武漢理工大學(xué),金屬工藝學(xué)第10章 常用鍛造方法

1、上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧冷變形與熱變形冷變形與熱變形 纖維組織纖維組織鑄錠在壓力加工中產(chǎn)生塑性變形時(shí)，基體金屬的晶粒形狀和沿晶界分布的雜質(zhì)形狀都發(fā)生了變形，它們都將沿著變變形方向形方向被拉長(zhǎng)，呈纖維形狀的結(jié)構(gòu)。纖維組織的利用原則：纖維組織的利用原則： 使纖維分布與零件的輪廓相符合而不被切斷；使零件所受的最大拉應(yīng)力與纖維方向一致，最大切應(yīng)力與纖維方向垂直。金屬的可鍛性金屬的可鍛性金屬的可鍛性取決于金屬的本質(zhì)金屬的本質(zhì)（內(nèi)因）和加工條件加工條件（外因）。 第十章第十章 常用的鍛造方法常用的鍛造方法 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 10.1 自由鍛自由鍛1 10.2 模鍛模鍛2本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)1 1、

2、初步掌握自由鍛和模鍛初步掌握自由鍛和模鍛的基本工序、特點(diǎn)及應(yīng)用；的基本工序、特點(diǎn)及應(yīng)用；2 2、能夠根據(jù)自由鍛和模鍛設(shè)、能夠根據(jù)自由鍛和模鍛設(shè)備、工具及工藝特點(diǎn)，合理地備、工具及工藝特點(diǎn)，合理地設(shè)計(jì)自由鍛和模鍛件結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)自由鍛和模鍛件結(jié)構(gòu)； 概概 述述 鍛造鍛造是使加熱好的金屬坯料，在外力的作用下發(fā)生塑性變形，通過(guò)控制金屬的流動(dòng)，使其成形為所需形狀、尺寸和組織的方法。 根據(jù)變形時(shí)金屬流動(dòng)的特點(diǎn)不同，可分為自由鍛自由鍛和模鍛模鍛兩大類。 10.1 10.1 自由鍛自由鍛 只用簡(jiǎn)單的通用性工具，或在鍛造設(shè)備的上、下砧間直接使坯料變形而獲得所需的鍛件，這種方法稱為自由鍛自由鍛。 10.1.1 10

3、.1.1 鍛造坯料準(zhǔn)備鍛造坯料準(zhǔn)備 鍛造中、小型鍛件一般用圓形、方形等截面的型材，如方鋼、圓鋼、扁鋼等。大型鋼鍛件多用鋼錠或鋼坯。 1鍛造用坯料 鐓粗時(shí)，為避免鐓彎，坯料的高徑比（H0/D0）不得超過(guò)2.5，為了下料方便，坯料高徑比還應(yīng)該大于1.25。 2坯料的加熱 （1）加熱目的為了提高金屬的塑性，降低變形抗力，以改善金屬的鍛造性能，使之易于流動(dòng)成形并獲得良好的鍛后組織。 （2）鍛造溫度金屬坯料是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行鍛造的。 自由鍛是大型件唯一的鍛造方法。自由鍛是大型件唯一的鍛造方法。碳鋼的鍛造溫度范圍碳鋼的鍛造溫度范圍10.1.2 10.1.2 自由鍛的基本工序自由鍛的基本工序 自由鍛工

4、序可分為基本工序、輔助工序和修整工序三大類。 1 1基本工序基本工序 使金屬坯料實(shí)現(xiàn)主要的變形要求，達(dá)到或基本達(dá)到鍛件所需形狀和尺寸的工序。 主要有鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、彎曲、切割、錯(cuò)移和扭轉(zhuǎn)。 （1）鐓粗使坯料高度減小，橫斷面積增大的鍛造工序。適用于餅塊、盤套類鍛件的生產(chǎn)。 （a a）整體鐓粗）整體鐓粗 （b b）局部鐓粗）局部鐓粗 （2 2）拔長(zhǎng)）拔長(zhǎng)使坯料橫斷面積減小、長(zhǎng)度增加的鍛造工序 。適用于軸類、桿類鍛件的生產(chǎn)。 拔長(zhǎng)過(guò)程中要將坯料不斷地翻轉(zhuǎn)，使其壓下面都能均勻變形，并沿軸向送進(jìn)。（a a）反復(fù)翻轉(zhuǎn)）反復(fù)翻轉(zhuǎn)（b b）螺旋式翻轉(zhuǎn)）螺旋式翻轉(zhuǎn)拔長(zhǎng)圓形坯料過(guò)程中的截面形狀拔長(zhǎng)圓形坯料過(guò)程中

