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1、5.1 鍛造工藝概述 鍛壓 借助外力的作用，使金屬坯料產(chǎn)生塑性變 形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和性能的鍛壓件。 鍛壓屬于 體積成型 。 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 一、鍛造生產(chǎn)的重要性 (一 )國防工業(yè) ： 飛機(jī)上的鍛壓件重量占 85；坦克上的鍛壓 件重量占 70 ；大炮、槍支上的大部分零件都是 鍛制而成的。 (二 )機(jī)床制造工業(yè) ： 主軸、傳動(dòng)軸、齒輪和切削刀具等都由 鍛件制成的。 (三 )電力工業(yè)： 水輪機(jī)主軸、透平葉輪、輪子、護(hù)環(huán)等均由 鍛件制成。 (四 )交通運(yùn)輸工業(yè)： 機(jī)床上的鍛壓件重量占 60；汽車上的 鍛壓件重量
2、 占 80；輪船上的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和推力 軸由鍛制而成。 (五 )農(nóng)業(yè)： 拖拉機(jī)、收割機(jī)的主要零件也都是鍛制成的，如 拖拉機(jī)上就 有 560多種鍛件。 (六 )日常生活用品： 錘子、斧頭、小刀、鋼絲鉗等亦均是鍛 制而成。 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 二、鍛造分類 自由鍛 、 模鍛 、 胎模鍛
3、、 特種鍛造 按加工方式分： 按變形溫度分： 熱鍛 溫鍛 冷鍛 根據(jù)工作時(shí)所受作用力的來源分 ： 手工鍛造、機(jī)器鍛 造 除自由鍛外，其它兩種均用到模具。 再結(jié)晶溫度 室溫 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 分類 自由鍛（胎模鍛） 工藝靈活、工 具簡(jiǎn)單、鍛件精度差、生產(chǎn)效率低、 操作水平要求高；適于單件小批量生 產(chǎn)。 模鍛： 工藝定型、生產(chǎn)效率高、工具 復(fù)雜、鍛件精度高，專用設(shè)備多。適于 批量生產(chǎn) 特種鍛造： 專用設(shè)備、生產(chǎn)效率高， 只能生產(chǎn)某一類型產(chǎn)品；適于大批量生 產(chǎn)。如熱
4、擠壓，輥鍛，精密鍛造。 二、鍛造分類 分為手工自由鍛和機(jī)器自由鍛。 自由鍛：利用沖擊力或壓力使加熱好的金屬在上、 下抵鐵之間產(chǎn)生變形。 工藝特點(diǎn)：坯料變形時(shí)，除與上、下抵鐵或其它輔 助工具接觸部分表面外，都是自由表面，變形不受 限制。 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 胎模鍛 第二節(jié) 鍛模設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 在自由鍛備上設(shè)采用活動(dòng)模具成型鍛件 的方法稱為 胎模鍛 。 鍛件尺寸精度高于自由鍛；設(shè)備比模鍛簡(jiǎn) 單。但人力操作胎模勞動(dòng)強(qiáng)度大。 適應(yīng)于小型鍛件小、中批量生產(chǎn)。 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 三、鍛造加工特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 1、能改善金屬的組織，提高金屬的機(jī)械
5、性能； 2、提高材料的利用率和經(jīng)濟(jì)效益（節(jié)省材料和切削加工工時(shí) ); 3、具有較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率。 缺點(diǎn)： 1、不能獲得形狀復(fù)雜的鍛件； 2、初次投資費(fèi)用高（設(shè)備、工模具、廠房）； 3、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)條件差。 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 四、鍛造設(shè)備 5.1 鍛造工藝概述 1.自由鍛設(shè)備： 鍛錘、 空氣錘 、蒸汽 -空氣鍛錘 水壓機(jī)、油壓機(jī) 2.模鍛設(shè)備： 錘上模鍛 壓力機(jī)模鍛 摩擦壓力機(jī)模鍛 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 模鍛設(shè)備 模鍛設(shè)備 鍛造力性質(zhì) 鍛件精度 生產(chǎn)
