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浅析锻造的变形温度类别及特点

锻造是一种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、一定形状和尺寸锻件的加工方法,锻压(锻造与冲压)的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷,优化微观组织结构,同时由于保存了完整的金属流线,锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、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。


1.变形温度

钢的开始再结晶温度约为727℃,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,在室温下进行锻造的称为冷锻。用于大多数行业的锻件都是热锻,温锻和冷锻主要用于汽车、通用机械等零件的锻造,温锻和冷锻可以有效的节材。


2.锻造类别

上面提到,根据锻造温度,可以分为热锻、温锻和冷锻。根据成形机理,锻造可分为自由锻、模锻、碾环、特殊锻造。


1)自由锻

指用简单的通用性工具,或在锻造设备的上、下砧铁之间直接对坯料施加外力,使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。 采用自由锻方法生产的锻件称为 自由锻件。自由锻都是以生产批量不大的锻件为主,采用锻锤、液压机等锻造设备对坯料进行成形加工,获得合格锻件。 自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。自由锻采取的都是热锻方式。



2)模锻

模锻又分为开式模锻和闭式模锻.金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件,模锻一般用于生产重量不大、批量较大的零件。模锻可分为热模锻、温锻和冷锻。温锻和冷锻是模锻的未来发展方向,也代表了锻造技术水平的高低。

按照材料分,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,就是材料分别是碳钢等黑色金属、铜铝等有色金属和粉末冶金材料。



挤压应归属于模锻,可以分为重金属挤压和轻金属挤压。

闭式模锻和闭式镦锻属于模锻的两种先进工艺,由于没有飞边,材料的利用率就高。用一道工序或几道工序就可能完成复杂锻件的精加工。由于没有飞边,锻件的受力面积就减少,所需要的荷载也减少。但是,应注意不能使坯料完全受到限制,为此要严格控制坯料的体积,控制锻模的相对位置和对锻件进行测量,努力减少锻模的磨损。


3)碾环

碾环是指通过专用设备碾环机生产不同直径的环形零件,也用来生产汽车轮毂、火车车轮等轮形零件。



4)特种锻造

特种锻造包括辊锻、楔横轧、径向锻造、液态模锻等锻造方式,这些方式都比较适用于生产某些特殊形状的零件。例如,辊锻可以作为有效的预成形工艺,大幅降低后续的成形压力;楔横轧可以生产钢球、传动轴等零件;径向锻造则可以生产大型的炮筒、台阶轴等锻件。



5)锻模

根据锻模的运动方式,锻造又可分为摆辗、摆旋锻、辊锻、楔横轧、辗环和斜轧等方式。摆辗、摆旋锻和辗环也可用精锻加工。为了提高材料的利用率,辊锻和横轧可用作细长材料的前道工序加工。与自由锻一样的旋转锻造也是局部成形的,它的优点是与锻件尺寸相比,锻造力较小情况下也可实现形成。包括自由锻在内的这种锻造方式,加工时材料从模具面附近向自由表面扩展,因此,很难保证精度,所以,将锻模的运动方向和旋锻工序用计算机控制,就可用较低的锻造力获得形状复杂、精度高的产品,例如生产品种多、尺寸大的汽轮机叶片等锻件。

锻造设备的模具运动与自由度是不一致的,根据下死点变形限制特点,锻造设备可分为下述四种形式:

限制锻造力形式:油压直接驱动滑块的油压机。

准冲程限制方式:油压驱动曲柄连杆机构的油压机。

冲程限制方式:曲柄、连杆和楔机构驱动滑块的机械式压力机。

能量限制方式:利用螺旋机构的螺旋和磨擦压力机。

为了获得高的精度应注意防止下死点处过载,控制速度和模具位置。因为这些都会对锻件公差、形状精度和锻模寿命有影响。另外,为了保持精度,还应注意调整滑块导轨间隙、保证刚度,调整下死点和利用补助传动装置等措施。

还有滑块垂直和水平运动(用于细长件的锻造、润滑冷却和高速生产的零件锻造)方式之分,利用补偿装置可以增加其它方向的运动。上述方式不同,所需的锻造力、工序、材料的利用率、产量、尺寸公差和润滑冷却方式都不一样,这些因素也是影响自动化水平的因素。


3.锻造用材

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。 金属在变形前的横断面积与变形后的横断面积之比称为锻造比。正确地选择锻造比、合理的加热温度及保温时间、合理的始锻温度和终锻温度、合理的变形量及变形速度对提高产品质量、降低成本有很大关系。

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。

锻造用料除了通常的材料,如各种成分的碳素钢和合金钢,其次是铝、镁、铜、钛等及其合金之外,铁基高温合金,镍基高温合金,钴基高温合金的变形合金也采用锻造或轧制方式完成,只是这些合金由于其塑性区相对较窄,所以锻造难度会相对较大,不同材料的加热温度,开锻温度与终锻温度都有严格的要求。


4、工艺流程

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;冲孔;矫正;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。


5、锻件特点

与铸件相比,金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能。铸造组织经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶,使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织,使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合,其组织变得更加紧密,提高了金属的塑性和力学性能。

铸件的力学性能低于同材质的锻件力学性能。此外,锻造加工能保证金属纤维组织的连续性,使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致,金属流线完整,可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命采用精密模锻、冷挤压、温挤压等工艺生产的锻件,都是铸件所无法比拟的

锻件是金属被施加压力,通过塑性变形塑造要求的形状或合适的压缩力的物件。这种力量典型的通过使用铁锤或压力来实现。锻件过程建造了精致的颗粒结构,并改进了金属的物理属性。在零部件的现实使用中,一个正确的设计能使颗粒流在主压力的方向。铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件,即把冶炼好的液态金属,用浇注、压射、吸入或其它浇铸方法注入预先准备好的铸型中,冷却后经落砂、清理和后处理等,所得到的具有一定形状,尺寸和性能的物件。

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