自由锻造工艺.pptx

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1、 第一节第一节 概述概述一、自由一、自由 锻锻 概念概念 只采用通用工具或直接只采用通用工具或直接在锻造设备的上、下砥铁在锻造设备的上、下砥铁间使坯料自由变形，间使坯料自由变形，获得锻件毛坯的塑性成形方法称获得锻件毛坯的塑性成形方法称为自由锻。为自由锻。二、自由锻分类二、自由锻分类 1 1 手工自由锻手工自由锻 生产中小型锻件生产中小型锻件 2 2 机器自由锻机器自由锻 包括包括锻锤自由锻和水压机自由锻锻锤自由锻和水压机自由锻，用于大型或较大型的锻件生产。用于大型或较大型的锻件生产。第1页/共132页三、自由锻用材 轧材（中小型锻件）或钢锭（大型锻件）。四、自由锻特点 优点：工具简单、通用性强

2、、工艺灵活、生产准备周期短。缺点：锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产 率低。五、自由锻的应用 自由锻主要应用于单件、小批量生产，修配以及大型锻件的生产和新产品的试制、模锻件的制坯等方面，是特大型锻件的唯一生产方法。第2页/共132页六、自由锻造的主要设备1.锻锤:空气锤、蒸汽空气锤锻锤是以冲击力使坯料变形的，设备规格以落下部分的重量来表示。空气锤的吨位较小，只有0.510kN，用于锻100kg以下的锻件；蒸汽空气锤的吨位较大，可达1050KN,可锻1500kg以下的锻件。2.液压机：油压机、水压机液压机是以液体产生的静压力使坯料变形的，设备规格以最大压力来表示。水压机的压力大，可达5

3、00015000kN，是锻造大型锻件的主要设备。第3页/共132页空气锤第4页/共132页单柱蒸汽空气锤第5页/共132页双柱蒸汽空气锤第6页/共132页10T桥式电液锤第7页/共132页10T电液锤-15T操作机械手第8页/共132页8000吨自由锻油压机第9页/共132页 能生产最大锻件为600吨。主要用于核电筒体、反应器筒节、封头板、大型轧辊等锻件。高达25米、重4000多吨的“新一代钢铁巨人”、“超级大力士”。全球只有3台。吨自由锻水压机第10页/共132页晚香玉第11页/共132页第12页/共132页第二节自由锻工序及锻件分类第13页/共132页一、自由锻工序锻造工序锻造过程中直接改

4、变坯料形状和尺寸的工艺过程。自由锻的工序分为：基本工序、辅助工序、精整工序自由锻件的成形都是这三类工序的组合第14页/共132页1 基本工序 使坯料实现主要的变形要求，达到或基本达到锻件所需要形状和尺寸的工序。主要有：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割。第15页/共132页第16页/共132页2 2辅助工序辅助工序 基本工序之前的基本工序之前的预变形工序预变形工序，主要，主要 有：压钳口、倒棱、压肩等有：压钳口、倒棱、压肩等3 3精整工序精整工序 在完成基本工序之后，用以在完成基本工序之后，用以提高锻提高锻件尺寸及位置精度件尺寸及位置精度的工序。的工序。第17页/共132页预压钳把钢锭倒

5、棱分段压痕 辅助工序第18页/共132页弯曲校正鼓形滚圆端面平整修整工序第19页/共132页第20页/共132页二、自由锻件分类 饼块类、空心类、轴杆类、曲轴类、弯曲类、复杂形状类第21页/共132页1饼块类锻件 外形横向尺寸大于高度尺寸，或两者相近，如圆盘、叶轮、齿轮、模块、锤头等。锻造基本工序：镦粗第22页/共132页例：齿轮的锻造过程第23页/共132页2空心类锻件 这类锻件有中心通孔，一般为圆周等壁厚锻件，轴向可有阶梯变化，如各种圆环、齿圈、轴承环、各种圆筒、空心轴等。锻造基本工序：镦粗、冲孔、扩孔或芯轴拔长第24页/共132页例：圆环及圆筒的锻造工艺过程第25页/共132页3轴杆类锻

