机械制造技术基础第二版22-锻造

1、2.2 2.2 锻造锻造 金属压力加工是金属压力加工是借助借助外力外力的作用，的作用，使金属坯料使金属坯料产生塑性变形产生塑性变形从而获得具从而获得具有一定形状、尺寸和机械有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。件的加工方法。 压力加工的主要生产方式有：压力加工的主要生产方式有：v1 1轧制轧制 使金属坯料在回转轧辊的孔隙中，靠使金属坯料在回转轧辊的孔隙中，靠摩擦力的作用，得以连续进入轧辊而变形摩擦力的作用，得以连续进入轧辊而变形的的加工方法。加工方法。 轧制生产所用的轧制生产所用的坯料主要是钢锭坯料主要是钢锭。在轧制过程。在轧制过程中，金属中，金属坯料

2、截面减小、长度增坯料截面减小、长度增加从而获得各种加从而获得各种形状的原材料。如形状的原材料。如钢板、无缝钢管及各种型钢钢板、无缝钢管及各种型钢等等。v2 2 挤压挤压 将金属将金属坯料放在挤压筒内，用强大的压力坯料放在挤压筒内，用强大的压力从一端的模孔中挤出而变形从一端的模孔中挤出而变形的加工方法。的加工方法。铝管连续挤压机v挤压类型：挤压类型： 正挤压正挤压-金属流动方向与凸模运动方向一致的金属流动方向与凸模运动方向一致的叫做叫做正挤压正挤压； 反挤压反挤压-金属流动方向与凸模运动方向相反的金属流动方向与凸模运动方向相反的叫做叫做反挤压反挤压。反挤压可以节省挤压力。反挤压可以节省挤压力。v

3、应用：应用： 适合于加工低碳钢、有色钢及其合金适合于加工低碳钢、有色钢及其合金. .3 3拉拔拉拔 将金属将金属坯料拉过拉拔模的模孔面而变形坯料拉过拉拔模的模孔面而变形的加工方的加工方法。法。 低碳钢和大多数有色金属及其合金低碳钢和大多数有色金属及其合金部可以经拉拔部可以经拉拔成形。成形。 工艺特点：工艺特点：所获得的产品具有较所获得的产品具有较高的精度与表面光洁度，故亦常高的精度与表面光洁度，故亦常用于对轧制件用于对轧制件( (棒，管材棒，管材) )的再加的再加工以提高产品质量。工以提高产品质量。v应用：应用： 拉拔生产主要用来制造各种拉拔生产主要用来制造各种细线材、薄细线材、薄壁管和各种特

4、殊几何形状的型材壁管和各种特殊几何形状的型材。一、金属的可锻性一、金属的可锻性v金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时难易程金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时难易程度的一种工艺性能。度的一种工艺性能。v金属的可锻性好，表明材料易于经受压力加工成形。金属的可锻性好，表明材料易于经受压力加工成形。可段性差说明该金属不宜于选用压力加工方法成形。可段性差说明该金属不宜于选用压力加工方法成形。v可锻性常用金属的可锻性常用金属的塑性和变形抗力塑性和变形抗力来综合衡量。塑来综合衡量。塑性越大变形抗力越小，则可认为金属的可段性好。性越大变形抗力越小，则可认为金属的可段性好。反之则差。反之则差。v金属的可锻

5、性取决于金属的本质和加工条件。金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。1.1.金属的本质金属的本质v1 1）化学成分的影响）化学成分的影响 不同化学成分的金属可锻性不同。不同化学成分的金属可锻性不同。 一般纯金属的可锻性比合金的好。一般纯金属的可锻性比合金的好。 例如例如纯铁的塑性就比含碳量高的钢好纯铁的塑性就比含碳量高的钢好，而变形抗力也较小。，而变形抗力也较小。又如又如钢中含有形成碳化物的元素钢中含有形成碳化物的元素( (钨钼钒钨钼钒) )时，则可锻性显著时，则可锻性显著下降。下降。 2 2）金属组织的影响）金属组织的影响 金属的组织结构不同。其可锻性有很大差别。纯金属及其金属的组织结构不

6、同。其可锻性有很大差别。纯金属及其固溶体固溶体( (如奥氏体如奥氏体) )可锻性好。而碳化物可锻性好。而碳化物( (如渗碳体如渗碳体) )可锻性差。可锻性差。铸态枝状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小又均匀组织的可锻铸态枝状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小又均匀组织的可锻性好。性好。 2.2.加工条件加工条件v1)1)变形温度的影响变形温度的影响 提高金属变形时的温度，使原子的动提高金属变形时的温度，使原子的动能增加削弱了原子之间的引力能增加削弱了原子之间的引力, ,因此塑性增大，变形抗力因此塑性增大，变形抗力减小减小. .v加热的目的：加热的目的：提高金属的塑性，降低变形抗力，以利于金提高金属的塑性，

