鍛壓工藝學(xué)-鍛造-自由鍛造.ppt

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鍛前加熱鍛造溫度 始鍛溫度和終鍛溫度間的溫度間隔 要求 始鍛溫度 主要受過熱 過燒的限制 終鍛溫度 鍛造結(jié)束之前金屬還具有足夠的塑性注意的問題 亞共析鋼 應(yīng)在A3以上15 50 C左右鍛造 低碳鋼 C 0 3 GS線 A3 以下的兩相區(qū) 也有足夠的塑性 因此終鍛溫度可在GS線以下 過共析鋼 高于A1 SE線 50 100 C以上 自由鍛造概述自由鍛造 只用簡單的通用工具 或在鍛造設(shè)備的上 下砧間直接對坯料施加外力 使坯料產(chǎn)生變形而獲得所需幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件的加工方法 手工鍛造 錘上自由鍛造 生產(chǎn)中 小型自由鍛件 液壓機(jī)上自由鍛造 生產(chǎn)大型自由鍛件 第一章錘上自由鍛造第一節(jié)自由鍛造的基本工序自由鍛造的基本工序有鐓粗 拔長 沖孔 彎曲 扭轉(zhuǎn) 切割和鍛焊 一 鐓粗鐓粗 局部鐓粗 用途 由橫斷面積較小的毛坯得到橫斷面積較大而高度較小的鍛件 沖孔前增大毛坯橫斷面積和平整毛坯端面 提高鍛件的力學(xué)性能和減少力學(xué)性能的異向性 破碎合金工具鋼中的碳化物 并使其均勻分布 平砧鐓粗工藝參數(shù) 壓下量 H 相對變形 H 對數(shù)變形 H 前后的高度之比 KH 或式中H0 H 鐓粗前 后坯料的高度 H 坯料高度方向的對數(shù)變形 H 坯料高度方向的相對變形 圖1 1平砧鐓粗 圖1 2平砧鐓粗時(shí)坯料子午面的網(wǎng)格變化 圖l 3鐓粗時(shí)變形程度沿軸向和徑向的分布 h 高度方向變形程度 第I區(qū) 困難變形區(qū) 原因 1 2 后果 鑄態(tài)組織不易破碎和再結(jié)晶的結(jié)果 仍保留粗大的鑄態(tài)組織 第 區(qū)變形程度最大 溫度最高 組織狀態(tài) 鑄態(tài)組織被破碎和再結(jié)晶 形成細(xì)小晶粒的鍛態(tài)組織 錠料中部的原有孔隙也被焊合了 第 區(qū)變形程度居中 易產(chǎn)生的缺陷及原因 短毛坯 H D 0 5 鐓粗 較高的毛坯 H D 3 鐓粗 常常先要產(chǎn)生雙鼓形 毛坯更高 H D 3 易失穩(wěn)而彎曲 鐓粗時(shí)的注意事項(xiàng) 1 為防止縱向彎曲 毛坯高度與直徑之比應(yīng)在一定范圍 鐓粗前毛坯端面應(yīng)平整 并與軸心線垂直 鐓粗前毛坯加熱溫度應(yīng)均勻 2 注意每次的壓縮量及終鍛溫度 3 對有皮下缺陷的錠料 鐓粗前應(yīng)進(jìn)行倒棱制坯 目的 5 鐓粗時(shí)毛坯高度應(yīng)與設(shè)備空間相適應(yīng) 在錘上鐓粗時(shí) 應(yīng)使式中H 錘頭的最大行程 h0 毛坯的原始高度 6 鐓粗高合金低塑性材料 圖1 6鉚鐓 鍛錘噸位的確定 圖1 7鐓粗毛坯和鍛錘規(guī)格的關(guān)系 二 拔長拔長 拔長變形特點(diǎn) 每送進(jìn)壓下一次 只部分金屬變形 鍛造比 簡稱鍛比 KL來表示 拔長變形計(jì)算 1 矩形斷面毛坯的拔長 圖1 8拔長 1 送進(jìn)量大小對變形的影響送進(jìn)量較小 送進(jìn)量較大 通常 l 0 4 0 8 b b平砧寬度 圖1 9軸向和橫向變形程度隨相對送進(jìn)量的變化情況 l 