第三篇第一章鍛造基礎(chǔ)知識和自由鍛

第二篇金屬壓力加工金屬壓力加工:利用金屬材料在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形來獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的原材料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法。大多數(shù)鋼和多數(shù)有色金屬及合金具有一定的塑性，因此它們均可在熱態(tài)或冷態(tài)下進行壓力加工。

壓力加工的方式：

軋制、擠壓、拉拔、鍛造、沖壓等軋制：在常溫或高溫下使金屬材料通過兩個回轉(zhuǎn)軋輥之間的孔隙得到具有一定形狀尺寸的板材、型材及管材的加工方法。

拉拔：將金屬坯料拉過拉拔模的?？锥冃蔚募庸し椒āD壓：將金屬坯料放在擠壓筒內(nèi)，用強大的壓力從一端的?？字袛D出而變形的加工方法。

鍛造（一般鍛件復雜程度不如鑄件，但內(nèi)部組織和力學性能卻遠優(yōu)越于鑄件。）沖壓：利用沖床上的沖模使板料產(chǎn)生分離或變形的加工方法，通常在冷態(tài)下進行，又稱冷沖壓第一章鍛造§1.1

金屬的可鍛性●金屬的可鍛性：材料經(jīng)受壓力加工時獲得優(yōu)質(zhì)制品難易程度的工藝性能?！窨慑懶缘暮饬浚核苄裕〝嗝媸湛s率ψ，伸長率δ），變形抗力。塑性好，變形抗力小則可鍛性好。

可鍛性取決于：金屬本質(zhì)和加工條件。一、金屬的本質(zhì)

純金屬的可鍛性比合金好；有些元素可使可鍛性顯著下降（如鉻，鎢，釩等）。鋼的含碳量越低，可鍛性越好。＊組織不同，可鍛性有很大差異：

＊純金屬、固溶體（如奧氏體）可鍛性好；碳化物可鍛性差；＊鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒不如晶粒細小均勻。

金屬組織的影響化學成分的影響二、加工條件（溫度、速度、應力狀態(tài)）

⒈變形溫度的影響

＊溫度↑→原子的運動能力↑→容易滑移→塑性↑,變形抗力↓，可鍛性改善.

過熱：超過一定溫度，晶粒急劇長大，鍛造性能↓，機械性能↓。已過熱工件可通過鍛造，控制冷卻速度，熱處理，使晶粒細化。

過燒：接近材料熔化溫度，晶間的低熔點物質(zhì)開始熔化，且氧化性氣體進入晶界上形成氧化層，使晶間連接遭到破壞，金屬失去鍛造性能，一擊便碎，無法挽回。

鍛造溫度：始鍛溫度：碳鋼比AE線低200C°左右終鍛溫度：800C°過低難于鍛造，若強行鍛造，將導致鍛件破裂報廢。⒉變形速度的影響

＊變形速度u=dε/dtε—變形程度

＊變形速度u⒊應力狀態(tài)影響三向應力中，壓力應力數(shù)目愈多，則塑性越好。塑性↓.變形抗力↑熱能↑→塑性↑，變形抗力↓§1.2

鍛前加熱與鍛后冷卻一.鍛造前加熱目的及方法

目的:

提高金屬塑性,降低變形抗力.易于鍛造成形并獲得好的鍛后組織.

按加熱熱源不同可分為:1.火焰加熱,燃料來源方便,爐子修造簡單,加熱費用低適應范圍廣.用于各種大．中．小型坯料的加熱。勞動條件差，加熱速度慢，加熱質(zhì)量難于控制。

2.電加熱感應加熱．接觸加熱．電阻爐加熱．鹽浴加熱。加熱質(zhì)量好，主要用在模鍛上。

二.鋼在加熱過程中的物理．化學變化1.鋼在加熱過程中的氧化與脫碳

氧化—鋼加熱到高溫,表層的鐵與爐氣中的氧化性氣體發(fā)生化學反應,使鋼表層變成氧化鐵的現(xiàn)象.

