工藝技術_自由鍛造工藝課件

第三講自由鍛造工藝第一節(jié)概述第二節(jié)自由鍛工序及鍛件分類第三節(jié)自由鍛基本工序分析第四節(jié)自由鍛工藝規(guī)程的制定第五節(jié)胎模鍛 第一節(jié)概述一 自由鍛概念只采用通用工具或直接在鍛造設備的上 下砥鐵間使坯料自由變形 獲得鍛件毛坯的塑性成形方法稱為自由鍛 二 自由鍛分類1手工自由鍛生產中小型鍛件2機器自由鍛包括鍛錘自由鍛和水壓機自由鍛 用于大型或較大型的鍛件生產 三 自由鍛用材軋材 中小型鍛件 或鋼錠 大型鍛件 四 自由鍛特點優(yōu)點 工具簡單 通用性強 工藝靈活 生產準備周期短 缺點 鍛件的精度較低 加工余量大 勞動強度大 生產率低 五 自由鍛的應用自由鍛主要應用于單件 小批量生產 修配以及大型鍛件的生產和新產品的試制 模鍛件的制坯等方面 是特大型鍛件的唯一生產方法 六 自由鍛造的主要設備1 鍛錘 空氣錘 蒸汽 空氣錘 鍛錘是以沖擊力使坯料變形的 設備規(guī)格以落下部分的重量來表示 空氣錘的噸位較小 只有0 5 10kN 用于鍛100kg以下的鍛件 蒸汽 空氣錘的噸位較大 可達10 50KN 可鍛1500kg以下的鍛件 2 液壓機 油壓機 水壓機液壓機是以液體產生的靜壓力使坯料變形的 設備規(guī)格以最大壓力來表示 水壓機的壓力大 可達5000 15000kN 是鍛造大型鍛件的主要設備 空氣錘 單柱蒸汽 空氣錘 雙柱蒸汽 空氣錘 10T橋式電液錘 10T電液錘 15T操作機械手 8000噸自由鍛油壓機 能生產最大鍛件為600噸 主要用于核電筒體 反應器筒節(jié) 封頭板 大型軋輥等鍛件 高達25米 重4000多噸的 新一代鋼鐵巨人 超級大力士 全球只有3臺 噸自由鍛水壓機 晚香玉 第二節(jié)自由鍛工序及鍛件分類 一 自由鍛工序 鍛造工序鍛造過程中直接改變坯料形狀和尺寸的工藝過程 自由鍛的工序分為 基本工序 輔助工序 精整工序 自由鍛件的成形都是這三類工序的組合 1基本工序使坯料實現主要的變形要求 達到或基本達到鍛件所需要形狀和尺寸的工序 主要有 鐓粗 拔長 沖孔 彎曲 扭轉 錯移 切割 2輔助工序基本工序之前的預變形工序 主要有 壓鉗口 倒棱 壓肩等3精整工序在完成基本工序之后 用以提高鍛件尺寸及位置精度的工序 輔助工序 彎曲校正 鼓形滾圓 端面平整 修整工序 二 自由鍛件分類 餅塊類 空心類 軸桿類 曲軸類 彎曲類 復雜形狀類 1餅塊類鍛件 外形橫向尺寸大于高度尺寸 或兩者相近 如圓盤 葉輪 齒輪 模塊 錘頭等 鍛造基本工序 鐓粗 例 齒輪的鍛造過程 2空心類鍛件 這類鍛件有中心通孔 一般為圓周等壁厚鍛件 軸向可有階梯變化 如各種圓環(huán) 齒圈 軸承環(huán) 各種圓筒 空心軸等 鍛造基本工序 鐓粗 沖孔 擴孔或芯軸拔長 例 圓環(huán)及圓筒的鍛造工藝過程 3軸桿類鍛件 這類鍛件為實心軸桿 軸向尺寸遠遠大于橫截面尺寸 可以是直軸或階梯軸 如傳動軸 軋輥 立柱 拉桿等 也可以是矩形 方形 工字形或其他形狀截面的桿件如連桿 搖桿 杠桿 推桿 鍛造基本工序 拔長 