锻压成型工艺介绍及应用

0.10~0.30 0.10~0.40
部分復雜形狀 復 雜
熱間鍛造 1,000~1,1250℃
半密閉式
小 無 低 低 低 不要 石墨 a.曲柄式鍛機 b.摩擦鍛機 c.端鍛機 少 粗大化 0.3~0.4 <20S (1°~)3~7°(~10°) ±0.5~±1.0 ±1.0~2.0 0.7~1.0 復雜
鍛壓成型工藝介紹與應用
目錄
一：鍛壓成型簡介 二：鍛壓成型分類 三：鍛壓成型設備 四：鍛壓常用材質 五：鍛壓材質可鍛性分析 六：鍛壓成型之加工硬化 七：模鍛結構設計 八：模具表面處理 九：鍛壓潤滑皮膜處理 十：鍛壓仿真分析 十一：鍛壓發展趨勢 十二：鍛壓成型實例
一. 鍛壓成型簡介
1.1 鍛壓的概念
(鍛粗)端鍛 Upsetting 鍛 伸 Streching 擠 制 Extrusion 模鍛造 回轉鍛造 Rotary Forging 環 鍛
輥鍛 搖動模鍛 交叉輥鍛 徑向鍛造 Radial Forging 熱間鍛造 Hot Forging 溫間鍛造 Warm Forging 冷間鍛造 Cold Forging 恆溫鍛造 Isothermal Forging 溶湯鍛造 Liquid Forging 粉末鍛造 Powder Forging 鍛造整合制程
SCr-430 -435,-440,SCM-430,-435,-440,SNC-236,-831,SNCM-630,-240,439
5130 5135 4130 4135 4140 3135 3140 4337 4340 8630 8640 8645
S9CK,S15CK,SCr-415,-420,SCM-415,-420 8615 8620 8625 4135 4320 SUS-304,-304L,-316,AISI-303,-304,-304LC-305,-316,-316L SUS-403,-420J2,-431,AISI-410,-416,-420,-431 SUS-430,-405,AISI-430,-405
a.對於相同零件而言，施以鍛造加工成形，較其他機械 加工法可獲得細密的晶粒組織，並且可減少零件內部氣 孔等缺陷;
b.可獲得連續的晶粒流動而成機械性的纖維化狀態，材 料因而能得到最大方向性的強度、耐沖擊及抗疲勞等優 良機械性質;
c.對於形狀復雜之零件而言，塑性加工較機械加工理更 (a)鍛造件有連續之晶粒流向 具經濟性，且適合大量生產，可降低生產成本;
f.鍛造制程變數很多，且所需之技術與經驗勻非短時間 可以累積建立，故掌握不易，直接影響制程，直接影響 制程、結果之控制及其成效。
(b)鑄造件沒有晶粒流向
3.1 鍛壓成型工藝
鍛壓成型工藝過程基本為： 坯料準備→模鍛→切邊和沖孔連皮→磨去毛刺→熱處理 →清理→冷校正或冷精壓→質量檢驗等。
4.1 鍛壓成型的應用領域
2. 鋁合金可鍛性介紹
2.1 常用鍛壓材質有： AL5052、AL6061、AL6063,且AL6061最適合鍛壓。
常用鍛壓材質成份分析
2.2 常用鋁合金鍛壓材質力學性能分析
2.3 鋁材機械性能分析
備注：紅色方框為鍛壓常用鋁材型號
2.4 常见铝材的相关性质
3003 用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件，或既要求有 这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作，如厨具、食物和化工产品处理与 贮存装置，运输液体产品的槽、罐，以薄板加工的各种压力容器与管道
鋅及鋅合金
鋅板第一種
貴重金屬
白金、金、銀、白金
注：（）中填寫P.R.B.W等記號 **有時補溫熱加工
美國記號
11,701,100 3003 6061 6063 6150 2014 2024 7075
102,110 260 270 210 220 230 240 172 752 706
純Zn,Zn-Cu合金 Zn-Cd合金，Zn-Al-Mg合 金
等溫退火：減少應力而部分保留變形的強化效果 退 中溫退火：消除冷作硬化，提高槊性以利於冷變 火 形加工
完全退火：獲得低的強度和高的槊性
b）固溶
固溶作用：固溶也叫淬火，固溶的目的是暫時的軟化工件以利於進行彎 曲、拉拔等冷變形加工，它通常需要配合時效最終獲得高的 硬度和足夠的槊性來提升工件的使用要求。
固溶工藝：固溶就是把鋁合金工件加熱到較高的溫度(一般接近與共晶 體的熔點，多在500 ℃以上)，保溫2h以上，使合金內的可 溶相充分溶解。然後急速淬入60~100 ℃的水中，使工件急 冷，使強化組元在合金中得到最大限度的溶解並固定保存到 室溫，這種過程叫固溶，也叫淬火處理或冷處理。
b）時效與退火
3. 時效
滲碳鋼 不鏽鋼
