锻造加工技术
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钢材锻造是一种常见的金属加工工艺,通过对钢材进行加热和机械力的作用,改变其形状和性能。
下面是一般钢材锻造的工艺流程:
钢材选材:选择适合锻造的钢材,通常选择具有良好锻造性能和适当强度的材料。
加热:将选好的钢材加热至适当温度,使其达到良好的可塑性。
加热温度根据钢材的成分和要求来确定。
锻造准备:将加热好的钢坯放置在锻造设备上,并调整设备的工作参数,如锻造力、锻击次数等。
锻造操作:在加热好的钢坯上施加压力,通过锤击、挤压或压力机等方式,使钢材发生塑性变形,改变其形状。
锤击力和次数根据锻件形状和要求来确定。
退火处理:锻造后的钢件通常会存在一定的残余应力和组织不均匀性,通过热处理,将其加热至适当温度再缓慢冷却,以减少应力和改善组织性能。
后续处理:根据产品要求,可能需要进行后续加工工艺,如切割、修整、热处理、表面处理等。
以上是钢材锻造的一般工艺流程,具体的工艺操作和参数会根据锻件的形状、尺寸和要求而有所不同。
钢材锻造是一项复杂的技术工艺,需要经验丰富的操作人员和先进的设备来保证产品的质量和性能。
锻造基础知识介绍锻造是一种通过加热金属至其塑性温度,然后进一步以力量和压力形成所需形状的金属加工工艺。
在工业领域,锻造被广泛应用于制造各种产品,如汽车零部件、航空航天零件、建筑材料等。
了解锻造的基础知识是从事这一行业的关键。
首先,让我们了解一些常用的锻造工艺。
1. 锻造类型锻造可以分为以下几种类型:- 手工锻造:这是最古老的锻造方法之一,通过人工使用锤子、锻挤器等工具对金属进行锤击、压制和拉伸来改变其形状。
- 机械压力锻造:这种锻造方法使用机械力量来施加压力和变形金属,常见的机械压力锻造设备包括液压机、螺旋压力机、冲床等。
- 热锻造:通过加热金属至其塑性温度,然后利用机械力量施加压力和变形金属。
热锻造可以进一步分为自由锻造和闭模锻造。
2. 锻造材料锻造可用于加工的材料包括:- 钢:钢是最常用的锻造材料之一,因其具有良好的塑性和高强度,在锻造过程中容易改变形状。
- 铝:铝具有较低的熔点和良好的导热性,常用于制造航空航天零件和汽车零部件等。
- 铜:铜具有良好的导电性和导热性,在锻造过程中容易改变形状,被广泛应用于电子和电气工业。
3. 锻造工艺在进行锻造操作之前,需要进行以下准备工作:- 选择合适的锻造材料和工艺。
- 准备模具和设备。
锻造工艺的基本步骤包括:- 加热:将金属材料加热至其塑性温度,以使其易于塑性变形。
- 锻打:使用锤子、压力机或锻压机等设备施加压力和力量,使金属材料变形成所需形状。
- 冷却:在锻造完成后,将金属材料冷却以增加其硬度和强度。
4. 锻造的优点和缺点锻造作为一种金属加工工艺,具有以下优点:- 提高材料的力学性能和物理性能。
- 可以生产具有复杂形状的零部件。
- 提高材料的密度和致密性。
然而,锻造也有一些缺点:- 锻造设备和工艺复杂,需要专门的设备和技术。
- 锻造成本较高,特别是对于小批量生产。
- 锻造过程中可能会出现金属材料内部缺陷和变形。
在锻造基础知识介绍中,我们了解了锻造的不同类型、应用材料、基本工艺和优缺点。
锻造的原理及应用方法论文引言锻造是一种通过施加压力和热量的方式对金属材料进行变形加工的方法。
这种加工方法在制造业中得到广泛应用,可以用于生产各种复杂形状的金属制品。
本文将介绍锻造的原理、应用领域和方法论,以帮助读者更好地了解和运用这一加工技术。
锻造的原理锻造的原理基于金属材料在高温下具有可塑性的特性。
通过施加压力和热量,原始金属材料可以被塑造成所需的形状。
锻造可以分为冷锻和热锻两种方式。
冷锻冷锻是在室温下进行的金属锻造过程。
这种方法适用于某些金属材料,比如铝和铜,因为它们在室温下具有较好的可塑性。
冷锻可以用于制造一些细小和高精度的零件,例如螺栓和钉子。
热锻热锻是在高温下进行的金属锻造过程。
通过加热金属材料,使其达到较高的塑性,从而可以更容易地进行形状变化。
热锻适用于大多数金属材料,包括钢、铁和合金。
热锻广泛应用于汽车、航空航天和能源行业,可以制造大型零件和复杂结构。
锻造的应用领域锻造在许多行业中都得到了广泛应用。
