锻造工艺学4讲解

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拔长砧子形状及其对变形区分布的影响 a)上下V形砧 b)上平下V砧 c) 上下平砧
(五)空心件拔长(芯轴拔长) 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工序。
适用于锻造长筒形锻件 主要质量问题:孔内壁开裂和壁厚不均
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三、冲孔 (一)定义:采用冲子将坯料冲出透孔或盲孔(不 透孔)的锻造工序称为冲孔。
坯料上下端面及其表层金属因受摩擦力影响成为难变形 区(Ⅰ);区域(Ⅱ)为大变形区; 区域(Ⅲ)为小变形区 。因此,镦粗结果,坯料由圆柱形变为鼓形。另外,(I) 区与工具接触,温度降低快,也是难变形的原因之一。
i. 这样三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,还保留粗大的铸态组织。 ii.(Ⅱ)(Ⅲ)区变形的不均,又引起了侧表面裂纹的产生。 Seite 17
(三)拔长时主要质量问题和变形流动特点:
1.质量问题:裂纹,表面折叠,端面内凹,组织 与性能不均。
2.拔长时的变形特点 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。
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拔长时,最关注的是拔长速度和拔长对锻件质量 的影响。
影响这两项指标的主要因素有的:送进量L0、压
弯曲时坯料的形状变化
六、错移 错移是将毛坯的一部分与另一部分错开一定距离而 保持轴心平行的锻造工序。 制造曲轴时常采用这种方法。
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错移 a) 在一个平面内的错移 b) 在两个平面内的错移
第四章 自由锻主要工序分析
材料科学与工程学院
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空气锤
§4-1 概 述
一、定义
Байду номын сангаас自由锻——利用冲击力或压力使金属在上下两个平板 之间产生变形,从而得到所需形状及尺寸的锻件。
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得所需形 状及内部质量的锻件的加工方法。
下量△h、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等。
矩形截面拔长
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(1)送进量的大小,除影响生产率外,还影响锻件质量
当送进量太小,而坯料厚度(h0)又比较大,即当L0<0.5h0时会 出现锻不透的现象,坯料内部变形小而产生轴向拉应力,有可能 导致锻件内部产生裂纹。 送进量过大又会产生外部横向裂纹和内部纵向裂纹。所以,送进 量还需根据坯料厚度来考虑,一般取L0=(0.6~0.8)h0。
二、拔长
(一)定义:使坯料横截面减小,以增加其长度的 锻造工序 (二)拔长作用:⑴ 由横截面积较大的坯料得到横 截面积较小、而轴向较长的轴类锻件;
⑵ 作为辅助工序进行局部变形; ⑶“反复镦拔”工序。
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拔长工序是通过逐次送进和反复转动坯料进行压缩 变形,耗费工时最多。
拔长操作方法
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整体加载——整体受力
如镦粗
局部加载——整体受力——整体变形
如冲孔(D/d<5)
局部加载——局部受力——局部变形
如拔长、冲孔(D/d>5)
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(二)金属塑性变形的不均匀性
实质上是由金属质点的不均匀流动引起的。
(三)塑性变形时金属的流动方向
最小阻力定律
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§4-2 自由锻工序特点
自由锻工序:基本工序、辅助工序和修整工序
⑴基本工序 指能够大幅度地改变坯料形状和尺寸 的工序,是主要变形工序。
如镦粗、拔长、冲孔、芯轴拔长、弯曲、错移、扭转、切割 、芯轴扩孔等。
⑵辅助工序 指在坯料进入基本工序前预先变形的 工序。
如钢锭倒棱和缩颈倒棱、预压钳把、阶梯轴分段压痕等。 Seite 7
⑶修整工序 即后续工序。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 基本工序完成后进行。
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(3)内部横向裂纹 也是由于送进量太小,出现双 鼓形特征,引发轴心拉应力。 (4)内部纵向裂纹 送进量过大,压下量较小,所 造成的中心拉应力。 (5)端面内凹 送进量太小,表面金属变形大、轴 心尚未来得及变形引起的。
此外还有:对角线裂纹,端面裂纹,端部孔壁裂纹
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(四)型砧拔长 坯料在V型砧或圆弧型砧中拔长。V型砧有两 种情形:即“上平下V”型和“上下V”型。其作用是利用侧压限 制金属的横向流动,迫使金属沿轴向伸长。 在型砧中拔长可提高生产率,防止内部纵向裂纹的产生。
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等 。
自由锻件的成形都是这三类工序的组合 Seite 8
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辅助工序
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修整工序
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三、金属塑性变形及流动的几个问题
(一)影响金属塑性变形流动的三个因素
加载情况、受力情况、变形情况
一般送进量应该足够大,即L0>(0.5~0.75)Δh。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。
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。
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3.坯料拔长时缺陷的防止措施 (1)表面横向裂纹与角裂,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,主要是由于角部温度散失快,产生温度应力, 引起表面拉力过大(应及时进行倒角)。 (2)表面折叠 主要是由于送进量太小
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(2)压下量(Δh)是指变形前后坯料厚度之差 ,即Δh=h0-h。 每次锤击的压下量不宜过大
一般认为Δh=(0.1~0.2)h0,并且压后断面的宽高 比不应小于2~2.5倍,否则翻转90°再压第二次 时就会产生弯曲以致形成折叠。
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必须指出:选择压下量时应结合送进量来考虑。
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(三)主要方法: 平砧镦粗、垫环镦粗和局部镦粗。
(四)主要质量问题和变形流动特点
-------针对圆截面坯料的镦粗讨论
1.质量问题:侧表面产生纵向或45º裂纹; 侧表面出现鼓形; 上下端存留铸态组织; 高坯料镦粗易失稳弯曲。
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2.变形流动特点
(1)镦粗时由于坯料两端面与工具存在摩擦力而导致金属 变形不均匀。
II
h
III III II I
I
平砧镦粗变形分布与应力状态分析
r
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(2)不同高径比坯料的镦粗
坯料形状和尺寸对镦粗时不均匀变形也有影响。
H0/D0=2.5

