9 常用的鍛造方法

厚德博學(xué)追求卓越9常用的鍛造方法主要內(nèi)容自由鍛一模鍛二三鍛造工藝規(guī)程的制定四鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性鍛造的概念

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，通過控制金屬的流動，使其成形為所需形狀、尺寸和組織的方法。

根據(jù)變形時金屬流動的特點不同，可分為自由鍛和模鍛兩大類。

自由鍛:用簡單的通用性工具，在鍛造設(shè)備的上、下砧間使坯料變形而獲得所需的鍛件的方法。自由鍛的特點：生產(chǎn)效率低，加工余量大，金屬的塑性流動不受限制，鍛件的形狀和尺寸由操作工的操作技術(shù)來保證。手工自由鍛機(jī)器自由鍛鍛造的概念

模鍛:利用鍛模使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法。400MN(4萬噸)重型航空模鍛液壓機(jī)鍛造出首個大型盤類件產(chǎn)品8萬噸模鍛壓力機(jī)“相當(dāng)于13層樓高，這是8萬噸大型模鍛壓機(jī)?！倍厝f航C919型號總師羅恒軍介紹到，該模鍛壓機(jī)地上27米高，地下還有15米，總高42米，重約2.2萬噸，單件重量在75噸以上的零件68件，迄今為止，僅有美國、俄羅斯、法國3個國家有類似設(shè)備，最大鍛造等級為俄羅斯的7.5萬噸，而我國的達(dá)8萬噸。大型設(shè)備正在加工C919鈦合金零部件一、自由鍛1.1鍛造坯料準(zhǔn)備

1.鍛造用坯料

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。鍛造前要把選定的原材料用剪切、鋸切、冷折、電火花線切割等方法切成所需的長度，然后加熱鍛造。

下坯料時除了根據(jù)鍛件圖計算鍛件重量外，還要考慮加熱燒損中的重量損失，以及工藝結(jié)構(gòu)上要去除的部分重量，如沖孔、切邊等。

根據(jù)坯料重量確定坯料尺寸時，還要考慮到鍛造比的要求，并應(yīng)該考慮變形工序?qū)ε髁铣叽绲南拗啤?.1鍛造坯料準(zhǔn)備

2.坯料的加熱

坯料加熱的目的：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，使之易于流動成形并獲得良好的鍛后組織。加熱對提高鍛造生產(chǎn)率、保證鍛件質(zhì)量以及提高金屬的利用率都有重要的影響。

鍛造溫度：金屬坯料的鍛造溫度范圍，包含始鍛溫度和終鍛溫度。1.1鍛造坯料準(zhǔn)備

3.加熱方法

根據(jù)坯料加熱時所用熱源不同，坯料加熱方法可分為火焰加熱與電加熱兩類。

常用的電加熱方法有電阻加熱，電接觸加熱以及電感應(yīng)加熱。

火焰加熱常用的設(shè)備有箱式爐和連續(xù)式加熱爐。前者主要用于單件小批生產(chǎn)，而成批大量生產(chǎn)時多采用連續(xù)式加熱爐。連續(xù)式加熱爐感應(yīng)加熱1.2自由鍛工序

1.基本工序

基本工序是使金屬坯料實現(xiàn)較大變形以獲得鍛件所需的基本形狀和尺寸的工序，包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、錯移、扭轉(zhuǎn)和切割等。

（1）鐓粗：使坯料高度減小，橫截面積增大的鍛造工序。主要用于成形餅塊類鍛件、空心類鍛件及某些重要的軸桿類鍛件。（2）拔長：使坯料橫截面積減小、長度增加的鍛造工序。主要用于軸類、桿類鍛件的成形。

根據(jù)工序的作用不同，自由鍛的工序可分為基本工序，輔助工序和修整工序三大類。

整體（平砧）鐓粗

局部鐓粗

為達(dá)到規(guī)定的鍛造比和改變金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，鍛制以鋼錠為坯料的鍛件時，拔長經(jīng)常與鐓粗交替反復(fù)使用。反復(fù)翻轉(zhuǎn)拔長螺旋式翻轉(zhuǎn)拔長單面前后順序拔長1.2自由鍛工序

