锻造知识

龙迪

锻造知识

一、锻造基础知识
1. 锻压是锻造和冲压的合称，是利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的制件的成形加工方法。
2. 当温度超过300-400 ℃ （钢的蓝脆区），达到700-800 ℃ 时，变形阻力将急剧减小，变形能也得到很大改善。根据在不同的温度区域进行的锻造，针对锻件质量和锻造工艺要求的不同，可分为冷锻、温锻、热锻三个成型温度区域。原本这种温度区域的划分并无严格的界限，一般地讲，在有再结晶的温度区域的锻造叫热锻，不加热在室温下的锻造叫冷锻。
& a1 L5 G- b8 `$ ?. i4 }3. 锻模寿命（热锻2-5 千个，温锻1-2 万个，冷锻2-5 万个）
4. 在低温锻造时，锻件的尺寸变化很小。在700 ℃ 以下锻造，氧化皮形成少，而且表面无脱碳现象。因此，只要变形能在成形能范围内，冷锻容易得到很好的尺寸精度和表面光洁度。只要控制好温度和润滑冷却，700 ℃ 以下的温锻也可以获得很好的精度。热锻时，由于变形能和变形阻力都很小，可以锻造形状复杂的大锻件。要得到高尺寸精度的锻件，可在900-1000 ℃ 温度域内用热锻加工
/ S8 Z# x h0 ~: L, |/ x# A! l1 m5. 坯料在冷锻时要产生变形和加工硬化，使锻模承受高的荷载，因此，需要使用高强度的锻模和采用防止磨损和粘结的硬质润滑膜处理方法
" ^' u- M# [0 `$ q6. 一般说来，铸件的力学性能低于同材质的锻件力学性能。此外，锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，
使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命。
1 n. J6 Y8 u, l* H& F7. 计算锻造难度系数:K= 锻件体积/ 最大包容体积( 矩形); 若K>6, 则锻件属于易锻产品, 若K<3, 则属于难锻产品.( 当然具体情况具体对待).
8. 根据坯料的移动方式，锻造可分为自由锻、镦粗、挤压、模锻、闭式模锻、闭式镦锻。闭式模锻和闭式镦锻由于没有飞边，材料的利用率就高。用一道工序或几道工序就可能完成复杂锻件的精加工。由于没有飞边，锻件的受力面积就减少，所需要的荷载也减少。但是，应注意不能使坯料完全受到限制，为此要严格控制坯料的体积，控制锻模的相对位置和对锻件进行测量，努力减少锻模的磨损。
* n2 e( T8 u {+ a9. 根据锻模的运动方式，锻造又可分为摆辗、摆旋锻、辊锻、楔横轧、辗环和斜轧等方式。摆辗、摆旋锻和辗环也可用精锻加工。为了提高材料的利用率，辊锻和横轧可用作细长材料的前道工序加工。与自由锻一样的旋转锻造也是局部成形的，它的优点是与锻件尺寸相比，锻造力较小情况下也可实现形成。包括自由锻在内的这种锻造方式，加工时材料从模具面附近向自由表面扩展，因此，很难保证精度，所以，将锻模的运动方向和旋锻工序用计算机控制，就可用较低的锻造力获得形状复杂、精度高的产品。例如生产品种多、尺寸大的汽轮机叶片等锻件。
3 {; g" V1 `" J: M* |10. 锻造设备的模具运动与自由度是不一致的，根据下死点变形限制特点，锻造设备可分为下述四种形式：
" f) q" {+ {4 j% p· 限制锻造力形式：油压直接驱动滑块的油压机。
· 准冲程限制方式：油压驱动曲柄连杆机构的油压机。
· 冲程限制方式：曲柄、连杆和楔机构驱动滑块的机械式压力机。
% F& o3 ?! v4 c· 能量限制方式：利用螺旋机构的螺旋和磨擦压力机。
11. 锻压的生产过程包括成形前的锻坯下料、锻坯加热和预处理；成形后工件的热处理、清理、校正和检验
12. 未来锻压工艺将向提高锻压件的内在质量、发展精密锻造和精密冲压技术、研制生产率和自动化程度更高的锻压设备和锻压生产线、发展柔性锻压成形系统、发展新型锻压材料和锻压加工方法等方面发展。
1 X- s0 x3 U; ?6 s# I 提高锻压件的内在质量，主要是提高它们的机械性能( 强度、塑性、韧性、疲劳强度) 和可靠度。这需要更好地应用金属塑性变形理论；应用内在质量更好的材料；正确进行锻前加热和锻造热处理；更严格和更广泛地对锻压件进行无损探伤。
|$ E" j) M) ^% m 少、无切削加工是机械工业提高材料利用率、提高劳动生产率和降低能源消耗的最重要的措施和方向。锻坯少、无氧化加热，以及高硬、耐磨、长寿模具材料和表面处理方法的发展，将有利于精密锻造、精密冲压的扩大应用。

