熱加工-鍛造教材

第二章金屬壓力加工金屬壓力加工是利用外力。使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。各類(lèi)鋼和大多數(shù)非鐵合金及其合金都具有較好的塑性，因此，它們均可在熱態(tài)和冷態(tài)下進(jìn)行壓力加工。壓力加工的主要生產(chǎn)方式有以下幾種：⒈軋制軋制是借助于摩擦力和壓力使金屬坯料通過(guò)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的軋輥間的空隙而變形的壓力加工方法。在軋制過(guò)程中，金屬坯料的截面減小，長(zhǎng)度增加。

第二章金屬壓力加工⒉擠壓擠壓是利用壓力，將金屬坯料從擠壓模的模孔中擠出而成形的壓力加工方法。擠壓按金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向的不同，可分為三種：①正擠壓：金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相同；②反擠壓：金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相反；③復(fù)合擠壓：坯料上一部分金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相同，而另一部分金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相反。在擠壓過(guò)程中，金屬坯料的截面依照?？椎男螤顪p小，長(zhǎng)度增加，從而得到各種復(fù)雜截面形狀的型材、管材、毛坯或零件，擠壓適合于加工非鐵金屬及其合金、碳鋼和合金鋼。

第二章金屬壓力加工⒊拉拔拉拔是利用拉力，將金屬坯料拉過(guò)拉拔模的?？锥尚蔚膲毫庸し椒?。拉拔是在室溫下進(jìn)行的，故又稱(chēng)冷拉拔。拉拔時(shí)坯料截面減小，長(zhǎng)度增加，但每一道拉拔工序的變形程度不能太大，因此常需經(jīng)多次拉拔，依次通過(guò)形狀和尺寸逐漸變化的?？?，才能得到所需截面的產(chǎn)品。拉拔主要用于生產(chǎn)各種細(xì)線材、薄壁管和特殊幾何形狀截面的型材。⒋自由鍛自由鍛是利用沖擊力或壓力，使放在上下砧之間的金屬坯料變形，從而得到所需鍛件的壓力加工方法。⒌模鍛模鍛是利用沖擊力或壓力，使放在鍛模模膛內(nèi)的金屬坯料變形，最后充滿模膛而成型的壓力加工方法。⒍板料沖壓板料沖壓是利用壓力，使放在沖模間的金屬板料產(chǎn)生分離或變形的壓力加工方法。一般常用的金屬型材、板材、管材和線材等原材料，大都是在冶金企業(yè)中通過(guò)軋制、擠壓和拉拔等方法制成的。機(jī)器制造工業(yè)中常用自由鍛、模鍛和板料沖壓等方法制造毛坯或零件。由于金屬壓力加工能獲得組織致密、力學(xué)性能好的零件，而且具有生產(chǎn)率高、材料消耗少等優(yōu)點(diǎn)，所以在應(yīng)用十分廣泛。

第二章金屬壓力加工壓力加工的特點(diǎn)：（與鑄造比）

1優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)致密、組織改善、性能提高強(qiáng)度、硬硬、韌性。（2）少無(wú)切削加工，材料利用率高。（3）可以獲得合理的流線分布（金屬塑變是固體體積轉(zhuǎn)移過(guò)程）。（4）生產(chǎn)效率高。（如：曲軸、螺釘）

2缺點(diǎn)：（1）一般工藝表面質(zhì)量差（氧化）。（2）不能成型形狀復(fù)雜件（相對(duì)）（3）設(shè)備龐大、價(jià)格昂貴。（4）勞動(dòng)條件差（強(qiáng)度↑、噪音↑）

第一節(jié)金屬的塑性成形工藝基礎(chǔ)一、金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)金屬材料在外力作用下會(huì)產(chǎn)生變形。當(dāng)外力所引起的金屬內(nèi)應(yīng)力小于材料的屈服極限時(shí)，產(chǎn)生的變形是彈性的，此時(shí)去除外力，變形將消失；當(dāng)外力所引起的金屬內(nèi)應(yīng)力大于材料的屈服極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生塑性變形，此時(shí)去除外力，變形并不能完全消失，這部分保留下來(lái)的殘余變形就是塑性變形。⒈單晶體的塑性變形單晶體塑性變形的主要方式是滑移。滑移是在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分原子相對(duì)另一部分原子，沿著一定晶面（滑移面）和一定方向（滑移方向）產(chǎn)生的移動(dòng)。

第一節(jié)金屬的塑性成形工藝基礎(chǔ)作用在單晶體上的外力所引起的應(yīng)力，都可沿某晶面分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力，如圖3-8所示。正應(yīng)力只能使晶面A-A兩側(cè)的原子沿垂直于該晶面的方向拉開(kāi)。當(dāng)正應(yīng)力增大時(shí)，原子間距離增大到一定程度，原子間結(jié)合力遭到破壞，晶體就會(huì)斷裂。切應(yīng)力能使A-A兩側(cè)原子沿平行于該晶面方向滑動(dòng)。當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到臨界切應(yīng)力值后，原子便在滑移面上產(chǎn)生滑移。圖3-7所描述的是上下兩部分晶體沿滑移面產(chǎn)生的增體相對(duì)滑移，是理想晶體的滑移。實(shí)際上，晶體不像理想晶體那樣完整，內(nèi)部存在著一系列原子排錯(cuò)的缺陷，稱(chēng)為位錯(cuò)，如圖3-9所示。晶體中因位錯(cuò)處于高位能狀態(tài)的那部分原子，在比理論值低得多的切應(yīng)力作用下，易于從一個(gè)平衡位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，形成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。因此，實(shí)際晶體的滑移不像理想晶體那樣，而是通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。

