PDF《锻造知识培训 》

? ? ? 20088? 锻造知识培训? 锻造知识? 2? 目?录?

第一节:基础知识?5?

一、锻压及其特点?5? 1.

定义?5? 2.分类?5? 3.特点?5? 4.应用?5?

二、金属的锻造性能?6? 1.定义?6? 2.影响锻造性能的因素?6?

三、金属的塑性变形规律?7? 1.? 最小阻力定律?7? 2.? 塑性变形时的体积不变规律?8?

第二节:锻造?8?

一、锻造的定义及方法?8? 1.定义?8? 2.分类?8?

二、自由锻造及其特点?8? 1.定义?8? 2.特点?8?

三、自由锻造的工序?9? 1.镦粗?9? 2.拔长?10? 3.冲孔?13? 4.扩孔?14? 锻造知识? 3?

四、设备与工具?15? 1.设备?15? 2.工具?15?

五、锻造缺陷及防止?15?

第三节:锻造用原材料及其加热?15?

一、锻造用材料?15? 1.分类?15? 2.钢锭的结构?15? 3.钢锭的缺陷?16?

二、原材料的加热?17? 1.加热的目的?17? 2.加热方法?17? 3.锻造温度范围的确定?17? 4.金属的加热规范?18?

三、加热缺陷及防止措施?18? 1.氧化?18? 2.脱碳?19? 3.过热?20? 4.过烧?20? 5.裂纹?21?

四、加热温度的测量?21?

第四节:锻件的锻后冷却和热处理?21?

一、锻件的锻后冷却?21? 1.定义?21? 2.锻后冷却常见缺陷产生的原因和防止措施?21? 锻造知识? 4? 3.锻件的冷却方法?22?

二、锻件的锻后热处理?23? 1.目的?23? 2.方法?23?

第五节:工艺制定?23?

一、内容?23?

二、锻件图的制定?23?

三、坯料重量和尺寸的确定?24? 1.形状材料的重量计算?24? 2.坯料尺寸确定?25? 三.确定变形工艺和锻造比?25?

1 变形工艺?25? 2.锻造比?25? 3.锻造比的计算?25? 4.锻造比对组织和机械性能的影响?26? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 锻造知识? 5?

第一节:基础知识?

一、锻压及其特点? 1.定义? 锻压是利用外力使金属坯料产生塑性变形,获得所需尺寸、形状及性能的毛坯或零件的 加工方法.锻压是锻造和冲压的总称. 2.分类? 锻压是机械制造中毛坯和零件生产的主要方法之一,常分为自由锻、模锻、板料冲压、 挤压、拉拔、轧制等 3.特点? 锻压加工与其他加工方法相比,具有以下特点. (1) 改善金属的组织、提高力学性能.金属材料经锻压加工后,其组织、性能都得到改善 和提高,锻压加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷,并由于金属的塑性 变形和再结晶,可使粗大晶粒细化,得到致密的金属组织,从而提高金属的力学性能.在零 件设计时,若正确选用零件的受力方向与纤维组织方向,可以提高零件的抗冲击性能. (2) 材料的利用率高.金属塑性成形主要是靠金属的形体组织相对位置重新排列,而不需 要切除金属. (3) 较高的生产率.锻压加工一般是利用压力机和模具进行成形加工的.例如,利用多工 位冷镦工艺加工内六角螺钉,比用棒料切削加工工效提高约400倍以上. (4) 毛坯或零件的精度较高. 应用先进的技术和设备, 可实现少切削或无切削加工. 例如, 精密锻造的伞齿轮齿形部分可不经切削加工直接使用,复杂曲面形状的叶片精密锻造后只需 磨削便可达到所需精度. (5) 锻压所用的金属材料应具有良好的塑性,以便在外力作用下,能产生塑性变形而不破 裂.常用的金属材料中,铸铁属脆性材料,塑性差,不能用于锻压.钢和非铁金属中的铜、 铝及其合金等可以在冷态或热态下压力加工. (6) 不适合成形形状较复杂的零件.锻压加工是在固态下成形的,与铸造相比,金属的流 动受到限制,一般需要采取加热等工艺措施才能实现.对制造形状复杂,特别是具有复杂内 腔的零件或毛坯较困难. 4.应用? 由于锻压具有上述特点,因此承受冲击或交变应力的重要零件(如机床主轴、齿轮、曲轴、 连杆等),都应采用锻件毛坯加工.所以锻压加工在机械制造、军工、航空、轻工、家用电器 等行业得到广泛应用.例如,飞机上的塑性成形零件的质量分数占85%;

汽车,拖拉机上的锻 件质量分数约占60%~80%. 锻造知识? 6?

