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鍛造是一種重要的零件制造工藝,了解一下鍛造工藝


作者:連昇旺鍛造     日期:2022-06-20     人氣:
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鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力,使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法,鍛壓(鍛造與沖壓)的兩大組成部分之一。通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷,優(yōu)化微觀組織結構,同時由于保存了完整的金屬流線,鍛件的機械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。相關機械中負載高、工作條件嚴峻的重要零件,除形狀較簡單的可用軋制的板材、型材或焊接件外,多采用鍛件。

鍛造是一種重要的零件制造工藝,了解一下鍛造工藝(圖2)

1.變形溫度

鋼的開始再結晶溫度約為727℃,但普遍采用800℃作為劃分線,高于800℃的是熱鍛;在300~800℃之間稱為溫鍛或半熱鍛,在室溫下進行鍛造的稱為冷鍛。用于大多數(shù)行業(yè)的鍛件都是熱鍛,溫鍛和冷鍛主要用于汽車、通用機械等零件的鍛造,溫鍛和冷鍛可以有效的節(jié)材。

2.鍛造類別

根據(jù)鍛造溫度,可以分為熱鍛、溫鍛和冷鍛。根據(jù)成形機理,鍛造可分為自由鍛、模鍛、碾環(huán)、特殊鍛造。

1)自由鍛。指用簡單的通用性工具,或在鍛造設備的上、下砧鐵之間直接對坯料施加外力,使坯料產(chǎn)生變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質量的鍛件的加工方法。采用自由鍛方法生產(chǎn)的鍛件稱為 自由鍛件。自由鍛都是以生產(chǎn)批量不大的鍛件為主,采用鍛錘、液壓機等鍛造設備對坯料進行成形加工,獲得合格鍛件。自由鍛的基本工序包括鐓粗、拔長、沖孔、切割、彎曲、扭轉、錯移及鍛接等。自由鍛采取的都是熱鍛方式。

2)模鍛。模鍛又分為開式模鍛和閉式模鍛.金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內(nèi)受壓變形而獲得鍛件,模鍛一般用于生產(chǎn)重量不大、批量較大的零件。模鍛可分為熱模鍛、溫鍛和冷鍛。溫鍛和冷鍛是模鍛的未來發(fā)展方向,也代表了鍛造技術水平的高低。

按照材料分,模鍛還可分為黑色金屬模鍛、有色金屬模鍛和粉末制品成形。顧名思義,就是材料分別是碳鋼等黑色金屬、銅鋁等有色金屬和粉末冶金材料。

擠壓應歸屬于模鍛,可以分為重金屬擠壓和輕金屬擠壓。

閉式模鍛和閉式鐓鍛屬于模鍛的兩種先進工藝,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。

3)碾環(huán)。碾環(huán)是指通過專用設備碾環(huán)機生產(chǎn)不同直徑的環(huán)形零件,也用來生產(chǎn)汽車輪轂、火車車輪等輪形零件。

4)特種鍛造。特種鍛造包括輥鍛、楔橫軋、徑向鍛造、液態(tài)模鍛等鍛造方式,這些方式都比較適用于生產(chǎn)某些特殊形狀的零件。例如,輥鍛可以作為有效的預成形工藝,大幅降低后續(xù)的成形壓力;楔橫軋可以生產(chǎn)鋼球、傳動軸等零件;徑向鍛造則可以生產(chǎn)大型的炮筒、臺階軸等鍛件。鋁合金鍛件

5)鍛模

根據(jù)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(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(yōu)點是與鍛件尺寸相比,鍛造力較小情況下也可實現(xiàn)形成。包括自由鍛在內(nèi)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(chǎn)品,例如生產(chǎn)品種多、尺寸大的汽輪機葉片等鍛件。

鍛造設備的模具運動與自由度是不一致的,根據(jù)下死點變形限制特點,鍛造設備可分為下述四種形式:

為了獲得高的精度應注意防止下死點處過載,控制速度和模具位置。因為這些都會對鍛件公差、形狀精度和鍛模壽命有影響。另外,為了保持精度,還應注意調(diào)整滑塊導軌間隙、保證剛度,調(diào)整下死點和利用補助傳動裝置等措施。

還有滑塊垂直和水平運動(用于細長件的鍛造、潤滑冷卻和高速生產(chǎn)的零件鍛造)方式之分,利用補償裝置可以增加其它方向的運動。上述方式不同,所需的鍛造力、工序、材料的利用率、產(chǎn)量、尺寸公差和潤滑冷卻方式都不一樣,這些因素也是影響自動化水平的因素。