7、降低变形抗力，以利于金属的变形，便于锻造及获得良好的锻后组织。属的变形，便于锻造及获得良好的锻后组织。 v各种材料锻造温度范围是根据材料成份不同而不同的。常各种材料锻造温度范围是根据材料成份不同而不同的。常用锻造金属材料始锻及终锻温度如下表用锻造金属材料始锻及终锻温度如下表1 1所示：所示：v金属加热温度太高或太低，会影响铸件质量及生产金属加热温度太高或太低，会影响铸件质量及生产率。率。v始锻温度始锻温度-各种材料在锻造时，所允许的最高加各种材料在锻造时，所允许的最高加热温度。称为该材料的热温度。称为该材料的始锻温度始锻温度。v终锻温度终锻温度-各种材料停止锻造的温度，称为该材各种材料停止锻造

8、的温度，称为该材料的料的终锻温度。终锻温度。v坯料在锻造过程中，温度不断下降，因此塑性越来坯料在锻造过程中，温度不断下降，因此塑性越来越差，变形抗力越来越大，温度下降到一定温度后，越差，变形抗力越来越大，温度下降到一定温度后，不仅难于变形，且易于锻裂，必须及时停止锻造，不仅难于变形，且易于锻裂，必须及时停止锻造，重新加热。重新加热。v2)2)变形速度的影响变形速度的影响 变形速度变形速度-即单位时间内的变形程度。即单位时间内的变形程度。 影响影响: :是矛盾的。是矛盾的。 一方面一方面-变形速度的增大，回复和再结晶不变形速度的增大，回复和再结晶不能即时克服硬化现象，金属表现出塑性下降，变能即时

9、克服硬化现象，金属表现出塑性下降，变形抗力增加，形抗力增加， 可段性变坏。可段性变坏。 另一方面另一方面-金属在变形过程中，消耗于变形过金属在变形过程中，消耗于变形过程中的能量有一部分转化为热能，使金属的温度程中的能量有一部分转化为热能，使金属的温度升高。这种使金属温度升高的现象称为升高。这种使金属温度升高的现象称为热效应热效应。变形速度越大，热效应现象越明显。因而金属的变形速度越大，热效应现象越明显。因而金属的塑性上升，变变形抗力下降，可段性变好。塑性上升，变变形抗力下降，可段性变好。 注意：注意：但但热效现象除高速锤锻造外，在一般热效现象除高速锤锻造外，在一般压力加工的变形过程中，速度小故

10、不甚明显。压力加工的变形过程中，速度小故不甚明显。v3)3)应力状态的影响应力状态的影响 金属在经受不同方法进金属在经受不同方法进行变形阶段所产生的应力大小和应力性质是行变形阶段所产生的应力大小和应力性质是不同的。不同的。二、锻造方法二、锻造方法v1.1.自由锻自由锻 定义：定义：自由锻是利用冲击力或压力使合金在两个自由锻是利用冲击力或压力使合金在两个抵铁之间产生变形，从而获得所需形状及尺寸的锻抵铁之间产生变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件。件。 特点：特点：金属受力变形时在抵铁间向各个方向自由金属受力变形时在抵铁间向各个方向自由流动，不受什么限制，锻件形状和尺寸是由锻工的流动，不受什么限制，

11、锻件形状和尺寸是由锻工的操作技术来保证的。操作技术来保证的。 类型：类型：自由锻分手工锻造和机器锻造两种。自由锻分手工锻造和机器锻造两种。 手工锻造只能生产小型锻件，机器锻造是自由锻手工锻造只能生产小型锻件，机器锻造是自由锻的主要生产方式。的主要生产方式。对于大型锻件，自由锻是唯一可对于大型锻件，自由锻是唯一可行的方法。行的方法。 v自由锻工序：自由锻工序： 可分成可分成基本工序、辅助工序及精整工序基本工序、辅助工序及精整工序三三大类。大类。v自由锻的基本工序自由锻的基本工序-使金属产生一定的塑使金属产生一定的塑性变形以达到所需形状及尺寸的工艺过程。性变形以达到所需形状及尺寸的工艺过程。 如如

12、镦粗、拔长、弯曲，冲孔、切割、扭转、镦粗、拔长、弯曲，冲孔、切割、扭转、错移、锻焊错移、锻焊等。等。 实际生产中最常用的是实际生产中最常用的是锻粗、拔长、冲锻粗、拔长、冲孔孔等三种工序。等三种工序。v辅助工序是为基本工序操作方便而进行预先辅助工序是为基本工序操作方便而进行预先变形。变形。 如如压钳口、压钢锭棱边、切肩压钳口、压钢锭棱边、切肩等。等。v精整工序是减少锻件表面缺陷的工序。精整工序是减少锻件表面缺陷的工序。 如清除锻件表面凸凹不平及整形等一般在如清除锻件表面凸凹不平及整形等一般在终锻温度终锻温度下进行。下进行。 2 2 模锻模锻v模锻模锻-是在高强度金属锻模上预先制出与锻是在高强度金

