第二章锻造

第二节锻造4.2锻造锻造：在加压设备及工具作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。第一节锻造方法一、自由锻定义：指用简单的通用工具，或在锻造设备的上下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的方法。设备：锻锤中小型锻件液压锤大型件电动空气锤5吨蒸气锤6500吨锻压机3吨蒸气锤1.自由锻工序（1）基本工序：使金属坯料实现主要的变形要求，达到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工序。镦粗：坯料高度减小、横截面积增大的锻造工序。拔长：坯料横截面积减小、长度增加的锻造工序。冲孔：在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。扭转：坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。错移：坯料的一部分相对于另一部分错移开，保持轴心平行的锻造工序。切割：将坯料分成几部分或部分地割开的锻造工序。（2）辅助工序：指进行基本工序之前的预变形工序。（3）精整工序：在完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸及位置精度的工序。2.锻件分类及基本工序方案自由锻-镦粗自由锻-拔长自由锻-冲孔自由锻-弯曲自由锻-扭转自由锻-错移二、模锻定义：利用锻模使坯料变形而获得锻件的锻造方法。特点：由于金属是在模膛内变形，其流动受到模壁的限制，因而模锻生产的锻件尺寸精确、加工余量较小、结构可以较复杂，而且生产率高。适用：模锻生产广泛应用在机械制造业和国防工业中。模锻按使用的设备不同分为：锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻、胎模锻等。1.锤上模锻设备：蒸汽-空气模锻锤锻模模膛分类模锻模膛：由于金属在此种模膛中发生整体变形，故作用在锻模上的抗力较大。种类：终锻模膛：模锻最后成形用的模膛。锻件冷却时要收缩，终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。飞边槽：在模膛四周，促进金属更好充满模膛，同时容纳多余的金属连皮：模锻不能直接获得通孔，留有一层较薄的金属预锻模膛使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，这样再进行终锻时，金属容易充满终锻模膛。减少了终锻模膛的磨损，延长锻模的使用寿命。预锻模膛与终锻模膛的主要区别：预锻模膛的圆角和斜度较大，没有飞边槽。对于形状简单或批量不够大的模锻件也可以不设预锻模膛。制坯模膛拔长模膛：用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。当模锻件沿轴向横截面积相差较大时，常采用这种模膛进行拔长。拔长模膛分为开式和闭式。滚压模膛：在坯料长度基本不变的前提下用它来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。滚压模膛分为开式和闭式两种：当模锻件沿轴线的横截面积相差不很大或对拔长后的毛坯作修整时，采用开式滚压模膛。当模锻件的截面相差较大时，则应采用闭式滚压模膛。滚压操作时需不断翻转坯料，但不作送进运动。弯曲模膛：对于弯曲的杆类模锻件，需采用弯曲模膛来弯曲坯料。坯料可直接或先经其它制坯工步后放入弯曲模膛进行弯曲变形。切断模膛：它是在上模与下模的角部组成的一对刃口，用来切断金属。单件锻造时，用它从坯料上切下锻件或从锻件上切下钳口；多件锻造时，用它来分离成单个锻件。根据模锻件的复杂程度不同，所需变形的模膛数量不等，可将锻模设计成单膛锻模或多膛锻模。单膛锻模是在一副锻模上只有终锻模膛一个模膛。如齿轮坯模锻件就可将截下的圆柱形坯料，直接放人单膛锻模中一次终锻成形。多膛锻模是在一副锻模上具有两个以上模膛的锻模。如弯曲连杆模锻件的锻模即为多膛锻模。优点：锤上模锻设备投资较少;锻件质量较好;适应性强;可以实现多种变形工步;锻制不同形状的锻件.缺点：锤上模锻震动大、噪声大;完成一个变形工步往往需要经过多次锤击;难以实现机械化和自动化;生产率在模锻中相对较低。