模具設(shè)計(jì)與制造——第6章熱鍛工藝概述

1、第六章 鍛造工藝概述,內(nèi)容簡(jiǎn)介：,1了解鍛造用原材料及下料方法； 2了解鍛前加熱的目的與方法。,在了解鍛造工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本章介紹鍛造原材料的下料方法、鍛前加熱的目的與方法以及溫度范圍的確定，認(rèn)識(shí)一些基本的熱鍛設(shè)備。,學(xué)習(xí)目的與要求：,第一節(jié) 鍛造工藝特點(diǎn),鍛造是塑性加工的重要分支，它是利用材料的塑性，對(duì)材料施加外力使之發(fā)生塑性變形，從而得到所需形狀、尺寸、組織和性能的鍛件。,第六章 鍛造工藝概述,一、鍛造生產(chǎn)的重要性,鍛造生產(chǎn)是機(jī)械制造工業(yè)中提供毛坯的主要途徑之一。鍛造生產(chǎn)的優(yōu)越性在于：它不但能獲得金屬零件的形狀，而且能改善金屬的內(nèi)部組織，提高金屬的力學(xué)性能和物理性能。 般對(duì)于受力大的重要

2、機(jī)械零件，大多用鍛造方法制造。,鍛件：效率最高，塑性變形后消除了內(nèi)部缺陷。 鑄件：盡管能獲得較準(zhǔn)確的尺寸和更復(fù)雜的形狀，但是難以消除內(nèi)部缺陷；抗壓強(qiáng)度高但韌性不足。 機(jī)加工件：精度最高、表面光潔，但內(nèi)部流線被切斷，容易造成應(yīng)力腐蝕。,第六章 鍛造工藝概述,一、鍛造生產(chǎn)的重要性（續(xù)）,鑄件,機(jī)加工件,鍛件,二、鍛造生產(chǎn)的分類,1熱鍛指終鍛溫度高于再結(jié)晶溫度的鍛造過(guò)程。變形過(guò)程中冷變形強(qiáng)化和再結(jié)晶同時(shí)存在，屬于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。,2冷鍛指室溫下進(jìn)行的體積塑性成形。可以避免加熱出現(xiàn)的缺陷，精度和表面質(zhì)量高，強(qiáng)度和硬度高。但變形抗力大，需用較大噸位設(shè)備，多次變形時(shí)需增加再結(jié)晶退火和其它輔助工序。主要局限于低

3、碳鋼、有色金屬及其合金的薄件及小件加工。 其成形方式有實(shí)心件正擠壓、空心件正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓和鐓粗。,第六章 鍛造工藝概述,（一）根據(jù)變形時(shí)的溫度,冷軋絲桿、長(zhǎng)絲桿的軋制、冷鐓六角螺栓,3溫鍛溫鍛的金屬變形溫度是在再結(jié)晶溫度以下和室溫以上的溫度范圍內(nèi)，溫鍛是一種少無(wú)切屑塑性成形工藝。,4等溫鍛指模具和坯料要保持在相同的恒定溫度下，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，模具必須帶加熱和保溫裝置。,第六章 鍛造工藝概述,二、鍛造生產(chǎn)的分類（續(xù)）,（一）根據(jù)變形時(shí)的溫度（續(xù)）,1手工鍛造 僅用于零活和修理或初學(xué)者對(duì)基本操作技能的訓(xùn)練。,2.機(jī)器鍛造 空氣錘、蒸汽空氣錘、無(wú)砧座錘、高速錘、電液錘、水壓機(jī)、熱模鍛壓力

4、機(jī)、平鍛機(jī)、螺旋壓力機(jī)、擴(kuò)孔機(jī)、冷鐓機(jī)、熱鐓機(jī)、輥鍛機(jī)等。,第六章 鍛造工藝概述,二、鍛造生產(chǎn)的分類（續(xù)）,（二）根據(jù)力的來(lái)源,自由鍛,模鍛 金屬坯料在模具內(nèi)塑性變形，可生產(chǎn)形狀復(fù)雜鍛件，且模鍛件尺寸精度高、材料利用率高、生產(chǎn)效率高，適合于中小型鍛件的大批量生產(chǎn)。,1)坯料在模具內(nèi)變形特點(diǎn)：為開(kāi)式模鍛和閉式模鍛,2)使用鍛造設(shè)備：錘上模鍛、熱模鍛壓力機(jī)上模鍛、螺旋壓力機(jī)上模鍛、平鍛機(jī)上模鍛、水壓機(jī)上模鍛和高速錘上模鍛等。,3)按模鍛工具及工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式，鍛造又可分為普通模鍛、輥鍛、橫軋、斜軋、擺輾和徑向鍛造等。,第六章 鍛造工藝概述,（三）根據(jù)使用工具與工藝,二、鍛造生產(chǎn)的分類（續(xù)）,叉桿