6、件 这类锻件为实心轴杆，轴向尺寸远远大于横截面尺寸，可以是直轴或阶梯轴，如传动轴、轧辊、立柱、拉杆等，也可以是矩形、方形、工字形或其他形状截面的杆件如连杆、摇杆、杠杆、推杆。锻造基本工序：拔长，或镦粗+拔长第26页/共132页例：传动轴的锻造过程第27页/共132页4曲轴类锻件 这类锻件为实心长轴，锻件不仅沿轴线有截面形状和面积的变化，而且轴线有多方向弯曲，包括各种形式的曲轴。锻造基本工序：拔长、错移、扭转第28页/共132页例：三拐曲轴锻造过程第29页/共132页5弯曲类锻件 这类锻件具有弯曲的轴线，一般为一处弯曲或多处弯曲，沿弯曲轴线，截面可以是等截面，也可以是变截面；弯曲可以是对称和非对

7、称弯曲。基本锻造工序：拔长、弯曲第30页/共132页例：卡瓦的锻造过程第31页/共132页非洲菊第32页/共132页自由锻实例 圆圆轴轴锻锻件件锻锻造造第33页/共132页盘套锻件锻造第34页/共132页叉杆锻件锻造第35页/共132页大型锻件锻造第36页/共132页全纤维自由锻造全纤维自由锻造42第37页/共132页第三节自由锻基本工序分析第38页/共132页一、镦粗使坯料整体或一部分高度减小截面积增大的工序锻造比为：Y镦=H0/H镦粗比为：H0/D0第39页/共132页第40页/共132页1 镦粗的作用a 获得横截面较大而高度较小的锻件（饼块件）。b 用作冲孔前的准备工序(增大坯料的横截面

8、积以便 于冲孔)。c“反复镦拔法”，镦粗与拔长相结合，可提高 锻造 比，同时击碎合金工具钢中的块状碳化物，并使 其分布均匀以提高锻件的使用性能。d提高锻件的横向力学性能以减小力学性能的异向性。第41页/共132页2镦粗主要方法完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗第42页/共132页3镦粗的变形流动特点（针对圆截面坯料平砧镦粗讨论）特点：金属变形不均匀影响变形不均匀的因素：摩擦力、坯料尺寸1)摩擦力的影响第43页/共132页根据镦粗后网格的变形程度分为三个变形区区域：难变形区；区域：大变形区；区域：小变形区，变形程度介于与之间。第44页/共132页第45页/共132页第46页/共132页第47页/共13

9、2页平砧镦粗变形与应力状态分析平砧镦粗第48页/共132页2)坯料尺寸的影响不同高径比坯料镦粗时鼓型情况与变形分布难变形区 大变形区 小变形区 均匀变形 第49页/共132页4 镦粗的质量问题及控制镦粗的质量问题及控制质量问题：质量问题：侧表面产生纵向或45裂纹；侧表面出现鼓形；上下端存留铸态组织；高坯料镦粗易失稳弯曲；。质量控制措施：a 采用润滑、预热工具 b 用侧凹形毛坯镦粗 c 使用软金属垫镦粗 d 叠料镦粗、套环内镦粗 f反复镦粗拔长工艺h采用合适的锻造比及锻造力28第50页/共132页第51页/共132页侧凹镦粗，在侧凹面上产生径向压应力分量，可以避免侧表面纵向开裂，并减小鼓型第52

10、页/共132页 软金属垫镦粗 第53页/共132页套环内镦粗叠料镦第54页/共132页二、拔长1概述2矩形截面坯料拔长3圆形截面坯料的拔长4空心件拔长5拔长的操作要点第55页/共132页1概述 a定义 使坯料横截面减小而长度增加的锻造基本工序。拔长时的锻造比：Y拔F0/F b拔长变形实质 一系列镦粗工序的叠加组合,但受两端“刚端”的影响，不是镦粗的简单叠加。第56页/共132页第57页/共132页c拔长的作用 由横截面积较大的坯料得到横截面 积较小而轴向较长的轴类锻件；作为辅助工序进行局部变形；“反复镦拔”工序。第58页/共132页d拔长的类型 按砧铁类型分为：平砧铁间拔长、型砧拔长、芯轴拔长

