淺析鍛造成形及設(shè)備選用

劉林林 劉俊池 丁慧瑩 李鑫源

摘 ?要：鍛造是一種利用工具或者模具在沖擊或壓力作用下加工金屬機(jī)械零件或零件毛坯的方法。與其他加工方法相比鍛造加工生產(chǎn)率較高，并且得到的鍛件形狀、尺寸穩(wěn)定性好，由于在壓力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形，消除了內(nèi)部缺陷如縮松、縮孔等，提高了鍛件的綜合力學(xué)性能，使其具備較高的強(qiáng)韌性。在生產(chǎn)生活中，鍛造生產(chǎn)根據(jù)工具及工藝的不同分為自由鍛、模鍛和特種鍛造，針對(duì)不同的鍛造工藝，選用合適的成型設(shè)備對(duì)鍛件最終的性能及外觀要求具有重大影響。

關(guān)鍵詞：鍛造;成形設(shè)備;塑性變形;力學(xué)性能

前言

作為成形生產(chǎn)的兩大主體之一，成形設(shè)備是為各類成形工藝服務(wù)的，通過(guò)成形設(shè)備為模具和被加工材料提供運(yùn)動(dòng)、能量、動(dòng)力、控制等來(lái)完成所要求的成形生產(chǎn)過(guò)程。本文主要針對(duì)鍛造成形中設(shè)備選用進(jìn)行淺析，成形設(shè)備的發(fā)展與完善推動(dòng)了鍛造產(chǎn)業(yè)的前進(jìn)，如在20世紀(jì)50年代，隨著高速錘的誕生，使得在原來(lái)的鍛造工藝基礎(chǔ)上出現(xiàn)了新的高速成形方式，高速錘的打擊速度快，使得金屬在模腔里的流動(dòng)速度快，提高了填充能力適用于一些壁薄的金屬零件。本文將依據(jù)自由鍛、模鍛及特種鍛造三種類型展開對(duì)成形設(shè)備的選用分析。

1.自由鍛成形分析

自由鍛造一般借助簡(jiǎn)單工具，如錘、沖子、墊鐵等對(duì)鑄錠或者型材進(jìn)行鐓粗、拔長(zhǎng)、彎曲、沖孔等方式以獲得所需零件毛坯，這種方式具有較大的加工余量，生產(chǎn)效率低，在生產(chǎn)過(guò)程中多采用空氣錘、鍛造水壓機(jī)等。對(duì)于小型、小批量鍛件常采用手工自由鍛，使用簡(jiǎn)單的錘、型砧等，不涉及大型機(jī)械設(shè)備，在此不再贅述;對(duì)于大型自由鍛件、批量生產(chǎn)常采用鍛錘自由鍛和水壓機(jī)自由鍛，前者多用于鍛造中小型自由鍛件，后者主要鍛造大型自由鍛件。在自由鍛方式選用之前要先對(duì)鍛件進(jìn)行分析，綜合考慮其材料性能、流動(dòng)充填性、鍛件尺寸、加工余量大小等，合理選用成形設(shè)備，安排好變形工步，保證鍛件生產(chǎn)要求的同時(shí)合理利用資源。自由鍛的具有使用工具簡(jiǎn)單，靈活度較高，有時(shí)為充分利用設(shè)備，可將制坯工步也在自由鍛設(shè)備上完成。該方法的主要不足之處在于鍛件精度低、生產(chǎn)率也較低。

