工藝技術(shù)_自由鍛造工藝課件

第三講自由鍛造工藝第一節(jié)概述第二節(jié)自由鍛工序及鍛件分類第三節(jié)自由鍛基本工序分析第四節(jié)自由鍛工藝規(guī)程的制定第五節(jié)胎模鍛 第一節(jié)概述一 自由鍛概念只采用通用工具或直接在鍛造設(shè)備的上 下砥鐵間使坯料自由變形 獲得鍛件毛坯的塑性成形方法稱為自由鍛 二 自由鍛分類1手工自由鍛生產(chǎn)中小型鍛件2機(jī)器自由鍛包括鍛錘自由鍛和水壓機(jī)自由鍛 用于大型或較大型的鍛件生產(chǎn) 三 自由鍛用材軋材 中小型鍛件 或鋼錠 大型鍛件 四 自由鍛特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 工具簡單 通用性強(qiáng) 工藝靈活 生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短 缺點(diǎn) 鍛件的精度較低 加工余量大 勞動強(qiáng)度大 生產(chǎn)率低 五 自由鍛的應(yīng)用自由鍛主要應(yīng)用于單件 小批量生產(chǎn) 修配以及大型鍛件的生產(chǎn)和新產(chǎn)品的試制 模鍛件的制坯等方面 是特大型鍛件的唯一生產(chǎn)方法 六 自由鍛造的主要設(shè)備1 鍛錘 空氣錘 蒸汽 空氣錘 鍛錘是以沖擊力使坯料變形的 設(shè)備規(guī)格以落下部分的重量來表示 空氣錘的噸位較小 只有0 5 10kN 用于鍛100kg以下的鍛件 蒸汽 空氣錘的噸位較大 可達(dá)10 50KN 可鍛1500kg以下的鍛件 2 液壓機(jī) 油壓機(jī) 水壓機(jī)液壓機(jī)是以液體產(chǎn)生的靜壓力使坯料變形的 設(shè)備規(guī)格以最大壓力來表示 水壓機(jī)的壓力大 可達(dá)5000 15000kN 是鍛造大型鍛件的主要設(shè)備 空氣錘 單柱蒸汽 空氣錘 雙柱蒸汽 空氣錘 10T橋式電液錘 10T電液錘 15T操作機(jī)械手 8000噸自由鍛油壓機(jī) 能生產(chǎn)最大鍛件為600噸 主要用于核電筒體 反應(yīng)器筒節(jié) 封頭板 大型軋輥等鍛件 高達(dá)25米 重4000多噸的 新一代鋼鐵巨人 超級大力士 全球只有3臺 噸自由鍛水壓機(jī) 晚香玉 第二節(jié)自由鍛工序及鍛件分類 一 自由鍛工序 鍛造工序鍛造過程中直接改變坯料形狀和尺寸的工藝過程 自由鍛的工序分為 基本工序 輔助工序 精整工序 自由鍛件的成形都是這三類工序的組合 1基本工序使坯料實(shí)現(xiàn)主要的變形要求 達(dá)到或基本達(dá)到鍛件所需要形狀和尺寸的工序 主要有 鐓粗 拔長 沖孔 彎曲 扭轉(zhuǎn) 錯移 切割 2輔助工序基本工序之前的預(yù)變形工序 主要有 壓鉗口 倒棱 壓肩等3精整工序在完成基本工序之后 用以提高鍛件尺寸及位置精度的工序 輔助工序 彎曲校正 鼓形滾圓 端面平整 修整工序 二 自由鍛件分類 餅塊類 空心類 軸桿類 曲軸類 彎曲類 復(fù)雜形狀類 1餅塊類鍛件 外形橫向尺寸大于高度尺寸 或兩者相近 如圓盤 葉輪 齒輪 模塊 錘頭等 鍛造基本工序 鐓粗 例 齒輪的鍛造過程 2空心類鍛件 這類鍛件有中心通孔 一般為圓周等壁厚鍛件 軸向可有階梯變化 如各種圓環(huán) 齒圈 軸承環(huán) 各種圓筒 空心軸等 鍛造基本工序 鐓粗 沖孔 擴(kuò)孔或芯軸拔長 例 圓環(huán)及圓筒的鍛造工藝過程 3軸桿類鍛件 這類鍛件為實(shí)心軸桿 軸向尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橫截面尺寸 可以是直軸或階梯軸 如傳動軸 軋輥 立柱 拉桿等 也可以是矩形 方形 工字形或其他形狀截面的桿件如連桿 搖桿 杠桿 推桿 鍛造基本工序 拔長 或鐓粗 拔長 例 傳動軸的鍛造過程 4曲軸類鍛件 這類鍛件為實(shí)心長軸 鍛件不僅沿軸線有截面形狀和面積的變化 而且軸線有多方向彎曲 包括各種形式的曲軸 鍛造基本工序 拔長 錯移 扭轉(zhuǎn) 例 三拐曲軸鍛造過程 5彎曲類鍛件 這類鍛件具有彎曲的軸線 一般為一處彎曲或多處彎曲 沿彎曲軸線 截面可以是等截面 也可以是變截面 