自由鍛主要工序分析課件

1、 第四章自由鍛主要工序分析概 述自由鍛：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。自由鍛分類：手工鍛造和機(jī)器鍛造。自由鍛工藝研究的內(nèi)容：鍛件的成型規(guī)律和提高鍛件的質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面。（1）工具簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，靈活性大，適合單件和小批量鍛件的生產(chǎn)。（2）工具與坯料部分接觸，逐步變形，所需設(shè)備功率比模鍛小，可鍛造大型鍛件。（3）靠人工操作控制鍛件的形狀和尺寸，效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大。4.1.1 自由鍛工藝過程特征4.1 自由鍛工藝過程特征和工序分類4.1.2 自由鍛工序分類（1)基本工序：改變坯料的現(xiàn)狀和尺寸以獲得鍛件的工序。 鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、芯軸擴(kuò)孔、芯軸拔長(zhǎng)、 彎曲切割錯(cuò)移扭轉(zhuǎn)、鍛接等。

2、基本工序 輔助工序 修整工序 圖4.1 自由鍛基本工序4.1.2 自由鍛工序分類（2)輔助工序：為了完成基本工序而使坯料預(yù)先產(chǎn)生某一變形的工序鋼錠倒棱、預(yù)壓鉗把、分段壓痕等。預(yù)壓鉗把鋼錠倒棱分段壓痕 輔助工序 圖4.2 自由鍛輔助工序4.1.2 自由鍛工序分類（3)修整工序：指用來精整鍛件尺寸和形狀使其完全達(dá)到鍛件圖要求的工序。鼓形滾圓、端面平整、彎曲校正等。彎曲校正鼓形滾圓端面平整修整工序 圖4.3 自由鍛修整工序4.2 鐓粗工序 鐓粗的定義： 使坯料高度減小而橫截面積增大的成形工序。 圖4.4 鐓粗鐓粗用途:由橫截面積較小的坯料得到橫截面積較大而高度較小的鍛件；沖孔前使坯料橫截面增大和沖孔

3、后平整端面；提高鍛件的力學(xué)性能和減小力學(xué)性能的異向性；提高下一步拔長(zhǎng)工序的鍛造比。4.2.1 平砧鐓粗主要方法: 平砧鐓粗、墊環(huán)鐓粗和局部鐓粗。1、定義： 坯料完全在上下平砧間或鐓粗平板間進(jìn)行的壓制稱為平砧鐓粗.2、鐓粗變形程度的表示方法絕對(duì)變形：壓下量H相對(duì)變形：eh對(duì)數(shù)變形： h鐓粗比：坯料鐓粗前后的高度 之比，用KH表示KH=H0/HH0，H鐓粗前后的高度之比eh 坯料高度方向的對(duì)數(shù)變形h 坯料高度方向的相對(duì)變形3. 平砧鐓粗變形分析IIIIIIIIIIII 圖4.5 平砧鐓粗變形分布與應(yīng)力狀態(tài)分析區(qū)域：難變形區(qū)；區(qū)域：大變形區(qū)；區(qū)域：小變形區(qū)，變形程度介于區(qū)域與區(qū)域之間。變形結(jié)果：變形

4、不均勻，易出現(xiàn)缺陷。根據(jù)鐓粗后網(wǎng)格的變形程度分為三個(gè)變形區(qū):4、平砧鐓粗變形分析 圖4.6 平砧鐓粗變形分布與應(yīng)力狀態(tài)區(qū)域：小變形區(qū)區(qū)域：大變形區(qū)區(qū)域：難變形區(qū)變形結(jié)果：易出現(xiàn)鼓形及縱向開裂，變形不均勻。區(qū)域：主要是工具與坯料端面摩擦力的影響,其次：溫度的不均勻也導(dǎo)致變形困難。區(qū)域：受兩端摩擦的影響較??；中部溫度也較高；并且應(yīng)力狀態(tài)也有利于塑性變形。區(qū)域：由于區(qū)域的牽制作用和區(qū)域的擠壓作用的共同作用下變形。鼓形部分存在切向拉應(yīng)力，易引起表面縱向裂紋5. 鐓粗坯料容易出現(xiàn)的缺陷：() 坯料側(cè)面出現(xiàn)鼓形，可能引起表面縱裂；() 坯料上下兩端出現(xiàn)粗大的鑄造組織；() 坯料內(nèi)部變形不均勻，晶粒大小不均