或鐓粗 拔長 例 傳動軸的鍛造過程 4曲軸類鍛件 這類鍛件為實心長軸 鍛件不僅沿軸線有截面形狀和面積的變化 而且軸線有多方向彎曲 包括各種形式的曲軸 鍛造基本工序 拔長 錯移 扭轉 例 三拐曲軸鍛造過程 5彎曲類鍛件 這類鍛件具有彎曲的軸線 一般為一處彎曲或多處彎曲 沿彎曲軸線 截面可以是等截面 也可以是變截面 彎曲可以是對稱和非對稱彎曲 基本鍛造工序 拔長 彎曲 例 卡瓦的鍛造過程 非洲菊 自由鍛實例圓軸鍛件鍛造 盤套鍛件鍛造 叉桿鍛件鍛造 大型鍛件鍛造 全纖維自由鍛造 42 第三節(jié)自由鍛基本工序分析 一 鐓粗使坯料整體或一部分高度減小截面積增大的工序鍛造比為 Y鐓 H0 H鐓粗比為 H0 D0 1鐓粗的作用a獲得橫截面較大而高度較小的鍛件 餅塊件 b用作沖孔前的準備工序 增大坯料的橫截面積以便于沖孔 c 反復鐓拔法 鐓粗與拔長相結合 可提高鍛造比 同時擊碎合金工具鋼中的塊狀碳化物 并使其分布均勻以提高鍛件的使用性能 d提高鍛件的橫向力學性能以減小力學性能的異向性 2鐓粗主要方法完全鐓粗 局部鐓粗和墊環(huán)鐓粗 3鐓粗的變形流動特點 針對圓截面坯料平砧鐓粗討論 特點 金屬變形不均勻影響變形不均勻的因素 摩擦力 坯料尺寸1 摩擦力的影響 根據鐓粗后網格的變形程度分為三個變形區(qū)區(qū)域 難變形區(qū) 區(qū)域 大變形區(qū) 區(qū)域 小變形區(qū) 變形程度介于 與 之間 平砧鐓粗變形與應力狀態(tài)分析 平砧鐓粗 2 坯料尺寸的影響 不同高徑比坯料鐓粗時鼓型情況與變形分布 難變形區(qū) 大變形區(qū) 小變形區(qū) 均勻變形 4鐓粗的質量問題及控制質量問題 側表面產生縱向或45 裂紋 側表面出現鼓形 上下端存留鑄態(tài)組織 高坯料鐓粗易失穩(wěn)彎曲 質量控制措施 a采用潤滑 預熱工具b用側凹形毛坯鐓粗c使用軟金屬墊鐓粗d疊料鐓粗 套環(huán)內鐓粗f反復鐓粗拔長工藝h采用合適的鍛造比及鍛造力 28 側凹鐓粗 在側凹面上產生徑向壓應力分量 可以避免側表面縱向開裂 并減小鼓型 套環(huán)內鐓粗 疊料鐓 二 拔長 1概述2矩形截面坯料拔長3圓形截面坯料的拔長4空心件拔長5拔長的操作要點 1概述a定義使坯料橫截面減小而長度增加的鍛造基本工序 拔長時的鍛造比 Y拔 F0 Fb 拔長變形實質一系列鐓粗工序的疊加組合 但受兩端 剛端 的影響 不是鐓粗的簡單疊加 c拔長的作用 由橫截面積較大的坯料得到橫截面積較小而軸向較長的軸類鍛件 作為輔助工序進行局部變形 反復鐓拔 工序 d拔長的類型按砧鐵類型分為 平砧鐵間拔長 型砧拔長 芯軸拔長按坯料截面形狀分為 矩形截面坯料拔長 圓截面坯料拔長 29 目錄 平砧拔長 30 目錄 2矩形截面毛坯拔長 1 所用砧鐵類型 平砧2 變形參數設拔長前變形區(qū)的長 寬 高分別為l0 b0 h0 拔長后變形區(qū)的長 寬 高分別為l b h 則 L0稱為送進量l0 h0稱為相對送進量 h h0 h稱為壓下量 b b b0稱為展寬量 l l l0稱為拔長量 