锻造工艺学1.ppt

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1、锻锻 造造 工工 艺艺 学学材料科学与工程学院Seite 2 第一章第一章 绪绪 论论Seite 3 什么是锻造？什么是锻造？金属金属塑性加工塑性加工方法之一方法之一锻造是利用手锤、锻锤或压力设备上的模具对加锻造是利用手锤、锻锤或压力设备上的模具对加热的金属坯料施力，使金属材料在不分离条件下热的金属坯料施力，使金属材料在不分离条件下产生塑性变形，以获得形状、尺寸和性能符合要产生塑性变形，以获得形状、尺寸和性能符合要求的零件。求的零件。为了使金属材料在为了使金属材料在高塑性高塑性下成型，通常锻造是在下成型，通常锻造是在热态下进行，因此锻造也祢为热态下进行，因此锻造也祢为热锻热锻。Seite 4

2、锻造是一种通过模具和工具利用压力使工件成锻造是一种通过模具和工具利用压力使工件成型的工艺方法型的工艺方法是最古老的金属加工方法之一是最古老的金属加工方法之一公元前公元前4000年年8000年年锻造生产广泛应用于机械、冶金、造船、航空、锻造生产广泛应用于机械、冶金、造船、航空、航天、兵器以及其它许多工业部门。航天、兵器以及其它许多工业部门。Seite 5 航空航天航空航天Seite 6 武器装备武器装备Seite 7 齿轮齿轮曲轴曲轴连杆连杆Seite 8 1任任务务：解解决决锻锻件件的的成成形形及及其其内内部部组组织织性性能能的的控制，以获得所需形状、尺寸和质量的锻件。控制，以获得所需形状、尺

3、寸和质量的锻件。2根根本本目目的的：利利用用外外加加载载荷荷（冲冲击击载载荷荷或或静静载载荷荷）通通过过锻锻压压设设备备或或模模具具使使金金属属毛毛坯坯产产生生塑塑性性变变形形，从从而而获获得得所所需需形形状状和和尺尺寸寸的的锻锻件件，同同时时使使锻锻件机械性能和内部组织符合一定的技术的要求。件机械性能和内部组织符合一定的技术的要求。Seite 9 锻造工艺的实质：锻造工艺的实质：如何利用金属的塑性使金属毛坯改变形如何利用金属的塑性使金属毛坯改变形状和性能而成为合格锻件的加工过程。状和性能而成为合格锻件的加工过程。Seite 10 一、锻造生产的特点及其在国民经济中的作用一、锻造生产的特点及其

4、在国民经济中的作用（一）锻造生产的优点和缺点（一）锻造生产的优点和缺点1优点：优点：优质、高产、低消耗、灵活。优质、高产、低消耗、灵活。1)优质优质指可以改善金属组织性能。指可以改善金属组织性能。金属零件的传统生产过程是：金属零件的传统生产过程是：冶炼冶炼制坯制坯切削加工切削加工热处理热处理制坯有三条途径：铸造毛坯、轧制型材、锻造毛坯。制坯有三条途径：铸造毛坯、轧制型材、锻造毛坯。铸造毛坯铸造毛坯的组织性能差，只适用于性能要求低的零、部件的组织性能差，只适用于性能要求低的零、部件Seite 11 锻造：锻造：纤纤维维组组织织变变形形后后的的杂杂质质仍仍具具有有方方向向性性，呈呈现现纤纤维维状状

5、条纹条纹锻锻造造流流线线变变形形后后杂杂质质的的纤纤维维分分布布，使使组组织织、性性能能呈呈方向性方向性Seite 12 钢锭锻造过程中纤维组织形成的示意钢锭锻造过程中纤维组织形成的示意Seite 13 2)高产高产指机械化生产，生产率高指机械化生产，生产率高二、三百件二、三百件/小时，现在更高了，一百多件小时，现在更高了，一百多件/分，分，1.2万件万件/小时。据统计，每模锻小时。据统计，每模锻100万吨钢，由于提高万吨钢，由于提高了生产率，可比切削加工减少了生产率，可比切削加工减少23万工人，少用万工人，少用15000台机床。在现今技术水平条件下，几乎任何一种金属材台机床。在现今技术水平条

