鍛壓工藝學(xué)-鍛造-自由鍛造.ppt

1、鍛前加熱 鍛造溫度：始鍛溫度和終鍛溫度間的溫度間隔。 要求： 始鍛溫度：主要受過熱、過燒的限制。 終鍛溫度：鍛造結(jié)束之前金屬還具有足夠的塑性 注意的問題：,亞共析鋼：應(yīng)在A3以上1550C左右鍛造 。 低碳鋼(C0.3)：GS線(A3)以下的兩相區(qū)(+)也有足夠的塑性，因此終鍛溫度可在GS線以下。 過共析鋼：高于A1(SE線) 50100C以上。,自由鍛造 概述 自由鍛造：只用簡單的通用工具，或在鍛 造設(shè)備的上、下砧間直接對坯料施加外 力，使坯料產(chǎn)生變形而獲得所需幾何形狀 及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件的加工方法。 手工鍛造 ： 錘上自由鍛造 ：生產(chǎn)中、小型自由鍛件。 液壓機上自由鍛造 ：生產(chǎn)大型自由鍛件。

2、,第一章 錘上自由鍛造 第一節(jié) 自由鍛造的基本工序 自由鍛造的基本工序有鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、 扭轉(zhuǎn)、切割和鍛焊。 一、鐓粗 鐓粗： 局部鐓粗： 用途：由橫斷面積較小的毛坯得到橫斷面積較大 而高度較小的鍛件；沖孔前增大毛坯橫斷面積和 平整毛坯端面；提高鍛件的力學(xué)性能和減少力學(xué) 性能的異向性；破碎合金工具鋼中的碳化物，并 使其均勻分布。,平砧鐓粗工藝參數(shù)： 壓下量H、相對變形H、對數(shù)變形H、前后的 高度之比KH。 或 式中 H0、H鐓粗前、后坯料的高度；H坯 料高度方向的對數(shù)變形 ， ；H坯料 高度方向的相對變形， 。,圖1-1 平砧鐓粗,圖1-2 平砧鐓粗時坯料子午面的網(wǎng)格變化,圖l3 鐓粗

3、時變形程度沿軸向和徑 向的分布 h高度方向變形程度,第I區(qū)：困難變形區(qū)。 原因： （1）；（2）。 后果：鑄態(tài)組織不易破碎和再結(jié)晶的結(jié)果，仍保留粗大的鑄態(tài)組織。,第區(qū)變形程度最大 ，溫度最高。 組織狀態(tài)：鑄態(tài)組織被破碎和再結(jié)晶，形成細小晶粒的鍛態(tài)組織，錠料中部的原有孔隙也被焊合了。 第區(qū)變形程度居中 。 易產(chǎn)生的缺陷及原因：,短毛坯（H/D0.5)鐓粗 ： 較高的毛坯(H/D3)鐓粗：常常先要產(chǎn)生雙鼓形。,毛坯更高(H/D3)：易失穩(wěn)而彎曲。,鐓粗時的注意事項： 1)為防止縱向彎曲，毛坯高度與直徑之比 應(yīng)在一定范圍。 鐓粗前毛坯端面應(yīng)平整，并與軸心線垂 直。 鐓粗前毛坯加熱溫度應(yīng)均勻。 2)注

4、意每次的壓縮量及終鍛溫度。 3)對有皮下缺陷的錠料，鐓粗前應(yīng)進行倒 棱制坯。目的：,5)鐓粗時毛坯高度應(yīng)與設(shè)備空間相適應(yīng)。在錘上 鐓粗時，應(yīng)使 式中 H錘頭的最大行程； h0毛坯的原始高度。 6)鐓粗高合金低塑性材料,圖16 鉚鐓,鍛錘噸位的確定：,圖17 鐓粗毛坯和鍛錘規(guī)格的關(guān)系,二、拔長 拔長： 拔長變形特點：每送進壓下一次，只部分 金屬變形。,鍛造比（簡稱鍛比）KL 來表示： 拔長變形計算：,1矩形斷面毛坯的拔長,圖1-8 拔長,（1）送進量大小對變形的影響 送進量較?。?送進量較大： 通常：l=(0.40.8)b，b平砧寬度。,圖1-9 軸向和橫向變形程度隨相對送進量的變化情況 l軸向

