锻造工艺与模具设计.ppt

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1、锻锻 造造 工工 艺艺 与与 模模 具具 设设 计计西南交通大学希望学院西南交通大学希望学院Seite 2 第一章 绪 论Seite 3 Seite 4 Seite 5 Seite 6 压力加工设备欣赏压力加工设备欣赏Seite 7 Seite 8 Seite 9 Seite 10 Seite 11 Seite 12 Seite 13 13 锻造的定义：锻造的定义：利用锻压机械对金属坯料施利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生加压力，使其产生塑性变形塑性变形以以获得具有一定机械性能、一定获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。形状和尺寸锻件的加工方法。什么是锻造？什么是锻造？金属

2、塑性加工方法之一金属塑性加工方法之一 为了使金属材料在高塑性下成型，通常锻造是在热态下为了使金属材料在高塑性下成型，通常锻造是在热态下进行，因此锻造也称为热锻。进行，因此锻造也称为热锻。Seite 14 塑性成型生产过程简述Seite 16 应应 用用 范范 围围Seite 17 航空航天航空航天Seite 18 武器装备武器装备Seite 19 交通运输交通运输中国动车组列车中国动车组列车Seite 20 全全铝铝汽汽车车Seite 21 齿轮齿轮曲轴曲轴连杆连杆Seite 22 1任任务务：解解决决锻锻件件的的成成形形及及其其内内部部组组织织性性能能的的控制控制，以获得所需形状、尺寸和质量

3、的锻件。，以获得所需形状、尺寸和质量的锻件。2目目的的：锻锻造造的的根根本本目目的的是是利利用用外外加加载载荷荷（冲冲击击载载荷荷或或静静载载荷荷）通通过过锻锻压压设设备备或或模模具具使使金金属属毛毛坯坯产产生生塑塑性性变变形形，从从而而获获得得所所需需形形状状和和尺尺寸寸的的锻锻件件，同同时时使使锻锻件件机机械械性性能能和和内内部部组组织织符符合合一一定定的的技术的要求。技术的要求。Seite 23 实质实质：锻造工艺的实质是如何利：锻造工艺的实质是如何利用金属的用金属的塑性塑性使金属毛坯使金属毛坯改变形改变形状状和和性能性能而成为合格锻件的加工而成为合格锻件的加工过程。过程。Seite 2

4、4 一、锻造生产的特点及其在国民经济中的作用一、锻造生产的特点及其在国民经济中的作用（一）锻造生产的优点和缺点（一）锻造生产的优点和缺点1优点：优点：优质、高产、低消耗、灵活。优质、高产、低消耗、灵活。1)优质优质指可以改善金属组织性能。指可以改善金属组织性能。金属零件的传统生产过程是：金属零件的传统生产过程是：冶炼冶炼制坯制坯切削加工切削加工热处理热处理制坯有三条途径：铸造毛坯、轧制型材、锻造毛坯。制坯有三条途径：铸造毛坯、轧制型材、锻造毛坯。铸造毛坯铸造毛坯的组织性能差，只适用于性能要求低的零、部件的组织性能差，只适用于性能要求低的零、部件Seite 25 锻造：锻造：纤纤维维组组织织变变

5、形形后后的的杂杂质质仍仍具具有有方方向向性性，呈呈现现纤纤维维状状条纹条纹锻锻造造流流线线变变形形后后杂杂质质的的纤纤维维分分布布，使使组组织织、性性能能呈呈方向性方向性Seite 26 钢锭锻造过程中纤维组织形成的示意钢锭锻造过程中纤维组织形成的示意Seite 27 2)高产高产指机械化生产，生产率高指机械化生产，生产率高二、三百件二、三百件/小时，现在更高了，一百多件小时，现在更高了，一百多件/分，分，1.2万件万件/小时。据统计，每模锻小时。据统计，每模锻100万吨钢，由于提高万吨钢，由于提高了生产率，可比切削加工减少了生产率，可比切削加工减少23万工人，少用万工人，少用15000台机床

