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鍛造知識(shí)
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5 J1 K, k# g! t+ D* |一、鍛造基礎(chǔ)知識(shí)
J+ V, {% J: H* e1. 鍛壓是鍛造和沖壓的合稱(chēng)，是利用鍛壓機(jī)械的錘頭、砧塊、沖頭或通過(guò)模具對(duì)坯料施加壓力，使之產(chǎn)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。) k2 d! u/ w0 s3 O
2. 當(dāng)溫度超過(guò)300-400℃（鋼的藍(lán)脆區(qū)），達(dá)到700-800℃時(shí)，變形阻力將急劇減小，變形能也得到很大改善。根據(jù)在不同的溫度區(qū)域進(jìn)行的鍛造，針對(duì)鍛件質(zhì)量和鍛造工藝要求的不同，可分為冷鍛、溫鍛、熱鍛三個(gè)成型溫度區(qū)域。原本這種溫度區(qū)域的劃分并無(wú)嚴(yán)格的界限，一般地講，在有再結(jié)晶的溫度區(qū)域的鍛造叫熱鍛，不加熱在室溫下的鍛造叫冷鍛。
; a6 {9 ]) C5 L. J$ l3. 鍛模壽命（熱鍛2-5千個(gè)，溫鍛1-2萬(wàn)個(gè)，冷鍛2-5萬(wàn)個(gè)）8 |1 U+ P! i3 V* e# t
4. 在低溫鍛造時(shí)，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(wú)脫碳現(xiàn)象。因此，只要變形能在成形能范圍內(nèi)，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(rùn)滑冷卻，700℃以下的溫鍛也可以獲得很好的精度。熱鍛時(shí)，由于變形能和變形阻力都很小，可以鍛造形狀復(fù)雜的大鍛件。要得到高尺寸精度的鍛件，可在900-1000℃溫度域內(nèi)用熱鍛加工
. q( C/ ~4 b1 j# b1 L, A- u5. 坯料在冷鍛時(shí)要產(chǎn)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(qiáng)度的鍛模和采用防止磨損和粘結(jié)的硬質(zhì)潤(rùn)滑膜處理方法
* F2 |$ n# c3 N9 s; B1 P6. 一般說(shuō)來(lái)，鑄件的力學(xué)性能低于同材質(zhì)的鍛件力學(xué)性能。此外，鍛造加工能保證金屬纖維組織的連續(xù)性，
# B. r% l1 b( u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(xué)性能與長(zhǎng)的使用壽命。
0 h: T; ?7 E' u$ q# ], v- U ~7. 計(jì)算鍛造難度系數(shù):K=鍛件體積/最大包容體積(矩形);若K>6,則鍛件屬于易鍛產(chǎn)品,若K<3,則屬于難鍛產(chǎn)品.(當(dāng)然具體情況具體對(duì)待).
# _7 q2 h6 f1 ~9 q6 {8. 根據(jù)坯料的移動(dòng)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(méi)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(fù)雜鍛件的精加工。由于沒(méi)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(yīng)注意不能使坯料完全受到限制，為此要嚴(yán)格控制坯料的體積，控制鍛模的相對(duì)位置和對(duì)鍛件進(jìn)行測(cè)量，努力減少鍛模的磨損。 2 e3 }- o! f' v! I: ]
9. 根據(jù)鍛模的運(yùn)動(dòng)方式，鍛造又可分為擺輾、擺旋鍛、輥鍛、楔橫軋、輾環(huán)和斜軋等方式。擺輾、擺旋鍛和輾環(huán)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(xì)長(zhǎng)材料的前道工序加工。與自由鍛一樣的旋轉(zhuǎn)鍛造也是局部成形的，它的優(yōu)點(diǎn)是與鍛件尺寸相比，鍛造力較小情況下也可實(shí)現(xiàn)形成。包括自由鍛在內(nèi)的這種鍛造方式，加工時(shí)材料從模具面附近向自由表面擴(kuò)展，因此，很難保證精度，所以，將鍛模的運(yùn)動(dòng)方向和旋鍛工序用計(jì)算機(jī)控制，就可用較低的鍛造力獲得形狀復(fù)雜、精度高的產(chǎn)品。例如生產(chǎn)品種多、尺寸大的汽輪機(jī)葉片等鍛件。! C# C q; p' j* L- D. c, E
