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(guò)控制金屬的流動(dòng)，使其成形為所需形狀、尺寸和組織的方法。

根據(jù)變形時(shí)金屬流動(dòng)的特點(diǎn)不同，可分為自由鍛和模鍛兩大類。

自由鍛:用簡(jiǎn)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(diǎn)：生產(chǎn)效率低，加工余量大，金屬的塑性流動(dòng)不受限制，鍛件的形狀和尺寸由操作工的操作技術(shù)來(lái)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(wàn)噸)重型航空模鍛液壓機(jī)鍛造出首個(gè)大型盤類件產(chǎn)品8萬(wàn)噸模鍛壓力機(jī)“相當(dāng)于13層樓高，這是8萬(wàn)噸大型模鍛壓機(jī)?！倍厝f(wàn)航C919型號(hào)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(wàn)噸，單件重量在75噸以上的零件68件，迄今為止，僅有美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)3個(gè)國(guó)家有類似設(shè)備，最大鍛造等級(jí)為俄羅斯的7.5萬(wàn)噸，而我國(guó)的達(dá)8萬(wàn)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(zhǎng)度，然后加熱鍛造。

下坯料時(shí)除了根據(jù)鍛件圖計(jì)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(shí)，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(dòng)成形并獲得良好的鍛后組織。加熱對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(zhǎng)、沖孔、彎曲、錯(cuò)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(zhǎng)：使坯料橫截面積減小、長(zhǎng)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(shí)，拔長(zhǎng)經(jīng)常與鐓粗交替反復(fù)使用。反復(fù)翻轉(zhuǎn)拔長(zhǎng)螺旋式翻轉(zhuǎn)拔長(zhǎng)單面前后順序拔長(zhǎng)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(zhǎng)筒類鍛件的成形。對(duì)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(duì)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(cuò)移：將毛坯的一部分相對(duì)另一部分上、下錯(cuò)開，但仍保持這兩部分軸心線平行，常用于鍛造曲軸。錯(cuò)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(lái)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(lái)對(duì)坯料進(jìn)行全部或局部扣形，以生產(chǎn)長(zhǎng)桿非回轉(zhuǎn)體鍛件。扣模也可以為合模鍛造制坯。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(gè)半模（增加一個(gè)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(diǎn)：

（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(dòng)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(shí)，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(tái)）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(cuò)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(duì)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(shí)，金屬容易填滿模膛而獲得鍛件所需要的尺寸，同時(shí)減少終鍛模膛的磨損，延長(zhǎng)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(shí)要收縮，故終鍛模膛的尺寸應(yīng)比鍛件尺寸放大一個(gè)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?gòu)哪Ｌ胖辛鞒龅淖枇Γ偈菇饘俪錆M模膛，同時(shí)容納多余的金屬。

帶孔的模鍛件在模鍛時(shí)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(zhǎng)模膛——用來(lái)減少毛坯某部分的橫截面積，以增加該部分的長(zhǎng)度。拔長(zhǎng)模膛分為開式和閉式兩種。操作時(shí)毛坯除送進(jìn)外還需翻轉(zhuǎn)。

對(duì)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(lái)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(lái)分布。滾壓模膛分為開式和閉式兩種。滾壓操作時(shí)需不斷翻轉(zhuǎn)坯料，但不作送進(jìn)運(yùn)動(dòng)。2.2固定模鍛

3）彎曲模膛——對(duì)于彎曲的桿類模鍛件，需采用彎曲模膛來(lái)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(duì)刃口，用來(lái)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(shí)際生產(chǎn)需要，可將鍛模設(shè)計(jì)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(diǎn)：1)滑塊行程固定，一次往復(fù)行程中即可完成一個(gè)工步的變形，且坯料內(nèi)外幾乎同時(shí)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(dòng)脫模，故模鍛斜度比錘上模鍛小。3)曲柄壓力機(jī)對(duì)坯料所施的作用力屬靜壓力，金屬在模膛內(nèi)流動(dòng)速度慢，這對(duì)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(wú)沖擊和振動(dòng)。

摩擦壓力機(jī)有以下特點(diǎn)：

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(shí)現(xiàn)輕打、重打，可在一個(gè)模膛內(nèi)對(duì)金屬進(jìn)行多次鍛擊。

2)由于滑塊運(yùn)動(dòng)速度低，金屬變形過(guò)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(jì)和制造簡(jiǎn)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(guò)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(shí)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(shí)際尺寸與公稱尺寸之間所允許的變動(dòng)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(diǎn)畫線表示零件的輪廓，粗實(shí)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(hào)標(biāo)注在尺寸線下方。

模鍛件成形時(shí)，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(jiǎn)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(tái)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(wèn)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(gè)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(duì)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(shí)，則取較大的斜度值。

α2為內(nèi)壁(即當(dāng)鍛件冷卻時(shí)，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(shí)，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(shí)金屬易于流動(dòng)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(wú)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(jiǎn)稱連皮）。3.1繪制鍛件圖

雙點(diǎn)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(jì)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(guò)程中沖掉或被切掉的那部分金屬的重量（如沖孔時(shí)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(shí)，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(wèn)題。

對(duì)于以鋼錠作為坯料并采用拔長(zhǎng)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(diǎn)和鍛件類型來(lái)確定的。采用模鍛方法生產(chǎn)模鍛件時(shí)，其工序根據(jù)模鍛件的形狀和尺寸確定。1.長(zhǎng)軸類模鍛件鍛件的長(zhǎng)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(guò)程中，錘擊方向垂直于鍛件的軸線。終鍛時(shí)，金屬沿高度與寬度方向流動(dòng)，而沿長(zhǎng)度方向沒有顯著的流動(dòng)。常選用拔長(zhǎng)、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(zhǎng)度接近于寬度或直徑的鍛件