6、。在现今技术水平条件下，几乎任何一种金属材台机床。在现今技术水平条件下，几乎任何一种金属材料都可用锻造方法制成半成品零件，只是难易程度不同料都可用锻造方法制成半成品零件，只是难易程度不同而已。而已。Seite 28 今天，锻造生产率提高，其锻件精度也愈来愈高，可以达到今天，锻造生产率提高，其锻件精度也愈来愈高，可以达到甚至超过机械加工的一般精度水平，如各种冷温挤压标准件、甚至超过机械加工的一般精度水平，如各种冷温挤压标准件、精锻齿轮、精锻叶片、精锻轴类件等。精锻齿轮、精锻叶片、精锻轴类件等。西航建成国内最大航空发动机叶片精锻生产线西航建成国内最大航空发动机叶片精锻生产线Seite 29 3)低

7、消耗低消耗指少、无切削，省工省料。指少、无切削，省工省料。4)灵活灵活指锻造可以锻制形状简单的锻件（如模块、齿轮坯指锻造可以锻制形状简单的锻件（如模块、齿轮坯等），也可锻制形状复杂、不需或只需少量切削加工的精密等），也可锻制形状复杂、不需或只需少量切削加工的精密锻件（如曲轴、精锻齿轮等）锻件（如曲轴、精锻齿轮等）锻件的重量小的不到锻件的重量小的不到1公斤公斤大的可达几百吨大的可达几百吨单件小批量生产单件小批量生产大批量生产。大批量生产。万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环Seit

8、e 30 2缺点：缺点：1)模具成本高，加工周期长。模具成本高，加工周期长。2)受锻造设备吨位的限制。受锻造设备吨位的限制。Seite 31（二）锻造业的地位（二）锻造业的地位锻造在工业生产中占有锻造在工业生产中占有举足轻重举足轻重的地位。的地位。锻造生产能力及其工艺水平，对一个国家的锻造生产能力及其工艺水平，对一个国家的工业、农业、国防和科学技术的影响，难以工业、农业、国防和科学技术的影响，难以估量。估量。锻造生产的能力在一定程度上锻造生产的能力在一定程度上标志标志着一个国着一个国家的家的工业水平工业水平。Seite 32 二、锻件生产的分类及其工艺流程二、锻件生产的分类及其工艺流程根据所用

9、工具和生产工艺的不同可分为根据所用工具和生产工艺的不同可分为自由锻造自由锻造、模锻模锻和和特特种锻造种锻造。1自自由由锻锻造造把把加加热热好好的的坯坯料料放放在在自自由由锻锻造造设设备备的的平平砧砧之之间间或简单的工具中进行锻造的方法称为自由锻。或简单的工具中进行锻造的方法称为自由锻。一般由一般由锻工锻工控制金属的变形方向和形状尺寸。控制金属的变形方向和形状尺寸。手工锻造手工锻造机械（锤上自由锻和水压机上自由锻）机械（锤上自由锻和水压机上自由锻）自由锻自由锻Seite 33 Seite 34 u自由锻造主要用于自由锻造主要用于锻制钢锭锻制钢锭和和形状简单形状简单、粗糙度粗糙度要求较低要求较低、

10、加工余量较大加工余量较大的锻件生产。的锻件生产。u使用的是形状简单的通用工具，灵活性大，生产使用的是形状简单的通用工具，灵活性大，生产准备周期短，所以使用范围广。准备周期短，所以使用范围广。u锻件锻件力学性能力学性能和和表面质量表面质量受操作工人的影响较大，受操作工人的影响较大，不易保证，生产效率低。不易保证，生产效率低。Seite 35 自由锻还可以借助简单的模具进行锻造，称自由锻还可以借助简单的模具进行锻造，称胎模锻胎模锻。胎模锻造是把加热好的坯料用自由锻方法胎模锻造是把加热好的坯料用自由锻方法预预锻锻成近似锻件的形状，然后在自由锻设备上用成近似锻件的形状，然后在自由锻设备上用胎胎模终锻成

