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5 1鍛造工藝概述 鍛壓 借助外力的作用 使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形 從而獲得具有一定形狀 尺寸和性能的鍛壓件 鍛壓屬于體積成型 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 1 一 鍛造生產(chǎn)的重要性 一 國防工業(yè) 飛機上的鍛壓件重量占85 坦克上的鍛壓件重量占70 大炮 槍支上的大部分零件都是鍛制而成的 二 機床制造工業(yè) 主軸 傳動軸 齒輪和切削刀具等都由鍛件制成的 三 電力工業(yè) 水輪機主軸 透平葉輪 輪子 護環(huán)等均由鍛件制成 四 交通運輸工業(yè) 機床上的鍛壓件重量占60 汽車上的鍛壓件重量占80 輪船上的發(fā)動機曲軸和推力軸由鍛制而成 五 農(nóng)業(yè) 拖拉機 收割機的主要零件也都是鍛制成的 如拖拉機上就有560多種鍛件 六 日常生活用品 錘子 斧頭 小刀 鋼絲鉗等亦均是鍛制而成 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 2 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 3 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 4 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 5 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 6 二 鍛造分類 自由鍛 模鍛 胎模鍛 特種鍛造 按加工方式分 按變形溫度分 熱鍛 溫鍛 冷鍛 根據(jù)工作時所受作用力的來源分 手工鍛造 機器鍛造 除自由鍛外 其它兩種均用到模具 再結(jié)晶溫度室溫 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 7 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 分類 自由鍛 胎模鍛 工藝靈活 工具簡單 鍛件精度差 生產(chǎn)效率低 操作水平要求高 適于單件小批量生產(chǎn) 模鍛 工藝定型 生產(chǎn)效率高 工具復(fù)雜 鍛件精度高 專用設(shè)備多 適于批量生產(chǎn) 特種鍛造 專用設(shè)備 生產(chǎn)效率高 只能生產(chǎn)某一類型產(chǎn)品 適于大批量生產(chǎn) 如熱擠壓 輥鍛 精密鍛造 二 鍛造分類 8 分為手工自由鍛和機器自由鍛 自由鍛 利用沖擊力或壓力使加熱好的金屬在上 下抵鐵之間產(chǎn)生變形 工藝特點 坯料變形時 除與上 下抵鐵或其它輔助工具接觸部分表面外 都是自由表面 變形不受限制 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 9 胎模鍛 第二節(jié)鍛模設(shè)計簡介 在自由鍛備上設(shè)采用活動模具成型鍛件的方法稱為胎模鍛 鍛件尺寸精度高于自由鍛 設(shè)備比模鍛簡單 但人力操作胎模勞動強度大 適應(yīng)于小型鍛件小 中批量生產(chǎn) 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 10 三 鍛造加工特點 優(yōu)點 1 能改善金屬的組織 提高金屬的機械性能 2 提高材料的利用率和經(jīng)濟效益 節(jié)省材料和切削加工工時 3 具有較高的勞動生產(chǎn)率 缺點 1 不能獲得形狀復(fù)雜的鍛件 2 初次投資費用高 設(shè)備 工模具 廠房 3 生產(chǎn)現(xiàn)場勞動條件差 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 11 四 鍛造設(shè)備 5 1鍛造工藝概述 1 自由鍛設(shè)備 鍛錘 空氣錘 蒸汽 空氣鍛錘水壓機 油壓機2 模鍛設(shè)備 錘上模鍛壓力機模鍛摩擦壓力機模鍛 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 12 模鍛設(shè)備 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 13 六 鍛造工藝的主要生產(chǎn)工序 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 1 下料 將原材料切割成所需尺寸的坯料 2 加熱 提高金屬的塑性 降低變形抗力 便于模鍛成形 3 模鍛 得到所需鍛件的形狀和尺寸 4 切邊或沖孔 切去飛邊或沖掉連皮 5 熱校正或熱精壓 使鍛件形狀和尺寸更準(zhǔn)確 6 在砂輪上磨毛刺 切邊所剩下的毛刺 7 熱處理 保證合適的硬度和力學(xué)性能 常用正火和調(diào)質(zhì) 8 清除氧化皮 常用噴砂 噴丸 滾筒拋光 酸洗等方法 9 冷校正和冷精壓 進一步提高鍛件精度 降低表面粗糙度 10 檢查鍛件 14 七 熱鍛原材料及下料方法 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 鍛造用坯料一般為棒 板 管狀的黑色金屬 有色金屬和貴金屬 下料 把型材切割成所需的長度 是自由鍛和模鍛的第一道工序 不同的下料方式 直接影響著鍛件的精度 