《鍛造工藝學(xué)》課件

鍛造工藝學(xué)鍛造工藝學(xué)是一門重要的金屬加工學(xué)科，涵蓋了鍛造的基本原理、工藝流程、設(shè)備和材料等方面的知識。課程將介紹常見的鍛造方法、工藝參數(shù)控制、鍛件質(zhì)量控制、鍛造安全等方面的內(nèi)容。1.金屬鍛造概述定義金屬鍛造是利用外力使金屬材料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的加工方法。歷史鍛造技術(shù)的歷史可以追溯到古代，是人類最早掌握的金屬加工技術(shù)之一。應(yīng)用鍛造技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、機(jī)械制造等領(lǐng)域。優(yōu)勢鍛造產(chǎn)品具有優(yōu)良的機(jī)械性能，如強(qiáng)度、韌性、疲勞強(qiáng)度等。金屬鍛造的定義塑性變形鍛造是通過錘擊或壓力使金屬材料發(fā)生塑性變形，改變金屬的形狀和尺寸，獲得所需的機(jī)械性能。冷熱加工鍛造可分為冷鍛和熱鍛，冷鍛在室溫下進(jìn)行，熱鍛在高溫下進(jìn)行。廣泛應(yīng)用鍛造廣泛應(yīng)用于航空、航天、機(jī)械、汽車等行業(yè)，制造各種形狀和尺寸的金屬零件。金屬鍛造的特點(diǎn)高效率鍛造工藝可以有效地提高金屬材料的強(qiáng)度和硬度，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。與其他加工方法相比，鍛造工藝可以節(jié)省材料，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。高精度現(xiàn)代鍛造技術(shù)可以實現(xiàn)高精度鍛造，滿足各種復(fù)雜形狀和尺寸的零件需求。鍛造工藝可以有效地控制零件的尺寸和形狀，提高產(chǎn)品的精度和一致性。高強(qiáng)度鍛造工藝可以改善金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，提高材料的強(qiáng)度和韌性，延長產(chǎn)品的使用壽命。鍛造工藝可以有效地去除材料內(nèi)部的缺陷和氣孔，提高材料的致密性。金屬鍛造的分類11.按鍛造溫度分類根據(jù)鍛造過程中金屬的溫度，可分為冷鍛、溫鍛和熱鍛三種。22.按鍛造設(shè)備分類根據(jù)鍛造所使用的設(shè)備，可分為自由鍛造、模鍛、壓力機(jī)鍛造和錘鍛等。33.按鍛造產(chǎn)品形狀分類根據(jù)鍛造產(chǎn)品的形狀，可分為圓形鍛造、方形鍛造、異形鍛造等。44.按鍛造生產(chǎn)方式分類根據(jù)鍛造生產(chǎn)的方式，可分為單件鍛造和批量鍛造。2.鍛造加熱技術(shù)鍛造加熱是鍛造工藝的重要環(huán)節(jié)。通過加熱，可以提高金屬材料的可塑性，降低變形阻力，使金屬材料更容易變形，并獲得良好的鍛造性能。鍛造加熱的目的和要求提高金屬的可塑性加熱可以降低金屬的屈服強(qiáng)度和流動應(yīng)力，提高其塑性，更容易進(jìn)行鍛造變形。改善金屬的組織結(jié)構(gòu)加熱可以促進(jìn)金屬內(nèi)部的晶粒長大，細(xì)化晶粒，降低金屬的硬度，提高其韌性。均勻加熱為了保證鍛件的質(zhì)量，加熱要均勻，防止出現(xiàn)過熱或過冷的現(xiàn)象?？刂萍訜釡囟炔煌慕饘俸湾懠螤?，需要不同的加熱溫度，嚴(yán)格控制加熱溫度可以保證鍛件的性能。鍛造加熱的方式與設(shè)備爐加熱爐加熱是最常用的鍛造加熱方式。主要使用燃?xì)鉅t或電阻爐?；鹧婕訜峄鹧婕訜岢Ｓ糜谛⌒湾懠?，如小型軸類，采用燃?xì)饣蛎簹饣鹧婕訜?。感?yīng)加熱感應(yīng)加熱利用電磁感應(yīng)原理，主要用于加熱鍛造大型工件。鹽浴加熱鹽浴加熱適用于加熱形狀復(fù)雜的鍛件，如齒輪、曲軸等。鍛造工件溫度的控制溫度過低金屬塑性下降，易產(chǎn)生裂紋或斷裂。變形阻力增大，鍛造難度增加，能耗上升。溫度過高金屬強(qiáng)度下降，易產(chǎn)生氧化皮，影響工件表面質(zhì)量。鍛造后冷卻速度過快，易產(chǎn)生裂紋或變形。金屬的可塑變形理論金屬的可塑變形是指金屬材料在壓力作用下發(fā)生永久性形狀變化而不發(fā)生斷裂的過程。金屬的塑性變形是鍛造工藝的基礎(chǔ)，它決定了鍛件的形狀和尺寸。金屬的可塑性1定義金屬的可塑性是指在一定條件下，金屬材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不發(fā)生斷裂的性能。2影響因素金屬的可塑性受許多因素的影響，包括金屬的種類、溫度、變形速度、應(yīng)力狀態(tài)等。3測量指標(biāo)可塑性通常用延伸率、斷面收縮率等指標(biāo)來衡量。