5、勻，鍛件性能也不 均勻；() 高徑比較大的坯料，易產(chǎn)生縱向彎曲, 變形失穩(wěn)。6、為減少缺陷采取的措施()使用潤(rùn)滑劑和預(yù)熱工具；如玻璃粉、石墨粉等；()采用軟金屬墊鐓粗4.7 軟金屬墊鐓粗一般為碳素鋼(3)采用凹形毛坯鐓粗圖4.8 側(cè)凹坯料對(duì)于較小的件，斜放輕擊對(duì)于較大的件，用端部碾壓(4) 疊料鐓粗；(適用于扁平的圓盤鍛件)圖4.9 軟金屬墊鐓粗（1）疊料（2）第一次鐓粗（3）翻轉(zhuǎn)疊料（4）第二次鐓粗(5) 套環(huán)內(nèi)鐓粗圖4.10 軟金屬墊鐓粗一般外套材料為碳鋼適用于鐓粗低塑性的高合金鋼(6) 反復(fù)鐓粗與側(cè)面修直 在鐓粗坯料產(chǎn)生鼓形后，可以通過圓周側(cè)壓將鼓形修直，再繼續(xù)鐓粗，這樣可以消除鼓形表面

6、上的附加拉應(yīng)力，同時(shí)可以獲得側(cè)面平直沒有鼓形的鐓粗鍛件。4.2.2 墊環(huán)鐓粗 ：?jiǎn)蝹€(gè)墊環(huán)鐓粗、兩個(gè)墊環(huán)鐓粗。墊環(huán)鐓粗的關(guān)鍵：能否鍛出所要求的凸肩高度。雙墊環(huán)鐓粗單墊環(huán)鐓粗坯料高度與直徑之比（H0/D0）、環(huán)孔與坯料直徑之比(d/D0)、變形程度（H）、環(huán)孔斜度（）及摩擦條件等。分流面的位置與下列因素有關(guān)：圖4.12 單墊環(huán)鐓粗4.2.3 局部鐓粗 : 作用：鍛造凸肩直徑和高度較大的餅塊鍛件，或端部帶有較大法蘭的軸桿鍛件。特點(diǎn)：與平砧鐓粗相似，但受“剛端”的影響。4.13 局部鐓粗 局部鐓粗成型的坯料尺寸，應(yīng)按桿部直徑選取。為了避免鐓粗時(shí)產(chǎn)生縱向彎曲，坯料變形部分高徑比H頭/D0應(yīng)小于2.5-3

7、，而且要求端面平整。對(duì)于頭部較大而桿部較細(xì)的鍛件，只能采用大于桿部直徑的坯料。鍛造時(shí)先拔桿部，然后再鐓粗頭部；或者先局部鐓粗頭部，然后再拔長(zhǎng)桿部。4.3 拔長(zhǎng)定義：使坯料橫截面減小而長(zhǎng)度增加的鍛造工序。 用途:成形軸桿類鍛件； 改善鍛件內(nèi)部質(zhì)量。動(dòng)畫演示拔長(zhǎng)變形實(shí)質(zhì)：一系列鐓粗工序的疊加組合。1.變形程度表示：以坯料拔長(zhǎng)前后截面積之比鍛造比KL表示，KL=A0A.變形參數(shù)：設(shè)拔長(zhǎng)前變形區(qū)的長(zhǎng)、寬、高分別為l0、b0、h0，拔長(zhǎng)后變形區(qū)的長(zhǎng)、寬、高分別為l、b、h，送進(jìn)量l0 ，相對(duì)送進(jìn)量l0/h0 ，壓下量hh0h，展寬量bbb0,拔長(zhǎng)量lll0。4.3.1 矩形截面坯料的拔長(zhǎng)影響拔長(zhǎng)效率的因