6、件下，几乎任何一种金属材料都可用锻造方法制成半成品零件，只是难易程度不同料都可用锻造方法制成半成品零件，只是难易程度不同而已。而已。Seite 14 在今天，锻造生产率提高，其锻件精度也愈来愈高，可以达在今天，锻造生产率提高，其锻件精度也愈来愈高，可以达到甚至超过机械加工的一般精度水平，如各种冷温挤压标准到甚至超过机械加工的一般精度水平，如各种冷温挤压标准件、精锻齿轮、精锻叶片、精锻轴类件等。件、精锻齿轮、精锻叶片、精锻轴类件等。西航建成国内最大航空发动机叶片精锻生产线西航建成国内最大航空发动机叶片精锻生产线Seite 15 3)低消耗低消耗指少、无切削，省工省料指少、无切削，省工省料 4)灵

7、活灵活指锻造可以锻制形状简单的锻件（如模块、齿轮坯指锻造可以锻制形状简单的锻件（如模块、齿轮坯等），也可锻制形状复杂、不需或只需少量切削加工的精密等），也可锻制形状复杂、不需或只需少量切削加工的精密锻件（如曲轴、精锻齿轮等）锻件（如曲轴、精锻齿轮等）锻件的重量小的不到锻件的重量小的不到1公斤公斤大的可达几百吨大的可达几百吨单件小批量生产单件小批量生产大批量生产大批量生产万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环Seite 16 2缺点：缺点：1)模具成本高，加工周期长模具成本高，加工周

8、期长2)受锻造设备吨位的限制受锻造设备吨位的限制Seite 17（二）锻造业的地位（二）锻造业的地位锻造在工业生产中占有锻造在工业生产中占有举足轻重举足轻重的地位。的地位。锻造生产能力及其工艺水平，对一个国家的锻造生产能力及其工艺水平，对一个国家的工业、农业、国防和科学技术的影响，难以工业、农业、国防和科学技术的影响，难以估量。估量。锻造生产的能力在一定程度上锻造生产的能力在一定程度上标志标志着一个国着一个国家的工业水平。家的工业水平。Seite 18 二、锻件生产的分类及其工艺流程二、锻件生产的分类及其工艺流程根据根据工具工具和和生产工艺生产工艺分为自由锻造、模锻和特种锻造。分为自由锻造、模

9、锻和特种锻造。1自自由由锻锻造造把把加加热热好好的的坯坯料料放放在在自自由由锻锻造造设设备备的的平平砧砧之之间间或简单的工具中进行锻造的方法。或简单的工具中进行锻造的方法。一般由锻工控制金属的变形方向和形状尺寸。一般由锻工控制金属的变形方向和形状尺寸。手工锻造手工锻造自由锻自由锻机械（锤上自由锻和水压机上自由锻）机械（锤上自由锻和水压机上自由锻）Seite 19 自由锻示意图自由锻示意图模锻示意图模锻示意图Seite 20 u自由锻造主要用于锻制钢锭和形状简单、粗糙度自由锻造主要用于锻制钢锭和形状简单、粗糙度要求较低、加工余量较大的锻件生产。要求较低、加工余量较大的锻件生产。u使用的是形状简单

10、的通用工具，灵活性大，生产使用的是形状简单的通用工具，灵活性大，生产准备周期短，所以使用范围广。准备周期短，所以使用范围广。u锻件力学性能和表面质量受操作工人的影响较大，锻件力学性能和表面质量受操作工人的影响较大，不易保证，生产效率低。不易保证，生产效率低。Seite 21 胎模锻胎模锻-自由锻还可以借助简单的模具进行锻造。自由锻还可以借助简单的模具进行锻造。胎模锻造：是把加热好的坯料用自由锻方法预锻胎模锻造：是把加热好的坯料用自由锻方法预锻成近似锻件的形状，然后在自由锻设备上用胎模终成近似锻件的形状，然后在自由锻设备上用胎模终锻成形。锻成形。形状简单的锻件可直接把坯料放入胎模内成形形状简单的