氧化過程的化學反應:2Fe+O2=2FeOFe+CO2=Fe

O

+CO6FeO+O2=3Fe3O4Fe++H2O=FeO+H24Fe3O4+O2=6Fe2O3由于氧化擴散過程從外向內(nèi)逐步減弱,故氧化皮由三層不同的氧化鐵組成:表層為Fe2O3;中層為Fe3O4;內(nèi)層為FeO

鍛造時,鋼每加熱一次,有1.5~3.0%的金屬被氧化燒損,

形成的氧化皮若被壓入鍛件表面,使表質(zhì)量和尺寸精度下降.另在模鍛時氧化皮硬而脆會使模具加快受損?？焖偌訜幔s短高溫下停留時間。

脫碳：

鋼在高溫加熱時,表層中的碳和爐氣中的氧化氣體發(fā)生反應,碳發(fā)生氧化，從而使表層含碳量下降的現(xiàn)象.（碳在鋼中以Fe3C的形式存在）

Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2Fe3C+CO2=3Fe+COFe3C+O2=3Fe+CO2Fe3C+H2=3Fe+CH4

脫碳會使鋼表面變軟,強度和耐磨性降低.2.鋼在加熱過程中的過熱與過燒

(1)過熱當鋼加熱超過某一溫度,并在此溫度停留的時間過長,會引起奧氏體晶粒迅速長大的現(xiàn)象.產(chǎn)生過熱的鋼冷卻后晶粒仍粗大.(2)過燒當鋼加熱到接近熔化溫度,并在此溫度長時間停留時,不但奧氏體的晶粒粗大,同時由于氧化性氣體滲入到晶界,使晶間物質(zhì)Fe、C、S發(fā)生氧化的現(xiàn)象。使晶間連接遭到破壞，過燒的鋼強度大降低。金屬失去鍛造性能，一擊便碎，嚴重過燒的鋼只能報廢回爐重新熔煉。三.鍛造溫度范圍的確定始鍛溫度---開始鍛造的溫度.始鍛溫度↑金屬的塑性↑,變形抗力↓,便于加工,但過高會產(chǎn)生過燒或熔化現(xiàn)象.低碳鋼的始鍛溫度為1200~1250℃

終鍛溫度---停止鍛造的溫度.要保證在終鍛溫度前具有足夠的塑性,還要使鍛件能夠獲得良好的組織.一般應高于再結(jié)晶溫度.碳鋼的鍛造溫度范圍四.鍛件的冷卻冷卻方法不當鍛件可能產(chǎn)生裂紋或白點而報廢,或影響生產(chǎn)率.(白點是鋼的內(nèi)部破裂的一種,在鋼件的縱向斷口上呈圓形或橢圓形的銀白色斑點)

1.鍛件在冷卻過程中產(chǎn)生內(nèi)應力（鍛件表層和心部冷卻不一致而產(chǎn)生應力）；如果鍛件在冷卻時發(fā)生相變，也會由于相變前后組織比容發(fā)生變化而產(chǎn)生相變應力；如果各種應力疊加沒有造成鍛件破壞，冷卻終了便保留下來稱為鍛件殘余應力.應在機械加工之前進行熱處理,以免在機械加工時或后變形.2.冷卻方式空氣中冷卻．坑內(nèi)冷卻爐中冷卻。2.冷卻方式

空氣中冷卻．坑內(nèi)冷卻爐中冷卻。應用：空冷：中小型碳鋼和合金鋼鍛件坑冷或爐冷：合金成分復雜的合金鋼鍛件對于含碳量高的鋼，若鍛后緩慢冷卻，在晶界會析出網(wǎng)狀碳化物，影響鍛件使用性能，因此在鍛后先空冷到700℃，然后再在爐中或坑內(nèi)緩冷。第二章自由鍛自由鍛

＊自由鍛是利用沖擊力或壓力使金屬在上、下兩個抵鐵之間變形。從而獲得所需形狀及尺寸的鍛件。在重型機械中，自由鍛是生產(chǎn)大型鍛件和特大型鍛件唯一成型的方法。

＊金屬沿變形方向可以自由流動，不受限制。自由鍛可分為：手工鍛造：用于生產(chǎn)小鍛件機器鍛造：所用設備有空氣錘（生產(chǎn)小件）；蒸氣－空氣錘（中）；水壓機（大件）。

自由鍛設備根據(jù)鍛造類型的不同可分為兩種：鍛錘自由鍛:

依靠沖擊力使金屬變形，只能鍛造中小鍛件。液壓機自由鍛：依靠靜壓力使金屬變形，可加工大型鍛件。其中水壓機可產(chǎn)生很大作用力，是重型機械廠鍛造生產(chǎn)的主要設備。

第一節(jié)自由鍛設備

一.空氣錘

我國中小型鍛工車間中數(shù)量最多，使用方便．費用低．本身結(jié)構(gòu)簡單操作方便．可完成全部自由鍛造工序和用于胎模鍛。

空氣錘規(guī)格用落下的重量表示，50~1000kg工作原理如圖:1踏桿2砧墊3下砧鐵4上砧鐵5、9活塞６工作氣缸７、１１氣閥８壓縮氣缸１０減速器１２電動機

二.蒸氣－空氣錘

三.自由鍛造水壓機

水壓機與鍛錘相比具有以下特點:(1)水壓機工作時沒有振動,可改善工人的勞動條件.(2)水壓機的靜壓力在鍛件上的時間比鍛錘的沖擊力的作用時間長,

可使鍛件達到較大的鍛透深度,獲得整個截面細粒組織的鍛件.(3)在水壓機上鍛造,變形速度慢金屬的再結(jié)晶進行的較完全,有利于提高塑性,降低變形抗力,高合金鋼在水壓機上鍛造效果較好.Ｆ＝Ｐ＊Ａ第二節(jié)自由鍛造工序一、自由鍛工序分類：基本工序：使金屬產(chǎn)生一定程度的塑性變形，以達到所需形狀及尺寸的工藝過程，完成鍛件的基本工藝過程。輔助工序：為基本工序操作方便而進行的預先變形工序。精整工序：為減少鍛件表面缺陷而進行的工序基本工序

分割坯料，或去除鍛件余量的工序。

輔助工序精整工序完成基本工序之后，用以提高鍛件尺寸和形狀精度的工序。較正、滾圓、平整

鐓粗拔長

彎曲

扭轉(zhuǎn)錯移切割適于餅塊類，盤套類適于軸類、桿類拔長、鐓粗經(jīng)常交替反復使用。有時一頭鐓粗，另一頭拔長。沖孔（通孔、盲孔）沖孔，常用方法：鐓粗—沖孔鐓粗—沖孔—擴孔工件軸線產(chǎn)生一定曲率。某一部分相對于另一部分轉(zhuǎn)一定角度。坯料的一部分相對于另一部分平移錯開的工序，例如曲軸。在基本工序之前的預變形工序如壓肩、壓鉗口等。

難度較大，應采取適當工序組合鍛造。自由鍛件分類餅塊類鍛件按鍛造工藝特點給鍛件分類，即把形狀相同、變形過程類似的鍛件歸為一類，一般分為6類。基本工序是鐓粗，其中帶孔的鍛件需沖孔。空心類鍛件基本工序有鐓粗、沖孔、芯軸拔長。環(huán)形件鍛造過程是鐓粗---沖孔---芯軸擴孔；筒形件鍛造過程是鐓粗---沖孔---芯軸拔長；軸桿類鍛件基本工序是拔長。曲軸類鍛件大型曲軸采用自由鍛，一般中、小型曲軸多采用模鍛。基本工序有拔長、錯移和扭轉(zhuǎn)。彎曲類鍛件基本工序是彎曲，彎曲前的制造工序是拔長。復雜形狀鍛件

第三節(jié)自由鍛件結(jié)構(gòu)工藝

要求簡單的．對稱的．直角的．平面的結(jié)構(gòu)避免錐體．曲線形．工字形等表面，不允許有加強筋。

不合理

合理

說明圓錐體的鍛造須用專門工具,鍛造比較困難,應盡量避免.與此相似,鍛件上的斜面也不易鍛出,也應盡量避免圓錐體與圓柱體交接處的鍛造很困難,應改成平面與圓柱體交接,或平面與平面交接

不合理

合理

說明加強筋與表面凸臺等結(jié)構(gòu)不能用自由鍛方法獲得,應避免這種設計對于橢圓形或工字形截面、弧線及曲線形表面,也應避免橫截面有急劇變化或形狀復雜的零件,應分成幾個易鍛造的簡單部分,再用焊接或機械連接組合機整體第四節(jié)自由鍛造工藝規(guī)程制訂

