機電工程系模具設計與制造專業(yè)課件鍛造工藝學基礎

1、機電工程系模具設計與制造專業(yè)課件鍛 造 工 藝 學基礎第一章 緒 論塑性成型生產過程簡述什么是鍛造？金屬塑性加工方法之一鍛造是利用手錘、鍛錘或壓力設備上的模具對加熱的金屬坯料施力，使金屬材料在不分離條件下產生塑性變形，以獲得形狀、尺寸和性能符合要求的零件。為了使金屬材料在高塑性下成型，通常鍛造是在熱態(tài)下進行，因此鍛造也禰為熱鍛。 鍛造是一種通過模具和工具利用壓力使工件成型的工藝方法，它是最古老的金屬加工方法之一，可以追溯到公元前4000年甚至8000年。鍛造生產廣泛應用于機械、冶金、造船、航空、航天、兵器以及其它許多工業(yè)部門。航空航天武器裝備交通運輸中國動車組列車全 鋁 汽 車 齒輪 曲軸 連

2、桿1任務：解決鍛件的成形及其內部組織性能的控制，以獲得所需形狀、尺寸和質量的鍛件。2目的：鍛造的根本目的是利用外加載荷（沖擊載荷或靜載荷）通過鍛壓設備或模具使金屬毛坯產生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛件，同時使鍛件機械性能和內部組織符合一定的技術的要求。實質：鍛造工藝的實質是如何利用金屬的塑性使金屬毛坯改變形狀和性能而成為合格鍛件的加工過程。一、鍛造生產的特點及其在國民經濟中的作用（一）鍛造生產的優(yōu)點和缺點 1優(yōu)點：優(yōu)質、高產、低消耗、靈活。 1) 優(yōu)質 指可以改善金屬組織性能。 金屬零件的傳統(tǒng)生產過程是： 冶煉制坯切削加工熱處理 制坯有三條途徑：鑄造毛坯、軋制型材、鍛造毛坯。鑄造毛坯的

3、組織性能差，只適用于性能要求低的零、部件鍛造： 纖維組織變形后的雜質仍具有方向性，呈現纖維狀條紋 鍛造流線變形后雜質的纖維分布，使組織、 性能呈方向性鋼錠鍛造過程中纖維組織形成的示意2) 高產 指機械化生產，生產率高 二、三百件/小時，現在更高了，一百多件/分，萬件/小時。據統(tǒng)計，每模鍛100萬噸鋼，由于提高了生產率，可比切削加工減少23萬工人，少用15000臺機床。在現今技術水平條件下，幾乎任何一種金屬材料都可用鍛造方法制成半成品零件，只是難易程度不同而已。今天，鍛造生產率提高，其鍛件精度也愈來愈高，可以達到甚至超過機械加工的一般精度水平，如各種冷溫擠壓標準件、精鍛齒輪、精鍛葉片、精鍛軸類件

4、等。西航建成國內最大航空發(fā)動機葉片精鍛生產線3) 低消耗 指少、無切削，省工省料。 4) 靈活 指鍛造可以鍛制形狀簡單的鍛件（如模塊、齒輪坯等），也可鍛制形狀復雜、不需或只需少量切削加工的精密鍛件（如曲軸、精鍛齒輪等）鍛件的重量小的不到1公斤 大的可達幾百噸單件小批量生產 大批量生產。萬噸級水壓機模鍛的飛機大梁、火箭捆挷環(huán)2缺點：1)模具成本高，加工周期長。 2)受鍛造設備噸位的限制。（二）鍛造業(yè)的地位鍛造在工業(yè)生產中占有舉足輕重的地位。 鍛造生產能力及其工藝水平，對一個國家的工業(yè)、農業(yè)、國防和科學技術的影響，難以估量。鍛造生產的能力在一定程度上標志著一個國家的工業(yè)水平。二、鍛件生產的分類及其

5、工藝流程根據所用工具和生產工藝的不同可分為自由鍛造、模鍛和特種鍛造。1自由鍛造 把加熱好的坯料放在自由鍛造設備的平砧之間或簡單的工具中進行鍛造的方法稱為自由鍛。一般由鍛工控制金屬的變形方向和形狀尺寸。 手工鍛造自由鍛 機械（錘上自由鍛和水壓機上自由鍛）自由鍛造主要用于鍛制鋼錠和形狀簡單、粗糙度要求較低、加工余量較大的鍛件生產。使用的是形狀簡單的通用工具，靈活性大，生產準備周期短，所以使用范圍廣。鍛件力學性能和表面質量受操作工人的影響較大，不易保證，生產效率低。 自由鍛還可以借助簡單的模具進行鍛造，稱胎模鍛。 胎模鍛造是把加熱好的坯料用自由鍛方法預鍛成近似鍛件的形狀，然后在自由鍛設備上用胎模終鍛

