鍛造工藝與模具設(shè)計第一章

鍛造工藝與模具設(shè)計西南交通大學希望學院第一章緒論壓力加工設(shè)備欣賞13

鍛造的定義：利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。什么是鍛造？——金屬塑性加工方法之一

為了使金屬材料在高塑性下成型，通常鍛造是在熱態(tài)下進行，因此鍛造也稱為熱鍛。

塑性成型生產(chǎn)過程簡述①自由鍛。利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個抵鐵（砧塊）間產(chǎn)生變形以獲得所需鍛件，主要有手工鍛造和機械鍛造兩種。鍛造按成形方法可分為

②模鍛。模鍛又分為開式模鍛和閉式模鍛．金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內(nèi)受壓變形而獲得鍛件，又可分為冷鐓、輥鍛、徑向鍛造和擠壓等等。15③特種鍛造。有些零件采用專用設(shè)備可以大幅度提高生產(chǎn)率，特種鍛造是用”小設(shè)備干大活”，但其有一定的局限性，只能大批量的生產(chǎn)某一類產(chǎn)品。應(yīng)用范圍航空航天武器裝備交通運輸中國動車組列車全鋁汽車齒輪曲軸連桿1．任務(wù)：解決鍛件的成形及其內(nèi)部組織性能的控制，以獲得所需形狀、尺寸和質(zhì)量的鍛件。2．目的：鍛造的根本目的是利用外加載荷（沖擊載荷或靜載荷）通過鍛壓設(shè)備或模具使金屬毛坯產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛件，同時使鍛件機械性能和內(nèi)部組織符合一定的技術(shù)的要求。實質(zhì)：鍛造工藝的實質(zhì)是如何利用金屬的塑性使金屬毛坯改變形狀和性能而成為合格鍛件的加工過程。一、鍛造生產(chǎn)的特點及其在國民經(jīng)濟中的作用（一）鍛造生產(chǎn)的優(yōu)點和缺點

1．優(yōu)點：優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、靈活。

1)優(yōu)質(zhì)

指可以改善金屬組織性能。

金屬零件的傳統(tǒng)生產(chǎn)過程是：

冶煉─制坯─切削加工─熱處理

制坯有三條途徑：鑄造毛坯、軋制型材、鍛造毛坯。鑄造毛坯的組織性能差，只適用于性能要求低的零、部件鍛造：纖維組織－－變形后的雜質(zhì)仍具有方向性，呈現(xiàn)纖維狀條紋

鍛造流線－－變形后雜質(zhì)的纖維分布，使組織、

性能呈方向性鋼錠鍛造過程中纖維組織形成的示意2)高產(chǎn)

指機械化生產(chǎn)，生產(chǎn)率高二、三百件/小時，現(xiàn)在更高了，一百多件/分，1.2萬件/小時。據(jù)統(tǒng)計，每模鍛100萬噸鋼，由于提高了生產(chǎn)率，可比切削加工減少2~3萬工人，少用15000臺機床。在現(xiàn)今技術(shù)水平條件下，幾乎任何一種金屬材料都可用鍛造方法制成半成品零件，只是難易程度不同而已。今天，鍛造生產(chǎn)率提高，其鍛件精度也愈來愈高，可以達到甚至超過機械加工的一般精度水平，如各種冷溫擠壓標準件、精鍛齒輪、精鍛葉片、精鍛軸類件等。西航建成國內(nèi)最大航空發(fā)動機葉片精鍛生產(chǎn)線3)低消耗

指少、無切削，省工省料。

4)靈活

指鍛造可以鍛制形狀簡單的鍛件（如模塊、齒輪坯等），也可鍛制形狀復(fù)雜、不需或只需少量切削加工的精密鍛件（如曲軸、精鍛齒輪等）鍛件的重量小的不到1公斤大的可達幾百噸單件小批量生產(chǎn)大批量生產(chǎn)。萬噸級水壓機模鍛的飛機大梁、火箭捆挷環(huán)2．缺點：1)模具成本高，加工周期長。

2)受鍛造設(shè)備噸位的限制。（二）鍛造業(yè)的地位鍛造在工業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。