11、 按坯料截面形状分为：矩形截面坯料拔长、圆截面坯料拔长29目录第59页/共132页平砧拔长第60页/共132页第61页/共132页30目录第62页/共132页2 矩形截面毛坯拔长1）所用砧铁类型：平砧2）变形参数设拔长前变形区的长、宽、高分别为l0、b0、h0；拔长后变形区的长、宽、高分别为l、b、h，则：L0称为送进量l0/h0称为相对送进量hh0h称为压下量bbb0称为展宽量lll0称为拔长量第63页/共132页 a 送进量 采用小的送进量拔长可使轴向变形量增大而横向变形量减小，有利于提高拔长效率，但送进量不能太小，否则会增加压下次数，反而降低拔长效率，另外还会造成表面缺陷。一般取：相对送

12、进量为：l0/h0=0.50.8 绝对送进量为：l0=（0.40.8）B；3)影响矩形截面坯料拔长效率的因素第64页/共132页第65页/共132页 送进量大，变形出现单鼓形，截面的中心变形大，能锻透，但侧面和棱脚部位出现拉应力，可能产生拉裂缺陷。送进量小，变形出现双鼓形，截面的上下变形大，中心部位小，中心出现拉应力，产生中心拉裂缺陷。第66页/共132页b.压下量hh大，可提高拔长效率，同时可强化心部变形，有利于锻合内部缺陷，在材料塑性允许的前提下，尽量提高。第67页/共132页4）矩形截面拔长的缺陷及防止方法a 表面横向裂纹与角裂第68页/共132页产生原因：锻造低塑性材料时，当送进量过大

13、，同时压缩量过大所引起的；角部温度散失快，产生热应力。防止方法：控制送进量、一次压下量；及时倒角。第69页/共132页b表面折叠表面横向折叠表面纵向折叠第70页/共132页第71页/共132页C内部横向裂纹第72页/共132页 产生原因相对送进量太小，拔长变形区出现双鼓形，轴心部位受到轴向拉应力的作用，导致中心裂纹。防止方法适当增加送进量，控制一次压下量。第73页/共132页d对角线裂纹对角线裂纹与坯料的变形情况ab第74页/共132页 产生场合：拔长塑性较差的材料，或温度降到终锻温度以下的方截面坯料时。裂纹可以是内部的，也可能是从端部开始，然后沿轴向向坯料内部发展的。产生原因：锻造温度下反复

14、翻转拔长时，金属沿对角线流动，因剪应力引起对角线处局部金属过热、过烧，致对角线金属强度降低而开裂。低温下反复翻转拔长时，对角线附近金属相对流动过于剧烈，产生严重的加工硬化现象，产生对角线裂纹。防止方法：控制锻造温度、送进量；减小一次变形量；避免反复在同一部位连续翻转锻打；改变四方截面压缩成六方截面压缩。第75页/共132页e端面缩口因拔长时首次送进量太小产生的。拔长和侧面修直时坯料端面缩口a拔长b侧面修直第76页/共132页3圆形截面毛坯拔长1）在平砧上拔长特点：拔长效率低若压下量小时易在锻件内形成纵向裂纹解决方法：a先将圆截面毛坯压成矩形断面，后拔长，再压成八角形，最后锻圆。b用型砧拔长第7

15、7页/共132页第78页/共132页第79页/共132页平砧拔长圆截面毛坯时的截面变化过程第80页/共132页2）型砧（或摔子）内拔长圆截面坯料 特点：拔长效率高，与平砧比可提高拔长效率 20%40%；可防止纵向裂纹产生第81页/共132页4 空心件拔长 减小空心坯料外径而增加长度的锻造工序，用以锻造各种长筒锻件。心轴拔长 1坯料 2锻件 3心轴 4 砧子第82页/共132页5 拔长的操作要点 坯料在平砥铁上拔长时应反复作90o翻转,圆轴应逐步成形,最后摔圆；应选用适当的送进量,以提高拔长效率，一般取 l0=(0.40.8)B；拔长后的宽高比b/h2.5，以免翻转90o后再拔长时弯折；33翻转