1.基本工序

（3）沖孔：在坯料上沖出通孔或盲孔的鍛造工序。主要用于帶孔的餅塊類鍛件及長筒類鍛件的成形。對圓環(huán)類鍛件，在沖孔后還要進(jìn)行擴(kuò)孔。（4）擴(kuò)孔—空心坯料壁厚減薄而內(nèi)徑和外徑增加的鍛造工序，常用的方法有沖子擴(kuò)孔和芯軸擴(kuò)孔，適用于鍛造空心環(huán)鍛件。（5）扭轉(zhuǎn)：將坯料的一部分相對另一部分繞其軸線旋轉(zhuǎn)一定角度的鍛造工序。

（6）切割：將坯料分成幾部分或部分地割開，或從坯料的外部割掉一部分，或從內(nèi)部割出一部分的鍛造工序。1.2自由鍛工序

1.基本工序（7）錯移：將毛坯的一部分相對另一部分上、下錯開，但仍保持這兩部分軸心線平行，常用于鍛造曲軸。錯移前，毛坯須先進(jìn)行壓肩等輔助工序。

輔助工序是為了完成基本工序而使坯料預(yù)先產(chǎn)生少量局部變形的工序，如壓肩、壓鉗口、鋼錠倒棱等。

修整工序是用來精整鍛件尺寸和形狀，使鍛件完全達(dá)到鍛件圖要求的工序，如滾圓、校直和平整端面等。

2.輔助工序

3.修整工序1.3自由鍛件分類及基本工序方案

二、模鍛2.1胎模鍛

1.胎膜的種類

胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用可移動模具生產(chǎn)模鍛件的一種方法。胎模不固定在錘頭或砧座上，只是在使用時才放上去，它介于自由鍛和模鍛之間。

由于金屬是在模膛內(nèi)變形，其流動受到模壁的限制，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。

胎模的種類很多，主要有扣模、筒模及合模三種。

模鍛可分為胎模鍛和固定模鍛兩類。

（1）扣模：用來對坯料進(jìn)行全部或局部扣形，以生產(chǎn)長桿非回轉(zhuǎn)體鍛件?？勰Ｒ部梢詾楹夏ｅ懺熘婆?。2.1胎模鍛

1.胎模的種類

（2）筒模：主要用于鍛造齒輪、法蘭盤等盤類鍛件。組合筒模由于有兩個半模（增加一個分模面）的結(jié)構(gòu)，可鍛出形狀更復(fù)雜的胎模鍛件，擴(kuò)大了胎模鍛的應(yīng)用范圍。

（3）合模：合模由上模和下模組成，并有導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，可鍛制形狀復(fù)雜、精度較高的非回轉(zhuǎn)體鍛件。2.1胎模鍛

2.胎模鍛的工藝舉例

胎模鍛的特點：

（1）與自由鍛相比，鍛件尺寸精度有了一定的提高，表面粗糙度也有一定的改善，因而鍛件加工余量減小，鍛造生產(chǎn)率也有相應(yīng)的提高。

（2）不需要采用昂貴的設(shè)備，但是可以擴(kuò)大自由鍛設(shè)備的應(yīng)用范圍，工藝操作靈活，可以局部成形，從而可以利用較小的設(shè)備鍛造出較大的鍛件。

（3）由于需將胎模頻繁地搬上取下，因而工人勞動強(qiáng)度大；胎膜容易損壞，生產(chǎn)率不高，故胎模僅限于小型鍛件的中、小批量生產(chǎn)。2.2固定模鍛

1.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。

固定模鍛時，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）上的。

固定模鍛根據(jù)所用設(shè)備不同可分為錘上模鍛和壓力機(jī)上模鍛。

由于所用設(shè)備的剛度好，導(dǎo)向精度較高，還有防止上、下模錯移的裝置等，所以鍛件的精度及生產(chǎn)率進(jìn)一步提高，采用多模膛鍛?？慑懼菩螤顝?fù)雜的鍛件。2.2固定模鍛

（1）模鍛模膛

模膛根據(jù)其功用的不同，可分為模鍛模膛和制坯模膛兩大類。

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。對于形狀復(fù)雜、精度要求較高、批量較大的鍛件，還需要分預(yù)鍛模膛和終鍛模膛。

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，金屬容易填滿模膛而獲得鍛件所需要的尺寸，同時減少終鍛模膛的磨損，延長鍛模的使用壽命。