材料的消耗 模具與設(shè)備的安全以及后續(xù)工序過程的穩(wěn)定 傳統(tǒng)的下料方法的下料品質(zhì)均不太理想 斷口不齊 坯料的長度與品質(zhì)重復(fù)精度低 離子束切割 電火花線切割等新型下料方法 能鋸切很硬的材料 剪切品質(zhì)很好 但成本高 不宜用于大批量生產(chǎn) 金屬帶鋸下料既能得到高的下料精度 又能適應(yīng)大批量生產(chǎn) 15 七 熱鍛原材料及下料方法 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 傳統(tǒng)的下料方式 16 七 熱鍛原材料及下料方法 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 鋸切法 斷面平整 尺寸準(zhǔn)確 但生產(chǎn)效率低 有鋸口損失 且鋸條和鋸盤損耗也比較大 圓盤鋸 d 750mm 最大可達2m弓形鋸 d 100mm 小直徑棒料可成捆鋸斷高速帶鋸 生產(chǎn)效率高 且毛坯形狀規(guī)則 弓形鋸 圓盤鋸 帶鋸機鋸切坯料時消耗鋸縫的質(zhì)量比為 1 56 1 87 1 17 七 熱鍛原材料及下料方法 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 帶鋸鋸切 金屬帶鋸主要由六個部分構(gòu)成 變速機構(gòu)鋸帶張緊裝置無級變速液壓控制系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)鋸刷床身 下圖為GZ4025型臥式帶鋸的外形圖 18 七 熱鍛原材料及下料方法 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 圖2 7GZ4025型臥式帶鋸的外形圖 19 七 熱鍛原材料及下料方法 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 雙金屬鋸帶 目前常用的金屬帶鋸鋸帶以高速鋼為齒部材料 以彈簧鋼為背部材料 通過電子束復(fù)合后開齒而成的雙金屬鋸帶 圖2 8電子束焊接的雙金屬鋸帶 20 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 典型鋸齒形狀如下圖 a a b b c d e 圖2 9典型鋸齒形狀 a 標(biāo)準(zhǔn)齒 b 強力齒 c MG齒 d ACG齒 e 變化齒 21 七 熱鍛原材料及下料方法 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 剪切法 生產(chǎn)率高 操作簡單 切口無金屬損耗 但剪切面不平 略帶歪斜 普遍常用 d 200mm 高碳鋼 合金鋼或斷面尺寸較大的鋼坯需預(yù)熱 一般棒料剪切法有 剪床剪切 沖床剪切 在剪床上剪切的棒料截面尺寸在 15 150 200 mm 22 七 熱鍛原材料及下料方法 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 折斷下料 適用于硬度較高的高碳鋼及高合金鋼 如GCr15 GSiMnMo等軸承鋼 加熱溫度為300 400 砂輪片切割法 無齒鋸 可切割d 40mm以下的任何硬度的金屬毛坯 生產(chǎn)效率高 斷面平整 砂輪損耗大 工作條件差 氣割 主要用于大型鋼坯和鍛件的大斷面切割 斷面厚度可達1500mm以上 陽極切割 被切材料尺寸為30 300mm 23 八 熱前加熱的目的及方法 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 鍛前加熱是溫鍛和熱鍛工藝中重要環(huán)節(jié) 鍛前加熱的目的 提高金屬塑性 降低變形抗力 使坯料易于變形并獲得良好的鍛件 加熱方法 火焰加熱 電加熱和少無氧化加熱 24 2020 1 9 25 八 熱前加熱的目的及方法 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 鍛前加熱是溫鍛和熱鍛工藝中重要環(huán)節(jié) 鍛前加熱的目的 提高金屬塑性 降低變形抗力 使坯料易于變形并獲得良好的鍛件 加熱方法 火焰加熱 電加熱和少無氧化加熱 26 八 熱前加熱的目的及方法 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 1 火焰加熱利用燃料燃燒時所產(chǎn)生的熱量 通過對流 輻射加熱坯料 燃料來源方便 加熱爐修造容易 加熱費低 適應(yīng)性強 缺點 勞動條件差 加熱速度慢 質(zhì)量低 熱效率低 應(yīng)用范圍 大 中 小型坯料 27 八 熱前加熱的目的及方法 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 2 電加熱電加熱是將電能轉(zhuǎn)換為熱能而對金屬坯料進行加熱 特點 加熱速度快 爐溫易控制 加熱質(zhì)量好 氧化皮少 工人勞動條件好 方式 間接電加熱 接觸電加熱 感應(yīng)電加熱 電阻爐加熱 間接電加熱 利用電流通過爐內(nèi)電熱體時產(chǎn)生的熱量 來加熱金屬方式 輻射傳熱特點 熱效率和加熱速度低 對坯料尺寸形狀無要求 28 八 熱前加熱的目的及方法 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 感應(yīng)電加熱 坯料放入通過交變電流的螺旋線圈內(nèi) 利用電磁感應(yīng)發(fā)熱直接加熱 速度快 質(zhì)量好 