鍛造知識

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發表于 2009-3-6 11:19:48 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

鍛造知識

一、鍛造基礎知識
1. 鍛壓是鍛造和沖壓的合稱，是利用鍛壓機械的錘頭、砧塊、沖頭或通過模具對坯料施加壓力，使之產生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的制件的成形加工方法。
2. 當溫度超過300-400℃（鋼的藍脆區），達到700-800℃時，變形阻力將急劇減小，變形能也得到很大改善。根據在不同的溫度區域進行的鍛造，針對鍛件質量和鍛造工藝要求的不同，可分為冷鍛、溫鍛、熱鍛三個成型溫度區域。原本這種溫度區域的劃分并無嚴格的界限，一般地講，在有再結晶的溫度區域的鍛造叫熱鍛，不加熱在室溫下的鍛造叫冷鍛。
3. 鍛模壽命（熱鍛2-5千個，溫鍛1-2萬個，冷鍛2-5萬個）
4. 在低溫鍛造時，鍛件的尺寸變化很小。在700℃以下鍛造，氧化皮形成少，而且表面無脫碳現象。因此，只要變形能在成形能范圍內，冷鍛容易得到很好的尺寸精度和表面光潔度。只要控制好溫度和潤滑冷卻，700℃以下的溫鍛也可以獲得很好的精度。熱鍛時，由于變形能和變形阻力都很小，可以鍛造形狀復雜的大鍛件。要得到高尺寸精度的鍛件，可在900-1000℃溫度域內用熱鍛加工
5. 坯料在冷鍛時要產生變形和加工硬化，使鍛模承受高的荷載，因此，需要使用高強度的鍛模和采用防止磨損和粘結的硬質潤滑膜處理方法
6. 一般說來，鑄件的力學性能低于同材質的鍛件力學性能。此外，鍛造加工能保證金屬纖維組織的連續性，
使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致，金屬流線完整，可保證零件具有良好的力學性能與長的使用壽命。
7. 計算鍛造難度系數:K=鍛件體積/最大包容體積(矩形);若K>6,則鍛件屬于易鍛產品,若K<3,則屬于難鍛產品.(當然具體情況具體對待).
8. 根據坯料的移動方式，鍛造可分為自由鍛、鐓粗、擠壓、模鍛、閉式模鍛、閉式鐓鍛。閉式模鍛和閉式鐓鍛由于沒有飛邊，材料的利用率就高。用一道工序或幾道工序就可能完成復雜鍛件的精加工。由于沒有飛邊，鍛件的受力面積就減少，所需要的荷載也減少。但是，應注意不能使坯料完全受到限制，為此要嚴格控制坯料的體積，控制鍛模的相對位置和對鍛件進行測量，努力減少鍛模的磨損。
9. 根據鍛模的運動方式，鍛造又可分為擺輾、擺旋鍛、輥鍛、楔橫軋、輾環和斜軋等方式。擺輾、擺旋鍛和輾環也可用精鍛加工。為了提高材料的利用率，輥鍛和橫軋可用作細長材料的前道工序加工。與自由鍛一樣的旋轉鍛造也是局部成形的，它的優點是與鍛件尺寸相比，鍛造力較小情況下也可實現形成。包括自由鍛在內的這種鍛造方式，加工時材料從模具面附近向自由表面擴展，因此，很難保證精度，所以，將鍛模的運動方向和旋鍛工序用計算機控制，就可用較低的鍛造力獲得形狀復雜、精度高的產品。例如生產品種多、尺寸大的汽輪機葉片等鍛件。
10. 鍛造設備的模具運動與自由度是不一致的，根據下死點變形限制特點，鍛造設備可分為下述四種形式：
· 限制鍛造力形式：油壓直接驅動滑塊的油壓機。
· 準沖程限制方式：油壓驅動曲柄連桿機構的油壓機。
· 沖程限制方式：曲柄、連桿和楔機構驅動滑塊的機械式壓力機。
· 能量限制方式：利用螺旋機構的螺旋和磨擦壓力機。
11. 鍛壓的生產過程包括成形前的鍛坯下料、鍛坯加熱和預處理；成形后工件的熱處理、清理、校正和檢驗
12. 未來鍛壓工藝將向提高鍛壓件的內在質量、發展精密鍛造和精密沖壓技術、研制生產率和自動化程度更高的鍛壓設備和鍛壓生產線、發展柔性鍛壓成形系統、發展新型鍛壓材料和鍛壓加工方法等方面發展。
提高鍛壓件的內在質量，主要是提高它們的機械性能(強度、塑性、韌性、疲勞強度)和可靠度。這需要更好地應用金屬塑性變形理論；應用內在質量更好的材料；正確進行鍛前加熱和鍛造熱處理；更嚴格和更廣泛地對鍛壓件進行無損探傷。
少、無切削加工是機械工業提高材料利用率、提高勞動生產率和降低能源消耗的最重要的措施和方向。鍛坯少、無氧化加熱，以及高硬、耐磨、長壽模具材料和表面處理方法的發展，將有利于精密鍛造、精密沖壓的擴大應用。