16、法拔长圆轴逐步拔长法第83页/共132页翻转法拔长第84页/共132页第85页/共132页三、冲孔采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序第86页/共132页1冲孔的应用1）锻件带有直径大于30mm以上的盲孔或通孔；2）需要扩孔的环形锻件预冲孔；3）需要拔长的空心件预冲孔。2冲孔的方法实心冲子冲孔、空心冲子冲孔、垫环上冲孔第87页/共132页实心冲子冲孔空心冲子冲孔在垫环上冲孔 冲孔方法34第88页/共132页当D0/d23时：拉缩严重，外径明显增大；当D0/d35时：几乎无拉缩，外径有所增大；当D0/d5时：多余金属挤向端面形成凸台。3 冲孔件的形状与坯料直径D0、孔径d的关系冲孔时坯料形状

17、的变化第89页/共132页四扩孔减小空心坯料壁厚而增加其内外径的锻造工序，用以锻造各种圆环锻件。冲子扩孔第90页/共132页芯轴扩孔第91页/共132页辗压扩孔第92页/共132页五五 弯曲弯曲 将毛坯弯成所需形状的工序将毛坯弯成所需形状的工序 弯曲时坯料的形状变化第93页/共132页第94页/共132页 六六 扭转扭转 将毛坯一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定将毛坯一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的工序角度的工序第95页/共132页 七 错移 将坯料的一部分相对另一部分相互平行错移的锻造工序。用以锻造曲轴类锻件，错移前坯料需要压肩。错移 a)在一个平面内的错移 b)在两个平面内的错

18、移第96页/共132页 八 切割 将毛坯一部分或几部分切掉以获得所需形状的锻件的工序第97页/共132页第四节 自由锻工艺规程的制定一、概述二、自由锻件的结构工艺性三、自由锻工艺规程的制定第98页/共132页一、概述1工艺规程定义规定产品或零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件。主要形式有：工艺过程卡工艺卡工序卡第99页/共132页工艺规程的作用指导生产生产准备工作的依据新厂（车间）扩建的依据制定原则保证产品质量提高劳动生产率、降低成本降低劳动强度，保证生产安全。第100页/共132页必备原始资料零件图产品验收质量标准年生产纲领（产量）制造厂的生产条件：设备、工装、技术水平等设计手册及有关标准国

19、内外有关制造技术资料第101页/共132页2自由锻工艺规程制定的内容锻件的结构工艺性分析绘锻件图确定坯料的质量及尺寸制定变形工艺和确定锻造比选锻造设备确定锻造温度范围、制定坯料加热及冷却规范制定热处理规范技术条件及检验要求填写工艺规程卡片第102页/共132页二、自由锻件的结构工艺性1零件的结构工艺性概念指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。即零件制造的难易程度。它包括零件的各个制造过程中的工艺性，有零件结构的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工等工艺性。由此可见，零件结构工艺性涉及面很广，具有综合性，必须全面综合地分析。第103页/共132页2学习零件结构工艺性的目

20、的a了解零件结构工艺性对制造影晌很大，设计零件结构时要充分予以考虑。b碰到结构工艺性不好时会做一般处理与设计者协商修改原设计不能修改时会在工艺上想办法第104页/共132页例：切削加工零件的结构工艺性第105页/共132页例：铸件外形的结构工艺性第106页/共132页例：铸件内腔的结构工艺性第107页/共132页3自由锻件的结构工艺性轴类锻件结构自由锻件不能设计斜面第108页/共132页杆类锻件结构自由锻件不能设计成曲面相交第109页/共132页盘类锻件结构自由锻件不能设计加强筋、凸台第110页/共132页采用缎焊结合或锻机械连接复杂锻件第111页/共132页三、自由锻工艺规程的制定第112页

21、/共132页第113页/共132页第114页/共132页43锻锻 件件 名名 称称工工 艺艺 类类 别别 锻锻 造造 温温 度度 范范 围围设设 备备材材 料料 加加 热热 火火 次次齿齿 轮轮 坯坯自自 由由 锻锻120080065 kg kg空气锤空气锤45钢钢1 锻锻 件件 图图 坯坯 料料 图图 序号序号 工序名称工序名称工序简图工序简图使用工具使用工具操作要点操作要点1局部镦粗 火钳 镦粗漏盘 控制镦粗后的高度为45mm 表2 典型锻件的自由锻工艺示例目录第115页/共132页序号序号 工序名称工序名称工序简图工序简图使用工具使用工具操作要点操作要点2冲孔 火钳 镦粗漏盘 冲子 冲孔

