1、金属工艺学主 编 ： 王 英 杰 张 芙 丽副 主 编 ： 金 升 王 成 国机械工业出版社第七章 金属压力加工二、金属锻造工艺五、冲压一、金属压力加工概述六、金属压力加工新技术简介三、自由锻工艺过程设计基础四、锻造结构工艺性一、金属压力加工的基本概念一、金属压力加工的基本概念锻造是指在加压设备及工锻造是指在加压设备及工( (模模) )具的作用下具的作用下, ,使坯料、铸锭产生局部或全使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形部的塑性变形, ,以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。冲压是指使坯料经分离或成形而得到制件的工艺统称。冲压是指使坯料
2、经分离或成形而得到制件的工艺统称。挤压是指坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用下挤压是指坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用下, ,从模具的孔口从模具的孔口或缝隙挤出或缝隙挤出, ,使之横截面积减小使之横截面积减小, ,成为所需制品的加工方法。成为所需制品的加工方法。轧制是指金属材料轧制是指金属材料( (或非金属材料或非金属材料) )在旋转轧辊的压力作用下在旋转轧辊的压力作用下, ,产生连续产生连续塑性变形塑性变形, ,获得所要求的截面形状并改变其性能的工艺方法。按轧辊轴线与轧制获得所要求的截面形状并改变其性能的工艺方法。按轧辊轴线与轧制线间和轧辊转向的关系不同线间和轧辊转向的关系不同,
3、,可分为纵轧、斜轧和横轧三种。可分为纵轧、斜轧和横轧三种。拉拔是指坯料在牵引力作用下通过模孔拉出使之产生塑性变形而得到截拉拔是指坯料在牵引力作用下通过模孔拉出使之产生塑性变形而得到截面小、长度增加的工艺。面小、长度增加的工艺。二、金属压力加工的特点二、金属压力加工的特点(1)(1)改善金属的内部组织改善金属的内部组织, ,提高金属的力学性能因为金属经压力加工后提高金属的力学性能因为金属经压力加工后, ,使金属毛坯的晶粒变得细小使金属毛坯的晶粒变得细小, ,并使原始铸造组织中的内部缺陷并使原始铸造组织中的内部缺陷( (如微裂纹、气孔、如微裂纹、气孔、缩松等缩松等) )压合压合, ,因而提高了金属
4、的力学性能。因而提高了金属的力学性能。(2)(2)节省金属材料由于压力加工提高了金属的强度等力学性能节省金属材料由于压力加工提高了金属的强度等力学性能, ,因此因此, ,可相对地缩小零件的截面尺寸可相对地缩小零件的截面尺寸, ,减轻零件的重量。另外减轻零件的重量。另外, ,采用精密锻造时采用精密锻造时, ,可使锻可使锻件的尺寸精度和表面粗糙度接近成品零件件的尺寸精度和表面粗糙度接近成品零件, ,实现锻件少切屑或无切屑加工。实现锻件少切屑或无切屑加工。(3)(3)具有较高的生产率除自由锻造外具有较高的生产率除自由锻造外, ,其他几种压力加工方法都具有较其他几种压力加工方法都具有较高的生产率高的生
5、产率, ,如齿轮压制、滚轮压制等制造方法均比机械加工的生产率高出几倍如齿轮压制、滚轮压制等制造方法均比机械加工的生产率高出几倍甚至几十倍以上。甚至几十倍以上。(4)(4)生产范围广金属压力加工可以生产各种不同类型与不同重量的产生产范围广金属压力加工可以生产各种不同类型与不同重量的产品品, ,从重量不足从重量不足1g1g的冲压件的冲压件, ,到重达数百吨的大型锻件等都可以进行生产。到重达数百吨的大型锻件等都可以进行生产。压力加工的不足之处是压力加工的不足之处是, ,不能获得形状复杂的制件不能获得形状复杂的制件, ,一般制件的尺寸精度、一般制件的尺寸精度、形状精度和表面质量还不够高形状精度和表面质
6、量还不够高, ,加工设备比较昂贵加工设备比较昂贵, ,制件的加工成本也比铸件高。制件的加工成本也比铸件高。另外另外, ,在压力加工过程中会对金属的内部组织和性能产生不利影响在压力加工过程中会对金属的内部组织和性能产生不利影响, ,需要在加工过需要在加工过程中进行热处理程中进行热处理( (如退火、正火等如退火、正火等),),使其发生回复与再结晶使其发生回复与再结晶, ,消除压力加工产生消除压力加工产生的不良影响。的不良影响。三、金属压力加工基础知识三、金属压力加工基础知识金属的可锻性是指金属在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。它金属的可锻性是指金属在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。它与