6、率 模鍛錘 沖擊力 較低 較低 曲柄壓力機(jī) 壓力 較高 較高 平鍛機(jī) 壓力 較高 較高 摩擦壓力機(jī) 沖擊力壓 力 較高 較低 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 六、鍛造工藝的主要生產(chǎn)工序 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) （ 1）下料： 將原材料切割成所需尺寸的坯料 （ 2）加熱： 提高金屬的塑性，降低變形抗力，便于模鍛成形。 （ 3）模鍛： 得到所需鍛件的形狀和尺寸。 （ 4）切邊或沖孔： 切去飛邊或沖掉連皮 （ 5）熱校正或熱精壓： 使鍛件形狀和尺寸更準(zhǔn)確 （ 6）在砂輪上磨毛刺： 切邊所剩下的毛刺 （ 7）熱處理： 保證合適的硬度和力學(xué)性能，
7、常用正火和調(diào)質(zhì)。 （ 8）清除氧化皮： 常用噴砂、噴丸、滾筒拋光、酸洗等方法。 （ 9）冷校正和冷精壓： 進(jìn)一步提高鍛件精度，降低表面粗糙度 （ 10）檢查鍛件 七、熱鍛原材料及下料方法 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 鍛造用坯料一般為棒、板、管狀的黑色金屬、有 色金屬和貴金屬。 下料： 把型材切割成所需的長度。是 自由鍛和模鍛的第一道工序。不同的下料方式，直接影 響著鍛件的精度、材料的消耗、模具與設(shè)備的安全以及 后續(xù)工序過程的穩(wěn)定。 傳統(tǒng)的下料方法的下料品質(zhì)均不太理想，斷口不齊， 坯料的長度與品質(zhì)重復(fù)精度低。 離子束切割、電火花線切割等新型下料方法，
8、能鋸切 很硬的材料，剪切品質(zhì)很好，但成本高，不宜用于大批 量生產(chǎn)。 金屬帶鋸下料既能得到高的下料精度，又能適應(yīng)大批 量生產(chǎn)。 七、熱鍛原材料及下料方法 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 傳 統(tǒng) 的 下 料 方 式 七、熱鍛原材料及下料方法 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 鋸切法： 斷面平整，尺寸準(zhǔn)確；但生產(chǎn)效率低，有鋸 口損失，且鋸條和鋸盤損耗也比較大。 圓盤鋸： d<750mm，最大可達(dá) 2m 弓形鋸： d<100mm,小直徑棒料可成捆鋸斷 高速帶鋸： 生產(chǎn)效率高，且毛坯形狀規(guī)則。 弓形鋸、圓盤鋸、帶
9、鋸機(jī)鋸切坯料時(shí)消耗鋸 縫的質(zhì)量比為： 1.56:1.87:1。 七、熱鍛原材料及下料方法 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 帶鋸鋸切 金屬帶鋸主要由六個(gè)部分構(gòu)成： 變速機(jī)構(gòu) 鋸帶張緊裝置 無級(jí)變速液壓控制系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng) 鋸刷 床身。 下圖為 GZ4025型臥式帶鋸的外形圖 七、熱鍛原材料及下料方法 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 圖 2.7 GZ4025型臥式帶鋸的外形圖 七、熱鍛原材料及下料方法 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 雙 金 屬 鋸 帶 目前常
10、用的金屬帶鋸鋸帶以高速鋼為齒部材料， 以彈簧鋼為背部材料，通過電子束復(fù)合后開齒而成的 雙金屬鋸帶。 圖 2.8 電子束焊接的雙金屬 鋸帶 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 典型鋸齒形狀如下圖： (a) a ( ( b ) (b) (c) (d) (e) 圖 2.9 典型鋸齒形狀 (a) 標(biāo)準(zhǔn)齒； (b) 強(qiáng)力齒； (c) MG齒； (d) ACG齒； (e) 變化齒 七、熱鍛原材料及下料方法 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 剪切法： 生產(chǎn)率高、操作簡(jiǎn)單、切口無金屬損耗；但剪 切面不平
11、，略帶歪斜，普遍常用， d<200mm。 高碳鋼、合金鋼或斷面尺寸較大的鋼坯需預(yù)熱。 一般棒料剪切法有： 剪床剪切、沖床剪切。 在剪床上剪切的棒料截面尺寸在 15 ( 150 200） mm 。 七、熱鍛原材料及下料方法 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 折斷下料： 適用于硬度較高的高碳鋼及高合 金鋼。如 GCr15， GSiMnMo等軸承鋼，加熱溫度為 300-400 。 砂輪片切割法（無齒鋸）： 可切割 d<40mm以 下的任何硬度的金屬毛坯。生產(chǎn)效率高，斷面平 整，砂輪損耗大，工作條件差。 氣割 ：主要用于大型鋼坯和鍛件的大斷面切 割（斷面
