氧化加热温度过高或者在高温下保持时间过长时，内部晶粒组织迅速长大变粗，从而导致金属坯料脆性增加，锻造时易产生裂纹。加热温度过高到接近熔化温度，内部组织间的接合力完全失去，锻打时坯料会碎裂成废品，无法挽救。表层金属与O2、H2O、SO2等发生化学反应生成氧化物，每加热一次，坯料烧损约2％－3％。表层的碳与H2、O2发生反应，使含碳量下降，致使表层硬度、强度明显降低。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二9由此可见：加热温度过高、过低，或者加热时间过长、过短，都不利于锻造生产。终锻温度停止锻造的温度。为什么低于此温度就不能继续锻造呢？锻造温度范围始锻温度与终锻温度的间隔。锻造温度范围是大好呢，还是小好呢？二、锻件的冷却方法1、空冷。放在无风的空气中冷却。2、坑冷。放在有绝热材料的坑中冷却。3、炉冷。放在加热炉中，随炉缓慢冷却。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二10一、自由锻造的分类及设备1、手工自由锻造第二节自由锻造效率很低，只能生产小型锻件。2、机器自由锻造效率较高，能生产各种大小的锻件。目前工厂普遍采用机器自由锻造。是生产大型锻件的唯一方法。3、自由锻造的设备空气锤－－吨位（锻造能力）用落下部分(包括工作活塞、锤杆、上砥铁)的质量表示。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二11空气锤的工作原理电动机通过减速机构、曲柄和连杆带动压缩气缸的压缩活塞上下运动，产生压缩空气。当压缩气缸的上下气道与大气相通时，压缩空气不进入工作气缸，电机空转，锤头不工作。通过手柄或脚踏杆操纵上、下控制阀，使压缩空气进入工作气缸的上部或下部，推动工作活塞上下运动，从而带动锤头及上砥铁的上升或下降，完成各种打击动作。控制阀与两个气缸之间有四种连通方式，可以实现提锤、连打、下压、空转四种动作。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二12二、自由锻造的基本工序自由锻工序基本工序、辅助工序和精整工序基本工序辅助工序精整工序改变坯料的形状和尺寸，实现锻件基本成形的工序。包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切断等为便于实施基本工序而使坯料预先产生某些局部、少量变形的工序。如倒棱、压肩、分段等为修整锻件的形状和尺寸，消除表面不平，校正弯曲和歪扭，使锻件达到图纸要求的工序称为精整工序，一般在终锻温度以下进行，如滚圆、平整、校直等。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二131、镦粗使坯料横截面积增大、高度减小的锻造工序。主要锻造圆盘类工件，如：齿轮毛坯、发兰盘等。分为完全镦粗和局部镦粗。完全镦粗局部镦粗机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二14机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二15镦粗镦歪镦弯细腰（双鼓形）夹层（折叠）机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二162、拔长使坯料横截面积减小、长度增加的锻造工序。主要用于锻造长轴类工件，如：曲轴、连杆等。拔长变形过程机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二17机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二18心轴拔长机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二193、冲孔用冲头在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。冲头分实心冲头和空心冲头。冲孔方法有单面冲孔和双面冲孔。单面冲孔双面冲孔法：将孔冲到坯料厚度的2/3～3/4深度时，取出冲子，翻转坯料，然后从反面将孔冲透。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二204、弯曲采用一定的工具、模具将坯料弯成所需角度或形状的锻造工序。一般用于锻造吊钩、U形叉等各种弯曲形状的锻件。5、扭转将坯料的一部分相对于另一部分旋转一定角度的锻造工序。用于锻造曲轴、麻花钻等。6、错移将坯料的一部分相对于另一部分平移错开的锻造工序。7、切断分割坯料或切除锻件余料的锻造工序。用于下料和切除料头。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二21三、自由锻造锻件结构工艺性及锻件图锻件结构工艺性参考教材P74，表1-5-21.应避免锥面或斜面的结构机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二222.避免圆柱面与圆柱面相交机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二233.避免椭圆形、工字形等非规则截面或外形机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二244.避免加强筋（肋板）、凸台等结构机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二255.应避免截面尺寸的急剧变化。无法避免时可分段锻造，然后焊接或机械连接成整体。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二26锻件图的绘制与铸件图的画法类似，锻件图也是以零件图为基础，考虑敷料、加工余量和锻造公差等因素绘制。1.敷料对键槽、齿槽、退刀槽、小孔、盲孔、台阶等难以用自由锻方法锻出或者经济上不划算的结构，先不予锻出，而是暂时添加一部分金属以简化锻件的形状。增加的这部分金属就是敷料。