5、變形程度 a一橫向變形程度,圖l15 拔長時的變形分布,圖1-10 表面橫向裂紋,圖1-11 角裂,（2）送進量和壓下量對質(zhì)量的影響,送進量lh過大：易產(chǎn)生外部橫 向裂紋、角裂和 對角線裂紋。,圖113 內(nèi)部橫向裂紋,送進量過?。阂桩a(chǎn)生內(nèi)部橫向裂紋。 原因：,2圓斷面毛坯的拔長,原因 ：通過AB及BC兩個面將力傳給毛坯的其它部分，形成橫向應(yīng)力R ；變形主要集中在上、下部分，軸心部分金屬變形很小，使變形金屬主要沿橫向流動，并對軸心部分作用以附加拉應(yīng)力。,圖1-22 平砧大壓下量拔長時坯料的變形情況,拔長圓斷面毛坯的兩種方法： (1)在平砧上，先將圓斷面毛坯壓成矩形斷面，再將矩形斷面毛坯拔長到一定

6、尺寸，然后再壓成八角形，最后鍛成圓形，主要變形階段是矩形斷面毛坯在平砧下拔長。,圖123 圓斷面毛坯拔長時截面的變化過程,(2)在型砧(或摔子)內(nèi)進行拔長，利用工具的側(cè)面 壓力限制金屬的橫向流動，迫使金屬沿軸向伸長。,圖124 型砧拔長圓斷面毛坯,拔長時的注意事項： （1）拔長操作,(2)每次錘擊的壓下量應(yīng)小于材料塑性所允許的數(shù)值，為保證不產(chǎn)生局部夾層： 1)每次壓縮后的鍛件寬度與高度bh22.5。 2)單邊壓下量h/2應(yīng)小于送進量l。,(3)沿方形毛坯的對角線鍛壓，應(yīng)鍛得輕些，以免中心部分產(chǎn)生裂紋。,(4) 上、下砧的邊緣應(yīng)作出圓角，以防鍛件表面裂紋，同時減少產(chǎn)生夾層的危險。,（5）拔長鍛件

7、端部，為防止端部內(nèi)凹和夾層現(xiàn)象，端部壓料長度的最小值應(yīng)滿足下列規(guī)定： 1)對圓形斷面：A0.3D 2)對矩形斷面： 當B/H1.5時，A0.4B; 當B/H1.5時，A0.5B。,（6）拔長臺階軸鍛件時,三、芯軸拔長 一種減小空心毛坯外徑(壁厚)而增加其長度的鍛 造工序。,圖1-30 用芯軸拔長,預(yù)沖孔的直徑dl如小于芯軸的直徑，則拔長前需進行擴孔，坯料尺寸取H0D0為宜。,圖1-31 長筒類鍛件的鍛造變形過程,芯軸上拔長的主要質(zhì)量問題：內(nèi)孔壁易產(chǎn)生裂 紋，尤其是在兩端。 方法和工具： 1)對薄壁的空心件應(yīng)在型砧內(nèi)拔長。 2)對厚壁空心件，可用平砧，但必需先鍛成六角 形再進行拔長，達到一定尺寸

8、后再鍛成圓形。 3)對H/d1.5的空心件，可不用芯軸，直接用沖 頭拔長。 溫度要求：,四、沖孔 在坯料中沖出透孔或不透孔的工序。要質(zhì) 量問題：“走樣”、裂紋和孔沖偏等。,1“走樣”,“走樣”的程度與Dd1有關(guān)，Dd1愈小，“走樣”愈顯著。為減少“走樣”，一般取D/d13。,2裂紋,外側(cè)表面裂紋：沖頭下部金屬向外流動，使外層金屬切向受到拉應(yīng)力和拉應(yīng)變而引起的。Dd1愈小，最外層金屬的切向伸長變形愈大，愈易產(chǎn)生裂紋，通常取Dd1(2.53)。,內(nèi)孔圓角處的裂紋：溫度降低較多，塑性較低以及沖子一般都有錐度，當沖子往下運動時，此處便被脹裂。,3孔沖偏 沖孔時，毛坯高度H一般小于直徑D，個別情況，采用

