锻造的特点

锻造的特点
锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压(锻造与冲压)的两大组成部分之一。

通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。

相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。

锻造的分类
变形温度
按变形温度，锻造又可分为热锻（锻造温度高于坯料金属的再结晶温度）、温锻（锻造温度低于金属的再结晶温度）和冷锻（常温）。

钢的开始再结晶温度约为727℃，但普遍采用800℃作为划分线，高于800℃的是热锻；在300～800℃之间称为温锻或半热锻。

坯料的移动方式
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。

1、自由锻。

利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁（砧块）间产生变形以获得所需锻件，主要有手工锻造和机械锻造两种。

2、模锻。

模锻又分为开式模锻和闭式模锻．金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件，又可分为冷镦、辊锻、径向锻造和挤压等等。

3、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。

锻模的运动方式
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，
滑块的运动方式
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。

锻造的材料和流程
锻造用料主要是各种成分的碳素钢和合金钢，其次是铝、镁、铜、钛等及其合金。

材料的原始状态有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。

金属在变形前的横断面积与变形后的横断面积之比称为锻造比。

正确地选择锻造比、合理的加热温度及保温时间、合理的始锻温度和终锻温度、合理的变形量及变形速度对提高产品质量、降低成本有很大关系。

一般的中小型锻件都用圆形或方形棒料作为坯料。

棒料的晶粒组织和机械性能均匀、良好，形状和尺寸准确，表面质量好，便于组织批量生产。

只要合理控制加热温度和变形条件，不需要大的锻造变形就能锻出性能优良的锻件。

铸锭仅用于大型锻件。

铸锭是铸态组织，有较大的柱状晶和疏松的中心。

因此必须通过大的塑性变形，将柱状晶破碎为细晶粒，将疏松压实，才能获得优良的金属组织和机械性能。

经压制和烧结成的粉末冶金预制坯，在热态下经无飞边模锻可制成粉末锻件。

锻件粉末接近于一般模锻件的密度，具有良好的机械性能，并且
精度高，可减少后续的切削加工。

粉末锻件内部组织均匀，没有偏析，可用于制造小型齿轮等工件。

但粉末的价格远高于一般棒材的价格，在生产中的应用受到一定限制。

、
对浇注在模膛的液态金属施加静压力，使其在压力作用下凝固、结晶、流动、塑性变形和成形，就可获得所需形状和性能的模锻件。

液态金属模锻是介于压铸和模锻间的成形方法，特别适用于一般模锻难于成形的复杂薄壁件。

不同的锻造方法有不同的流程，其中以热模锻的工艺流程最长，一般顺序为：锻坯下料；锻坯加热；辊锻备坯；模锻成形；切边；冲孔；矫正；中间检验，检验锻件的尺寸和表面缺陷；锻件热处理，用以消除锻造应力，改善金属切削性能；清理，主要是去除表面氧化皮；矫正；检查，一般锻件要经过外观和硬度检查，重要锻件还要经过化学成分分析、机械性能、残余应力等检验和无损探伤。

锻造用料除了通常的材料，如各种成分的碳素钢和合金钢，其次是铝、镁、铜、钛等及其合金之外，铁基高温合金，镍基高温合金，钴基高温合金的变形合金也采用锻造或轧制方式完成，只是这些合金由于其塑性区相对较窄，所以锻造难度会相对较大，不同材料的加热温度，开锻温度与终锻温度都有严格的要求。

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。

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
锻件是金属被施加压力，通过塑性变形塑造要求的形状或合适的压缩力的物件。

这种力量典型的通过使用铁锤或压力来实现。

铸件过程建造了精致的颗粒结构，并改进了金属的物理属性。

在零部件的现实使用中，一个正确的设计能使颗粒流在主压力的方向。

铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件，即把冶炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其它浇铸方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经落砂、清理和后处理等，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。

