平顶山煤矿机械有限责任公司 锻造工艺培训 二0一四年十月,锻造工艺培训目录,一、锻材加热规范 二、自由锻工艺 三、胎模锻工艺 四、模锻工艺 五、环形件辗轧 六、模具的使用,第一章 锻材加热规范,1-1、锻前加热的目的及方法 锻前加热的目的：提高金属塑性，降低变形抗力，即增加金属的可锻性，从而使金属易于流的成形，并使锻件获得良好的锻后组织和力学性能。 锻材加热分为燃料加热与电加热。 1、燃料加热是利用固体（煤、焦炭等）、液体（柴油等）或气体（煤气、天然气等）燃料燃烧时产生的热能对坯料进行加热。燃料加热成本低，但是炉内气氛、炉温及加热质量比较难控制。 2、电加热是将电能转换为热能对金属坯料进行加热。电加热速度快、炉温控制准确、加热质量好、氧化少，但是成本高。 电加热又分为电阻加热和感应加热。电阻加热有电阻炉加热、接触电加热、盐浴炉加热等。 感应加热是在感应器通入交变电流产生的交变磁场作用下，坯料内部产生交变电势并形成交变涡流，由于毛坯电阻引起的涡流发热和磁滞损失发热，使坯料得到加热。,根据电流频率不同，感应加热通常分为：工频加热（f=50Hz）， 中频加热（f=50-1000Hz），高频加热（f1000Hz）， 锻造加热多采用中频加热。,1-2 锻造温度范围 坯料开始锻造的温度（始锻温度）和终止锻造的温度（终锻温度）之间的温度间隔，称为锻造温度范围（见表2-1）。在保证不出现加热缺陷的前提下，始锻温度应取得高一些，以便有较充裕的时间锻造成形，减少加热次数。在保证坯料还有足够塑性的前提下，终锻温度应定得低一些，以便获得内部组织细密、力学性能较好的锻件，同时也可延长锻造时间，减少加热火次。但终锻温度过低会使金属难以继续变形，易出现锻裂现象和损伤锻造设备。,表1-1 常用钢材的锻造温度范围:,1-3. 锻造温度的控制方法 (1) 温度计法 通过加热炉上的热电偶温度计，显示炉内温度，可知道锻件的温度；也可以使用光学高温计观测锻件温度。 (2) 目测法 实习中或单件小批生产的条件下可根据坯料的颜色和明亮度不同来判别温度，即用火色鉴别法。见表1-2 表1-2碳钢温度与火色的关系,表1-3 碳钢常见的加热缺陷,1-4 碳钢常见的加热缺陷 由于加热不当，碳钢在加热时可出现多种缺陷，碳钢常见的加热缺陷见表1-3。,1-5 锻件的冷却,锻件冷却是保证锻件质量的重要环节。通常，锻件中的碳及合金元素含量越多，锻件体积越大，形状越复杂，冷却速度越要缓慢，否则会造成表面过硬不易切削加工、变形甚至开裂等缺陷。常用的冷却方法有三种。 （1）空冷 锻后在无风的空气中，放在干燥的地面上冷却。常用于低、中碳钢和合金结构钢的小型锻件。 （2）坑冷 锻后在充填有石灰、砂子或炉灰的坑中冷却。常用于合金工具钢锻件，而碳素工具钢锻件应先空冷至650700，然后再坑冷。 （3）炉冷 锻后放入500700的加热炉中缓慢冷却。常用于高合金钢及大型锻件 。,表1-3 锻件常用的冷却方式,第二章 自由锻造 自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。 自由锻造分手工自由锻和机器自由锻两种。 一、自由锻的特点 应用设备和工具有很大的通用性，且工具简单，所以只能锻造形状简单的锻件，操作强度大，生产率低； 自由锻可以锻出质量从不到1kg到20000t的锻件。对大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，因此自由锻在重型机械制造中有特别重要的意义； 自由锻依靠操作者控制其形状和尺寸，锻件精度低，表面质量差，金属消耗也较多。 所以，自由锻主要用于品种多，产量不大的单件小批量生产，也可用于模锻前的制坯工序。 工序是指在一个工作地点对一个工件所连续完成的那部分工艺过程。,无论是手工自由锻、锤上自由锻以及水压机上自由锻，其工艺过程都是由一些锻造工序所组成。