常用的鍛造方法

常用的鍛造方法第1頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一空氣錘第2頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一（2）Steam-air-operatedhammer（蒸氣-空氣錘）利用蒸氣或壓縮空氣帶動錘頭工作，它的噸位稍大，最大鍛件質(zhì)量<1500Kg,但需要一套輔助設(shè)備（蒸氣鍋爐或空氣壓縮機）。主要組成部分有工作氣缸1、落下部分2、機架3、砧座4和操作手柄5等。第3頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第4頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一（3）Hydraulicpress(液壓機或水壓機）利用高壓水的壓力代替鍛錘的沖擊力。其噸位用壓力表示，可鍛造<300噸的鑄錠，且鍛透深度較大，但設(shè)備投資較大。第5頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第6頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一3.自由鍛的工序（Forgingoperations）1.Basicoperations(基本工序）—使金屬材料產(chǎn)生一定的塑性變形，以達(dá)到所需形狀和尺寸的工藝過程。包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、扭轉(zhuǎn)、錯移等。2.Assistantoperations(輔助工序）—為方便基本工序操作而進(jìn)行的預(yù)變形，如倒棱、壓肩等。3.Finishingoperations(精整工序）—用以減少鍛件表面的缺陷，包括修整鼓形、平整端面、校直彎曲。第7頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一基本工序——拔長第8頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一基本工序——鐓粗第9頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一基本工序——沖孔第10頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一基本工序——彎曲第11頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一基本工序——錯移第12頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一基本工序——扭轉(zhuǎn)第13頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一4.CharacteristicsandApplicationsAdvantages:(1)使用工具簡單，不需昂貴的模具；(2)可以鍛造各種重量的鍛件，大型鍛件，它幾乎是唯一的方法；(3)所需的設(shè)備噸位較低。Disadvantages:(1)鍛件的尺寸精度較低，加工余量大；(2)鍛件的形狀受到一定的限制（比較簡單）；(3)生產(chǎn)率較低，勞動強度大。應(yīng)用：單件小批量生產(chǎn)。第14頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一二、工藝規(guī)程的制定1、Drawupaforgingdrawing（繪制鍛件圖）以零件圖為基礎(chǔ)并考慮下列因素繪制而成的：（1）余塊—為簡化鍛件形狀、便于鍛造而增加的一部分金屬。（2）Machiningallowance(鍛件余量）—為后續(xù)切削加工而留的加工余量。（3）Forgingtolerance(鍛件公差）—鍛件名義尺寸的允許偏差。鍛件圖的畫法：如圖2-34，以粗實線表示鍛件的形狀、雙點劃線表示零件的基本形狀；零件尺寸注在鍛件相應(yīng)尺寸下面的括號內(nèi)。第15頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第16頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一2、Thechoiceofforgingoperations（選擇變形工步）根據(jù)工步的特點及鍛件的形狀、尺寸、技術(shù)要求和生產(chǎn)批量等來確定。包括確定鍛件成形所需的基本工序、輔助工序和精整工序的工步，以及所需的工具，確定工步的順序及變形尺寸等。各類自由鍛件的基本變形工步方案見表2-4。3、Thecalculationofblank`squantityandsize（計算坯料重量和尺寸）鍛造用的坯料有兩類：鋼材和鋼坯，用于中、小型鍛件；另一類為鑄錠，用于大、中型鍛件。第17頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一Thequantity：

G坯料=G鍛件+G損=G鍛件+G燒+G芯+G切G燒計算方法列于表2-5Thesize:

應(yīng)考慮鍛造比(forgingratio),保證有足夠的變形程度.采用碳素鋼錠作坯料時，Y≥2.5~5采用軋制的材料，Y≥1.3~1.5第18頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一（1）餅塊類和空心類鍛件通常采用鐓粗法，坯料的高徑比應(yīng)為H/D≤2.5~3坯料的直徑或邊長可按下式計算：圓截面坯料：D計

≥0.8(V坯)1/3方截面坯料：A計≥0.74(V坯)1/3D計—圓截面坯料計算直徑，A計—方截面坯料的計算邊長（2）軸類鍛件：通常采用拔長法，拔長后的最大截面應(yīng)達(dá)到規(guī)定的鍛造比要求。

