锻造工艺概述

5.1锻造工艺概述锻压——借助外力的作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的锻压件。锻压属于体积成型。第五章锻造工艺与模具设计一、锻造生产的重要性(一)国防工业：飞机上的锻压件重量占85％；坦克上的锻压件重量占70％；大炮、枪支上的大部分零件都是锻制而成的。(二)机床制造工业：主轴、传动轴、齿轮和切削刀具等都由锻件制成的。(三)电力工业：水轮机主轴、透平叶轮、轮子、护环等均由锻件制成。(四)交通运输工业：机床上的锻压件重量占60％；汽车上的锻压件重量占80％；轮船上的发动机曲轴和推力轴由锻制而成。(五)农业：拖拉机、收割机的主要零件也都是锻制成的，如拖拉机上就有560多种锻件。(六)日常生活用品：锤子、斧头、小刀、钢丝钳等亦均是锻制而成。5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计二、锻造分类自由锻、模锻、胎模锻、特种锻造按加工方式分：按变形温度分：热锻——温锻——冷锻根据工作时所受作用力的来源分：手工锻造、机器锻造除自由锻外，其它两种均用到模具。再结晶温度室温5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计分类自由锻（胎模锻）工艺灵活、工具简单、锻件精度差、生产效率低、操作水平要求高；适于单件小批量生产。模锻：工艺定型、生产效率高、工具复杂、锻件精度高，专用设备多。适于批量生产特种锻造：专用设备、生产效率高，只能生产某一类型产品；适于大批量生产。如热挤压，辊锻，精密锻造。二、锻造分类分为手工自由锻和机器自由锻。自由锻：利用冲击力或压力使加热好的金属在上、下抵铁之间产生变形。工艺特点：坯料变形时，除与上、下抵铁或其它辅助工具接触部分表面外，都是自由表面，变形不受限制。第五章锻造工艺与模具设计胎模锻第二节锻模设计简介在自由锻备上设采用活动模具成型锻件的方法称为胎模锻。锻件尺寸精度高于自由锻；设备比模锻简单。但人力操作胎模劳动强度大。适应于小型锻件小、中批量生产。第五章锻造工艺与模具设计三、锻造加工特点优点：1、能改善金属的组织，提高金属的机械性能；2、提高材料的利用率和经济效益（节省材料和切削加工工时);3、具有较高的劳动生产率。缺点：1、不能获得形状复杂的锻件；2、初次投资费用高（设备、工模具、厂房）；3、生产现场劳动条件差。5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计四、锻造设备5.1锻造工艺概述1.自由锻设备：锻锤、空气锤、蒸汽-空气锻锤水压机、油压机2.模锻设备：锤上模锻压力机模锻摩擦压力机模锻第五章锻造工艺与模具设计模锻设备模锻设备锻造力性质锻件精度生产率模锻锤冲击力较低较低曲柄压力机压力较高较高平锻机压力较高较高摩擦压力机冲击力＋压力较高较低第五章锻造工艺与模具设计六、锻造工艺的主要生产工序5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计（1）下料：将原材料切割成所需尺寸的坯料（2）加热：提高金属的塑性，降低变形抗力，便于模锻成形。（3）模锻：得到所需锻件的形状和尺寸。（4）切边或冲孔：切去飞边或冲掉连皮（5）热校正或热精压：使锻件形状和尺寸更准确（6）在砂轮上磨毛刺：切边所剩下的毛刺（7）热处理：保证合适的硬度和力学性能，常用正火和调质。（8）清除氧化皮：常用喷砂、喷丸、滚筒抛光、酸洗等方法。（9）冷校正和冷精压：进一步提高锻件精度，降低表面粗糙度（10）检查锻件七、热锻原材料及下料方法5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计锻造用坯料一般为棒、板、管状的黑色金属、有色金属和贵金属。下料：把型材切割成所需的长度。是自由锻和模锻的第一道工序。不同的下料方式，直接影响着锻件的精度、材料的消耗、模具与设备的安全以及后续工序过程的稳定。传统的下料方法的下料品质均不太理想，断口不齐，坯料的长度与品质重复精度低。离子束切割、电火花线切割等新型下料方法，能锯切很硬的材料，剪切品质很好，但成本高，不宜用于大批量生产。金属带锯下料既能得到高的下料精度，又能适应大批量生产。七、热锻原材料及下料方法5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计传统的下料方式七、热锻原材料及下料方法5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计１．