二、鍛壓設備知識
鍛壓機械是指在鍛壓加工中用于成形和分離的機械設備。鍛壓機械包括成形用的鍛錘、機械壓力機、液壓機、螺旋壓力機和平鍛機，以及開卷機、矯正機、剪切機、鍛造操作機等輔助機械。
鍛壓機械主要用于金屬成形，所以又稱為金屬成形機床。鍛壓機械是通過對金屬施加壓力使之成形的，力大是其基本特點，故多為重型設備，設備上多設有安全防護裝置，以保障設備和人身安全。
人們為了制造工具，最初是用人力、畜力轉動輪子來舉起重錘鍛打工件的，這是最古老的鍛壓機械。14世紀出現了水力落錘。15～16世紀航海業蓬勃發展，為了鍛造鐵錨等，出現了水力驅動的杠桿錘。18世紀出現了蒸汽機和火車，因而需要更大的鍛件。
1842年，英國工程師內史密斯創制第一臺蒸汽錘，開始了蒸汽動力鍛壓機械的時代。1795年,英國的布拉默發明水壓機，但直到19世紀中葉，由于大鍛件的需要才應用于鍛造。
隨著電動機的發明，十九世紀末出現了以電為動力的機械壓力機和空氣錘，并獲得迅速發展。第二次世界大戰以來，七十五萬千牛的模鍛水壓機、一千五百千焦的對擊錘、六萬千牛的板料沖壓壓力機、十六萬千牛的熱模鍛壓力機等重型鍛壓機械，和一些自動冷鐓機相繼問世，形成了門類齊全的鍛壓機械體系。
二十世紀60年代以后，鍛壓機械改變了從19世紀開始的，向重型和大型方向發展的趨勢，轉而向高速、高效、自動、精密、專用、多品種生產等方向發展。于是出現了每分種行程2000次的高速壓力機、六萬千牛的三坐標多工位壓力機、兩萬五千千牛的精密沖裁壓力機、能冷鐓直徑為48毫米鋼材的多工位自動冷鐓機和多種自動機，自動生產線等。各種機械控制的、數字控制的和計算機控制的自動鍛壓機械以及與之配套的操作機、機械手和工業機器人也相繼研制成功。現代化的鍛壓機械可生產精確制品，有良好的勞動條件，環境污染很小。
鍛壓機械主要包括各種鍛錘、各種壓力機和其他輔助機械。
鍛錘是由重錘落下或強迫高速運動產生的動能，對坯料做功，使之塑性變形的機械。鍛錘是最常見、歷史最悠久的鍛壓機械。它結構簡單、工作靈活、使用面廣、易于維修，適用于自由鍛和模鍛。但震動較大，較難實現自動化生產。
機械壓力機是用曲柄連桿或肘桿機構、凸輪機構、螺桿機構傳動，工作平穩、工作精度高、操作條件好、生產率高，易于實現機械化、自動化，適于在自動線上工作。機械壓力機在數量上居各類鍛壓機械之首。
冷鐓機等各種線材成形自動機、平鍛機、螺旋壓力機、徑向鍛造機、大多數彎曲機、矯正機和剪切機等，也具有與機械壓力機相似的傳動機構，可以說是機械壓力機的派生系列。
液壓機是以高壓液體(油、乳化液等)傳送工作壓力的鍛壓機械。液壓機的行程是可變的，能夠在任意位置發出最大的工作力。液壓機工作平穩，沒有震動，容易達到較大的鍛造深度，最適合于大鍛件的鍛造和大規格板料的拉深、打包和壓塊等工作。液壓機主要包括水壓機和油壓機。某些彎曲、矯正、剪切機械也屬于液壓機一類。
旋轉鍛壓機是鍛造與軋制相結合的鍛壓機械。在旋轉鍛壓機上，變形過程是由局部變形逐漸擴展而完成的，所以變形抗力小、機器質量小、工作平穩、無震動，易實現自動化生產。輥鍛機、成形軋制機、卷板機、多輥矯直機、輾擴機、旋壓機等都屬于旋轉鍛壓機

