锻造工艺与模具设计-自由锻造工序.pptx
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第四章第四章自由锻造工序自由锻造工序1谢利谢利材料工程材料工程学院学院23空气锤空气锤44-1概概述述一、定义一、定义自由锻自由锻利用冲击力或压力使金属在上下两个利用冲击力或压力使金属在上下两个平板之间平板之间产生产生塑性变形塑性变形,从而从而得到所需形状及尺寸得到所需形状及尺寸的的锻件锻件.或者说:
只用简单的工具,或在锻造设备的上下或者说:
只用简单的工具,或在锻造设备的上下砧间直接对坯料施加外力,使坯料产生变形而获砧间直接对坯料施加外力,使坯料产生变形而获得所需形状及内部质量的锻件的加工得所需形状及内部质量的锻件的加工方法方法.5自由锻造:
自由锻造:
手工手工自由锻造和自由锻造和机械机械自由锻造(自由锻)自由锻造(自由锻)锻锤自由锻锻锤自由锻产生冲击力使金属坯料变形(中小型)产生冲击力使金属坯料变形(中小型)水压机自由锻水压机自由锻靠压力使坯料变形(大型)靠压力使坯料变形(大型)优点优点:
所用工具简单,通用性强、灵活性大,因此适合单件:
所用工具简单,通用性强、灵活性大,因此适合单件和小批锻件和小批锻件。
缺点缺点:
锻件精度低,加工余量大,生产率低,劳动强度大。
:
锻件精度低,加工余量大,生产率低,劳动强度大。
64-2自由锻工序及自由锻件分类自由锻工序及自由锻件分类一一、自由锻工序自由锻工序:
基本工序基本工序、辅助工序辅助工序和和修整工修整工序序基本工序基本工序指能够大幅度地改变坯料形状和尺寸指能够大幅度地改变坯料形状和尺寸的工序,是的工序,是主要变形工序主要变形工序。
如镦粗、拔长、冲孔、芯轴拔长、弯曲、错移、扭转、切割、如镦粗、拔长、冲孔、芯轴拔长、弯曲、错移、扭转、切割、芯轴扩孔等。
芯轴扩孔等。
辅助工序辅助工序指在坯料进入基本工序前指在坯料进入基本工序前预先变形预先变形的的工序。
工序。
如钢锭倒棱和缩颈倒棱、预压钳把、阶梯轴分段压痕等。
如钢锭倒棱和缩颈倒棱、预压钳把、阶梯轴分段压痕等。
7修整工修整工序序即即后续工序后续工序。
指用来精整锻件尺寸和。
指用来精整锻件尺寸和形状使完全达到锻件图要求的工序。
一般是在某一形状使完全达到锻件图要求的工序。
一般是在某一基本工序完成后进行基本工序完成后进行。
如镦粗后的鼓形滚圆和截面滚圆,凸起、凹下及不如镦粗后的鼓形滚圆和截面滚圆,凸起、凹下及不平和有压痕面的平整,拔长后的弯曲校直和锻斜后的校正平和有压痕面的平整,拔长后的弯曲校直和锻斜后的校正等。
等。
自由锻件的成形都是这三类工序的组合自由锻件的成形都是这三类工序的组合89辅助工序辅助工序预压夹钳把预压夹钳把阶梯轴分段压痕阶梯轴分段压痕钢锭倒棱钢锭倒棱10修整工序修整工序鼓形面滚圆鼓形面滚圆压痕面平整压痕面平整弯曲后矫直和校正弯曲后矫直和校正11二、自由锻件二、自由锻件分类分类按工艺特点分为按工艺特点分为七类七类(把形状特征相同、变(把形状特征相同、变形过程类似的锻件归为一类)形过程类似的锻件归为一类)实心圆柱体轴杆类锻件;实心圆柱体轴杆类锻件;实心矩形截面类锻件;实心矩形截面类锻件;盘饼类锻件;盘饼类锻件;曲轴曲轴类锻件;类锻件;空心空心类锻件;类锻件;弯曲类锻件;弯曲类锻件;复杂形状类锻件复杂形状类锻件.124-3自由锻基本工序分类自由锻基本工序分类1、定义、定义:
在外力作用下,使坯料:
在外力作用下,使坯料高度减高度减小小,横截面增大横截面增大的锻造工序。
的锻造工序。
一一、镦粗镦粗132、镦粗、镦粗的作用:
的作用:
获得横截面较大而高度较小的锻件(获得横截面较大而高度较小的锻件(饼块件饼块件);用作冲孔前的准备工序用作冲孔前的准备工序(增大坯料的横截面积以增大坯料的横截面积以便于便于冲孔冲孔);“反复镦拔法反复镦拔法”,镦粗与拔长相结合,可,镦粗与拔长相结合,可提高提高锻造比锻造比;反复镦粗和拔长反复镦粗和拔长击碎击碎合金工具钢中的合金工具钢中的块状碳化物块状碳化物,并,并使其分布均匀以提高锻件的使用性能使其分布均匀以提高锻件的使用性能;(5)提高锻件的横向力学性能以提高锻件的横向力学性能以减小力学性能的异向性减小力学性能的异向性。