5、的截面形狀 （3 3）沖孔）沖孔在坯料上沖出通孔或盲孔的鍛造工序稱為沖孔 。適用于帶孔的餅塊類鍛件及長(zhǎng)筒類鍛件的成形 。 （4 4）彎曲）彎曲考慮彎曲區(qū)斷面積有所減小，因此可取斷面比鍛件稍大的坯料，先拔長(zhǎng)不彎曲的部分到鍛件所要求的斷面積，然后彎曲成形。 自由鍛的基本工序除上述外，還有用來(lái)下料下料、切割切割出鍛件所需形狀的切割工序及鍛制多拐曲軸、麻花鉆鍛件的扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)工序等。 10.1.3 10.1.3 自由鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求自由鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 在設(shè)計(jì)自由鍛造的零件時(shí)，除滿足其使用性能的要求外，還必須具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。 1. 1. 要避免有窄的凹槽、圓錐面等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要避免有窄的凹槽、圓錐面

6、等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.2.鍛件上不允許有肋、小凸臺(tái)和相貫線等異形結(jié)構(gòu)鍛件上不允許有肋、小凸臺(tái)和相貫線等異形結(jié)構(gòu)（b b）工藝性好的結(jié)構(gòu)）工藝性好的結(jié)構(gòu)3.3.自由鍛件的橫截面若有急劇變化或形狀較復(fù)雜時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)成自由鍛件的橫截面若有急劇變化或形狀較復(fù)雜時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)成由幾個(gè)簡(jiǎn)單件構(gòu)成的幾何體。由幾個(gè)簡(jiǎn)單件構(gòu)成的幾何體。10.2 10.2 模鍛模鍛利用鍛模使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法稱為模鍛模鍛。 由于金屬是在模膛內(nèi)變形，其流動(dòng)受到模壁的限制，因而模鍛生產(chǎn)的鍛件尺寸精確、加工余量較小，結(jié)構(gòu)可以較復(fù)雜，而且生產(chǎn)效率高。 模鍛分胎模鍛胎模鍛和固定模鍛固定模鍛兩類。10.2.1 10.2.1 胎模鍛胎模鍛胎模鍛

7、是在自由鍛設(shè)備上使用可移動(dòng)模具生產(chǎn)模鍛件的一種方法。 胎模不固定在錘頭或砧座上，只是在使用時(shí)才放上去，它介于自由鍛和模鍛之間。 10.2.2 10.2.2 固定模鍛固定模鍛 固定模鍛時(shí)，上、下鍛模是分別固定在鍛壓設(shè)備的錘頭（或滑塊）及下砧（或工作臺(tái)）上的。 固定模鍛根據(jù)所用設(shè)備不同可分為錘上模鍛錘上模鍛和壓力機(jī)壓力機(jī)上模鍛上模鍛。錘上模鍛是我國(guó)當(dāng)前模鍛生產(chǎn)的基本方法。 一、錘上模鍛一、錘上模鍛 錘上模鍛所用設(shè)備為模鍛錘，由它產(chǎn)生的沖擊力使金屬變形。其最常用的設(shè)備是蒸汽-空氣模鍛錘。 1-1-錘頭錘頭 2-2-上模上模 3-3-毛邊槽毛邊槽 4-4-下模下模 5-5-模墊模墊 6 6、7 7、1

8、0-10-緊固楔鐵緊固楔鐵 8-8-分模面分模面 9-9-模膛模膛 錘上模鍛所用的鍛模錘上模鍛所用的鍛模 模鍛生產(chǎn)的工藝規(guī)程制定包括：模鍛鍛件圖制定模鍛鍛件圖制定、鍛模模鍛模模膛設(shè)計(jì)膛設(shè)計(jì)、毛坯計(jì)算、工序確定、設(shè)備選擇、毛坯加熱、鍛模及模鍛件的修正工序等。 1. 1. 鍛件圖制定鍛件圖制定 鍛件圖是根據(jù)零件圖繪制的，是設(shè)計(jì)及制造鍛模、計(jì)算毛坯以及檢驗(yàn)鍛件的依據(jù)，對(duì)模鍛件的生產(chǎn)有很大影響。 自由鍛件的鍛件圖是在零件圖的基礎(chǔ)上考慮了機(jī)械加工余量、鍛造公差、敷料等之后繪制的圖形。 模鍛件的鍛件圖還應(yīng)考慮分模面的選擇、模鍛斜度和圓角半徑等。 （1 1）敷料、機(jī)械加工余量和鍛造公差）敷料、機(jī)械加工余量和