構造用合金鋼 SAE AISI 鋼 沃斯田鐵系 麻田散鐵系 肥粒鐵系
SWRH-3,-4 SWRH-1,-2 SS34,SS41
鋼種記號(JIS,SAE,AIAI)
S10C,S15C,S20C,S25C,S35C,S40C,S45C,S50C
1008 1010 1015 1018 1020 1025 1027 1035 1040 1045 1050
鍛造溫度
成形方式
材料之變形抵抗
材料之加工限界
鍛造應力
鍛造荷重
材料要求尺寸精度
材料之前處理
潤滑
材料 模具
主要鍛造設備
成形工程數
組織
脫炭層
表面粗度
制
拔模角
品 寸法 精度
由模具矯正 厚度 偏肉
形狀
冷間鍛造
常
溫
a.自由方式 b.半密閉方式 c.密閉方式
大 有 高 高 高 軟化退火、球化退火 磷酸鹽皮膜處理 a.多段臥式打頭機 b.肘節式鍛機 c.油壓鍛機 多 微細化 沒有 <6S 0 ±0.025~0.05±0.1 ±0.1~±0.25 0.05~0.20 部分復雜形狀
溫間鍛造 150~500℃ 600~800℃
a.自由方式 b.半密封方式 c.密閉方式
中
有
無
高
低
純之鍛造荷重較小
高
低
不要
石墨
石墨
a.肘節式鍛機
b.曲柄式鍛機
c.油壓鍛機
比冷間少
微細化，急冷組織
沒有
0.10~0.25
<7S
<10S
0
1°
±0.05~±0.15 ±0.1~±0.2
±0.1~±0.25 ±0.2~0.4
2.2 鍛壓成型局限性
a. 形狀過於復雜,不利於鍛壓時材料的流動成形； b. 由於鍛壓工藝限制，大部分鍛件在成型後需要CNC加工，中 間制程相對沖壓件要多； c. 鍛壓制程多為工站模，效率相對連續沖壓模要低； d. 鍛壓模具相對沖壓模具工作壓力要大很多，模具零件壽命相 對沖壓要低。
2.3 鍛壓成型之加工特點
關密閉鍛造 密閉鍛造
Ring Rolling Roll Froging Rocking Die Forging Cross Rolling
1. 鍛壓成型的常見分類方式
1.1 按使用之設備分類
錘類模鍛: 用錘類設備鍛壓的模鍛工藝； 機械式模鍛: 利用熱模鍛壓力機、平鍛機及螺旋壓力 機等模鍛設備鍛壓的模鍛工藝； 液壓模鍛： 利用液壓設備鍛壓的模鍛工藝； 特殊成型模鍛：利用特殊設備鍛壓的模鍛工藝；
5252 用于制造有较高强度的装饰件，如汽车等的装饰性零部件。在阳极氧化后具有光 亮透明的氧化膜
6061 要求有一定强度、可焊性与抗蚀性高的各种工业结构性，如制造卡车、塔式建筑、 船舶、电车、家具、机械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材
6063 建筑型材，灌溉管材以及供车辆、台架、家具、栏栅等用的挤压材料 6463 建筑与各种器具型材，以及经阳极氧化处理后有明亮表面的汽车装饰件 7005 挤压材料，用于制造既要有高的强度又要有高的断裂韧性的焊接结构，如交通运
1.2 按使用之模具分類
自由鍛: 沒有限制胚料的成型特征，一般用於大型 工件的粗成型，常用於汽車，船舶行業。
模 鍛: 指金屬材料在壓力的作用下發生的塑性變 形,並通過模具來保証產品要求的形狀特征，此類又 分為密閉鍛和半密閉鍛。
1.3 按模鍛作業溫度分類
按模鍛作業溫度可分為：熱間鍛造、溫間鍛造、冷間鍛造和恆溫鍛造。
液壓機工作壓 力大，靈活， 調節壓力速度 方便，省空間， 易操作等。
6. 模鍛下料沖孔飛邊設備
為了保証鍛件 下一步鍛壓成 型，一般情況 下都要作切邊 處理。
四：鍛壓常用材質
1.1 冷鍛用材料種類-1
種別
軟鋼線材 硬鋼線材
碳鋼
一般構造用軋延鋼材 機械構造用碳鋼
SAE AISI 鋼
合金鋼
構造用合金鋼 SAE AISI 鋼
時效工藝：時效又稱低溫回火，是把經過淬火的鋁合金工件加熱到某 溫度，保溫一定時間出爐空冷直至室溫，使過飽和的固溶體分 解，讓合金基體組織穩定的工藝。
4. 循環處理
循環工藝：把鋁合金工件冷卻到零下某個溫度(如-50℃，-70 ℃，195 ℃)並 保溫一定時間，再把工件加熱到350 ℃以下，使合金中的固溶體點 陣反復收縮和膨脹，並使各相的晶粒發生少量位移，以使這些固溶 體結晶點陣內的原子偏聚區和金屬間化合物的質點處於更穩定的狀 態，達到提高產品零件的尺寸、體積更穩定的目的。
三：鍛壓成型設備
1. 錘類模鍛設備
2. 熱模鍛壓力機
熱模鍛壓力機採 用曲柄滑塊機構 原理，常用於大 批量模鍛件的流 水線生產中。
3. 平鍛機
平鍛機生產率比 較高，是適合大 批量生產的通用 性模鍛設備。
4. 螺旋壓力機
平鍛機生產率比較高，是 適合大批量生產的通用性 模鍛設備。
5. 模鍛液壓機
鍛壓成型技術在各個領域中得到了廣泛應用，例如： 電腦、手機、手表、建築、家居、汽車、拖拉機、機 械、航空、航天、軍工等.
