锻造技术知识的最全汇总
导读:锻造在中国有着悠久的历史,它是以手工作坊的生产方式延续下来的。大概是在20世纪初。它才逐渐以机械工业化的生产方式出现在铁路、兵工、造船等行业中。这种转变的主要标志就是使用了锻造能力强大的机器。
锻造
  在汽车制造过程中,广泛地采用锻造的加工方法。随着科技的进步,对工件精度要求的不断提高,具有高效率、低成本、低能耗、高质量等优点的精密锻造技术得到越来越广泛的应用。依据金属塑性成形时的变形温度不同,精密冷锻成形可分为冷锻成形、温度成形、亚热锻成形、热精锻成形等,生产的汽车零部件包括:汽车离合器接合齿圈、汽车变速器的输入轴零件、轴承圈、汽车等速万向节滑套系列产品、汽车差速器齿轮、汽车前轴等。
常见的汽车锻造件
一、锻造的定义和分类
1. 锻造的定义
  锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法,锻压(锻造与冲压)的两大组成部分之一。
  通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷,优化微观组织结构,同时由于保存了完整的金属流线,锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件,除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外,多采用锻件。
2. 锻造的分类
  按照生产工具不同,可以将锻造技术分成自由锻造,模块锻造,碾环和特种锻造。
  自由锻:指用简单的通用性工具,或在锻造设备的上、下砧铁之间直接对坯料施加外力,使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。
  模锻:指金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件。模锻可分为热模锻、温锻和冷锻。温锻和冷锻是模锻的未来发展方向,也代表了锻造技术水平的高低。
  碾环:指通过专用设备碾环机生产不同直径的环形零件,也用来生产汽车轮毂、火车车轮等轮形零件。
  特种锻造:包括辊锻、楔横轧、径向锻造、液态模锻等锻造方式,这些方式都比较适用于生产某些特殊形状的零件。例如,辊锻可以作为有效的预成形工艺,大幅降低后续的成形压力;楔横轧可以生产钢球、传动轴等零件;径向锻造则可以生产大型的炮筒、台阶轴等锻件。
  按照锻造温度,可以将锻造技术分为热锻、温锻和冷锻。
  钢的开始再结晶温度约727℃,但普遍采用800℃作为划分线,高于800℃的是热锻;在300~800℃之间称为温锻或半热锻,在室温下进行锻造的称为冷锻。用于大多数行业的锻件都是热锻,温锻和冷锻主要用于汽车、通用机械等零件的锻造,温锻和冷锻可以有效的节材。
  根据锻模的运动方式,锻造又可分为摆辗、摆旋锻、辊锻、楔横轧、辗环和斜轧等方式。
3. 锻造用料
  锻造用料主要是各种成分的碳素钢和合金钢,其次是铝、镁、铜、钛等及其合金,铁基高温合金,镍基高温合金,钴基高温合金的变形合金也采用锻造或轧制方式完成,只是这些合金由于其塑性区相对较窄,所以锻造难度会相对较大,不同材料的加热温度,开锻温度与终锻温度都有严格的要求。
  材料的原始状态有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。金属在变形前的横断面积与变形后的横断面积之比称为锻造比。
  正确地选择锻造比、合理的加热温度及保温时间、合理的始锻温度和终锻温度、合理的变形量及变形速度对提高产品质量、降低成本有很大关系。
二、常用的锻造方法及其优缺点
1、自由锻
  自由锻是指用简单的通用性工具,或在锻造设备的上、下砧铁之间直接对坯料施加外力,使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。采用自由锻方法生产的锻件称为自由锻件。
自由锻
  自由锻都是以生产批量不大的锻件为主,采用锻锤、液压机等锻造设备对坯料进行成形加工,获得合格锻件。自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。自由锻采取的都是热锻方式。
  自由锻造工序包括基本工序、辅助工序、精整工序。
  自由锻造的基本工序:镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移及锻接等,而实际生产中最常用的是镦粗、拔长、冲孔这三种工序。
  辅助工序:预先变形工序,如压钳口、压钢锭棱边、切肩等。
  精整工序:减少锻件表面缺陷的工序,如清除锻件表面凹凸不平及整形等。
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镦粗
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拔长
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冲孔
优点:
  (1) 锻造灵活性大,可以生产不足100kg的小件,也可以生产大至300t以上的重型件;
  (2) 所用工具为简单的通用工具;
  (3) 锻件成形是使坯料分区域逐步变形,因而,锻造同样锻件所需锻造设备的吨位比模型锻造要小得多;
  (4) 对设备的精度要求低;
  (5) 生产周期短。
缺点及局限性:
  (1) 生产效率比模型锻造低得多;
  (2) 锻件形状简单、尺寸精度低、表面粗糙;工人劳动强度高,而且要求技术水平也高;
  (3) 不易实现机械化和自动化。
2、模锻
  模锻是指在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。此方法生产的锻件尺寸精确,加工余量较小,结构也比较复杂生产率高。
模锻
  按所用设备的不同分类:锤上模锻、曲柄压力机模锻、平锻机上模锻及摩擦压力机上模锻等。
  锤上模锻最常用的设备是蒸汽-空气模锻锤、无砧座锤和高速锤等。
  锻模模膛:根据其功用不同可分为模锻模膛和制坯模膛两大类。
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  (1—锤头;2—上模;3—飞边槽;4—下模;5—模垫;6,7,10—紧固楔铁;8—分模面;9—模膛)
1)模锻模膛
  (1) 预锻模膛:预锻模膛的作用是使毛坯变形到接近于锻件的形状和尺寸,这样在进行终锻时,金属容易填满模膛而获得锻件所需要的尺寸。对于形状简单的锻件或批量不大时可不设预锻模膛。预锻模膛的圆角和斜度要比终锻模膛大得多,而且没有飞边槽。
  (2) 终锻模膛:终锻模膛的作用是使毛坯最后变形到锻件所要求的形状和尺寸,因此,它的形状应和锻件的形状相同;但因锻件冷却时要收缩,故终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢锻件收缩量取1.5%。另外,沿模膛四周有飞边槽,用以增加金属从模膛中流出的阻力,促使金属充满模膛,同时容纳多余的金属。
2)制坯模膛
  对于形状复杂的锻件,为了使毛坯形状基本符合锻件形状,以便使金属能合理分布和很好地充满模膛,就必须预先在制坯模膛内制坯。
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  (1) 拔长模膛:它是用来减少毛坯某部分的横截面积,以增加该部分的长度。拔长模膛分为开式和闭式两种。
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  (2) 滚压模膛:它是用来减少毛坯某一部分的横截面积,以增加另一部分的横截面积,从而使金属按锻件形状来分布。滚压模膛分为开式和闭式两种。
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  (3) 弯曲模膛:对于弯曲的杆类模锻件,需用弯曲模膛来弯曲毛坯。
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  (4)切断模膛:它是在上模与下模的角上组成一对刀口,用来切断金属。
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优点:


  • 生产效率较高。模锻时,金属的变形在模膛内进行,故能较快获得所需形状;
  • 能锻造形状复杂的锻件,并可使金属流线分布更为合理,提高零件的使用寿命;
  • 模锻件的尺寸较精确,表面质量较好,加工余量较小;
  • 节省金属材料,减少切削加工工作量。
  • 在批量足够的条件下,能降低零件成本。


缺点及局限性:


  • 模锻件的重量受到一般模锻设备能力的限制,大多在7OKg以下;
  • 锻模的制造周期长、成本高;
  • 模锻设备的投资费用比自由锻大。


3、辊锻
  辊锻是指用一对相向旋转的扇形模具使坯料产生塑性变形,从而获得所需锻件或锻坯的锻造工艺。
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辊锻示意图
  辊锻变形原理如上所示。辊锻变形是复杂的三维变形。大部分变形材料沿着长度方向流动使坯料长度增加,少部分材料横向流动使坯料宽度增加。辊锻过程中坯料根截面面积不断减小。辊锻适用于轴类件拔长,板坯辗片及沿长度方向分配材料等变形过程。
  辊锻可用于生产连杆、麻花钻头、扳手、道钉、锄、镐和透平叶片等。辊锻工艺利用轧制成形原理逐步地使毛坯变形。
  与普通模锻相比,辊锻具有设备结构较简单、生产平稳、振动和噪音小、便于实现自动化、生产效率高等优点。
4、胎模锻
  胎模锻是采用自由锻方法制坯,然后在胎模中最后成形的一种锻造方法,是介于自由锻与模锻之间的一种锻造方法。在模锻设备较少,大部为自由锻锤中小型企业应用普遍。
  胎模锻使用胎模的种类很多,生产中常用的有:型摔、扣模、套模、垫模、合模等。
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  闭式筒模多用于回转体锻件的锻造。如两端面带凸台的齿轮等,有时也用于非回转体锻件的锻造。闭式筒模锻造属无飞边锻造。
  对于形状复杂的胎模锻件,则需在筒模内再加两个半模(即增加一个分模面)制成组合筒模,毛坯在由两个半模组成的模膛内成形。
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  合膜通常由上下模两部分组成。为了使上下模吻合及不使锻件产生错移,经常用导柱和导销定位。合模多用于生产形状复杂的非回转体锻件,如连杆、叉形锻件等。
胎模锻与自由锻相比有如下优点 :
  (1) 由于坯料在模膛内成形,所以锻件尺寸比较精确,表面比较光洁,流线组织的分布比较合理,所以质量较高;
  (2) 胎模锻能锻出形状比较复杂的锻件;由于锻件形状由模膛控制,所以坯料成形较快,生产率比自由锻高1~5倍;
  (3) 余块少,因而加工余量较小,既可节省金属材料,又能减少机加工工时。
缺点及局限性:
  (1) 需要吨位较大的锻锤;
  (2) 只能生产小型锻件;
  (3) 胎模的使用寿命较低;
  (4) 工作时一般要靠人力搬动胎模,因而劳动强度较大;
  (5) 胎模锻用于生产中、小批量的锻件。


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