1、金屬工藝學(xué),主講教師：李 建 輝 聯(lián)系電話電子信箱：ljh_,冶金與材料工程學(xué)院LJHCQUST,金屬熱加工工藝,金屬液態(tài)凝固成形（鑄造）,金屬固態(tài)塑性成形（鍛壓）,金屬連接成形（焊接）,熱加工工藝,鍛造所加工的對象具有三維尺寸，且由于成形力較大，加工時一般都需對坯料進(jìn)行加熱；自由鍛是指只利用簡單的通用性工具或直接在壓力機(jī)的上下砧鐵之間是坯料產(chǎn)生塑性變形生產(chǎn)鍛件的加工方法。模鍛，顧名思義是利用模具型腔來限制金屬坯料的塑性流動從而獲得與模具形狀、尺寸相符的鍛件。,鍛造基本生產(chǎn)方式,第二、三節(jié) 鍛造（自由鍛、模鍛）,1 鍛造方法,自由鍛分類 根據(jù)鍛造時所使用的設(shè)備及作用力

2、性質(zhì)的不同，自由鍛可分為手工自由鍛造、機(jī)器自由鍛造兩大類，其中機(jī)器鍛造又包括錘上自由鍛（沖擊力作用）以及液壓機(jī)上自由鍛（靜壓力作用）。,手工鍛造一般只能生產(chǎn)小型鍛件（鍛造壓力有限），生產(chǎn)率也很低；機(jī)器鍛造自由鍛的主要方法。 自由鍛特點(diǎn)： （1）工具簡單，通用性強(qiáng)；（2）精度低，加工余量大，生產(chǎn)率也較低。 自由鍛主要應(yīng)用于單件、小批量、新品試制或者巨大型鍛件生產(chǎn)。對于巨大型鍛件（目前最大水壓機(jī)可加工的鍛件質(zhì)量達(dá) 300 噸），自由鍛是唯一的加工方法，因而在重型機(jī)械制造中具有特別重要的作用。,自由鍛,自由鍛,自由鍛工序,基本工序,輔助工序,修整工序,1 鍛造方法,能夠較大幅度改變坯料形狀和尺寸的工

3、序，是自由鍛過程中主要變形工序。主要包括：鐓粗、拔長、沖孔、擴(kuò)孔、切割、扭轉(zhuǎn)和彎曲等工步。,坯料進(jìn)入基本工序前為操作方便進(jìn)行的預(yù)先變形工序，包括：壓鉗口、壓肩、倒棱等。,精整鍛件尺寸和形狀以達(dá)到鍛件圖要求的工步。如：校正、滾圓、平整等。,自由鍛,自由鍛工序,基本工序,輔助工序,修整工序,能夠較大幅度改變坯料形狀和尺寸的工序，是自由鍛過程中主要變形工序。主要包括：鐓粗、拔長、沖孔、擴(kuò)孔、切割、扭轉(zhuǎn)和彎曲等工步。,坯料進(jìn)入基本工序前為操作方便進(jìn)行的預(yù)先變形工序，包括：壓鉗口、壓肩、倒棱等。,精整鍛件尺寸和形狀以達(dá)到鍛件圖要求的工步。如：校正、滾圓、平整等。,自由鍛,鍛件分類及基本工序方案,餅塊環(huán)類

4、件: 鐓粗（拔長、鐓粗）、沖孔、 心軸擴(kuò)孔,軸桿類件: 拔長（鐓粗、拔長）、切肩、鍛臺階,筒類（空心類）件: 鐓粗、沖孔、心軸拔長、滾圓,彎曲類件: 拔長（鐓粗、拔長）、彎曲,曲軸類件: 拔長（鐓粗、拔長）、錯移、鍛臺階、扭轉(zhuǎn),1 鍛造方法,自由鍛件分類,模鍛,典型模鍛件,1 鍛造方法,模型鍛造 利用模具使毛坯變形而獲得鍛件的鍛造方法稱為模鍛。 特點(diǎn)：與自由鍛相比，模鍛件精度高、流線組織合理、力學(xué)性能高，且模鍛生產(chǎn)率高，金屬消耗少，能鍛出自由鍛難以成形的復(fù)雜鍛件。 模鍛生產(chǎn)投資大，周期較長；受設(shè)備噸位的限制，模鍛件不能太大，一般重量不超過150kg。,模鍛一般只適用于小型鍛件的大批量生產(chǎn)。,模