9、鍛造公差 為了簡(jiǎn)化零件的形狀和結(jié)構(gòu)、便于鍛造而增加的一部分金屬，稱為敷料敷料。 成形時(shí)為了保證機(jī)械加工最終獲得所需的尺寸而允許保留的多余金屬，稱為機(jī)械加工余量機(jī)械加工余量。 1-1-敷料敷料 2-2-機(jī)械加工余量機(jī)械加工余量 鍛造公差鍛造公差是鍛件名義尺寸的允許變動(dòng)量。 鍛件圖（2 2）分模面）分模面 分模面即上下鍛模在模鍛件上的分界面。鍛件分模面的位置選擇正確與否，關(guān)系到鍛件成形、鍛件出模、材料利用率等一系列問(wèn)題。 1)要保證模鍛件能從模膛中取出。 2)使模膛深度最淺。 3)分模面的上下模膛外形要一致。 4)使所需的敷料最少。 5)分模面要選擇平面。 方案方案a a：已成形的模鍛件無(wú)法取出。

10、：已成形的模鍛件無(wú)法取出。 方案方案b b：模膛深度較深，不利于金屬充滿模膛、取件；：模膛深度較深，不利于金屬充滿模膛、取件；并且零件中的孔不能鍛出來(lái)。并且零件中的孔不能鍛出來(lái)。 方案方案c c：上下模沿分模面的模膛輪廓不一致。：上下模沿分模面的模膛輪廓不一致。方案方案a a、b b、c c都存在各種問(wèn)題，只有方案都存在各種問(wèn)題，只有方案d d最為合理。最為合理。分模面的選擇比較分模面的選擇比較（3 3）沖孔連皮和模鍛斜度）沖孔連皮和模鍛斜度 為了使鍛件易于從模膛中取出，鍛件與模膛側(cè)壁接觸部分需帶一定斜度，鍛件上的這一斜度稱為模鍛斜度模鍛斜度。 由于模鍛無(wú)法直接鍛出透孔，需在該處留有較薄的金屬

11、，稱為沖沖孔連皮孔連皮。 沖孔連皮沖孔連皮模鍛斜度模鍛斜度 在鍛件上所有兩平面的交角處均應(yīng)做成圓角。這樣，可增大鍛件強(qiáng)度，模鍛時(shí)金屬易于流動(dòng)而充滿模膛，避免鍛模上的內(nèi)尖角處產(chǎn)生裂紋，減緩鍛模外尖角處的磨損。 （4 4）模鍛圓角半徑）模鍛圓角半徑 雙點(diǎn)線為零件輪廓外形，分模面選在鍛件水平方向的中部。零件輪輻部分不加工，故不留加工余量?？椎闹虚g留有沖孔連皮。 2. 2. 鍛模模膛鍛模模膛根據(jù)模膛的功能，鍛模的模腔分為模鍛模膛模鍛模膛和制坯模膛制坯模膛兩大類。 (1) (1) 模鍛模膛模鍛模膛 模鍛模膛的作用是使坯料變形到鍛件所要求的形狀和尺寸。對(duì)于形狀復(fù)雜、精度要求較高、批量較大的鍛件，還要分為預(yù)

12、鍛模膛和終鍛模膛。 1)預(yù)鍛模膛 預(yù)鍛模膛的作用是使毛坯變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，這樣在進(jìn)行終鍛時(shí)，金屬容易填滿模膛而獲得鍛件所需要的尺寸，同時(shí)減少終鍛模膛的磨損，延長(zhǎng)鍛模的使用壽命。 2)終鍛模膛 終鍛模膛的作用是使毛坯最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸，因此，它的形狀應(yīng)和鍛件的形狀相同，但因鍛件冷卻時(shí)要收縮，故終鍛模膛的尺寸應(yīng)比鍛件尺寸放大一個(gè)收縮量。 鋼件收縮量取鋼件收縮量取1.5%1.5%。帶有沖孔連皮及飛邊的模鍛件帶有沖孔連皮及飛邊的模鍛件 1-飛邊 2-分模面 3-沖孔連皮 4-鍛件 預(yù)鍛模膛與終鍛模膛的主要區(qū)別是，前者的圓角預(yù)鍛模膛與終鍛模膛的主要區(qū)別是，前者的圓角和斜度較大，

13、沒(méi)有飛邊槽。和斜度較大，沒(méi)有飛邊槽。 沿模膛四周有沿模膛四周有飛邊槽飛邊槽，用以，用以增加增加金屬?gòu)哪Ｌ胖辛鞒龅慕饘購(gòu)哪Ｌ胖辛鞒龅淖枳枇α?，促使金屬充滿模膛促使金屬充滿模膛，同時(shí)，同時(shí)容納多余的金屬容納多余的金屬。(2) (2) 制坯模鍛制坯模鍛 對(duì)于形狀復(fù)雜的鍛件，為了使毛坯形狀基本符合鍛件形狀，以便使金屬能合理分布和很好地充滿模膛，就必須預(yù)先在制坯模膛內(nèi)制坯。 制坯模膛有以下幾種類型：制坯模膛有以下幾種類型： 1）拔長(zhǎng)模膛）拔長(zhǎng)模膛它是用來(lái)減少毛坯某部分的橫截面積，以增加該部分的長(zhǎng)度。 （a a）開式）開式 （b b）閉式）閉式 拔長(zhǎng)模膛拔長(zhǎng)模膛 （a a）開式）開式 （b b）閉式）閉式