11、锻件可直接把坯料放入胎模内成形Seite 22 2模锻模锻把加热好的坯料放在固定于模锻设备上把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的模具内进行锻造的方法。的模具内进行锻造的方法。由于模具型槽由于模具型槽限制限制金属的变形，而获得与型槽形金属的变形，而获得与型槽形状一致的锻件。状一致的锻件。根据根据变形特点变形特点-开式模锻开式模锻闭式模锻闭式模锻Seite 23 根据根据设备结构特性设备结构特性和和工艺特性工艺特性分为：分为：锤上模锻（自由锻锤上模锻、高速锤上模锻）锤上模锻（自由锻锤上模锻、高速锤上模锻）摩擦压力机上模锻摩擦压力机上模锻热模锻压力机上模锻热模锻压力机上模锻液压机上模锻液压机上模锻平

12、锻机上模锻平锻机上模锻专用锻压机上模锻等。专用锻压机上模锻等。Seite 24 模锻适用于：模锻适用于：形状复杂形状复杂尺寸精度较高尺寸精度较高加工余量小加工余量小批量生产的中、小型锻件。批量生产的中、小型锻件。形状和尺寸靠模具保证，人为影响因素小形状和尺寸靠模具保证，人为影响因素小精密锻件的成形也通过模锻来实现精密锻件的成形也通过模锻来实现Seite 25 3特特种种锻锻造造即即在在专专用用锻锻压压设设备备上上或或在在特特殊殊模模具具型槽内使坯料成形的一种特殊锻造工艺。型槽内使坯料成形的一种特殊锻造工艺。一一般般锻锻造造方方法法很很难难达达到到要要求求时时，可可用用特特种种锻锻造造工艺。工艺

13、。如如精精密密模模锻锻，温温热热挤挤压压，辊辊锻锻，电电镦镦，摆摆动动辗辗压压，粉粉末末锻锻造造，液液态态模模锻锻，等等温温模模锻锻和和超超塑塑性性模锻等。模锻等。Seite 26 塑性成型工艺流程：锻造工艺流程：锻造工艺流程：生产一个锻件所经过的锻造生产过程生产一个锻件所经过的锻造生产过程Seite 27 模锻，锻造工艺流程：模锻，锻造工艺流程：备料备料 加热加热 模锻模锻 切边、冲孔切边、冲孔 热处理热处理 酸洗、清理酸洗、清理 校正校正Seite 28 一一种种锻锻件件选选用用哪哪一一种种锻锻造造方方法法生生产产，与与形形状状、尺尺寸寸、技术要求和生产批量大小等很多因素有关。技术要求和生

14、产批量大小等很多因素有关。通常，单件、小批量生产通常，单件、小批量生产自由锻方法自由锻方法大批量大批量模锻方法模锻方法生产生产航航空空重重要要产产品品上上的的锻锻件件，虽虽然然批批量量不不大大，但但由由于于流流线线和和性性能等方面的要求，要求工艺的一致性等，采用模锻方法能等方面的要求，要求工艺的一致性等，采用模锻方法Seite 29 三、锻造工艺的发展简史及其发展趋势三、锻造工艺的发展简史及其发展趋势（一）锻造技术的发展简史（一）锻造技术的发展简史人人类类在在新新石石器器时时代代末末期期，已已开开始始以以锤锤击击天天然然红红铜铜来来制制造造装装饰饰品品和和小小用用品品。中中国国约约在在公公元元