11、形模终锻成形（形状简单的锻件可直接把坯料放入（形状简单的锻件可直接把坯料放入胎模内成形），这种锻造方法称为胎模锻造。胎模内成形），这种锻造方法称为胎模锻造。Seite 36 Seite 37 2模锻模锻把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的模具内进行锻造的方法称为模锻。模具内进行锻造的方法称为模锻。由于模具型槽限制金属的变形，而获得与型槽形状由于模具型槽限制金属的变形，而获得与型槽形状一致的锻件。一致的锻件。根据根据变形特点变形特点，分为开式模锻和闭式模锻。，分为开式模锻和闭式模锻。Seite 38 根根据据设设备备结结构构特特性性和和工工艺艺特特性性的的不不

12、同同，分分为为锤锤上上模模锻锻（自自由由锻锻锤锤上上模模锻锻、高高速速锤锤上上模模锻锻）、摩摩擦擦压压力力机机上上模模锻锻、热热模模锻锻压压力力机机上上模模锻锻、液液压压机机上上模模锻锻、平平锻锻机机上模锻、专用锻压机上模锻等。上模锻、专用锻压机上模锻等。模模锻锻适适用用于于形形状状复复杂杂，尺尺寸寸精精度度较较高高，加加工工余余量量小小，批量生产的中、小型锻件。批量生产的中、小型锻件。形状和尺寸靠模具保证，人为影响因素小。形状和尺寸靠模具保证，人为影响因素小。精密锻件的成形也要通过模锻来实现。精密锻件的成形也要通过模锻来实现。Seite 39 3特特种种锻锻造造即即在在专专用用锻锻压压设设备

13、备上上或或在在特特殊殊模模具具型槽内型槽内使坯料成形的一种特殊锻造工艺。使坯料成形的一种特殊锻造工艺。一一般般锻锻造造方方法法很很难难达达到到要要求求时时，可可用用特特种种锻锻造造工艺。工艺。如如精精密密模模锻锻，温温热热挤挤压压，辊辊锻锻，电电镦镦，摆摆动动辗辗压压，粉粉末末锻锻造造，液液态态模模锻锻，等等温温模模锻锻和和超超塑塑性性模锻等。模锻等。Seite 40 锻造工艺流程锻造工艺流程是指生产一个锻件所经过的是指生产一个锻件所经过的锻造生产过程。锻造生产过程。以模锻为例，其锻造工艺流程是：以模锻为例，其锻造工艺流程是：备料备料加热加热模锻模锻切边、冲孔切边、冲孔热处理热处理酸洗、清理酸

14、洗、清理校正。校正。Seite 41 模锻生产的工艺流程：模锻生产的工艺流程：模锻生产的工艺流程：模锻生产的工艺流程：抛丸抛丸41Seite 42 一一般般来来说说，一一种种锻锻件件选选用用哪哪一一种种锻锻造造方方法法生生产产，与与形形状状、尺尺寸、技术要求和生产批量大小等很多因素有关。寸、技术要求和生产批量大小等很多因素有关。通常，单件、小批量生产通常，单件、小批量生产自由锻方法自由锻方法大批量大批量模锻方法模锻方法生产生产但但有有些些航航空空重重要要产产品品上上的的锻锻件件，虽虽然然批批量量不不大大，但但由由于于流流线线和和性性能能等等方方面面的的要要求求，要要求求工工艺艺的的一一致致性性

15、等等，通通常常也也采采用用模锻方法生产。模锻方法生产。Seite 43 三、锻造工艺的发展简史及其发展趋势三、锻造工艺的发展简史及其发展趋势（一）锻造技术的发展简史（一）锻造技术的发展简史人人类类在在新新石石器器时时代代末末期期，已已开开始始以以锤锤击击天天然然红红铜铜来来制制造造装装饰饰品品和和小小用用品品。中中国国约约在在公公元元前前2000多多年年已已应应用用冷冷锻锻工工艺艺制制造造工工具具，如如甘甘肃肃武武威威皇皇娘娘娘娘台台齐齐家家文文化化遗遗址址出出土土的的红红铜器物，就有明显的锤击痕迹。铜器物，就有明显的锤击痕迹。最最初初，人人们们靠靠抡抡锤锤进进行行锻锻造造，后后来来出出现现通