14、 滾壓模膛滾壓模膛 2）滾壓模膛）滾壓模膛在坯料長(zhǎng)度基本不變的前提下，用來(lái)減小坯料某部分的橫截面積，以增大另一部分的橫截面積。 3）彎曲模膛）彎曲模膛對(duì)于彎曲的桿類模鍛件，需用彎曲模膛來(lái)彎曲毛坯 。 彎曲模膛彎曲模膛 切斷模膛切斷模膛 4）切斷模膛）切斷模膛它是在上模與下模的角上組成一對(duì)刃口，用來(lái)切斷金屬。 根據(jù)模鍛件的復(fù)雜程度不同，所需變形的模膛數(shù)量不等，以及實(shí)際生產(chǎn)需要，可將鍛模設(shè)計(jì)成單膛單膛或多膛鍛模多膛鍛模。 彎曲連桿的鍛造（多膛鍛模）彎曲連桿的鍛造（多膛鍛模） 3. 3. 模鍛工序的確定模鍛工序的確定模鍛工序主要是根據(jù)鍛件的形狀和尺寸來(lái)確定。 （1 1）長(zhǎng)軸類鍛件）長(zhǎng)軸類鍛件 此類鍛

15、件在鍛造時(shí)，錘擊方向垂直于鍛件的軸線。常選用拔長(zhǎng)、滾壓、彎曲、預(yù)鍛和終鍛等工序 。長(zhǎng)軸類鍛件長(zhǎng)軸類鍛件（2 2）短軸類鍛件）短軸類鍛件 在分模面上的投影為圓形或長(zhǎng)度接近與寬度的鍛件，如齒輪、法蘭盤。此類鍛件在鍛造時(shí)，錘擊方向與坯料軸線相同。常選用鐓粗、預(yù)鍛和終鍛等工序 。短軸類鍛件短軸類鍛件 模鍛工序確定以后，再根據(jù)已確定的工序選擇相應(yīng)的制坯模模鍛工序確定以后，再根據(jù)已確定的工序選擇相應(yīng)的制坯模膛和模鍛模膛。膛和模鍛模膛。4. 4. 修整工序修整工序 不論是長(zhǎng)軸類鍛件，還是短軸類鍛件，毛坯在鍛模內(nèi)制成模鍛件后，尚須經(jīng)過(guò)一系列修整工序，以保證并提高鍛件質(zhì)量。 1 1）切邊和沖孔）切邊和沖孔 剛鍛

16、制成的模鍛件，一般都帶有飛邊和連皮，須在壓力機(jī)上將它們切除。 (a)(a)切邊模切邊模 (b)(b)沖孔模沖孔模（a a）平面校正）平面校正 （b b）體積校正）體積校正 在切邊及其它工序中都會(huì)引起鍛件變形，特別是形狀復(fù)雜的鍛件變形更嚴(yán)重。因此，需對(duì)鍛件進(jìn)行校正。 2 2）校正）校正 二、壓力機(jī)上模鍛二、壓力機(jī)上模鍛（自學(xué)）（自學(xué)） 錘上模鍛在生產(chǎn)過(guò)程中有振動(dòng)和噪聲大、勞動(dòng)條件差、蒸汽效率低、能源消耗多等難以克服的缺點(diǎn)。因此，近年來(lái)大噸位模鍛錘有逐步被壓力機(jī)所代替的趨勢(shì)。 用于模鍛生產(chǎn)的壓力機(jī)有：曲柄壓力機(jī)、摩擦壓力機(jī)、平鍛機(jī)等。曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)圖曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)圖 摩擦壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng) 10.2.3 10.2.3 模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性 由于模鍛件是在鍛模模膛中最終成形的，模鍛件的成形條件比自由鍛件優(yōu)越，因此，模鍛件的形狀可以比自由鍛件復(fù)雜。 但是模鍛件的結(jié)構(gòu)仍然受到模鍛設(shè)備和工藝特點(diǎn)的限制，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下幾條原則： (1)必須保證模鍛件能從模膛中取出。為此，須有一個(gè)合理的分模面，使敷料最少，鍛模制造容易。 （2）為了使金屬容易充滿模膛和減少工序，零件外形力求簡(jiǎn)單、平直和對(duì)稱，盡量避免零件截面間差別過(guò)大，或具有薄壁、高筋、凸起等結(jié)構(gòu)。（a a）截面間差別過(guò)大）截面間差別過(guò)大（b b）模鍛件扁而薄）模鍛件扁而薄高而薄的凸椽