第一節(jié)金屬的塑性成形工藝基礎(chǔ)⒉多單晶體的塑性變形多晶體塑性變形時(shí)，各個(gè)晶粒的晶內(nèi)滑移不是同時(shí)進(jìn)行的。首先在滑移面與外力成45°角的晶粒開(kāi)始，如圖3-10中的A晶粒。A晶粒的晶內(nèi)滑移，必然遭到鄰近位向不同晶粒（如B、C晶粒）的阻礙，也要受到晶界的影響。隨著晶內(nèi)滑移的進(jìn)行，滑移面在轉(zhuǎn)動(dòng)，滑移阻力不斷增大。此外，晶粒間也產(chǎn)生滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)，另一批晶粒轉(zhuǎn)到有利于滑移的位向，開(kāi)始滑移。

第一節(jié)金屬的塑性成形工藝基礎(chǔ)二、金屬塑性變形的基本定律⒈金屬塑性變形的規(guī)律⑴體積不變定律金屬塑性變形后的體積等于其塑性變形前的體積，這個(gè)規(guī)律稱(chēng)為體積不變定律。鑄錠經(jīng)鍛造后其致密度增加，體積略有減少，但因相對(duì)數(shù)量很少，可以忽略不計(jì)。計(jì)算坯料尺寸和工序間尺寸時(shí)，都必須應(yīng)用體積不變定律。⑵最小阻力定律塑性變形時(shí)，變形體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)間或局部區(qū)域間的相對(duì)位移，以及變形工具與坯料間的相對(duì)位移均稱(chēng)為金屬流動(dòng)。

第一節(jié)金屬的塑性成形工藝基礎(chǔ)⑶摩擦對(duì)金屬流動(dòng)的影響和金屬塑性變形的不均勻性金屬塑性變形時(shí)，鍛件與工具接觸面之間存在著摩擦作用，變形中由于摩擦的存在使金屬產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和不均勻變形。在變形過(guò)程中，由于金屬組織、成分和溫度不均勻、坯料各部分的形狀尺寸和應(yīng)力的不同，也使坯料產(chǎn)生不均勻變形。變形不均勻在鍛壓加工中難以完全避免，這會(huì)影響鍛件內(nèi)部及表面質(zhì)量，甚至造成內(nèi)部或外部裂紋使鍛件報(bào)廢。

第一節(jié)金屬的塑性成形工藝基礎(chǔ)⒉控制金屬流動(dòng)的方法影響金屬流動(dòng)的因素：變形金屬與工具接觸面上的摩擦、工具與坯料間的相互作用、坯料的化學(xué)成分、組織和溫度的不均勻等。改變工具與接觸面的形狀和尺寸，可以減少在某一方向的流動(dòng)，增大在另一方向上的流動(dòng)。在V形砧間拔長(zhǎng)時(shí)，V形砧側(cè)表面限制了展寬變形，強(qiáng)化了伸長(zhǎng)變形。錘上鍛造時(shí)，鍛錘噸位必須足夠，否則變形局限于表層，中心部位不能鍛透。改變坯料與工具接觸面的狀態(tài)，也可以降低變形抗力，如使工具表面光滑，減少鍛件表面氧化皮，以及使用潤(rùn)滑劑等。

第一節(jié)金屬的塑性成形工藝基礎(chǔ)三、塑性變形后金屬的組織和性能⒈加工硬化多數(shù)金屬在室溫下進(jìn)行塑性變形時(shí)，隨著變形程度的增加，強(qiáng)度和硬度不斷提高，塑性和沖擊韌性不斷降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為加工硬化。加工硬化是由塑性變形時(shí)金屬內(nèi)部組織變化引起的。各晶粒沿變形最大的方向伸長(zhǎng)，且其位向逐漸趨于一致；位錯(cuò)密度增加，晶格嚴(yán)重扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；滑移面和晶粒間產(chǎn)生碎晶。這樣，就增加了進(jìn)一步滑移的阻力，使金屬繼續(xù)塑性變形越來(lái)越困難，即產(chǎn)生加工硬化。

第一節(jié)金屬的塑性成形工藝基礎(chǔ)⒉回復(fù)和再結(jié)晶加工硬化使金屬的內(nèi)能升高處于不穩(wěn)定狀態(tài)，具有自發(fā)地恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的趨向，但在室溫下不易實(shí)現(xiàn)。如將塑性變形后的金屬加熱到一定溫度，使原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，就會(huì)產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶。圖3-15為塑性變形后的金屬加熱時(shí)組織和性能的變化。⑴回復(fù)當(dāng)加熱溫度不高時(shí)，晶格扭曲被消除，內(nèi)應(yīng)力明顯降低，但力學(xué)性能變化不大，部分地消除了加工硬化，這一過(guò)程稱(chēng)為回復(fù)。這時(shí)的溫度稱(chēng)為回復(fù)溫度。一般純金屬的回復(fù)溫度為：Ｔ回復(fù)=（0.25~0.3）Ｔ熔點(diǎn)（Ｋ）式中Ｔ回復(fù)為金屬回復(fù)的絕對(duì)溫度；Ｔ熔點(diǎn)為金屬溶化的絕對(duì)溫度。生產(chǎn)中對(duì)塑性變形后的工件進(jìn)行低溫退火，如碳鋼彈簧在冷卷后加熱到２５０~3００°C，再緩慢冷卻，以消除內(nèi)應(yīng)力，就是通過(guò)回復(fù)實(shí)現(xiàn)的。⑵再結(jié)晶進(jìn)一步升高溫度，原子具有較大的活動(dòng)能力，能以某些碎晶或雜質(zhì)為晶核，成長(zhǎng)為新的等軸晶粒，從而消除了全部加工硬化，使金屬的強(qiáng)度和硬度明顯下降，塑性和韌度顯著提高，這一過(guò)程稱(chēng)為再結(jié)晶。開(kāi)始產(chǎn)生再結(jié)晶的溫度稱(chēng)為再結(jié)晶溫度。一般純金屬的再結(jié)晶溫度為：Ｔ再結(jié)晶=0.4Ｔ熔點(diǎn)（Ｋ）式中Ｔ再結(jié)晶為金屬再結(jié)晶的絕對(duì)溫度。