1）預(yù)鍛模膛2.2固定模鍛

終鍛模膛的形狀應(yīng)和鍛件的形狀相同，但因鍛件冷卻時要收縮，故終鍛模膛的尺寸應(yīng)比鍛件尺寸放大一個收縮量。鋼鍛件收縮量取1.5％。

另外，沿模膛四周有飛邊槽，用以增加金屬從模膛中流出的阻力，促使金屬充滿模膛，同時容納多余的金屬。

帶孔的模鍛件在模鍛時不能直接獲得通孔，故在該部位留有一層較薄的金屬，稱為沖孔連皮。把沖孔連皮和飛邊沖掉后，才能得到有通孔的模鍛件。

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。預(yù)鍛模膛與終鍛模膛的主要區(qū)別—前者的圓角和斜度較大，沒有飛邊槽。2.2固定模鍛

1）拔長模膛——用來減少毛坯某部分的橫截面積，以增加該部分的長度。拔長模膛分為開式和閉式兩種。操作時毛坯除送進(jìn)外還需翻轉(zhuǎn)。

對于形狀復(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。

（2）制坯模膛2）滾壓模膛——用來減少毛坯某一部分的橫截面積，以增加另一部分的橫截面積，從而使金屬按鍛件形狀來分布。滾壓模膛分為開式和閉式兩種。滾壓操作時需不斷翻轉(zhuǎn)坯料，但不作送進(jìn)運動。2.2固定模鍛

3）彎曲模膛——對于彎曲的桿類模鍛件，需采用彎曲模膛來彎曲毛坯。毛坯可直接或先經(jīng)其它制坯工序后放入彎曲模膛進(jìn)行彎曲變形。彎曲后的毛坯須翻轉(zhuǎn)90°再放入模鍛模膛成形。

（2）制坯模膛

4）切斷模膛——在上模與下模的角部組成一對刃口，用來切斷金屬。

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，以及實際生產(chǎn)需要，可將鍛模設(shè)計成單膛或多膛鍛模。2.2固定模鍛

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2.壓力機(jī)上模鍛

固定模鍛根據(jù)所用設(shè)備不同可分為錘上模鍛和壓力機(jī)上模鍛。

根據(jù)用于模鍛生產(chǎn)的壓力機(jī)類型不同，壓力機(jī)上模鍛可分為曲柄壓力機(jī)上模鍛、摩擦壓力機(jī)上模鍛等。

曲柄壓力機(jī)有以下特點：1)滑塊行程固定，一次往復(fù)行程中即可完成一個工步的變形，且坯料內(nèi)外幾乎同時變形，提高了鍛件質(zhì)量。2)曲柄壓力機(jī)設(shè)有頂出裝置，能使鍛件自動脫模，故模鍛斜度比錘上模鍛小。3)曲柄壓力機(jī)對坯料所施的作用力屬靜壓力，金屬在模膛內(nèi)流動速度慢，這對變形速度敏感的低塑性合金的鍛造十分有利。4)生產(chǎn)率高，且無沖擊和振動。

摩擦壓力機(jī)有以下特點：

1)摩擦壓力機(jī)的滑塊行程不固定，并具有一定的沖擊作用，因而可實現(xiàn)輕打、重打，可在一個模膛內(nèi)對金屬進(jìn)行多次鍛擊。

2)由于滑塊運動速度低，金屬變形過程中的再結(jié)晶可以充分進(jìn)行。

3)由于具有頂料裝置，故可以采用整體式鍛模，也可以采用特殊結(jié)構(gòu)的組合式模具，使模具設(shè)計和制造簡化，節(jié)約材料，降低成本。三、鍛造工藝規(guī)程的制訂3.1繪制鍛件圖

1.機(jī)械加工余量、鍛造公差、余塊

制訂工藝規(guī)程、編寫工藝卡片是進(jìn)行鍛造生產(chǎn)必不可少的技術(shù)準(zhǔn)備工作，是組織生產(chǎn)過程、規(guī)定操作規(guī)范、控制和檢查產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)。

鍛件圖是根據(jù)零件圖繪制的。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、余塊等之后繪制的圖形。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。

成形時為了保證機(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。

零件的基本尺寸加上機(jī)械加工余量稱為鍛件的公稱尺寸。鍛件的實際尺寸與公稱尺寸之間所允許的變動量稱為鍛造公差。3.1繪制鍛件圖

1.機(jī)械加工余量、鍛造公差、余塊

自由鍛件的鍛件圖如圖所示，圖中雙點畫線表示零件的輪廓，粗實線表示鍛件外形。鍛件的尺寸和公差標(biāo)注在尺寸線上方，零件的尺寸加括號標(biāo)注在尺寸線下方。