Ⅰ Ⅱ



Ⅱ Ⅰ

HO/D0=1.45
Ⅰ Ⅲ ⅣⅠⅡⅡ

H0/D0=1~0.67
H0/D0=0.22
Ⅰ ⅢⅡ Ⅲ


ⅢⅡ Ⅰ
ⅡⅢ
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四、扩孔
减小空心坯料壁厚,而增加其内、外径的锻造工序称为扩孔。
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心轴扩孔(马架扩孔)
冲子扩孔
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五、弯曲(局部加载,局部受力,局部变形)
弯曲是将坯料弯成所规定形状的锻造工序。它同其它工序 联合使用,可以得到各种弯曲形状的锻件,如吊钩、叉子、 夹钳等。
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实心冲子冲孔 1毛坯 2冲垫 3冲子 4 心料
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较薄的坯料通常采用单面冲孔; 厚度较大的锻件,一般采用双面冲孔法
(二)冲孔常用于:⑴ 大于Ф30的盲孔或透孔锻件; ⑵ 需要扩孔的锻件需要预冲孔; ⑶ 需拔长的空心件需要预冲孔。
具有透孔或盲孔的零件,在锻造时应尽量采用冲孔工序将 孔锻出,以求节约原材料和减少机械加工工作量。
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自由锻造:手工自由锻造和机械自由锻造(自由锻)
锻锤自由锻——产生冲击力使金属坯料变形(中小型)
水压机自由锻——靠压力使坯料变形(大型)
优点: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。 缺点:锻件精度低,加工余量大,生产率低,劳动强度大。
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二、自由锻工序分类
出,高度减小和侧面产生鼓形。因此,冲孔后锻件尚需加修
整工序。
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2.冲孔时易产生的缺陷及防止措施
⑴ 走样 主要是由于坯料尺寸不合理。冲孔前将坯 料镦至D/d>3(越小,走样越严重)。
⑵ 孔偏心 主要是由于定位不准或加热不均匀。先 压一浅印和使温度均匀后再冲。
⑶ 斜孔 主要是由于操作不当或坯料及工具不规范 ⑷ 裂纹 主要是由于材料塑性低,冲头锥度大,冲 孔时走样大等。
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(三)冲孔时主要质量问题和变形特点
1.冲孔时,在冲头下的圆柱体区(A区)的金属受镦粗作 用,沿水平方向流动,但受到外围环形区金属的阻碍而处于
三向压应力状态。环形区(B区)则受到圆柱体区向外扩张
作用而处于切向拉应力状态。当切向拉应力超过材料强度时
,锻件孔壁就会产生纵向裂纹。
冲孔后,坯料的形状也会走样,即上端面凹进,下端面凸
一、镦粗 定义:在外力作用下,使坯料高度减小 ,横截面增大的锻造工序。
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(二)镦粗的作用:
⑴ 获得横截面较大而高度较小的锻件(饼块件)。 ⑵ 用作冲孔前的准备工序(增大坯料的横截面积以便于 冲孔)。 ⑶ “反复镦拔法”,镦粗与拔长相结合,可提高锻造比 ,同时击碎合金工具钢中的块状碳化物,并使其分布均 匀以提高锻件的使用性能。 ⑷ 提高锻件的横向力学性能以减小力学性能的异向性。
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不同髙径比坯料镦 粗的变形情况
3.为减少缺陷可采取的措施有:
a 采用润滑,预热工具 b 用侧凹形毛坯镦粗
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c 使用软金属垫镦粗
软金属垫镦粗
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d 叠料镦粗 f 反复镦粗拔长工艺
叠料镦粗
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单垫环镦粗
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局部镦粗
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