7、金属的塑性和变形抗力有关与金属的塑性和变形抗力有关, ,塑性越好塑性越好, ,变形抗力越小变形抗力越小, ,则金属的可锻性越好则金属的可锻性越好, ,反之反之, ,则金属的可锻性越差。则金属的可锻性越差。1.1.金属的塑性变形金属的塑性变形金属在外力作用下将产生塑性变形金属在外力作用下将产生塑性变形, ,其变形过程包括弹性变形和塑性变其变形过程包括弹性变形和塑性变形两个阶段。弹性变形在外力去除后能够恢复原状形两个阶段。弹性变形在外力去除后能够恢复原状, ,所以所以, ,不能用于成形加工不能用于成形加工, ,只只有塑性变形这种永久性的变形有塑性变形这种永久性的变形, ,才能用于成形加工。同时才能
8、用于成形加工。同时, ,塑性变形会对金属的组塑性变形会对金属的组织和性能产生很大影响织和性能产生很大影响, ,因此因此, ,了解金属的塑性变形对于理解压力加工的基本原理了解金属的塑性变形对于理解压力加工的基本原理具有重要意义。具有重要意义。(1)(1)金属塑性变形的实质试验证明金属塑性变形的实质试验证明, ,金属单晶体的变形方式主要有滑移金属单晶体的变形方式主要有滑移和孪晶两种和孪晶两种, ,在大多数情况下滑移是金属塑性变形的主要方式。如图在大多数情况下滑移是金属塑性变形的主要方式。如图7-27-2所示所示, ,金金属单晶体在切应力作用下属单晶体在切应力作用下, ,晶体的一部分相对于另一部分沿
9、着一定的晶面产生滑晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面产生滑动动, ,这种现象称为滑移。产生滑动的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。一这种现象称为滑移。产生滑动的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。一般来说般来说, ,滑移面是原子排列密度最大的平面滑移面是原子排列密度最大的平面, ,滑移方向是原子排列密度最大的方向。滑移方向是原子排列密度最大的方向。理论上讲理论上讲, ,理想的金属单晶体产生滑移运动时需要很大的变形力理想的金属单晶体产生滑移运动时需要很大的变形力, ,但试验但试验测定的金属晶体滑移时的临界变形力是理论计算数值的百分之一以下。这说明金测定的金属晶体滑移时的临界变形力是理论计
10、算数值的百分之一以下。这说明金属的滑移并不是晶体的一部分沿滑移面相对于另一部分作刚性的整体位移属的滑移并不是晶体的一部分沿滑移面相对于另一部分作刚性的整体位移, ,而是而是通过晶体内部的位错运动实现的通过晶体内部的位错运动实现的, ,如图如图7-37-3所示。所示。 多晶体多晶体( (如金属如金属) )是由许多微小的单个晶粒杂乱组合而成的。其塑是由许多微小的单个晶粒杂乱组合而成的。其塑性变形过程可以看成是许多单个晶粒塑性变形的总和性变形过程可以看成是许多单个晶粒塑性变形的总和; ;另外另外, ,多晶体塑性变多晶体塑性变形还存在着晶粒与晶粒之间的滑移和转动形还存在着晶粒与晶粒之间的滑移和转动,
11、,即晶间变形即晶间变形, ,如图如图7-47-4所示。但所示。但多晶体的塑性变形以晶内变形为主多晶体的塑性变形以晶内变形为主, ,晶间变形很小。由于晶界处原子排列晶间变形很小。由于晶界处原子排列紊乱紊乱, ,各个晶粒的位向不同各个晶粒的位向不同, ,使晶界处的位错运动较难使晶界处的位错运动较难, ,所以所以, ,晶粒越细晶粒越细, ,晶晶界面积越大界面积越大, ,变形抗力就越大变形抗力就越大, ,金属的强度也越高金属的强度也越高; ;另外另外, ,晶粒越细晶粒越细, ,金属的金属的塑性变形可分散在更多的晶粒内进行塑性变形可分散在更多的晶粒内进行, ,应力集中较小应力集中较小, ,金属的塑性变形
12、能力金属的塑性变形能力也越好也越好, ,因此因此, ,生产中都尽量获得细晶粒组织。生产中都尽量获得细晶粒组织。试验观察证明试验观察证明: :金属在滑移变形过程中金属在滑移变形过程中, ,一部分旧的位错消失一部分旧的位错消失, ,又大量产又大量产生新的位错生新的位错, ,总的位错数量是增加的总的位错数量是增加的, ,大量位错运动的宏观表现就是金属的塑性变大量位错运动的宏观表现就是金属的塑性变形过程。位错运动观点认为形过程。位错运动观点认为: :晶体缺陷及位错相互纠缠会阻碍位错运动晶体缺陷及位错相互纠缠会阻碍位错运动, ,导致金属导致金属的强化的强化, ,即产生冷变形强化现象。即产生冷变形强化现象