第一節(jié)金屬的塑性成形工藝基礎(chǔ)合金中的雜質(zhì)和合金元素會(huì)阻礙原子的擴(kuò)散，使再結(jié)晶溫度提高。例如純鐵的再結(jié)晶溫度為450°C，而低碳鋼則為540°C左右。生產(chǎn)中，消除金屬加工硬化的熱處理方法叫再結(jié)晶退火，再結(jié)晶退火時(shí)應(yīng)正確掌握加熱溫度和保溫時(shí)間。再結(jié)晶完成后，若再繼續(xù)升高溫度，或過(guò)分地延長(zhǎng)加熱時(shí)間，則晶粒還會(huì)不斷長(zhǎng)大，使金屬力學(xué)性能下降。⒊冷變形、熱變形和溫變形⑴冷變形金屬在回復(fù)溫度以下的變形稱(chēng)為冷變形。冷變形過(guò)程中只產(chǎn)生加工硬化，而無(wú)回復(fù)和再結(jié)晶。冷變形后的金屬具有加工硬化組織。冷變形可以使金屬獲得較高的精度和表面質(zhì)量。但變形抗力大，塑性差，需要較大噸位的設(shè)備，同時(shí)變形程度不宜過(guò)大，以免破裂。若變形程度很大時(shí)則需多次變形，并要根據(jù)加工硬化程度，進(jìn)行再結(jié)晶退火（也稱(chēng)為中間退火），使材料恢復(fù)塑性。冷變形廣泛用于經(jīng)過(guò)了熱變形（如熱軋）的金屬的再加工，如冷軋、冷拔、冷擠壓和冷沖壓等。冷變形也是強(qiáng)化金屬的一種重要手段。一些用熱處理難以強(qiáng)化的金屬材料，如純銅、純鋁、低碳鋼和部分不銹鋼等，常用冷變形來(lái)提高它們的強(qiáng)度和硬度。⑵熱變形金屬在再結(jié)晶溫度以上的變形稱(chēng)為熱變形。金屬在熱變形過(guò)程中，既產(chǎn)生加工硬化，又有再結(jié)晶，而且加工硬化隨時(shí)被再結(jié)晶所消除。熱變形后的金屬為再結(jié)晶組織，而無(wú)加工硬化現(xiàn)象。熱變形時(shí)，變形抗力小，塑性好，能以較小的功獲得較大的變形量。所以，金屬壓力加工大多采用熱變形方式來(lái)進(jìn)行，如熱鍛、熱軋和熱擠壓等。在實(shí)際熱變形過(guò)程中，變形速度往往較大。為使再結(jié)晶能及時(shí)消除加工硬化，必須用提高加熱溫度的辦法來(lái)加速再結(jié)晶過(guò)程。所以，熱變形溫度一般比再結(jié)晶溫度高的多。例如低碳鋼的再結(jié)晶溫度為540°C，而熱變形溫度為800~1２５０°C。金屬壓力加工最原始的坯料是鑄錠。其內(nèi)部組織很不均勻，晶粒較粗大，并具有氣孔、縮松，非金屬夾雜物等缺陷。這種鑄錠經(jīng)過(guò)熱變形后，內(nèi)部組織和性能將發(fā)生顯著變化。①某些鑄造缺陷被消除，如氣孔、縮松等被壓合，金屬更加致密。鑄造組織（枝晶，柱晶和粗大晶粒）被破碎，獲得細(xì)化的再結(jié)晶組織。因此，金屬的機(jī)械性能得到很大提高。②在熱變形過(guò)程中，晶界上的夾雜物隨晶粒沿變形最大方向被拉長(zhǎng)，但在再結(jié)晶時(shí)只有晶粒形狀的改變，而夾雜物被拉長(zhǎng)的形狀依然被保留下來(lái)，形成纖維組織，或流線組織。纖維組織的明顯程度與金屬的變形程度有關(guān)。變形程度越大，纖維組織越明顯。常用鍛造比y表示坯料拔長(zhǎng)時(shí)的變形程度，即y=F0/F式中F0——坯料拔長(zhǎng)前的橫截面積

