锻造基本工序
2021年01月06日锻造和板料冲压总称为锻压。锻压是对金属坯料施加一外力,使之产生塑性变形,从而获得具有一定尺寸、形状和内部组织的毛坯或零件的一种压力加工方法。
锻造能消除金属铸锭中的一些铸造缺陷,使其内部晶粒细化,组织致密,力学性能显著提高。所以重要的机器零件和工具部件,如车床主轴、高速齿轮、曲轴、连杆、锻模、和刀杆等大都采用锻造制坯。
3.1 锻 造
锻造的工艺方法主要有自由锻、模锻和胎膜锻。生产时,按锻件质量的大小,生产批量的多少选择不同的锻造方法。
3.1.1自由锻
锻造时,金属坯料受上下抵铁的压缩变形,而向四周为自由的塑性流动,故称为自由锻。由于工件的尺寸和形状要靠操作技术来保证,所以自由锻要求工人有较高的技术水平。
自由锻生产率低,加工余量大,但工具简单,通用性大,故被广泛用于锻造形状较简单的单件、小批生产的锻件。
3.1.1.1坯料的加热
金属材料在一定温度范围内,随温度的上升其塑性会提高,变形抗力会下降,用较小的变形力就能使坯料稳定地改变形状而不出现破裂,所以锻造时要对工件加热。
(1)始锻温度与终锻温度 允许加热达到的最高温度称为始锻温度,停止锻造的温度称为终锻温度。由于化学成分的不同,每种金属材料始锻和终锻温度都是不一样的。几种常用金属材料的锻造温度范围见表3-1所示。
表3-1常用金属材料的锻造温度范围
材料种类 始锻温度/℃ 终锻温度/℃
低碳钢 1200~1250 800
中碳钢 1150~1200 800
合金结构钢 1100~1180 850
锻件的温度可用仪表测定,在生产中也可根据被加热金属的火色来判别,如碳钢的加热温度与火色的关系如下:
温度(℃) 1300 1200 1100 900 800 700 小于600
火色 白色 亮黄 黄色 樱红 赤红 暗红 黑色
(2)加热缺陷 对锻件加热不当,则会产生以下缺陷。 1)过热 加热温度超过该材料的始锻温度,或在高温下保温过久,金属材料内部的晶粒会变得粗大,这种现象称为过热。过热使锻坯的塑性下降,可锻性变差。可通过重结晶退火的方法使晶粒重新细化。
2)过烧 加热温度远远高于始锻温度,接近该材料的熔点,晶粒边界发生严重氧化而使晶粒间失去结合力,这种现象称为过烧。过烧的坯料一经锻打即会碎裂,是不可修复的缺陷。
3)氧化和脱碳 加热时钢料与高温的氧、二氧化碳和水蒸气接触,使坯料表面产生氧化皮和脱碳层。每次加热的氧化烧损量约占坯料总重量的2~3%,下料计算时必须加上这个烧损量。
(3)加热炉 锻件加热可采用一般燃料如焦炭、重油等进行燃烧,利用火焰加热,也可采用电能加热。典型的电能加热设备是高效节能红外箱式炉,其结构如图3-1所示。它采用硅碳棒为发热元件,并在内壁涂有高温烧结的辐射涂料,加热时炉内形成高辐射均匀温度场,因此升温快,单位耗电低,达到节能目的。红外炉采用无级调压控制柜与其配套,具有快速启动,精密控温,送电功率和炉温可任意调节的特点。
自由锻设备有空气锤、蒸汽-空气锤和水压机等,分别适合小、中和大型锻件的生产。
(1)空气锤的结构和工作原理 空气锤的结构如图3-2 所示,由锤身、压缩缸、工作缸、传动机构、操纵机构、落下部分及砧座等组成。空气锤的公称规格是以落下部分的质量来表示的。落下部分包括了工作活塞、锤杆、锤头和上抵铁。例如65Kg空气锤,是指其落下部分质量为65Kg,而不是指它的打击力。
空气锤的工作原理亦如图3-2所示,电动机通过减速机构带动曲柄连杆机构转动,曲柄连杆机构把电动机的旋转运动转化为压缩活塞的上下往复运动,压缩活塞通过上下旋阀将压缩空气压入工作缸的下部或上部,推动落下部分的升降运动,实现锤头对锻件的打击。
(2)空气锤的操作 通过踏杆或手柄操纵配气机构(上、下旋阀),可实现空转、悬空、压紧、连续打击和单次打击等操作。
1)空转 转动手柄,上、下旋阀的位置使压缩缸的上下气道都与大气连通,压缩空气不进入工作缸,而是排入大气中,压缩活塞空转。
2)悬空 上悬阀的位置使工作缸和压缩缸的上气道都与大气连通,当压缩活塞向上运行时,压缩空气排入大气中,而活塞向下运行时,压缩空气经由下旋阀,冲开一个防止压缩空气倒流的逆止阀,进入工作缸下部,使锤头始终悬空。悬空的目的是便于检查尺寸,更换工具,清洁整理等。
3)压紧 上下旋阀的位置使压缩缸的上气道和工作缸的下气道都与大气连通,当压缩活塞向上运行时,压缩空气排入大气中,而当活塞向下运行时,压缩缸下部空气通过下旋阀并冲开逆止阀,转而进入上下旋阀连通道内,经由上旋阀进入工作缸上部,使锤头向下压紧锻件。与此同时,工作缸下部的空气经由下旋阀排入大气中。压紧工件可进行弯曲、扭转等操作。