13、。(2)(2)金属的冷变形强化随着金属冷变形程度的增加金属的冷变形强化随着金属冷变形程度的增加, ,金属的强度指标和金属的强度指标和硬度都有所提高硬度都有所提高, ,但塑性有所下降但塑性有所下降, ,这种现象称为冷变形强化。金属变形后这种现象称为冷变形强化。金属变形后, ,金属金属的晶格结构严重畸变的晶格结构严重畸变, ,形变金属的晶粒被压扁或拉长形变金属的晶粒被压扁或拉长, ,形成纤维组织形成纤维组织, ,如图如图7-57-5所所示示, ,甚至破碎成许多小晶块。此时金属的位错密度提高甚至破碎成许多小晶块。此时金属的位错密度提高, ,变形难度加大变形难度加大, ,金属的可金属的可锻性恶化。低碳
14、钢塑性变形时力学性能的变化规律如图锻性恶化。低碳钢塑性变形时力学性能的变化规律如图7-67-6所示所示, ,其强度、硬度其强度、硬度随变形程度的增大而增加随变形程度的增大而增加, ,塑性、韧性则明显下降。塑性、韧性则明显下降。图7-5金属冷轧前后多晶体晶粒形状的变化图7-6低碳钢的冷变形强化规律2.2.回复与再结晶回复与再结晶经过冷变形的金属组织处于不稳定状态经过冷变形的金属组织处于不稳定状态, ,它具有自发地恢复到稳定状态它具有自发地恢复到稳定状态的倾向。但是在室温下的倾向。但是在室温下, ,金属原子的活动能力很小金属原子的活动能力很小, ,这种不稳定状态的组织能够保这种不稳定状态的组织能够
15、保持很长时间而不发生明显的变化。只有对冷变形金属进行加热持很长时间而不发生明显的变化。只有对冷变形金属进行加热, ,增大金属原子的增大金属原子的活动能力活动能力, ,才会发生显微组织和力学性能的变化才会发生显微组织和力学性能的变化, ,并逐步使冷变形金属的内部组织并逐步使冷变形金属的内部组织状态恢复到稳定状态。对冷变形的金属进行加热时状态恢复到稳定状态。对冷变形的金属进行加热时, ,金属将相继发生回复、再结金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段的变化晶和晶粒长大三个阶段的变化, ,如图如图7-77-7所示。所示。图7-7冷变形金属加热时组织与性能变化规律(1)(1)回复将冷变形后的金属加
16、热至一定温度后回复将冷变形后的金属加热至一定温度后, ,使原子回复到平衡位置使原子回复到平衡位置, ,晶粒内残余应力大大减小的现象称为回复。冷变形金属在回复过程中晶粒内残余应力大大减小的现象称为回复。冷变形金属在回复过程中, ,由于加热由于加热温度不高温度不高, ,原子的活动能力较小原子的活动能力较小, ,金属中的显微组织变化不大金属中的显微组织变化不大, ,金属的强度和硬度金属的强度和硬度基本保持不变基本保持不变, ,但金属的塑性略有回升但金属的塑性略有回升, ,残余内应力部分消除。例如残余内应力部分消除。例如, ,冷拔弹簧钢冷拔弹簧钢丝绕制弹簧后常进行低温退火丝绕制弹簧后常进行低温退火(
17、(也称定形处理也称定形处理),),就是利用回复保持冷拔钢丝的高就是利用回复保持冷拔钢丝的高强度强度, ,消除冷卷弹簧时产生的内应力。消除冷卷弹簧时产生的内应力。(2)(2)再结晶当加热温度较高时再结晶当加热温度较高时, ,塑性变形后的金属中被拉长了的晶粒重塑性变形后的金属中被拉长了的晶粒重新生核、结晶新生核、结晶, ,变为等轴晶粒的过程称为再结晶变为等轴晶粒的过程称为再结晶, ,再结晶恢复了变形金属的可锻性。再结晶恢复了变形金属的可锻性。再结晶是在一定的温度范围进行的再结晶是在一定的温度范围进行的, ,开始产生再结晶现象的最低温度称为再结晶开始产生再结晶现象的最低温度称为再结晶温度。纯金属的再
18、结晶温度是温度。纯金属的再结晶温度是: : T T再再0.4T0.4T熔熔(K)(K)式中式中T T熔熔纯金属的热力学温度熔点。纯金属的热力学温度熔点。合金中的合金元素会使再结晶温度显著提高。在常温下经过塑性变形的合金中的合金元素会使再结晶温度显著提高。在常温下经过塑性变形的金属金属, ,加热到再结晶温度以上加热到再结晶温度以上, ,使其发生再结晶的处理过程称为再结晶退火。再结使其发生再结晶的处理过程称为再结晶退火。再结晶退火可以消除加工硬化晶退火可以消除加工硬化, ,提高塑性提高塑性, ,便于金属继续进行压力加工便于金属继续进行压力加工, ,如金属在冷轧、如金属在冷轧、冷拉、冷冲压过程中冷拉
19、、冷冲压过程中, ,需在各工序中穿插再结晶退火对金属进行软化。有些金属需在各工序中穿插再结晶退火对金属进行软化。有些金属如铅如铅(Pb)(Pb)和锡和锡(Sn)(Sn)其再结晶温度均低于室温其再结晶温度均低于室温, ,约为约为0,0,因此因此, ,它们在室温下不会它们在室温下不会产生冷形变强化现象产生冷形变强化现象, ,总是感觉很软。总是感觉很软。(3)(3)晶粒长大产生纤维化组织的金属晶粒长大产生纤维化组织的金属, ,通过再结晶通过再结晶, ,一般都能得到细小一般都能得到细小而均匀的等轴晶粒。但是如果加热温度过高或加热时间过长而均匀的等轴晶粒。但是如果加热温度过高或加热时间过长, ,则再结晶