二、金属的锻造性能? 1.定义? 金属的锻造性能(又称可锻性)是用来衡量压力加工工艺性好坏的主要工艺性能指标. 金属 的可锻性好,表明该金属适用于压力加工.衡量金属的可锻性,常从金属材料的塑性和变形 抗力两个方面来考虑,材料的塑性越好,变形抗力越小,则材料的锻造性能越好,越适合压 力加工.在实际生产中,往往优先考虑材料的塑性. 1.1 金属的塑性? 指金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力,用伸长率δ、断面收 缩率ψ来表示.材料的δ、ψ值越大或镦粗时变形程度越大且不产生裂纹,塑性也越大. 1.2 变形抗力? 指金属在塑性变形时反作用于工具上的力.变形抗力越小,变形消耗的能量也就越少, 锻压越省力. 塑性和变形抗力是两个不同的独立概念.如奥氏体不锈钢在冷态下塑性很好,但变形抗 力却很大. 2.影响锻造性能的因素? 2.1 化学成分? 不同化学成分的金属其锻造性能不同.纯金属的锻造性能较合金的好. 钢的含碳量对钢的可锻性影响很大,对于碳含量分数小于0.15%的低碳钢,主要以铁素体 为主(含珠光体量很少),其塑性较好.随着碳含量的增加,钢中的珠光体量也逐渐增多,甚至 出现硬而脆的网状渗碳体,使钢的塑性下降,塑性成形性也越来越差. 合金元素会形成合金碳化物,形成硬化相,使钢的塑性变形抗力增大,塑性下降,通常 合金元素含量越高,钢的塑性成形性能也越差. 杂质元素磷会使钢出现冷脆性,硫使钢出现热脆性,降低钢的塑性成形性能. 2.2 金属组织? 金属内部的组织不同,其可锻性有很大差别.纯金属及单相固 溶体的合金具有良好的塑性,其锻造性能较好;

钢中有碳化物和多 相组织时,锻造性能变差;

具有均匀细小等轴晶粒的金属,其锻造 性能比晶粒粗大的铸态柱状晶组织好;

钢中有网状二次渗碳体时, 钢的塑性将大大下降. 2.3 变形温度? 随着温度升高,原子动能升高,削弱了原子之间的吸引力,减 少了滑移所需要的力,因此塑性增大,变形抗力减小,提高了金属 的锻造性能.变形温度升高到再结晶温度以上时,加工硬化不断被 再结晶软化消除,金属的锻造性能进一步提高. 锻造知识? 7? 但加热温度过高,会使晶粒急剧长大,导致金属塑性减小,锻造性能下降,这种现象称 为 过热 .如果加热温度接近熔点,会使晶界氧化甚至熔化,导致金属的塑性变形能力完 全消失,这种现象称为 过烧 ,坯料如果过烧将报废.因此加热要控制在一定范围内,金 属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度,停止锻造的温度称为终锻温度. 2.4 变形速度? 变形速度即单位时间内变形程度的大小. 它对可锻性的影响是矛盾的. 一方面, 随着变形速度的增大, 金属在冷变形时的冷变形强化趋于严重,表现出金属塑性下降, 变形抗力增大;

另一方面,金属在变形过程中,消耗于塑性变形 的能量一部分转化为热能, 当变形速度很大时, 热能来不及散发, 会使变形金属的温度升高,这种现象称为 热效应 .变形速度 越大,热效应现象越明显,有利于金属的塑性提高,变形抗力下 降,锻造性能变好(图中C点以右).但除高速锤锻造外,在一般 的压力加工中变形速度不能超过C点的变形速度,因此热效应现象对可锻性并不影响.故塑性 差的材料(如高速钢)或大型锻件,还是应采用较小的变形速度为宜.若变形速度过快会出现变 形不均匀,造成局部变形过大而产生裂纹. 2.5 应力状态? 不同的压力加工方法在材料内部所产生的应力大小和性质(压应力和拉应力)是不同的. 在三向应力状态下,压应力的数目越多,则其塑性越好;

拉应力的数目越多,则其塑性 越差.其原因是在金属材料内部或多或少总是存在着微小的气孔或裂纹等缺陷,在拉应力作 用下,缺陷处会产生应力集中,使缺陷扩展甚至达到破坏,从而金属丧失塑性;

而压应力使 金属内部原子间距减小,又不易使缺陷扩展,因此金属的塑性会提高.