10. 鍛造設(shè)備的模具運(yùn)動(dòng)與自由度是不一致的，根據(jù)下死點(diǎn)變形限制特點(diǎn)，鍛造設(shè)備可分為下述四種形式：
* O3 J7 l' h+ w n9 G· 限制鍛造力形式：油壓直接驅(qū)動(dòng)滑塊的油壓機(jī)。
' Q7 ?( b+ J f1 V5 E' |· 準(zhǔn)沖程限制方式：油壓驅(qū)動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的油壓機(jī)。
; ^4 m5 g8 I1 G2 W; m· 沖程限制方式：曲柄、連桿和楔機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滑塊的機(jī)械式壓力機(jī)。3 I1 l8 s1 {( j9 @- |
· 能量限制方式：利用螺旋機(jī)構(gòu)的螺旋和磨擦壓力機(jī)。
, l' L2 i7 J1 b) k11. 鍛壓的生產(chǎn)過(guò)程包括成形前的鍛坯下料、鍛坯加熱和預(yù)處理；成形后工件的熱處理、清理、校正和檢驗(yàn)2 }4 a& T3 _$ {) I$ U
12. 未來(lái)鍛壓工藝將向提高鍛壓件的內(nèi)在質(zhì)量、發(fā)展精密鍛造和精密沖壓技術(shù)、研制生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度更高的鍛壓設(shè)備和鍛壓生產(chǎn)線、發(fā)展柔性鍛壓成形系統(tǒng)、發(fā)展新型鍛壓材料和鍛壓加工方法等方面發(fā)展。
8 E6 m$ |8 O; L! j2 T5 W提高鍛壓件的內(nèi)在質(zhì)量，主要是提高它們的機(jī)械性能(強(qiáng)度、塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度)和可靠度。這需要更好地應(yīng)用金屬塑性變形理論；應(yīng)用內(nèi)在質(zhì)量更好的材料；正確進(jìn)行鍛前加熱和鍛造熱處理；更嚴(yán)格和更廣泛地對(duì)鍛壓件進(jìn)行無(wú)損探傷。6 k# o$ m* K) ^
少、無(wú)切削加工是機(jī)械工業(yè)提高材料利用率、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低能源消耗的最重要的措施和方向。鍛坯少、無(wú)氧化加熱，以及高硬、耐磨、長(zhǎng)壽模具材料和表面處理方法的發(fā)展，將有利于精密鍛造、精密沖壓的擴(kuò)大應(yīng)用。 & x# m6 B3 V/ q3 n( b: b7 s% \
) k: D: k1 m% j! j" T" X- F- q二、鍛壓設(shè)備知識(shí)
2 ?5 ^4 l1 v! A; v2 _/ D鍛壓機(jī)械是指在鍛壓加工中用于成形和分離的機(jī)械設(shè)備。鍛壓機(jī)械包括成形用的鍛錘、機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)、螺旋壓力機(jī)和平鍛機(jī)，以及開(kāi)卷機(jī)、矯正機(jī)、剪切機(jī)、鍛造操作機(jī)等輔助機(jī)械。0 ] l% b/ z4 r
鍛壓機(jī)械主要用于金屬成形，所以又稱(chēng)為金屬成形機(jī)床。鍛壓機(jī)械是通過(guò)對(duì)金屬施加壓力使之成形的，力大是其基本特點(diǎn)，故多為重型設(shè)備，設(shè)備上多設(shè)有安全防護(hù)裝置，以保障設(shè)備和人身安全。
! X! e7 S6 v# a' m4 B人們?yōu)榱酥圃旃ぞ?，最初是用人力、畜力轉(zhuǎn)動(dòng)輪子來(lái)舉起重錘鍛打工件的，這是最古老的鍛壓機(jī)械。14世紀(jì)出現(xiàn)了水力落錘。15～16世紀(jì)航海業(yè)蓬勃發(fā)展，為了鍛造鐵錨等，出現(xiàn)了水力驅(qū)動(dòng)的杠桿錘。18世紀(jì)出現(xiàn)了蒸汽機(jī)和火車(chē)，因而需要更大的鍛件。* D6 }& D, P% H) A0 s' b
1842年，英國(guó)工程師內(nèi)史密斯創(chuàng)制第一臺(tái)蒸汽錘，開(kāi)始了蒸汽動(dòng)力鍛壓機(jī)械的時(shí)代。1795年,英國(guó)的布拉默發(fā)明水壓機(jī)，但直到19世紀(jì)中葉，由于大鍛件的需要才應(yīng)用于鍛造。( }3 j, n; l! n/ L5 G9 k' J
隨著電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，十九世紀(jì)末出現(xiàn)了以電為動(dòng)力的機(jī)械壓力機(jī)和空氣錘，并獲得迅速發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)，七十五萬(wàn)千牛的模鍛水壓機(jī)、一千五百千焦的對(duì)擊錘、六萬(wàn)千牛的板料沖壓壓力機(jī)、十六萬(wàn)千牛的熱模鍛壓力機(jī)等重型鍛壓機(jī)械，和一些自動(dòng)冷鐓機(jī)相繼問(wèn)世，形成了門(mén)類(lèi)齊全的鍛壓機(jī)械體系。