12、厚度可達(dá) 1500mm以上）。 陽極切割： 被切材料尺寸為 30-300mm 八、熱前加熱的目的及方法 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 鍛前加熱是溫鍛和熱鍛工藝中重要環(huán)節(jié)。 鍛前加熱的目的： 提高金屬塑性，降低變形抗力， 使坯料易于變形并獲得良好的鍛件。 加熱方法： 火焰加熱、電加熱和少無氧化加熱 八、熱前加熱的目的及方法 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 鍛前加熱是溫鍛和熱鍛工藝中重要環(huán)節(jié)。 鍛前加熱的目的： 提高金屬塑性，降低變形抗力， 使坯料易于變形并獲得良好的鍛件。 加熱方法： 火焰加熱、電加熱和少無氧化加熱
13、 八、熱前加熱的目的及方法 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 1.火焰加熱 利用燃料燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量，通過對(duì)流、輻 射加熱坯料。 燃料來源方便、加熱爐修造容易、加熱費(fèi)低、 適應(yīng)性強(qiáng)。 缺點(diǎn)：：勞動(dòng)條件差，加熱速度慢，質(zhì)量低、 熱效率低。 應(yīng)用范圍：大、中、小型坯料 。 八、熱前加熱的目的及方法 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 2.電加熱 電加熱是將電能轉(zhuǎn)換為熱能而對(duì)金屬坯料進(jìn)行加熱。 特點(diǎn)：加熱速度快、爐溫易控制、加熱質(zhì)量好、氧化皮 少、工人勞動(dòng)條件好。 方式：間接電加熱、 接觸電加熱、感應(yīng)電加熱 電阻爐加熱
14、（間接電加熱） 利用電流通過爐內(nèi)電熱體時(shí)產(chǎn)生的熱量 ，來加熱金屬 方式：輻射傳熱 特點(diǎn)：熱效率和加熱速度低；對(duì)坯料尺寸形狀無要求。 八、熱前加熱的目的及方法 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 感應(yīng)電加熱： 坯料放入通過交變電流的螺旋 線圈內(nèi)，利用電磁感應(yīng)發(fā)熱直接加 熱。 速度快、質(zhì)量好、溫度易控制、 燒損少、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。適于精密 成形的加熱。 缺點(diǎn)：投資費(fèi)用高，加熱的坯 料尺寸范圍窄、電能消耗大。 圖 3.4 感應(yīng)電加熱原理圖 1感應(yīng)器 2坯料 3電源 八、熱前加熱的目的及方法 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 接觸電加熱
15、接觸電加熱的 加熱原理：以低電 壓（一般為 2 15V）大電流直接通 過金屬坯料，由坯料自身電阻在通 過電流時(shí)產(chǎn)生的熱量加熱金屬坯料。 原理如圖 3.3。 接觸電加熱的 優(yōu)點(diǎn) : 速度快、燒損少、加熱范圍不 受限制、熱效率高、耗電少、成本 低、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、使用于 長坯料的整體或局部加熱的優(yōu)點(diǎn)。 接觸電加熱的 缺點(diǎn)： 對(duì)坯料的表面粗糙度和形狀 尺寸要求嚴(yán)格。加熱溫度的測(cè)量和 控制也比較困難。 圖 3.3 接觸電加熱原理圖 1變壓器 2坯料 3觸頭 八、熱前加熱的目的及方法 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 3. 少、無氧化加熱 減少金屬的
16、氧化燒損（使燒損量小于 5）和脫碳，限制氧化皮厚度在 0.05 0.06mm以下。 提高加熱質(zhì)量，提高鍛件的尺寸精度 和表面質(zhì)量、提高模具壽命。 快速加熱、少無氧化火焰加熱和介質(zhì) 保護(hù)加熱。 九、熱鍛溫度范圍的確定 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 九、熱鍛溫度范圍的確定 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 九、熱鍛溫度范圍的確定 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 鍛造溫度范圍是指： 開始鍛造溫度（始鍛溫度）和結(jié)束鍛造溫度（終 鍛溫度）之間的一段溫度區(qū)間。 確定原則： 保證金屬有良好的可鍛性 保證