二、锻压设备知识
) b6 m2 a1 z# @5 N 锻压机械是指在锻压加工中用于成形和分离的机械设备。锻压机械包括成形用的锻锤、机械压力机、液压机、螺旋压力机和平锻机，以及开卷机、矫正机、剪切机、锻造操作机等辅助机械。
锻压机械主要用于金属成形，所以又称为金属成形机床。锻压机械是通过对金属施加压力使之成形的，力大是其基本特点，故多为重型设备，设备上多设有安全防护装置，以保障设备和人身安全。
C. o& P" o4 O% y 人们为了制造工具，最初是用人力、畜力转动轮子来举起重锤锻打工件的，这是最古老的锻压机械。14 世纪出现了水力落锤。15 ～16 世纪航海业蓬勃发展，为了锻造铁锚等，出现了水力驱动的杠杆锤。18 世纪出现了蒸汽机和火车，因而需要更大的锻件。
( N9 D+ P4 D* R0 z9 T7 h1842 年，英国工程师内史密斯创制第一台蒸汽锤，开始了蒸汽动力锻压机械的时代。1795 年, 英国的布拉默发明水压机，但直到19 世纪中叶，由于大锻件的需要才应用于锻造。
7 C3 {- p+ ?# [+ c5 t* N 随着电动机的发明，十九世纪末出现了以电为动力的机械压力机和空气锤，并获得迅速发展。第二次世界大战以来，七十五万千牛的模锻水压机、一千五百千焦的对击锤、六万千牛的板料冲压压力机、十六万千牛的热模锻压力机等重型锻压机械，和一些自动冷镦机相继问世，形成了门类齐全的锻压机械体系。
二十世纪60 年代以后，锻压机械改变了从19 世纪开始的，向重型和大型方向发展的趋势，转而向高速、高效、自动、精密、专用、多品种生产等方向发展。于是出现了每分种行程2000 次的高速压力机、六万千牛的三坐标多工位压力机、两万五千千牛的精密冲裁压力机、能冷镦直径为48 毫米 钢材的多工位自动冷镦机和多种自动机，自动生产线等。各种机械控制的、数字控制的和计算机控制的自动锻压机械以及与之配套的操作机、机械手和工业机器人也相继研制成功。现代化的锻压机械可生产精确制品，有良好的劳动条件，环境污染很小。
# e, `5 Q2 J$ U6 L 锻压机械主要包括各种锻锤、各种压力机和其他辅助机械。
锻锤是由重锤落下或强迫高速运动产生的动能，对坯料做功，使之塑性变形的机械。锻锤是最常见、历史最悠久的锻压机械。它结构简单、工作灵活、使用面广、易于维修，适用于自由锻和模锻。但震动较大，较难实现自动化生产。
3 p' U0 M. }: ]5 o5 I6 K+ [3 p 机械压力机是用曲柄连杆或肘杆机构、凸轮机构、螺杆机构传动，工作平稳、工作精度高、操作条件好、生产率高，易于实现机械化、自动化，适于在自动线上工作。机械压力机在数量上居各类锻压机械之首。
, p! x5 \& a# I# `$ k9 K 冷镦机等各种线材成形自动机、平锻机、螺旋压力机、径向锻造机、大多数弯曲机、矫正机和剪切机等，也具有与机械压力机相似的传动机构，可以说是机械压力机的派生系列。
液压机是以高压液体( 油、乳化液等) 传送工作压力的锻压机械。液压机的行程是可变的，能够在任意位置发出最大的工作力。液压机工作平稳，没有震动，容易达到较大的锻造深度，最适合于大锻件的锻造和大规格板料的拉深、打包和压块等工作。液压机主要包括水压机和油压机。某些弯曲、矫正、剪切机械也属于液压机一类。
旋转锻压机是锻造与轧制相结合的锻压机械。在旋转锻压机上，变形过程是由局部变形逐渐扩展而完成的，所以变形抗力小、机器质量小、工作平稳、无震动，易实现自动化生产。辊锻机、成形轧制机、卷板机、多辊矫直机、辗扩机、旋压机等都属于旋转锻压机