143镦粗方式镦粗方式:
平平砧镦粗砧镦粗、垫环镦粗垫环镦粗和和局部镦粗局部镦粗
(1)平砧镦粗与镦粗)平砧镦粗与镦粗比比坯料完全在上下平砧间或镦粗平板间进行的压制称为坯料完全在上下平砧间或镦粗平板间进行的压制称为平砧镦粗;平砧镦粗;镦粗比镦粗比:
坯料镦粗前后的高度之比(坯料镦粗前后的高度之比
(1)15
(2)平砧间镦粗的变形分析平砧间镦粗的变形分析镦粗镦粗时由于坯料两端面与工具存在时由于坯料两端面与工具存在摩擦力摩擦力而导致而导致金属变形不金属变形不均匀均匀;坯料上下端面及其表层金属因受摩擦力影响成坯料上下端面及其表层金属因受摩擦力影响成为难变为难变形区(形区();区域(;区域()为大变形区)为大变形区;区域区域()为小变形区)为小变形区。
因此,镦粗结果,坯料由圆柱形变为鼓形。
另外,(因此,镦粗结果,坯料由圆柱形变为鼓形。
另外,(I)区与)区与工具接触,温度降低快,也是难变形的原因之一。
工具接触,温度降低快,也是难变形的原因之一。
16(3)缺陷分析缺陷分析1)三三个区域的变形不均匀使金属内部晶粒粗细不一。
个区域的变形不均匀使金属内部晶粒粗细不一。
大变形区变形充分,得到细晶粒;难变形区,还保大变形区变形充分,得到细晶粒;难变形区,还保留粗大的留粗大的铸态组织铸态组织。
2)()()()区变形的不均,又引起了)区变形的不均,又引起了侧表面裂侧表面裂纹纹的产生的产生。
3)质量问题质量问题:
侧表面产生纵向或:
侧表面产生纵向或45裂纹;裂纹;侧表面出现鼓形;侧表面出现鼓形;上下端存留铸态组织;上下端存留铸态组织;高坯料镦粗易失稳弯曲。
高坯料镦粗易失稳弯曲。
17(4)减少缺陷的减少缺陷的措施措施a采用润滑,预热工具采用润滑,预热工具;b用侧凹形毛坯用侧凹形毛坯镦粗镦粗;C采用软金属垫采用软金属垫镦粗镦粗;d采用铆镦、叠料镦粗;采用铆镦、叠料镦粗;e套环内镦粗;套环内镦粗;f反复镦粗与侧面修直反复镦粗与侧面修直软金属软金属垫垫/环镦粗环镦粗18铆镦与端面碾压铆镦与端面碾压叠料镦粗叠料镦粗19(5)镦粗与高径比的关系)镦粗与高径比的关系坯料高径比坯料高径比H0/D03时,易发生失稳,导致纵向弯曲;时,易发生失稳,导致纵向弯曲;高径比高径比H0/D0=1.5-2.5时,产生双鼓形和均匀变形区时,产生双鼓形和均匀变形区;高径比高径比H0/D0=1.0-1.5时,双鼓形逐渐向单鼓形过度;时,双鼓形逐渐向单鼓形过度;高径比高径比H0/D00.5时,难变形区相接触,鼓肚时,难变形区相接触,鼓肚较小较小HH00/D/D00=2.5=2.5HHOO/D/D00=1.45=1.45HH00/D/D00=1=10.670.67HH00/D/D00=0.22=0.2220(6)镦粗时应注意的事项)镦粗时应注意的事项避免镦粗时产生纵向失稳弯曲,圆柱体坯料高径比不避免镦粗时产生纵向失稳弯曲,圆柱体坯料高径比不宜超过宜超过2.5,在,在2-2.2范围内最好;范围内最好;对于方形或矩形截面坯料,其高度和较小基边之比不对于方形或矩形截面坯料,其高度和较小基边之比不宜超过宜超过3.5;镦粗前坯料断面应平整,端面与轴线要垂直,加热温镦粗前坯料断面应平整,端面与轴线要垂直,加热温度均匀度均匀21(7)垫环镦粗)垫环镦粗坯料在单个垫环上或两个垫环间进行镦粗,又称镦挤坯料在单个垫环上或两个垫环间进行镦粗,又称镦挤单垫环镦粗单垫环镦粗双垫双垫环镦粗环镦粗22(8)局部镦粗)局部镦粗坯料只在局部长度上(端部或中间)产生镦粗变形坯料只在局部长度上(端部或中间)产生镦粗变形局部镦粗局部镦粗23二二、拔长拔长
(1)定义:
使坯料定义:
使坯料横截面减小横截面减小,长度增加长度增加的的锻造工序;通锻造工序;通过逐次送进和反复转动坯料进行压缩变形,过逐次送进和反复转动坯料进行压缩变形,耗费工时最多耗费工时最多。
(2)按拔长时所使用的工具不同,分为)按拔长时所使用的工具不同,分为平砧拔长平砧拔长、型砧拔型砧拔长长和和芯轴拔长芯轴拔长三类。