6、成形（形狀簡單的鍛件可直接把坯料放入胎模內成形），這種鍛造方法稱為胎模鍛造。 2模鍛 把加熱好的坯料放在固定于模鍛設備上的模具內進行鍛造的方法稱為模鍛。由于模具型槽限制金屬的變形，而獲得與型槽形狀一致的鍛件。根據變形特點，分為開式模鍛和閉式模鍛。根據設備結構特性和工藝特性的不同，分為錘上模鍛（自由鍛錘上模鍛、高速錘上模鍛）、摩擦壓力機上模鍛、熱模鍛壓力機上模鍛、液壓機上模鍛、平鍛機上模鍛、專用鍛壓機上模鍛等。模鍛適用于形狀復雜，尺寸精度較高，加工余量小，批量生產的中、小型鍛件。形狀和尺寸靠模具保證，人為影響因素小。精密鍛件的成形也要通過模鍛來實現。3特種鍛造 即在專用鍛壓設備上或在特殊模具型槽

7、內使坯料成形的一種特殊鍛造工藝。一般鍛造方法很難達到要求時，可用特種鍛造工藝。如精密模鍛，溫熱擠壓，輥鍛，電鐓，擺動輾壓，粉末鍛造，液態(tài)模鍛，等溫模鍛和超塑性模鍛等。 鍛造工藝流程是指生產一個鍛件所經過的鍛造生產過程。以模鍛為例，其鍛造工藝流程是：備料加熱模鍛切邊、沖孔熱處理酸洗、清理校正。 一般來說，一種鍛件選用哪一種鍛造方法生產，與形狀、尺寸、技術要求和生產批量大小等很多因素有關。通常，單件、小批量生產 自由鍛方法 大批量 模鍛方法 生產 但有些航空重要產品上的鍛件，雖然批量不大，但由于流線和性能等方面的要求，要求工藝的一致性等，通常也采用模鍛方法生產。三、鍛造工藝的發(fā)展簡史及其發(fā)展趨勢（

8、一）鍛造技術的發(fā)展簡史 人類在新石器時代末期，已開始以錘擊天然紅銅來制造裝飾品和小用品。中國約在公元前2000多年已應用冷鍛工藝制造工具，如甘肅武威皇娘娘臺齊家文化遺址出土的紅銅器物，就有明顯的錘擊痕跡。最初，人們靠掄錘進行鍛造，后來出現通過人拉繩索和滑車來提起重錘再自由落下的方法鍛打坯料。14世紀以后出現了畜力和水力落錘鍛。為鍛銅浮雕。是手工鍛造作品。手工鍛造是一種古老的金屬加工工藝，是以手工鍛打的方式，在金屬板上鍛錘出各種高低凹凸不平的浮雕效果。 1842年，英國的內史密斯制成第一臺蒸汽錘，使鍛造進入應用動力的時代。以后陸續(xù)出現鍛造水壓機、電機驅動的夾板錘、空氣鍛錘和機械壓力機。夾板錘最早

9、應用于美國內戰(zhàn)(18611865)期間，用以模鍛武器的零件，隨后在歐洲出現了蒸汽模鍛錘，模鍛工藝逐漸推廣。到19世紀末已形成近代鍛壓機械的基本門類。 20世紀初期，隨著汽車開始大量生產，熱模鍛迅速發(fā)展，成為鍛造的主要工藝。鍛壓經過100多年的發(fā)展，今天已成為一門綜合性學科。它以塑性成形原理、金屬學、摩擦學為理論基礎，同時涉及傳熱學、物理化學、機械運動等相關學科，以鍛造、沖壓等為技術，與其它學科一起支撐機器制造業(yè)。我國的鍛造生產與世界先進國家的水平相比還有一定差距。表現在：1) 工業(yè)發(fā)達國家的模鍛件已占全部鍛件的70以上，而我國尚不足30。 2) 國外有成千條鍛造自動生產線，大型自由鍛造水壓機普

10、遍配備了鍛造操作機等。而我國在這些方法還很薄弱。 3) 精鍛技術和大型鍛件的生產水平與一些工業(yè)發(fā)展國家相比較低，一些航空產品上的精鍛件和重要的大型自由鍛件還常常需從國外進口。4) 在CAD/CAM方面，一些發(fā)達國家已進入實用階段，在這些方面，我國還剛剛起步。 （二）鍛造生產的發(fā)展趨勢1) 總趨勢是使鍛件形狀、尺寸和表面質量最大限度地與產品零件相接近，以達到少、無切削加工的目的，為此應逐步發(fā)展和完善精密成形新技術，發(fā)展高效精密的鍛壓設備。2) 為適應大批量生產的需要，應發(fā)展專業(yè)化的連續(xù)生產線，建立地區(qū)性的專門化鍛造中心，如齒輪精鍛中心、連桿鍛造中心、標準件鍛造中心等，以利于進行技術改造及采用最新

11、設備和先進工藝。 我國自行研制的萬噸級水壓機 3) 為適應新產品開發(fā)，縮短研制周期，應發(fā)展柔性加工技術和CAD/CAM 技術。 鍛模的CAD/CAM的主要優(yōu)點有： 設計的速度快、準確性高，且可將設計人員從繁重的重復性勞動中解脫出來。 可以把多方面的經驗和研究成果集中起來，方便地應用于設計加工，提高設計質量。 可以實現多方案比較設計，達到優(yōu)化的目的。 4) 提高鍛件的內在質量。 5) 提高機械化、自動化水平。 6) 發(fā)展以煤氣、油、電等為熱源的先進加熱技術，改善勞動條件。（三）目前，我國鍛造業(yè)面臨的問題可以歸納為如下 裝備水平低，其主要表現是設備老化、精確度低 管理體制亟待理順，生產廠點過多，力量分散