軸向變形程度 a一橫向變形程度 圖l 15拔長時(shí)的變形分布 圖1 10表面橫向裂紋 圖1 11角裂 2 送進(jìn)量和壓下量對質(zhì)量的影響 送進(jìn)量l h過大 易產(chǎn)生外部橫向裂紋 角裂和對角線裂紋 圖1 13內(nèi)部橫向裂紋 送進(jìn)量過小 易產(chǎn)生內(nèi)部橫向裂紋 原因 2 圓斷面毛坯的拔長 原因 通過AB及BC兩個(gè)面將力傳給毛坯的其它部分 形成橫向應(yīng)力 R 變形主要集中在上 下部分 軸心部分金屬變形很小 使變形金屬主要沿橫向流動(dòng) 并對軸心部分作用以附加拉應(yīng)力 圖1 22平砧大壓下量拔長時(shí)坯料的變形情況 拔長圓斷面毛坯的兩種方法 1 在平砧上 先將圓斷面毛坯壓成矩形斷面 再將矩形斷面毛坯拔長到一定尺寸 然后再壓成八角形 最后鍛成圓形 主要變形階段是矩形斷面毛坯在平砧下拔長 圖1 23圓斷面毛坯拔長時(shí)截面的變化過程 2 在型砧 或摔子 內(nèi)進(jìn)行拔長 利用工具的側(cè)面壓力限制金屬的橫向流動(dòng) 迫使金屬沿軸向伸長 圖1 24型砧拔長圓斷面毛坯 拔長時(shí)的注意事項(xiàng) 1 拔長操作 2 每次錘擊的壓下量應(yīng)小于材料塑性所允許的數(shù)值 為保證不產(chǎn)生局部夾層 1 每次壓縮后的鍛件寬度與高度b h 2 2 5 2 單邊壓下量 h 2應(yīng)小于送進(jìn)量l 3 沿方形毛坯的對角線鍛壓 應(yīng)鍛得輕些 以免中心部分產(chǎn)生裂紋 4 上 下砧的邊緣應(yīng)作出圓角 以防鍛件表面裂紋 同時(shí)減少產(chǎn)生夾層的危險(xiǎn) 5 拔長鍛件端部 為防止端部內(nèi)凹和夾層現(xiàn)象 端部壓料長度的最小值應(yīng)滿足下列規(guī)定 1 對圓形斷面 A 0 3D2 對矩形斷面 當(dāng)B H 1 5時(shí) A 0 4B 當(dāng)B H 1 5時(shí) A 0 5B 6 拔長臺階軸鍛件時(shí) 三 芯軸拔長一種減小空心毛坯外徑 壁厚 而增加其長度的鍛造工序 圖1 30用芯軸拔長 預(yù)沖孔的直徑dl如小于芯軸的直徑 則拔長前需進(jìn)行擴(kuò)孔 坯料尺寸取H0 D0為宜 圖1 31長筒類鍛件的鍛造變形過程 芯軸上拔長的主要質(zhì)量問題 內(nèi)孔壁易產(chǎn)生裂紋 尤其是在兩端 方法和工具 1 對薄壁的空心件應(yīng)在型砧內(nèi)拔長 2 對厚壁空心件 可用平砧 但必需先鍛成六角形再進(jìn)行拔長 達(dá)到一定尺寸后再鍛成圓形 3 對H d 1 5的空心件 可不用芯軸 直接用沖頭拔長 溫度要求 四 沖孔在坯料中沖出透孔或不透孔的工序 要質(zhì)量問題 走樣 裂紋和孔沖偏等 1 走樣 走樣 的程度與D d1有關(guān) D d1愈小 走樣 愈顯著 為減少 走樣 一般取D d1 3 2 裂紋 外側(cè)表面裂紋 沖頭下部金屬向外流動(dòng) 使外層金屬切向受到拉應(yīng)力和拉應(yīng)變而引起的 D d1愈小 最外層金屬的切向伸長變形愈大 愈易產(chǎn)生裂紋 通常取D d1 2 5 3 內(nèi)孔圓角處的裂紋 溫度降低較多 塑性較低以及沖子一般都有錐度 當(dāng)沖子往下運(yùn)動(dòng)時(shí) 此處便被脹裂 3 孔沖偏沖孔時(shí) 毛坯高度H一般小于直徑D 個(gè)別情況 采用H D 1 5 圖1 34沖孔深度與毛坯高度的關(guān)系 