5、鍛,1 鍛造方法,模鍛分類 按模具型腔特點(diǎn)模鍛可分為開式模鍛（有飛邊模鍛）、閉式模鍛（無飛邊模鍛）及多向模鍛等；按設(shè)備類型模鍛可分為錘上模鍛、胎模鍛、壓力機(jī)上模鍛等。,錘上模鍛,錘上模鍛所用設(shè)備主要是蒸汽-空氣模鍛錘，模鍛錘的噸位為1t-16t。,鍛模結(jié)構(gòu),錘上模鍛使用的鍛模由帶燕尾的上、下模組成，分別用鑲條固定在錘頭和模座上。上、下模接觸時，其接觸面上所形成的空間為模膛。,1 鍛造方法,錘上模鍛,鍛模結(jié)構(gòu),根據(jù)模膛在成型過程中的作用，可將其分為兩大類：制坯模膛和模鍛模膛。,1 鍛造方法,錘上模鍛,模鍛模膛,模鍛模膛 模鍛模膛可分為預(yù)鍛膛和終鍛模膛。 （1）預(yù)鍛模膛 為了改善終鍛時金屬的流動條

6、件，避免產(chǎn)生充填不滿和折迭，使鍛坯最終成形前獲得接近終鍛形狀的模膛，它可提高終鍛模膛的壽命。其結(jié)構(gòu)比終鍛模膛高度大、寬度小、無飛邊槽，模鍛斜度和圓角大。 （2）終鍛模膛 模鍛時最后成形用的模膛，和熱鍛件圖上相應(yīng)部分的形狀、尺寸一致。終鍛模膛的尺寸應(yīng)比鍛件實(shí)際尺寸放大一個收縮量（鋼件收縮量可取1.5%）。模膛周圍設(shè)飛邊槽，通孔鍛件需留沖孔連皮。,預(yù)鍛模膛與終鍛模膛的主要區(qū)別是前者的圓角和斜度較大，且沒有飛邊槽。,鍛模結(jié)構(gòu),1 鍛造方法,錘上模鍛,模鍛模膛,對于模鍛工藝，一般情況下都會在終鍛模膛的分模面周圍設(shè)置飛邊槽。飛邊槽作用:（1）用來增大金屬從模膛中流出時的阻力，有利于金屬充滿模腔；（2）容

7、納多余的金屬；（3）起到一定的緩沖作用，減弱對上下模的打擊，防止鍛模開裂。 另外還有一點(diǎn)需要注意：對于具有通孔的鍛件，很難利用上下模的凸起部分直接將金屬擠壓分離，一般都是終鍛后在孔內(nèi)留下一定的薄層，成為沖孔連皮。,沖孔連皮以及飛邊槽在鍛后再利用單獨(dú)的切邊模去除。,鍛模結(jié)構(gòu),拔長模膛 用來減小坯料某部分的橫截面積，以增加該部分的長度。,滾壓模膛 用來減小坯料某部分的橫截面積，以增大另一部分的橫截面積。主要是使金屬按模鍛件形狀來分布。,1 鍛造方法,錘上模鍛,制坯模膛,制坯模膛 用以初步改變毛坯形狀、合理分配金屬，以適應(yīng)鍛件橫截面積和形狀的要求，使金屬能更好地充滿模鍛模膛的工序稱為制坯工序。主要包

8、括拔長模膛、滾壓模膛、彎曲模膛和切斷模膛。,鍛模結(jié)構(gòu),彎曲模膛 對于彎曲的桿類模鍛件，需用彎曲模膛來彎曲坯料。,切斷模膛 上模與下模的角部組成的一對刀口，用來切斷金屬。,1 鍛造方法,錘上模鍛,制坯模膛,鍛模結(jié)構(gòu),壓力機(jī)上模鍛,曲柄壓力機(jī)上模鍛（熱模鍛）,1 鍛造方法,特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)封閉，滑塊的壓力基本屬靜力性質(zhì)， 震動、噪音??； 滑塊行程固定，可以一次成形； 采用組合模，節(jié)省模具材料； 機(jī)架變形小，有導(dǎo)向、頂桿裝置，精度較高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化； 一次性投資大，適用于大批量生產(chǎn),1 鍛造方法,適用于中小型鍛件的大批量生產(chǎn)，應(yīng)用于大型鍛造車間（國內(nèi)最大噸位125MN）。,壓力機(jī)上模鍛,曲柄壓力機(jī)上模

9、鍛（熱模鍛）,摩擦壓力機(jī)上模鍛,1 鍛造方法,壓力機(jī)上模鍛,特點(diǎn)： 行程不固定，具有一定的沖擊作用； 通過螺旋副傳遞能量，結(jié)構(gòu)封閉； 滑塊速度較慢，適用于塑性稍差的合金材料； 偏心承載能力差，一般只適用于單膛模鍛,1 鍛造方法,適用中小型鍛件的小批、中批量生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于中小型鍛造車間。,摩擦壓力機(jī)上模鍛,壓力機(jī)上模鍛,胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上，使用可移動的胎模具生產(chǎn)鍛件的鍛造方法。 胎模成形與自由成形相比，具有較高的生產(chǎn)率，鍛件質(zhì)量好，節(jié)省金屬材料，降低鍛件成本。 與固定模膛成形相比，不需要專用鍛造設(shè)備，模具簡單，容易制造。 鍛件質(zhì)量不如固定模膛成形的鍛件高，工人勞動強(qiáng)度大，胎模壽命短，生產(chǎn)率