鍛造生產(chǎn)能力及其工藝水平，對一個國家的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術(shù)的影響，難以估量。鍛造生產(chǎn)的能力在一定程度上標志著一個國家的工業(yè)水平。二、鍛件生產(chǎn)的分類及其工藝流程根據(jù)所用工具和生產(chǎn)工藝的不同可分為自由鍛造、模鍛和特種鍛造。1．自由鍛造把加熱好的坯料放在自由鍛造設(shè)備的平砧之間或簡單的工具中進行鍛造的方法稱為自由鍛。一般由鍛工控制金屬的變形方向和形狀尺寸。手工鍛造機械（錘上自由鍛和水壓機上自由鍛）自由鍛自由鍛造主要用于鍛制鋼錠和形狀簡單、粗糙度要求較低、加工余量較大的鍛件生產(chǎn)。使用的是形狀簡單的通用工具，靈活性大，生產(chǎn)準備周期短，所以使用范圍廣。鍛件力學性能和表面質(zhì)量受操作工人的影響較大，不易保證，生產(chǎn)效率低。

自由鍛還可以借助簡單的模具進行鍛造，稱胎模鍛。胎模鍛造是把加熱好的坯料用自由鍛方法預(yù)鍛成近似鍛件的形狀，然后在自由鍛設(shè)備上用胎模終鍛成形（形狀簡單的鍛件可直接把坯料放入胎模內(nèi)成形），這種鍛造方法稱為胎模鍛造。

2．模鍛

把加熱好的坯料放在固定于模鍛設(shè)備上的模具內(nèi)進行鍛造的方法稱為模鍛。由于模具型槽限制金屬的變形，而獲得與型槽形狀一致的鍛件。根據(jù)變形特點，分為開式模鍛和閉式模鍛。根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)特性和工藝特性的不同，分為錘上模鍛（自由鍛錘上模鍛、高速錘上模鍛）、摩擦壓力機上模鍛、熱模鍛壓力機上模鍛、液壓機上模鍛、平鍛機上模鍛、專用鍛壓機上模鍛等。模鍛適用于形狀復(fù)雜，尺寸精度較高，加工余量小，批量生產(chǎn)的中、小型鍛件。形狀和尺寸靠模具保證，人為影響因素小。精密鍛件的成形也要通過模鍛來實現(xiàn)。3．特種鍛造

即在專用鍛壓設(shè)備上或在特殊模具型槽內(nèi)使坯料成形的一種特殊鍛造工藝。一般鍛造方法很難達到要求時，可用特種鍛造工藝。如精密模鍛，溫熱擠壓，輥鍛，電鐓，擺動輾壓，粉末鍛造，液態(tài)模鍛，等溫模鍛和超塑性模鍛等。

鍛造工藝流程是指生產(chǎn)一個鍛件所經(jīng)過的鍛造生產(chǎn)過程。以模鍛為例，其鍛造工藝流程是：備料－－加熱－－模鍛－－切邊、沖孔－－熱處理－－酸洗、清理－－校正。模鍛生產(chǎn)的工藝流程：拋丸41

一般來說，一種鍛件選用哪一種鍛造方法生產(chǎn)，與形狀、尺寸、技術(shù)要求和生產(chǎn)批量大小等很多因素有關(guān)。通常，單件、小批量生產(chǎn)自由鍛方法大批量模鍛方法生產(chǎn)但有些航空重要產(chǎn)品上的鍛件，雖然批量不大，但由于流線和性能等方面的要求，要求工藝的一致性等，通常也采用模鍛方法生產(chǎn)。三、鍛造工藝的發(fā)展簡史及其發(fā)展趨勢（一）鍛造技術(shù)的發(fā)展簡史人類在新石器時代末期，已開始以錘擊天然紅銅來制造裝飾品和小用品。中國約在公元前2000多年已應(yīng)用冷鍛工藝制造工具，如甘肅武威皇娘娘臺齊家文化遺址出土的紅銅器物，就有明顯的錘擊痕跡。最初，人們靠掄錘進行鍛造，后來出現(xiàn)通過人拉繩索和滑車來提起重錘再自由落下的方法鍛打坯料。14世紀以后出現(xiàn)了畜力和水力落錘鍛。