20、后形成的则再结晶后形成的晶粒会明显地长大晶粒会明显地长大, ,成为粗晶组织成为粗晶组织( (图图7-8),7-8),从而使金属的力学性能下降从而使金属的力学性能下降, ,可锻性可锻性恶化。恶化。3.3.冷加工与热加工的界限冷加工与热加工的界限从金属学的观点来讲从金属学的观点来讲, ,划分冷加工与热加工的界限是再结晶温度。在再划分冷加工与热加工的界限是再结晶温度。在再结晶温度以上进行的塑性变形属于热加工结晶温度以上进行的塑性变形属于热加工, ,而在再结晶温度以下进行的塑性变形而在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷加工。显然称为冷加工。显然, ,冷加工与热加工并不是以具体的加工温度的高低来区分的。
21、冷加工与热加工并不是以具体的加工温度的高低来区分的。例如例如, ,金属钨金属钨(W)(W)的最低再结晶温度约为的最低再结晶温度约为1 200,1 200,所以所以, ,钨即使是在稍低钨即使是在稍低于于1 2001 200的高温下进行塑性变形仍属于冷加工的高温下进行塑性变形仍属于冷加工; ;而锡而锡(Sn)(Sn)的最低再结晶温度约的最低再结晶温度约为为-7,-7,所以所以, ,锡即使是在室温下进行塑性变形却仍属于热加工。冷加工过程中锡即使是在室温下进行塑性变形却仍属于热加工。冷加工过程中由于冷变形强化由于冷变形强化, ,金属的可锻性趋于恶化。热加工过程中金属的可锻性趋于恶化。热加工过程中, ,
22、由于金属同时进行着再由于金属同时进行着再结晶软化过程结晶软化过程, ,可锻性较好可锻性较好, ,因此因此, ,能够顺利地进行大变形量的塑性变形能够顺利地进行大变形量的塑性变形, ,从而实从而实现各种成形加工。现各种成形加工。4.4.锻造流线与锻造比锻造流线与锻造比(1)(1)锻造流线在锻造时锻造流线在锻造时, ,金属的脆性杂质被打碎金属的脆性杂质被打碎, ,顺着金属主要伸长方顺着金属主要伸长方向呈带状分布向呈带状分布; ;塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布, ,且在再结晶过且在再结晶过程中不会消除。这种热锻后的金属组织具有一定的方向性程中不
23、会消除。这种热锻后的金属组织具有一定的方向性, ,通常将这种组织称为通常将这种组织称为锻造流线。锻造流线使金属的性能呈各向异性锻造流线。锻造流线使金属的性能呈各向异性( (见表见表7-1),7-1),即沿着流线方向即沿着流线方向( (纵向纵向) )的抗拉强度较高的抗拉强度较高, ,而垂直于流线方向而垂直于流线方向( (横向横向) )的抗拉强度较低。的抗拉强度较低。在设计和制造机械零件时在设计和制造机械零件时, ,必须考虑锻件的锻造流线的合理分布。要尽必须考虑锻件的锻造流线的合理分布。要尽量使锻件的锻造流线与零件的轮廓相吻合是锻件工艺设计的一条基本原则。例如量使锻件的锻造流线与零件的轮廓相吻合是
24、锻件工艺设计的一条基本原则。例如, ,图图7-97-9所示的吊钩、螺钉头和曲轴中的锻造流线的分布状态是合理的。所示的吊钩、螺钉头和曲轴中的锻造流线的分布状态是合理的。(2)(2)锻造比在锻造生产中锻造比在锻造生产中, ,金属的变形程度常以锻造比金属的变形程度常以锻造比Y Y来表示来表示, ,即以变即以变形前后的截面比、长度比或高度比表示。当锻造比形前后的截面比、长度比或高度比表示。当锻造比Y=2Y=2时时, ,原始铸态组织中的疏原始铸态组织中的疏松、气孔被压合松、气孔被压合, ,组织被细化组织被细化, ,锻件各个方向的力学性能均有显著提高锻件各个方向的力学性能均有显著提高; ;当当Y=25Y=
25、25时时, ,锻件中流线组织明显锻件中流线组织明显, ,产生明显的各向异性产生明显的各向异性, ,沿流线方向力学性能略有提高沿流线方向力学性能略有提高, ,但垂直于流线方向的力学性能开始下降但垂直于流线方向的力学性能开始下降; ;当当Y5Y5时时, ,锻件沿流线方向的力学性能不锻件沿流线方向的力学性能不再提高再提高, ,垂直于流线方向的力学性能急剧下降。垂直于流线方向的力学性能急剧下降。例如例如, ,以钢锭为坯料进行锻造时以钢锭为坯料进行锻造时, ,应按锻件的力学性能要求选择合理的锻应按锻件的力学性能要求选择合理的锻造比。对沿流线方向有较高力学性能要求的锻件造比。对沿流线方向有较高力学性能要求