1、根據(jù)零件圖繪制鍛件圖：

2、決定坯料的重量和尺寸；

3、制訂變形工藝；

4、選擇鍛壓設備；

5、確定鍛造溫度范圍．加熱和冷卻規(guī)范；

6、確定熱處理規(guī)范；

7、填寫工藝卡一.鍛件圖的制訂

鍛件圖---在零件圖的基礎(chǔ)上加上加工余量和鍛造公差而成的,當某些鍛件帶有凹檔．凸肩．小孔鍛不出時，可加上余塊，來簡化鍛件的形狀。

鍛件圖的繪制規(guī)則：

鍛件圖上的鍛件形狀用粗實線描繪，零件圖用點劃線或細實線描繪，鍛件尺寸．公差注在尺寸線上面，相應的零件尺寸注在尺寸線下面，并加括號括起來。

鍛件圖是制定鍛造工藝過程和鍛件檢驗的依據(jù)。繪制時主要考慮以下幾個因素：余塊對鍵槽、齒槽、退刀槽以及小孔、盲孔、臺階等難以用自由鍛方法鍛出的結(jié)構(gòu)，必須暫時添加一部分金屬以簡化鍛件的形狀。為了簡化鍛件形狀以便于進行自由鍛造而增加的這一部分金屬。余量在零件的加工表面上增加供切削加工用的余量，稱之為鍛件余量。鍛件公差鍛件公差是鍛件名義尺寸的允許變動量，其值的大小與鍛件形狀、尺寸有關(guān)，并受生產(chǎn)具體情況的影響。

為了使操作者了解零件的形狀和尺寸，在鍛件圖上用雙點劃線或細實線畫出零件的主要輪廓形狀，并在鍛件尺寸線的上方標注鍛件尺寸與公差，尺寸線下方用圓括弧標注出零件尺寸。

二.坯料的重量和尺寸1.坯料的重量

G坯=G鍛+G燒+G料頭+G芯料

G燒=(2~3)%G鍛(燒損率可查表)

圓形料頭:G料頭=(1.65~1.8)D3(kg)(D鍛件端部直徑)

矩形料頭:G料頭=(2.2~2.36)B2H(kg)(B、H鍛件端部的寬與高)

G芯料=(1.18~1.57)d2H(kg)（實心沖子直徑和沖孔坯料高度2.坯料尺寸的確定

(1)用鐓粗法鍛造為避免產(chǎn)生彎曲,應滿足:

1.25≤H/D≤2.5

H=(1.25~2.5)D

V坯=G坯/ρ

對于圓坯料,坯料直徑D可按右式計算:

對于方坯料,邊長L可按右式計算:一.鍛件圖的制訂

初步確定的坯料直徑(或邊長)應按國家鋼材規(guī)格來標準化.

然后,求得坯料高度:

(2)采用拔長法鍛造時,坯料尺寸的確定A鍛由鍛件圖求出，A坯求出后,可求出坯料直徑D坯,Ｖ坯，再按國標選用標準直徑,再計算L坯:

三.確定變形工序自由鍛鍛造工序的選取應根據(jù)工序特點和鍛件形狀來確定。1.餅塊類鍛件2.空心類鍛件3.軸桿類鍛件4.曲軸類鍛件5.彎曲類鍛件6.復雜形狀類鍛件

盤類件：鐓粗(或拔長及鐓粗)、沖孔；軸類鍛件：拔長(或鐓粗及拔長)、切肩和鍛臺階；筒類鍛件：鐓粗(或拔長及鐓粗)、沖孔、在心軸上拔長；環(huán)類鍛件：鐓粗(或拔長及鐓粗)、沖孔、在心軸上擴孔；曲軸類鍛件：拔長(或鐓粗及拔長)、錯移、鍛臺階、扭轉(zhuǎn)；彎曲類鍛件：拔長、彎曲等。1.餅塊類鍛件齒輪毛壞的鍛造過程2.空心類鍛件3.軸桿類鍛件傳動軸的鍛造過程下料拔長鐓