實(shí)心沖子沖孔時(shí) 坯料高度按以下考慮 當(dāng)時(shí) 取H0 1 1 1 2 H 時(shí) 取H0 H式中H 沖孔后要求的高度 H0 沖孔前坯料的高度 注意事項(xiàng) 1 沖孔前坯料必需鐓粗 使端面平整 高度減小 直徑增大 2 沖頭必需放正 打擊方向應(yīng)和沖頭端面垂直 3 在沖出的初孔內(nèi)應(yīng)撒上煤末或木炭粉 以便取出沖頭 4 沖制深孔時(shí)要經(jīng)常取出沖頭在水中冷卻 五 擴(kuò)孔減小空心毛坯壁厚而增加其內(nèi)外徑的工序 沖頭擴(kuò)孔前坯料的高度尺寸按下式計(jì)算 Hl 1 05H式中H1 擴(kuò)孔前坯料高度 H 鍛件高度 1 05 考慮端面修整的系數(shù) 馬杠上擴(kuò)孔前坯料的高度按下式計(jì)算 H0 1 05K H式中H0 擴(kuò)孔前坯料高度 H 鍛件高度 K 考慮擴(kuò)孔時(shí)高度 寬度 增大的系數(shù) 1 05 修整系數(shù) 六 彎曲將毛坯彎成所規(guī)定的外形的鍛造工序叫 注意事項(xiàng) 1 當(dāng)鍛件有數(shù)處彎曲時(shí) 彎曲的次序一般是先彎端部及彎曲部分與直線部分交界的地方 然后再彎其余的圓弧部分 圖1 38帶彎鍛件的操作順序 七 扭轉(zhuǎn)將毛坯的一部分相對于另一部分繞其軸線旋轉(zhuǎn)一定角度的鍛造工序叫扭轉(zhuǎn) 扭轉(zhuǎn)前對毛坯的要求 1 受扭轉(zhuǎn)的部分表面應(yīng)盡可能夠地光滑 不能有缺陷 此部分全長上的橫斷面積應(yīng)該一致 對粗而短的曲軸軸頸 最好經(jīng)粗加工后再進(jìn)行扭轉(zhuǎn) 2 受扭轉(zhuǎn)的部分應(yīng)該加熱至材料塑性最好的溫度并沿長度上均勻熱透 扭轉(zhuǎn)后鍛件應(yīng)該緩慢冷卻 最好予以退火 八 錯(cuò)移將毛坯的一部分相對于另一部分錯(cuò)移開 但仍保持軸心平行的工序 錯(cuò)移前坯料需進(jìn)行壓痕 壓肩 拉縮的數(shù)值與凸肩的長度L 壓痕 壓肩時(shí)的工具形狀等有關(guān) 圖1 40壓肩時(shí)尺寸關(guān)系示意圖 錘上鍛造時(shí) 可參考下列關(guān)系式確定 對短臺肩L 0 3D 0 1 0 2 D對長臺肩L 0 3D 0 08 0 09 D當(dāng)H20mm時(shí) 先壓痕后壓肩 第二節(jié)工藝過程的制定原則 1 2 主要內(nèi)容 1 根據(jù)零件圖作出鍛件圖 2 確定毛坯的重量和尺寸 3 決定變形工藝和工具 4 選擇設(shè)備 5 確定火次 鍛造溫度范圍 加熱和冷卻規(guī)范 6 確定熱處理規(guī)范 7 對鍛件提出技術(shù)要求和檢驗(yàn)要求 8 編制工時(shí)定額 一 鍛件圖的制定機(jī)械加工余量 鍛件的公稱尺寸 鍛造公差 鍛造余塊 鍛件圖的繪制規(guī)則 1 鍛件形狀用粗實(shí)線描繪 用假想線畫出零件簡單形狀 2 鍛件的尺寸和公差標(biāo)注在尺寸線上面 零件的尺寸加括號標(biāo)注在尺寸線下面 二 確定坯料重量和尺寸1 坯料重量的計(jì)算 圖3鍛件臺階余面 2 坯料尺寸的確定 1 采用鐓粗法鍛造 對圓坯料 對方坯料 毛坯高度H0 還需按下式進(jìn)行檢驗(yàn) H0 0 75H行程還應(yīng)小于加熱爐底的有效長度 2 采用拔長法鍛造 應(yīng)按鍛件最大截面積F鍛 考慮鍛比 修整量要求等選取坯料尺寸 