淺析鍛造成形及設備選用獲獎科研報告

淺析鍛造成形及設備選用獲獎科研報告摘

要：鍛造是一種利用工具或者模具在沖擊或壓力作用下加工金屬機械零件或零件毛坯的方法。與其他加工方法相比鍛造加工生產率較高，并且得到的鍛件形狀、尺寸穩(wěn)定性好，由于在壓力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形，消除了內部缺陷如縮松、縮孔等，提高了鍛件的綜合力學性能，使其具備較高的強韌性。在生產生活中，鍛造生產根據工具及工藝的不同分為自由鍛、模鍛和特種鍛造，針對不同的鍛造工藝，選用合適的成型設備對鍛件最終的性能及外觀要求具有重大影響。

關鍵詞：鍛造;成形設備;塑性變形;力學性能

前言

作為成形生產的兩大主體之一，成形設備是為各類成形工藝服務的，通過成形設備為模具和被加工材料提供運動、能量、動力、控制等來完成所要求的成形生產過程。本文主要針對鍛造成形中設備選用進行淺析，成形設備的發(fā)展與完善推動了鍛造產業(yè)的前進，如在20世紀50年代，隨著高速錘的誕生，使得在原來的鍛造工藝基礎上出現了新的高速成形方式，高速錘的打擊速度快，使得金屬在模腔里的流動速度快，提高了填充能力適用于一些壁薄的金屬零件。本文將依據自由鍛、模鍛及特種鍛造三種類型展開對成形設備的選用分析。

1.自由鍛成形分析

自由鍛造一般借助簡單工具，如錘、沖子、墊鐵等對鑄錠或者型材進行鐓粗、拔長、彎曲、沖孔等方式以獲得所需零件毛坯，這種方式具有較大的加工余量，生產效率低，在生產過程中多采用空氣錘、鍛造水壓機等。對于小型、小批量鍛件常采用手工自由鍛，使用簡單的錘、型砧等，不涉及大型機械設備，在此不再贅述;對于大型自由鍛件、批量生產常采用鍛錘自由鍛和水壓機自由鍛，前者多用于鍛造中小型自由鍛件，后者主要鍛造大型自由鍛件。在自由鍛方式選用之前要先對鍛件進行分析，綜合考慮其材料性能、流動充填性、鍛件尺寸、加工余量大小等，合理選用成形設備，安排好變形工步，保證鍛件生產要求的同時合理利用資源。自由鍛的具有使用工具簡單，靈活度較高，有時為充分利用設備，可將制坯工步也在自由鍛設備上完成。該方法的主要不足之處在于鍛件精度低、生產率也較低。

2.模鍛成形分析

針對模鍛成形本文主要考慮錘上模鍛與曲柄壓力機上模鍛，錘上模鍛是在自由鍛與胎膜鍛的基礎上發(fā)展起來的，其模鍛錘主要包括蒸汽-空氣模鍛錘、高速錘和螺旋錘等，模鍛錘的規(guī)格用落下部分的質量表示，在選用模鍛錘時要考慮最大打擊行程、總質量等因素，保證可滿足金屬坯料成形的壓力要求，使其可以順利充填，該成形方式多適用于批量鍛件生產。在鍛造過程中，將加熱后的金屬坯料放在下模，利用上模的沖擊作用迫使坯料變形、流動，從而獲得所需鍛件。根據不同的分類方式，錘上模鍛也可分為多種，主要研究分類當中的開式模鍛、閉式模鍛。開式模鍛是變形金屬流動不受模腔限制的一種方式，在鍛造過程中容易產生毛邊;閉式模鍛又叫無毛邊模鍛較開式模鍛相比提高了材料利用率，金屬坯料始終在封閉的型腔中發(fā)生變形，因此處于三向壓應力狀態(tài)，提高了金屬的塑性，閉式模鍛較適用于低速性合金的鍛造成形。模鍛件分為四類：圓餅類、頂鐓類、長軸類與復合類。針對不同形狀的鍛件應考慮其外形結構、金屬流動特點，例如對于頂鐓類鍛件，其端部有粗大部分，可選用平鍛機、螺旋壓力機或者熱模鍛曲柄壓力機，其詳細的制坯工步應根據具體的形狀特點與尺寸確定。

曲柄壓力機上模鍛依靠壓力機中連桿機構將電動機的旋轉運動轉換為滑塊的往復直線運動，利用這種結構驅動上模的運動，較錘上模鍛的精度要高，源于其機架結構封閉、剛性大的特點，并且在鍛造過程中鍛模又采用導柱、導套進一步進行輔助導向，故保證了鍛件的尺寸精確度。但曲柄壓力機上模鍛由于滑塊運動速度低，金屬在水平方向流動比錘上模鍛劇烈，因此在水平方向容易產生大毛邊。曲柄壓力機上模鍛的鍛壓特點是靠壓入方式是金屬坯料成形，在實際生產過程中不宜采用多型槽模鍛，在一定程度上增加了所需工步及模具;其次，曲柄壓力機不能用于滾擠、拔長等，利用擠壓工序來代替;采用曲柄壓力機進行模鍛時，由于其結構特點使得氧化皮清理不方便，需注意采用少無氧化加熱的方式進行金屬坯料的加熱。

3.特種鍛造成形分析

對某些零件可采用專用設備進行生產，提高了其生產率，并且對鍛件的尺寸精度、形狀、性能都能很好的保證，比如螺釘的生產就有專門的搓絲機。但特種鍛造只能生產某單一品種零配件，隨著生產的繼續(xù)發(fā)展，將鍛造工藝與熱處理工藝進行更適合的安排可滿足更為復雜的生產加工要求。

鍛件在目前的生產生活中應用廣泛，很多重大構件都有鍛造成形，推動鍛造技術發(fā)展的最大動力是來自交通方面的制造業(yè)，隨著科學技術的繼續(xù)進步，鍛壓技術正朝著輕量化、低成本化、多學科復合化的方向發(fā)展。

結束語

本文主要淺要分析了自由鍛、模鍛、特種鍛造的特點及其所選用的成形設備，在選用成形設備時首先應對金屬坯料