F——坯料拔長(zhǎng)后的橫截面積。一般地說(shuō)，y>2時(shí)，在變形金屬中開(kāi)始形成纖維組織。y>5時(shí)，纖維組織已非常明顯，纖維組織使金屬在性能上具有方向性?？v向（平行于纖維方向）上的塑性、韌性提高，而橫向（垂直于纖維方向）上的則降低。第一節(jié)金屬的塑性成形工藝基礎(chǔ)纖維組織的穩(wěn)定性很高，不能用熱處理或其他方法加以消除，只有經(jīng)過(guò)鍛壓使金屬變形，才能改變其方向和形狀。因此，為了獲得具有最好機(jī)械性能的零件，在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)，都應(yīng)使零件在工作中產(chǎn)生的最大正應(yīng)力方向與纖維方向重合，最大切應(yīng)力方向與纖維方向垂直，并使纖維分布與零件的輪廓相符合，盡量不被切斷。例如，用棒料直接切削加工制造螺釘時(shí)，其頭部與桿部的纖維被切斷，受力時(shí)產(chǎn)生的切應(yīng)力順著纖維方向，故螺釘?shù)某休d能力較弱。采用棒料經(jīng)局部鐓粗制造螺釘時(shí)，螺釘頭部和桿部的纖維是連續(xù)的，纖維方向也較為有利，螺釘質(zhì)量較好。

第一節(jié)金屬的塑性成形工藝基礎(chǔ)⑶溫變形金屬在高于回復(fù)溫度，并低于或略高于再結(jié)晶溫度時(shí)的變形，稱(chēng)為溫變形。溫變形過(guò)程中，既有加工硬化，又有回復(fù)，有時(shí)也產(chǎn)生部分再結(jié)晶。溫變形后的金屬具有部分加工硬化組織。溫變形的特點(diǎn)是：與冷變形相比，金屬的塑性好，變形抗力小，能產(chǎn)生較大的變形量。與熱變形相比，坯料表面氧化較少，有利于提高工件的精度和表面質(zhì)量，而且也能起到強(qiáng)化金屬的作用。所以，近年來(lái)溫變形工藝在工業(yè)生產(chǎn)中得到一定的應(yīng)用，如溫?cái)D壓、溫鍛等。

第二節(jié)常用合金的鍛造性能溫度/°C208001200σb/MPa6005020δ/%206080一、金屬的鍛造性能及其影響因素⒈可鍛性的概念金屬的可鍛性是指金屬材料在壓力加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品難易程度的工藝性能，它常用金屬的塑性和變形抗力來(lái)綜合評(píng)定。塑性越高，變形抗力越小，則金屬的可鍛性越好。從壓力加工的角度出發(fā)，希望金屬具有高的塑性和低的變形抗力。金屬的可鍛性不是固定不變的，它與金屬的本質(zhì)和加工條件有關(guān)。⒉影響可鍛性的因素⑴金屬的成分和組織①化學(xué)成分不同化學(xué)成分的金屬有不同的可鍛性。一般純金屬的可鍛性比合金好。而鋼的可鍛性隨著碳和合金元素含量而變化。例如，低碳鋼的可鍛性比高碳鋼好，碳素鋼的可鍛性比合金鋼好。②組織結(jié)構(gòu)金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不同，其可鍛性有很大差別。固溶體（如奧氏體）的可鍛性好，而碳化物（如滲碳體）的可鍛性差。金屬在單相狀態(tài)下的可鍛性比在多相狀態(tài)下的好。細(xì)晶粒金屬的塑性較粗晶粒的好，但變形抗力也較大。

第二節(jié)常用合金的鍛造性能⑵加工條件①變形溫度的影響提高變形溫度是改善金屬可鍛性的有效措施。如下表中，隨溫度升高，４５鋼的強(qiáng)度下降，塑性上升，既可鍛性變好。碳鋼的熱鍛必須嚴(yán)格控制在鍛造溫度范圍內(nèi)，鍛造溫度范圍是指始鍛溫度和終鍛溫度間的溫度范圍，鍛造溫度范圍主要依據(jù)Fe—Fe3C相圖來(lái)確定。當(dāng)加熱溫度超過(guò)狀態(tài)圖的GS線以上時(shí)，金屬的組織已經(jīng)轉(zhuǎn)變成為奧氏體，而單一的奧氏體具有較高的塑性，適宜進(jìn)行壓力加工。始鍛溫度（開(kāi)始鍛造的溫度）指金屬在鍛造前加熱允許的最高溫度。始鍛溫度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱、過(guò)燒、脫碳和嚴(yán)重氧化等缺陷，甚至使坯料報(bào)廢。終鍛溫度（停止鍛造的溫度）指金屬熱變形允許的最低溫度。碳鋼的終鍛溫度約為800°C左右，終鍛溫度過(guò)低，金屬的加工硬化嚴(yán)重，變形抗力急劇增加，使加工難于進(jìn)行。強(qiáng)行鍛造將導(dǎo)致鍛件破裂而報(bào)廢。第二節(jié)常用合金的鍛造性能②變形速度的影響變形速度即單位時(shí)間內(nèi)的變形速度。熱變形時(shí)，隨變形速度的增大，會(huì)出現(xiàn)回復(fù)和再結(jié)晶來(lái)不及消除的加工硬化，從而使金屬塑性下降，變形抗力增大，可鍛性變壞。另一方面，在變形過(guò)程中，消耗于塑性變形的能量有一部分轉(zhuǎn)化為熱能，使金屬溫度升高（稱(chēng)為熱效應(yīng)現(xiàn)象）。當(dāng)變形速度超過(guò)臨界變形速度ωκ速度后，熱效應(yīng)現(xiàn)象使金屬的塑性提高，變形抗力減小，可鍛性變好。但是，除了高速錘以外，在普通鍛壓設(shè)備都不可能超過(guò)臨界變形速度。所以，一般塑性較差的金屬，應(yīng)以較小的變形速度，在壓力機(jī)上進(jìn)行鍛造。第二節(jié)常用合金的鍛造性能③應(yīng)力狀態(tài)的影響用不同的方法變形時(shí)，在金屬中產(chǎn)生的應(yīng)力大小和性質(zhì)（壓應(yīng)力或拉應(yīng)力）是不同的。因而可鍛性也不同。例如，擠壓時(shí)為三向受壓，而拉拔時(shí)則為兩向受壓，一向受拉。實(shí)踐證明，三個(gè)方向中壓應(yīng)力的數(shù)目越多，則金屬的塑性越好。拉應(yīng)力的數(shù)目越多，則金屬的塑性越差。同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力大于異號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力。金屬內(nèi)部的氣孔、微裂紋等缺陷，在拉應(yīng)力作用下，極易擴(kuò)展，甚至破壞，使金屬失去塑性。壓應(yīng)力使金屬內(nèi)部磨擦增大，變形抗力也隨之增大。但壓應(yīng)力使各種缺陷受到抑制，不易擴(kuò)展，故可提高金屬的塑性。