a送進量采用小的送進量拔長可使軸向變形量增大而橫向變形量減小 有利于提高拔長效率 但送進量不能太小 否則會增加壓下次數 反而降低拔長效率 另外還會造成表面缺陷 一般取 相對送進量為 l0 h0 0 5 0 8絕對送進量為 l0 0 4 0 8 B 3 影響矩形截面坯料拔長效率的因素 送進量大 變形出現單鼓形 截面的中心變形大 能鍛透 但側面和棱腳部位出現拉應力 可能產生拉裂缺陷 送進量小 變形出現雙鼓形 截面的上下變形大 中心部位小 中心出現拉應力 產生中心拉裂缺陷 b 壓下量 h h大 可提高拔長效率 同時可強化心部變形 有利于鍛合內部缺陷 在材料塑性允許的前提下 盡量提高 4 矩形截面拔長的缺陷及防止方法 a表面橫向裂紋與角裂 產生原因 鍛造低塑性材料時 當送進量過大 同時壓縮量過大所引起的 角部溫度散失快 產生熱應力 防止方法 控制送進量 一次壓下量 及時倒角 b表面折疊 表面橫向折疊 表面縱向折疊 C內部橫向裂紋 產生原因相對送進量太小 拔長變形區(qū)出現雙鼓形 軸心部位受到軸向拉應力的作用 導致中心裂紋 防止方法適當增加送進量 控制一次壓下量 d對角線裂紋 對角線裂紋與坯料的變形情況 a b 產生場合 拔長塑性較差的材料 或溫度降到終鍛溫度以下的方截面坯料時 裂紋可以是內部的 也可能是從端部開始 然后沿軸向向坯料內部發(fā)展的 產生原因 鍛造溫度下反復翻轉拔長時 金屬沿對角線流動 因剪應力引起對角線處局部金屬過熱 過燒 致對角線金屬強度降低而開裂 低溫下反復翻轉拔長時 對角線附近金屬相對流動過于劇烈 產生嚴重的加工硬化現象 產生對角線裂紋 防止方法 控制鍛造溫度 送進量 減小一次變形量 避免反復在同一部位連續(xù)翻轉鍛打 改變四方截面壓縮成六方截面壓縮 e端面縮口因拔長時首次送進量太小產生的 拔長和側面修直時坯料端面縮口 a拔長 b側面修直 3圓形截面毛坯拔長 1 在平砧上拔長特點 拔長效率低若壓下量小時易在鍛件內形成縱向裂紋解決方法 a先將圓截面毛坯壓成矩形斷面 后拔長 再壓成八角形 最后鍛圓 b用型砧拔長 平砧拔長圓截面毛坯時的截面變化過程 2 型砧 或摔子 內拔長圓截面坯料特點 拔長效率高 與平砧比可提高拔長效率20 40 可防止縱向裂紋產生 4空心件拔長減小空心坯料外徑而增加長度的鍛造工序 用以鍛造各種長筒鍛件 心軸拔長1坯料2鍛件3心軸4砧子 5拔長的操作要點 坯料在平砥鐵上拔長時應反復作90o翻轉 圓軸應逐步成形 最后摔圓 應選用適當的送進量 以提高拔長效率 一般取l0 0 4 0 8 B 拔長后的寬高比b h 2 5 以免翻轉90o后再拔長時彎折 33 翻轉法拔長 圓軸逐步拔長法 翻轉法拔長 三 沖孔采用沖子將坯料沖出透孔或不透孔的鍛造工序 1沖孔的應用1 鍛件帶有直徑大于30mm以上的盲孔或通孔 2 需要擴孔的環(huán)形鍛件預沖孔 3 需要拔長的空心件預沖孔 2沖孔的方法實心沖子沖孔 空心沖子沖孔 墊環(huán)上沖孔 實心沖子沖孔 空心沖子沖孔 在墊環(huán)上沖孔 沖孔方法 34 當D0 d 2 3時 拉縮嚴重 外徑明顯增大 當D0 d 3 5時 幾乎無拉縮 