热锻、温锻成型工艺..

1、f热锻、温锻成型工艺主讲人：张振纯1热、冷、温锻工艺的优缺点对比锻造可根据是否采用模具而分为模锻与自由锻两大类。紧固件锻造 成型全部为模锻。ISl-iIIIIII模锻又可根据金属材料塑性变形时的温度不同分为热锻、冷锻与温 锻三类。将金属材料加热至尚未产生过烧或过热缺陷的很高的温度 下进行塑性成型时，称为热锻;金属材料不经加热，在常温下进行塑性 成型时，称为冷锻;将金属材料加热至尚未产生强烈氧化的较高的温 度下进行塑性成型时，称为温锻。三类模锻工艺的优缺点对比见表 36-5 o2适用于紧固件成型的热模锻工艺类型、特点及成型原理热模锻可以根据塑性变形方式与所用成型设备的不同分为多种 工艺类型。其中

2、，适用于紧固件成型的工艺类型、特点及其简要成型 原理见表366。3异形紧固件开式热模锻（简称开式模锻）3开式热模锻的工艺流程、设备与工模具以吊环螺钉开式模锻的工艺流程为例，一般为：下料-加热- 制坯T （预锻）T终锻T切边与冲孔T （热校正）I锻后热处理T 清理-（冷校正）-检验;带括号者为非必选工序。吊环螺钉(GB/T825-1988)的材料为20钢或25钢;规格范围为： M8M100x6o其开式模锻各工序所用设备及工、模具见表367。 32三种设备上开式热模锻的模具结构 a热模锻曲柄压力机上开式热模锻的模具结构简图，见图3636。由于热模锻曲柄压力机上工作较平稳,振动小，因此可以采用由许多

3、零件装配而 成的组合式通用模架。通用模架上设有4个工位，中间两个工位上设有上、下顶件杆，是预锻与终锻工位;两侧的工位上不设置上、下顶杆，可设计成徹粗或卡压等制坯工位。改换锻件规格或品种时,只需更换相应2的模块，安装、调整方便，模块定位准确。1 一制坯模块；2预锻模块;3终锻模块rlN图36-36热模锻曲柄压力机上锻模b模锻锤上开式热模锻的模具 结构简图，见图36-37 o由于模锻锤工作时有强烈 振动,不能釆用组合式模具，只能 釆用上、下对开的整体式模块。模块上可设置16个不同工步的模槽。中部设预、终锻 模槽;当不需要预锻工步时5终锻 模槽的受力中心应与锤杆的中 心线重合;左右两侧可根据需要设置

4、徹粗、拔长、滚挤、弯曲、切断等模槽。上、下模块用燕尾、楔、键 与锤头和下砧进行安装与定位， 用薄垫片进行位置微调。37651上模；2分模面；3检验角；4下模;5 键槽；6燕尾；7起重孔图36-37模锻锤上锻模 c 螺旋压力机上开式模锻模具的 结构简图见图36-38o 由于螺旋压力机工作时振动 较小，因此一般多釆用组合式通用 模架。 由于螺旋压力机承受偏心载 荷的能力较差，因此一般情况下只 能在螺杆的中心设置一个终锻工位;制坯工序需在空气锤或辐 锻机上完成。特殊情况下，也允许 在终锻工位两侧设置模锻力很小的制坯工位，如徹粗、卡压等 工位。终锻模块一般用燕尾、楔、键等 与模架的上、下模板安装、定位

5、; 也可釆用压板、螺钉进行安装、 固定。图36-38螺旋压力机上锻模 3.3吊环螺钉开式模锻工艺实以GB/T 825 M10小规格吊环025模锻方案的选定：小规格吊环螺螺钉在模锻锤上进行开式模锻成 型为例，其冷坯料尺寸图、热锻件 简图及模具简图，见图36-39 o钉宜釆用一模多件并且调头模 锻方案;一模多件可提高生产率，调头模锻可省去夹钳 料头，节约原材料。由图36-39 可见，坯料的下料长度为 315mm;根长棒獅整体加热 后（始锻温度1250C），可连 续锻出4个吊环螺钉（始锻温 度不低于800C） o图36-39 吊环螺钉锤锻模简图模锻工步的选定：为尽量减少毛边损失，选用了滚挤制坯工步（

6、见 图36-39,模具图左侧li模槽为滚挤模槽）；由于滚挤工步需多次翻转90三锻打，因此可同时 去除棒料表面的氧化皮。为了保证吊环孔的顺利成型，并为了提高 终锻模槽的使用寿命，选用了预锻工步（见图36-39,模具图中部右侧 的模槽为预锻模槽;预锻模槽没有毛边槽）。终锻完成后，一模两件 仍连在一起;因此，一模多件方案时，必须设置切断工步（图3639中， 模具的右前角处设有切断模槽）。对于一模多件调头模锻方案，模 锻操作的顺序是：锻出两件后首先切掉一件，留一件作夹钳头用，暂 不切下;调头锻出另两件后，将连在一起的3个锻件全部切离。设备选定：选用模锻锤。4螺母闭式热模锻4.1螺母在三种常用设备上闭式

