锻造工艺概述ppt课件.ppt
5.1 锻造工艺概述,锻压借助外力的作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的锻压件。锻压属于体积成型。,第五章 锻造工艺与模具设计,一、锻造生产的重要性,(一)国防工业 ：飞机上的锻压件重量占85；坦克上的锻压件重量占 70 ；大炮、枪支上的大部分零件都是锻制而成的。(二)机床制造工业 ：主轴、传动轴、齿轮和切削刀具等都由锻件制成的。(三)电力工业：水轮机主轴、透平叶轮、轮子、护环等均由锻件制成。(四)交通运输工业：机床上的锻压件重量占60；汽车上的锻压件重量 占80；轮船上的发动机曲轴和推力轴由锻制而成。(五)农业：拖拉机、收割机的主要零件也都是锻制成的，如拖拉机上就 有560多种锻件。(六)日常生活用品：锤子、斧头、小刀、钢丝钳等亦均是锻制而成。,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,二、锻造分类,自由锻、模锻、胎模锻 、特种锻造,按加工方式分：,按变形温度分：,热锻温锻冷锻,根据工作时所受作用力的来源分 ：手工锻造、机器锻造,除自由锻外，其它两种均用到模具。,再结晶温度 室温,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,分类,自由锻（胎模锻）工艺灵活、工具简单、锻件精度差、生产效率低、操作水平要求高；适于单件小批量生产。,模锻：工艺定型、生产效率高、工具复杂、锻件精度高，专用设备多。适于批量生产,特种锻造：专用设备、生产效率高，只能生产某一类型产品；适于大批量生产。如热挤压，辊锻，精密锻造。,二、锻造分类,分为手工自由锻和机器自由锻。,自由锻：利用冲击力或压力使加热好的金属在上、下抵铁之间产生变形。工艺特点：坯料变形时，除与上、下抵铁或其它辅助工具接触部分表面外，都是自由表面，变形不受限制。,第五章 锻造工艺与模具设计,胎模锻,第二节 锻模设计简介,在自由锻备上设采用活动模具成型锻件的方法称为胎模锻。 锻件尺寸精度高于自由锻；设备比模锻简单。但人力操作胎模劳动强度大。 适应于小型锻件小、中批量生产。,第五章 锻造工艺与模具设计,三、锻造加工特点,优点：1、能改善金属的组织，提高金属的机械性能；2、提高材料的利用率和经济效益（节省材料和切削加工工时);3、具有较高的劳动生产率。,缺点：1、不能获得形状复杂的锻件；2、初次投资费用高（设备、工模具、厂房）；3、生产现场劳动条件差。,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,四、锻造设备,5.1 锻造工艺概述,1.自由锻设备：锻锤、空气锤、蒸汽-空气锻锤 水压机、油压机2.模锻设备：锤上模锻 压力机模锻 摩擦压力机模锻,第五章 锻造工艺与模具设计,模锻设备,第五章 锻造工艺与模具设计,六、锻造工艺的主要生产工序,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,（1）下料：将原材料切割成所需尺寸的坯料（2）加热：提高金属的塑性，降低变形抗力，便于模锻成形。（3）模锻：得到所需锻件的形状和尺寸。（4）切边或冲孔：切去飞边或冲掉连皮（5）热校正或热精压：使锻件形状和尺寸更准确（6）在砂轮上磨毛刺：切边所剩下的毛刺（7）热处理：保证合适的硬度和力学性能，常用正火和调质。（8）清除氧化皮：常用喷砂、喷丸、滚筒抛光、酸洗等方法。（9）冷校正和冷精压：进一步提高锻件精度，降低表面粗糙度（10）检查锻件,七、热锻原材料及下料方法,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,锻造用坯料一般为棒、板、管状的黑色金属、有色金属和贵金属。下料：把型材切割成所需的长度。是自由锻和模锻的第一道工序。不同的下料方式，直接影响着锻件的精度、材料的消耗、模具与设备的安全以及后续工序过程的稳定。传统的下料方法的下料品质均不太理想，断口不齐，坯料的长度与品质重复精度低。离子束切割、电火花线切割等新型下料方法，能锯切很硬的材料，剪切品质很好，但成本高，不宜用于大批量生产。金属带锯下料既能得到高的下料精度，又能适应大批量生产。,七、热锻原材料及下料方法,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,传统的下料方式,七、热锻原材料及下料方法,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,锯切法： 断面平整，尺寸准确；但生产效率低，有锯口损失，且锯条和锯盘损耗也比较大。 