第三節(jié)鍛造方法一、自由鍛自由鍛是利用鍛錘產(chǎn)生的沖擊力或壓力壓力機(jī)產(chǎn)生的靜壓力，使金屬坯料在上下砧面間受壓變形，得到所需要鍛件的壓力加工方法。鍛造時(shí)，由于在垂直于壓力方向沒(méi)有約束，金屬沿此方向可自由伸展變形，這樣自由鍛造鍛件的形狀和尺寸主要靠工人的操作技術(shù)來(lái)控制。自由鍛分為手工鍛造和機(jī)器鍛造，目前都采用機(jī)器鍛造。自由鍛造所用的設(shè)備和工具都是通用的，能生產(chǎn)各種大小鍛件。但自由鍛造的生產(chǎn)效率低，只能鍛造一些形狀簡(jiǎn)單的鍛件，而且精度差，加工余量大，消耗材料多。⒈自由鍛設(shè)備自由鍛設(shè)備按其對(duì)坯料作用力的性質(zhì)分為自由鍛錘和水壓機(jī)兩大類(lèi)。⑴自由鍛錘生產(chǎn)中使用的自由鍛錘是空氣錘和蒸汽—空氣自由鍛錘。自由鍛錘的噸位是用落下部分（包括上砧、錘頭和工作活塞）的質(zhì)量來(lái)表示，空氣錘的噸位一般為50～1000kg。蒸汽—空氣自由鍛錘噸位較大一般為1～5t?？諝忮N一般用于生產(chǎn)100kg以下的中小型鍛件的生產(chǎn)。蒸汽—空氣自由鍛錘常用于100kg至2t的中型和較大型鍛件的生產(chǎn)。盡管自由鍛存在一些缺點(diǎn)，目前自由鍛造還廣泛的用于品種多、產(chǎn)量小的單件小批生產(chǎn)中；特別適用于生產(chǎn)大型鍛件，所以自由鍛造在重型機(jī)器制造中占有很重要的地位。

第三節(jié)鍛造方法⑵水壓機(jī)水壓機(jī)是以靜壓力使金屬變形的。水壓機(jī)的噸位用所能產(chǎn)生的最大壓力來(lái)表示，一般為5～150MN。水壓機(jī)利用高壓水（２0～４0MＰａ）推動(dòng)工作柱塞并帶動(dòng)活動(dòng)橫梁與上抵鐵一起向下運(yùn)動(dòng)，形成巨大靜壓力使抵鐵間金屬坯料產(chǎn)生變形。水壓機(jī)工作時(shí)無(wú)振動(dòng)，變形速度低（水壓機(jī)上砧速度約為0.1～0.3m/s；鍛錘錘頭速度可達(dá)7～8m/s）有利于改善材料的可鍛性，并容易達(dá)到較大的鍛透深度。常用于大型鍛件的生產(chǎn)，所鍛鋼錠質(zhì)量可達(dá)300t。

第三節(jié)鍛造方法⒉自由鍛的基本工序各種類(lèi)型的鍛件都是采用不同的鍛造工序使坯料逐步變形鍛造出來(lái)的。根據(jù)變形性質(zhì)和變形程度的不同，自由鍛工序可分為輔助工序、基本工序及修整工序。輔助工序是為基本工序操作方便而進(jìn)行的預(yù)先變形工序。如鋼錠預(yù)壓鉗把、鋼錠到棱、分段壓痕等。修整工序是用來(lái)精整鍛件尺寸和形狀，使其完全達(dá)到要求的工序，如彎曲校直、鼓形滾圓、端面平整等。此工序變形量很小，常在終鍛溫度以下進(jìn)行。基本工序是使坯料產(chǎn)生較大的塑性變形，以達(dá)到所需形狀及尺寸的工藝過(guò)程，如鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、切割、彎曲、扭轉(zhuǎn)、錯(cuò)移等。實(shí)際生產(chǎn)中最常用的是鐓粗、拔長(zhǎng)和沖孔等三種基本工序。