外徑有所增大 當D0 d 5時 多余金屬擠向端面形成凸臺 3沖孔件的形狀與坯料直徑D0 孔徑d的關系 沖孔時坯料形狀的變化 四擴孔減小空心坯料壁厚而增加其內外徑的鍛造工序 用以鍛造各種圓環(huán)鍛件 沖子擴孔 芯軸擴孔 輾壓擴孔 五彎曲將毛坯彎成所需形狀的工序 彎曲時坯料的形狀變化 六扭轉將毛坯一部分相對于另一部分繞其軸線旋轉一定角度的工序 七錯移將坯料的一部分相對另一部分相互平行錯移的鍛造工序 用以鍛造曲軸類鍛件 錯移前坯料需要壓肩 錯移a 在一個平面內的錯移b 在兩個平面內的錯移 八切割將毛坯一部分或幾部分切掉以獲得所需形狀的鍛件的工序 第四節(jié)自由鍛工藝規(guī)程的制定 一 概述二 自由鍛件的結構工藝性三 自由鍛工藝規(guī)程的制定 一 概述1工藝規(guī)程 定義規(guī)定產品或零件制造工藝過程和操作方法的工藝文件 主要形式有 工藝過程卡工藝卡工序卡 工藝規(guī)程的作用指導生產生產準備工作的依據新廠 車間 擴建的依據 制定原則保證產品質量提高勞動生產率 降低成本降低勞動強度 保證生產安全 必備原始資料零件圖產品驗收質量標準年生產綱領 產量 制造廠的生產條件 設備 工裝 技術水平等設計手冊及有關標準國內外有關制造技術資料 2自由鍛工藝規(guī)程制定的內容鍛件的結構工藝性分析繪鍛件圖確定坯料的質量及尺寸制定變形工藝和確定鍛造比選鍛造設備確定鍛造溫度范圍 制定坯料加熱及冷卻規(guī)范制定熱處理規(guī)范技術條件及檢驗要求填寫工藝規(guī)程卡片 二 自由鍛件的結構工藝性 1零件的結構工藝性概念指所設計的零件在能滿足使用要求的前提下制造的可行性和經濟性 即零件制造的難易程度 它包括零件的各個制造過程中的工藝性 有零件結構的鑄造 鍛造 沖壓 焊接 熱處理 切削加工等工藝性 由此可見 零件結構工藝性涉及面很廣 具有綜合性 必須全面綜合地分析 2學習零件結構工藝性的目的a了解零件結構工藝性對制造影晌很大 設計零件結構時要充分予以考慮 b碰到結構工藝性不好時會做一般處理 與設計者協(xié)商修改原設計 不能修改時會在工藝上想辦法 例 切削加工零件的結構工藝性 例 鑄件外形的結構工藝性 例 鑄件內腔的結構工藝性 3自由鍛件的結構工藝性 軸類鍛件結構 自由鍛件不能設計斜面 桿類鍛件結構 自由鍛件不能設計成曲面相交 盤類鍛件結構 自由鍛件不能設計加強筋 凸臺 采用緞焊結合或鍛機械連接 復雜鍛件 三 自由鍛工藝規(guī)程的制定 43 表2典型鍛件的自由鍛工藝示例 目錄 44 續(xù)表 目錄 45 典型鍛件的自由鍛工藝示例 續(xù) 續(xù)表 目錄 齒輪坯鍛造工藝卡 齒輪坯鍛造工藝卡 序號 五 制定自由鍛工藝規(guī)程卡 續(xù)表 齒輪坯鍛造工藝卡 序號 第五節(jié)胎模鍛胎模鍛是在自由鍛設備上使用可移動的簡單模具生產鍛件的一種鍛造方法 胎模鍛造一般先采用自由鍛制坯 然后在胎模中終鍛成形 鍛件的形狀和尺寸主要靠胎模的型槽來保證 胎模不固定在設備上 鍛造時用工具夾持著進行鍛打 與自由鍛相比 胎模鍛生產效率高 鍛件加工余量少 精度