锻造工艺过程及模具设计

1、锻造工艺过程及模具设计主讲:王泽第一章 概述1.1 锻造生产 锻造的目的或者什么是锻造? 锻造与铸造，压铸，注塑发展以及区别? 从历史的角度谈发展； 从工艺的角度谈区别。 晚商时代的青铜鼎西周青铜鼎中华第一剑，刺出最古铁器时代 西周晚期 兵马佣出土的青铜剑战国时代青铜剑 带铭文出土文物“越王勾践剑”也是青铜剑。传说中的“干将、莫邪雌雄剑”当然也该是铸造的。 从比较严格的意义上讲,中国古代的锻造技术基本是和钢同时出现的,从2000多年前的汉代开始即被广泛应用于社会生活的各个领域。钢质锻件的的出现使“铁器时代”向前跨进了一大步,促进了历史文明的发展,但受锻造成形原理所限,它没有像古代铸造技术那样为

2、后人留下无数灿烂辉煌、令人瞩目的艺术作品,因而也就从未受到过应有的重视,让人更为遗憾的是,许多传统的锻造技术现在已经消失或正被遗忘。 压铸和注塑的发展100多年的历史。从工艺的角度谈区别1.锻造2.铸造3.压铸4.注塑 锻造的分类? （自由锻,模锻,开式模锻,闭式模锻） 我国锻造的基本情况? 模锻的特点? 通用的锻造设备有哪些?（油压机，模锻锤，曲柄压力机，摩擦压力机等）第一章 概述1.2 锻造生产的发展过程 模锻件的数量增加,自由锻造的数量减少; 材料利用率; 模锻的流程; （备料校正） 20世纪锻造的基本发展情况? （生产对象的发展） （生产设备的发展）第一章 概述1.3 锻造技术发展的未

3、来趋势 数字化塑性成形技术; 锻造技术发展的未来是锻造技术数字化。 数字化的体现是什么? （CAD/CAM/CAE） 锻造设备和工艺技术发展趋势? 三个方面:设备大型化;自动化、精密化； 绿色化。第一章 概述1.4 学习本课程的任务: 设计能力； 分析能力； 解决锻件缺陷问题的能力。第二章 锻造用原材料及坯料准备2.1 锻造用原材料锻造用的原材料的对象? （棒料、板料、管料）。锻造用的原材料的材质? （钢、有色金属）钢的分类? 含碳量；化学成分；碳的质量分数；加入合金元素2.1 锻造用原材料锻造用有色金属主要有铜、铝及合金等。1.1 锻造用原材料的下料 锻造用钢是各种类型的钢锭和钢坯；锻造用有

4、色金属一般是各种类型的坯料。 除大、中型自由锻件采用钢锭为坯料外，一般锻件都采用各种金属棒料为坯料。在锻造前，一般要在专门的下料设备上把金属棒料切成所需长度。当没有专门的下料设备时，也可以在其他设备上进行切料。常用的下料方法介绍如下： 1锯切 锯切常在圆盘锯、弓形锯和带锯上进行。圆盘锯是由电动机带动带齿的锯盘慢速旋转并移动，而将棒料切断。圆盘锯通用性强，锯盘的最大直径可达2m，能够锯切的棒料直径在750以下。 2剪切一般在剪床上进行，可以剪切直径为200mm以下的钢材。对于低碳钢、中碳钢等断面尺寸较小的钢坯可以冷剪。 3 3冷折下料冷折下料 在水压机或曲柄压力机上，通过冲头将压力在水压机或曲柄

5、压力机上，通过冲头将压力传到材料上，从而使被折材料沿预先加工好传到材料上，从而使被折材料沿预先加工好的切折断，的切折断， 切口宽度切口宽度b=(5b=(58)mm8)mm； 切口深度切口深度h=(a)h=(a)1/31/3mmmm；4.4.砂轮切割砂轮切割砂轮切割是在砂轮切割机上将钢坯切断。砂轮切割是在砂轮切割机上将钢坯切断。砂轮切割机是由电动机带动薄片砂轮砂轮切割机是由电动机带动薄片砂轮( (厚度一般在厚度一般在3mm3mm以下以下) )高速旋转，并用高速旋转，并用手动或机动使它作上下运动而将钢坯切断。手动或机动使它作上下运动而将钢坯切断。砂轮切割机可切割直径在砂轮切割机可切割直径在40mm

6、40mm以下的任何硬度的以下的任何硬度的金属材料。金属材料。5.气割气割是利用氧气和可燃气体的气割器(称割炬)，产生温度很高的火焰，使割缝上的金属熔化而烧断金属材料。6精密剪切下料由于无飞边锻模、精密锻造、冷挤压以及精密辗压等新工艺的出现和日益广泛的应用对棒料剪切下料工艺的要求也越来越高。要求采用精密下料方法，以提高断面质量，减少切断变形，严格控制下料公差和提高劳动生产率。除上述切割方法外，还有等离子切割法、电子束切割法、阳极切割法等。2.3 模锻时的润滑锻造时为什么要润滑? 润滑剂的分类? （传统的润滑剂、新型的润滑剂） 第二章 锻前加热3.1 一般加热方法 金属材料锻前加热的目的： 是为了