7、热模锻的工艺流程与各工序对比螺母闭式热模锻的一般工艺流程为：（下料）-加热T （制坯） -终锻-（冲孔）-锻后热处理-清理一检验;其中，带括号的工序 在平锻机闭式热模锻螺母的工艺流程中不需设置。三种常用设备上闭式热模锻螺母时，各工序的特点对比见表蜃0。 42平锻机上闭式热模锻圆螺母工艺与模具图3640所示为GB/T 810-1988 M 80X2小圆螺母的平锻模具简图、 平锻工步尺寸图及热棒料尺寸图。小圆螺母的材料为45钢。工艺过程为：长棒料端部加热（长棒料上被加热段的长度，可锻制3 5个螺母，始锻温度为1200 C ）-冲孔终成型同时完成扩径辅助工步 （根据平锻工艺规范，对孔径相对较大的通孔

8、件，选定的坯料直径应小 于锻件的孔径;为保证在下一个穿孔工步后长棒料上不形成台阶，必须 在终成型工步中将棒料与锻件连接面处的直径扩大至与孔径相等）- 穿孔工步-锻后热处理-清理检验。平锻设备为8000kN垂直分模平锻机。在平锻机上锻制通孔件时，长棒 料的送进位置用设备上的前挡板定位。 4.3螺旋压力机上闭式热模锻大规格标准六角螺母工艺与模具图3641所示为GB/T 41 -2000 M36六角螺母C级在摩擦螺旋压力机 上进行闭式模锻的工艺过程简图。36-41六角螺母在摩擦螺旋压力机上闭式热模锻锻造过程简图ID工艺过程为：下料（棒料剪床或冲床上冷剪）-加热（始锻温度为1 200C）-徹粗（在63

9、0kN冲床上徵粗去除氧化皮）-闭式终锻（选 用3000kN摩擦螺旋压力机）-冲孔（在1 OOOkN冲床上冲除冲孔连 皮）。图3642为在摩擦螺旋压力机上进行闭式模锻大规格标准六角螺母的 终锻模具简图。图36-42螺旋压力机上闭式热模锻六角螺母终锻模具简图4.4冲床上闭式热模锻六角 法兰面螺母工艺与模具 图3643所示为在冲床上闭 式热模锻GB/T 6177.1- 2000 M20六角法兰面螺母 （10级）的工艺过程简图。螺 母材料为40Gr钢。工艺过程为：下料（冷拔料 或热轧棒料剥皮，精密下料， 严格控制坯料体积偏差）- 加热（中频加热，始锻温度 为1050C）-制坯（在 630kN冲床上徹粗

10、去除氧化 皮）-终锻（在1600kN冲 床上闭式冲孔终锻成型）- 冲孔与精整（在800kN冲床 上冲孔同时精整内孔与下端 面上的倒角）-锻后热处理 （10级）与表面处理（氧化）- 清理-检验。1L25图36-43 冲床上闭式热模锻六角法兰面螺母工艺过程简图36-44为在冲床上进行 闭式模锻六角法兰面螺母 的闭式模锻模具简图。顶杆 导向套上模板上凸模固定匿 凹模 固定环 一下凸模下垫板下模座 水套图36-44冲床上闭式热模锻六角 法兰面螺母模具简图5 螺栓或螺钉热顶锹5.1螺栓或螺钉热顶徹的工步类型与工步数量选定螺栓或螺钉热顶繳的工步类型：适用于螺栓或螺钉热顶锹的工步有自由顶徹与在凸模上锥台形模

11、槽中顶徹（简称聚料）两种类型，如图3645所示。自由顶徹时，棒料上的变形段（图36-45 a中心段）在不受模具约束的情况下，不会因产生轴向失稳而弯曲,可单工步顶徹成型。在凸模上的锥台形模槽中顶徹时，棒料上的变形段 （图36-45 b中心段）虽 然会因轴向失稳而弯曲; 但因受锥台侧壁的限制, 仅产生允许程度内的弯图 36-45两种热顶辙工步简曲，而不会生成折纹。自由顶徹的应用限制条件：为了保证棒料上的变形段（S36-45a 中心段）在顶徹过程中不会因产生轴向失稳而弯曲，必须限制变形段的长径比A）/ dO；自 由顶徹时，IQ / dO的最大允许值见表369。表中，平冲头用于头部顶 面基本为平面的各