3 鋼錠規(guī)格的選擇方法一 確定各種金屬損耗 求出鋼錠利用率 算出鋼錠的計(jì)算重量G錠 選取重量相等或稍大的鋼錠規(guī)格 方法二 經(jīng)驗(yàn)法 三 制訂變形工藝與鍛比內(nèi)容 確定成形必需的基本工序 輔助工序和修整工序 決定工序順序 設(shè)計(jì)工序尺寸等 對于餅塊類鍛件的變形工藝 均以鐓粗成形 對于軸桿類鍛件的變形工藝 主要采用拔長工序 對于空心類鍛件的變形工藝 一般均需鐓粗 沖孔 圖4錘上鍛造空心鍛件的工藝方案選擇圖 圖5水壓機(jī)鍛造空心鍛件的工藝方案選擇圖線 鍛造成形時(shí)表示變形程度的主要方法 鍛比 鍛比過小 鍛比過大 鋼錠與鋼材的比較 合金鋼與碳素鋼 四 選定鍛造設(shè)備噸位重要性 確定方法 1 理論計(jì)算法 2 經(jīng)驗(yàn)類比法 五 制訂自由鍛工藝過程舉例以齒輪為例 圖8為齒輪零件圖 材料為45鋼 生產(chǎn)數(shù)量20件 鍛件余量和公差為 內(nèi)孔余量為1 2a 取 于是便可繪出齒輪的鍛件圖 圖9 2 計(jì)算坯料重量和尺寸鍛件重量 芯料重量 燒損重量 坯料重量等于 采用鐓粗成形 坯料尺寸按下式計(jì)算 確定坯料尺寸為 120 202毫米 3 確定變形工藝和工具根據(jù)鍛件尺寸D 212 d 130 H 62 得到D d 1 6 H d 0 47 H D 2 7 采取墊環(huán)局部鐓粗 沖孔 沖子擴(kuò)孔變形工藝方案 第三節(jié)大型自由鍛件的鍛造工藝工藝特點(diǎn) 1 大型鍛件一般采用鋼錠直接鍛造2 由于大型鍛件的截面尺寸很大3 在鍛后冷卻及熱處理復(fù)雜4 通常大型鍛件的內(nèi)部缺陷多 一 鍛造對金屬組織和性能的影響大型鍛件鍛造的任務(wù) 1 鍛造對金屬組織的影響 1 消除鑄態(tài)組織粗大的樹枝晶并獲得均勻細(xì)化等軸晶 2 可破碎并改善碳化物及非金屬夾雜物在鋼中的分布 3 鍛合內(nèi)部孔隙 圖13鐓粗變形程度對內(nèi)部缺陷鍛合的影響 2 鍛造對金屬性能的影響 二 提高大型鍛件質(zhì)量的工藝措施1 改變鋼錠的錠型 圖15三瓣九角形鋼錠及拔長砧子 2 改變坯料的形狀 圖16鋼錠預(yù)先壓成凹形而后鐓粗a 鋼錠為普通鋼錠 b 鋼錠為短粗鋼錠 3 改變工具的結(jié)構(gòu)采用以下幾種結(jié)構(gòu)砧子 可以改善鍛件內(nèi)部質(zhì)量 1 凸弧形砧子 2 帶斜度砧子 圖19帶斜度砧子斜角 摩擦角 4 改變操作方法拔長操作時(shí) 1 橫向順序送進(jìn) 2 橫向交替送進(jìn) 圖20拔長橫向送進(jìn)方法a 橫向順序送進(jìn) b 橫向交替送進(jìn)b1 b2 b3 橫向送進(jìn)量 B 砧寬 5 表面降溫鍛造 圖21表面降溫鍛造的變形方式1 小砧 2 鍛坯 3 平臺 4 平砧 b0 坯料寬度 B 小砧寬度 L 小砧長度 第四節(jié)鍛件質(zhì)量檢查與質(zhì)量分析鍛件質(zhì)量檢查的內(nèi)容 1 化學(xué)成分2 外觀尺寸檢查3 宏觀組織檢查4 顯微組織檢查5 機(jī)械性能檢查 6 殘余應(yīng)力檢查危害 1 機(jī)械加工時(shí) 由于殘余應(yīng)力失去平衡而使工件產(chǎn)生變形 影響裝配 2 使用過程中 由于殘余應(yīng)力和工作應(yīng)力疊加還會造成零件失效 以致?lián)p壞整臺機(jī)器 7 超聲波探傷 圖24鍛件超聲波探傷示意圖1 探頭 2 缺陷 3 鍛件 4 探傷儀