26、的锻件( (如拉杆如拉杆),),应选择较大的锻造比应选择较大的锻造比; ;对垂直于流线方向有较高力学性能要求的锻件对垂直于流线方向有较高力学性能要求的锻件( (如吊钩如吊钩),),锻造比取锻造比取22.522.5即可。即可。5.5.影响金属可锻性的因素影响金属可锻性的因素影响金属可锻性的因素主要有影响金属可锻性的因素主要有: :金属化学成分、组织结构以及变形条件。金属化学成分、组织结构以及变形条件。(1)(1)化学成分及组织结构的影响一般来说化学成分及组织结构的影响一般来说, ,纯金属的可锻性优于其合金纯金属的可锻性优于其合金的可锻性的可锻性; ;合金中合金元素的质量分数越高合金中合金元素的质
27、量分数越高, ,成分越复杂成分越复杂, ,其可锻性越差其可锻性越差; ;非合金非合金钢中碳的质量分数越高钢中碳的质量分数越高, ,可锻性越差。纯金属组织和未饱和的单相固溶体组织具可锻性越差。纯金属组织和未饱和的单相固溶体组织具有良好的可锻性有良好的可锻性; ;合金组织中金属化合物增加会使其可锻性急剧恶化合金组织中金属化合物增加会使其可锻性急剧恶化; ;细晶粒组织细晶粒组织的可锻性优于粗晶组织。的可锻性优于粗晶组织。(2)(2)工艺条件的影响在一定温度范围内工艺条件的影响在一定温度范围内, ,随着变形温度的升高随着变形温度的升高, ,再结晶再结晶过程逐渐进行过程逐渐进行, ,金属的变形能力增加金
28、属的变形能力增加, ,变形抗力减少变形抗力减少, ,从而改善了金属的可锻性。从而改善了金属的可锻性。一般来说一般来说, ,变形速度提高变形速度提高, ,金属的可锻性变差。金属在挤压时呈三向压应力状态金属的可锻性变差。金属在挤压时呈三向压应力状态, ,表现出较高的塑性和较大的变形抗力表现出较高的塑性和较大的变形抗力; ;金属在拉拔时呈两向压应力和一向拉应力金属在拉拔时呈两向压应力和一向拉应力状态状态, ,表现出较低的塑性和较小的变形抗力。表现出较低的塑性和较小的变形抗力。第二节金属锻造工艺第二节金属锻造工艺一、坯料的加热一、坯料的加热1.1.加热目的加热目的加热的目的是提高金属的塑性和降低变形抗
29、力加热的目的是提高金属的塑性和降低变形抗力, ,以改善其可锻性和获得以改善其可锻性和获得良好的锻后组织。金属加热后可以用较小的锻打力量使坯料产生较大的变形而不良好的锻后组织。金属加热后可以用较小的锻打力量使坯料产生较大的变形而不破裂。非合金钢、低合金钢和合金钢锻造时应在单相奥氏体区进行破裂。非合金钢、低合金钢和合金钢锻造时应在单相奥氏体区进行, ,因为奥氏体因为奥氏体组织具有良好的塑性和均匀一致的组织。组织具有良好的塑性和均匀一致的组织。2.2.锻造温度范围锻造温度范围锻造温度范围是指由始锻温度到终锻温度之间的温度间隔。锻造温度范围是指由始锻温度到终锻温度之间的温度间隔。(1)(1)始锻温度始
30、锻温度是指开始锻造时坯料的温度始锻温度始锻温度是指开始锻造时坯料的温度, ,也是锻造允许的最也是锻造允许的最高加热温度。这一温度不宜过高高加热温度。这一温度不宜过高, ,否则可能造成锻件过热和过烧否则可能造成锻件过热和过烧; ;但始锻温度也不但始锻温度也不宜过低宜过低, ,因为过低则使锻造温度范围缩小因为过低则使锻造温度范围缩小, ,缩短锻造操作时间缩短锻造操作时间, ,增加锻造过程的复增加锻造过程的复杂性。所以杂性。所以, ,确定始锻温度的原则是在不出现过热和过烧的前提下确定始锻温度的原则是在不出现过热和过烧的前提下, ,尽量提高始锻尽量提高始锻温度温度, ,以增加金属的塑性以增加金属的塑性
31、, ,降低变形抗力降低变形抗力, ,有利于锻造成形加工。非合金钢的始锻有利于锻造成形加工。非合金钢的始锻温度应比固相线低温度应比固相线低200200左右左右, ,如图如图7-117-11所示。所示。(2)(2)终锻温度终锻温度是指坯料经过锻造成终锻温度终锻温度是指坯料经过锻造成形形, ,在停止锻造时锻件的瞬时温度。如果这一温度过高在停止锻造时锻件的瞬时温度。如果这一温度过高, ,则停锻后晶粒会在高温下继续长大则停锻后晶粒会在高温下继续长大, ,造成锻件内部晶粒造成锻件内部晶粒粗大粗大; ;如果终锻温度过低则锻件塑性较低如果终锻温度过低则锻件塑性较低, ,锻件变形困锻件变形困难难, ,容易产生冷
32、形变强化。所以容易产生冷形变强化。所以, ,确定终锻温度的原则确定终锻温度的原则是在保证锻造结束前金属还具有足够的塑性以及锻造是在保证锻造结束前金属还具有足够的塑性以及锻造后能获得再结晶组织的前提下后能获得再结晶组织的前提下, ,终锻温度应稍低一些。终锻温度应稍低一些。非合金钢的终锻温度非合金钢的终锻温度, ,常取常取800800左右左右, ,如图如图7-117-11所示。所示。常用金属材料的锻造温度范围见表常用金属材料的锻造温度范围见表7-27-2。二、锻造成形二、锻造成形1.1.自由锻自由锻自由锻自由锻( (或自由锻造或自由锻造) )是指只用简单的通用性工具是指只用简单的通用性工具, ,或