F坯≥y·FmaxF坯—坯料的截面積，F(xiàn)max—拔長后的最大截面積圓截面坯料：D計

≥(y)1/2Dmax第19頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)計算的坯料直徑或邊長后，參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定坯料的實際直徑或邊長，然后計算出坯料的長度。熱軋圓鋼的標(biāo)準(zhǔn)直徑見表2-6。采用鋼錠為坯料的大型鍛件，可根據(jù)實際經(jīng)驗估算鋼錠重量。鍛件的鋼錠利用率約為0.50~0.65，鍛造比通常取2.5~5。第20頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一4、選擇鍛造設(shè)備根據(jù)鍛件的材料、尺寸和重量，并考慮實際生產(chǎn)的條件。按表2－7選擇。5、確定鍛造溫度范圍碳鋼鍛件，要將坯料加熱到鐵碳相圖的GSE線以上，獲得單一的奧氏體。需制定合適的鍛造溫度范圍。Beginningtemperature（始鍛溫度）—ashighaspossibleForcarbonsteel，thebeginningtemperatureis150~250℃belowtheAEline.Endingtemperature（終鍛溫度）—aslowaspossible(ensureenoughductility)第21頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第22頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一三、工藝規(guī)程舉例圖2-35齒輪坯自由鍛工藝：（1）繪制鍛件圖：齒輪上的輪齒、小的凹槽、凸肩以及輪輻上的8個φ30的孔，自由鍛難以鍛出，需加余塊；查表2-2的鍛件的加工余量和公差為a=10±4,b=9±3,c=13±5,繪出鍛件圖。第23頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一（2）確定變形工步參照表2-4，主要變形工步是鐓粗和沖孔和擴孔，凸肩采用墊環(huán)局部鐓粗，內(nèi)孔較大，應(yīng)用沖子擴孔。注意：沖孔和擴孔時，金屬會沿徑向流動，并沿凸肩高度方向產(chǎn)生拉縮現(xiàn)象，因此，局部鐓粗后的徑向尺寸要小些、凸肩的高度要大些。第24頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第25頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一（3）計算坯料的重量和尺寸G鍛=V鍛·=17.8kg沖孔芯料的重量：取d=60mm,H=65mm,K2=1.3（見表2-5）G芯=K2d2H=0.3kg燒損重量：需加熱兩次，系數(shù)K1=0.035G燒=G鍛K1=0.6kgG坯=G鍛+G芯+G燒=18.7kg坯料的計算直徑：D計

