锻压工艺学-锻造-自由锻造

nullnull锻前加热 锻造温度：始锻温度和终锻温度间的温度间隔。 要求： 始锻温度：主要受过热、过烧的限制。 终锻温度：锻造结束之前金属还具有足够的塑性 注意的问题： null亚共析钢：应在A3以上15～50C左右锻造 。 低碳钢(C<0.3％)：GS线(A3)以下的两相区(+)也有足够的塑性，因此终锻温度可在GS线以下。 过共析钢：高于A1(SE线) 50～100C以上。null自由锻造 概述 自由锻造：只用简单的通用工具，或在锻 造设备的上、下砧间直接对坯料施加外 力，使坯料产生变形而获得所需几何形状 及内部质量的锻件的加工。 手工锻造 ： 锤上自由锻造 ：生产中、小型自由锻件。 液压机上自由锻造 ：生产大型自由锻件。 null第一章 锤上自由锻造 第一节 自由锻造的基本工序 自由锻造的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、 扭转、切割和锻焊。 一、镦粗 镦粗： 局部镦粗： 用途：由横断面积较小的毛坯得到横断面积较大 而高度较小的锻件；冲孔前增大毛坯横断面积和 平整毛坯端面；提高锻件的力学性能和减少力学 性能的异向性；破碎合金工具钢中的碳化物，并 使其均匀分布。 nullnull平砧镦粗参数： 压下量H、相对变形H、对数变形δH、前后的 高度之比KH。 或 式中 H0、H镦粗前、后坯料的高度；δH坯 料高度方向的对数变形 ， ；H坯料 高度方向的相对变形， 。null图1-1 平砧镦粗图1-2 平砧镦粗时坯料子午面的网格变化 null图l—3 镦粗时变形程度沿轴向和径 向的分布 h—高度方向变形程度null第I区：困难变形区。 原因： （1）；（2）。 后果：铸态组织不易破碎和再结晶的结果，仍保留粗大的铸态组织。 第Ⅱ区变形程度最大 ，温度最高。 组织状态：铸态组织被破碎和再结晶，形成细小晶粒的锻态组织，锭料中部的原有孔隙也被焊合了。 第Ⅲ区变形程度居中 。 易产生的缺陷及原因：null短毛坯（H/D≤0.5)镦粗 ： 较高的毛坯(H/D3)镦粗：常常先要产生双鼓形。 毛坯更高(H/D>3)：易失稳而弯曲。null镦粗时的： 1)为防止纵向弯曲，毛坯高度与直径之比 应在一定范围。 镦粗前毛坯端面应平整，并与轴心线垂 直。 镦粗前毛坯加热温度应均匀。 2)注意每次的压缩量及终锻温度。 3)对有皮下缺陷的锭料，镦粗前应进行倒 棱制坯。目的：null5)镦粗时毛坯高度应与设备空间相适应。在锤上 镦粗时，应使 式中 H—锤头的最大行程； h0—毛坯的原始高度。 6)镦粗高合金低塑性材料图1—6 铆镦 null 锻锤吨位的确定： 图1—7 镦粗毛坯和锻锤规格的关系 null 二、拔长 拔长： 拔长变形特点：每送进压下一次，只部分 金属变形。 null锻造比（简称锻比）KL 来表示： 拔长变形计算：null1．矩形断面毛坯的拔长图1-8 拔长 null（1）送进量大小对变形的影响 送进量较小： 送进量较大： 通常：l=(0.4~0.8)b，b平砧宽度。图1-9 轴向和横向变形程度随相对送进量的变化情况 l—轴向变形程度 a一横向变形程度 null图l—15 拔长时的变形分布 null图1-10 表面横向裂纹 图1-11 角裂 null（2）送进量和压下量对质量的影响送进量l／h过大：易产生外部横 向裂纹、角裂和 对角线裂纹。 null图1—13 内部横向裂纹 送进量过小：易产生内部横向裂纹。 原因：null2．圆断面毛坯的拔长 null 原因 ：①通过AB及BC两个面将力传给毛坯的其它部分，形成横向应力R ；②变形主要集中在上、下部分，轴心部分金属变形很小，使变形金属主要沿横向流动，并对轴心部分作用以附加拉应力。 null图1-22 平砧大压下量拔长时坯料的变形情况 null拔长圆断面毛坯的两种方法： (1)在平砧上，先将圆断面毛坯压成矩形断面，再将矩形断面毛坯拔长到一定尺寸，然后再压成八角形，最后锻成圆形，主要变形阶段是矩形断面毛坯在平砧下拔长。 图1—23 圆断面毛坯拔长时截面的变化过程 null(2)在型砧(或摔子)内进行拔长，利用工具的侧面 压力限制金属的横向流动，迫使金属沿轴向伸长。 