33、在锻造设备的上、或在锻造设备的上、下砧铁之间直接对坯料施加外力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。自由锻一般分为手工自由锻和机器自由锻两种质量的锻件的加工方法。自由锻一般分为手工自由锻和机器自由锻两种, ,其中手其中手工自由锻一般用于生产小型锻件。自由锻在重型机械生产中具有重要地位工自由锻一般用于生产小型锻件。自由锻在重型机械生产中具有重要地位, ,可以可以生产生产1kg1kg到到300t300t的锻件。自由锻也是历史最悠久的一种锻造方法的锻件。自由锻也是历史最悠久的一种锻造方法, ,具有工艺灵
34、活具有工艺灵活, ,所用设备及工具通用性大所用设备及工具通用性大, ,加工成本低等特点。但自由锻生产率较低加工成本低等特点。但自由锻生产率较低, ,锻件精度低锻件精度低, ,劳动强度大劳动强度大, ,故多用于单件或小批生产形状较简单、精度要求不高的锻件。故多用于单件或小批生产形状较简单、精度要求不高的锻件。由于自由锻是采取逐步成形方式成形的由于自由锻是采取逐步成形方式成形的, ,所需变形力较小所需变形力较小, ,所以它是生产所以它是生产大型锻件大型锻件(300t(300t以上以上) )的唯一方法。采用自由锻方法生产的锻件的唯一方法。采用自由锻方法生产的锻件, ,称为自由锻件称为自由锻件( (图
35、图7-12)7-12)。自由锻是通过局部锻打逐步成形的。自由锻是通过局部锻打逐步成形的, ,它的基本工序包括它的基本工序包括: :镦粗、拔长、镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。(1)(1)镦粗镦粗是指使毛坯高度减小镦粗镦粗是指使毛坯高度减小, ,横截面积增大的锻造工序横截面积增大的锻造工序, ,如图如图7-7-13a13a所示。镦粗常用于锻造圆饼类锻件。镦粗时所示。镦粗常用于锻造圆饼类锻件。镦粗时, ,由于坯料两端面与上下砧铁间由于坯料两端面与上下砧铁间产生摩擦力产生摩擦力, ,阻碍金属的流动阻碍金属的流动, ,因此因此, ,圆柱形坯料经镦
36、粗后呈鼓形圆柱形坯料经镦粗后呈鼓形, ,这种形状可以这种形状可以在后续工序中进行修整。对坯料上某一部分进行的镦粗在后续工序中进行修整。对坯料上某一部分进行的镦粗, ,称为局部镦粗称为局部镦粗, ,图图7-13b7-13b所示是使用模具所示是使用模具, ,镦粗凸肩齿轮镦粗凸肩齿轮, ,图图7-13c7-13c所示是使用模具所示是使用模具, ,镦粗坯料的中部。镦粗坯料的中部。镦粗常用于制造大截面零件镦粗常用于制造大截面零件, ,如齿轮坯、圆盘、叶轮等。另外如齿轮坯、圆盘、叶轮等。另外, ,镦粗又是镦粗又是锻造环形类锻件、套筒类锻件的预备工序。锻造环形类锻件、套筒类锻件的预备工序。图7-13镦粗(2
37、)(2)拔长拔长是指使毛坯横断面积减小拔长拔长是指使毛坯横断面积减小, ,长度增加的锻造工序长度增加的锻造工序, ,如图如图7-7-1414所示。拔长常用于锻造截面小而长度大的杆类锻件所示。拔长常用于锻造截面小而长度大的杆类锻件, ,如轴、拉杆、连杆、曲轴如轴、拉杆、连杆、曲轴等。等。拔长时可用将锻件反复左右转动拔长时可用将锻件反复左右转动9090的方法对锻件进行锻打的方法对锻件进行锻打, ,如图如图7-15a7-15a所所示示; ;也可以采用先顺着锻件轴线锻完一面翻转也可以采用先顺着锻件轴线锻完一面翻转9090后后, ,再依次锻另一面的方法再依次锻另一面的方法, ,如图如图7-15b7-15
38、b所示。所示。图7-14拔长图7-15拔长时翻转锻件的方法(3)(3)冲孔冲孔是指在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序冲孔冲孔是指在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序, ,如图如图7-167-16所所示。冲孔常用于锻造齿轮坯、环套类等空心锻件。示。冲孔常用于锻造齿轮坯、环套类等空心锻件。(4)(4)切割切割是指将坯料分成几部分或部分地割开或从坯料的外部割切割切割是指将坯料分成几部分或部分地割开或从坯料的外部割掉一部分或从内部割掉一部分的锻造工序掉一部分或从内部割掉一部分的锻造工序, ,如图如图7-177-17所示。切割常用于下料所示。切割常用于下料, ,切切除锻件的料头、钢锭的冒口等。除锻件的料头