& B& H2 f$ q2 y0 m三、锻坯下料
在锻造前把棒料切成所需长度的工序。下料方法主要有切削下料和锻压设备下料两种。
切削下料
用锯片﹑锯条﹑锯带﹑薄片砂轮和车刀切断锻坯。切削下料端面平整﹐但切口损耗材料﹐生產率低﹐多用於品种多﹑批量较小或对切口质量要求高的锻坯。
锻压设备下料
有剪切﹑摺断﹑加热后用剁刀切等方法。剪切下料刀口形状和棒料截面相似。小尺寸的棒料多用冷剪。对有些合金钢和尺寸较大的碳钢棒料﹐为防止断口產生裂纹﹐还须加热到350～550℃剪切。如果用多工位热锻自动机﹐也可在锻造温度下热切。剪切下料效率高﹐适用於大批生產﹐切口没有材料损耗﹐但剪切端面质量较差。採用精密剪切工艺和设备﹐可以改善剪切端面的平整度和减小下料的重量误差。提高剪切精度的办法因材料而异。主要方法有把棒料置於夹紧状态下剪切和高速剪切。剪切后的端面和轴线的不垂直度可小於1°﹐重量误差在0.5～1％以内。
摺断下料是在棒料需摺断处先锯切或气割出一小缺口﹐然后将棒料两端垫起使缺口悬空﹐在缺口背面施加压力﹐将棒料摺断。这种方法适用於摺断塑性较差的钢材
下料设备
2 m3 ]- k# e9 x+ @# `8 l [' L用於下料的锻压设备主要是剪断机，也可用机械压力机和螺旋压力机下料。中国生產的16000千牛棒料剪断机﹐可剪直径230毫米的碳钢棒料。
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四、坯料加热
4 O5 F+ P8 S8 }" L! U4 U 热态锻造前的重要工序。金属加热到一定温度后塑性提高﹐变性抗力减小，金属随著温度提高而强度降低。
# P; L( y5 B& Y0 |' a 加热温度
锻坯一般加热到金属的允许始锻温度。为保证裡外温度均匀﹐锻坯表面加热到所需温度后还应保温一定时间。保温时间与金属的导热係数﹑锻坯的截面尺寸和在炉内的放置状态有关。冷坯料加热的昇温速度不宜太高﹐以防止表层与心部之间出现过大的温差和在心部出现大的热应力。心部热应力容易引起裂纹。常用的测温仪錶有测炉温的热电偶﹐测金属表面温度的光学高温计。
/ \7 z6 o4 u4 w6 G$ k 加热方法
5 X% M, d, h0 Y: i 古代锻造是用明火直接加热锻坯。现代锻坯加热使用各种燃煤﹑燃油﹑燃气和电热式的工业炉﹐包括间歇式的室式炉﹑台车式炉﹑电阻炉﹑感应炉和连续式炉。感应炉具有加热速度快﹑温度均匀﹑佔地小﹑便於自动控制等优点﹐已广泛应用於中﹑小模锻件生產线中。锻坯加热消耗大量能源﹐因此必须提高工业炉的热效率﹐改进加热的管理和操作。
在高温下﹐钢中的铁与炉气中的氧化合﹐形成FeO ﹑Fe3O4 ﹑Fe2O3 等氧化物﹐称为氧化皮。氧化皮的產生会增加金属的耗损。一般间歇式火焰加热炉的氧化烧损率为2 ～3 ％﹐感应加热小於0.5 ％。此外﹐氧化皮还会加剧模具的磨损﹐降低锻件精度和导致表面粗糙﹐从而加大机械加工的加工餘量﹐增加了材料消耗。氧化皮还阻碍热的传导﹐延长加热时间﹐影响炉底寿命和工业炉的机械化作业。氧化除產生氧化皮外﹐还会减少钢的表层碳含量﹐形成脱碳层﹐降低锻件表层的硬度和强度。氧化皮的產生更不利於精密锻造。为避免或减少氧化引起的各种问题和损失﹐20 世纪以来人们对锻坯少无氧化加热作了许多研究﹐研究成果已用於工业生產。

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东方润

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齿轮之狐

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山姆sz

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