第三節(jié)鍛造方法

第三節(jié)鍛造方法

第三節(jié)鍛造方法二、胎模鍛胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用胎模生產(chǎn)模鍛件的壓力加工方法。胎模鍛一般采用自由鍛方法制坯，然后在胎模中最后成形。胎模一般不固定在錘頭和砧座上。胎模鍛可采用幾副胎模，每副胎模都能完成模鍛工藝的一個(gè)工步，而且可以有幾個(gè)分模面，可以局部成形。因此胎模鍛能鍛出形狀較復(fù)雜的模鍛件。與自由鍛相比，由于胎模鍛件的形狀和尺寸是靠胎模保證的，所以胎模鍛操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)率和鍛件精度都較高。與模鍛相比，它不需要昂貴的模鍛設(shè)備，工藝靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，能用較小設(shè)備鍛制出較大的模鍛件，而且胎模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本低。但胎模鍛的精度不如錘上模鍛件的精度高，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大。胎模鍛適用于小型鍛件的中小批生產(chǎn)，在沒(méi)有模鍛設(shè)備的中小型工廠應(yīng)用較為廣泛。胎模的種類(lèi)較多，主要有扣模、筒模及合模三種。⒈扣?？勰Ｖ饕糜跒楹夏Ｖ婆?，也可鍛造側(cè)面平直的非回轉(zhuǎn)體鍛件。⒉筒?？煞譃殚_(kāi)式筒模和閉式筒模。開(kāi)式筒模主要用于鍛造齒輪、法蘭盤(pán)等回轉(zhuǎn)體盤(pán)類(lèi)鍛件。閉式筒模主要用于端面有凸臺(tái)或凹坑的回轉(zhuǎn)體鍛件。⒊合模合模由上下模組成。為了使上下模吻合且不使鍛件產(chǎn)生錯(cuò)移，經(jīng)常用導(dǎo)柱或?qū)фi定位。合模模膛四周設(shè)有非邊槽，以增加金屬流出的阻力并容納多余的金屬，鍛后需將非邊槽切除。合模一般用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)體鍛件。

第三節(jié)鍛造方法三、錘上模鍛模鍛是利用沖擊力或壓力，使放在鍛模模膛內(nèi)的金屬坯料受壓變形，最后充滿模膛而成形的壓力加工方法。與自由鍛相比，模鍛生產(chǎn)率較高，可以鍛造出形狀比較復(fù)雜的鍛件，而且敷料較少。模鍛件尺寸精度和表面質(zhì)量較高，加工余量小，可以節(jié)省金屬材料，減少機(jī)械加工工作量。模鍛時(shí)坯料是整體變形，三向受壓，變形抗力較大，因此，模鍛件的質(zhì)量受模鍛設(shè)備噸位的限制，一般在150Kg以下。模鍛適合于中小型鍛件的大批大量生產(chǎn)。

第三節(jié)鍛造方法⒈模鍛設(shè)備錘上模鍛所用設(shè)備蒸汽-空氣模鍛錘、無(wú)砧座錘和高速錘等。一般工廠中主要使用蒸汽-空氣模鍛錘，其噸位用落下部分的質(zhì)量（活塞、錘桿、錘頭和上模的質(zhì)量）表示，一般為1~16t，可用于質(zhì)量為0.5~150kg模鍛件的生產(chǎn)。⒉鍛模錘上模鍛的鍛模是由上模和下模兩部分組成。根據(jù)鍛件形狀和模鍛過(guò)程的需要，上、下模設(shè)有一定形狀的凹腔，稱(chēng)為模膛。根據(jù)模膛功能的不同可分為模鍛模膛、制坯模膛和切斷模膛三大類(lèi)。⑴模鍛模膛模鍛模膛分為終鍛模膛和預(yù)鍛模膛兩種。①終鍛模膛終鍛模膛的作用是使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸。設(shè)計(jì)終鍛模膛時(shí)，要考慮鍛件的收縮、模鍛斜度、模膛轉(zhuǎn)角處的圓角和模膛四周的非邊槽。具有通孔的鍛件，不能靠上、下模模膛直接鍛出，因此需留有沖孔連皮。非邊和沖孔連皮要在下一工序中予以清除。②預(yù)鍛模膛預(yù)鍛模膛的作用是使坯料變形到接近鍛件的形狀和尺寸，以便終鍛時(shí)容易充滿模膛，減少終鍛模膛的磨損。預(yù)鍛模膛不設(shè)飛邊槽,模膛容積應(yīng)略大于終鍛模膛,模膛圓角也較大,而模膛斜度與終鍛模膛相同,以便于鍛模制造,對(duì)于形狀簡(jiǎn)單或批量不大的模鍛件可不設(shè)置預(yù)鍛模膛.⑵制坯模膛對(duì)于形狀復(fù)雜的模鍛件，為了使坯料形狀基本接近模鍛件的形狀，使金屬能合理分布和很好地充滿模膛，就必須先在制坯模膛內(nèi)制坯。①拔長(zhǎng)模膛用來(lái)減少坯料某部分的橫截面積，以增加該部分的長(zhǎng)度。當(dāng)模鍛件沿軸向橫截面積相差較大時(shí)，采用這種模膛進(jìn)行拔長(zhǎng)。②滾壓模膛用來(lái)減少坯料某部分的橫截面積，以增大另一部分的橫截面積，使金屬按模鍛件的形狀分布。③彎曲模膛用來(lái)彎曲桿類(lèi)模鍛件的坯料。