3.鍛造用材

鍛造用料主要是各種成分的碳素鋼和合金鋼,其次是鋁、鎂、銅、鈦等及其合金。材料的原始狀態(tài)有棒料、鑄錠、金屬粉末和液態(tài)金屬。金屬在變形前的橫斷面積與變形后的橫斷面積之比稱為鍛造比。正確地選擇鍛造比、合理的加熱溫度及保溫時間、合理的始鍛溫度和終鍛溫度、合理的變形量及變形速度對提高產(chǎn)品質量、降低成本有很大關系。

一般的中小型鍛件都用圓形或方形棒料作為坯料。棒料的晶粒組織和機械性能均勻、良好,形狀和尺寸準確,表面質量好,便于組織批量生產(chǎn)。只要合理控制加熱溫度和變形條件,不需要大的鍛造變形就能鍛出性能優(yōu)良的鍛件。

鑄錠僅用于大型鍛件。鑄錠是鑄態(tài)組織,有較大的柱狀晶和疏松的中心。因此必須通過大的塑性變形,將柱狀晶破碎為細晶粒,將疏松壓實,才能獲得優(yōu)良的金屬組織和機械性能。

經(jīng)壓制和燒結成的粉末冶金預制坯,在熱態(tài)下經(jīng)無飛邊模鍛可制成粉末鍛件。鍛件粉末接近于一般模鍛件的密度,具有良好的機械性能,并且精度高,可減少后續(xù)的切削加工。粉末鍛件內(nèi)部組織均勻,沒有偏析,可用于制造小型齒輪等工件。但粉末的價格遠高于一般棒材的價格,在生產(chǎn)中的應用受到一定限制。鋁合金鍛件

對澆注在模膛的液態(tài)金屬施加靜壓力,使其在壓力作用下凝固、結晶、流動、塑性變形和成形,就可獲得所需形狀和性能的模鍛件。液態(tài)金屬模鍛是介于壓鑄和模鍛間的成形方法,特別適用于一般模鍛難于成形的復雜薄壁件。

鍛造用料除了通常的材料,如各種成分的碳素鋼和合金鋼,其次是鋁、鎂、銅、鈦等及其合金之外,鐵基高溫合金,鎳基高溫合金,鈷基高溫合金的變形合金也采用鍛造或軋制方式完成,只是這些合金由于其塑性區(qū)相對較窄,所以鍛造難度會相對較大,不同材料的加熱溫度,開鍛溫度與終鍛溫度都有嚴格的要求。

4、工藝流程

不同的鍛造方法有不同的流程,其中以熱模鍛的工藝流程最長,一般順序為:鍛坯下料;鍛坯加熱;輥鍛備坯;模鍛成形;切邊;沖孔;矯正;中間檢驗,檢驗鍛件的尺寸和表面缺陷;鍛件熱處理,用以消除鍛造應力,改善金屬切削性能;清理,主要是去除表面氧化皮;矯正;檢查,一般鍛件要經(jīng)過外觀和硬度檢查,重要鍛件還要經(jīng)過化學成分分析、機械性能、殘余應力等檢驗和無損探傷。

5、鍛件特點

與鑄件相比,金屬經(jīng)過鍛造加工后能改善其組織結構和力學性能。鑄造組織經(jīng)過鍛造方法熱加工變形后由于金屬的變形和再結晶,使原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я]^細、大小均勻的等軸再結晶組織,使鋼錠內(nèi)原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實和焊合,其組織變得更加緊密,提高了金屬的塑性和力學性能。

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(xù)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采用精密模鍛、冷擠壓、溫擠壓等工藝生產(chǎn)的鍛件,都是鑄件所無法比擬的。

鍛件是金屬被施加壓力,通過塑性變形塑造要求的形狀或合適的壓縮力的物件。這種力量典型的通過使用鐵錘或壓力來實現(xiàn)。鍛件過程建造了精致的顆粒結構,并改進了金屬的物理屬性。在零部件的現(xiàn)實使用中,一個正確的設計能使顆粒流在主壓力的方向。鑄件是用各種鑄造方法獲得的金屬成型物件,即把冶煉好的液態(tài)金屬,用澆注、壓射、吸入或其它澆鑄方法注入預先準備好的鑄型中,冷卻后經(jīng)落砂、清理和后處理等,所得到的具有一定形狀,尺寸和性能的物件。

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