以下是一些常见的应用领域:•汽车工业:锻造用于制造汽车发动机零件、传动系统和悬挂部件等。
通过锻造,这些零件可以具有更高的强度和耐久性。
•航空航天工业:锻造用于制造飞机发动机零件、飞行器结构和涡轮机叶片等。
这些零件需要具备优异的性能,以确保航空航天系统的安全性和可靠性。
•能源行业:锻造用于制造石油和天然气开采设备、核电站部件和风力发电设备等。
这些设备需要承受极端条件下的高压和高温,因此对材料的强度和耐腐蚀性要求较高。
•建筑业:锻造用于制造建筑结构和桥梁等。
通过锻造,可以制造出更坚固和耐久的金属构件,以确保建筑物的结构稳定性和安全性。
锻造的应用方法论在进行锻造加工时,需要遵循一定的应用方法论。
以下是一些常用的锻造方法论:1.设计合理的模具:根据所需的零件形状和尺寸,设计适合的模具。
模具的设计应考虑到材料的流动性和纹理。
2.控制合适的工艺参数:确定合适的锻造温度、压力和速度等工艺参数。
这些参数的选择影响着材料的塑性和最终产品的质量。
锻造——锻造方法与工艺锻造是通过对金属材料进行加热和塑性变形的一种加工方法,通过锻造可以改变金属材料的形状和性能。
锻造方法和工艺是指在具体的锻造过程中,采取的各种技术措施和操作方法。
下面将详细介绍锻造的方法和工艺。
锻造方法主要分为手工锻造、机械锻造和液压锻造。
1.手工锻造:手工锻造是最早发展的锻造方法,也是最基本的锻造方法。
手工锻造主要是通过人工操作来完成金属材料的加工。
操作方法包括用锤子敲打、弯曲、拉伸和压缩等。
手工锻造的优点是操作简单、灵活性好,适用于小批量的生产,缺点是劳动强度大、生产效率低。
2.机械锻造:机械锻造是在锻造过程中使用机械设备来完成金属材料的加工。
机械锻造主要包括压力机锻造、冲击锻造和旋转锻造等。
压力机锻造是利用压力机的运动和压力来完成金属材料的塑性变形。
冲击锻造是利用冲击力瞬间使金属材料发生塑性变形。
旋转锻造是将金属材料固定在旋转工作台上,通过旋转工作台和切削刀具的相对运动,使金属材料发生塑性变形。
机械锻造的优点是生产效率高、加工精度高,适用于大批量的生产,缺点是设备投资大、工艺复杂。
3.液压锻造:液压锻造是利用液压力来完成金属材料的塑性变形。
液压锻造主要包括液压锤锻造和液压机锻造。
液压锤锻造是通过液压锤的冲击力来完成金属材料的塑性变形。
液压机锻造是通过液压机的压力来完成金属材料的塑性变形。
液压锻造的优点是操作简单、加工精度高,适用于对形状复杂的金属零件进行加工,缺点是生产效率低。
在锻造过程中,通常还需要采用以下几项工艺措施来提高锻造质量和合格率。
1.加热工艺:金属材料在进行锻造前需要通过加热来改变其组织结构和提高其塑性。
加热工艺包括预热和锻造温度的控制。
预热是在金属材料进行锻造前对其进行加热,预热可以减少金属材料的冷作硬化程度和塑性降低程度,使其更易于塑性变形。
锻造温度的控制是根据金属材料的熔点和塑性变形温度范围来确定,过低的温度会影响塑性变形,过高的温度会导致烧结和变形不均匀。
锻造的工艺过程锻造是一种古老而重要的金属加工工艺,通过在高温下对金属材料施加压力,使其产生塑性变形,最终得到所需形状的零件或工件。
这种工艺不仅可以提高金属材料的力学性能,还可以改善其组织结构,使其具有更好的性能和耐久性。
下面我们将详细介绍一下锻造的工艺过程。
1. 材料准备在进行锻造工艺之前,首先需要准备好所需的金属材料。
通常情况下,常用的金属材料包括钢、铝、铜等。
这些材料需要经过加热处理,使其达到适宜的温度,以便在锻造过程中更容易塑性变形。
2. 加热将准备好的金属材料放入锻造炉中进行加热处理。
加热温度的选择取决于金属材料的种类和要求的形状。
一般来说,加热温度越高,金属材料的塑性越好,易于锻造成形。
3. 锻造当金属材料达到适宜的温度后,将其取出并放入锻模中。
锻模是用来控制金属材料形状的工具,通过在锻模中施加压力,使金属材料发生塑性变形,最终得到所需的形状。
在锻造过程中,需要不断调整锻造压力和温度,以确保金属材料能够均匀变形,同时避免出现裂纹或变形不均匀的情况。
4. 冷却当金属材料完成锻造后,需要进行冷却处理。
通过控制冷却速度和方式,可以改善金属材料的组织结构,提高其力学性能和耐久性。
一般来说,快速冷却可以使金属材料具有更细致的晶粒结构,从而提高其硬度和强度。