图1—24 型砧拔长圆断面毛坯 null 拔长时的注意事项： （1）拔长操作 null(2)每次锤击的压下量应小于材料塑性所允许的数值，为保证不产生局部夹层： 1)每次压缩后的锻件宽度与高度b／h<2～2.5。 2)单边压下量h/2应小于送进量l。 null(3)沿方形毛坯的对角线锻压，应锻得轻些，以免中心部分产生裂纹。 (4) 上、下砧的边缘应作出圆角，以防锻件表面裂纹，同时减少产生夹层的危险。 null（5）拔长锻件端部，为防止端部内凹和夹层现象，端部压料长度的最小值应满足下列规定： 1)对圆形断面：A>0.3D 2)对矩形断面： 当B/H>1.5时，A>0.4B; 当B/H《1.5时，A>0.5B。 null（6）拔长台阶轴锻件时null三、芯轴拔长 一种减小空心毛坯外径(壁厚)而增加其长度的锻 造工序。 图1-30 用芯轴拔长 null 预冲孔的直径dl如小于芯轴的直径，则拔长前需进行扩孔，坯料尺寸取H0D0为宜。图1-31 长筒类锻件的锻造变形过程null芯轴上拔长的主要质量问题：内孔壁易产生裂 纹，尤其是在两端。 方法和工具： 1)对薄壁的空心件应在型砧内拔长。 2)对厚壁空心件，可用平砧，但必需先锻成六角 形再进行拔长，达到一定尺寸后再锻成圆形。 3)对H/d≤1.5的空心件，可不用芯轴，直接用冲 头拔长。 温度要求：null四、冲孔 在坯料中冲出透孔或不透孔的工序。要质 量问题：“走样”、裂纹和孔冲偏等。 null1．“走样” “走样”的程度与D／d1有关，D／d1愈小，“走样”愈显著。为减少“走样”，一般取D/d13。null2．裂纹 外侧表面裂纹：冲头下部金属向外流动，使外层金属切向受到拉应力和拉应变而引起的。D／d1愈小，最外层金属的切向伸长变形愈大，愈易产生裂纹，通常取D／d1≥(2.5～3)。内孔圆角处的裂纹：温度降低较多，塑性较低以及冲子一般都有锥度，当冲子往下运动时，此处便被胀裂。 null3．孔冲偏 冲孔时，毛坯高度H一般小于直径D，个别情况，采用H／D≤1.5。 图1—34 冲孔深度与毛坯高度的关系 null实心冲子冲孔时，坯料高度按以下考虑： 当 时，取H0=(1.1～1.2)H； 时，取H0=H 式中 H—冲孔后要求的高度； H0—冲孔前坯料的高度。 null注意事项： 1)冲孔前坯料必需镦粗，使端面平整，高度减小，直径增大； 2)冲头必需放正，打击方向应和冲头端面垂直； 3)在冲出的初孔内应撒上煤末或木炭粉，以便取出冲头； 4)冲制深孔时要经常取出冲头在水中冷却；null五、扩孔 减小空心毛坯壁厚而增加其内外径的工序。 null冲头扩孔前坯料的高度尺寸按下式计算： Hl=1.05H 式中 H1—扩孔前坯料高度； H—锻件高度； 1.05—考虑端面修整的系数。 马杠上扩孔前坯料的高度按下式计算： H0=1.05KH 式中 H0—扩孔前坯料高度； H—锻件高度； K—考虑扩孔时高度(宽度)增大的系数； 1.05—修整系数。null六、弯曲 将毛坯弯成所规定的外形的锻造工序叫。 null注意事项： 1)当锻件有数处弯曲时，弯曲的次序一般是先弯端部及弯曲部分与直线部分交界的地方，然后再弯其余的圆弧部分。 图1-38 带弯锻件的操作顺序null七、扭转 将毛坯的一部分相对于另一部分绕其轴线旋 转一定角度的锻造工序叫扭转。 扭转前对毛坯的要求： 1)受扭转的部分表面应尽可能够地光滑，不能有 缺陷，此部分全长上的横断面积应该一致，对粗 而短的曲轴轴颈，最好经粗加工后再进行扭转。 2)受扭转的部分应该加热至材料塑性最好的温度 并沿长度上均匀热透。 扭转后锻件应该缓慢冷却，最好予以退火。 null八、错移 将毛坯的一部分相对于另一部分错移开，但仍保 持轴心平行的工序。 null错移前坯料需进行压痕、压肩。拉缩的数值与凸 肩的长度L、压痕、压肩时的工具形状等有关。图1-40 压肩时尺寸关系示意图 null锤上锻造时，可参考下列关系式确定： 对短台肩 L《0.3D =(0.10.2)D 对长台肩 L>0.3D =(0.080.09)D 当H<20mm时仅采用压痕。 当H>20mm时，先压痕后压肩。 