锻造是一种重要的零件制造工艺是利用锻造机械对金属坯料施加压力等的加工方法新视野

来源：互联网　2023-03-28 15:35:31

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金属加工方法(锻造是重要的零件制造工艺)

锻造是利用锻造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一种加工方法。锻造(锻造和冲压)是两大组成部分之一。锻造可以消除铸态气孔缺陷，优化冶炼过程中金属的显微组织。同时，由于保留了完整的金属流线，锻件的力学性能一般要优于同样材质的铸件。对于相关机械中载荷高、工况恶劣的重要零件，除了形状简单的卷板、型材或焊件外，多采用锻件。

(相关资料图)

1.变形温度

钢的初始再结晶温度在727℃左右，但一般以800℃为分界线，高于800℃的温度为热锻。300 ~ 800℃称为温锻或半热锻，室温称为冷锻。大多数行业使用的锻件都是热锻，而温锻和冷锻主要用于锻造汽车、通用机械等零部件。温锻和冷锻能有效节约材料。

2.锻造类别

按锻造温度可分为热锻、温锻和冷锻。根据成形机理，锻造可分为自由锻造、模锻、环轧和特种锻造。

1)自由锻造。是指利用简单的万能工具或直接在锻造设备的上砧和下砧之间施加外力，使坯料变形，以获得所需的几何形状和内部质量的锻造加工方法。用自由锻造法生产的锻件称为自由锻件。自由锻造主要生产小批量锻件。使用锻锤和液压机等锻造设备来成形坯料并获得合格的锻件。自由锻造的基本过程包括镦粗、拉伸、冲孔、切割、弯曲、扭转、移位和锻造。自由锻造都是热锻。

2)模锻。锻造可分为开式模锻和闭式模锻。将金属坯料在一定形状的锻模内膛中压缩变形，得到锻件。模锻一般用于生产重量小、批量大的零件。模锻可分为热模锻、温锻和冷锻。温锻和冷锻是模锻未来的发展方向，也代表了锻造技术的水平。

根据材料，模锻还可分为黑色金属模锻、有色金属模锻和粉末制品成形。顾名思义，材料就是碳钢等黑色金属，铜、铝等有色金属，以及粉末冶金材料。

挤压属于模锻，可分为重金属挤压和轻金属挤压。

闭式模锻和闭式镦粗是模锻的两种先进工艺。因为没有毛边，材料利用率高。用一道工序或几道工序完成复杂锻件的精加工是可能的。由于没有飞边，锻件的受力面积减小，所需载荷也减小。但需要注意的是，不能完全限制空白。因此，应严格控制毛坯的体积，控制锻模的相对位置，并对锻件进行测量，以减少锻模的磨损。

3)环磨。环磨是指用专用设备环磨机生产不同直径的环形零件，也用于生产汽车车轮、火车车轮等车轮零件。

4)特殊锻造。特种锻造包括辊锻、楔横轧、径向锻造、液态模锻等多种锻造方式，都比较适合生产一些特殊形状的零件。比如辊锻可以作为有效的预成形工艺，大大降低后续成形压力；楔横轧可以生产钢球、传动轴等零件；径向锻造可以生产筒体、阶梯轴等大型锻件。

5)锻模

根据锻模的运动方式，锻造可分为旋锻、旋锻、辊锻、楔横轧、环轧和交叉轧制。也可以用精锻来加工旋转锻造、旋转锻造和环轧。为了提高材料的利用率，可以采用辊锻和交叉轧 *** 为细长材料的前道工序。旋锻和自由锻一样，也是部分成形，其优点是与锻件尺寸相比，即使在较小的锻造力下也能成形。在这种锻造方法中，包括自由锻造，材料在加工过程中从模具表面附近膨胀到自由表面，因此难以保证精度。因此，通过计算机控制锻模的运动方向和摆锻过程，可以用较小的锻造力获得形状复杂、精度较高的产品，如涡轮叶片等多品种、大尺寸的锻件。

锻造设备的模具运动与自由度不一致。根据下止点的变形限制特征，锻造设备可分为以下四种形式:

锻造限力形式:通过油压直接驱动滑块的油压机。

准行程限制方式:油压驱动曲柄连杆机构的油压机。

行程限制方式:用曲柄、连杆和楔形机构驱动滑块的机械压力机。

限能方式:螺旋和带螺旋机构的摩擦压力机。

为了获得高精度，应注意防止下止点过载，控制速度和模具位置。因为这些会影响锻件的公差、形状精度和模具寿命。另外，为了保持精度，还要注意调整滑动导轨的间隙，保证刚性，调整下止点，使用辅助传动装置。