39、、钢锭的冒口等。图7-16冲孔图7-17切割(5)(5)弯曲弯曲是指采用一定的工模具将毛坯弯成所规定的外形的锻造弯曲弯曲是指采用一定的工模具将毛坯弯成所规定的外形的锻造工序工序, ,如图如图7-187-18所示所示, ,弯曲常用于锻造角尺、弯板、吊钩、链环等轴线弯曲的锻弯曲常用于锻造角尺、弯板、吊钩、链环等轴线弯曲的锻件。件。(6)(6)锻接锻接是指坯料在炉内加热至高温后用锤快击使两者在固相状锻接锻接是指坯料在炉内加热至高温后用锤快击使两者在固相状态结合的锻造工序。锻接的方法有搭接、对接、咬接等态结合的锻造工序。锻接的方法有搭接、对接、咬接等, ,如图如图7-197-19所示。锻件锻所示。锻件
40、锻接后的接缝强度可达被连接材料强度的接后的接缝强度可达被连接材料强度的70%80%70%80%。图7-18弯曲图7-19锻接(7)(7)错移错移是指将坯料的一部分相对另一部分错开一段距离错移错移是指将坯料的一部分相对另一部分错开一段距离, ,但仍但仍保持这两部分轴线平行的锻造工序保持这两部分轴线平行的锻造工序, ,如图如图7-207-20所示。错移常用于锻造曲轴类零件。所示。错移常用于锻造曲轴类零件。错移前错移前, ,先对坯料进行局部切断先对坯料进行局部切断, ,然后在切口两侧分别施加大小相等、方向相反然后在切口两侧分别施加大小相等、方向相反, ,且垂直于轴线的冲击力或压力且垂直于轴线的冲击力
41、或压力, ,使坯料实现错移。使坯料实现错移。(8)(8)扭转扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角扭转扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。扭转常用于锻造多拐曲轴、麻花钻和校正某些锻件。对于小型坯度的锻造工序。扭转常用于锻造多拐曲轴、麻花钻和校正某些锻件。对于小型坯料料, ,若扭转角度不大时若扭转角度不大时, ,可用锤击方法可用锤击方法, ,如图如图7-217-21所示。所示。2.2.模锻模锻模锻是指利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。用模锻方法生产模锻是指利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。用模锻方法生产的锻件称为模锻件的锻件称为模锻件( (
42、图图7-22)7-22)。模锻过程中。模锻过程中, ,由于坯料在锻模内是整体锻打成形的由于坯料在锻模内是整体锻打成形的, ,因此因此, ,所需的变形力较大。所需的变形力较大。图7-21用锤击扭转图7-22模锻件模锻按所用设备的不同模锻按所用设备的不同, ,可分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压可分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻、平锻机上模锻等。图力机上模锻、平锻机上模锻等。图7-237-23所示为锤上模锻。锻模由上锻模和下锻所示为锤上模锻。锻模由上锻模和下锻模两部分组成模两部分组成, ,分别安装在锤头和模垫上分别安装在锤头和模垫上, ,工作时上锻模随锤头一起上下运动工作时上锻
43、模随锤头一起上下运动, ,上上锻模向下扣合时锻模向下扣合时, ,对模膛中的坯料进行冲击对模膛中的坯料进行冲击, ,使之充满整个模膛使之充满整个模膛, ,从而得到所需的从而得到所需的锻件。锻件。模锻与自由锻相比有很多优点模锻与自由锻相比有很多优点, ,如模锻生产率高如模锻生产率高, ,有时比自由锻高几十有时比自由锻高几十倍倍; ;模锻件尺寸比较精确模锻件尺寸比较精确, ,切削加工余量少切削加工余量少, ,故可节省金属材料故可节省金属材料, ,减少切削加工工减少切削加工工时时; ;模锻能锻制形状比较复杂的锻件。但模锻受到设备吨位的限制模锻能锻制形状比较复杂的锻件。但模锻受到设备吨位的限制, ,模锻
44、件质量一模锻件质量一般在般在150kg150kg以下以下, ,且制造锻模的成本较高。因此且制造锻模的成本较高。因此, ,模锻主要用于大批量生产形状比模锻主要用于大批量生产形状比较复杂、精度要求较高的中小型锻件。较复杂、精度要求较高的中小型锻件。3.3.胎模锻胎模锻胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法。胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法。胎模是一种只有一个模膛且不固定在锻造设备上的锻模。胎模锻是介于自由锻和胎模是一种只有一个模膛且不固定在锻造设备上的锻模。胎模锻是介于自由锻和模锻之间的一种锻造方法。它是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件模锻之