5、鍛件的自由鍛,三、鍛造的發(fā)展趨勢(shì),1壓力機(jī)模鍛代替錘上模鍛。在大批量生產(chǎn)條件下，壓力機(jī)（曲柄壓力機(jī)和螺旋壓力機(jī)）比模鍛錘更易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化以及提高模鍛件的精度和鍛模壽命。,2.發(fā)展精密模鍛工藝。精密模鍛件的形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量比普通模鍛件高。精密模鍛可在高溫或中溫下進(jìn)行，也可在冷態(tài)下進(jìn)行。例如：精鍛齒輪的齒形精度與切削加工的相當(dāng)，精鍛葉片的葉身部分只需要后續(xù)磨削和拋光。,第六章 鍛造工藝概述,3模鍛過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬和工藝、模具的CAD/CAM。為工藝優(yōu)化、模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制提供科學(xué)的理論依據(jù)。,4.發(fā)展省力成形工藝。鍛造優(yōu)點(diǎn)是鍛件內(nèi)部組織比較致密，性能高于鑄件及焊接件，缺點(diǎn)是需要

6、較大的變形力。 省力方法： 1）降低流動(dòng)應(yīng)力：超塑性成形和液態(tài)模鍛 2）減少接觸面積：旋壓、輥鍛、楔形橫軋、擺動(dòng)輾壓 3）減小應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)：與塑性加工類型、接觸摩擦及變形體幾何參數(shù)等有關(guān)。,第六章 鍛造工藝概述,三、鍛造的發(fā)展趨勢(shì)（續(xù)）,第二節(jié) 鍛造用材料及下料方法,鍛前材科準(zhǔn)備：一是選擇材料；二是按鍛件大小切成一定長(zhǎng)度的毛坯。 目前鍛造用原材料主要包括碳素鋼、合金鋼、有色金屬及其合金等。 按加工狀態(tài)分為鋼錠、軋材、擠壓棒材和鍛坯等。 大型鍛件和某些合金鋼的鍛造一般直接用鋼錠鍛制，中小型鍛件一般用軋材、擠壓棒材和鍛坯生產(chǎn)。 模鍛件的質(zhì)量除與原材料有關(guān)外，還與鍛造工藝有關(guān)。,第六章 鍛造工藝概述

7、,第二節(jié) 鍛造用材料及下料方法鋸切法,鋸床下料極為普遍，雖效率低，鋸口損耗大，但下料長(zhǎng)度準(zhǔn)確，鋸割斷面平整，是一種主要的下料方法。有圓盤鋸、帶鋸、弓形鋸等。,圓盤鋸是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)帶齒的鋸盤旋轉(zhuǎn)并移動(dòng)，將棒料切斷。,弓形鋸是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)帶齒的鋸條作往復(fù)移動(dòng)，將棒料切斷。,第六章 鍛造工藝概述,第二節(jié) 鍛造用材料及下料方法剪切法,坯料局部被壓扁、斷面不平整、剪切面有毛刺和裂紋。,第六章 鍛造工藝概述,帶支撐的剪切下料,第二節(jié) 鍛造用材料及下料方法冷折法,先在待折斷處開(kāi)一小缺口，在壓力F作用下，缺口處產(chǎn)生應(yīng)力集中使坯料折斷。氣割或鋸割、電火花切割。,第六章 鍛造工藝概述,第二節(jié) 鍛造用材料及下料方法

