锻造工艺概述

锻造工艺概述

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。