8、素1）進(jìn)料比l：通常取l=（0.40.8）b ；2）壓下量h ：h大，效率高，在材料塑性允許的前提下，盡量提高。3拔長(zhǎng)工序分析 圖4.14 矩形截面拔長(zhǎng)4.影響拔長(zhǎng)質(zhì)量因素:送進(jìn)量：當(dāng)送進(jìn)量較小時(shí) （l0/h00.5 ），變形集中在上下表面層，鍛件中心部分不能鍛透，并出現(xiàn)軸向拉應(yīng)力，容易引起內(nèi)部橫向裂紋。圖（4-20），送進(jìn)量如小于單邊壓下量，還會(huì)在鍛件表面形成折疊。送進(jìn)量 壓下量 砧子形狀 拔長(zhǎng)操作等工藝因素。 當(dāng)送進(jìn)量過大時(shí) （l0/h01 ），心部變形很大，得到鍛透，但在角部受拉應(yīng)力，容易引起表面橫向裂紋和角裂。 綜合考慮送進(jìn)量對(duì)拔長(zhǎng)效率和鍛件質(zhì)量?jī)煞矫娴挠绊?，一般認(rèn)為，相對(duì)送進(jìn)量l0/

9、h00.50.8較為合適，壓下量：h大，強(qiáng)化心部變形，有利鍛合內(nèi)部缺陷。如坯料的塑性允許，盡量采取大壓下量拔長(zhǎng)。3）砧子形狀的影響：拔長(zhǎng)常用的砧子形狀有三種，即上下V型砧，上平下V型砧和上下平砧。當(dāng)用不同形狀的砧子拔長(zhǎng)時(shí)，坯料內(nèi)部變形區(qū)分布不同。圖4.16 拔長(zhǎng)砧子形狀及其對(duì)變形區(qū)分布的影響 a)上下V形砧 b)上平下V砧 c) 上下平砧 采用上下V型砧拔長(zhǎng)時(shí)，坯料中心的變形程度最大，又處于強(qiáng)烈三向壓應(yīng)力狀態(tài)，因此能夠很好的鍛合心部缺陷，并且拔長(zhǎng)效率高，坯料軸線不會(huì)偏移。 用上平下V型砧拔長(zhǎng)時(shí)，最大的變形區(qū)不在坯料中心，而在距中心1/2-3/4半徑處，所以這種砧子鍛透性比較差。此外，由于坯料上

10、下變形深入程度不等，不斷翻轉(zhuǎn)后會(huì)使軸線變成螺旋線，其結(jié)果將造成中小缺陷區(qū)德擴(kuò)大。 使用上下平砧拔長(zhǎng)矩形截面坯料時(shí)，只要相對(duì)送進(jìn)量選取的合適，能夠使坯料的中心鍛透，但用上下平砧拔長(zhǎng)圓形截面坯料時(shí)，因圓截面與砧子接觸面很窄，金屬橫向流動(dòng)大，軸向流動(dòng)小，拔長(zhǎng)效率低。并容易引起中心裂紋。 圖4.18 平砧拔長(zhǎng)圓形截面坯料時(shí)截面變化過程拔長(zhǎng)操作：4.19 拔長(zhǎng)操作方法拔長(zhǎng)操作的影響 拔長(zhǎng)時(shí)坯料送進(jìn)與翻轉(zhuǎn)的方法有三種：a是沿螺旋線翻轉(zhuǎn)90拔長(zhǎng)，適用于鍛造臺(tái)階軸鍛件。b是反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)90拔長(zhǎng)，常用于手工操作鍛造。c是沿整個(gè)坯料長(zhǎng)度方向拔長(zhǎng)一遍后再翻轉(zhuǎn)90拔長(zhǎng)，多用于鍛造大型鍛件，這種操作易使坯料端部產(chǎn)生彎曲，因