锻造注意的地方
1.锻造加工过程包括：将材料切割成所需尺寸、加热、锻造、热处理、清理和检验。

在小型人工锻造中，所有这些操作都由数名锻工上手和下手在狭小场所内进行。

他们都暴露于相同的有害环境和职业性危害中；在大型锻造车间，危害随工作岗位的不同而各异。

工作条件尽管工作条件因锻造形式不同而各异，但具有某些共同特点：中等强度的体力劳动，干热的小气候环境，产生噪声和振动，空气受烟雾污染。

2.工人们同时暴露于高温空气和热辐射下，导致热量在体内积累，热量加上代谢的热量，会造成散热失调和病理变化。

8小时劳动的排汗量将随小气体环境、体力消耗以及热适应性程度的不同而异一般在1.5~5升之间，或甚至更高。

在较小锻造车间或离热源较远处，贝哈二氏热应激指数通常为55~95；但在大型锻造车间，靠近加热炉或落锤机的工作点可能高达
150~190。

易引起缺盐和热痉挛。

在寒冷季节，暴露于小气候环境的变化中可能在一定程度上促进其适应性，但迅速而过于频繁的变化，可能构成对健康的危害。

大气污染:作场所的空气中可能含有烟尘、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫，或者还含有丙烯醛，其浓度取决于加热炉燃料的种类和所含杂质，以及燃烧效率、气流和通风状况。

噪声和振动:型锻锤必然会产生低频率噪声和振动，但也可能有一定的高频成分，其声压级在95~115分贝之间。

工作人员暴露于锻造振动中，可能造成气质性和功能性失调，会降低工作能力和影响安全。

锻造生产危险因素及主要原因
一、在锻造生产中，易发生的外伤事故，按其原因可分为三种：
第一、机械伤——由机器、工具或工件直接造成的刮伤、碰伤；
第二、烫伤；
第三、电触伤。

二、从安全技术劳动保护的角度来看，锻造车间的特点是：
1．锻造生产是在金属灼热的状态下进行的（如低碳钢锻造温度范围在1250~750℃之间），由于有大量的手工劳动，稍不小心就可能发生灼伤。

2．锻造车间里的加热炉和灼热的钢锭、毛坯及锻件不断地发散出大量的辐射热（锻件在锻压终了时，仍然具有相当高的温度），工人经常受到热辐射的侵害。

3．锻造车间的加热炉在燃烧过程中产生的烟尘排入车间的空气中，不但影响卫生，还降低了车间内的能见度（对于燃烧固体燃料的加热炉，情况就更为严重），因而也可能会引起工伤事故。

4．锻造生产所使用的设备如空气锤、蒸汽锤、摩擦压力机等，工作时发出的都是冲击力。

设备在承受这种冲击载荷时，本身容易突然损坏（如锻锤活塞杆的突然折断），而造成严重的伤害事故。

压力机（如水压机、曲柄热模锻压力机、平锻机、精压机）剪床等，在工作时，冲击性虽然较小，但设备的突然损坏等情况也时有发生，操作者往往猝不及防，也有可能导致工伤事故。

5．锻造设备在工作中的作用力是很大的，如曲柄压力机、拉伸锻压机和水压机这类锻压设备，它们的工作条件虽较平稳，但其工作部件所发生的力量却是很大的，如我国已制造和使用了12000t的锻造水压机。

就是常见的100~150t的压力机，所发出的力量已是够大的了。

如果模子安装或操作时稍有不正确，大部分的作用力就不是作用在工件上，而是作用在模子、工具或设备本身的部件上了。

这样，某种安装调整上的错误或工具操作的不当，就可能引起机件的损坏以及其他严重的设备或人身事故。

6．锻工的工具和辅助工具，特别是手锻和自由锻的工具、夹钳等名目繁多，这些工具都是一起放在工作地点的。

在工作中，工具的更换非常频繁，存放往往又是杂乱的，这就必然增加对这些工具检查的困难，当锻造中需用某一工具而时常又不能迅速找到时，有时会“凑合”使用类似的工具，为此往往会造成工伤事故。