彎曲可以是對稱和非對稱彎曲 基本鍛造工序 拔長 彎曲 例 卡瓦的鍛造過程 非洲菊 自由鍛實(shí)例圓軸鍛件鍛造 盤套鍛件鍛造 叉桿鍛件鍛造 大型鍛件鍛造 全纖維自由鍛造 42 第三節(jié)自由鍛基本工序分析 一 鐓粗使坯料整體或一部分高度減小截面積增大的工序鍛造比為 Y鐓 H0 H鐓粗比為 H0 D0 1鐓粗的作用a獲得橫截面較大而高度較小的鍛件 餅塊件 b用作沖孔前的準(zhǔn)備工序 增大坯料的橫截面積以便于沖孔 c 反復(fù)鐓拔法 鐓粗與拔長相結(jié)合 可提高鍛造比 同時(shí)擊碎合金工具鋼中的塊狀碳化物 并使其分布均勻以提高鍛件的使用性能 d提高鍛件的橫向力學(xué)性能以減小力學(xué)性能的異向性 2鐓粗主要方法完全鐓粗 局部鐓粗和墊環(huán)鐓粗 3鐓粗的變形流動特點(diǎn) 針對圓截面坯料平砧鐓粗討論 特點(diǎn) 金屬變形不均勻影響變形不均勻的因素 摩擦力 坯料尺寸1 摩擦力的影響 根據(jù)鐓粗后網(wǎng)格的變形程度分為三個變形區(qū)區(qū)域 難變形區(qū) 區(qū)域 大變形區(qū) 區(qū)域 小變形區(qū) 變形程度介于 與 之間 平砧鐓粗變形與應(yīng)力狀態(tài)分析 平砧鐓粗 2 坯料尺寸的影響 不同高徑比坯料鐓粗時(shí)鼓型情況與變形分布 難變形區(qū) 大變形區(qū) 小變形區(qū) 均勻變形 4鐓粗的質(zhì)量問題及控制質(zhì)量問題 側(cè)表面產(chǎn)生縱向或45 裂紋 側(cè)表面出現(xiàn)鼓形 上下端存留鑄態(tài)組織 高坯料鐓粗易失穩(wěn)彎曲 質(zhì)量控制措施 a采用潤滑 預(yù)熱工具b用側(cè)凹形毛坯鐓粗c使用軟金屬墊鐓粗d疊料鐓粗 套環(huán)內(nèi)鐓粗f反復(fù)鐓粗拔長工藝h采用合適的鍛造比及鍛造力 28 側(cè)凹鐓粗 在側(cè)凹面上產(chǎn)生徑向壓應(yīng)力分量 可以避免側(cè)表面縱向開裂 并減小鼓型 套環(huán)內(nèi)鐓粗 疊料鐓 二 拔長 1概述2矩形截面坯料拔長3圓形截面坯料的拔長4空心件拔長5拔長的操作要點(diǎn) 1概述a定義使坯料橫截面減小而長度增加的鍛造基本工序 拔長時(shí)的鍛造比 Y拔 F0 Fb 拔長變形實(shí)質(zhì)一系列鐓粗工序的疊加組合 但受兩端 剛端 的影響 不是鐓粗的簡單疊加 c拔長的作用 由橫截面積較大的坯料得到橫截面積較小而軸向較長的軸類鍛件 作為輔助工序進(jìn)行局部變形 反復(fù)鐓拔 工序 d拔長的類型按砧鐵類型分為 平砧鐵間拔長 型砧拔長 芯軸拔長按坯料截面形狀分為 矩形截面坯料拔長 圓截面坯料拔長 29 目錄 平砧拔長 30 目錄 2矩形截面毛坯拔長 1 所用砧鐵類型 平砧2 變形參數(shù)設(shè)拔長前變形區(qū)的長 寬 高分別為l0 b0 h0 拔長后變形區(qū)的長 寬 高分別為l b h 則 L0稱為送進(jìn)量l0 h0稱為相對送進(jìn)量 h h0 h稱為壓下量 b b b0稱為展寬量 l l l0稱為拔長量 a送進(jìn)量采用小的送進(jìn)量拔長可使軸向變形量增大而橫向變形量減小 有利于提高拔長效率 但送進(jìn)量不能太小 否則會增加壓下次數(shù) 反而降低拔長效率 另外還會造成表面缺陷 一般取 相對送進(jìn)量為 l0 h0 0 5 0 8絕對送進(jìn)量為 l0 0 4 0 8 B 3 影響矩形截面坯料拔長效率的因素 送進(jìn)量大 變形出現(xiàn)單鼓形 截面的中心變形大 能鍛透 但側(cè)面和棱腳部位出現(xiàn)拉應(yīng)力 可能產(chǎn)生拉裂缺陷 送進(jìn)量小 變形出現(xiàn)雙鼓形 截面的上下變形大 中心部位小 中心出現(xiàn)拉應(yīng)力 產(chǎn)生中心拉裂缺陷 b 壓下量 h h大 可提高拔長效率 同時(shí)可強(qiáng)化心部變形 有利于鍛合內(nèi)部缺陷 在材料塑性允許的前提下 盡量提高 4 矩形截面拔長的缺陷及防止方法 a表面橫向裂紋與角裂 產(chǎn)生原因 鍛造低塑性材料時(shí) 當(dāng)送進(jìn)量過大 同時(shí)壓縮量過大所引起的 角部溫度散失快 產(chǎn)生熱應(yīng)力 