null第二节 工艺过程的制定 原则：1）；2） 主要内容： 1)根据零件图作出锻件图； 2)确定毛坯的重量和尺寸； 3)决定变形工艺和工具； 4)选择设备； 5)确定火次、锻造温度范围、加热和冷却规范； 6)确定热处理规范； 7)对锻件提出技术要求和检验要求； 8)编制工时定额。 null一、锻件图的制定 机械加工余量： 锻件的公称尺寸： 锻造公差：null锻造余块 ：null 锻件图的绘制规则： （1）锻件形状用粗实线描绘。用假想线 画出零件简单形状。 （2）锻件的尺寸和公差标注在尺寸线上 面，零件的尺寸加括号标注在尺寸线下面。 null 二、确定坯料重量和尺寸 1．坯料重量的计算 图3 锻件台阶余面null 2．坯料尺寸的确定 (1)采用镦粗法锻造： 对圆坯料： 对方坯料： 毛坯高度H0，还需按下式进行检验： H0<0.75H行程 还应小于加热炉底的有效长度。 null (2)采用拔长法锻造：应按锻件最大截面积F锻，考虑锻比、修整量要求等选取坯料尺寸： 3.钢锭规格的选择 方法一：确定各种金属损耗求出钢锭利用率 算出钢锭的计算重量G锭选取重量相等或稍 大的钢锭规格。 方法二：经验法 null三、制订变形工艺与锻比 内容：确定成形必需的基本工序、辅助工序和修 整工序，决定工序顺序，设计工序尺寸等。 对于饼块类锻件的变形工艺 ：均以镦粗成形。null对于轴杆类锻件的变形工艺，主要采用拔长工序。 对于空心类锻件的变形工艺，一般均需镦粗、冲 孔 。图4 锤上锻造空心锻件的工艺选择图 图5 水压机锻造空心锻件的工艺方案选择图线 null锻造成形时表示变形程度的主要方法：锻 比。 锻比过小： 锻比过大： 钢锭与钢材的比较： 合金钢与碳素钢：null四、选定锻造设备吨位 重要性： 确定方法： （1）理论计算法 （2）经验类比法null五、制订自由锻工艺过程举例 以齿轮为例 ，图8为齿轮零件图，材料为45 钢，生产数量20件。锻件余量和公差 为： ， ，内孔余量为1.2a， 取 ，于是便可绘出齿轮的锻件图（图9）。null2.计算坯料重量和尺寸 锻件重量： 芯料重量： 烧损重量： null坯料重量等于： 采用镦粗成形，坯料尺寸按下式计算： 确定坯料尺寸为120202毫米。null3. 确定变形工艺和工具 根据锻件尺寸D=212，d=130，H=62，得到 D/d=1.6，H/d=0.47，H/D=2.7。 采取垫环局部镦粗-冲孔-冲子扩孔变形工艺方案。 null第三节 大型自由锻件的锻造工艺 工艺特点： 1)大型锻件一般采用钢锭直接锻造 2)由于大型锻件的截面尺寸很大 3)在锻后冷却及热处理 复杂 4)通常大型锻件的内部缺陷多 null 一、锻造对金属组织和性能的影响 大型锻件锻造的任务： 1．锻造对金属组织的影响 (1)消除铸态组织粗大的树枝晶并获得均匀细化 等轴晶。null (2)可破碎并改善碳化物及非金属夹杂物在钢中的分布 (3)锻合内部孔隙图13 镦粗变形程度对内部缺陷锻合的影响null2．锻造对金属性能的影响 null 二、提高大型锻件质量的工艺措施 1．改变钢锭的锭型 图15 三瓣九角形钢锭及拔长砧子null2．改变坯料的形状 图16 钢锭预先压成凹形而后镦粗 a)钢锭为普通钢锭 ；b)钢锭为短粗钢锭null3．改变工具的结构采用以下几种结构砧子，可以改善锻件内部质量。 (1)凸弧形砧子null(2)带斜度砧子 图19 带斜度砧子 斜角<摩擦角 null 4.改变操作方法 拔长操作时 ： (1)横向顺序送进： (2)横向交替送进： 图20 拔长横向送进方法 a)横向顺序送进；b)横向交替送进 b1、b2、b3-横向送进量；B-砧宽null5．表面降温锻造 图21 表面降温锻造的变形方式 1-小砧；2-锻坯；3-平台；4-平砧；b0-坯料宽度；B-小砧宽度；L-小砧长度null第四节 锻件质量检查与质量 锻件质量检查的内容： 1．化学成分 2．外观尺寸检查 3．宏观组织检查 4．显微组织检查 5．机械性能检查 null6．残余应力检查 危害： （1）机械加工时，由于残余应力 失去平衡而使工件产生变形，影响装配。 （2）使用过程中，由于残余应力和工作应 力叠加还会造成零件失效，以致损坏整台 机器。 7．超声波探伤 图24 锻件超声波探伤示意图 1-探头；2-缺陷；3-锻件；4-探伤仪