三、鍛坯下料
在鍛造前把棒料切成所需長度的工序。下料方法主要有切削下料和鍛壓設備下料兩種。
切削下料
用鋸片﹑鋸條﹑鋸帶﹑薄片砂輪和車刀切斷鍛坯。切削下料端面平整﹐但切口損耗材料﹐生產率低﹐多用於品種多﹑批量較小或對切口質量要求高的鍛坯。
鍛壓設備下料
有剪切﹑摺斷﹑加熱后用剁刀切等方法。剪切下料刀口形狀和棒料截面相似。小尺寸的棒料多用冷剪。對有些合金鋼和尺寸較大的碳鋼棒料﹐為防止斷口產生裂紋﹐還須加熱到350～550℃剪切。如果用多工位熱鍛自動機﹐也可在鍛造溫度下熱切。剪切下料效率高﹐適用於大批生產﹐切口沒有材料損耗﹐但剪切端面質量較差。採用精密剪切工藝和設備﹐可以改善剪切端面的平整度和減小下料的重量誤差。提高剪切精度的辦法因材料而異。主要方法有把棒料置於夾緊狀態下剪切和高速剪切。剪切后的端面和軸線的不垂直度可小於1°﹐重量誤差在0.5～1％以內。
摺斷下料是在棒料需摺斷處先鋸切或氣割出一小缺口﹐然后將棒料兩端墊起使缺口懸空﹐在缺口背面施加壓力﹐將棒料摺斷。這種方法適用於摺斷塑性較差的鋼材
下料設備
用於下料的鍛壓設備主要是剪斷機，也可用機械壓力機和螺旋壓力機下料。中國生產的16000千牛棒料剪斷機﹐可剪直徑230毫米的碳鋼棒料。

四、坯料加熱
熱態鍛造前的重要工序。金屬加熱到一定溫度后塑性提高﹐變性抗力減小，金屬隨著溫度提高而強度降低。
加熱溫度
鍛坯一般加熱到金屬的允許始鍛溫度。為保證裡外溫度均勻﹐鍛坯表面加熱到所需溫度后還應保溫一定時間。保溫時間與金屬的導熱係數﹑鍛坯的截面尺寸和在爐內的放置狀態有關。冷坯料加熱的昇溫速度不宜太高﹐以防止表層與心部之間出現過大的溫差和在心部出現大的熱應力。心部熱應力容易引起裂紋。常用的測溫儀錶有測爐溫的熱電偶﹐測金屬表面溫度的光學高溫計。
加熱方法
古代鍛造是用明火直接加熱鍛坯。現代鍛坯加熱使用各種燃煤﹑燃油﹑燃氣和電熱式的工業爐﹐包括間歇式的室式爐﹑臺車式爐﹑電阻爐﹑感應爐和連續式爐。感應爐具有加熱速度快﹑溫度均勻﹑佔地小﹑便於自動控制等優點﹐已廣泛應用於中﹑小模鍛件生產線中。鍛坯加熱消耗大量能源﹐因此必須提高工業爐的熱效率﹐改進加熱的管理和操作。
在高溫下﹐鋼中的鐵與爐氣中的氧化合﹐形成 FeO﹑Fe3O4﹑Fe2O3等氧化物﹐稱為氧化皮。氧化皮的產生會增加金屬的耗損。一般間歇式火焰加熱爐的氧化燒損率為2～3％﹐感應加熱小於 0.5％。此外﹐氧化皮還會加劇模具的磨損﹐降低鍛件精度和導致表面粗糙﹐從而加大機械加工的加工餘量﹐增加了材料消耗。氧化皮還阻礙熱的傳導﹐延長加熱時間﹐影響爐底壽命和工業爐的機械化作業。氧化除產生氧化皮外﹐還會減少鋼的表層碳含量﹐形成脫碳層﹐降低鍛件表層的硬度和強度。氧化皮的產生更不利於精密鍛造。為避免或減少氧化引起的各種問題和損失﹐20世紀以來人們對鍛坯少無氧化加熱作了許多研究﹐研究成果已用於工業生產。