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      詳解鍛造

      2024-1-16 8:20:22??????點擊:

      鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力,使其產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生的鑄態疏松等缺陷,優化微觀組織結構,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。

      鍛造材料的變形溫度

      鋼的開始再結晶溫度以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。 用于大多數行業的鍛件都是熱鍛,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材。

      鍛造的類別

      根據鍛造溫度,可以分為熱鍛、溫鍛和冷鍛。

      根據成形機理,鍛造可分為自由鍛、模鍛、碾環、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,使坯料產生變形而獲得所需的幾何形狀及內部質量的鍛件的加工方法。 采用自由鍛方法生產的鍛件稱為 自由鍛件。自由鍛都是以生產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受壓變形而獲得鍛件,模鍛一般用于生產重量不大、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。 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。碾環是指通過專用設備碾環機生產不同直徑的環形零件,也用來生產汽車輪轂、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、液態模鍛等鍛造方式,這些方式都比較適用于生產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,大幅降低后續的成形壓力;楔橫軋可以生產鋼球、傳動軸等零件;徑向鍛造則可以生產大型的炮筒、臺階軸等鍛件。

      鍛模

      根據鍛模的運動方式,鍛造又可分為擺輾、擺旋鍛、輥鍛、楔橫軋、輾環和斜軋等方式。擺輾、擺旋鍛和輾 我國首臺400MN(4萬噸)重型航空模鍛液壓機 環也可用精鍛加工。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,它的優點是與鍛件尺寸相比,鍛造力較小情況下也可實現形成。包括自由鍛在內的這種鍛造方式,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、精度高的產品,例如生產品種多、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,根據下死點變形限制特點,鍛造設備可分為下述四種形式:

      1、限制鍛造力形式:油壓直接驅動滑塊的油壓機。

      2、準沖程限制方式:油壓驅動曲柄連桿機構的油壓機。

      3、沖程限制方式:曲柄、連桿和楔機構驅動滑塊的機械式壓力機。

      4、能量限制方式:利用螺旋機構的螺旋和磨擦壓力機。 重型航空模鍛液壓機進行熱試 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,還應注意調整滑塊導軌間隙、保證剛度,調整下死點和利用補助傳動裝置等措施。

      鍛造滑塊

      鍛造滑塊有垂直和水平運動(用于細長件的鍛造、潤滑冷卻和高速生產的零件鍛造)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,所順利鍛造出首個大型盤類件產品 需的鍛造力、工序、材料的利用率、產量、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。

      鍛造用的材料

      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。材料的原始狀態有棒料、鑄錠、金屬粉末和液態金屬。 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。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良的鍛件。 鑄錠僅用于大型鍛件。鑄錠是鑄態組織,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,才能獲得優良的金屬組織和機械性能。 經壓制和燒結成的粉末冶金預制坯,在熱態下經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,可減少后續的切削加工。粉末鍛件內部組織均勻,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,在生產中的應用受到一定限制。 對澆注在模膛的液態金屬施加靜壓力,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。

      鍛造工藝流程

      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,一般鍛件要經過外觀和硬度檢查,重要鍛件還要經過化學成分分析、機械性能、殘余應力等檢驗和無損探傷。

      鍛件特點

      與鑄件相比,金屬經過鍛造加工后能改善其組織結構和力學性能。鑄造組織經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為晶粒較細、大小均勻的等軸再結晶組織,使鋼錠內原有的偏析、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。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。

      鍛造水平分析

      中國鍛造行業是在引進、消化、吸收國外技術的基礎上發展起來的,經過多年的技術發展與改造,行業中領先企業的技術水平,包括工藝設計、鍛造技術、熱處理技術、機加工技術、產品檢測等方面均有了較大提高。

      (1)工藝設計 先進廠家普遍采用了熱加工計算機模擬技術、計算機輔助工藝設計以及虛技術, 提高了工藝設計水平和產品制造能力。引入并應用DATAFOR、GEMARC/AUTOFORGE、DEFORM、LARSTRAN/SHAPE和THERMOCAL等模擬程序,實現計算機設計和熱加工的過程控制。

      (2)鍛造技術 40MN及以上的水壓機多數配備了100-400t.m主鍛造操作機和20-40t.m的輔助操作機,相當數量的操作機采用計算機控制,實現了鍛件鍛造過程的綜合控制,使鍛造精度可控制在±3mm,鍛件的在線測量采用激光尺寸測量裝置。

      (3)熱處理技術 重點在于提高產品質量、提高熱處理效率以及節約能源、保護環境等。如采用計算機控制加熱爐和熱處理爐的加熱過程,控制燒嘴實現自動調節燃燒、調節爐溫、自動點火及加熱參數管理;余熱利用、熱處理爐配備再生燃燒室等;采用具有低污染能力和能夠有效控制冷卻的聚合物淬火油槽,各種水性淬火介質逐漸取代傳統的淬火油等。

      (4)機加工技術 行業內數控機床的比例逐步提高,部分行業內企業設有加工中心,根據不同類型的產品配備了專有的加工機械,如五坐標加工中心、葉片加工機、軋輥磨、軋輥車床等。

      (5)質量保障措施 國內部分企業已配備最新的檢測儀表和測試技術,采用計算機控制數據處理的現代自動化超聲波探傷檢測系統,采用各種專用的自動超聲波探傷系統,完成各種質量體系的認證等。高速重載齒輪鍛件產品的關鍵生產技術不斷被攻克,并在此基礎上實現了產業化生產。在引進國外先進生產技術和關鍵設備的基礎上,中國已能自己設計和制造高速重載齒輪鍛件的生產裝備,這些裝備已接近國際先進水平,技術和裝備水平的提升有力的促進了國內鍛造行業的發展。

      鍛造的重要性

      鍛造生產是機械制造工業中提供機械零件毛坯的主要加工方法之一。通過鍛造,不僅可以得到機械零件的形狀,而且能改善金屬內部組織,提高金屬的機械性能和物理性能。一般對受力大、要求高的重要機械零件,大多采用鍛造生產方法制造。如汽輪發電機軸、轉子、葉輪、葉片、護環、大型水壓機立柱、高壓缸、軋鋼機軋輥、內燃機曲軸、連桿、齒輪、軸承、以及國防工業方面的火炮等重要零件,均采用鍛造生產。 [7] 因此,鍛造生產廣泛的應用于冶金、礦山、汽車、拖拉機、收獲機械、石油、化工、航空、航天、兵器等工業部門,就是在日常生活中,鍛造生產亦具有重要位置。 從某種意義上說,鍛件的年產量,模鍛件在鍛件總產量中所占的比例,以及鍛造設備大小和擁有量等指標,在一定程度上反映了一個國家的工業水平。

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