4重要性可塑性是金屬材料的重要性能指標(biāo)，它決定了金屬在鍛造、軋制、拉拔等加工過程中的可加工性。應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系描述了金屬材料在受力變形過程中，應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系。應(yīng)力是指作用在物體單位面積上的力，應(yīng)變是指物體形變的程度。1彈性階段應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系，去除載荷后材料可以恢復(fù)原狀。2屈服階段材料開始發(fā)生永久變形，應(yīng)力不再與應(yīng)變成線性關(guān)系。3強(qiáng)化階段材料繼續(xù)變形，應(yīng)力不斷增加，但變形速率逐漸減慢。4頸縮階段材料達(dá)到最大強(qiáng)度后，應(yīng)力開始下降，并最終斷裂。金屬變形的幾何學(xué)分析1變形區(qū)的幾何特征分析鍛造過程中金屬的變形區(qū)域，包括變形區(qū)的大小、形狀和位置。2變形量的測量通過測量鍛件的尺寸變化，確定鍛造變形量，如伸長率、壓縮率等。3變形路徑分析研究金屬在變形過程中運(yùn)動軌跡和方向，了解變形過程的連續(xù)性和均勻性。鍛造工藝參數(shù)分析鍛造工藝參數(shù)對鍛件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率至關(guān)重要。通過合理選擇和控制鍛造工藝參數(shù)，可以提高鍛件的力學(xué)性能，降低生產(chǎn)成本。鍛造壓力和功率計算鍛造壓力鍛造過程中所需克服的阻力功率鍛造過程中所需的能量消耗鍛造壓力和功率計算是鍛造工藝參數(shù)的重要組成部分，直接影響鍛造設(shè)備的選擇、鍛造過程的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。鍛造變形量的確定計算變形量主要通過計算確定，需要考慮材料性質(zhì)、鍛造工藝參數(shù)等。圖示法根據(jù)鍛造工藝參數(shù)和材料性質(zhì)，利用圖表或公式進(jìn)行估算。試驗在實際生產(chǎn)中，可以通過試驗確定最佳的變形量。鍛造溫度的控制溫度測量儀表精確測量鍛造工件的溫度，確保溫度在設(shè)定范圍內(nèi)。溫度控制系統(tǒng)根據(jù)不同的材料和鍛造工藝，設(shè)定合理的溫度控制參數(shù)。溫度曲線監(jiān)控實時監(jiān)測和記錄鍛造溫度變化，確保溫度控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。單件鍛造工藝單件鍛造工藝是指對單個工件進(jìn)行鍛造，通常用于生產(chǎn)尺寸較大、形狀復(fù)雜或需要特殊性能的零件。自由鍛造工藝定義自由鍛造是指在沒有模具限制的情況下，用鍛錘或壓力機(jī)對金屬坯料進(jìn)行鍛造，以改變其形狀和尺寸。常用的工具包括鍛錘、壓力機(jī)和輔助工具。特點(diǎn)自由鍛造工藝簡單，設(shè)備投資少，適用于各種形狀的鍛件，但精度較低，尺寸不易控制。模鍛工藝11.模鍛定義模鍛是指在鍛錘或壓力機(jī)的作用下，將金屬坯料置于模具型腔內(nèi)，使金屬在模具的約束下流動成形，并獲得預(yù)定形狀和尺寸的鍛件。22.模鍛優(yōu)勢模鍛具有尺寸精度高、表面質(zhì)量好、機(jī)械性能優(yōu)良、材料利用率高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、航空、機(jī)械等領(lǐng)域。33.模鍛分類模鍛可分為自由模鍛、閉式模鍛、半閉式模鍛等，根據(jù)鍛造設(shè)備和工藝參數(shù)的不同而分類。44.模鍛工藝流程模鍛工藝流程通常包括坯料預(yù)熱、模具裝配、鍛造成形、冷卻、修整等步驟，具體流程根據(jù)產(chǎn)品要求和設(shè)備條件而定。等溫鍛造工藝溫度控制等溫鍛造過程中，鍛件溫度保持恒定，避免了溫度梯度和應(yīng)力集中。材料特性等溫鍛造適用于高溫強(qiáng)度較高的材料，如高溫合金和鈦合金。變形控制等溫鍛造可以控制材料的變形，提高鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量。應(yīng)用范圍等溫鍛造廣泛應(yīng)用于航空航天、能源等領(lǐng)域，用于制造高性能零件。6.批量鍛造工藝批量鍛造工藝是指對大量相同形狀和尺寸的工件進(jìn)行鍛造的工藝。它廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、機(jī)械等領(lǐng)域，具有生產(chǎn)效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。