《锻造工艺学》课件

锻造工艺学锻造工艺学是一门重要的金属加工学科，涵盖了锻造的基本原理、工艺流程、设备和材料等方面的知识。课程将介绍常见的锻造方法、工艺参数控制、锻件质量控制、锻造安全等方面的内容。1.金属锻造概述定义金属锻造是利用外力使金属材料产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的加工方法。历史锻造技术的历史可以追溯到古代，是人类最早掌握的金属加工技术之一。应用锻造技术广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等领域。优势锻造产品具有优良的机械性能，如强度、韧性、疲劳强度等。金属锻造的定义塑性变形锻造是通过锤击或压力使金属材料发生塑性变形，改变金属的形状和尺寸，获得所需的机械性能。冷热加工锻造可分为冷锻和热锻，冷锻在室温下进行，热锻在高温下进行。广泛应用锻造广泛应用于航空、航天、机械、汽车等行业，制造各种形状和尺寸的金属零件。金属锻造的特点高效率锻造工艺可以有效地提高金属材料的强度和硬度，从而提高产品的质量和可靠性。与其他加工方法相比，锻造工艺可以节省材料，降低生产成本，提高生产效率。高精度现代锻造技术可以实现高精度锻造，满足各种复杂形状和尺寸的零件需求。锻造工艺可以有效地控制零件的尺寸和形状，提高产品的精度和一致性。高强度锻造工艺可以改善金属内部组织结构，提高材料的强度和韧性，延长产品的使用寿命。锻造工艺可以有效地去除材料内部的缺陷和气孔，提高材料的致密性。金属锻造的分类11.按锻造温度分类根据锻造过程中金属的温度，可分为冷锻、温锻和热锻三种。22.按锻造设备分类根据锻造所使用的设备，可分为自由锻造、模锻、压力机锻造和锤锻等。33.按锻造产品形状分类根据锻造产品的形状，可分为圆形锻造、方形锻造、异形锻造等。44.按锻造生产方式分类根据锻造生产的方式，可分为单件锻造和批量锻造。2.锻造加热技术锻造加热是锻造工艺的重要环节。通过加热，可以提高金属材料的可塑性，降低变形阻力，使金属材料更容易变形，并获得良好的锻造性能。锻造加热的目的和要求提高金属的可塑性加热可以降低金属的屈服强度和流动应力，提高其塑性，更容易进行锻造变形。改善金属的组织结构加热可以促进金属内部的晶粒长大，细化晶粒，降低金属的硬度，提高其韧性。均匀加热为了保证锻件的质量，加热要均匀，防止出现过热或过冷的现象。控制加热温度不同的金属和锻件形状，需要不同的加热温度，严格控制加热温度可以保证锻件的性能。锻造加热的方式与设备炉加热炉加热是最常用的锻造加热方式。主要使用燃气炉或电阻炉。火焰加热火焰加热常用于小型锻件，如小型轴类，采用燃气或煤气火焰加热。感应加热感应加热利用电磁感应原理，主要用于加热锻造大型工件。盐浴加热盐浴加热适用于加热形状复杂的锻件，如齿轮、曲轴等。锻造工件温度的控制温度过低金属塑性下降，易产生裂纹或断裂。变形阻力增大，锻造难度增加，能耗上升。温度过高金属强度下降，易产生氧化皮，影响工件表面质量。锻造后冷却速度过快，易产生裂纹或变形。金属的可塑变形理论金属的可塑变形是指金属材料在压力作用下发生永久性形状变化而不发生断裂的过程。金属的塑性变形是锻造工艺的基础，它决定了锻件的形状和尺寸。金属的可塑性1定义金属的可塑性是指在一定条件下，金属材料在外力作用下发生永久变形而不发生断裂的性能。2影响因素金属的可塑性受许多因素的影响，包括金属的种类、温度、变形速度、应力状态等。3测量指标可塑性通常用延伸率、断面收缩率等指标来衡量。4重要性可塑性是金属材料的重要性能指标，它决定了金属在锻造、轧制、拉拔等加工过程中的可加工性。应力-应变关系应力-应变关系描述了金属材料在受力变形过程中，应力和应变之间的关系。应力是指作用在物体单位面积上的力，应变是指物体形变的程度。1弹性阶段应力与应变成线性关系，去除载荷后材料可以恢复原状。2屈服阶段材料开始发生永久变形，应力不再与应变成线性关系。3强化阶段材料继续变形，应力不断增加，但变形速率逐渐减慢。4颈缩阶段材料达到最大强度后，应力开始下降，并最终断裂。金属变形的几何学分析1变形区的几何特征分析锻造过程中金属的变形区域，包括变形区的大小、形状和位置。2变形量的测量通过测量锻件的尺寸变化，确定锻造变形量，如伸长率、压缩率等。3变形路径分析研究金属在变形过程中运动轨迹和方向，了解变形过程的连续性和均匀性。锻造工艺参数分析锻造工艺参数对锻件的质量和生产效率至关重要。通过合理选择和控制锻造工艺参数，可以提高锻件的力学性能，降低生产成本。锻造压力和功率计算锻造压力锻造过程中所需克服的阻力功率锻造过程中所需的能量消耗锻造压力和功率计算是锻造工艺参数的重要组成部分，直接影响锻造设备的选择、锻造过程的效率和产品质量。锻造变形量的确定计算变形量主要通过计算确定，需要考虑材料性质、锻造工艺参数等。