17、金屬有良好的組織性能 鍛造溫度范圍應(yīng)盡量寬 九、熱鍛溫度范圍的確定 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 方法：工程上可查表 制表根據(jù)： 以合金相圖為基礎(chǔ)，參照塑性圖、 抗力圖及再結(jié)晶圖；從金屬塑性、變 形抗力和鍛件的組織性能三個(gè)方面綜 合分析，確定合理的鍛造范圍 。 九、熱鍛溫度范圍的確定 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 1)始鍛溫度 鍛前允許加熱的最高溫度 確定原則： 希望盡可能高一些，但以不產(chǎn)生過燒為限。 理論上講過燒溫度就是固相線的溫度， 但為保險(xiǎn)起見取得低于固相線溫度 150-250。 一般范圍 ：
18、 結(jié)構(gòu)鋼始鍛溫度： 1200-1250 工具鋼 1100-1150 含碳量越高，溫度越低； 九、熱鍛溫度范圍的確定 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 2)終鍛溫度 終鍛溫度即是仃止鍛造的溫度 確定原則： 希望低一些好，但以不鍛裂和能得 到所要求的金相組織為前提。 碳鋼的終鍛溫度約在鐵 -碳相圖 1線以上 20-80 碳鋼 ： 終鍛溫度： 750-800 合金鋼 ：終鍛溫度： 800-900 十、金屬加熱規(guī)范 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 主要包括 ： 加熱溫度、加熱速度（時(shí)間）、裝爐方式以及加熱注 意的事項(xiàng)。 制訂原
19、則 ： 金屬不過燒、過熱、不產(chǎn)生裂紋，溫度均勻氧化脫碳 少而且加熱時(shí)間應(yīng)短和節(jié)約能源。 具體表示方式 ： 用加熱曲線 十、金屬加熱規(guī)范 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 1)裝料爐溫 在低溫段，要特別小心。 2)加熱速度 ： 在 11階段升溫要慢，受金屬的允許加 熱速度限制 3)均熱保溫時(shí)間 均熱保溫以防止組織應(yīng)力裂紋 均熱保溫時(shí)間 ,可查手冊(cè) 4)加熱時(shí)間 是指坯料裝爐后從開始加熱到出爐所需要的時(shí)間 , 包括加熱各階段的升溫時(shí)間和保溫時(shí)間。 十、金屬加熱規(guī)范 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 有色金屬的加熱時(shí)間 預(yù)熱： 1mm/min 高溫段： 0.5/min
20、 鋼材（中小鋼坯） =D(h) 鋼料化學(xué)成分系數(shù)（ h/cm) D---坯料直經(jīng) cm 碳素結(jié)構(gòu)鋼 =0.10.15 合金結(jié)構(gòu)鋼 =0.150.2 工具鋼和高合金鋼 =0.30.4 鋼錠的加熱時(shí)間 =KD/D(h) K---裝爐方式系數(shù) 十、金屬加熱規(guī)范 5.1 鍛造工藝概述 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 5)加熱方法 直接高溫裝爐 對(duì)于截面尺寸較小的結(jié)構(gòu)鋼鋼材 (<80350mm)因材料塑性 較好、內(nèi)應(yīng)力影響不大，可直接高溫裝爐。 加熱分段進(jìn)行 對(duì)于鋼錠或截面尺寸大的鋼材、合金成分較高塑性較低的 各種尺寸的鋼材，加熱應(yīng)分段進(jìn)行。 低溫時(shí)，用較慢的加熱速度
21、 高溫時(shí)，可用較快的加熱速度 對(duì)于高速鋼難鍛的鋼材，應(yīng)該慢加熱、慢冷卻 。 6）裝爐方式 空氣錘 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 模鍛錘 可以鐓粗、拔長、 滾擠、彎曲、成形、 預(yù)鍛、終鍛 。 長 軸 類 鍛 件 短 軸 類 鍛 件 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 曲柄壓力機(jī) 行程不能調(diào)節(jié)； 不能拔長和滾 擠； 每個(gè)變形工步 在 一次行程中完 成。 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 摩擦壓鍛機(jī) 螺桿與滑塊非剛性 連接，承受偏心能力 差； 滑塊行程、打擊能 量可自動(dòng)調(diào)節(jié)。 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 摩擦壓力機(jī) 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 胎膜鍛 扣 模 組 合 筒 模 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 制坯工步，制坯模膛 （鍛件初步成形） 模鍛工步，模鍛模膛 （鍛件最終成形） 彎曲連桿的多 模膛鍛模 第五章 鍛造工藝與模具設(shè)計(jì)
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