16、通过过人人拉拉绳绳索索和和滑滑车车来来提提起起重重锤锤再再自自由由落落下下的的方方法法锻锻打打坯坯料料。14世世纪纪以以后后出出现了现了畜力畜力和和水力水力落锤锻。落锤锻。Seite 44 Seite 45 为锻铜浮雕。是手为锻铜浮雕。是手工锻造作品。手工工锻造作品。手工锻造是一种古老的锻造是一种古老的金属加工工艺，是金属加工工艺，是以手工锻打的方式以手工锻打的方式，在金属板上锻锤，在金属板上锻锤出各种高低凹凸不出各种高低凹凸不平的浮雕效果。平的浮雕效果。Seite 46 18421842年年，英英国国的的内内史史密密斯斯制制成成第第一一台台蒸蒸汽汽锤锤，使使锻锻造造进进入入应应用用动动力力的

17、的时时代代。以以后后陆陆续续出出现现锻锻造造水水压压机机、电电机机驱驱动动的的夹夹板板锤锤、空空气气锻锻锤锤和和机机械械压压力力机机。夹夹板板锤锤最最早早应应用用于于美美国国内内战战(1861(18611865)1865)期期间间，用用以以模模锻锻武武器器的的零零件件，随随后后在在欧欧洲洲出出现现了了蒸蒸汽汽模模锻锻锤锤，模模锻锻工工艺艺逐逐渐渐推推广广。到到1919世世纪纪末末已已形形成成近近代代锻锻压压机机械械的的基基本本门门类。类。20世世纪纪初初期期，随随着着汽汽车车开开始始大大量量生生产产，热热模模锻锻迅迅速发展，成为锻造的主要工艺。速发展，成为锻造的主要工艺。Seite 47 锻压

18、经过锻压经过100多年的发展，今天已成为一多年的发展，今天已成为一门综合性学科。门综合性学科。它以塑性成形原理、金属学、摩擦学为它以塑性成形原理、金属学、摩擦学为理论基础，同时涉及传热学、物理化学、理论基础，同时涉及传热学、物理化学、机械运动等相关学科，以锻造、冲压等为机械运动等相关学科，以锻造、冲压等为技术，与其它学科一起支撑技术，与其它学科一起支撑机器制造业机器制造业。Seite 48 我国的锻造生产与世界先进国家的水平相比我国的锻造生产与世界先进国家的水平相比还有一定还有一定差距差距。表现在：表现在：1)工业发达国家的模锻件已占全部锻件的工业发达国家的模锻件已占全部锻件的70以上，而我国

19、尚不足以上，而我国尚不足30。2)国国外外有有成成千千条条锻锻造造自自动动生生产产线线，大大型型自自由由锻锻造造水水压压机机普普遍遍配配备备了了锻锻造造操操作作机机等等。而而我我国国在在这这些些方法还很薄弱。方法还很薄弱。Seite 49 3)精锻技术精锻技术和和大型锻件大型锻件的生产水平与一些工业发的生产水平与一些工业发展国家相比较低，一些航空产品上的精锻件和重展国家相比较低，一些航空产品上的精锻件和重要的大型自由锻件还常常需从国外进口。要的大型自由锻件还常常需从国外进口。4)在在CAD/CAM方面，一些发达国家已进入实用方面，一些发达国家已进入实用阶段，在这些方面，我国还刚刚起步。阶段，在

20、这些方面，我国还刚刚起步。Seite 50（二）锻造生产的发展趋势（二）锻造生产的发展趋势1)总总趋趋势势是是使使锻锻件件形形状状、尺尺寸寸和和表表面面质质量量最最大大限限度度地地与与产产品品零零件件相相接接近近，以以达达到到少少、无无切切削削加加工工的的目目的的，为为此此应应逐逐步步发发展展和和完完善善精精密密成成形形新新技技术术，发发展展高高效效精精密密的的锻锻压压设备。设备。2)为为适适应应大大批批量量生生产产的的需需要要，应应发发展展专专业业化化的的连连续续生生产产线线，建建立立地地区区性性的的专专门门化化锻锻造造中中心心，如如齿齿轮轮精精锻锻中中心心、连连杆杆锻锻造造中中心心、标标准