图示法根据锻造工艺参数和材料性质，利用图表或公式进行估算。试验在实际生产中，可以通过试验确定最佳的变形量。锻造温度的控制温度测量仪表精确测量锻造工件的温度，确保温度在设定范围内。温度控制系统根据不同的材料和锻造工艺，设定合理的温度控制参数。温度曲线监控实时监测和记录锻造温度变化，确保温度控制的稳定性和准确性。单件锻造工艺单件锻造工艺是指对单个工件进行锻造，通常用于生产尺寸较大、形状复杂或需要特殊性能的零件。自由锻造工艺定义自由锻造是指在没有模具限制的情况下，用锻锤或压力机对金属坯料进行锻造，以改变其形状和尺寸。常用的工具包括锻锤、压力机和辅助工具。特点自由锻造工艺简单，设备投资少，适用于各种形状的锻件，但精度较低，尺寸不易控制。模锻工艺11.模锻定义模锻是指在锻锤或压力机的作用下，将金属坯料置于模具型腔内，使金属在模具的约束下流动成形，并获得预定形状和尺寸的锻件。22.模锻优势模锻具有尺寸精度高、表面质量好、机械性能优良、材料利用率高等特点，广泛应用于汽车、航空、机械等领域。33.模锻分类模锻可分为自由模锻、闭式模锻、半闭式模锻等，根据锻造设备和工艺参数的不同而分类。44.模锻工艺流程模锻工艺流程通常包括坯料预热、模具装配、锻造成形、冷却、修整等步骤，具体流程根据产品要求和设备条件而定。等温锻造工艺温度控制等温锻造过程中，锻件温度保持恒定，避免了温度梯度和应力集中。材料特性等温锻造适用于高温强度较高的材料，如高温合金和钛合金。变形控制等温锻造可以控制材料的变形，提高锻件的尺寸精度和表面质量。应用范围等温锻造广泛应用于航空航天、能源等领域，用于制造高性能零件。6.批量锻造工艺批量锻造工艺是指对大量相同形状和尺寸的工件进行锻造的工艺。它广泛应用于汽车、航空航天、机械等领域，具有生产效率高、成本低等优点。冷锻工艺冷锻工艺冷锻工艺在常温下进行，适用于高强度、高精度和复杂形状的零件制造。材料选择通常使用高碳钢、合金钢、不锈钢和铜等金属材料。工艺特点高精度高强度表面质量好设备类型冷锻设备包括各种冷锻机、冲床、压力机等。热锻工艺温度热锻工艺中，工件温度高于再结晶温度，金属在塑性变形过程中可以快速恢复，避免硬化现象发生。锻造力热锻工艺所需锻造力较大，但变形阻力较小，可以获得更精确的形状和尺寸。设备热锻工艺通常需要使用大型锻造设备，例如锤头、压力机等，以提供足够的锻造力。应用热锻工艺广泛应用于制造各种大型金属结构件、机械零件，例如轴类、齿轮、曲柄等。无缝管锻造管坯旋转管坯在锻造模具中旋转，使管坯外径均匀缩小。管坯旋转，可以减少管坯的壁厚，并使管坯的内径增大。拉伸成型管坯经过旋转后，通过拉伸成型，使管坯长度增加，壁厚减小。拉伸成型需要使用专门的锻造设备，例如拉伸机。7.锻造缺陷分析与控制锻造缺陷是指在锻造过程中产生的各种缺陷，会影响锻件的质量和性能。锻造缺陷分析与控制是提高锻件质量的重要环节。锻造缺陷的种类11.表面缺陷表面缺陷包括裂纹、氧化皮、压痕、擦伤等。这些缺陷通常发生在锻造过程中，会影响工件的强度和外观。22.内部缺陷内部缺陷包括气孔、夹杂物、疏松、缩孔等，这些缺陷会影响工件的内部结构，降低其强度和韧性。33.形状缺陷形状缺陷是指锻件的形状与设计要求不符，例如尺寸偏差、形状尺寸误差等，会影响工件的安装和使用。44.结构缺陷结构缺陷包括晶粒粗大、组织不均匀等，这些缺陷会导致工件的性能下降，降低其强度和塑性。锻造缺陷的成因分析裂纹锻造温度过高，冷却速度过快，导致金属内部产生应力集中。折叠金属变形过程中，金属表面发生折叠，导致材料内部出现空洞或裂纹。疏松锻造过程中，金属内部产生气孔或夹杂物，导致材料强度下降。氧化锻造温度过高，金属表面发生氧化，导致材料表面产生氧化皮。锻造缺陷的控制措施严格控制锻造工艺参数包括锻造温度、压力、变形量等。合理设置锻造参数，防止因参数不当导致缺陷。改善金属材料的质量选择优质材料，降低材料内部缺陷，例如夹杂物、气孔等。优化锻造设备使用先进的锻造设备，例如高速锻造机、等温锻造机等，提高锻造效率和产品质量。加强锻造过程的质量控制对锻造过程进行严格监控，及时发现并处理缺陷，例如裂纹、折叠、冷隔等。锻造工艺的自动化锻造工艺的自动化是现代锻造生产的重要发展方向，通过自动化设备和技术提升锻造效率和产品质量。锻造自动化设备机械手用于搬运、装卸、翻转锻件，提高效率、降低劳动强度。液压机提供高压、高精度锻造力，控制锻造过程参数，提高产品质量。数控系统实现对锻造过程的自动控制，确保锻造参数稳定，提高产品一致性。加热炉自动控制加热温度、时间，确保锻件加热均匀，提高锻造质量。锻造过程的监测与控制1温度控制控制锻造温度是保证锻件质量的关键，温度过高会导致过度氧化，温度过低则无法达到预期塑性。2压力控制锻造压力过大容易造成锻件开裂，压力过小则无法完成变形，需要根据锻件尺寸和材料特性进行精确控制。3变形量控制锻造过程中需