锻造基本工序

锻造基本工序

锻造和板料冲压总称为锻压.锻压是对金属坯料施加一外力,使之产生塑性变形,从而获得具有一定尺寸、形状和内部组织的毛坯或零件的一种压力加工方法.
锻造能消除金属铸锭中的一些铸造缺陷,使其内部晶粒细化,组织致密,力学性能显著提高.所以重要的机器零件和工具部件,如车床主轴、高速齿轮、曲轴、连杆、锻模、和刀杆等大都采用锻造制坯.
3.1 锻 造
锻造的工艺方法主要有自由锻、模锻和胎膜锻.生产时,按锻件质量的大小,生产批量的多少选择不同的锻造方法.
3.1.1自由锻
锻造时,金属坯料受上下抵铁的压缩变形,而向四周为自由的塑性流动,故称为自由锻.由于工件的尺寸和形状要靠操作技术来保证,所以自由锻要求工人有较高的技术水平.
自由锻生产率低,加工余量大,但工具简单,通用性大,故被广泛用于锻造形状较简单的单件、小批生产的锻件.
3.1.1.1坯料的加热
金属材料在一定温度范围内,随温度的上升其塑性会提高,变形抗力会下降,用较小的变形力就能使坯料稳定地改变形状而不出现破裂,所以锻造时要对工件加热.
（1）始锻温度与终锻温度 允许加热达到的最高温度称为始锻温度,停止锻造的温度称为终锻温度.由于化学成分的不同,每种金属材料始锻和终锻温度都是不一样的.几种常用金属材料的锻造温度范围见表3-1所示.
表3-1常用金属材料的锻造温度范围
材料种类 始锻温度/℃ 终锻温度/℃
低碳钢 1200~1250 800
中碳钢 1150~1200 800
合金结构钢 1100~1180 850
锻件的温度可用仪表测定,在生产中也可根据被加热金属的火色来判别,如碳钢的加热温度与火色的关系如下：
温度(℃) 1300 1200 1100 900 800 700 小于600
火色 白色 亮黄 黄色 樱红 赤红 暗红 黑色
（2）加热缺陷 对锻件加热不当,则会产生以下缺陷. 1）过热 加热温度超过该材料的始锻温度,或在高温下保温过久,金属材料内部的晶粒会变得粗大,这种现象称为过热.过热使锻坯的塑性下降,可锻性变差.可通过重结晶退火的方法使晶粒重新细化.
2）过烧 加热温度远远高于始锻温度,接近该材料的熔点,晶粒边界发生严重氧化而使晶粒间失去结合力,这种现象称为过烧.过烧的坯料一经锻打即会碎裂,是不可修复的缺陷.
3)氧化和脱碳 加热时钢料与高温的氧、二氧化碳和水蒸气接触,使坯料表面产生氧化皮和脱碳层.每次加热的氧化烧损量约占坯料总重量的2~3%,下料计算时必须加上这个烧损量.
（3）加热炉 锻件加热可采用一般燃料如焦炭、重油等进行燃烧,利用火焰加热,也可采用电能加热.典型的电能加热设备是高效节能红外箱式炉,其结构如图3-1所示.它采用硅碳棒为发热元件,并在内壁涂有高温烧结的辐射涂料,加热时炉内形成高辐射均匀温度场,因此升温快,单位耗电低,达到节能目的.红外炉采用无级调压控制柜与其配套,具有快速启动,精密控温,送电功率和炉温可任意调节的特点.
自由锻设备有空气锤、蒸汽-空气锤和水压机等,分别适合小、中和大型锻件的生产.
（1）空气锤的结构和工作原理 空气锤的结构如图3-2 所示,由锤身、压缩缸、工作缸、传动机构、操纵机构、落下部分及砧座等组成.空气锤的公称规格是以落下部分的质量来表示的.落下部分包括了工作活塞、锤杆、锤头和上抵铁.例如65Kg空气锤,是指其落下部分质量为65Kg,而不是指它的打击力.
空气锤的工作原理亦如图3-2所示,电动机通过减速机构带动曲柄连杆机构转动,曲柄连杆机构把电动机的旋转运动转化为压缩活塞的上下往复运动,压缩活塞通过上下旋阀将压缩空气压入工作缸的下部或上部,推动落下部分的升降运动,实现锤头对锻件的打击.
（2）空气锤的操作 通过踏杆或手柄操纵配气机构（上、下旋阀）,可实现空转、悬空、压紧、连续打击和单次打击等操作.
1）空转 转动手柄,上、下旋阀的位置使压缩缸的上下气道都与大气连通,压缩空气不进入工作缸,而是排入大气中,压缩活塞空转.
2）悬空 上悬阀的位置使工作缸和压缩缸的上气道都与大气连通,当压缩活塞向上运行时,压缩空气排入大气中,而活塞向下运行时,压缩空气经由下旋阀,冲开一个防止压缩空气倒流的逆止阀,进入工作缸下部,使锤头始终悬空.悬空的目的是便于检查尺寸,更换工具,清洁整理等.
3）压紧 上下旋阀的位置使压缩缸的上气道和工作缸的下气道都与大气连通,当压缩活塞向上运行时,压缩空气排入大气中,而当活塞向下运行时,压缩缸下部空气通过下旋阀并冲开逆止阀,转而进入上下旋阀连通道内,经由上旋阀进入工作缸上部,使锤头向下压紧锻件.与此同时,工作缸下部的空气经由下旋阀排入大气中.压紧工件可进行弯曲、扭转等操作.
4）连续打击 上下旋阀的位置使压缩缸和工作缸都与大气隔绝,逆止阀不起作用.当压缩活塞上下往复运动时,将压缩空气不断压入工作缸的上下部位,推动锤头上下运动,进行连续打击.
5）单次打击 由连续打击演化出单次打击.即在连续打击的气流下,手柄迅速返回悬空位置,打一次即停.单打不易掌握,初学者要谨慎对待,手柄稍不到位,单打就会变为连打,此时若翻转或移动锻件易出事故.
3.1.1.3自由锻的基本工序
自由锻造时,锻件的形状是通过一些基本变形工序将坯料逐步锻成的.自由锻造的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲和切断等.
（1）镦粗 镦粗是对原坯料沿轴向锻打,使其高度减低、横截面增大的操作过程.这种工序常用于锻造齿轮坯和其他圆盘形类锻件.
镦粗分为全部镦粗和局部锻粗两种,如图3—3所示.
镦粗时应注意下列几点：
1）镦粗部分的长度与直径之比应小于2.5,否则容易镦弯,如图3—4所示.
2）坯料端面要平整且与轴线垂直,锻打用力要正,否则容易锻歪.
3）镦粗力要足够大,否则会形成细腰形或夹层,如图3—5所示.
（2）拔长 拔长是使坯料的长度增加,截面减小的锻造工序,通常用来生产轴类件毛坯,如车床主轴、连杆等.拔长时,每次的送进量L应为砧宽B的0．3~0．7倍,若L太大,则金属横向流动多,纵向流动少,拔长效率反而下降.若L太小,又易产生夹层,如图3-6所示.