锯切法：断面平整，尺寸准确；但生产效率低，有锯口损失，且锯条和锯盘损耗也比较大。圆盘锯：d750mm，最大可达2m弓形锯：d100mm,小直径棒料可成捆锯断高速带锯：生产效率高，且毛坯形状规则。弓形锯、圆盘锯、带锯机锯切坯料时消耗锯缝的质量比为：1.56:1.87:1。七、热锻原材料及下料方法5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计带锯锯切金属带锯主要由六个部分构成：变速机构锯带张紧装置无级变速液压控制系统冷却系统锯刷床身。下图为GZ4025型卧式带锯的外形图七、热锻原材料及下料方法5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计图2.7GZ4025型卧式带锯的外形图七、热锻原材料及下料方法5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计双金属锯带目前常用的金属带锯锯带以高速钢为齿部材料，以弹簧钢为背部材料，通过电子束复合后开齿而成的双金属锯带。图2.8电子束焊接的双金属锯带5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计典型锯齿形状如下图：(a)a((b)(b)(c)(d)(e)图2.9典型锯齿形状(a)标准齿；(b)强力齿；(c)MG齿；(d)ACG齿；(e)变化齿七、热锻原材料及下料方法5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计２．剪切法：生产率高、操作简单、切口无金属损耗；但剪切面不平，略带歪斜，普遍常用，d200mm。高碳钢、合金钢或断面尺寸较大的钢坯需预热。一般棒料剪切法有：剪床剪切、冲床剪切。在剪床上剪切的棒料截面尺寸在φ15~(φ150~φ200）mm。七、热锻原材料及下料方法5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计３．折断下料：适用于硬度较高的高碳钢及高合金钢。如GCr15，GSiMnMo等轴承钢，加热温度为300-400℃。４．砂轮片切割法（无齿锯）：可切割d40mm以下的任何硬度的金属毛坯。生产效率高，断面平整，砂轮损耗大，工作条件差。５．气割：主要用于大型钢坯和锻件的大断面切割（断面厚度可达1500mm以上）。６．阳极切割：被切材料尺寸为30-300mm八、热前加热的目的及方法5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计锻前加热是温锻和热锻工艺中重要环节。锻前加热的目的：提高金属塑性，降低变形抗力，使坯料易于变形并获得良好的锻件。加热方法：火焰加热、电加热和少无氧化加热八、热前加热的目的及方法5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计锻前加热是温锻和热锻工艺中重要环节。锻前加热的目的：提高金属塑性，降低变形抗力，使坯料易于变形并获得良好的锻件。加热方法：火焰加热、电加热和少无氧化加热八、热前加热的目的及方法5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计1.火焰加热利用燃料燃烧时所产生的热量，通过对流、辐射加热坯料。燃料来源方便、加热炉修造容易、加热费低、适应性强。缺点：：劳动条件差，加热速度慢，质量低、热效率低。应用范围：大、中、小型坯料。八、热前加热的目的及方法5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计2.电加热电加热是将电能转换为热能而对金属坯料进行加热。特点：加热速度快、炉温易控制、加热质量好、氧化皮少、工人劳动条件好。方式：间接电加热、接触电加热、感应电加热①电阻炉加热（间接电加热）利用电流通过炉内电热体时产生的热量，来加热金属方式：辐射传热特点：热效率和加热速度低；对坯料尺寸形状无要求。八、热前加热的目的及方法5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计②感应电加热：坯料放入通过交变电流的螺旋线圈内，利用电磁感应发热直接加热。速度快、质量好、温度易控制、烧损少、易实现机械化。适于精密成形的加热。缺点：投资费用高，加热的坯料尺寸范围窄、电能消耗大。