為鍛銅浮雕。是手工鍛造作品。手工鍛造是一種古老的金屬加工工藝，是以手工鍛打的方式，在金屬板上鍛錘出各種高低凹凸不平的浮雕效果。1842年，英國的內(nèi)史密斯制成第一臺蒸汽錘，使鍛造進入應(yīng)用動力的時代。以后陸續(xù)出現(xiàn)鍛造水壓機、電機驅(qū)動的夾板錘、空氣鍛錘和機械壓力機。夾板錘最早應(yīng)用于美國內(nèi)戰(zhàn)(1861～1865)期間，用以模鍛武器的零件，隨后在歐洲出現(xiàn)了蒸汽模鍛錘，模鍛工藝逐漸推廣。到19世紀末已形成近代鍛壓機械的基本門類。

20世紀初期，隨著汽車開始大量生產(chǎn)，熱模鍛迅速發(fā)展，成為鍛造的主要工藝。鍛壓經(jīng)過100多年的發(fā)展，今天已成為一門綜合性學科。它以塑性成形原理、金屬學、摩擦學為理論基礎(chǔ)，同時涉及傳熱學、物理化學、機械運動等相關(guān)學科，以鍛造、沖壓等為技術(shù)，與其它學科一起支撐機器制造業(yè)。我國的鍛造生產(chǎn)與世界先進國家的水平相比還有一定差距。表現(xiàn)在：1)工業(yè)發(fā)達國家的模鍛件已占全部鍛件的70％以上，而我國尚不足30％。

2)國外有成千條鍛造自動生產(chǎn)線，大型自由鍛造水壓機普遍配備了鍛造操作機等。而我國在這些方法還很薄弱。

3)

精鍛技術(shù)和大型鍛件的生產(chǎn)水平與一些工業(yè)發(fā)展國家相比較低，一些航空產(chǎn)品上的精鍛件和重要的大型自由鍛件還常常需從國外進口。4)在CAD/CAM方面，一些發(fā)達國家已進入實用階段，在這些方面，我國還剛剛起步。（二）鍛造生產(chǎn)的發(fā)展趨勢1)總趨勢是使鍛件形狀、尺寸和表面質(zhì)量最大限度地與產(chǎn)品零件相接近，以達到少、無切削加工的目的，為此應(yīng)逐步發(fā)展和完善精密成形新技術(shù)，發(fā)展高效精密的鍛壓設(shè)備。2)為適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需要，應(yīng)發(fā)展專業(yè)化的連續(xù)生產(chǎn)線，建立地區(qū)性的專門化鍛造中心，如齒輪精鍛中心、連桿鍛造中心、標準件鍛造中心等，以利于進行技術(shù)改造及采用最新設(shè)備和先進工藝。

我國自行研制的萬噸級水壓機

3)為適應(yīng)新產(chǎn)品開發(fā)，縮短研制周期，應(yīng)發(fā)展柔性加工技術(shù)和CAD/CAM技術(shù)。鍛模的CAD/CAM的主要優(yōu)點有：

①設(shè)計的速度快、準確性高，且可將設(shè)計人員從繁重的重復(fù)性勞動中解脫出來。

②可以把多方面的經(jīng)驗和研究成果集中起來，方便地應(yīng)用于設(shè)計加工，提高設(shè)計質(zhì)量。

③可以實現(xiàn)多方案比較設(shè)計，達到優(yōu)化的目的。

4)提高鍛件的內(nèi)在質(zhì)量。

5)提高機械化、自動化水平。

6)發(fā)展以煤氣、油、電等為熱源的先進加熱技術(shù)，改善勞動條件。（三）目前，我國鍛造業(yè)面臨的問題可以歸納為如下裝備水平低，其主要表現(xiàn)是設(shè)備老化、精確度低管理體制亟待理順，生產(chǎn)廠點過多，力量分散廠家封閉式經(jīng)營研究和生產(chǎn)不平衡四、本課程的性質(zhì)和任務(wù)《鍛造工藝學》是研究如何利用各種鍛造方法有效地控制鍛件的成型和內(nèi)部組織性能生產(chǎn)出高質(zhì)量鍛件的一門技術(shù)學科?！跺懺旃に噷W》任務(wù)是通過本課程的教學，達到如下要求：1)基本掌握自由鍛工藝設(shè)計、模鍛工藝設(shè)計和鍛模設(shè)計的方法2)具有初步的進行鍛造工藝分析的能力3)具有初步分析和解決鍛件質(zhì)量