冷鍛工藝?yán)溴懝に嚴(yán)溴懝に囋诔叵逻M(jìn)行，適用于高強(qiáng)度、高精度和復(fù)雜形狀的零件制造。材料選擇通常使用高碳鋼、合金鋼、不銹鋼和銅等金屬材料。工藝特點(diǎn)高精度高強(qiáng)度表面質(zhì)量好設(shè)備類型冷鍛設(shè)備包括各種冷鍛機(jī)、沖床、壓力機(jī)等。熱鍛工藝溫度熱鍛工藝中，工件溫度高于再結(jié)晶溫度，金屬在塑性變形過程中可以快速恢復(fù)，避免硬化現(xiàn)象發(fā)生。鍛造力熱鍛工藝所需鍛造力較大，但變形阻力較小，可以獲得更精確的形狀和尺寸。設(shè)備熱鍛工藝通常需要使用大型鍛造設(shè)備，例如錘頭、壓力機(jī)等，以提供足夠的鍛造力。應(yīng)用熱鍛工藝廣泛應(yīng)用于制造各種大型金屬結(jié)構(gòu)件、機(jī)械零件，例如軸類、齒輪、曲柄等。無縫管鍛造管坯旋轉(zhuǎn)管坯在鍛造模具中旋轉(zhuǎn)，使管坯外徑均勻縮小。管坯旋轉(zhuǎn)，可以減少管坯的壁厚，并使管坯的內(nèi)徑增大。拉伸成型管坯經(jīng)過旋轉(zhuǎn)后，通過拉伸成型，使管坯長度增加，壁厚減小。拉伸成型需要使用專門的鍛造設(shè)備，例如拉伸機(jī)。7.鍛造缺陷分析與控制鍛造缺陷是指在鍛造過程中產(chǎn)生的各種缺陷，會影響鍛件的質(zhì)量和性能。鍛造缺陷分析與控制是提高鍛件質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。鍛造缺陷的種類11.表面缺陷表面缺陷包括裂紋、氧化皮、壓痕、擦傷等。這些缺陷通常發(fā)生在鍛造過程中，會影響工件的強(qiáng)度和外觀。22.內(nèi)部缺陷內(nèi)部缺陷包括氣孔、夾雜物、疏松、縮孔等，這些缺陷會影響工件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低其強(qiáng)度和韌性。33.形狀缺陷形狀缺陷是指鍛件的形狀與設(shè)計要求不符，例如尺寸偏差、形狀尺寸誤差等，會影響工件的安裝和使用。44.結(jié)構(gòu)缺陷結(jié)構(gòu)缺陷包括晶粒粗大、組織不均勻等，這些缺陷會導(dǎo)致工件的性能下降，降低其強(qiáng)度和塑性。鍛造缺陷的成因分析裂紋鍛造溫度過高，冷卻速度過快，導(dǎo)致金屬內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中。折疊金屬變形過程中，金屬表面發(fā)生折疊，導(dǎo)致材料內(nèi)部出現(xiàn)空洞或裂紋。疏松鍛造過程中，金屬內(nèi)部產(chǎn)生氣孔或夾雜物，導(dǎo)致材料強(qiáng)度下降。氧化鍛造溫度過高，金屬表面發(fā)生氧化，導(dǎo)致材料表面產(chǎn)生氧化皮。鍛造缺陷的控制措施嚴(yán)格控制鍛造工藝參數(shù)包括鍛造溫度、壓力、變形量等。合理設(shè)置鍛造參數(shù)，防止因參數(shù)不當(dāng)導(dǎo)致缺陷。改善金屬材料的質(zhì)量選擇優(yōu)質(zhì)材料，降低材料內(nèi)部缺陷，例如夾雜物、氣孔等。優(yōu)化鍛造設(shè)備使用先進(jìn)的鍛造設(shè)備，例如高速鍛造機(jī)、等溫鍛造機(jī)等，提高鍛造效率和產(chǎn)品質(zhì)量。加強(qiáng)鍛造過程的質(zhì)量控制對鍛造過程進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)并處理缺陷，例如裂紋、折疊、冷隔等。鍛造工藝的自動化鍛造工藝的自動化是現(xiàn)代鍛造生產(chǎn)的重要發(fā)展方向，通過自動化設(shè)備和技術(shù)提升鍛造效率和產(chǎn)品質(zhì)量。鍛造自動化設(shè)備機(jī)械手用于搬運(yùn)、裝卸、翻轉(zhuǎn)鍛件，提高效率、降低勞動強(qiáng)度。液壓機(jī)提供高壓、高精度鍛造力，控制鍛造過程參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)對鍛造過程的自動控制，確保鍛造參數(shù)穩(wěn)定，提高產(chǎn)品一致性。加熱爐自動控制加熱溫度、時間，確保鍛件加熱均勻，提高鍛造質(zhì)量。鍛造過程的監(jiān)測與控制1溫度控制控制鍛造溫度是保證鍛件質(zhì)量的關(guān)鍵，溫度過高會導(dǎo)致過度氧化，溫度過低則無法達(dá)到預(yù)期塑性。2壓力控制鍛造壓力過大容易造成鍛件開裂，壓力過小則無法完成變形，需要根據(jù)鍛件尺寸和材料特性進(jìn)行精確控制。3變形量控制鍛造過程中需