模鍛件成形時，是在鍛模的模膛中完成的，所以繪制模鍛件鍛件圖尚需考慮分模面、模鍛斜度、模鍛圓角半徑、連皮厚度等。

為了簡化零件的形狀和結(jié)構(gòu)，便于鍛造而增加的一部分金屬，稱為余塊。如消除零件上的鍵槽、環(huán)形溝槽或尺寸相差不大的臺階而增加的金屬。3.1繪制鍛件圖

2.分模面

分模面是上、下鍛模的分界面。分模面可以是平面，也可以是曲面。其在鍛件上的位置是否合適，關(guān)系到鍛件成形和脫模、材料利用率以及鍛模加工等一系列問題。1應(yīng)保證模鍛件能從模膛中取出2分模面應(yīng)選在能使模膛深度最淺的位置上3選定的分模面應(yīng)使零件上的余塊最少4應(yīng)使上、下兩模沿分模面的模膛輪廓一致5分模面最好是一個平面分模面的選擇原則3.1繪制鍛件圖

3.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，這一斜度稱為模鍛斜度。對于錘上模鍛，模鍛斜度一般為3°~15°。

模鍛斜度與模膛深度和寬度有關(guān)。當(dāng)模膛深度與寬度的比值(h/b)越大時，則取較大的斜度值。

α2為內(nèi)壁(即當(dāng)鍛件冷卻時，鍛件與模壁夾緊的表面)斜度，其值比外壁(即當(dāng)鍛件冷卻時，鍛件與模壁離開的表面)斜度α1大2°~5°。3.1繪制鍛件圖

4.圓角半徑

圓角結(jié)構(gòu)可增大鍛件強(qiáng)度，模鍛時金屬易于流動而充滿模膛，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，從而提高鍛模的使用壽命。

模鍛件外圓角半徑（r）取2~12mm，內(nèi)圓角半徑（R）比外圓角半徑大2~3倍。模膛越深，模鍛圓角半徑的取值就越大。

5.連皮厚度

由于模鍛無法直接鍛出透孔，需在該處留有較薄的金屬，稱為沖孔連皮（簡稱連皮）。3.1繪制鍛件圖

雙點線為零件輪廓外形，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。圖中內(nèi)孔中部的兩條水平直線為沖孔連皮切除后的痕跡線。3.2坯料重量和尺寸的確定

坯料重量可按下式計算：

G坯料=G鍛件+G燒損+G料頭式中：G坯料——坯料重量；G鍛件——鍛件重量；G燒損——加熱中坯料表面因氧化而燒損的重量（第一次加熱取被加熱金屬重量的2%?3%,以后各次加熱的燒損重量取1.5%-2.0%）；G料頭——在鍛造過程中沖掉或被切掉的那部分金屬的重量（如沖孔時坯料中部被沖落的料芯、修切端部切除的金屬及模鍛生產(chǎn)中連皮和飛邊的重量等；采用鋼錠做坯料時，料頭還包括所切掉的鋼錠頭部和尾部金屬的重量。

坯料的尺寸根據(jù)坯料重量和幾何形狀確定，還應(yīng)考慮坯料在鍛造中所必需的變形程度，即鍛造比的問題。

對于以鋼錠作為坯料并采用拔長方法鍛制的鍛件，鍛造比一般不小于2.5~3。3.3鍛造工序的確定

鍛造工序都是根據(jù)工序特點和鍛件類型來確定的。采用模鍛方法生產(chǎn)模鍛件時，其工序根據(jù)模鍛件的形狀和尺寸確定。1.長軸類模鍛件鍛件的長度與寬度之比較大，如階梯軸、曲軸、連桿、彎曲搖臂等。

此類鍛件在鍛造過程中，錘擊方向垂直于鍛件的軸線。終鍛時，金屬沿高度與寬度方向流動，而沿長度方向沒有顯著的流動。常選用拔長、滾壓、彎曲、預(yù)鍛和終鍛等工序。3.3鍛造工序的確定

2.短軸類模鍛件

短軸類模鍛件在分模面上的投影為圓形或長度接近于寬度或直徑的鍛件