21、准件件锻锻造造中中心心等等，以以利利于于进进行行技技术术改改造造及采用最新设备和先进工艺。及采用最新设备和先进工艺。我国自行研制的万吨级水压机我国自行研制的万吨级水压机我国自行研制的万吨级水压机我国自行研制的万吨级水压机Seite 51 3)为为适适应应新新产产品品开开发发，缩缩短短研研制制周周期期，应应发发展展柔柔性性加加工技术和工技术和CAD/CAM技术技术。锻模的锻模的CAD/CAM的主要优点有：的主要优点有：设设计计的的速速度度快快、准准确确性性高高，且且可可将将设设计计人人员员从从繁繁重重的的重重复复性性劳动中解脱出来。劳动中解脱出来。可可以以把把多多方方面面的的经经验验和和研研究究

22、成成果果集集中中起起来来，方方便便地地应应用用于于设设计加工，提高设计质量。计加工，提高设计质量。可以实现多方案比较设计，达到优化的目的。可以实现多方案比较设计，达到优化的目的。Seite 52 4)提高锻件的内在提高锻件的内在质量质量。5)提高机械化、提高机械化、自动化自动化水平。水平。6)发发展展以以煤煤气气、油油、电电等等为为热热源源的的先先进进加加热热技技术，改善劳动条件。术，改善劳动条件。Seite 53（三三）目目前前，我我国国锻锻造造业业面面临临的的问问题题可可以以归归纳纳为如下为如下l装备水平低，其主要表现是设备老化、精确度低装备水平低，其主要表现是设备老化、精确度低l管理体制

23、亟待理顺，生产厂点过多，力量分散管理体制亟待理顺，生产厂点过多，力量分散l厂家封闭式经营厂家封闭式经营l研究和生产不平衡研究和生产不平衡Seite 54 四、本课程的性质和任务四、本课程的性质和任务锻锻造造工工艺艺学学是是研研究究如如何何利利用用各各种种锻锻造造方方法法有有效效地地控控制制锻锻件件的的成成型型和和内内部部组组织织性性能能生生产产出出高高质质量量锻锻件件的的一一门门技技术术学科。学科。锻造工艺学锻造工艺学任务是通过本课程的教学，达到如下任务是通过本课程的教学，达到如下要求要求：1)基本掌握自由锻工艺设计、模锻工艺设计和锻模设计的方法基本掌握自由锻工艺设计、模锻工艺设计和锻模设计的

24、方法2)具有初步的进行锻造工艺分析的能力具有初步的进行锻造工艺分析的能力3)具有初步分析和解决锻件质量问题的能力。具有初步分析和解决锻件质量问题的能力。Seite 55 五、主要参考书简介五、主要参考书简介姚泽坤主编，锻造工艺学，西北工业大学出版社，姚泽坤主编，锻造工艺学，西北工业大学出版社，1998张志文主编：锻造工艺学，机械工业出版社，张志文主编：锻造工艺学，机械工业出版社，1983杨振恒、陈镜清等编：锻造工艺学，西北工业大学出版社，杨振恒、陈镜清等编：锻造工艺学，西北工业大学出版社，1986锻件质量分析编写组编：锻件质量分析，机械工业出版社，锻件质量分析编写组编：锻件质量分析，机械工业出版社，1983锻工手册编写组编：锻工手册，机械工业出版社，锻工手册编写组编：锻工手册，机械工业出版社，1978李尚健主编，锻造工艺及模具设计资料，机械工业出版社，李尚健主编，锻造工艺及模具设计资料，机械工业出版社，1991张振纯编：锻模图册，机构工业出版社，张振纯编：锻模图册，机构工业出版社，1980