22、漏盘（1）注意冲子对中（2）采用双面冲孔 3修整外圆 火钳 冲子边轻打边修整，消除外圆鼓形，并达到 921 mm 44续续表表目录第116页/共132页序号序号 工序名称工序名称工序简图工序简图使用工具使用工具操作要点操作要点4修整平面火钳 镦粗漏盘 轻打使锻件厚度达到451 mm 45典型锻件的自由锻工艺示例（续）续续表表目录第117页/共132页齿轮坯锻造工艺卡第118页/共132页齿轮坯锻造工艺卡序号第119页/共132页五、制定自由锻工艺规程卡续表：齿轮坯锻造工艺卡序号第120页/共132页第五节第五节胎模锻胎模锻 胎模锻是在胎模锻是在自由锻设备上自由锻设备上使用使用可移动的简单模具可

23、移动的简单模具生产锻件的一种锻造方法。生产锻件的一种锻造方法。胎模锻造一般胎模锻造一般先采用自由锻制坯先采用自由锻制坯，然后在胎模中终然后在胎模中终锻成锻成形形。锻件的形状和尺寸主要靠胎模的型槽来保证。锻件的形状和尺寸主要靠胎模的型槽来保证。胎模不固定在设备上，锻造时用工具夹持着进行锻胎模不固定在设备上，锻造时用工具夹持着进行锻打打。与自由锻相比，胎模锻生产效率高，锻件加工余量与自由锻相比，胎模锻生产效率高，锻件加工余量少，精度高；与模锻相比，胎模制造简单，使用方便，成少，精度高；与模锻相比，胎模制造简单，使用方便，成本较低，也不需要昂贵的设备。本较低，也不需要昂贵的设备。胎模锻曾广泛应胎模锻

24、曾广泛应用于中型锻件的中小批量生产中。用于中型锻件的中小批量生产中。胎模锻劳动强度大，辅助操作多，模具寿命低，在胎模锻劳动强度大，辅助操作多，模具寿命低，在现代工业中已逐渐被模锻所取代。现代工业中已逐渐被模锻所取代。第121页/共132页第122页/共132页1制坯整形模漏盘（垫模）、摔模、扣模2成形模筒模（开式筒模、闭式筒模）、合模、翻边拉深模3切边冲孔模切边模、冲孔模一、胎模锻模具的种类、结构及用途 第123页/共132页第四节胎模锻造二、胎模的种类及特点第124页/共132页名称动 画视 频结构和用途摔摔 模模摔摔模模由由上上摔摔、下下摔摔及及摔摔把把组组成成，常常用用于于回回转转体体轴

25、轴类类锻锻件件的的成成形形或精整，或为合模制坯或精整，或为合模制坯弯弯模模弯弯模模由由上上模模、下下模模组组成成，用用于于吊吊钩钩、吊吊环环等等弯弯杆杆类类锻锻件件的的成成形或为合模制坯形或为合模制坯54第125页/共132页名称动 画结构和用途合合 模模合合模模由由上上模模、下下模模及及导导向向装装置置组组成成，多多用用于于连连杆杆、拨拨叉叉等等形形状状较较复复杂杂的的非非回回转转体体锻锻件终锻成形件终锻成形扣扣模模扣扣模模由由上上扣扣、下下扣扣组组成成，有有时时仅仅有有下下扣扣，主主要要用用于于非非回回转转体体锻锻件件的的整整体体、局局部部成成形形或为合模制坯或为合模制坯55目录第126页/共132页名称动 画视 频结构和用途冲冲切切模模冲冲切切模模由由冲冲头头和和凹凹模模组组成成，用于锻件锻后冲孔和切边用于锻件锻后冲孔和切边 组组合合套套模模组组合合套套模模由由模模套套及及上上模模、下下模模组组成成，用用于于齿齿轮轮、法法兰盘等盘类零件的成形兰盘等盘类零件的成形 56第127页/共132页第四节胎模锻造三、胎模锻造实例二、典型锻件的胎模锻工艺过程第128页/共132页第四节胎模锻造三、胎模锻造实例第129页/共132页轴套胎模锻第130页/共132页双联齿轮胎模锻第131页/共132页感谢您的观看！第132页/共132页