2.曲柄压力机上模锻特点：(1)曲柄压力机作用于金属上的变形力是静压力，且变形抗力由机架本身承受，不传给地基。因此曲柄压力机工作时无震动，噪声小。(2)滑块行程固定，每个变形工步在滑块的一次行程中即可完成。(3)曲柄压力机具有良好的导向装置和自动顶件机构，因此锻件的余量、公差和模锻斜度都比锤上模锻的小。(4)曲柄压力机上模锻所用锻模都设计成镶块式模具。（5）坯料表面上的氧化皮不易被清除掉，影响锻件质量。曲柄压力机上也不宜进行拔长和滚压工步。如果是横截面变化较大的长轴类锻件，可采用周期轧制坯料或用辊锻机制坯来代替这两个工步。适用范围：大批量生产中锻制中小型锻件。优点：锻件精度高、生产率高、劳动条件好、节省金属等。缺点：曲柄压力机造价高，其应用受到限制，我国仅有大型工厂使用。3.摩擦螺旋压力机上模锻特点：(1)摩擦压力机的滑块行程不固定，并具有一定的冲击作用，因而可实现轻打、重打，可在一个模膛内对金属进行多次锻击。这不仅能满足实现各种主要成形工序的要求，还可以进行弯曲、压印、热压、精压、切飞边、冲连皮及校正等工序。(2)由于滑块运动速度低，金属变形过程中的再结晶可以充分进行。因而特别适合于锻造低塑性合金钢和非铁金属(如铜合金)等。但也因此其生产率较低。(3)由于滑块打击速度不高，设备本身具有顶料装置，故可以采用整体式锻模，也可以采用特殊结构的组合式模具，使模具设计和制造简化、节约材料、降低成本。同时，可以锻制出形状更为复杂、敷料和模锻斜度都较小的锻件。此外，还可将轴类锻件直立起来进行局部镦粗。(4)摩擦压力机承受偏心载荷的能力差，通常只适用于单膛锻模进行模锻。对于形状复杂的锻件，需要在自由锻设备或其它设备上制坯。优点：结构简单、造价低、投资少、使用及维修方便、基建要求不高、工艺用途广泛等。适用范围：摩擦压力机上模锻适合于中小型锻件的小批或中批量生产，如铆钉、螺钉、螺母、配汽阀、齿轮、三通阀等。我国中小型锻造车间大多拥有这类设备。4.胎模锻定义：在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。特点：胎模锻一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中成形。种类：主要有扣模、筒模、合模（1）扣模扣模用来对坯料进行全部或局部扣形，以生产长杆非回转体锻件。也可以为合模锻造进行制坯。用扣模锻造时，坯料不转动。扣模（2）筒模筒模主要用于锻造齿轮、法兰盘等盘类锻件。组合筒模由于有两个半模(增加一个分模面)的结构，可锻出形状更复杂的胎模锻件，扩大了胎模锻的应用范围。（3）合模合模由上模和下模组成，并有导向结构，可锻造形状复杂、精度较高的非回转体锻件。合模胎模锻特点及适用范围优点：由于胎模结构较简单，可提高锻件的精度，不需昂贵的模锻设备，扩大了自由锻生产的范围。缺点：胎模易损坏，较其它模锻方法生产的锻件精度低，劳动强度大。适用企业：胎模锻只适用于没有模锻设备的中小型工厂中生产中小批量锻件。常用锻造方法比较锻造方法应用范围生产率质量模具特点模具寿命环境自由锻小中大件单件小批低低震动噪声大锤上模锻中小件大批量高中锻模固定模膛复杂造价高中震动噪声大曲柄压力机中小件大批量高高组合模有导柱导套、顶出装置较高较小摩擦压力机小件中批量可精密锻较高较高单膛锻模中较小胎模锻中小件中小批较高中简单、不固定取换方便较低震动噪声大第二节锻造工艺规程的制订制订工艺规程、编写工艺卡片是进行锻造生产必不可少的技术准备工作，是组织生产过程、规定操作规范、控制和检查产品质量的依据。锻造工艺规程主要内容:绘制锻件图坯料重量和尺寸的确定锻造工序(工步)的确定一、绘制锻件图锻件图根据零件图绘制，在零件图的基础上考虑了机械加工余量、锻造公差、余块等之后绘制的图形。1.余块、机械加工余量和锻造公差余块：为了简化零件的形状和结构、便于锻造而增加的一部分金属。如消除零件上的键槽增加的金属。机械加工余量：为了保证机械加工最终获得所需的尺寸而允许保留的多余金属。锻件公差：是锻件名义尺寸的允许变动量。2.分模面分模面是指上下锻模在模锻件上的分界面。选定分模面的原则是：(1)应保证模锻件能从模膛中取出来。一般情况，分模面应选在模锻件的最大截面处。