防止方法 控制送進(jìn)量 一次壓下量 及時(shí)倒角 b表面折疊 表面橫向折疊 表面縱向折疊 C內(nèi)部橫向裂紋 產(chǎn)生原因相對送進(jìn)量太小 拔長變形區(qū)出現(xiàn)雙鼓形 軸心部位受到軸向拉應(yīng)力的作用 導(dǎo)致中心裂紋 防止方法適當(dāng)增加送進(jìn)量 控制一次壓下量 d對角線裂紋 對角線裂紋與坯料的變形情況 a b 產(chǎn)生場合 拔長塑性較差的材料 或溫度降到終鍛溫度以下的方截面坯料時(shí) 裂紋可以是內(nèi)部的 也可能是從端部開始 然后沿軸向向坯料內(nèi)部發(fā)展的 產(chǎn)生原因 鍛造溫度下反復(fù)翻轉(zhuǎn)拔長時(shí) 金屬沿對角線流動 因剪應(yīng)力引起對角線處局部金屬過熱 過燒 致對角線金屬強(qiáng)度降低而開裂 低溫下反復(fù)翻轉(zhuǎn)拔長時(shí) 對角線附近金屬相對流動過于劇烈 產(chǎn)生嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象 產(chǎn)生對角線裂紋 防止方法 控制鍛造溫度 送進(jìn)量 減小一次變形量 避免反復(fù)在同一部位連續(xù)翻轉(zhuǎn)鍛打 改變四方截面壓縮成六方截面壓縮 e端面縮口因拔長時(shí)首次送進(jìn)量太小產(chǎn)生的 拔長和側(cè)面修直時(shí)坯料端面縮口 a拔長 b側(cè)面修直 3圓形截面毛坯拔長 1 在平砧上拔長特點(diǎn) 拔長效率低若壓下量小時(shí)易在鍛件內(nèi)形成縱向裂紋解決方法 a先將圓截面毛坯壓成矩形斷面 后拔長 再壓成八角形 最后鍛圓 b用型砧拔長 平砧拔長圓截面毛坯時(shí)的截面變化過程 2 型砧 或摔子 內(nèi)拔長圓截面坯料特點(diǎn) 拔長效率高 與平砧比可提高拔長效率20 40 可防止縱向裂紋產(chǎn)生 4空心件拔長減小空心坯料外徑而增加長度的鍛造工序 用以鍛造各種長筒鍛件 心軸拔長1坯料2鍛件3心軸4砧子 5拔長的操作要點(diǎn) 坯料在平砥鐵上拔長時(shí)應(yīng)反復(fù)作90o翻轉(zhuǎn) 圓軸應(yīng)逐步成形 最后摔圓 應(yīng)選用適當(dāng)?shù)乃瓦M(jìn)量 以提高拔長效率 一般取l0 0 4 0 8 B 拔長后的寬高比b h 2 5 以免翻轉(zhuǎn)90o后再拔長時(shí)彎折 33 翻轉(zhuǎn)法拔長 圓軸逐步拔長法 翻轉(zhuǎn)法拔長 三 沖孔采用沖子將坯料沖出透孔或不透孔的鍛造工序 1沖孔的應(yīng)用1 鍛件帶有直徑大于30mm以上的盲孔或通孔 2 需要擴(kuò)孔的環(huán)形鍛件預(yù)沖孔 3 需要拔長的空心件預(yù)沖孔 2沖孔的方法實(shí)心沖子沖孔 空心沖子沖孔 墊環(huán)上沖孔 實(shí)心沖子沖孔 空心沖子沖孔 在墊環(huán)上沖孔 沖孔方法 34 當(dāng)D0 d 2 3時(shí) 拉縮嚴(yán)重 外徑明顯增大 當(dāng)D0 d 3 5時(shí) 幾乎無拉縮 外徑有所增大 當(dāng)D0 d 5時(shí) 多余金屬擠向端面形成凸臺 3沖孔件的形狀與坯料直徑D0 孔徑d的關(guān)系 沖孔時(shí)坯料形狀的變化 四擴(kuò)孔減小空心坯料壁厚而增加其內(nèi)外徑的鍛造工序 用以鍛造各種圓環(huán)鍛件 沖子擴(kuò)孔 芯軸擴(kuò)孔 輾壓擴(kuò)孔 五彎曲將毛坯彎成所需形狀的工序 彎曲時(shí)坯料的形狀變化 六扭轉(zhuǎn)將毛坯一部分相對于另一部分繞其軸線旋轉(zhuǎn)一定角度的工序 七錯移將坯料的一部分相對另一部分相互平行錯移的鍛造工序 用以鍛造曲軸類鍛件 錯移前坯料需要壓肩 錯移a 在一個平面內(nèi)的錯移b 在兩個平面內(nèi)的錯移 八切割將毛坯一部分或幾部分切掉以獲得所需形狀的鍛件的工序 第四節(jié)自由鍛工藝規(guī)程的制定 一 概述二 自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性三 自由鍛工藝規(guī)程的制定 一 概述1工藝規(guī)程 