根据变形的性质和程度不同，自由锤工序可分为：基本工序，如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、芯轴拔长、切割、弯曲、扭转、错移、锻接等，其中镦粗、拔长和冲孔三个工序应用得最多；辅助工序，如切肩、压痕等；精整工序，如平整、整形等三类。,二、自由锻的基本工序 1. 镦粗 镦粗是使坯料的截面增大，高度减小的锻造工序。镦粗有完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗等三种方式。局部镦粗按其镦粗的位置不同又可分为端部镦粗和中间镦粗两种。如图2-1所示。 镦粗主要用来锻造圆盘类（如齿轮坯）及法兰等锻件，在锻造空心锻件时，可作为冲孔前的预备工序，镦粗可作为提高锻造比的预备工序。 镦粗的一般规则、操作方法及注意事项如下： 被镦粗坯料的高度与直径（或边长）之比应小于2.53，否则会镦弯（图2-2a）。工件镦弯后应将其放平，轻轻锤击矫正（图2-2b）。局部镦粗时，镦粗部分坯料的高度与直径之比也应小于2.53。 镦粗的始锻温度采用坯料允许的最高始锻温度，并应烧透。坯料的加热要均匀，否则镦粗时工件变形不均匀，对某些材料还可能锻裂。,图2-1 镦粗 图2-2 镦弯的产生和矫正 a)完全镦粗 b)局部镦粗 a)镦弯的产生 b)镦弯的矫正 镦粗的两端面要平整且与轴线垂直，否则可能会产生镦歪现象。矫正镦歪的方法是将坯料斜立，轻打镦歪的斜角，然后放正，继续锻打（图2-3）。如果锤头或抵铁的工作面因磨损而变得不平直时，则锻打时要不断将坯料旋转，以便获得均匀的变形而不致镦歪。 锤击应力量足够，否则就可能产生细腰形，如图2-4a所示。若不及时纠正，继续锻打下去，则可能产生夹层，使工件报废，如图2-4b所示。,(a) (b) (c) (a) (b) 图2-3 镦歪的产生和矫正 图2-4 细腰形及夹层的产生 a)细腰形 b)夹层 2. 拔长 拔长是使坯料长度增加，横截面减少的锻造工序，又称延伸或引伸，如图2-5所示。拔长用于锻制长而截面小的工件，如轴类、杆类和长筒形零件。,图2-5 拔长 a)拔长 b)局部拔长 c)心轴拔长,(a) (b) (c),拔长的一般规则，操作方法及注意事项： 拔长过程中要将毛坯料不断反复地翻转90，并沿轴向送进操作，如图2-6a所示。螺旋式翻转拔长如图2-6b所示，是将毛坯沿一个方向作90翻转，并沿轴向送进的操作。单面顺序拔长如图2-6c所示，是将毛坯沿整个长度方向锻打一遍后，再翻转90，同样依次沿轴向送进操作。用这种方法拔长时，应注意工件的宽度和厚度之比不要超过2.5，否则再次翻转继续拔长时容易产生折叠。,(a) (b) (c),图2-6 拔长时锻件的翻转方法 a)反复翻转拔长 b)螺旋式翻转拔长 c)单面顺序拔长, 拔长时，坯料应沿抵铁的宽度方向送进，每次的送进量应为抵铁宽度的0.30.7倍（图2-7a）。送进量太大，金属主要向宽度方向流动，反而降低延伸效率（图2-7b）。送进量太小，又容易产生夹层（图2-7c）。另外，每次压下量也不要太大，压下量应等于或下于送进量，否则也容易产生夹层。,(a) (b) (c),图2-7 拔长时的送进方向和进给量 a)送进量合适 b)送进量太大、拔长率降低 c)送进量太小、产生夹层, 锻件拔长后须进行修整，修整方形或矩形锻件时，应沿下抵铁的长度方向送进，如图2-8a所示，以增加工件与抵铁的接触长度。拔长过程中若产生翘曲应及时翻转180轻打校平。圆形截面的锻件用型锤或摔子修整。如图2-8b所示。,(a) (b),图2-8 拨长后的修整 a)方形、矩形面的修整 b)圆形截面的修整, 由大直径的坯料拔长到小直径的锻件时，应把坯料先锻成正方形，在正方形的截面下拔长，到接近锻件的直径时，再倒棱，滚打成圆形，这样锻造效率高，质量好。 锻制台阶轴或带台阶的方形、矩形截面的锻件时，在拔长前应先压肩。