15、前前2000多多年年已已应应用用冷冷锻锻工工艺艺制制造造工工具具，如如甘甘肃肃武武威威皇皇娘娘娘娘台台齐齐家家文文化化遗遗址址出出土土的的红红铜器物，就有明显的锤击痕迹。铜器物，就有明显的锤击痕迹。最最初初，人人们们靠靠抡抡锤锤进进行行锻锻造造，后后来来出出现现通通过过人人拉拉绳绳索索和和滑滑车车来来提提起起重重锤锤再再自自由由落落下下的的方方法法锻锻打打坯坯料料。14世世纪纪以以后后出出现了畜力和水力落锤锻。现了畜力和水力落锤锻。Seite 30 Seite 31 为锻铜为锻铜浮雕。是手浮雕。是手工工锻锻造作品。手工造作品。手工锻锻造是一种古老的造是一种古老的金属加工工金属加工工艺艺，是，是

16、以手工以手工锻锻打的方式打的方式，在金属板上，在金属板上锻锤锻锤出各种高低凹凸不出各种高低凹凸不平的浮雕效果。平的浮雕效果。Seite 32 18421842年年，英英国国的的内内史史密密斯斯制制成成第第一一台台蒸蒸汽汽锤锤，使使锻锻造造进进入入应应用用动动力力的的时时代代。以以后后陆陆续续出出现现锻锻造造水水压压机机、电电机机驱驱动动的的夹夹板板锤锤、空空气气锻锻锤锤和和机机械械压压力力机机。夹夹板板锤锤最最早早应应用用于于美美国国内内战战(1861(18611865)1865)期期间间，用用以以模模锻锻武武器器的的零零件件，随随后后在在欧欧洲洲出出现现了了蒸蒸汽汽模模锻锻锤锤，模模锻锻工工

17、艺艺逐逐渐渐推推广广。到到1919世世纪纪末末已已形形成成近近代代锻锻压压机机械械的的基基本本门门类。类。20世世纪纪初初期期，随随着着汽汽车车开开始始大大量量生生产产，热热模模锻锻迅迅速发展，成为锻造的主要工艺。速发展，成为锻造的主要工艺。Seite 33 锻压经过锻压经过100多年的发展，今天已成为一门综多年的发展，今天已成为一门综合性学科。合性学科。它以塑性成形原理、金属学、摩擦学为理论基它以塑性成形原理、金属学、摩擦学为理论基础，同时涉及传热学、物理化学、机械运动等础，同时涉及传热学、物理化学、机械运动等相关学科，以锻造、冲压等为技术，与其它学相关学科，以锻造、冲压等为技术，与其它学科

18、一起支撑科一起支撑机器制造业机器制造业。Seite 34 我国的锻造生产与世界先进国家的水平相比我国的锻造生产与世界先进国家的水平相比还有一定还有一定差距差距。表现在：表现在：1)工业发达国家的模锻件已占全部锻件的工业发达国家的模锻件已占全部锻件的70以上，而我国尚不足以上，而我国尚不足30。2)国国外外有有成成千千条条锻锻造造自自动动生生产产线线，大大型型自自由由锻锻造造水水压压机机普普遍遍配配备备了了锻锻造造操操作作机机等等。而而我我国国在在这这些些方法还很薄弱。方法还很薄弱。Seite 35 3)精锻技术和大型锻件的生产水平与一些工业发精锻技术和大型锻件的生产水平与一些工业发展国家相比较

19、低，一些航空产品上的精锻件和重展国家相比较低，一些航空产品上的精锻件和重要的大型自由锻件还常常需从国外进口。要的大型自由锻件还常常需从国外进口。4)在在CAD/CAM方面，一些发达国家已进入实用方面，一些发达国家已进入实用阶段，在这些方面，我国还刚刚起步。阶段，在这些方面，我国还刚刚起步。Seite 36（二）锻造生产的发展趋势（二）锻造生产的发展趋势1)总总趋趋势势是是使使锻锻件件形形状状、尺尺寸寸和和表表面面质质量量最最大大限限度度地地与与产产品品零零件件相相接接近近，以以达达到到少少、无无切切削削加加工工的的目目的的，为为此此应应逐逐步步发发展展和和完完善善精精密密成成形形新新技技术术，