9、HD1.5。,圖134 沖孔深度與毛坯高度的關(guān)系,實心沖子沖孔時，坯料高度按以下考慮： 當 時，取H0=(1.11.2)H； 時，取H0=H 式中 H沖孔后要求的高度； H0沖孔前坯料的高度。,注意事項： 1)沖孔前坯料必需鐓粗，使端面平整，高度減小，直徑增大； 2)沖頭必需放正，打擊方向應(yīng)和沖頭端面垂直； 3)在沖出的初孔內(nèi)應(yīng)撒上煤末或木炭粉，以便取出沖頭； 4)沖制深孔時要經(jīng)常取出沖頭在水中冷卻；,五、擴孔 減小空心毛坯壁厚而增加其內(nèi)外徑的工序。,沖頭擴孔前坯料的高度尺寸按下式計算： Hl=1.05H 式中 H1擴孔前坯料高度； H鍛件高度； 1.05考慮端面修整的系數(shù)。,馬杠上擴孔前坯料

10、的高度按下式計算： H0=1.05KH 式中 H0擴孔前坯料高度； H鍛件高度； K考慮擴孔時高度(寬度)增大的系數(shù)； 1.05修整系數(shù)。,六、彎曲 將毛坯彎成所規(guī)定的外形的鍛造工序叫。,注意事項： 1)當鍛件有數(shù)處彎曲時，彎曲的次序一般是先彎端部及彎曲部分與直線部分交界的地方，然后再彎其余的圓弧部分。,圖1-38 帶彎鍛件的操作順序,七、扭轉(zhuǎn) 將毛坯的一部分相對于另一部分繞其軸線旋 轉(zhuǎn)一定角度的鍛造工序叫扭轉(zhuǎn)。 扭轉(zhuǎn)前對毛坯的要求： 1)受扭轉(zhuǎn)的部分表面應(yīng)盡可能夠地光滑，不能有 缺陷，此部分全長上的橫斷面積應(yīng)該一致，對粗 而短的曲軸軸頸，最好經(jīng)粗加工后再進行扭轉(zhuǎn)。 2)受扭轉(zhuǎn)的部分應(yīng)該加熱至

11、材料塑性最好的溫度 并沿長度上均勻熱透。 扭轉(zhuǎn)后鍛件應(yīng)該緩慢冷卻，最好予以退火。,八、錯移 將毛坯的一部分相對于另一部分錯移開，但仍保 持軸心平行的工序。,錯移前坯料需進行壓痕、壓肩。拉縮的數(shù)值與凸 肩的長度L、壓痕、壓肩時的工具形狀等有關(guān)。,圖1-40 壓肩時尺寸關(guān)系示意圖,錘上鍛造時，可參考下列關(guān)系式確定： 對短臺肩 L0.3D =(0.10.2)D 對長臺肩 L0.3D =(0.080.09)D 當H20mm時，先壓痕后壓肩。,第二節(jié) 工藝過程的制定 原則：1）；2） 主要內(nèi)容： 1)根據(jù)零件圖作出鍛件圖； 2)確定毛坯的重量和尺寸； 3)決定變形工藝和工具； 4)選擇設(shè)備； 5)確定火

12、次、鍛造溫度范圍、加熱和冷卻規(guī)范； 6)確定熱處理規(guī)范； 7)對鍛件提出技術(shù)要求和檢驗要求； 8)編制工時定額。,一、鍛件圖的制定 機械加工余量： 鍛件的公稱尺寸： 鍛造公差：,鍛造余塊 ：,鍛件圖的繪制規(guī)則： （1）鍛件形狀用粗實線描繪。用假想線 畫出零件簡單形狀。 （2）鍛件的尺寸和公差標注在尺寸線上 面，零件的尺寸加括號標注在尺寸線下面。,二、確定坯料重量和尺寸 1坯料重量的計算,圖3 鍛件臺階余面,2坯料尺寸的確定 (1)采用鐓粗法鍛造： 對圓坯料： 對方坯料： 毛坯高度H0，還需按下式進行檢驗： H00.75H行程 還應(yīng)小于加熱爐底的有效長度。,(2)采用拔長法鍛造：應(yīng)按鍛件最大截面