第三節(jié)鍛造方法④鐓粗臺(tái)模鍛盤(pán)類(lèi)鍛件，一般先將坯料放在鍛模左前角平臺(tái)上進(jìn)行鐓粗，此平臺(tái)稱(chēng)為鐓粗臺(tái)。鐓粗過(guò)程還兼有去氧化皮的作用。此外還有成形模膛和壓扁臺(tái)等制坯模膛。⑶切斷模膛它是上模與下模的角部組成的一對(duì)刀口，用來(lái)切斷金屬，單件鍛造時(shí)，用它從坯料上切下鍛件或從鍛件上切下鉗口。多件鍛造時(shí)，用它切成單個(gè)鍛件。根據(jù)鍛件形狀復(fù)雜程度不同，所需模膛數(shù)量也不同，因此鍛?？梢苑譃閱翁佩懩：投嗵佩懩?。單膛鍛模膛是在一副鍛模上只有一個(gè)終鍛模膛的鍛模。多膛鍛模是在一副鍛模上具有兩個(gè)以上的模膛的鍛模。(4)模鍛工藝過(guò)程錘上模鍛的一般工藝過(guò)程為:①下料將方形截面或圓形截面的軋材切成所需的長(zhǎng)度的坯料。一般鋼材的下料主要采用剪床。②加熱將坯料在加熱爐（油爐、煤氣爐、感應(yīng)加熱爐、電阻爐）加熱到規(guī)定的始鍛溫度，而且要均勻熱透。③模鍛坯料從開(kāi)始變形到最后成形。④切邊和沖孔終鍛后切非邊和去沖孔連皮.。⑤校正將彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形矯正過(guò)來(lái)。⑥熱處理常用的有退火、正火、和調(diào)質(zhì)處理。⑦表面清理⑧精壓⑨檢驗(yàn)檢驗(yàn)內(nèi)容包括：幾何形狀和尺寸檢驗(yàn)、表面質(zhì)量檢驗(yàn)、內(nèi)部缺陷檢驗(yàn)、顯微組織檢驗(yàn)、力學(xué)性能檢驗(yàn)和化學(xué)成分檢驗(yàn)等方面。尺寸精度和表面質(zhì)量要求高的模鍛件，需在精壓機(jī)上進(jìn)行精壓。通過(guò)精壓，可使鍛件尺寸公差達(dá)到0.1~0.25mm，表面粗糙度降到Ra0.8~Ra0.4。表面清理即去除鍛件在生產(chǎn)過(guò)程中形成的氧化皮、所沾油污和其它表面缺陷（裂紋、折紋和殘余毛刺等）以提高鍛件質(zhì)量，并防止表面缺陷擴(kuò)大到內(nèi)層。鍛件表面清理干凈之后，也容易顯露表面缺陷，便于檢驗(yàn)。表面清理的方法有滾筒清理、噴丸處理、酸洗和砂輪打磨等⒉鍛模曲柄壓力機(jī)上模鍛一般都采用通用模架和鑲塊組成的組合式鍛模。⒊曲柄壓力機(jī)上模鍛的特點(diǎn)⑴曲柄壓力機(jī)滑塊下行到最低點(diǎn)時(shí)的速度很慢，所以作用在金屬上的是靜壓力，因此工作時(shí)無(wú)震動(dòng)、噪音小。⑶曲柄壓力機(jī)的傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)，滑塊行程不變。因此，在曲柄壓力機(jī)上模鍛時(shí)，每一個(gè)模膛都是一次成形，生產(chǎn)率較高，模鍛操作簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，且鍛件的高度尺寸精度高。⑸曲柄壓力機(jī)滑塊的行程和壓力不能隨意調(diào)節(jié)，不宜進(jìn)行拔長(zhǎng)和滾壓工步。而是在其它設(shè)備上進(jìn)行。⑵曲柄壓力機(jī)機(jī)身的剛度大，導(dǎo)軌與滑塊之間的間隙小，曲柄壓力機(jī)和鍛模上有良好的導(dǎo)向裝置，能保證上下模膛準(zhǔn)確對(duì)合在一起。因此能鍛出精度較高的模鍛件，鍛件的公差、余量比錘上模鍛的小。模鍛結(jié)束后，模膛中的頂桿自動(dòng)把鍛件從模膛中頂出，所以模鍛斜度比錘上模鍛的小。⑷由于滑塊行程速度慢，每一個(gè)模膛又都是一次成形，因此打擊慣性力小，金屬沿模膛高度方向充填能力較差，沿水平方向的流動(dòng)較強(qiáng)烈，這樣容易形成較大的飛邊，而模膛深處較難充滿。所以對(duì)于形狀較復(fù)雜的鍛件，終鍛前應(yīng)采用預(yù)鍛成形和預(yù)鍛工步。⑹曲柄壓力機(jī)上模鍛坯料表面的氧化皮不易清除，尤其是坯料上下表面的氧化皮容易嵌入鍛件。因此，最好使用電加熱及其它少或無(wú)氧化的加熱方法，或者在熱坯料送進(jìn)壓力機(jī)之前用有效的方法把氧化皮清除掉。五、平鍛機(jī)上模鍛⒈平鍛機(jī)及其工作原理⒉平鍛機(jī)上模鍛的模鍛過(guò)程⒊平鍛機(jī)上模鍛的工藝特點(diǎn)由于平鍛機(jī)是曲柄壓力機(jī)類(lèi)的模鍛設(shè)備，所以，平鍛機(jī)上模鍛具有很多曲柄壓力機(jī)的特點(diǎn)。模鍛件精度高，鍛造時(shí)無(wú)震動(dòng)，噪音小，勞動(dòng)條件好，可以采用鑲塊式組合鍛模，但氧化皮不易清除。此外，由于平鍛機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性，平鍛機(jī)上模鍛還具有如下特點(diǎn)：模鍛時(shí)，長(zhǎng)桿棒料被活動(dòng)凹模與固定凹模牢牢卡住，并由主滑塊端部的凸模進(jìn)行鍛壓。平鍛機(jī)的噸位是以凸模所產(chǎn)生的最大壓力來(lái)表示，一般為0.5~31.5MN?？杉庸う?5~230mm的棒料。⑴平鍛機(jī)上模鍛時(shí),由于棒料是水平放置,其長(zhǎng)度不受設(shè)備工作空間的限制,可鍛出帶實(shí)心或空心頭部的長(zhǎng)桿類(lèi)鍛件和帶頭部的長(zhǎng)管類(lèi)鍛件,也可用長(zhǎng)棒料逐件連續(xù)模鍛帶孔或不通孔的鍛件。⑵平鍛模具有兩個(gè)互相垂直的分模面，因而可鍛出在兩個(gè)方向上帶有凹擋或內(nèi)孔的鍛件，如圖3-39所示為汽車(chē)倒車(chē)齒輪鍛件平鍛工步。⑶平鍛機(jī)上模鍛的鍛件敷料少、模鍛斜度小、飛邊也小，而且經(jīng)常是沒(méi)有飛邊。所以比其它設(shè)備上模鍛節(jié)省金屬，材料利用率可達(dá)85~95%。⑷由于平鍛時(shí)靠?jī)砂氚寄A緊棒料進(jìn)行鍛造，所以一般要用精度較高的棒料。否則，棒料直徑偏小，凹模夾不緊，就無(wú)法鍛造。凹模合不攏而形成間隙，鍛造時(shí)會(huì)產(chǎn)生縱向毛刺，難以去除。