二. 鍛壓成型的分類
依使用設備之分類 依使用之模具分類
鍛
依材料變形型態分類
造
依鍛造作業溫度分類
依使用材料狀態分類
落錘式鍛壓 機械式鍛壓 液壓鍛壓 特殊成形設備 開模式鍛造(自由鍛) Open-die Forging 閉模式鍛造(模鍛) Close-die Forging
5005 与3003合金相似，具有中等强度与良好的抗蚀性。用作导体、炊具、仪表板、壳 与建筑装饰件。阳极氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮，并与6063合金的色 调协调一致
5052 此合金有良好的成形加工性能、抗蚀性、可烛性、疲劳强度与中等的静态强度， 用于制造飞机油箱、油管，以及交通车辆、船舶的钣金件，仪表、街灯支架与铆 钉、五金制品等
输车辆的桁架、杆件、容器；大型热交换器，以及焊接后不能进行固熔处理的部 件；还可用于制造体育器材如网球拍与垒球棒
2.5 調質度
2.6 鋁材热处理介紹
1.鋁合金熱處理的目的：
提高力學性能、穩定尺寸、改善切削加工性能、改善 焊接性能。
2.鋁合金熱處理工藝： 鋁合金熱處理
退火
固溶
時效
循環
等溫退火 中溫退火 完全退火 不完全人工時效 完全人工時效 過時效
d.借著金屬成形流動的方式，塑性加工比其他切削加工 可節省較多材料，減少材料省耗，不但低生產成本，亦 可達到資源充分利用之目的;
e.生產用之設備皆龐大而笨重，生產設備成本較高; (b)切削加工之晶粒流向被切斷
鍛用模具造價高，換模作業也較耗時，故不適於做少量 生產，因此較難達至現今工業界多樣少量之要求;
鍛壓成型工藝 主要是一種通過壓力作用,使材料發生 體積塑性變形,從而達到所需產品形狀的一種加工方法.
2.1 鍛壓成型優點
a. 材料利用率高;能成型機加工難以加工的特征;加工余量 較少; b. 可獲得理想的表面粗糙度和表面精度:鍛壓方法成形的 零件具有較為理想的表面粗糙度,一般可達R0.2-R0.6,表面 精度IT7-IT8. c. 可提高零件的力學性能:鍛壓過程中金屬處於三向壓應 力狀態,金屬的塑性得到充分的發揮和利用,擠壓後的材料 組織結構更加致密;通過鍛造成型產生的加工硬化可以提高 產品的強度.
1.2 冷鍛用材料種類-2
種類
鋁及鋁合金
純鋁
耐蝕鋁合金
高強度鋁合金 **
鉛及鉛合金
錫及錫合金
純銅
銅及銅合金
黃銅
純銅、黃銅 洋白 白銅
鎳銅合金
JIS記號
A1080,A1070,A1050,A1100,A1200 A3003,A4061,A6063
A2014,A2024,A7075
HPb,P,HPb,P4 Sn>99%,Cn<1% OFCu,Dcu( ) 1,Dcu( ) 2,Tcu( ) Cubb Bs( ) 1, Bs ( ) 2, RBs( )1, RBs ( ) 2,RBs( ) 3,RBs ( ) 4 BeCu ( ) 2 NS ( ) 2 CN ( ) 1 NCuT
2.7 鋁合金熱處理方式：
a百度文库退火
退火作用：消除鍛造和機械加工過程中的內應力，穩定加工的 形狀和尺寸從而改善合金的槊性。
退火工藝：將鋁合金件加熱到280~300℃，保溫2~3h，隨爐冷卻到室溫， 使固溶體慢慢發生分解，析出的第二質點聚集，從消除零件
的內應力，達到穩定尺寸、提高槊性、減少變形和翹曲的目的。