圆盘锯：d750mm，最大可达2m 弓形锯：d100mm,小直径棒料可成捆锯断 高速带锯：生产效率高，且毛坯形状规则。 弓形锯、圆盘锯、带锯机锯切坯料时消耗锯缝的质量比为：1.56:1.87:1。,七、热锻原材料及下料方法,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,带锯锯切,金属带锯主要由六个部分构成：变速机构锯带张紧装置无级变速液压控制系统冷却系统锯刷床身。下图为GZ4025型卧式带锯的外形图,七、热锻原材料及下料方法,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,图2.7 GZ4025型卧式带锯的外形图,七、热锻原材料及下料方法,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,双金属锯带,目前常用的金属带锯锯带以高速钢为齿部材料，以弹簧钢为背部材料，通过电子束复合后开齿而成的双金属锯带。,图2.8 电子束焊接的双金属锯带,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,典型锯齿形状如下图：,(a),a(b),(b),(c),(d),(e),图2.9 典型锯齿形状(a) 标准齿；(b) 强力齿；(c) MG齿；(d) ACG齿；(e) 变化齿,七、热锻原材料及下料方法,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,剪切法： 生产率高、操作简单、切口无金属损耗；但剪切面不平，略带歪斜，普遍常用，d200mm。高碳钢、合金钢或断面尺寸较大的钢坯需预热。一般棒料剪切法有：剪床剪切、冲床剪切。 在剪床上剪切的棒料截面尺寸在 15 (150200）mm 。,七、热锻原材料及下料方法,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,折断下料：适用于硬度较高的高碳钢及高合金钢。如GCr15，GSiMnMo等轴承钢，加热温度为300-400。砂轮片切割法（无齿锯）：可切割d40mm以下的任何硬度的金属毛坯。生产效率高，断面平整，砂轮损耗大，工作条件差。气割：主要用于大型钢坯和锻件的大断面切割（断面厚度可达1500mm以上）。阳极切割：被切材料尺寸为30-300mm,八、热前加热的目的及方法,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,锻前加热是温锻和热锻工艺中重要环节。锻前加热的目的：提高金属塑性，降低变形抗力，使坯料易于变形并获得良好的锻件。加热方法：火焰加热、电加热和少无氧化加热,八、热前加热的目的及方法,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,锻前加热是温锻和热锻工艺中重要环节。锻前加热的目的：提高金属塑性，降低变形抗力，使坯料易于变形并获得良好的锻件。加热方法：火焰加热、电加热和少无氧化加热,八、热前加热的目的及方法,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,1.火焰加热 利用燃料燃烧时所产生的热量，通过对流、辐射加热坯料。 燃料来源方便、加热炉修造容易、加热费低、适应性强。 缺点：劳动条件差，加热速度慢，质量低、热效率低。 应用范围：大、中、小型坯料。,八、热前加热的目的及方法,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,2.电加热电加热是将电能转换为热能而对金属坯料进行加热。特点：加热速度快、炉温易控制、加热质量好、氧化皮少、工人劳动条件好。方式：间接电加热、 接触电加热、感应电加热电阻炉加热（间接电加热）利用电流通过炉内电热体时产生的热量 ，来加热金属方式：辐射传热特点：热效率和加热速度低；对坯料尺寸形状无要求。,八、热前加热的目的及方法,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,感应电加热： 坯料放入通过交变电流的螺旋线圈内，利用电磁感应发热直接加热。速度快、质量好、温度易控制、烧损少、易实现机械化。适于精密成形的加热。缺点：投资费用高，加热的坯料尺寸范围窄、电能消耗大。,图3.4 感应电加热原理图1感应器 2坯料 3电源,八、热前加热的目的及方法,第五章 锻造工艺与模具设计,接触电加热接触电加热的加热原理：以低电压（一般为215V）大电流直接通过金属坯料，由坯料自身电阻在通过电流时产生的热量加热金属坯料。原理如图3.3。接触电加热的优点: 速度快、烧损少、加热范围不受限制、热效率高、耗电少、成本低、设备简单、操作方便、使用于长坯料的整体或局部加热的优点。