三、金属的塑性变形规律? 金属塑性变形时遵循的基本规律. 1.? 最小阻力定律? 最小阻力定律是指在塑性变形 过程中,如果金属质点有向几个方 向移动的可能时,则金属各质点将 向阻力最小的方向移动.阻力最小 的方向移动是通过该质点向金属变 形的周边所作的法线方向,因为质 点沿此方向移动的距离最短,所需 的变形功最小.最小阻力定律符合 力学的一般原则,它是塑性成形加 工中最基本的规律之一. 利用最 小阻力定律可以推断,任何形状的物体只要有足够的塑性,都可以在平锤头下镦粗使坯料逐 渐接近于圆形.这是因为在镦粗时,金属流动距离越短,摩擦阻力也越小. 锻造知识? 8? 图中,圆形截面的金属朝径向流动;

方形、 长方形截面则分成4个区域分别朝垂 直与四个边的方向流动,最后逐渐变成 圆形、椭圆形.由此可知,圆形截面金 属在各个方向上的流动最均匀,镦粗时 总是先把坯料锻成圆柱体再进一步锻 造. 2.? 塑性变形时的体积不变规律? 体积不变规律是指金属材料在塑性 变形前、后体积保持不变.金属塑性变 形过程实际上是通过金属流动而使坯料体积进行再分配的过程.但实际上,由于钢锭再锻造 时可消除内部的微裂纹、疏松等缺陷,使金属的密度提高,因此体积总会有一些减小,只不 过这种体积变化量极其微小,可忽略不计.

第二节:锻造?

一、锻造的定义及方法? 锻造是毛坯成形的重要手段,尤其在工作条件复杂、力学性能要求高的重要结构零件的 制造中,具有重要的地位. 1.定义? 锻造是使金属坯料,在外力的作用下,发生塑性变形,通过控制金属的流动,使其成形 为所需形状、尺寸和组织的方法. 2.分类? 2.1根据变形时金属流动的特点不同,可以分为自由锻和模锻两大类. 2.2根据温度可分为热锻、等温锻、温锻和冷锻

二、自由锻造及其特点 1.定义? 使用简单的通用工具或直接在锻造设备(锻锤或水压机)的上、下砧间进行锻造,叫做 自由锻造. 2.特点? 自由锻造时,金属只有部分表面受到工具限制,其余则为自由表面. 自由锻造的优点是:适用性强、灵活性大、生产周期短,是特大型锻件的唯一生产方法. 缺点是:锻件精度低、加工余量大、生产效率低、劳动强度大,只能适用于单件小批量 生产. 锻造知识? 9?

三、自由锻造的工序? 基本工序:镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、切割、扭转和错移等 辅助工序:压钳口、倒棱、压肩等 修整工序:修整、校直、平整端面等 1.镦粗? 1.1 定义? 沿工件轴向进行锻打,使其长度减小,横截面积增大的操作过程.如下图: 图1 图2?1.2 用途? a.锻制饼块类锻件;

b.空心锻件在冲孔前使坯料横截面增大和平整;

c.锻造轴杆类锻件可提高后续拔长工序的锻造比;