11、此需先翻轉(zhuǎn)180將料平直，然后再翻轉(zhuǎn)90依次拔長(zhǎng)。翻轉(zhuǎn)前后拔長(zhǎng)的送進(jìn)位置要相互錯(cuò)開，這樣可使鍛件沿軸線方向的變形趨于均勻。4.3.2 空心件拔長(zhǎng)：減小空心坯料外徑而增加長(zhǎng)度的鍛造工序，用以鍛造各種長(zhǎng)筒鍛件。心軸拔長(zhǎng)質(zhì)量問題：壁厚不均勻，內(nèi)壁容易產(chǎn)生裂紋，尤其兩端。措施：坯料加熱均勻；轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和壓下量均勻；先拔兩端，再拔中間。 圖4.20 心軸拔長(zhǎng) 1坯料 2鍛件 3心軸 4 砧子4.4.1 沖孔：采用沖子將坯料沖出透孔或盲孔的鍛造工序。 沖孔方法：1.實(shí)心沖子沖孔； 圖 4.21 實(shí)心沖子沖孔 1毛坯 2沖墊 3沖子 4 心料4.4 自由鍛其他主要工序動(dòng)畫演示可將坯料分成兩部分：沖頭下面的圓

12、柱區(qū)鐓粗，端面下凹。沖頭以外的圓環(huán)區(qū)脹形，直徑增大。當(dāng)D0/d23時(shí)：拉縮嚴(yán)重，外徑明顯增大；當(dāng)D0/d35時(shí)：幾乎無拉縮，外徑有所增大；當(dāng)D0/d5時(shí)：多余金屬擠向端面形成凸臺(tái)。沖孔坯料的形狀與坯料直徑D0與孔徑d之比有關(guān):2.空心沖子沖孔圖4.22 空心沖子沖孔 1坯料 2沖墊 3沖子 4心料 特點(diǎn)：沖孔時(shí)坯料形狀變化較小，但芯料損失大，鍛造大型鍛件時(shí)將鋼錠中心質(zhì)量差的部分沖悼，為此在沖孔將冒口朝下。這種方法主要用于孔徑大于400毫米以上大鍛件3. 在墊環(huán)上沖孔圖4.23 在墊環(huán)上的沖孔 1沖子 2坯料 3墊環(huán) 4心料 動(dòng)畫演示沖孔時(shí)坯料形狀變化較小，但芯料損失比較大，這種方法主要用于H/

13、D0.125的薄餅鍛件。4.4.2 擴(kuò)孔：減小空心坯料壁厚而增加其內(nèi)外徑的鍛造工序，用以鍛造各種圓環(huán)鍛件。1.沖子擴(kuò)孔 圖4.24 沖子擴(kuò)孔 擴(kuò)孔時(shí)由于沿徑向脹孔，在坯枓切向有拉應(yīng)力，容易脹裂.為了防止鍛件脹裂，要求每次擴(kuò)孔量不宜過大，擴(kuò)孔量的大小可依表選?。粦?yīng)避免擴(kuò)孔時(shí)溫度過低，即每火擴(kuò)孔次數(shù)不宜多。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)鍛件重量小于30公斤， 沖孔后可擴(kuò)孔12次。再加熱一次，允許再擴(kuò)孔1一2次。當(dāng)鍛件重量大于30公斤時(shí)，沖孔后可擴(kuò)孔一次。再加熱一次，允許再擴(kuò)孔2一3次。2.心軸擴(kuò)孔：相當(dāng)于使坯料沿圓周方向拔長(zhǎng)。動(dòng)畫演示特點(diǎn)：金屬主要沿切向流動(dòng)，高度稍有增加。芯軸的選?。盒据S強(qiáng)度和鍛件質(zhì)量。芯軸太細(xì)：鍛造易折斷和鍛件內(nèi)壁形成梅花壓痕；芯軸直徑應(yīng)隨孔徑擴(kuò)大而增大，最多可更換三次芯軸。圖4.25 心軸擴(kuò)孔(馬架擴(kuò)孔）4.4.3 彎曲：將坯料彎成所規(guī)定外形的鍛造工序，用以鍛造各種彎曲類鍛件。特點(diǎn)：內(nèi)邊金屬受壓縮，可能產(chǎn)生折疊；外邊金屬受拉伸，容