& |6 @5 N% v$ K$ s) D. ^5 v) Y: ~$ ]. f二十世紀(jì)60年代以后，鍛壓機(jī)械改變了從19世紀(jì)開(kāi)始的，向重型和大型方向發(fā)展的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)而向高速、高效、自動(dòng)、精密、專(zhuān)用、多品種生產(chǎn)等方向發(fā)展。于是出現(xiàn)了每分種行程2000次的高速壓力機(jī)、六萬(wàn)千牛的三坐標(biāo)多工位壓力機(jī)、兩萬(wàn)五千千牛的精密沖裁壓力機(jī)、能冷鐓直徑為48毫米鋼材的多工位自動(dòng)冷鐓機(jī)和多種自動(dòng)機(jī)，自動(dòng)生產(chǎn)線等。各種機(jī)械控制的、數(shù)字控制的和計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)鍛壓機(jī)械以及與之配套的操作機(jī)、機(jī)械手和工業(yè)機(jī)器人也相繼研制成功?，F(xiàn)代化的鍛壓機(jī)械可生產(chǎn)精確制品，有良好的勞動(dòng)條件，環(huán)境污染很小。 J" Z; N% l2 \! G
鍛壓機(jī)械主要包括各種鍛錘、各種壓力機(jī)和其他輔助機(jī)械。% |% C$ `: ?, A
鍛錘是由重錘落下或強(qiáng)迫高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能，對(duì)坯料做功，使之塑性變形的機(jī)械。鍛錘是最常見(jiàn)、歷史最悠久的鍛壓機(jī)械。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)較大，較難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。
J. }" A% o- n' M& H0 t+ [機(jī)械壓力機(jī)是用曲柄連桿或肘桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，工作平穩(wěn)、工作精度高、操作條件好、生產(chǎn)率高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，適于在自動(dòng)線上工作。機(jī)械壓力機(jī)在數(shù)量上居各類(lèi)鍛壓機(jī)械之首。
4 q' [0 k, ~4 o2 n* j/ \) t4 N冷鐓機(jī)等各種線材成形自動(dòng)機(jī)、平鍛機(jī)、螺旋壓力機(jī)、徑向鍛造機(jī)、大多數(shù)彎曲機(jī)、矯正機(jī)和剪切機(jī)等，也具有與機(jī)械壓力機(jī)相似的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以說(shuō)是機(jī)械壓力機(jī)的派生系列。
- \! s4 e& W( r5 H液壓機(jī)是以高壓液體(油、乳化液等)傳送工作壓力的鍛壓機(jī)械。液壓機(jī)的行程是可變的，能夠在任意位置發(fā)出最大的工作力。液壓機(jī)工作平穩(wěn)，沒(méi)有震動(dòng)，容易達(dá)到較大的鍛造深度，最適合于大鍛件的鍛造和大規(guī)格板料的拉深、打包和壓塊等工作。液壓機(jī)主要包括水壓機(jī)和油壓機(jī)。某些彎曲、矯正、剪切機(jī)械也屬于液壓機(jī)一類(lèi)。
- l5 h" O% @) m( I1 I9 V) |旋轉(zhuǎn)鍛壓機(jī)是鍛造與軋制相結(jié)合的鍛壓機(jī)械。在旋轉(zhuǎn)鍛壓機(jī)上，變形過(guò)程是由局部變形逐漸擴(kuò)展而完成的，所以變形抗力小、機(jī)器質(zhì)量小、工作平穩(wěn)、無(wú)震動(dòng)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。輥鍛機(jī)、成形軋制機(jī)、卷板機(jī)、多輥矯直機(jī)、輾擴(kuò)機(jī)、旋壓機(jī)等都屬于旋轉(zhuǎn)鍛壓機(jī) 0 t' u6 @9 k3 x/ Z
三、鍛坯下料
+ A6 h) M+ m& }% |$ F, Z在鍛造前把棒料切成所需長(zhǎng)度的工序。下料方法主要有切削下料和鍛壓設(shè)備下料兩種。
6 C, U( Z; k$ P0 H" v) m切削下料