d.提高锻件的横向力学性能和减小力学性能的异向性. 1.3 分类与方法? 镦粗分全镦粗(见图 1)和局部镦粗(见图 2).? 方法有铆镦、叠镦等.? 1.4 镦粗时的工艺参数及要领? 1.4.1 工艺参数? 镦粗时的工艺参数主要指坯料的高径比.为防止镦粗时产生纵向弯曲,圆柱坯料高度与 直径之比不应超过2.5~3,控制在2~2.5的范围更好.为避免出现双鼓形,锤上用坯料取高 径比1.5~2. 1.4.2 操作要领? a.镦粗前坯料下料端面应平整,并与轴心线垂直. 锻造知识? 10? b.为了锻合坯料内部缺陷和减小镦粗变形抗力,在镦粗前应将坯料加热到最允许的加热温度, 并要求温度均匀. c.镦粗时坯较要围绕轴心线转动,坯料发生弯曲时需立即进行校正. d.镦粗的压缩量应小于材料塑性允许的范围. e.如果镦粗后需要进一步拔长时,应考虑拔长的可能性,即不宜镦的太低.高径比为0.6. d.镦粗前应进行倒棱制坯,其目的是焊合皮下缺陷,使镦粗时侧面不致产生裂纹,同时去掉 钢锭的棱边和锥度. f.镦粗时毛坯高度应与设备空间相适应 在锤上镦粗时,应满足 H-h0>

0.25H H为锤头的最大行程,h0为坯料原始高度 在水压机上镦粗时,H-h0>

100mm H为水压机的最大距离,h0为坯料原始高度 2.拔长? 2.1 定义? 拔长是沿垂直于工件的轴向进行锻打,以使其截面积减小,而长度增加的操作过程. 2.2 用途? a.轴杆类、筒类锻件成形;

b.芯轴拔长还是高环类锻件的预备工序;

c.改善锻件内部质量 2.3 分类与方法? 2.3.1 分类? 拔长分直接拔长和芯轴拔长. 2.3.2 方法? 根据使用的工具有平砧拔长、型砧( v 型砧和弧形砧)拔长 根据拔长的效果有普通拔长、 WHF 法拔长、 FM 法拔长和 JTS 法拔长 2.4 拔长工序及其操作要领? 实际上拔长是一系列的横向镦粗的过程,变形相当于沿着轴向进行一系列镦粗工序的组 合. 拔长时的锻透程度,内、外部裂纹及锻件内在质量,均与拔长时的变形分布和应力状态 有关,主要取决于送进量、压下量、砧子形状、拔长操作等工艺因素. 锻造知识? 11? 2.4.1 送进量的影响? 送进量的大小不仅关系到拔长效率,而且影响锻件质量. 当送进量小时(l0/h01),拔长变形区出现单鼓形,心部变形很大,得到锻透,但在鼓形 的侧面和角部受拉应力,容易引起表面裂纹与角裂.如果坯料在同一位置反复重击,由于金 属沿对角线的剧烈流动,还会使塑性低的锻件产生十字裂纹(见右上图). 综合考虑送进量对拔长效率和锻件质量的影响,一般认为相对送进量l0/h0=0.5~0.8较 为合适,绝对送进量常取l0=(0.4~0.8)B. B为砧宽 2.4.2 压下量的影响? 拔长时增大压下量不但可提高生产率,还可强化心部变形,有利于锻合内部缺陷.拔长 压下量对变形分布的影响如下图: 只要坯料的塑性允许,应尽量采取大压下量拔长.但为了避免锻件产生折叠,单边压下 量应小于送进行量. 2.4.3 砧子形状的影响? 用不同形状的砧子拔长时,坯 料内部变形区分布也不同. 见左图. 当采用上、下V型砧拔长时,坯 料中心的变形程度最大,又处于强 烈三向应力状态,因此能很好锻合 心部缺陷,并且拔长效率也高,坯 锻造知识? 12? 料轴心线不易偏移. 当采用上平、 下V形砧拔长时, 最大的变形区不在坯料中心, 而在距中心1/2~3/4半径处, 故锻透不理想. 当采用上、下平砧拔长矩形截面坯时,只要相对送进量选取得合适,就能够使坯料的中 心锻透.如果有大压下量,把坯料压成扁方,则锻透效果更好. 使用平砧拔长步骤:圆――方――扁方――方――八方――圆2.4.4 拔长操作的影响? 拔长时坯料送进与翻转的方法有三种: 第一种方法是沿螺旋线翻轩90°,适用于锻造台阶轴锻件;

第二种方法是反复翻轩90° 拔长,常用于手工损伤锻造;

第三种方法是沿着整个坯料长度拔长趟后翻转90°拔长,多用 于锻造大型锻件. 这种操作易使坯料产生弯曲, 因此需先翻................