溫度易控制 燒損少 易實現(xiàn)機械化 適于精密成形的加熱 缺點 投資費用高 加熱的坯料尺寸范圍窄 電能消耗大 圖3 4感應(yīng)電加熱原理圖1 感應(yīng)器2 坯料3 電源 29 八 熱前加熱的目的及方法 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 接觸電加熱 接觸電加熱的加熱原理 以低電壓 一般為2 15V 大電流直接通過金屬坯料 由坯料自身電阻在通過電流時產(chǎn)生的熱量加熱金屬坯料 原理如圖3 3 接觸電加熱的優(yōu)點 速度快 燒損少 加熱范圍不受限制 熱效率高 耗電少 成本低 設(shè)備簡單 操作方便 使用于長坯料的整體或局部加熱的優(yōu)點 接觸電加熱的缺點 對坯料的表面粗糙度和形狀尺寸要求嚴(yán)格 加熱溫度的測量和控制也比較困難 圖3 3接觸電加熱原理圖1 變壓器2 坯料3 觸頭 30 八 熱前加熱的目的及方法 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 3 少 無氧化加熱減少金屬的氧化燒損 使燒損量小于5 和脫碳 限制氧化皮厚度在0 05 0 06mm以下 提高加熱質(zhì)量 提高鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量 提高模具壽命 快速加熱 少無氧化火焰加熱和介質(zhì)保護加熱 31 九 熱鍛溫度范圍的確定 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 32 九 熱鍛溫度范圍的確定 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 33 九 熱鍛溫度范圍的確定 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 鍛造溫度范圍是指 開始鍛造溫度 始鍛溫度 和結(jié)束鍛造溫度 終鍛溫度 之間的一段溫度區(qū)間 確定原則 保證金屬有良好的可鍛性保證金屬有良好的組織性能鍛造溫度范圍應(yīng)盡量寬 34 九 熱鍛溫度范圍的確定 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 方法 工程上可查表制表根據(jù) 以合金相圖為基礎(chǔ) 參照塑性圖 抗力圖及再結(jié)晶圖 從金屬塑性 變形抗力和鍛件的組織性能三個方面綜合分析 確定合理的鍛造范圍 35 九 熱鍛溫度范圍的確定 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 1 始鍛溫度鍛前允許加熱的最高溫度確定原則 希望盡可能高一些 但以不產(chǎn)生過燒為限 理論上講過燒溫度就是固相線的溫度 但為保險起見取得低于固相線溫度150 250 一般范圍 結(jié)構(gòu)鋼始鍛溫度 1200 1250工具鋼1100 1150含碳量越高 溫度越低 36 九 熱鍛溫度范圍的確定 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 2 終鍛溫度終鍛溫度即是仃止鍛造的溫度確定原則 希望低一些好 但以不鍛裂和能得到所要求的金相組織為前提 碳鋼的終鍛溫度約在鐵 碳相圖 1線以上20 80碳鋼 終鍛溫度 750 800合金鋼 終鍛溫度 800 900 37 十 金屬加熱規(guī)范 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 主要包括 加熱溫度 加熱速度 時間 裝爐方式以及加熱注意的事項 制訂原則 金屬不過燒 過熱 不產(chǎn)生裂紋 溫度均勻氧化脫碳少而且加熱時間應(yīng)短和節(jié)約能源 具體表示方式 用加熱曲線 38 十 金屬加熱規(guī)范 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 1 裝料爐溫在低溫段 要特別小心 2 加熱速度 在11階段升溫要慢 受金屬的允許加熱速度限制3 均熱保溫時間均熱保溫以防止組織應(yīng)力裂紋均熱保溫時間 可查手冊4 加熱時間是指坯料裝爐后從開始加熱到出爐所需要的時間 包括加熱各階段的升溫時間和保溫時間 39 十 金屬加熱規(guī)范 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 有色金屬的加熱時間預(yù)熱 1mm min高溫段 0 5 min 鋼材 中小鋼坯 D h 鋼料化學(xué)成分系數(shù) h cm D 坯料直經(jīng)cm碳素結(jié)構(gòu)鋼 0 1 0 15合金結(jié)構(gòu)鋼 0 15 0 2工具鋼和高合金鋼 0 3 0 4 鋼錠的加熱時間 KD D h K 裝爐方式系數(shù) 40 十 金屬加熱規(guī)范 5 1鍛造工藝概述 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 5 加熱方法 直接高溫裝爐對于截面尺寸較小的結(jié)構(gòu)鋼鋼材 80 350mm 因材料塑性較好 內(nèi)應(yīng)力影響不大 可直接高溫裝爐 加熱分段進行對于鋼錠或截面尺寸大的鋼材 合金成分較高塑性較低的各種尺寸的鋼材 加熱應(yīng)分段進行 低溫時 用較慢的加熱速度高溫時 可用較快的加熱速度 對于高速鋼難鍛的鋼材 應(yīng)該慢加熱 慢冷卻 6 裝爐方式 41 空氣錘 第五章鍛造工藝與模具設(shè)計 42 模鍛錘 可以鐓粗 拔長 滾擠 彎曲 成