鍛造在中國有著悠久的歷史,它是以手工作坊的生產方式延續下來的。大概是在20世紀初。它才逐漸以機械工業化的生產方式出現在鐵路、兵工、造船等行業中。這種轉變的主要標志就是使用了鍛造能力強大的機器。
在汽車制造過程中,廣泛地采用鍛造的加工方法。隨著科技的進步,對工件精度要求的不斷提高,具有高效率、低成本、低能耗、高質量等優點的精密鍛造技術得到越來越廣泛的應用。依據金屬塑性成形時的變形溫度不同,精密冷鍛成形可分為冷鍛成形、溫度成形、亞熱鍛成形、熱精鍛成形等,生產的汽車零部件包括:汽車離合器接合齒圈、汽車變速器的輸入軸零件、軸承圈、汽車等速萬向節滑套系列產品、汽車差速器齒輪、汽車前軸等。
一、鍛造的定義和分類
1、鍛造的定義
鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力,使其產生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法,鍛壓(鍛造與沖壓)的兩大組成部分之一。
通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產生的鑄態疏松等缺陷,優化微觀組織結構,同時由于保存了完整的金屬流線,鍛件的機械性能一般優于同樣材料的鑄件。相關機械中負載高、工作條件嚴峻的重要零件,除形狀較簡單的可用軋制的板材、型材或焊接件外,多采用鍛件。
2、鍛造的分類
按照生產工具不同,可以將鍛造技術分成自由鍛造,模塊鍛造,碾環和特種鍛造。
自由鍛:指用簡單的通用性工具,或在鍛造設備的上、下砧鐵之間直接對坯料施加外力,使坯料產生變形而獲得所需的幾何形狀及內部質量的鍛件的加工方法。
模鍛:指金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內受壓變形而獲得鍛件。模鍛可分為熱模鍛、溫鍛和冷鍛。溫鍛和冷鍛是模鍛的未來發展方向,也代表了鍛造技術水平的高低。
碾環:指通過專用設備碾環機生產不同直徑的環形零件,也用來生產汽車輪轂、火車車輪等輪形零件。
特種鍛造:包括輥鍛、楔橫軋、徑向鍛造、液態模鍛等鍛造方式,這些方式都比較適用于生產某些特殊形狀的零件。例如,輥鍛可以作為有效的預成形工藝,大幅降低后續的成形壓力;楔橫軋可以生產鋼球、傳動軸等零件;徑向鍛造則可以生產大型的炮筒、臺階軸等鍛件。
按照鍛造溫度,可以將鍛造技術分為熱鍛、溫鍛和冷鍛。
鋼的開始再結晶溫度約727℃,但普遍采用800℃作為劃分線,高于800℃的是熱鍛;在300~800℃之間稱為溫鍛或半熱鍛,在室溫下進行鍛造的稱為冷鍛。用于大多數行業的鍛件都是熱鍛,溫鍛和冷鍛主要用于汽車、通用機械等零件的鍛造,溫鍛和冷鍛可以有效的節材。
根據鍛模的運動方式,鍛造又可分為擺輾、擺旋鍛、輥鍛、楔橫軋、輾環和斜軋等方式。
3、鍛造用料
鍛造用料主要是各種成分的碳素鋼和合金鋼,其次是鋁、鎂、銅、鈦等及其合金,鐵基高溫合金,鎳基高溫合金,鈷基高溫合金的變形合金也采用鍛造或軋制方式完成,只是這些合金由于其塑性區相對較窄,所以鍛造難度會相對較大,不同材料的加熱溫度,開鍛溫度與終鍛溫度都有嚴格的要求。
材料的原始狀態有棒料、鑄錠、金屬粉末和液態金屬。金屬在變形前的橫斷面積與變形后的橫斷面積之比稱為鍛造比。
正確地選擇鍛造比、合理的加熱溫度及保溫時間、合理的始鍛溫度和終鍛溫度、合理的變形量及變形速度對提高產品質量、降低成本有很大關系。
二、常用的鍛造方法及其優缺點
1. 自由鍛
自由鍛是指用簡單的通用性工具,或在鍛造設備的上、下砧鐵之間直接對坯料施加外力,使坯料產生變形而獲得所需的幾何形狀及內部質量的鍛件的加工方法。采用自由鍛方法生產的鍛件稱為自由鍛件。