8、砂輪片切割法,利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)薄片砂輪高速旋轉(zhuǎn)，并同坯料待切部分發(fā)生劇烈摩擦，產(chǎn)生高熱使金屬變軟甚至局部熔化，在磨削作用下把金屬切斷。 適用于切割小截面棒料、管材以及異形曲面材料。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，下料長(zhǎng)度準(zhǔn)確，切割端面平整，切割效率不受材料硬度限制，可以切割高溫合金、鋁合金等。 缺點(diǎn)：砂輪片消耗量大，容易崩碎，切割噪音大。,第六章 鍛造工藝概述,第二節(jié) 鍛造用材料及下料方法氣割法,當(dāng)其他下料方法受到設(shè)備功率或下料截面尺寸的限制時(shí)，采用氣割法。 利用氣割器或普通焊槍，把坯料局部加熱至熔化溫度，逐步使之熔斷。 設(shè)備簡(jiǎn)單，便于野外作業(yè)，可切割各種截面材料，尤其適用于厚板材料。 缺點(diǎn)是切割面

9、不平整、精度差、端口金屬損耗大，效率低。,第六章 鍛造工藝概述,第二節(jié) 鍛造用材料及下料方法其他下料方法,1摩擦鋸切割,2電機(jī)械鋸割,3電火花切割,第六章 鍛造工藝概述,第三節(jié) 鍛前加熱的目的及方法,第六章 鍛造工藝概述,金屬毛坯鍛前加熱的目的是提高金屬塑性、降低變形抗力、使金屬易于流動(dòng)成形，即提高可鍛性，并獲得良好的鍛后組織。 鍛前加熱方法對(duì)提高鍛造生產(chǎn)率，保證鍛件質(zhì)量以及減少能源消耗等都有直接影響。 按所采用的熱源不同，金屬毛坯的加熱方法可分為火焰加熱與電加熱兩大類。,第三節(jié) 鍛前加熱的目的及方法火焰加熱,定義：利用燃料在加熱爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱能對(duì)坯料進(jìn)行加熱。,燃燒產(chǎn)生高溫爐氣（火焰），通過(guò)

10、對(duì)流、輻射和熱傳導(dǎo)使坯料被加熱。,優(yōu)點(diǎn)：通用性強(qiáng)，費(fèi)用低、適用范圍廣。,缺點(diǎn)：勞動(dòng)條件差，效率低、質(zhì)量難以控制。,第六章 鍛造工藝概述,在低溫(650 以下)爐中，金屬加熱主要依靠對(duì)流傳熱，在中溫(650l000)和高溫(1000 以上)爐中，金屬加熱則以輻射方式為主。,第三節(jié) 鍛前加熱的目的及方法電加熱,第六章 鍛造工藝概述,電加熱是將電能轉(zhuǎn)換為熱能而對(duì)金屬坯料進(jìn)行加熱。電加熱具有加熱速度快、爐溫控制準(zhǔn)確、加熱質(zhì)量好、工件氧化少、勞動(dòng)條件好、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作等優(yōu)點(diǎn)；但設(shè)備投資大，電費(fèi)貴、加熱成本高，目前在我國(guó)大量應(yīng)用還受到一定限制。,按電能轉(zhuǎn)換為熱能的方式可分為電阻加熱和感應(yīng)加熱。,第三節(jié)

11、 鍛前加熱的目的及方法電加熱,電阻加熱,感應(yīng)加熱,第六章 鍛造工藝概述,輻射傳熱,低電壓大電流,對(duì)流和熱傳導(dǎo),交變磁場(chǎng)作用,趨膚效應(yīng),第三節(jié) 鍛前加熱的目的及方法,金屬加熱時(shí)產(chǎn)生的變化,組織結(jié)構(gòu)：大多數(shù)金屬不但發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，其晶粒還會(huì)長(zhǎng)大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成過(guò)熱和過(guò)燒。,力學(xué)性能：總趨勢(shì)是塑性提高，變形抗力降低，殘余應(yīng)力逐步消失，但也可能產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力。過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力會(huì)引起金屬開(kāi)裂。,物理性能：導(dǎo)熱、導(dǎo)溫、膨脹系數(shù)、密度等均隨溫度的升高而變化；550度以上金屬會(huì)發(fā)出不同顏色的光線，即有火色變化。,化學(xué)性能：金屬表層與爐氣或其它周期介質(zhì)發(fā)生氧化、脫碳、吸氫等化學(xué)反應(yīng)，結(jié)果生成氧化皮與脫碳層等。,第六章