定義規(guī)定產(chǎn)品或零件制造工藝過程和操作方法的工藝文件 主要形式有 工藝過程卡工藝卡工序卡 工藝規(guī)程的作用指導(dǎo)生產(chǎn)生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的依據(jù)新廠 車間 擴(kuò)建的依據(jù) 制定原則保證產(chǎn)品質(zhì)量提高勞動生產(chǎn)率 降低成本降低勞動強(qiáng)度 保證生產(chǎn)安全 必備原始資料零件圖產(chǎn)品驗(yàn)收質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)年生產(chǎn)綱領(lǐng) 產(chǎn)量 制造廠的生產(chǎn)條件 設(shè)備 工裝 技術(shù)水平等設(shè)計(jì)手冊及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)外有關(guān)制造技術(shù)資料 2自由鍛工藝規(guī)程制定的內(nèi)容鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性分析繪鍛件圖確定坯料的質(zhì)量及尺寸制定變形工藝和確定鍛造比選鍛造設(shè)備確定鍛造溫度范圍 制定坯料加熱及冷卻規(guī)范制定熱處理規(guī)范技術(shù)條件及檢驗(yàn)要求填寫工藝規(guī)程卡片 二 自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性 1零件的結(jié)構(gòu)工藝性概念指所設(shè)計(jì)的零件在能滿足使用要求的前提下制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性 即零件制造的難易程度 它包括零件的各個制造過程中的工藝性 有零件結(jié)構(gòu)的鑄造 鍛造 沖壓 焊接 熱處理 切削加工等工藝性 由此可見 零件結(jié)構(gòu)工藝性涉及面很廣 具有綜合性 必須全面綜合地分析 2學(xué)習(xí)零件結(jié)構(gòu)工藝性的目的a了解零件結(jié)構(gòu)工藝性對制造影晌很大 設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)時(shí)要充分予以考慮 b碰到結(jié)構(gòu)工藝性不好時(shí)會做一般處理 與設(shè)計(jì)者協(xié)商修改原設(shè)計(jì) 不能修改時(shí)會在工藝上想辦法 例 切削加工零件的結(jié)構(gòu)工藝性 例 鑄件外形的結(jié)構(gòu)工藝性 例 鑄件內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)工藝性 3自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性 軸類鍛件結(jié)構(gòu) 自由鍛件不能設(shè)計(jì)斜面 桿類鍛件結(jié)構(gòu) 自由鍛件不能設(shè)計(jì)成曲面相交 盤類鍛件結(jié)構(gòu) 自由鍛件不能設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋 凸臺 采用緞焊結(jié)合或鍛機(jī)械連接 復(fù)雜鍛件 三 自由鍛工藝規(guī)程的制定 43 表2典型鍛件的自由鍛工藝示例 目錄 44 續(xù)表 目錄 45 典型鍛件的自由鍛工藝示例 續(xù) 續(xù)表 目錄 齒輪坯鍛造工藝卡 齒輪坯鍛造工藝卡 序號 五 制定自由鍛工藝規(guī)程卡 續(xù)表 齒輪坯鍛造工藝卡 序號 第五節(jié)胎模鍛胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用可移動的簡單模具生產(chǎn)鍛件的一種鍛造方法 胎模鍛造一般先采用自由鍛制坯 然后在胎模中終鍛成形 鍛件的形狀和尺寸主要靠胎模的型槽來保證 胎模不固定在設(shè)備上 鍛造時(shí)用工具夾持著進(jìn)行鍛打 與自由鍛相比 胎模鍛生產(chǎn)效率高 鍛件加工余量少 精度