图3.4感应电加热原理图1－感应器2－坯料3－电源八、热前加热的目的及方法第五章锻造工艺与模具设计③接触电加热●接触电加热的加热原理：以低电压（一般为2～15V）大电流直接通过金属坯料，由坯料自身电阻在通过电流时产生的热量加热金属坯料。原理如图3.3。●接触电加热的优点:速度快、烧损少、加热范围不受限制、热效率高、耗电少、成本低、设备简单、操作方便、使用于长坯料的整体或局部加热的优点。●接触电加热的缺点：对坯料的表面粗糙度和形状尺寸要求严格。加热温度的测量和控制也比较困难。图3.3接触电加热原理图1－变压器2－坯料3－触头八、热前加热的目的及方法5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计3.少、无氧化加热减少金属的氧化烧损（使烧损量小于5％）和脱碳，限制氧化皮厚度在0.05～0.06mm以下。提高加热质量，提高锻件的尺寸精度和表面质量、提高模具寿命。快速加热、少无氧化火焰加热和介质保护加热。九、热锻温度范围的确定5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计九、热锻温度范围的确定5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计九、热锻温度范围的确定5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计锻造温度范围是指：开始锻造温度（始锻温度）和结束锻造温度（终锻温度）之间的一段温度区间。确定原则：保证金属有良好的可锻性保证金属有良好的组织性能锻造温度范围应尽量宽九、热锻温度范围的确定5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计方法：工程上可查表制表根据：以合金相图为基础，参照塑性图、抗力图及再结晶图；从金属塑性、变形抗力和锻件的组织性能三个方面综合分析，确定合理的锻造范围。九、热锻温度范围的确定5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计1)始锻温度锻前允许加热的最高温度确定原则：希望尽可能高一些，但以不产生过烧为限。理论上讲过烧温度就是固相线的温度，但为保险起见取得低于固相线温度150-250。一般范围：结构钢始锻温度：1200-1250工具钢1100-1150含碳量越高，温度越低；九、热锻温度范围的确定5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计2)终锻温度终锻温度即是仃止锻造的温度确定原则：希望低一些好，但以不锻裂和能得到所要求的金相组织为前提。碳钢的终锻温度约在铁-碳相图Ａｒ1线以上20-80碳钢：终锻温度：750-800合金钢：终锻温度：800-900十、金属加热规范5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计主要包括：加热温度、加热速度（时间）、装炉方式以及加热注意的事项。制订原则：金属不过烧、过热、不产生裂纹，温度均匀氧化脱碳少而且加热时间应短和节约能源。具体表示方式：用加热曲线十、金属加热规范第五章锻造工艺与模具设计1)装料炉温在低温段，要特别小心。2)加热速度：在11阶段升温要慢，受金属的允许加热速度限制3)均热保温时间均热保温以防止组织应力裂纹均热保温时间,可查手册4)加热时间是指坯料装炉后从开始加热到出炉所需要的时间,包括加热各阶段的升温时间和保温时间。十、金属加热规范第五章锻造工艺与模具设计①有色金属的加热时间预热：1mm/min高温段：0.5/min②钢材（中小钢坯）τ=αD(h)α—钢料化学成分系数（h/cm)D---坯料直经cm碳素结构钢α=0.1~0.15合金结构钢α=0.15~0.2工具钢和高合金钢α=0.3~0.4③钢锭的加热时间τ=αKD/D(h)K---装炉方式系数十、金属加热规范5.1锻造工艺概述第五章锻造工艺与模具设计5)加热方法①直接高温装炉对于截面尺寸较小的结构钢钢材(80~350mm)因材料塑性较好、内应力影响不大，可直接高温装炉。②加热分段进行对于钢锭或截面尺寸大的钢材、合金成分较高塑性较低的各种尺寸的钢材，加热应分段进行。低温时，用较慢的加热速度高温时，可用较快的加热速度③对于高速钢难锻的钢材，应该慢加热、慢冷却。6）装炉方式空气锤第五章锻造工艺与模具设计模锻锤可以镦粗、拔长、滚挤、弯曲、成形、预锻、终锻。长轴类锻件短轴类锻件第五章锻造工艺与模具设计曲柄压力机行程不能调节；不能拔长和滚挤