12、鍛造工藝概述,第四節(jié) 金屬鍛造溫度范圍的確定,鍛造溫度范圍：是指開(kāi)始鍛造溫度（始鍛溫度）與結(jié)束鍛造溫度（終鍛溫度）之間的一段溫度區(qū)間。,基本原則：保證金屬有較高的塑性、較低的變形抗力，得到高質(zhì)量的鍛件；鍛造溫度范圍盡可能寬，以便減少加熱火次，提高鍛造生產(chǎn)率。,基本方法：運(yùn)用合金相圖、塑性圖、抗力圖及再結(jié)晶圖等，從塑性、變形抗力和鍛件的組織性能三個(gè)方面進(jìn)行綜合分析，確定出合理的鍛造溫度范圍，并在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證與修改。,第六章 鍛造工藝概述,第五節(jié) 金屬的加熱規(guī)范,加熱規(guī)范是指規(guī)定加熱過(guò)程中各個(gè)階段的爐溫和時(shí)間的關(guān)系。,加熱規(guī)范主要內(nèi)容有：裝爐溫度、低溫和高溫區(qū)的升溫速度、保溫階段的保溫時(shí)間、

13、加熱至始鍛溫度的最高爐溫和所需總的加熱時(shí)間。,加熱規(guī)范制定原則：為保證坯料加熱質(zhì)量前提下，縮短加熱時(shí)間和節(jié)省燃料，力求加熱過(guò)程越快越好。,第六章 鍛造工藝概述,第五節(jié) 金屬的加熱規(guī)范,加熱溫度：包括裝爐溫度、各個(gè)階段的保溫溫度及出爐溫度。 尺寸小、塑性好、導(dǎo)熱性高、熱膨脹系數(shù)小材料高溫裝爐。 保溫時(shí)間按材料性能和坯料尺寸確定。 出爐溫度一般比始鍛溫度要高一些。,加熱速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)表面溫度上升的度數(shù)。也可用單位時(shí)間內(nèi)金屬熱透的厚度來(lái)表示。,加熱時(shí)間：毛坯從開(kāi)始加熱至始鍛溫度時(shí)所需的時(shí)間。不包括毛坯在始鍛溫度下的保溫時(shí)間。,第六章 鍛造工藝概述,第六節(jié) 少無(wú)氧化加熱,通常稱金屬燒損量在0.5%以

14、下的鍛造加熱為少氧化加熱。,稱金屬燒損量在0.1%以下的鍛造加熱為無(wú)氧化加熱。,少無(wú)氧化加熱除了可減少金屬氧化、脫碳外，還可顯著提高鍛件表面質(zhì)量和尺寸精度，減少模具磨損等；是實(shí)現(xiàn)精密鍛造必不可少的配套技術(shù)。,第六章 鍛造工藝概述,第六節(jié) 少無(wú)氧化加熱爐氣,第六章 鍛造工藝概述,第六節(jié) 少無(wú)氧化加熱快速加熱,包括：火焰爐中的輻射快速加熱和對(duì)流快速加熱，感應(yīng)電加熱和接觸電加熱等。,理論依據(jù)：采用技術(shù)上可能的加熱速度加熱金屬時(shí)，坯料內(nèi)部產(chǎn)生的溫度應(yīng)力、留存的殘余應(yīng)力和組織應(yīng)力疊加的結(jié)果，不足以引起坯料產(chǎn)生裂紋。,可通入保護(hù)氣體（惰性氣體）和還原氣體。,第六章 鍛造工藝概述,第六節(jié) 少無(wú)氧化加熱介質(zhì)保

15、護(hù)加熱,氣體介質(zhì)保護(hù)加熱：惰性氣體、不完全燃燒的煤氣、天然氣、石油液化氣或分解氨等。且使?fàn)t內(nèi)呈正壓，防止外界空氣進(jìn)入。,液體介質(zhì)保護(hù)加熱：熔融玻璃、熔融鹽。,固體介質(zhì)保護(hù)加熱：將特制的涂料涂在坯料表面，加熱時(shí)涂料熔化，形成一層致密不透氣的涂料薄膜，且牢固的粘結(jié)在坯料表面，把坯料和氧化性爐氣隔離，從而防止氧化。且坯料出爐后，涂層可防止二次氧化并有絕熱作用，可防止坯料表面降溫，在鍛造時(shí)可起潤(rùn)滑劑作用。有玻璃涂層、玻璃陶瓷涂層、玻璃金屬涂層、金屬涂層和復(fù)合涂層等。,第六章 鍛造工藝概述,第六節(jié) 少無(wú)氧化加熱少無(wú)氧化火焰加熱,定義：在燃料（火焰）爐內(nèi)，可以通過(guò)控制高溫爐氣的成分和性質(zhì)，即利用燃料不完全