三类。
24(3)拔长变形过程分析)拔长变形过程分析1)锻造比锻造比(KL):
坯料拔长前后的截面积之比:
坯料拔长前后的截面积之比
(1);2)变形特点变形特点:
拔长时坯料变形情况与镦粗变形有某些:
拔长时坯料变形情况与镦粗变形有某些相似之处,它是两端带有不变形金属的镦粗。
相似之处,它是两端带有不变形金属的镦粗。
3)影响因素)影响因素:
送进量:
送进量L0、压下量、压下量h、砧面与坯料的、砧面与坯料的形状、锤击的轻重与操作方法以及坯料的加热温度等形状、锤击的轻重与操作方法以及坯料的加热温度等等。
等。
矩形截面拔长矩形截面拔长254)送进量送进量的大小,除影响生产率外,还影响锻件质量的大小,除影响生产率外,还影响锻件质量当当送进量太小送进量太小,而坯料厚度,而坯料厚度(hh0)又比较大,即)又比较大,即当当ll0/hh00.5时时会会出现锻不透的现象,坯料内部变形小而产生轴向拉应力,有可出现锻不透的现象,坯料内部变形小而产生轴向拉应力,有可能导致锻件内部产生能导致锻件内部产生裂纹裂纹,如图如图4-29(a)。
)。
送送进量过进量过大大(ll0/hh01),出现单鼓形,心部变形大,能锻透,),出现单鼓形,心部变形大,能锻透,但在鼓形的侧表面和棱角处受拉应力,产生但在鼓形的侧表面和棱角处受拉应力,产生外部横向裂纹和内外部横向裂纹和内部纵向裂纹部纵向裂纹。
所以,实际生产时一般取所以,实际生产时一般取ll0/hh0=(0.50.8),绝对送进量常取,绝对送进量常取ll0/BB=(0.40.8),BB为平砧的宽度为平砧的宽度。
264)送进量送进量的大小,除影响生产率外,还影响锻件质量的大小,除影响生产率外,还影响锻件质量当当送进量太小送进量太小,而坯料厚度,而坯料厚度(hh0)又比较大,即)又比较大,即当当ll0/hh0(0.50.75)h。
否则,会产生折叠,表面折叠产生主要是送进量否则,会产生折叠,表面折叠产生主要是送进量与压下量不合适,导致锻件报废与压下量不合适,导致锻件报废。
拔长时坯料温度应适中、均匀。
锤击须快,锤击拔长时坯料温度应适中、均匀。
锤击须快,锤击的轻重(打击力的大小)以能锻透坯料为准。
的轻重(打击力的大小)以能锻透坯料为准。
29(4)型型砧拔长砧拔长坯料在坯料在V型砧或圆弧型砧中拔长型砧或圆弧型砧中拔长。
V型砧有两种型砧有两种情形情形:
即即“上上平下平下V”型和型和“上下上下V”型型。
其其作用是利用侧压限制金属的横向流动,迫使金属沿轴向作用是利用侧压限制金属的横向流动,迫使金属沿轴向伸长。
伸长。
在型砧中拔长可提高生产率,防止内部纵向裂纹的产生。
在型砧中拔长可提高生产率,防止内部纵向裂纹的产生。
aa)上下上下VV形砧形砧b)b)上平下上平下VV砧砧c)c)上下平砧上下平砧30(5)芯轴芯轴拔长拔长:
在拔长时孔中穿一根芯轴,是一种减小空在拔长时孔中穿一根芯轴,是一种减小空心坯料的壁厚而增加其长度的锻造心坯料的壁厚而增加其长度的锻造工序工序;变形变形区分为区分为A区和区和B区区,其中其中A区是直接受力区区是直接受力区,B区是间接受区是间接受力区力区,B区的变形和受力由区的变形和受力由A区变形引起区变形引起;适用于适用于锻造锻造长筒形锻件长筒形锻件主要主要质量问题:
质量问题:
孔内壁开裂和壁厚不均孔内壁开裂和壁厚不均31(6)拔长拔长时主要质量时主要质量问题和问题和防止措施防止措施:
质量问题质量问题:
裂纹:
裂纹,表面折叠表面折叠,端面端面内内凹凹,组织组织与性能不均与性能不均。
防止措施防止措施:
(a)表面横向裂纹与角裂表面横向裂纹与角裂,前者是由于送进量过大同时,前者是由于送进量过大同时压缩量也过大所引起的;后者除了变形原因外,主要是由压缩量也过大所引起的;后者除了变形原因外,主要是由于角部温度散失快,产生温度应力,引起表面拉力过大于角部温度散失快,产生温度应力,引起表
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- 锻造 工艺 模具设计 自由 工序