7．由于锻造车间设备在运行中发生的噪声和震动，使工作地点嘈杂不堪入耳，影响人的听觉和神经系统，分散了注意力，因而增加了发生事故的可能性。

三、锻造车间工伤事故的原因分析
1．需要防护的地区、设备缺乏防护装置和安全装置。

2．设备上的防护装置不完善，或未使用。

3．生产设备本身有缺陷或毛病。

4．设备或工具损坏及工作条件不适当。

5．锻模和铁砧有毛病。

6．工作场地组织和管理上的混乱。

7．工艺操作方法及修理的辅助工作做得不适当。

8．个人防护用具如防护眼镜有毛病，工作服和工作鞋不符合工作条件。

9．几个人共同进行一项作业时，互相配合不协调。

10．缺乏技术教育和安全知识，以致采用了不正确的步骤和方法。

第一节锻造工艺分类及特点
锻造加工属于体积成形，利用锻压机械通过模具对坯料施加压力，使之产生明显的塑性变形，通过金属体积的大量转移，从而获得所需金属制件的加工方法。

根据坯料变形温度可分为冷锻、热锻和温锻。

而按生产方式又可分为自由锻、胎模锻、模锻和特种锻造。

锻造具有改善金属组织、提高力学和物理性能；生产效率高；材料利用率高；便于组织批量生产；适用范围广的特点。

第二节锻造工艺流程
通常将在同一设备上利用同一工模具所完成的加工叫做一个工序；一个工序中，在同一工位上完
成的锻造加工，称作一个工步。

不同的锻造方法具有不同的工艺流程，其中，热模锻加工的工艺流程最长：
第三节锻造设备
应掌握各种锻造设备输出能力的表示方法，(1) 一般机械压力机都用输出公称压力(kN)表示（选用
曲柄压力机时须注意确定其公称压力角范围）。

(2) 各种带砧座锻锤，如空气锤、蒸汽空气锤等，习惯上采用包括锤头、锤杆、工作活塞及活塞环等落下部分的重量(kg或t)来间接表示输出能力（因锤头与工作活塞之间的相对位置及操作方式，其输出打击力完全不同）。

(3) 对于无砧座锻锤、高速锤等属于对击类锻锤，采用其打击能量kJ来表示输出能力。

(4) 摩擦压力机用输出压力kN和打击能量kJ双重表示。

锻锤产生的打击力，是落下部分质量的800~1000倍；一般，锻件开始产生变形时，锤头的打击速度可达6~8m/s，高速锤最大相对打击速度为12~25m/s。

曲柄压力机滑块的上下运动次数通常为40~85次/分，但坯料开始变形时滑块的运动速度只有0.5~1m/s（约为锤上锻造时的1/10），其锻打力并不是冲击力，而是压力。

水压机中高压水压力可达20~35MPa，其锻透率比在锤上锻造还要高，容易获得整个截面都是细晶粒组织的锻件，锻造时以静压力作用在坯料上（上砧的下行速度约为0.1~0.3m/s）。

重点
介绍最常用锻锤的结构及基本工作原理；在批量生产中，曲柄压力机通常作为切边、冲孔等的辅助性设备；热模锻压力机是一种具有发展前景的锻造设备之一；水压机则是大型或超大型锻件生产的重要设备；平锻机在带法兰长轴或双法兰类锻件批量生产中必备的专用锻造设备。