13、属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形。在变形过程中由于模膛对金属坯料流动形。在变形过程中由于模膛对金属坯料流动的限制，因此锻造终了时能得到和模膛形状的限制，因此锻造终了时能得到和模膛形状相符的零件。相符的零件。 模锻与自由锻比较有如下优点模锻与自由锻比较有如下优点：v1 1）生产效率高。）生产效率高。 自由锻时，金属变形在上、下两个抵铁之间进行的，而自由锻时，金属变形在上、下两个抵铁之间进行的，而模锻时金属的变形是在模膛内进行，故能较快获得所需形模锻时金属的变形是在模膛内进行，故能较快获得所需形状。状。v2)2)锻件尺寸精确，加工余

14、量小。锻件尺寸精确，加工余量小。v3)3)可以锻出形状比较复杂的锻件。可以锻出形状比较复杂的锻件。v4)4)模锻生产可比自由锻生产节省金属材料，减少切削加工模锻生产可比自由锻生产节省金属材料，减少切削加工工作量，降低零件成本。工作量，降低零件成本。v 但是，模锻生产由于受模锻设备吨位的限制，零件件但是，模锻生产由于受模锻设备吨位的限制，零件件质量不能太大，质量不能太大，一般在一般在150150公斤以下公斤以下。 又由于制造锻模成本很高，又由于制造锻模成本很高，所以它不适合于小批和单所以它不适合于小批和单件生产件生产。因此模锻生产。因此模锻生产适合于小型锻件的大批量生产适合于小型锻件的大批量生产

15、。 v分类：分类： 模锻生产根据使用设备的不同分为：模锻生产根据使用设备的不同分为：锤上锤上模锻，压力机上模锻模锻，压力机上模锻等。等。v锤上模锻所用的设备有锤上模锻所用的设备有蒸汽一空气模锻锤、蒸汽一空气模锻锤、无砧座锤、高速锤无砧座锤、高速锤等。一般工厂主要使用蒸等。一般工厂主要使用蒸汽空气模锻锤。汽空气模锻锤。模锻电液锤系列模锻电液锤系列空气锤系列空气锤系列3 3 胎膜锻胎膜锻v定义：定义：胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的一种方法。一种方法。胎模锻一般用自由锻方法制坯，然后在胎模胎模锻一般用自由锻方法制坯，然后在胎模中最后成形。中最后成

16、形。v胎模锻与自由锻比较：胎模锻与自由锻比较： 它具有生产率高、它具有生产率高、锻件尺寸精度与表面光洁度高、敷料锻件尺寸精度与表面光洁度高、敷料少、节省金属、降低锻件成本少、节省金属、降低锻件成本等优点；等优点；v与模锻比较：与模锻比较： 它它不需用昂贵的模锻设备、锻模制造简单、成本低、不需用昂贵的模锻设备、锻模制造简单、成本低、使用方便使用方便。但胎模锻件尺寸精度不如锤上模锻高，工人。但胎模锻件尺寸精度不如锤上模锻高，工人劳动强度较大，生产率较低，胎模较易损坏。劳动强度较大，生产率较低，胎模较易损坏。v应用：应用： 胎模锻主要适合于中小批量生产，它在没有模锻设备胎模锻主要适合于中小批量生产，

17、它在没有模锻设备的中小型工厂中得到广泛应用。的中小型工厂中得到广泛应用。4 4 曲柄压力机上模锻曲柄压力机上模锻v曲柄压力机的传动系统如图示。曲柄压力机的传动系统如图示。用三角皮带将电动机用三角皮带将电动机2 2的运动传到的运动传到飞轮飞轮3 3，通过轴，通过轴4 4及传动齿轮及传动齿轮5 5带动带动曲柄连杆机构的曲柄曲柄连杆机构的曲柄6 6、连杆、连杆7 7及及滑块滑块8 8。曲柄连杆机构进行运动是。曲柄连杆机构进行运动是靠气动多片式摩擦离合器靠气动多片式摩擦离合器9 9，停止，停止是靠带闸制动器是靠带闸制动器1010。锻模的上模固。锻模的上模固定在滑块上，而下模则固定在楔形定在滑块上，而下

18、模则固定在楔形工作台工作台1111上。上。 曲柄压力机吨位的大小是用滑块曲柄压力机吨位的大小是用滑块到接近最下位置时所产生的最大压到接近最下位置时所产生的最大压力来表示，一般是力来表示，一般是200-12000t(2200-12000t(2120 MN)120 MN)。5 5 摩擦压力机上模锻摩擦压力机上模锻 摩擦压力机行通过螺母摩擦压力机行通过螺母2 2的螺杆的螺杆1 1，螺母固定在机架，螺母固定在机架8 8上，螺杆上端上，螺杆上端固定着飞轮固定着飞轮3 3，下端用轴承与压力机滑块，下端用轴承与压力机滑块7 7相连。主轴上装有两个圆轮相连。主轴上装有两个圆轮4 4，用操，用操纵杆可使主轴沿轴向作一些移动，这样就可使这一个或只一个圆轮与飞轮的纵杆可使主轴沿轴向作一些移动，这样就可使这一个或只一个圆轮与飞轮的边缘靠紧产生摩擦力而带动飞轮旋转。分别