第三節(jié)鍛造方法六、摩擦壓力機(jī)上模鍛摩擦壓力機(jī)的噸位用滑塊到工作行程終點(diǎn)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來(lái)表示。一般為0.63~10MN，生產(chǎn)中3.5MN以下的壓力機(jī)使用較多，主要用于生產(chǎn)小型鍛件，特別是帶頭部的桿類(lèi)鍛件，如鉚釘、螺釘、氣閥等。七、其它壓力加工方法隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)壓力加工提出了越來(lái)越多的要求，不僅要求生產(chǎn)各種精度的毛坯，而且要求直接生產(chǎn)更多的零件。所以，近年來(lái)，在壓力加工生產(chǎn)方面出現(xiàn)了許多其它工藝方法。例如精密模鍛，超塑性成形、液態(tài)模鍛以及特種軋制等。這些壓力加工的特點(diǎn)是：⑴盡量使鍛壓件的形狀接近零件的形狀，以便達(dá)到少、無(wú)機(jī)械加工的目的，同時(shí)得到合理的纖維組織，提高零件的力學(xué)性能和使用性能。⑵減小變形力，可以在較小設(shè)備上制造出較大鍛件。⑶廣泛采用電加熱和少氧化、無(wú)氧化加熱，提高鍛件表面質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件。

第三節(jié)鍛造方法⒈精密模鍛精密模鍛是在模鍛設(shè)備上鍛造出形狀復(fù)雜、精度高的鍛件的模鍛工藝。如精密模鍛直齒圓錐齒輪，其齒形部分可直接鍛出而不必再機(jī)械加工。⒉超塑性成形超塑性是指金屬在特定的條件下，即超細(xì)的等軸晶粒（晶粒平均直徑為0.2~5μm）、恒定的變形溫度（一般在絕對(duì)熔點(diǎn)的0.5~0.7倍左右）和極低的變形速度（應(yīng)變速率=0.00001~0.01/s）其相對(duì)伸長(zhǎng)率δ超過(guò)100%以上的特性。超塑性狀態(tài)下的金屬在拉伸變形過(guò)程中不產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，變形抗力可比常態(tài)下金屬的變形抗力降低幾倍到十幾倍。因此該種金屬極易成形，可采用多種工藝制出形狀復(fù)雜、精度高、性能好的工件。

第三節(jié)鍛造方法⒊液態(tài)模鍛液態(tài)模鍛是將定量的液態(tài)金屬或半液態(tài)金屬直接澆入鍛模模膛內(nèi)，并在壓力作用下使之結(jié)晶和發(fā)生輕微的塑性變形，從而形成鍛件的方法。液態(tài)模鍛實(shí)質(zhì)上是鑄造和鍛造工藝的結(jié)合，因而既有鑄造工藝簡(jiǎn)單、成本低，又有鍛造產(chǎn)品性能良好的優(yōu)點(diǎn)。⒋特種軋制⑴橫軋⑵斜軋⑶楔橫軋

第四節(jié)零件的鍛造結(jié)構(gòu)工藝性和鍛造工藝的制訂一、零件的鍛造結(jié)構(gòu)工藝性⒈零件的自由鍛結(jié)構(gòu)工藝性。設(shè)計(jì)用自由鍛件作為毛坯的零件時(shí)，除滿足使用要求外，還必須考慮自由鍛設(shè)備和工具的特點(diǎn)，使零件結(jié)構(gòu)合理，符合自由鍛的工藝要求，達(dá)到鍛造方便、節(jié)約金屬、容易保證鍛件質(zhì)量和提高生產(chǎn)率的目的，因此，必須注意：⑴零件的全部表面都應(yīng)為加工面，一般不允許有不加工黑皮面。⑵零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量采用最簡(jiǎn)單的、對(duì)稱(chēng)的、由平面和園柱面組成形狀。⒉零件的模鍛結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)采用模鍛件