压肩后对一端进行局部拔长即可锻出台阶。,(6)拔长时易产生的缺陷及防止措施 表面横向裂纹与角裂 这类缺陷常在锻造低塑性材料时出现，其开裂部位主要是受拉应力作用， 而造成这种拉应力的原因是由于送进量过大，同时压缩量过大引起。而角裂除 了变形原因外，因角部温度散失快，产生温度应力，增加了拉应力的附加值。 防止措施：操作时主要控制送进量和一次压下变形量；对角部还应及时进 行倒角，以减少温降，改变角部的应力状态。 表面折叠 表面折叠分为横向折叠与纵向折叠。折叠属于表面缺陷，一般经打磨后可 去除，但较深的折叠会使锻件报废。 表面横向折叠的产生主要是送进量与压下量不合适引起，当送进量小于压 下量的一半时易产生这种折叠。 防止措施：使每次送进量与单边压缩量之比大于1-1.5. 表面纵向折叠是在采用单面压缩法拔长时，毛坯压缩的太扁（宽度b与高 度h之比大于2.5），翻转90再压，坯料发生弯曲，继续压缩时形成的。 防止措施：减小压缩量，使每次压缩后的坯料b与h之比小于2-2.5。,内部横向裂纹 主要是由于相对送进量太小，拔长时变形区出现双鼓形，而轴心部位 受到轴向拉应力的作用，从而引起中心裂纹。 防止措施：适当增大相对送进量，控制一次压下量。 内部纵向裂纹 主要是在平砧上拔长圆截面坯料时，拔长进给量很大，压下量相对较 小，金属沿轴向流动小，而横向流动大。 防止措施：选择合理的进给量，使金属沿轴向流动大于横向流动。 对角线裂纹 这类裂纹常发生在塑性较差的材料中，或温度已降到终锻温度以下的 方截面坯料拔长过程中。 防止措施：严格控制锻造温度、进给量的大小。,图2-9 单面冲孔,图2-10 双面冲孔,3. 冲孔 冲孔是用冲子在坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序。 一般规定：锤的落下部分重量在0.155t之间，最小冲孔直径相应为30100mm；孔径小于100mm，而孔深大于300mm的孔可不冲出；孔径小于150mm，而孔深大于500mm的孔也不冲出。 根据冲孔所用的冲子的形状不同，冲孔分实心冲子冲孔和空心冲子冲孔。实心冲子冲孔分单面冲孔和双面冲孔。 单面冲孔：对于较薄工件，即工件高度与冲孔孔径之比小于0.125时，可采用单面冲孔（图2-9）。冲孔时，将工件放在漏盘上，冲子大头朝下，漏盘的孔径和冲子的直径应有一定的间隙，冲孔时应仔细校正，冲孔后稍加平整。 双面冲孔：其操作过程为：镦粗；试冲（找正中心冲孔痕）；撒煤粉；冲孔，即冲孔到锻件厚度的2/33/4；翻转180找正中心；冲除连皮；如图2-10所示。修整内孔；修整外圆。,冲孔前的镦粗是为了减少冲孔深度并使端面平整。由于冲孔锻件的局部变形量很大，为了提高塑性，防止冲裂，冲孔应在始锻温度下进行。冲孔时试冲的目的是为了保证孔的位置正确，即先用冲子轻冲出孔位的凹痕，并检查孔的位置是否正确，如果有偏差，可将冲子放在正确的位置上再试冲一次，加以纠正。孔位检查或修正无误后，向凹痕内撒放少许煤粉或焦炭粒，其作用是便于拔出冲子，因可利用煤粉受热后产生的气体膨胀力将冲子顶出，但要特别注意安全，防止冲子和气体冲出伤人，对大型锻件不用放煤粉，而是冲子冲入坯料后，立即带着冲子滚外圆，直到冲子松动脱出。冲子拔出后可继续冲深，此时应注意保持冲子与砧面垂直，防止冲歪，当冲到一定深度时，取出冲子，翻转锻件，然后从反面将孔冲透。 空心冲子冲孔：当冲孔直径超过400mm时，多采用空心冲子冲孔。对于重要的锻件，将其有缺陷的中心部分冲掉，有利于改善锻件的机械性能。 4. 扩孔 扩孔是空心坯料壁厚减薄而内径和外径增加的锻造工序。其实质是沿圆周方向的变相拔长。扩孔的方法有冲头扩孔、马杠扩孔和劈缝扩孔等三种。扩孔适用于锻造空心圈和空心环锻件。,5. 错移 将毛坯的一部分相对另一部分上、下错开，但仍保持这两部分轴心线平行的锻造工序，错移常用来锻造曲轴。