10、低。 胎模鍛只適用于小批量生產(chǎn)，多用在沒有模鍛設(shè)備的中小型工廠中。,1 鍛造方法,胎模鍛,自由鍛,工藝規(guī)程,繪制鍛件圖,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,鍛件圖是根據(jù)零件圖繪制的。自由鍛件的鍛件圖是在零件圖的基礎(chǔ)上考慮了加工余量、鍛造公差、工藝余塊（敷料）等之后繪制的圖。模鍛件的鍛件圖還應(yīng)考慮分模面的選擇、模鍛斜度和圓角半徑等。,坯料質(zhì)量及尺寸計(jì)算,選擇鍛造工序,錘上模鍛,模鍛工藝規(guī)程,繪制模鍛件圖,1. 分模面,要保證模鍛件能從模膛中取出,上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致,分模面能使模膛深度最淺,分模面應(yīng)使零件所加的敷料最少,x,x,x,分模面為平面，使上下鍛模的模膛深度一致,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,2

11、. 余量、公差、敷料、沖孔連皮 余量：1 4mm 公差： 沖孔連皮：d 25mm,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,錘上模鍛,模鍛工藝規(guī)程,繪制模鍛件圖,3. 模鍛斜度,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,錘上模鍛,模鍛工藝規(guī)程,繪制模鍛件圖,內(nèi)壁斜度1 應(yīng)比外壁斜度2 大一級,模膛深度h與寬度 b 的比值越大，模鍛斜度取值也越大,4. 模鍛圓角半徑,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,錘上模鍛,模鍛工藝規(guī)程,繪制模鍛件圖,內(nèi)圓角半徑 R 是外圓角半徑 r的23倍,鍛件上所有轉(zhuǎn)角處都應(yīng)該設(shè)置圓角,5. 沖孔連皮,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,錘上模鍛,模鍛工藝規(guī)程,繪制模鍛件圖,模鍛不能直接鍛出通孔，必須留出沖孔連皮 鍛件上直徑小于

12、 25mm 的孔，一般不鍛出，或只壓出球形凹穴。大于 25mm 的通孔，也不能直接模鍛出通孔，而必須在孔內(nèi)保留一層連皮。 沖孔連皮的厚度 s 與孔徑 d 有關(guān)，當(dāng) d =2580mm時，s =48mm。,例,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,錘上模鍛,模鍛工藝規(guī)程,繪制模鍛件圖,齒輪坯 模鍛件圖,齒輪零件示意圖,例,分模面,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,錘上模鍛,模鍛工藝規(guī)程,繪制模鍛件圖,例,余 量,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,錘上模鍛,模鍛工藝規(guī)程,繪制模鍛件圖,例,模鍛斜度,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,錘上模鍛,模鍛工藝規(guī)程,繪制模鍛件圖,例,圓 角,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,錘上模鍛,模鍛工藝規(guī)程,繪制模鍛件圖

13、,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,錘上模鍛,模鍛工藝規(guī)程,坯料計(jì)算,坯料重量、尺寸的計(jì)算 計(jì)算方法與自由鍛相同。坯料重量為鍛件、飛邊、連皮、鉗口料頭和燒損氧化皮重量的總和。一般飛邊是鍛件重量的20 - 25；氧化皮是鍛件、飛邊、連皮等重量總和的2.5 - 4。 G坯料 = G鍛件 + G料頭 + G燒損,模鍛工藝規(guī)程,確定模鍛工步,長軸類模鍛件,拔長、滾壓、彎曲、預(yù)鍛、終鍛等,錘上模鍛,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,盤類鍛件,鐓粗、預(yù)鍛、終鍛,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,模鍛工藝規(guī)程,確定模鍛工步,錘上模鍛,錘上模鍛,模鍛工藝規(guī)程,修整工序,切邊和沖孔,熱處理,校正,清理,精壓,2 鍛造工藝規(guī)程的制定,1. 自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性,避免錐體和斜面結(jié)構(gòu),幾何體間的交接處 不應(yīng)形成空間曲線,3 鍛件結(jié)構(gòu)的工藝性,1. 自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性,自由鍛件上不應(yīng)設(shè)計(jì) 加強(qiáng)筋、凸臺、工字形截面,截面變化大的鍛件， 采用組合連接,3 鍛件結(jié)構(gòu)的工藝性,模鍛零件必須具有一個合理的分模面，以保證模鍛件 易于從鍛模中取出、敷料最少、鍛模容易制造。 零件上與錘擊方向平行的非加工表面，應(yīng)設(shè)計(jì)出模鍛 斜度。非加工表面所形成的角都應(yīng)按模鍛圓角設(shè)計(jì)。 為了使金屬容易充滿模膛和減少工序，零件外形力求 簡單、平直和對稱，盡量避免零件截