20、发发展展高高效效精精密密的的锻锻压压设备。设备。2)为为适适应应大大批批量量生生产产的的需需要要，应应发发展展专专业业化化的的连连续续生生产产线线，建建立立地地区区性性的的专专门门化化锻锻造造中中心心，如如齿齿轮轮精精锻锻中中心心、连连杆杆锻锻造造中中心心、标标准准件件锻锻造造中中心心等等，以以利利于于进进行行技技术术改改造造及采用最新设备和先进工艺。及采用最新设备和先进工艺。我国自行研制的万吨级水压机我国自行研制的万吨级水压机我国自行研制的万吨级水压机我国自行研制的万吨级水压机Seite 37 3)为为适适应应新新产产品品开开发发，缩缩短短研研制制周周期期，应应发发展展柔柔性性加加工技术和工

21、技术和CAD/CAM技术技术。锻模的锻模的CAD/CAM的主要优点有：的主要优点有：设设计计的的速速度度快快、准准确确性性高高，且且可可将将设设计计人人员员从从繁繁重重的的重重复复性性劳动中解脱出来。劳动中解脱出来。可可以以把把多多方方面面的的经经验验和和研研究究成成果果集集中中起起来来，方方便便地地应应用用于于设设计加工，提高设计质量。计加工，提高设计质量。可以实现多方案比较设计，达到优化的目的。可以实现多方案比较设计，达到优化的目的。Seite 38 4)提高锻件的内在提高锻件的内在质量质量。5)提高机械化、提高机械化、自动化自动化水平。水平。6)发发展展以以煤煤气气、油油、电电等等为为热

22、热源源的的先先进进加加热热技技术术，改善劳动条件。，改善劳动条件。Seite 39（三三）目目前前，我我国国锻锻造造业业面面临临的的问问题题可可以以归归纳纳为如下为如下l装备水平低，其主要表现是设备老化、精确度低装备水平低，其主要表现是设备老化、精确度低l管理体制亟待理顺，生产厂点过多，力量分散管理体制亟待理顺，生产厂点过多，力量分散l厂家封闭式经营厂家封闭式经营l研究和生产不平衡研究和生产不平衡Seite 40 四、本课程的性质和任务四、本课程的性质和任务锻锻造造工工艺艺学学是是研研究究如如何何利利用用各各种种锻锻造造方方法法有有效效地地控控制制锻锻件件的的成成型型和和内内部部组组织织性性能

23、能生生产产出出高高质质量量锻锻件件的的一一门门技技术术学科。学科。锻造工艺学锻造工艺学任务是通过本课程的教学，达到如下任务是通过本课程的教学，达到如下要求要求：1)基本掌握自由锻工艺设计、模锻工艺设计和锻模设计的方法基本掌握自由锻工艺设计、模锻工艺设计和锻模设计的方法2)具有初步的进行锻造工艺分析的能力具有初步的进行锻造工艺分析的能力3)具有初步分析和解决锻件质量问题的能力。具有初步分析和解决锻件质量问题的能力。Seite 41 五、主要参考书简介五、主要参考书简介姚泽坤主编，锻造工艺学，西北工业大学出版社，姚泽坤主编，锻造工艺学，西北工业大学出版社，1998张志文主编：锻造工艺学，机械工业出版社，张志文主编：锻造工艺学，机械工业出版社，1983杨振恒、陈镜清等编：锻造工艺学，西北工业大学出版社，杨振恒、陈镜清等编：锻造工艺学，西北工业大学出版社，1986锻件质量分析编写组编：锻件质量分析，机械工业出版社，锻件质量分析编写组编：锻件质量分析，机械工业出版社，1983锻工手册编写组编：锻工手册，机械工业出版社，锻工手册编写组编：锻工手册，机械工业出版社，1978李尚健主编，锻造工艺及模具设计资料，机械工业出版社，李尚健主编，锻造工艺及模具设计资料，机械工业出版社，1991张振纯编：锻模图册，机构工业出版社，张振纯编：锻模图册，机构工业出版社，1980