12、种螺栓（包括凹穴头螺栓）；冲孔冲头用于头部 有凹槽（如内六角）的各种螺钉。釆用冲孔冲头顶徹时，变形段轴 向失稳的倾向比釆用平冲头时大。冲头型式料桎/mm棒料下料后的端面斜度（X0?3?（锯切、车）3亡6 A （剪切）平冲头 5032.5冲孔冲头 5021.5C螺栓或螺钉热顶徹的工步数量的选定：对于绝大多数类型的螺栓 或螺钉，由于其头部的体积相对较小，一般情况下其/o /do值均满足自由顶徹的限制条件，即 只需自由顶徹一个工步即可终锻成型;但是，对于少数头部体积相对 较大的螺栓或螺钉,如六角头盖形螺栓、扁圆头方颈螺栓、T形槽用 螺栓等，由于其头部体积相对较大刀/dO不能满足自由顶徹的限制条 件，

13、必须釆用两工步成型工艺，即聚料-自由顶徹终锻成型。D锥台形模槽尺寸的限制条件：在图36-45 b）中，为保证/0段在顶徹 的全过程中仅产生允许程度内的弯曲，而不会产生折纹，必须对锥台 大端直径也与敞开段长度/I的尺寸范围进行限制。限制条件为：当 选定di =1.5 dO时，KS2dO;当选定di =1.25 dO时，/4S3dO。E锥台形模槽设计要点：首先选定锥台的大端直径di和小端直径 d2 d1按上述限制条件选定；d2= （1.05-1.2） d0。其次根据变 形前后体积相等，并考虑锥台体积比变形段体积大（56） %的原 则，计算出锥台高度和/1；最后校核/I是否满足限制条件;若不满足时，

14、 应重新选定。 5.2两种常用设备上热顶徹螺栓、螺钉的工艺流程与优缺点对比 在螺旋压力机或冲床上热顶徹螺栓、螺钉的工艺流程基本相同，一般为: 下料T加热T （聚料）T自由顶锹T锻后热处理T清理T （去毛刺）T检 验。其中，聚料工序（步）只用于5.1条所列举的极少数特殊种类的螺栓或螺钉。 当聚料安排在另外一台设备上进行时同聚料工序;当聚料安排在同一台设 备上进行时（在同一台双点单动压力机上设置两套顶徹模或在同一台设备 上设置两个可更换工位的冲头），即聚料工步。两种常用设备上热顶徹螺栓、螺钉各工序的优缺点对比，见表36-1 Oo对比项目螺旋压力机上顶徹冲床上顶徹可徹螺栓的规格与长 度大规格，大长度

15、小规格，小长度坯料形式多为热轧棒料多为冷拔棒料下料方法多为剪切下料多为精密下料对坯料体积偏差的要不严格（因设备行程很严格（因设备行程求不固定）固定）单工加热始锻步为减少氧化皮和脱碳应尽量低，推荐1000 C温度的选定两工步在保证终锻温度高于800C的前题下选定头部与杆部中心错差较大较小（头部与杆部的同轴（模具导向精度较低（模具导向精度较高度）)生产率较低较高劳动条件较差较好 5.3热顶徹螺栓的模具结构实 例螺旋压力机上单工步热顶徹螺 栓模具结构实例：图3646所 示为GB/T 5780-2000 六 A角头螺栓C级M42X280螺 栓在3000kN国产摩擦螺旋压 力机上热顶徹螺栓模具结构简 图

16、。由于C级（粗制）螺栓头部 与杆部的同轴度要求不严格， 因此没必要釆用导柱式模架； 上、下模之间采用“模口定 位”，即利用上、下模之间的柱面间隙配合导向。模具下 方设有顶杆,以顶出螺栓;由于 棒料下端并未加热，顶徹后下 端未变形，因此顶杆的顶出行 程可以很小，不必将杆部全长 全部顶出。图36-46 螺栓热顶徼摩压模结构简图由此实例可见，由于螺旋压力机的开口高度比冲床大，因此适用于徹锻大 规格的长螺栓或螺钉。 B螺旋压力机上两工步热顶徹螺栓模具结构实例：图3647所示为六角 头盖形螺栓在摩擦螺旋压力机上两工位热顶徹的模具结构简图。在压 力机的中轴线位置只设一个下模;上模座可以沿导轨手动推拉换位。