也称为工艺余块。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二272.余量3.公差根据锻件的形状、尺寸并考虑到生产实际情况加以选取。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二28补充：自由锻工艺过程实例分析1）盘类锻件：镦粗(或拔长及镦粗)、冲孔；2）轴类锻件：拔长(或镦粗及拔长)、切肩和锻台阶；3）筒类锻件：镦粗(或拔长及镦粗)、冲孔、在心轴上拔长；4）环类锻件：镦粗(或拔长及镦粗)、冲孔、在心轴上扩孔；5）曲轴类锻件：拔长(或镦粗及拔长)、错移、锻台阶、扭转；6）弯曲类锻件：拔长、弯曲等。不同类型零件的锻造工序机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二291、齿轮坯属于带孔圆盘类锻件，其主要工序是在漏盘内局部镦粗和双面冲孔。锻件名称:齿轮坯坯料材料:45设备：150kg空气锤温度/℃：1200～800工序：1．镦粗2．冲孔3．修整操作要点：1.局部镦粗后高度45mm2.双面冲孔3.轻打修整外圆至ф92±1mm4.轻打修整平面至ф44±1mm锻件图机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二302、齿轮轴坯属于阶梯轴类锻件，其主要工序是在整体拔长后分段压肩和拔长。锻件名称:齿轮轴坯坯料材料:40Cr设备：150kg空气锤温度/℃：1180～850工序：1．拔长2．压肩3．拔长4.滚圆5.压肩6.拔长7.滚圆操作要点：1.整体拔长至ф49±2mm2.压肩、一端拔长至略大于ф37mm3.（拔长部分）滚圆至ф37±2mm4.截出中段长度42mm后，将另一段压肩5.拔长后，滚圆至ф32±2mm锻件图机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二31模型锻造第三节锤上模锻和胎模锻把加热后的金属坯料放在锻模模膛内施加冲击力或静压力使其塑性变形的一种锻造方法。简称模锻。锤上模锻按设备类型分压力机上模锻1、锤上模锻在模锻锤上进行模锻的方法。模锻锤有蒸汽－空气锤、无砧座锤、高速锤等。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二32机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二332、压力机上模锻3、胎模锻在自由锻设备上使用简单的可移动的模具（胎模）生产模锻件的一种锻造方法。胎模不固定在锤头或砧座上，只是在使用时才放到锻锤砧座上。其生产效率介于自由锻和模锻之间。在压力机上进行的模锻。包括曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻等。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二34胎模机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二35（a）用胎模锻出的锻件有毛边和连皮（b）用切边模切边（c）用冲子冲掉连皮（d）锻件机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二36补充材料机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二37第四节轧制、挤压、拉拔、旋压机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二38一、轧制金属材料在旋转轧辊的压力下，产生连续塑性变形，获得要求的截面形状并改变其性能的方法称为轧制。轧制主要生产型材、板材、管材等。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二39机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二40机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二41机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二42机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二43二、挤压挤压的特点挤压时金属坯料在三向压应力状态下变形，其塑性提高。因此，适合挤压加工的材料较为广泛，塑性较好的有色金属（如铝、铜）及其合金、碳钢、合金结构钢、不锈钢等均可采用挤压工艺成形。挤压模机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二44按金属流动方向和凸模运动方向分正挤压反挤压复合挤压径向挤压按金属加热的温度不同分热挤压冷挤压温挤压机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二45机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二46机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二47机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二48机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二49三、拉拔线材拉拔主要用于各种金属导线，以及电器中常用的漆包线的拉制成形。此时的拉拔也称为“拉丝”。一般要经过多次成形，且每次拉拔的变形程度不能过大，必要时要进行中间退火，否则将使线材拉断。机械制造基础—上篇第五章锻造2020年1月21日星期二50四、旋压将平板毛坯或预先成型的毛坯固定到旋转的芯模上，用旋轮对毛坯施加压力，旋轮同时作轴向送进，经过一次或多次加工，得到各种薄壁空心回转体制品的工艺方法。旋压时，旋轮和毛坯的接触区很