16、燃燒所產(chǎn)生的中性爐氣或還原性爐氣，來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬的少無(wú)氧化加熱。,敞焰少無(wú)氧化加熱：燃料分層串級(jí)燃燒。毛坯表面氧化少，成本低，但不能防止脫碳，可見(jiàn)度差等。,平焰少無(wú)氧化加熱：平焰燒嘴燃燒。具有加熱升溫快，爐溫分布均勻等特點(diǎn)。,第六章 鍛造工藝概述,第七節(jié) 鍛造設(shè)備,自由鍛設(shè)備：鍛錘和水壓機(jī)。40kg，65kg，1t，2t，3t等。,模鍛設(shè)備：模鍛錘，熱模鍛壓力機(jī)，摩擦壓力機(jī)和平鍛機(jī)。 其發(fā)展趨勢(shì)是：壓力機(jī)上模鍛逐步取代錘上模鍛。,第六章 鍛造工藝概述,根據(jù)其工藝性質(zhì)鍛造設(shè)備分為：自由鍛設(shè)備和模鍛設(shè)備。,第七節(jié) 鍛造設(shè)備,（一）鍛造方式：一般模鍛、多向模鍛、專用模鍛、精密模鍛。,（二）結(jié)構(gòu)形式： 1

17、、錘類：蒸氣空氣模鍛錘、對(duì)擊錘、液壓錘 2、壓力機(jī)類：熱模鍛壓力機(jī)、平鍛機(jī)、摩擦壓力機(jī)、液壓螺旋壓力機(jī)、電動(dòng)螺旋壓力機(jī)、模鍛液壓機(jī)、多向模鍛液壓機(jī),（三）切邊設(shè)備：曲軸壓力機(jī)和液壓機(jī),第六章 鍛造工藝概述,一、模鍛設(shè)備分類,鍛造液壓機(jī),空氣錘、蒸汽空氣錘；,工具： 平砧鐵、V形砧等；,空氣錘,模鍛錘,噸位： 以活塞、錘 桿、鍛錘質(zhì)量和 表示，即： m總m活塞m錘桿 m錘 如500kg空氣錘： m總500kg 10t模鍛錘： m總10 t,通過(guò)壓縮空氣和高壓蒸氣推動(dòng)活塞、錘桿、鍛錘，對(duì)坯料產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊而使坯料鍛造成形，既可用于自由鍛，也可用于模膛鍛造。,熱模鍛壓力機(jī),噸位： 滑塊運(yùn)行到接近下 死

18、 點(diǎn)所產(chǎn)生的最大壓 力。東風(fēng)公司鍛造廠 用于熱模鍛的曲柄壓 力機(jī)的 噸位有2000t、 4000t、8000t。最大 噸位為12000t (1200MN)。,優(yōu)點(diǎn)： 鍛造成形原于靜壓力，無(wú)震動(dòng)，噪音??； 金屬在模膛中流動(dòng)稍緩，有利于成形和獲得良 好的力學(xué)性能； 生產(chǎn)效率高，鍛件質(zhì)量好。,即臥式曲柄壓力機(jī)，主滑塊為水平直線運(yùn)動(dòng)。,主要用于鍛造帶凸緣的長(zhǎng)軸類鍛件（汽車半軸）、環(huán)形鍛件（軸承套圈，雙聯(lián)齒 輪鍛件等）。,平鍛機(jī),噸位（靜壓力）大，大型鍛件生產(chǎn)的自由鍛造設(shè)備。最大噸位達(dá)3.5萬(wàn)噸。,水壓機(jī),第七節(jié) 鍛造設(shè)備,（一）用公稱壓力kN表示,（二）用打擊能量kJ表示,（三）用落下部分重量kg或t表示,（四）用公稱壓力和打擊能量?jī)煞矫姹硎?第六章 鍛造工藝概述,二、模鍛設(shè)備能力的表示方法,開(kāi)式模鍛（左圖）：利用橫向飛邊的阻力迫使金屬充滿模膛，多余的金屬排向毛邊槽。