≥0.8(V坯)1/3D計

=0.9(V坯)1/3=0.9（18.7/7.85）1/3=120mm查表2-6，選擇坯料直徑120mm坯料長度=V坯/A=210mm因此確定坯料的尺寸為φ120×210mm第26頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一（4）選定設(shè)備噸位參照表2-7，此鍛件屬圓環(huán)類，選擇0.5噸的自由鍛錘。第27頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一四、自由鍛零件的結(jié)構(gòu)工藝性（Structuraldesignforopendieforgings）1.應(yīng)避免鍛件上有圓錐體或斜面的結(jié)構(gòu)。2.圓柱體與圓柱體的交接處鍛造很困難，應(yīng)改成平面與圓柱或平面與平面相連；3.加強筋與表面凸臺難以用自由段的方法鍛出，工字形截面或空間曲線形表面，也應(yīng)避免；4.橫截面有急劇變化或形狀復(fù)雜的零件，應(yīng)分成幾個易鍛造的簡單部分，再用焊接或機械連接的方法組合成整體。第28頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第29頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第30頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一3.4、模鍛（Closeddieforging）模鍛是將加熱后的坯料放入鍛模的模膛內(nèi)鍛壓成型的方法。其特點是坯料變形時，金屬的流動受到模膛的限制和引導(dǎo)，因此獲得與模膛形狀一致的鍛件。第31頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一一.ThecomparisonbetweencloseddieforgingandopendieforgingAdvantages:1.highproductionrates2.higherdimensionalaccuracy3.morecomplicatedshapescanbeproduced.4.savematerials,lowercostinmassproduction.第32頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一Disadvantages:notsuitableforlargeparts，<150Kghighercost應(yīng)用：適于中、小型鍛件的成批或大量生產(chǎn)。二.ClassificationDropforgingandPressforging.(包括曲柄壓力機上模鍛、摩擦壓力機上模鍛、平鍛機上模鍛、液壓機上模鍛等）。錘上模鍛（dropforging)主要用蒸氣—空氣模鍛錘。圖2-21，其特點：1）模鍛錘的錘頭（ram)與導(dǎo)軌之間的間隙(gap)較小，通常其導(dǎo)軌較長；2）為使錘頭運動準(zhǔn)確，機架(frame)與砧座(anvil)相連接，且砧座比自由鍛錘大得多；3）噸位較大，1~16t。自由鍛錘為0.5-5t。第33頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第34頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一錘上模鍛能完成鐓粗、拔長、滾擠、彎曲、成形、預(yù)鍛和終鍛等變形工步的操作，錘擊力量和錘擊頻率可自由控制和變換，可完成各種長軸類和短軸類鍛件的模鍛。其適用性較好，設(shè)備費用相對較低，是目前用得最多的一種模鍛方法。缺點是：振動和噪音大、勞動條件差、機械化程度不夠高，生產(chǎn)率也不太高，在大批量生產(chǎn)中有被壓力機模鍛取代的趨勢。第35頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一三.錘上模鍛工藝（（dropforgingtechnology)（一）Theproceduresanddiecavities模鍛的變形工步分為制坯工步(preforming)和模鍛工步(dieforing)制坯工步使坯料初步成形，模鍛工步完成鍛件的最終成形。相應(yīng)的模鍛模膛分為制坯模膛、預(yù)鍛模膛和終鍛模膛。1.finishingdiecavity(終鍛模膛）：使坯料最后變形到鍛件所需的形狀和尺寸。特點：(1)形狀與鍛件相同，(2)尺寸放大一個收縮量，鋼件取1.5%(3)沿模膛四周有飛邊槽(flashgutter),其作用：(a)增加金屬從模膛中流出的阻力；(b)容納多余的金屬；(c)減緩上、下模的沖擊。第36頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一2.blockingdiecavity(預(yù)鍛模膛）：使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸。特點：預(yù)鍛模膛的圓角和斜度較大，且沒有飛邊槽。3.blankmakingdiecavity(制坯模膛）：使坯料形狀基本接近于鍛件的形狀。根據(jù)鍛件復(fù)雜程度的不同，鍛模分為：單膛鍛模：在一副鍛模上只有一個終鍛模膛。多膛鍛模：在一副鍛模上具有兩個或以上的模膛。第37頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第38頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第39頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第40頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一（二）Technologicalprocessofcloseddieforging（模鍛件圖的制定）1.Partingplane（分模面）：上、下鍛模在模鍛件上的分界面。Severalrules(1)分模面應(yīng)選在鍛件最大尺寸的截面上；(2)為便于發(fā)現(xiàn)錯?，F(xiàn)象，應(yīng)使上、下模的模膛外形一致；(3)為便于金屬充滿模膛，便于取出鍛件和鍛模的制造，最好把分模面選在使模膛具有最淺的方向上；(4)使零件所加的余塊最少；(5)使分模面為平面，上、下模膛的深淺基本一致。第41頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第42頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一2.Machiningallowance,tolerance（加工余量和公差）公差、余量、比自由鍛小得多。確定的方法有兩種：按照零件的形狀尺寸和鍛件的精度等級；或按照鍛錘的噸位。后者較簡便，按照此方法確定的鍛件加工余量和公差見表2-13。第43頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一3.Draf（模鍛斜度）、Filletandcornerradii、沖孔連皮(wad)Draf:分為外模鍛斜度和內(nèi)模鍛斜度，應(yīng)選3°、5°、7°、10°、12°等標(biāo)準(zhǔn)度數(shù)。內(nèi)模鍛斜度應(yīng)比外模鍛斜度大一級。模鍛斜度與模膛深度、寬度有關(guān)。模膛深度與相應(yīng)寬度的比值增大時，模鍛斜度應(yīng)取較大值。一般外模鍛斜度取5°或7°，特殊部位取10°為簡化模具加工，同一鍛件的內(nèi)外模鍛斜度，一般各取同一數(shù)值。第44頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一Filletandcornerradii（圓角半徑）模鍛件上所有兩平面的交角處應(yīng)作成圓角，避免應(yīng)力集中產(chǎn)生裂紋，并有利于金屬充滿模膛。鍛件內(nèi)圓角的作用是減少鍛造時金屬流動的摩擦阻力，減少模具磨損，提高使用壽命。鍛件外圓角的作用是使金屬易于充滿模膛，減小應(yīng)力集中第45頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一外圓角半徑r=加工余量+零件的圓角半徑內(nèi)圓角半徑R=(2~3)r圓角半徑應(yīng)選1、1.5、2、3、4、5、6、8、10、12、15、20等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。第46頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一沖孔連皮(wad)不能直接鍛出通孔，孔內(nèi)必須留有一定厚度的金屬層，成為沖孔連皮.連皮太薄，則沖擊力太大，會導(dǎo)致模膛突出部位加速磨損或壓塌；連皮太厚，不僅浪費金屬，而且沖除時會造成鍛件的變形。連皮的厚度一般為4~8mm，可用下式計算：

s=0.45(d-0.25h-5)1/2+0.6h1/2注意：當(dāng)孔徑小于25mm或孔深大于沖頭直徑的3倍時，只在沖孔處壓出凹穴。第47頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一鍛件圖的繪制方法同自由鍛的鍛件圖。4、變形工步的確定模鍛件分為短軸類和長軸類兩種。短軸類：鍛造過程中錘擊方向與鍛件的軸線同向，通常是鐓粗制坯(upsetting)和終鍛成形(finishing)。形狀簡單的，也可直接終鍛成形；形狀復(fù)雜的，則要增加成形鐓粗和預(yù)鍛等工步；長軸類：鍛造過程中錘擊方向與鍛件的軸線垂直。通常采用拔長、滾擠等工步。形狀復(fù)雜時，要增加彎曲、成形、預(yù)鍛等工步。第48頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一6、坯料尺寸的計算短軸類：V坯=（V鍛+V連+V飛）（1+K1)V飛—飛邊的體積，按飛邊槽容積的一半計算。

D計=1.08(V坯/m)1/3

m—坯料的高徑比，可取1.8~2.2長軸類：根據(jù)鍛件的最大截面積

D計=1.13(K·Fmax)1/2

K—模膛系數(shù)不制坯或有拔長工步時，K=1;有滾擠工步時，K=0.7~0.85。第49頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

6、鍛錘噸位的確定噸位選擇根據(jù)鍛件重量參照表2-147、模鍛件的精整（1）切邊和沖孔(trimmingandpunching)切邊模和沖孔模都是由凸模（沖頭）和凹模