& ^9 b, c a1 S$ ^用鋸片﹑鋸條﹑鋸帶﹑薄片砂輪和車(chē)刀切斷鍛坯。切削下料端面平整﹐但切口損耗材料﹐生產(chǎn)率低﹐多用於品種多﹑批量較小或?qū)η锌谫|(zhì)量要求高的鍛坯。# O" e; K9 g0 D) s6 I2 }) b2 t
鍛壓設(shè)備下料' c: O" p: Z' i' d! k9 s- g" P
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(duì)有些合金鋼和尺寸較大的碳鋼棒料﹐為防止斷口產(chǎn)生裂紋﹐還須加熱到350～550℃剪切。如果用多工位熱鍛自動(dòng)機(jī)﹐也可在鍛造溫度下熱切。剪切下料效率高﹐適用於大批生產(chǎn)﹐切口沒(méi)有材料損耗﹐但剪切端面質(zhì)量較差。採(cǎi)用精密剪切工藝和設(shè)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(tài)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?xún)?nèi)。 G% I& Y# _ T6 i; V& g
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
$ e$ L! Q+ J4 ~3 m! X6 W6 d4 E1 d下料設(shè)備
; }- y) D9 q; ^用於下料的鍛壓設(shè)備主要是剪斷機(jī)，也可用機(jī)械壓力機(jī)和螺旋壓力機(jī)下料。中國(guó)生產(chǎn)的16000千牛棒料剪斷機(jī)﹐可剪直徑230毫米的碳鋼棒料。
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) ?3 T% O2 G$ J- r A* X四、坯料加熱
& ?% z5 q# }) j4 Z熱態(tài)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(qiáng)度降低。
8 P* f+ |8 S$ q) r5 ]8 {, G4 m" l/ x加熱溫度: [- K& D) P- c, X. n" ~. U8 X9 s
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(yīng)保溫一定時(shí)間。保溫時(shí)間與金屬的導(dǎo)熱係數(shù)﹑鍛坯的截面尺寸和在爐內(nèi)的放置狀態(tài)有關(guān)。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(xiàn)過(guò)大的溫差和在心部出現(xiàn)大的熱應(yīng)力。心部熱應(yīng)力容易引起裂紋。常用的測(cè)溫儀錶有測(cè)爐溫的熱電偶﹐測(cè)金屬表面溫度的光學(xué)高溫計(jì)。5 n8 B& E' M2 h
加熱方法2 a$ `% S) I% N& _! t% \4 t0 G* w
古代鍛造是用明火直接加熱鍛坯?，F(xiàn)代鍛坯加熱使用各種燃煤﹑燃油﹑燃?xì)夂碗姛崾降墓I(yè)爐﹐包括間歇式的室式爐﹑臺(tái)車(chē)式爐﹑電阻爐﹑感應(yīng)爐和連續(xù)式爐。感應(yīng)爐具有加熱速度快﹑溫度均勻﹑佔(zhàn)地小﹑便於自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)﹐已廣泛應(yīng)用於中﹑小模鍛件生產(chǎn)線中。鍛坯加熱消耗大量能源﹐因此必須提高工業(yè)爐的熱效率﹐改進(jìn)加熱的管理和操作。
/ C, N2 r7 P6 ~& @: S4 G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(chēng)為氧化皮。氧化皮的產(chǎn)生會(huì)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(yīng)加熱小於 0.5％。此外﹐氧化皮還會(huì)加劇模具的磨損﹐降低鍛件精度和導(dǎo)致表面粗糙﹐從而加大機(jī)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(dǎo)﹐延長(zhǎng)加熱時(shí)間﹐影響爐底壽命和工業(yè)爐的機(jī)械化作業(yè)。氧化除產(chǎn)生氧化皮外﹐還會(huì)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(qiáng)度。氧化皮的產(chǎn)生更不利於精密鍛造。為避免或減少氧化引起的各種問(wèn)題和損失﹐20世紀(jì)以來(lái)人們對(duì)鍛坯少無(wú)氧化加熱作了許多研究﹐研究成果已用於工業(yè)生產(chǎn)。 | 
發(fā)表于 2009-3-6 11:19:48
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