不同的锻造设备输出力的形式不同，因此，对于不同的锻造工艺和工序应有针对性地选择。

锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。

锻造和冲压同属塑性加工性质，统称锻压。

锻造是机械制造中常用的成形方法。

通过锻造能消除金属的铸态疏松、焊合孔洞，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。

机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。

锻造按坯料在加工时的温度可分为冷锻和热锻。

冷锻一般是在室温下加工，热锻是在高于坯料金属的再结晶温度上加工。

有时还将处于加热状态，但温度不超过再结晶温度时进行的锻造称为温锻。

不过这种划分在生产中并不完全统一。

钢的再结晶温度约为460℃，但普遍采用800℃作为划分线，高于800℃的是热锻；在300～800℃之间称为温锻或半热锻。

锻造按成形方法则可分为自由锻、模锻、冷镦、径向锻造、挤压、成形轧制、辊锻、辗扩等。

坯料在压力下产生的变形基本不受外部限制的称自由锻，也称开式锻造；其他锻造方法的坯料变形都受到模具的限制，称为闭模式锻造。

成形轧制、辊锻、辗扩等的成形工具与坯料之间有相对的旋转运动，对坯料进行逐点、渐近的加压和成形，故又称为旋转锻造。

锻造用料主要是各种成分的碳素钢和合金钢，其次是铝、镁、铜、钛等及其合金。

材料的原始状态有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。

一般的中小型锻件都用圆形或方形棒料作为坯料。

棒料的晶粒组织和机械性能均匀、良好，形状和尺寸准确，表面质量好，便于组织批量生产。

只要合理控制加热温度和变形条件，不需要大的锻造变形就能锻出性能优良的锻件。

铸锭仅用于大型锻件。

铸锭是铸态组织，有较大的柱状晶和疏松的中心。

因此必须通过大的塑性变形，将柱状晶破碎为细晶粒，将疏松压实，才能获得优良的金属组织和机械性能。

经压制和烧结成的粉末冶金预制坯，在热态下经无飞边模锻可制成粉末锻件。

锻件粉末接近于一般模锻件的密度，具有良好的机械性能，并且精度高，可减少后续的切削加工。

粉末锻件内部组织均匀，没有偏析，可用于制造小型齿轮等工件。

但粉末的价格远高于一般棒材的价格，在生产中的应用受到一定限制。

对浇注在模膛的液态金属施加静压力，使其在压力作用下凝固、结晶、流动、塑性变形和成形，就可获得所需形状和性能的模锻件。

液态金属模锻是介于压铸和模锻间的成形方法，特别适用于一般模锻难于成形的复杂薄壁件。

不同的锻造方法有不同的流程，其中以热模锻的工艺流程最长，一般顺序为：锻坯下料；锻坯加热；辊锻备坯；模锻成形；切边；中间检验，检验锻件的尺寸和表面缺陷；锻件热处理，用以消除锻造应力，改善金属切削性能；清理，主要是去除表面氧化皮；矫正；检查，一般锻件要经过外观和硬度检查，重要锻件还要经过化学成分分析、机械性能、残余应力等检验和无损探伤。