拔长过程中应作90°翻转,较重锻件常采用锻打完一面再翻转90°锻打另一面的方法；较小锻件则采用来回翻转90°的锻打方法,如图3-7所示.
圆形截面坯料拔长时,先锻成方形截面,在拔长到边长直径接近锻件直径时,锻成八角形截面,最后倒棱滚打成圆形截面,如图3-8所示.这样拔长效率高,且能避免引起中心裂纹.

（3）冲孔 用冲子在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序.实心冲子双面冲孔如图3-9所示,在镦粗平整的坯料表面上先预冲一凹坑,放稍许煤粉,再继续冲至约3/4深度时,借助于煤粉燃烧的膨胀气体取出冲子,翻转坯料,从反面将孔冲透.

（4）弯曲 使坯料弯曲成一定角度或形状的锻造工序,如图3-10所示.
（5）扭转 使坯料的一部分相对另一部分旋转一定角度的锻造工序,如图3-11所示.
（6）切割 分割坯料或切除料头的锻造工序.
3.1.1.4锻件的锻造过程示例
任何锻件往往是经若干个工序锻造而成的,在锻造前要根据锻件形状、尺寸大小及坯料形状等具体情况,合理选择基本工序和确定锻造工艺过程.表3-2所示为六角螺母的锻造工艺过程示例,其主要工序是镦粗和冲孔.