还有滑块的垂直和水平移动(用于锻造细长零件，润滑冷却，锻造高速生产的零件)。补偿装置可用于增加其他方向的运动。以上方法不同，所需的锻造力、工序、材料利用率、产量、尺寸公差和润滑冷却方式也不同。这些因素也是影响自动化水平的因素。

3.锻造材料

锻造材料主要是各种成分的碳钢和合金钢，其次是铝、镁、铜、钛及其合金。材料的原始状态是棒材、铸锭、金属粉末和液态金属。金属变形前的横截面积与变形后的横截面积之比称为锻造比。正确选择锻造比，合理的加热温度和保温时间，合理的初锻温度和终锻温度，合理的变形量和变形速度，对提高产品质量和降低成本有很大的关系。

一般用圆棒或方棒作为中、小型锻件的坯料。棒材的晶粒组织和力学性能均匀良好，形状和尺寸准确，表面质量好，便于组织大批量生产。只要合理控制加热温度和变形条件，就可以锻造出性能优良的锻件，而不会产生较大的锻造变形。

铸锭只用于大型锻件。铸锭是铸态组织，具有大的柱状晶体和疏松的中心。因此，必须通过大的塑性变形，将柱状晶破碎成细小的晶粒，并使其疏松、致密，才能获得优良的金属组织和力学性能。

粉末冶金预制体经压制和烧结后，可通过热态无飞边模锻制成粉末锻件。锻造粉末接近普通模锻件的密度，力学性能好，精度高，可减少后续切削加工。粉末锻件内部组织均匀，无偏析，可用于制造小齿轮等工件。但粉剂的价格远高于普通棒材，因此在生产中的应用受到限制。

通过对浇注在模腔内的液态金属施加静压力，使其在压力下凝固、结晶、流动、塑性变形、成形，从而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之间的一种成形方法，特别适用于一般模锻难以成形的复杂薄壁零件。

除了通常用于锻造的材料，如各种成分的碳钢和合金钢，其次是铝、镁、铜、钛等合金，高温合金、镍基高温合金、钴基高温合金的变形合金也进行锻造或轧制，但这些合金由于塑性区相对较窄，锻造相对困难，对不同材料的加热温度、始锻温度和终锻温度都有严格要求。

4.工艺流程

不同的锻造方式有不同的工艺，其中热模锻工艺最长，一般顺序是:将锻造毛坯下料；加热锻造毛坯；辊锻坯制备；模锻；修剪；打孔；更正；中间检查，检查锻件的尺寸和表面缺陷；消除锻造应力和改善金属切削性能的锻件热处理:清洗，主要是去除表面的水垢；更正；检验:一般锻件应进行外观和硬度检验，重要锻件应进行化学成分分析、力学性能、残余应力和无损检测。

5.锻件的特征

与铸件相比，金属锻造后可以改善其显微组织和力学性能。铸态组织经锻造法热加工变形后，由于金属的变形和再结晶，原来粗大的枝晶和柱状晶变成晶粒细小、大小均匀的等轴再结晶组织，使原来的偏析、疏松、气孔、夹渣等。钢锭内部被压实和焊接，结构变得更加致密，从而提高了金属的塑性和机械性能。

铸件的机械性能低于相同材料的锻件。此外，锻造工艺可以保证金属纤维结构的连续性，使锻件的纤维结构与锻件的形状保持一致，保持金属流线完整，保证零件具有良好的机械性能和较长的使用寿命。精密模锻、冷挤压、温挤压等工艺生产的锻件是铸件无法比拟的。

锻造金属是通过塑性变形来压制成形所需形状或合适压缩力的物体。这种力量通常是通过使用锤子或压力实现的。锻造过程建立了精细的晶粒结构并改善了金属的物理性能。在零件的实际使用中，一个正确的设计可以使颗粒朝主压力方向流动。铸件是通过各种铸造方法获得的金属成型物体，即通过浇铸、注射、抽吸或其他铸造方法将熔化的液态金属注入预先准备好的模具中，然后经过冷却、落砂、清理和后处理，获得具有一定形状、尺寸和性能的物体。

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