(2)应使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象，及时而方便地调整锻模位置。(3)分模面应选在能使模膛深度最浅的位置上。这样有利于金属充满模膛，便于取件，并有利于锻模的制造。(4)选定的分模面应使零件上所加的余块最少。(5)分模面最好是一个平面，以便于锻模的制造，并防止锻造过程中上下锻模错动。3．模锻斜度为便于从模膛中取出锻件，锻件与模膛侧壁接触部分需带一定斜度。模锻斜度与模膛深度和宽度有关。锤上模锻，模锻斜度一般为5°～15°。内壁斜度比外壁大2°～5°。4．模锻圆角半径模锻圆角：指模锻件中断面形状和平面形状变化部位棱角的圆角和拐角处的圆角。作用：圆角结构可使金属易于充满模膛，避免锻模的尖角处产生裂纹，减缓锻件外尖角处的磨损，从而提高锻模的使用寿命。同时可增大锻件的强度。大小：模锻件外圆角半径(r)取1.5～12mm，内圆角半径(R)比外圆角半径大2～3倍。模膛越深圆角半径的取值就越大。5.连皮厚度当模锻件的孔径大于25mm时，应将该孔形锻出。由于模锻无法锻出通孔，需在孔中留出冲孔连皮，其厚度依孔径而定。当孔径为25～80mm时，冲孔连皮的厚度取4～8mm。齿轮坯的模锻锻件图。分模面选在锻件高度方向的中部。零件的轮辐部分不加工，故不留加工余量。图中内孔中部的两条水平直线为冲孔连皮切除后的痕迹线。二、坯料重量和尺寸的确定坯料重量可按下式计算：G坯料=G锻件+G烧损+G料头式中：G坯料——坯料重量；G锻件——锻件重量；G烧损——加热中坯料表面因氧化而烧损的重量；第一次加热取被加热金属重量的2%～3%；以后各次加热的烧损量取1.5%～2.0%。G料头——锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属的重量。坯料的尺寸根据坯料重量和几何形状确定，还应考虑坯料在锻造中所必须的变形程度，即锻造比的问题：对于以钢锭作为坯料并采用拔长方法锻制的锻件，锻造比一般不小于2.5～3。对性能要求高的锻件，锻造比值还可以大些。如果采用轧材作坯料，则锻造比可取1.3～1.5。三、锻造工序的确定锻造工序都是根据工序特点和锻件类型来确定的。自由锻工序参阅表3—1选定。模锻工步根据模锻件的形状和尺寸确定。模锻件按形状和结构可分为两大类：(1)长轴类模锻件(2)短轴类模锻件(1)长轴类模锻件锻件的长度与宽度之比较大，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等。在锻造过程中，锤击方向垂直于锻件的轴线。终锻时，金属沿高度与宽度方向流动，而沿长度方向没有显著的流动。常选用拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工步。对于小型长轴类锻件，为了减少钳口料和提高生产率，常采用一根棒料同时锻造出几个锻件的方法。因此应增设切断工步，将已锻好的模锻件分离开。有一些模锻件选用周期轧制材料作坯料时，可以省去拔长、滚压等工步，简化模锻过程，并可显著提高生产率。(2)短轴类模锻件在分模面上的投影为圆形或长度接近于宽度或直径的锻件，如齿轮、法兰盘等。在锻造过程中，锤击方向与坯料轴线相同。终锻时金属沿高度、宽度及长度方向均产生流动。常选用镦粗、预锻、终锻等工步。形状简单的短轴类模锻件，可只选用终锻工步成形。形状复杂、有深孔或有高筋结构的模锻件，则应增加镦粗工步。四、锻造工艺规程中的其它内容采用热变形进行锻造时，必须按锻件材质及其合金状态图确定始锻温度和终锻温度。同时还应确定加热规范(如加热速度、保温温度和时间等)和冷却规范(如冷却方式等)。这对高合金钢锻件尤为重要，以防止因热应力引起变形或开裂而报废。无论用哪种方法进行锻造，都必须根据锻件重量、锻造方法等因素，选定相应的设备(如加热设备、锻造设备等)和确定锻后所必须的辅助工序(如校正、切飞边、冲连皮、清理、热处理等)。第三节锻件结构的工艺性设计锻造成形的零件时，除应满足使用性能要求外，还必须考虑锻造工艺的特点，即锻造成形的零件结构要具有良好的工艺性。这样可使锻造成形方便，节约金属，保证质量和提高生产率。一、自由锻件的结构工艺性1.自由锻锻件若有锥体或斜面结构，将使锻造工艺复杂，操作不方便，降低设备的使用效率。2.锻件若由数个简单几何体构成时，几何体间的交接处不应形成空间曲线。采用自由锻方法极难成形，