锻压是锻造和冲压的合称，是利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的制件的成形加工方法。

在锻造加工中，坯料整体发生明显的塑性变形，有较大量的塑性流动；在冲压加工中，坯料主要通过改变各部位面积的空间位置而成形，其内部不出现较大距离的塑性流动。

锻压主要用于加工金属制件，也可用于加工某些非金属，如工程塑料、橡胶、陶瓷坯、砖坯以及复合材料的成形等。

锻压和冶金工业中的轧制、拔制等都属于塑性加工，或称压力加工，但锻压主要用于生产金属制件，而轧制、拔制等主要用于生产板材、带材、管材、型材和线材等通用性金属材料。

人类在新石器时代末期，已开始以锤击天然红铜来制造装饰品和小用品。

中国约在公元前2000多年已应用冷锻工艺制造工具，如甘肃武威皇娘娘台齐家文化遗址出土的红铜器物，就有明显的锤击痕迹。

商代中期用陨铁制造武器，采用了加热锻造工艺。

春秋后期出现的块炼熟铁，就是经过反复加热锻造以挤出氧化物夹杂并成形的。

最初，人们靠抡锤进行锻造，后来出现通过人拉绳索和滑车来提起重锤再自由落下的方法锻打坯料。

14世纪以后出现了畜力和水力落锤锻造。

1842年，英国的内史密斯制成第一台蒸汽锤，使锻造进入应用动力的时代。

以后陆续出现锻造水压机、电机驱动的夹板锤、空气锻锤和机械压力机。

夹板锤最早应用于美国内战(1861～1865)期间，用以模锻武器的零件，随后在欧洲出现了蒸汽模锻锤，模锻工艺逐渐推广。

到19世纪末已形成近代锻压机械的基本门类。

20世纪初期，随着汽车开始大量生产，热模锻迅速发展，成为锻造的主要工艺。

20世纪中期，热模锻压力机、平锻机和无砧锻锤逐渐取代了普通锻锤，提高了生产率，减小了振动和噪声。

随着锻坯少无氧化加热技术、高精度和高寿命模具、热挤压，成形轧制等新锻造工艺和锻造操作机、机械手以及自动锻造生产线的发展，锻造生产的效率和经济效果不断提高。

冷锻的出现先于热锻。

早期的红铜、金、银薄片和硬币都是冷锻的。

冷锻在机械制造中的应用到20世纪方得到推广，冷镦、冷挤压、径向锻造、摆动辗压等相继发展，逐渐形成能生产不需切削加工的精密制件的高效锻造工艺。

早期的冲压只利用铲、剪、冲头、手锤、砧座等简单工具，通过手工剪切、冲孔、铲凿、敲击使金属板材(主要是铜或铜合金板等)成形，从而制造锣、铙、钹等乐器和罐类器具。

随着中、厚板材产量的增长和冲压液压机和机械压力机的发展，冲压加工也在19世纪中期开始机械化。

1905年美国开始生产成卷的热连轧窄带钢，1926年开始生产宽带钢，以后又出现冷连轧带钢。

同时，板、带材产量增加，质量提高，成本降低。

结合船舶、铁路车辆、锅炉、容器、汽车、制罐等生产的发展，冲压已成为应用最广泛的成形工艺之一。

锻压主要按成形方式和变形温度进行分类。

按成形方式锻压可分为锻造和冲压两大类；按变形温度锻压可分为热锻压、冷锻压、温锻压和等温锻压等。

热锻压是在金属再结晶温度以上进行的锻压。

提高温度能改善金属的塑性，有利于提高工件的内在质量，使之不易开裂。

高温度还能减小金属的变形抗力，降低所需锻压机械的吨位。

但热锻压工序多，工件精度差，表面不光洁，锻件容易产生氧化、脱碳和烧损。

冷锻压是在低于金属再结晶温度下进行的锻压，通常所说的冷锻压多专指在常温下的锻压，而将在高于常温、但又不超过再结晶温度下的锻压称为温锻压。

温锻压的精度较高，表面较光洁而变形抗力不大。

在常温下冷锻压成形的工件，其形状和尺寸精度高，表面光洁，加工工序少，便于自动化生产。

许多冷锻、冷冲压件可以直接用作零件或制品，而不再需要切削加工。

但冷锻时，因金属的塑性低，变形时易产生开裂，变形抗力大，需要大吨位的锻压机械。

等温锻压是在整个成形过程中坯料温度保持恒定值。

等温锻压是为了充分利用某些金属在等一温度下所具有的高塑性，或是为了获得特定的组织和性能。

等温锻压需要将模具和坯料一起保持恒温，所需费用较高，仅用于特殊的锻压工艺，如超塑成形。

锻压可以改变金属组织，提高金属性能。

铸锭经过热锻压后，原来的铸态疏松、孔隙、微裂等被压实或焊合；原来的枝状结晶被打碎，使晶粒变细；同时改变原来的碳化物偏析和不均匀分布，使组织均匀，从而获得内部密实、均匀、细微、综合性能好、使用可靠的锻件。

锻件经热锻变形后，金属是纤维组织；经冷锻变形后，金属晶体呈有序性。

锻压是使金属进行塑性流动而制成所需形状的工件。

金属受外力产生塑性流动后体积不变，而且金属总是向阻力最小的部分流动。

生产中，常根据这些规律控制工件形状，实现镦粗拔长、扩孔、弯曲、拉深等变形。

锻压出的工件尺寸精确、有利于组织批量生产。

模锻、挤压、冲压等应用模具成形的尺寸精确、稳定。

可采用高效锻压机械和自动锻压生产线，组织专业化大批量或大量生产。