45、间的一种锻造方法。它是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件, ,胎胎模锻一般用自由锻方法制坯模锻一般用自由锻方法制坯, ,使坯料初步成形使坯料初步成形, ,然后在胎模中终锻成形。胎模不固然后在胎模中终锻成形。胎模不固定在锤头或砧座上定在锤头或砧座上, ,只是在使用时才放上去。胎模的种类较多只是在使用时才放上去。胎模的种类较多, ,常用的胎模有常用的胎模有: :扣扣模、套模、摔模、弯曲模、合模和冲切模等。图模、套模、摔模、弯曲模、合模和冲切模等。图7-247-24所示为扣模与套模。所示为扣模与套模。图7-24胎模胎模锻与自由锻相比胎模锻与自由锻相比, ,生产率高生产率高, ,锻件精度高锻件精度
46、高, ,节约金属材料节约金属材料, ,锻件成本低锻件成本低; ;胎模锻与模锻相比胎模锻与模锻相比, ,不需吨位较大的设备不需吨位较大的设备, ,工艺灵活。但胎模锻比模锻的劳动强度工艺灵活。但胎模锻比模锻的劳动强度大大, ,模具寿命短模具寿命短, ,生产率低。因此生产率低。因此, ,胎模锻一般在无模锻设备的中小型企业中应用胎模锻一般在无模锻设备的中小型企业中应用, ,主要用于生产中小批量的锻件。主要用于生产中小批量的锻件。4.4.其他锻造成形方法其他锻造成形方法(1)(1)精密锻造在一般模锻设备上锻造高精度锻件的锻造方法称为精密精密锻造在一般模锻设备上锻造高精度锻件的锻造方法称为精密锻造。其主要
47、特点是使用两套不同精度的锻模。锻造时锻造。其主要特点是使用两套不同精度的锻模。锻造时, ,先使用粗锻模对锻件进先使用粗锻模对锻件进行锻造行锻造, ,留有留有0.11.2mm0.11.2mm的精锻余量的精锻余量; ;然后然后, ,切下飞边经酸洗后切下飞边经酸洗后, ,重新加热到重新加热到700900,700900,再使用精锻模进行锻造再使用精锻模进行锻造, ,锻件精度高锻件精度高, ,不需或只需少量切削加工。不需或只需少量切削加工。(2)(2)辊锻用一对相向旋转的扇形模具使坯料辊锻用一对相向旋转的扇形模具使坯料产生塑性变形产生塑性变形, ,获得所需锻件或锻坯的锻造工艺获得所需锻件或锻坯的锻造工艺
48、, ,称为称为辊锻辊锻, ,如图如图7-257-25所示。辊锻实质上是把轧制所示。辊锻实质上是把轧制( (纵轧纵轧) )工艺工艺应用于锻件生产的锻造方法。辊锻时应用于锻件生产的锻造方法。辊锻时, ,坯料被扇形模具坯料被扇形模具挤压成形挤压成形, ,常作为模锻前的制坯工序常作为模锻前的制坯工序, ,也可直接制造锻也可直接制造锻件。例如件。例如, ,火车轮箍火车轮箍, ,齿圈齿圈, ,法兰和滚动轴承内、外圈等法兰和滚动轴承内、外圈等, ,就是采用辊锻锻成形的。就是采用辊锻锻成形的。(3)(3)挤压挤压生产率很高挤压挤压生产率很高, ,锻造流线分布合理。但变形抗力大锻造流线分布合理。但变形抗力大,
49、,多用于多用于挤压非铁金属锻件、低碳钢锻件、低合金钢锻件、不锈钢锻件等。挤压按锻件温挤压非铁金属锻件、低碳钢锻件、低合金钢锻件、不锈钢锻件等。挤压按锻件温度的不同度的不同, ,可分为冷挤压、温挤压和热挤压三种可分为冷挤压、温挤压和热挤压三种; ;按被挤压金属的流动方向和凸模按被挤压金属的流动方向和凸模运动关系可分为正挤压、反挤压、复合挤压和镦挤运动关系可分为正挤压、反挤压、复合挤压和镦挤, ,如图如图7-267-26所示。挤压工艺常所示。挤压工艺常用于生产中空零件用于生产中空零件, ,如排气阀、油杯等工件。如排气阀、油杯等工件。三、冷却、检验与热处理三、冷却、检验与热处理热锻成形的锻件热锻成形
50、的锻件, ,通常要根据其化学成分、尺寸、形状复杂程度等来确通常要根据其化学成分、尺寸、形状复杂程度等来确定相应的冷却方法。低碳钢或中碳钢的小型锻件锻后常采用单个或成堆堆放在地定相应的冷却方法。低碳钢或中碳钢的小型锻件锻后常采用单个或成堆堆放在地上空冷上空冷; ;低合金钢的锻件及截面宽厚的锻件则需要放入坑中或埋在砂、石灰或炉低合金钢的锻件及截面宽厚的锻件则需要放入坑中或埋在砂、石灰或炉渣等中缓慢冷却渣等中缓慢冷却; ;高合金钢的锻件及大型锻件的冷却速度要缓慢高合金钢的锻件及大型锻件的冷却速度要缓慢, ,通常采用随炉缓通常采用随炉缓冷。冷却方式不当冷。冷却方式不当, ,会使锻件产生内应力、变形会使