2.模鍛成形分析

針對(duì)模鍛成形本文主要考慮錘上模鍛與曲柄壓力機(jī)上模鍛，錘上模鍛是在自由鍛與胎膜鍛的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其模鍛錘主要包括蒸汽-空氣模鍛錘、高速錘和螺旋錘等，模鍛錘的規(guī)格用落下部分的質(zhì)量表示，在選用模鍛錘時(shí)要考慮最大打擊行程、總質(zhì)量等因素，保證可滿足金屬坯料成形的壓力要求，使其可以順利充填，該成形方式多適用于批量鍛件生產(chǎn)。在鍛造過(guò)程中，將加熱后的金屬坯料放在下模，利用上模的沖擊作用迫使坯料變形、流動(dòng)，從而獲得所需鍛件。根據(jù)不同的分類方式，錘上模鍛也可分為多種，主要研究分類當(dāng)中的開式模鍛、閉式模鍛。開式模鍛是變形金屬流動(dòng)不受模腔限制的一種方式，在鍛造過(guò)程中容易產(chǎn)生毛邊;閉式模鍛又叫無(wú)毛邊模鍛較開式模鍛相比提高了材料利用率，金屬坯料始終在封閉的型腔中發(fā)生變形，因此處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，提高了金屬的塑性，閉式模鍛較適用于低速性合金的鍛造成形。模鍛件分為四類：圓餅類、頂鐓類、長(zhǎng)軸類與復(fù)合類。針對(duì)不同形狀的鍛件應(yīng)考慮其外形結(jié)構(gòu)、金屬流動(dòng)特點(diǎn)，例如對(duì)于頂鐓類鍛件，其端部有粗大部分，可選用平鍛機(jī)、螺旋壓力機(jī)或者熱模鍛曲柄壓力機(jī)，其詳細(xì)的制坯工步應(yīng)根據(jù)具體的形狀特點(diǎn)與尺寸確定。

曲柄壓力機(jī)上模鍛依靠壓力機(jī)中連桿機(jī)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，利用這種結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)上模的運(yùn)動(dòng)，較錘上模鍛的精度要高，源于其機(jī)架結(jié)構(gòu)封閉、剛性大的特點(diǎn)，并且在鍛造過(guò)程中鍛模又采用導(dǎo)柱、導(dǎo)套進(jìn)一步進(jìn)行輔助導(dǎo)向，故保證了鍛件的尺寸精確度。但曲柄壓力機(jī)上模鍛由于滑塊運(yùn)動(dòng)速度低，金屬在水平方向流動(dòng)比錘上模鍛劇烈，因此在水平方向容易產(chǎn)生大毛邊。曲柄壓力機(jī)上模鍛的鍛壓特點(diǎn)是靠壓入方式是金屬坯料成形，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不宜采用多型槽模鍛，在一定程度上增加了所需工步及模具;其次，曲柄壓力機(jī)不能用于滾擠、拔長(zhǎng)等，利用擠壓工序來(lái)代替;采用曲柄壓力機(jī)進(jìn)行模鍛時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得氧化皮清理不方便，需注意采用少無(wú)氧化加熱的方式進(jìn)行金屬坯料的加熱。

3.特種鍛造成形分析

對(duì)某些零件可采用專用設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，提高了其生產(chǎn)率，并且對(duì)鍛件的尺寸精度、形狀、性能都能很好的保證，比如螺釘?shù)纳a(chǎn)就有專門的搓絲機(jī)。但特種鍛造只能生產(chǎn)某單一品種零配件，隨著生產(chǎn)的繼續(xù)發(fā)展，將鍛造工藝與熱處理工藝進(jìn)行更適合的安排可滿足更為復(fù)雜的生產(chǎn)加工要求。

鍛件在目前的生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，很多重大構(gòu)件都有鍛造成形，推動(dòng)鍛造技術(shù)發(fā)展的最大動(dòng)力是來(lái)自交通方面的制造業(yè)，隨著科學(xué)技術(shù)的繼續(xù)進(jìn)步，鍛壓技術(shù)正朝著輕量化、低成本化、多學(xué)科復(fù)合化的方向發(fā)展。

結(jié)束語(yǔ)

本文主要淺要分析了自由鍛、模鍛、特種鍛造的特點(diǎn)及其所選用的成形設(shè)備，在選用成形設(shè)備時(shí)首先應(yīng)對(duì)金屬坯料的外形、體積、材料類型、流動(dòng)充填性能進(jìn)行綜合考慮分析，選擇合適噸位的鍛造設(shè)備，避免不必要的資源浪費(fèi)以及鍛造壓力不夠產(chǎn)生缺陷的問(wèn)題。隨著科技進(jìn)步，未來(lái)的成形設(shè)備與鍛造方式將會(huì)向著更潔凈、高效的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] ?王衛(wèi)衛(wèi). 材料成型設(shè)備[J].機(jī)械管理開發(fā)，2011.6.

[2] ?姚澤坤.鍛造工藝學(xué)與模具設(shè)計(jì).西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2013.7.

[3] ?張志文.鍛造工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1983.

[4] ?王祖唐.鍛壓工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1983.

[5] ?林法禹.特種鍛壓工藝.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1991.