7、提高金属的塑性，降低变形抗力，以利于锻造和获得良好的锻后组织。第三章 锻造的加热规范2.1 一般加热方法加热方法按照采用的热源不同分: 火焰加热 电加热（电阻加热；感应加热）两种加热方法的加热原理和优缺点?电加热（电阻加热；感应加热）什么是感应加热的趋肤效应?感应加热时候的原则?2.2 钢加热时的缺陷及防止措施?氧化、脱碳、增碳产生的原因及防止措施?过热、过烧产生的原因及防止措施?裂纹产生的原因及防止措施?2.3 锻造温度范围的确定?2.4加热规范(二)锻造温度范围的确定锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度间的段温度间隔。钢料在高温单相区具有良好的塑性，所以锻造温度范围最好在这个区间，图42是在

8、铁碳合金相图基础上制定的碳钢锻造温度范围。开始锻造的温度称为始锻温度。它应低于固相线AE约150200，以防止过热和过烧。结束锻造时的温度称为终锻温度。终锻温度主要应保证在结束锻造之前金属还具有足够的塑性以及锻件在锻后获得再结晶组织，但过高的终锻温度电会使锻件在冷却过程中晶粒继续长大，因而降低了力学性能，尤其是冲击韧度。 对过共析钢，为避免形成二次网状渗碳体，在Es线下还应继续锻打，它的终锻温度应高于PsE线50。对亚共析钢，由于在高温单相区内有良好塑性，所以终锻造温度应在Gs线上1520。对于低碳钢，在Gs线(A3)以下的两相区(r+a)也有足够的塑性，因此低碳钢的终锻温度。 对于最后一次锻

9、造的终锻温度还要根据剩余变形程度查再结晶图，以避免锻件晶粒粗大。对于锻后立即进行余热热处理的锻件，终锻温度还要考虑余热热处理的要求。精整工序的终锻温度允许比规定值低5080。 由于生产条件的不同，各工厂所用的锻造温度范围也不完全相同。钢料的锻造温度范围见表4-1；有色金属的锻造温度范同见表4-2。(三)锻件的冷却和锻后热处理 1锻件的锻后冷却方法锻件从终锻温度冷至室温的过程叫锻件的冷却，常用的锻件冷却方法，按其冷却速度由快到慢的顺序分为空冷、堆冷、坑冷(或箱冷)、灰冷(或砂冷)、炉冷、等温退火等六种。2锻件的锻后热处理锻件在机械加工前后，一般都要进行热处理。机械加工前的热处理称为锻件的锻后热处

10、理机械加工后的热处理称为最终热处理。通常锻件的锻后热处理是在锻压车间进行的。由于锻造过程中锻件各部分变形程度、终锻温度和冷却速度不一致，锻件内部存在组织不均匀、残余应力和加工硬化等现象。为了消除上述现象，保证锻件质量，锻后应进行热处理。锻件的锻后热处理的目的是调整锻件硬度，锻件最常采用的热处理方法有退火、正火、调质等。(1)退火退火有完全退火、不完全退火、等温退火、预防白点退火等。完全退火：一般用于亚共析钢，如45钢、5crMnM0等。将钢锻件加热到Ac3上3050，经过一定时间的保温使之完全奥氏体化，然后随炉冷至6，出炉空冷，以获得平衡状态的组织(一般是铁索体加珠光体)。 不完全退火(也称球

11、化退火)：适用于过共析钢，如T8、T12、Gcrl5等。将钢锻件加热到Ac，以上1020，经过较长时间的保温，然后随炉缓冷至4500 取出空冷，以获得珠光体组织。 等温退火：一般是用于亚共析钢、共析钢和过共析钢。将钢锻件加热到Ac(亚共析钢)或Ac(过共析钢)以上2030 ，保温一段时间后，快速冷却到Ac以下某一温度作较长时间的等温保温，使奥氏体较好地转变成珠光体，然后炉冷或空冷。等温逞火可获得比完全退火更为均匀的组织，还可比完全退火缩短退火时问，提高生产率。 预防白点退火：用于防止白点的专用热处理工艺。2)正火将钢锻件加热到Ac3(亚共析钢)或Acm。(过共析钢)以上3050，有些高合金锻件

12、加热到Ac3或Accm以上100150，保温一段时间后空冷。对于亚共析钢、共析钢和过共析钢，除了细化晶粒、消除内应力外，如还要求增加强度和韧性，或要消除网状碳化物，便应采用正火。(3)调质将钢锻件先淬火，然后进行高温回火的热处理工艺叫调质，常用于中碳钢和合金结构钢，以获得蘸好的力学性能。第3章 自由锻主要工序分析3.1 自由锻工艺过程什么是自由锻?自由锻分类? 自由锻主要工序有哪些?自由锻工艺过程的特征? 三个方面:通用性;设备功率小;效率低自由锻工序分类? （3个工序）见表3-1自由锻件分类第3章 自由锻主要工序分析3.2 自由锻基本工序分析镦粗镦粗的定义?镦粗的目的?平砧镦粗与镦粗比?平砧镦粗的变形分析?减小镦粗鼓形的措施垫环镦粗局部镦粗二、拔长1.拔长定义与目的？2.拔长类型？平砧拔长3.拔长变形过程分析拔长时的锻造比？拔长时的变形特点？拔长缺陷与防止措施？4.拔长操作方法三、冲孔1.冲孔的定义？2.冲孔的分类？3.冲孔的缺陷与防止措施？四、扩孔1.扩孔的定义？