自由鍛都是以生產批量不大的鍛件為主,采用鍛錘、液壓機等鍛造設備對坯料進行成形加工,獲得合格鍛件。自由鍛的基本工序包括鐓粗、拔長、沖孔、切割、彎曲、扭轉、錯移及鍛接等。自由鍛采取的都是熱鍛方式。
自由鍛造工序
包括基本工序、輔助工序、精整工序。
自由鍛造的基本工序:鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、扭轉、錯移及鍛接等,而實際生產中最常用的是鐓粗、拔長、沖孔這三種工序。
輔助工序:預先變形工序,如壓鉗口、壓鋼錠棱邊、切肩等。
精整工序:減少鍛件表面缺陷的工序,如清除鍛件表面凹凸不平及整形等。
優點:
缺點及局限性:
2. 模鍛
模鍛是指在專用模鍛設備上利用模具使毛坯成型而獲得鍛件的鍛造方法。此方法生產的鍛件尺寸精確,加工余量較小,結構也比較復雜生產率高。
按所用設備的不同分類:錘上模鍛、曲柄壓力機模鍛、平鍛機上模鍛及摩擦壓力機上模鍛等。
錘上模鍛最常用的設備是蒸汽-空氣模鍛錘、無砧座錘和高速錘等。
鍛模模膛:
根據其功用不同可分為模鍛模膛和制坯模膛兩大類。
1)模鍛模膛
(1) 預鍛模膛:
預鍛模膛的作用是使毛坯變形到接近于鍛件的形狀和尺寸,這樣在進行終鍛時,金屬容易填滿模膛而獲得鍛件所需要的尺寸。對于形狀簡單的鍛件或批量不大時可不設預鍛模膛。預鍛模膛的圓角和斜度要比終鍛模膛大得多,而且沒有飛邊槽。
(2) 終鍛模膛:
終鍛模膛的作用是使毛坯最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸,因此,它的形狀應和鍛件的形狀相同;但因鍛件冷卻時要收縮,故終鍛模膛的尺寸應比鍛件尺寸放大一個收縮量。鋼鍛件收縮量取1.5%。另外,沿模膛四周有飛邊槽,用以增加金屬從模膛中流出的阻力,促使金屬充滿模膛,同時容納多余的金屬。
2)制坯模膛
對于形狀復雜的鍛件,為了使毛坯形狀基本符合鍛件形狀,以便使金屬能合理分布和很好地充滿模膛,就必須預先在制坯模膛內制坯。
(1) 拔長模膛:
它是用來減少毛坯某部分的橫截面積,以增加該部分的長度。拔長模膛分為開式和閉式兩種。
(2) 滾壓模膛:
它是用來減少毛坯某一部分的橫截面積,以增加另一部分的橫截面積,從而使金屬按鍛件形狀來分布。滾壓模膛分為開式和閉式兩種。
(3) 彎曲模膛:
對于彎曲的桿類模鍛件,需用彎曲模膛來彎曲毛坯。
(4)切斷模膛:
它是在上模與下模的角上組成一對刀口,用來切斷金屬。
優點:
缺點及局限性:
3. 輥鍛
輥鍛是指用一對相向旋轉的扇形模具使坯料產生塑性變形,從而獲得所需鍛件或鍛坯的鍛造工藝。
輥鍛變形原理如上所示。輥鍛變形是復雜的三維變形。大部分變形材料沿著長度方向流動使坯料長度增加,少部分材料橫向流動使坯料寬度增加。輥鍛過程中坯料根截面面積不斷減小。輥鍛適用于軸類件拔長,板坯輾片及沿長度方向分配材料等變形過程。
輥鍛可用于生產連桿﹑麻花鉆頭﹑扳手﹑道釘﹑鋤﹑鎬和透平葉片等。輥鍛工藝利用軋制成形原理逐步地使毛坯變形。
與普通模鍛相比﹐輥鍛具有設備結構較簡單﹑生產平穩﹑振動和噪音小﹐便于實現自動化﹑生產效率高等優點。
4、胎模鍛
胎模鍛是采用自由鍛方法制坯,然后在胎模中最后成形的一種鍛造方法,是介于自由鍛與模鍛之間的一種鍛造方法。在模鍛設備較少,大部為自由鍛錘中小型企業應用普遍。
胎模鍛使用胎模的種類很多,生產中常用的有:型摔,扣模,套模、墊模,合模等。
閉式筒模多用于回轉體鍛件的鍛造。如兩端面帶凸臺的齒輪等,有時也用于非回轉體鍛件的鍛造。閉式筒模鍛造屬無飛邊鍛造。
對于形狀復雜的胎模鍛件,則需在筒模內再加兩個半模(即增加一個分模面)制成組合筒模,毛坯在由兩個半模組成的模膛內成形。