接触电加热的缺点：对坯料的表面粗糙度和形状尺寸要求严格。加热温度的测量和控制也比较困难。,图3.3 接触电加热原理图1变压器 2坯料 3触头,八、热前加热的目的及方法,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,3. 少、无氧化加热减少金属的氧化烧损（使烧损量小于5）和脱碳，限制氧化皮厚度在0.050.06mm以下。提高加热质量，提高锻件的尺寸精度和表面质量、提高模具寿命。快速加热、少无氧化火焰加热和介质保护加热。,九、热锻温度范围的确定,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,九、热锻温度范围的确定,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,九、热锻温度范围的确定,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,锻造温度范围是指： 开始锻造温度（始锻温度）和结束锻造温度（终锻温度）之间的一段温度区间。确定原则：保证金属有良好的可锻性 保证金属有良好的组织性能 锻造温度范围应尽量宽,九、热锻温度范围的确定,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,方法：工程上可查表制表根据： 以合金相图为基础，参照塑性图、抗力图及再结晶图；从金属塑性、变形抗力和锻件的组织性能三个方面综合分析，确定合理的锻造范围。,九、热锻温度范围的确定,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,1)始锻温度锻前允许加热的最高温度确定原则： 希望尽可能高一些，但以不产生过烧为限。 理论上讲过烧温度就是固相线的温度， 但为保险起见取得低于固相线温度150-250。一般范围：结构钢始锻温度：1200-1250 工具钢1100-1150含碳量越高，温度越低；,九、热锻温度范围的确定,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,2)终锻温度终锻温度即是仃止锻造的温度确定原则：希望低一些好，但以不锻裂和能得到所要求的金相组织为前提。碳钢的终锻温度约在铁-碳相图1线以上20-80碳钢： 终锻温度：750-800合金钢：终锻温度： 800-900,十、金属加热规范,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,主要包括：加热温度、加热速度（时间）、装炉方式以及加热注意的事项。制订原则：金属不过烧、过热、不产生裂纹，温度均匀氧化脱碳少而且加热时间应短和节约能源。具体表示方式：用加热曲线,十、金属加热规范,第五章 锻造工艺与模具设计,1)装料炉温在低温段，要特别小心。2)加热速度：在11阶段升温要慢，受金属的允许加热速度限制3)均热保温时间均热保温以防止组织应力裂纹均热保温时间,可查手册4)加热时间 是指坯料装炉后从开始加热到出炉所需要的时间,包括加热各阶段的升温时间和保温时间。,十、金属加热规范,第五章 锻造工艺与模具设计,有色金属的加热时间预热：1mm/min高温段：0.5/min钢材（中小钢坯）=D(h) 钢料化学成分系数（h/cm)D-坯料直经cm碳素结构钢=0.10.15合金结构钢=0.150.2工具钢和高合金钢=0.30.4钢锭的加热时间=KD/D(h) K-装炉方式系数,十、金属加热规范,5.1 锻造工艺概述,第五章 锻造工艺与模具设计,5)加热方法直接高温装炉对于截面尺寸较小的结构钢钢材(80350mm)因材料塑性较好、内应力影响不大，可直接高温装炉。加热分段进行对于钢锭或截面尺寸大的钢材、合金成分较高塑性较低的各种尺寸的钢材，加热应分段进行。低温时，用较慢的加热速度高温时，可用较快的加热速度对于高速钢难锻的钢材，应该慢加热、慢冷却。6）装炉方式,空气锤,第五章 锻造工艺与模具设计,模锻锤,可以镦粗、拔长、滚挤、弯曲、成形、预锻、终锻。,长轴类锻件,短轴类锻件,第五章 锻造工艺与模具设计,曲柄压力机,行程不能调节；不能拔长和滚挤；每个变形工步在一次行程中完成。,第五章 锻造工艺与模具设计,摩擦压锻机,螺杆与滑块非刚性连接，承受偏心能力差； 滑块行程、打击能量可自动调节。,第五章 锻造工艺与模具设计,摩擦压力机,第五章 锻造工艺与模具设计,胎膜锻,扣模,组合筒模,第五章 锻造工艺与模具设计,制坯工步，制坯模膛（锻件初步成形）,模锻工步，模锻模膛（锻件最终成形）,弯曲连杆的多模膛锻模,第五章 锻造工艺与模具设计,
