锻造

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锻造

2020-11-20

锻造Forging),是金属压力加工方法之一。指利用压力改变金属原料形状,以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的一种加工工艺。 锻造是一种利用局部压缩力对金属进行成型的制造工艺。打击是用锤子 (通常是动力锤) 或模具进行的。


锻造通常根据其进行的温度进行分类: 冷锻造 (一种冷加工)、热锻造或热锻造 (一种热加工)。对于后两者, 金属被加热, 通常是在锻造中。锻造零件的重量可以从不到一公斤到数百公吨不等。 锻造已经由铁匠完成了几千年;传统产品有厨具、五金、手工工具、边缘武器、铜鼓和珠宝。自工业革命以来, 锻造部件被广泛用于需要高强度的机械和机械;这类锻件通常需要进一步加工 (如加工) 来实现成品。如今, 锻造是一个重要的世界性产业。


根据加工时工件的温度,可将锻造分为:热锻(再结晶(recrystallization)温度以上);温锻(再结晶温度~再结晶温度的30%[ 1]);冷锻(再结晶温度的30%以下,一般是室温)。通常把坯料加热后,用手锤、锻锤或压力机等锤击或加压,使它发生塑性变形,成为一定形状和尺寸的工件,所得的工件称为锻件,锻造能改变金属组织、提高其机械性能,因此在机械制造中常用来制造承受较大动载荷的零件。

按成型用的工具,分为自由锻与模锻。按锻件有无飞边,分为开式锻造与闭式锻造。增质式3D打印的锻造

锻造技术及种类

锻造

对金属坯料(不含板材)施加外力,使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能,用以制造机械零件、工件、工具或毛坯的成形加工方法。

锻造的种类和特点

当温度超过300-400℃(钢的蓝脆区),达到700-800℃时,变形阻力将急剧减小,变形能也得到很大改善。根据在不同的温度区域进行的锻造,针对锻件质量和锻造工艺要求的不同,可分为冷锻、温锻、热锻三个成型温度区域。原本这种温度区域的划分并无严格的界限,一般地讲,在有再结晶的温度区域的锻造叫热锻,不加热在室温下的锻造叫冷锻。


在低温锻造时,锻件的尺寸变化很小。在700℃以下锻造,氧化皮形成少,而且表面无脱碳现象。因此,只要变形能在成形能范围内,冷锻容易得到很好的尺寸精度和表面光洁度。只要控制好温度和润滑冷却,700℃以下的温锻也可以获得很好的精度。热锻时,由于变形能和变形阻力都很小,可以锻造形状复杂的大锻件。要得到高尺寸精度的锻件,可在900-1000℃温度域内用热锻加工。另外,要注意改善热锻的工作环境。锻模寿命(热锻2-5千个,温锻1-2万个,冷锻2-5万个)与其它温度域的锻造相比是较短的,但它的自由度大,成本低。


坯料在冷锻时要产生变形和加工硬化,使锻模承受高的荷载,因此,需要使用高强度的锻模和采用防止磨损和粘结的硬质润滑膜处理方法。另外,为防止坯料裂纹,需要时进行中间退火以保证需要的变形能力。为保持良好的润滑状态,可对坯料进行磷化处理。在用棒料和盘条进行连续加工时,目前对断面还不能作润滑处理,正在研究使用磷化润滑方法的可能。


根据坯料的移动方式,锻造可分为自由锻、镦粗、挤压、模锻、闭式模锻、闭式镦锻。闭式模锻和闭式镦锻由于没有飞边,材料的利用率就高。用一道工序或几道工序就可能完成复杂锻件的精加工。由于没有飞边,锻件的受力面积就减少,所需要的荷载也减少。但是,应注意不能使坯料完全受到限制,为此要严格控制坯料的体积,控制锻模的相对位置和对锻件进行测量,努力减少锻模的磨损。


根据锻模的运动方式,锻造又可分为摆辗、摆旋锻、辊锻、楔横轧、辗环和斜轧等方式。摆辗、摆旋锻和辗环也可用精锻加工。为了提高材料的利用率,辊锻和横轧可用作细长材料的前道工序加工。与自由锻一样的旋转锻造也是局部成形的,它的优点是与锻件尺寸相比,锻造力较小情况下也可实现形成。


包括自由锻在内的这种锻造方式,加工时材料从模具面附近向自由表面扩展,因此,很难保证精度,所以,将锻模的运动方向和旋锻工序用计算机控制,就可用较低的锻造力获得形状复杂、精度高的产品。例如生产品种多、尺寸大的汽轮机叶片等锻件。


锻造设备的模具运动与自由度是不一致的,根据下死点变形限制特点,锻造设备可分为下述四种形式:

限制锻造力形式:油压直接驱动滑块的油压机。

准冲程限制方式:油压驱动曲柄连杆机构的油压机。

冲程限制方式:曲柄、连杆和楔机构驱动滑块的机械式压力机。

能量限制方式:利用螺旋机构的螺旋和磨擦压力机。


为了获得高的精度应注意防止下死点处过载,控制速度和模具位置。因为这些都会对锻件公差、形状精度和锻模寿命有影响。另外,为了保持精度,还应注意调整滑块导轨间隙、保证刚度,调整下死点和利用补助传动装置等措施。


此外,根据滑块运动方式还有滑块垂直和水平运动(用于细长件的锻造、润滑冷却和高速生产的零件锻造)方式之分,利用补偿装置可以增加其它方向的运动。上述方式不同,所需的锻造力、工序、材料的利用率、产量、尺寸公差和润滑冷却方式都不一样,这些因素也是影响自动化水平的因素。


锻件与铸件相比有什么特点

金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能。铸造组织经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶,使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织,使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合,其组织变得更加紧密,提高了金属的塑性和力学性能。


一般说来,铸件的力学性能低于同材质的锻件力学性能。此外,锻造加工能保证金属纤维组织的连续性, 使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致,金属流线完整,可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命采用精密模锻、冷挤压、温挤压等工艺生产的锻件,都是铸件所无法比拟的。

飞机锻件

按重量计算,飞机上有85%左右的的构件是锻件。飞机发动机的涡轮盘、后轴颈(空心轴)、叶片、机翼的翼梁, 机身的肋筋板、轮支架、起落架的内外筒体等都是涉及飞机安全的重要锻件。飞机锻件多用高强度耐磨、耐蚀的铝合金、钛合金、镍基合金等贵重材料制造。为了节约材料和节约能源,飞机用锻件大都采用模锻或多向模锻压力机来生产。

汽车锻

按重量计算,汽车上有17%-19%的锻件。一般的汽车由车身、车箱、发动机、前桥、后桥、车架、变速箱、传动轴、转向系统等15个部件构成汽车锻件的特点是外形复杂、重量轻、工况条件差、安全度要求高。如汽车发动机所使用的曲轴、连杆、凸轮轴、前桥所需的前梁、转向节、后桥使用的半轴、半轴套管、桥箱内的传动齿轮等等,无一不是有关汽车安全运行的关键锻件。


柴油机锻件

柴油机是动力机械的一种,它常用来作发动机。以大型柴油机为例,所用的锻件有汽缸盖、主轴颈、曲轴端法兰输出端轴、连杆、活塞杆、活塞头、十字头销轴、曲轴传动齿轮、齿圈、中间齿轮和染油泵体等十余种。

船用锻件

船用锻件分为三大类,主机锻件、轴系锻件和舵系锻件。主机锻件与柴油机锻件一样。轴系锻件有推力轴、中间轴艉轴等。舵系锻件有舵杆、舵柱、舵销等。

兵器锻件

锻件在兵器工业中占有极其重要的地位。按重量计算,在坦克中有60%是锻件。火炮中的炮管、炮口制退器和炮尾,步兵武器中的具有膛线的枪管及三棱刺刀、火箭和潜艇深水炸弹发射装置和固定座、核潜艇高压冷却器用不锈钢阀体、炮弹、枪弹等,都是锻压产品。除钢锻件以外,还用其它材料制造武器。


石油化工锻件

锻件在石油化工设备中有着广泛的应用。如球形储罐的人孔、法兰,换热器所需的各种管板、对焊法兰催化裂化反应器的整锻筒体(压力容器),加氢反应器所用的筒节,化肥设备所需的顶盖、底盖、封头等均是锻件。


矿山锻件

按设备重量计算,矿山设备中锻件的比重为12-24%。矿山设备有:采掘设备 卷扬设备 破碎设备 研磨设备 洗选设备 烧结设备。

核电锻件

核电分为压水堆和沸水堆两类。核电站主要的大锻件可分为压力壳和堆内构件两大类。 压力壳含:筒体法兰、管嘴段、管嘴、上部筒体、下部筒体、筒体过渡段、螺栓等。 堆内构件是在高温、高压、强中子幅照、硼酸水腐蚀、冲刷和水力振动等严峻条件下工作的,所以要选用18-8奥氏不锈钢来制作。


火电锻件

火力发电设备中有四大关键锻件,即汽轮发电机的转子和护环,以及汽轮机中的叶轮与汽轮机转子。


水电锻件

水力发电站设备中的重要锻件有水轮机大轴、水轮发电机大轴、镜板、推力头等。


来源:网络

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