17、这 种“一模两冲”型式的顶徹模，适用于在螺栓批量较大时使用;当批量较 小时，适于在两台设备上分两个工序进行徹锻。两个工序时，顶徹模结构与图3647所示结构基本图相同。C 冲床上热顶徹螺栓模具结构实 例：图3648所示为36-48冲床上热顶徹螺栓模具简图IllM12X1.25X118-10.9汽车用六角 头法兰面高强螺栓热顶徹模具工 作部分的结构简图。坯料为40Gr 钢冷拔料，坯料外径为0 2.7,下料 长度偏差0.5mmo在2500kN冲 床上进行闭式顶锹。釆用中频感 应炉进行端部局部加热， 始锻温度取为1000Co由图可见， 在螺栓头部法兰面边缘处是敞开 的，坯料的体积偏差将导致法兰的 最大

18、直径偏差;设计时，在法兰外径 处已留有加工余量;法兰外径处的 余量在车削法兰外径时被切除。 上模设有碟形弹簧推动的顶件杆， 可在螺栓顶徹后立即将螺栓顶出； 减少了上模接触锻件的时间，有利 于延长上模的使用寿命。下模设有由导柱式模架的上底板拉动的下顶件杆;下顶件杆由高速钢 制成,可兼作冷挤中心孔的冲头。 6 紧固件的热挤压 61热挤压的工艺类型与简要成型原理和冷挤压一样，热挤压可根据变形方式的不同分为正挤压、反挤压与 复合挤压三种主要类型，其成型过程简图与简要成型原理，见表险11。 6.2热挤压的工艺润滑In热挤压与热闭式模锻、热顶徹相比较，单位成型力（凸模的单位 横断面积上承受的工作载荷）很大

19、，因此采取有效的工艺润滑措施对 保证挤压件质量和提高模具寿命均有重要作用。热挤压最常用的工艺润滑剂是水剂石墨乳。润滑方法是，用专用 喷枪将石墨乳喷涂在挤压凹模与凸模表面。水剂石墨乳已商品化。 63冲床上热挤压轮毂螺套工艺与模具实例1=1 图3649为高强轮毂螺套的热挤压过程简图。螺套的材料为40Gr027图3649轮毂螺套热挤压工艺流程简图加热采用中频感应加热。为了尽量减少坯料的氧化与脱碳，选用较低 的加热温度，始锻温度为1050C o锻造过程为：加热-繳粗去除氧化 皮T制坯一挤压O徹粗在630kN冲床上进行制坯工序在800kN冲床 上进行深用顶锹模具徹出凸缘(037)并同时冲出盲孔;坯料的下

20、部， 在凹模中缩出601锥面。挤压工序在1600kN冲床上进行，采用复合挤 压模具，坯料下端正挤出正方截面;上端反挤出内螺纹孔。反挤时凸缘 部分基本不再变形。轮毂螺套顶徹制坯模具的结构简图如图3650a）所示。由图可见，其 变形方式属开式顶徹臘出凸缘并挤出盲孔，由于坯料体积偏差很小，不 产生很大的横向毛边;但凸缘的直径偏差较大，当直径尺寸公差较严格 时，需安排后续切削加工工序。轮毂螺套复合挤压模具的结构简图如图36-50 b）所示。与冷、温挤压 相比较，由于热挤时单位挤压力较小，因此正挤压凹模和反挤压凸模可 没有“工作带”，即凹模孔或反挤凸模的工作部分为等截面结构。a）顶锻制坯模b）复合挤压模

21、图36-50轮毂螺套热挤压模具结构简图 7 紧固件温锻 7.1紧固件温锻的工艺类型与选用原则IIIV： 在热模锻的各种工艺类型中，除开式模锻外，其余三种工艺类型，即 闭式模锻、顶徹与挤压，均可进行温锻;热模锻各工艺类型中所用的模 锻设备，除平锻机为专用于热模锻的设备外，其余各种设备均可用于温锻。III温锻的工艺流程与热锻基本相同，仅下料工序与加热工序的要求 稍有差别。下料一般采用带锯下料，可保证坯料的长度尺寸偏差小于 (0.5-1) mm拼可保证坯料的端面斜度小于33加热，一般釆用中 频感应加热炉进行快速加热，由于加热的始锻温度比热锻时低很多 (见7.2条)，因此可保证坯料表面仅产生轻微的氧化与脱碳。温锻的工艺类型与选用原则，见36-12 o常用设备坯料形式选用原则螺旋压力1 10MN闭式温锻机上闭式 温锻螺旋压力冲床上 闭式温锻14MN单 点单动冲 床温顶徹螺旋压力 机上温顶1 10MN冲床上温顶徹螺旋压力 机14MN单 点单动冲 床冷拔棒料 采用带锯 卞轧或热 轧棒料采 用带锯下 料后再用 无心磨床 将外圆剥 皮;批量较 小时，也可 釆用热轧 棒料用车 床下料温挤压螺旋压力 机上温挤 压机械压力 机上温挤 压1 10MN机旋压力14MN冲床或冷挤压机由于温锻件的精度接近于冷锻 件的精度、远高于热