13、積F鍛，考慮鍛比、修整量要求等選取坯料尺寸： 3.鋼錠規(guī)格的選擇 方法一：確定各種金屬損耗求出鋼錠利用率 算出鋼錠的計算重量G錠選取重量相等或稍 大的鋼錠規(guī)格。 方法二：經(jīng)驗法,三、制訂變形工藝與鍛比 內(nèi)容：確定成形必需的基本工序、輔助工序和修 整工序，決定工序順序，設(shè)計工序尺寸等。 對于餅塊類鍛件的變形工藝 ：均以鐓粗成形。,對于軸桿類鍛件的變形工藝，主要采用拔長工序。 對于空心類鍛件的變形工藝，一般均需鐓粗、沖 孔 。,圖4 錘上鍛造空心鍛件的工藝方案選擇圖,圖5 水壓機鍛造空心鍛件的工藝方案選擇圖線,鍛造成形時表示變形程度的主要方法：鍛 比。 鍛比過?。?鍛比過大： 鋼錠與鋼材的比較：

14、合金鋼與碳素鋼：,四、選定鍛造設(shè)備噸位 重要性： 確定方法： （1）理論計算法 （2）經(jīng)驗類比法,五、制訂自由鍛工藝過程舉例 以齒輪為例 ，圖8為齒輪零件圖，材料為45 鋼，生產(chǎn)數(shù)量20件。鍛件余量和公差 為： ， ，內(nèi)孔余量為1.2a， 取 ，于是便可繪出齒輪的鍛件圖（圖9）。,2.計算坯料重量和尺寸 鍛件重量： 芯料重量： 燒損重量：,坯料重量等于： 采用鐓粗成形，坯料尺寸按下式計算： 確定坯料尺寸為120202毫米。,3. 確定變形工藝和工具 根據(jù)鍛件尺寸D=212，d=130，H=62，得到 D/d=1.6，H/d=0.47，H/D=2.7。,采取墊環(huán)局部鐓粗-沖孔-沖子擴孔變形工藝方

15、案。,第三節(jié) 大型自由鍛件的鍛造工藝 工藝特點： 1)大型鍛件一般采用鋼錠直接鍛造 2)由于大型鍛件的截面尺寸很大 3)在鍛后冷卻及熱處理 復(fù)雜 4)通常大型鍛件的內(nèi)部缺陷多,一、鍛造對金屬組織和性能的影響 大型鍛件鍛造的任務(wù)： 1鍛造對金屬組織的影響 (1)消除鑄態(tài)組織粗大的樹枝晶并獲得均勻細化 等軸晶。,(2)可破碎并改善碳化物及非金屬夾雜物在鋼中的分布 (3)鍛合內(nèi)部孔隙,圖13 鐓粗變形程度對內(nèi)部缺陷鍛合的影響,2鍛造對金屬性能的影響,二、提高大型鍛件質(zhì)量的工藝措施 1改變鋼錠的錠型,圖15 三瓣九角形鋼錠及拔長砧子,2改變坯料的形狀,圖16 鋼錠預(yù)先壓成凹形而后鐓粗 a)鋼錠為普通鋼錠 ；b)鋼錠為短粗鋼錠,3改變工具的結(jié)構(gòu)采用以下幾種結(jié)構(gòu)砧子，可以改善鍛件內(nèi)部質(zhì)量。 (1)凸弧形砧子,(2)帶斜度砧子,圖19 帶斜度砧子 斜角摩擦角,4.改變操作方法 拔長操作時 ： (1)橫向順序送進： (2)橫向交替送進：,圖20 拔長橫向送進方法 a)橫向順序送進；b)橫向交替送進 b1、b2、b3-橫向送進量；B-砧寬,5表面降溫鍛造,圖21 表面降溫鍛造