5. 后续处理完成锻造和冷却后,金属材料还需要进行后续处理,例如去除表面氧化物、进行热处理、进行表面处理等。
这些后续处理可以提高金属材料的表面质量和耐腐蚀性能,使其更适合实际应用。
总的来说,锻造是一种重要的金属加工工艺,通过在高温下对金属材料施加压力,使其产生塑性变形,最终得到所需形状的零件或工件。
锻造工艺需要经过材料准备、加热、锻造、冷却和后续处理等多个步骤,每个步骤都需要精心设计和控制,以确保最终的产品具有优良的性能和质量。
希望通过本文的介绍,读者能更加深入了解锻造的工艺过程,从而更好地理解这一古老而重要的金属加工技术。
锻造的工艺特点
锻造是一种重要的金属加工工艺,其特点如下:
1. 高强度:锻造工艺能够改善金属的晶粒结构,使得其内部组织更加
致密,从而提高了材料的强度和硬度。
2. 可塑性好:在锻造过程中,金属材料受到大量的压力和变形,因此
其可塑性得到了充分发挥。
3. 精度高:锻造工艺可以在较短时间内制作出复杂形状、高精度的零件。
这是由于锻造过程中金属受到较大的压力和变形,从而使得零件
具有较高的精度。
4. 节省材料:由于锻造过程中采用了先进的数控技术和模具设计技术,因此可以减少废料产生,并且节约了原材料成本。
5. 良好的机械性能:经过锻造加工后的零件具有优异的机械性能,比
如抗拉强度、耐磨性、耐腐蚀性等等。
6. 增强表面质量:通过锻造加工后,零件表面会更加光滑,从而增强
了零件的表面质量。
总之,锻造工艺具有高强度、可塑性好、精度高、节省材料、良好的机械性能和增强表面质量等特点。
这些特点使得锻造工艺在制造高精度零件和重要构件方面具有重要的应用价值。
锻造的概念一、锻造的概念:1、锻造是一种金属加工工艺,指的是将金属坯料加热至适当温度,然后通过锤击、挤压或冲击等手段,使其塑性变形并改变其形状、尺寸和性能,以获得所需零件的过程。
2、锻造是一种金属加工工艺,通过改变金属的形状和结构,改善其性能和组织结构,提高其强度、硬度、韧性和耐腐蚀性等。
锻造过程可以通过不同的方式实现,如自由锻、模锻、辗环等。
3、锻造是一种重要的金属加工工艺,可以改善金属组织和性能、生产预制件、制造工具和模具、修复损坏的零件等。
随着科技的发展,锻造工艺也在不断改进和创新,为现代工业的发展提供了强有力的支持。
4、锻造的过程包括自由锻和模锻两种方式。
自由锻是指在没有模具的情况下,通过锤击、挤压等手段将金属坯料变形成为所需形状和尺寸的零件。
而模锻则是在模具中进行的锻造过程,通过模具的形状和尺寸来控制金属坯料的变形,从而获得所需形状和尺寸的零件。
5、锻造工艺在机械制造、航空航天、汽车制造等领域都有广泛的应用,是一种重要的金属加工方法。
随着科技的发展,锻造工艺也在不断改进和优化,以适应新的市场需求和提高生产效率。
6、其中,智能锻造是一种新型的锻造技术,它结合了传统锻造工艺和计算机技术、智能控制技术等先进技术,通过对锻造过程中各种参数的高效监控和智能分析,实现对锻造工艺的优化和精细控制,从而提高零部件产品质量、降低生产成本、提高生产效率和生产安全性。
二、锻造的主要作用:1、改善金属组织和性能:锻造可以改变金属的内部结构和组织,使其更加均匀和致密,从而提高其力学性能和物理性能。
通过锻造,可以消除金属内部的缺陷和孔隙,减少其内部的应力集中和微观裂纹,提高其抗疲劳、抗腐蚀等性能。
2、生产预制件:锻造可以生产出各种形状和尺寸的预制件,这些预制件可以在后续的机械加工、热处理等工艺中进一步加工和处理,从而获得所需的产品。
锻造预制件具有精度高、表面光洁度好等优点,可以提高产品的质量和生产效率。
3、制造工具和模具:锻造可以用于制造各种工具和模具,如凿子、锤子、铣刀等。
锻造的应用范围及特点锻造是一种金属加工方法,通过对金属材料施加压力和变形来改变其形状和结构。
它是一种传统的工艺技术,具有广泛的应用范围和特点。
锻造的应用范围非常广泛,涵盖了多个行业和领域。
首先,锻造在汽车制造行业中发挥着重要作用。
例如,发动机的曲轴、连杆和活塞杆等关键零部件都需要通过锻造加工来保证其高强度和耐磨性能。
此外,汽车车架、转向机构和悬挂系统等重要构件也常常通过锻造来制造。
其次,航空航天行业也是锻造的重要应用领域。
航空发动机中的涡轮叶片、涡轮盘等部件需要经过复杂的锻造加工工艺来确保其精度和强度。
再者,锻造也广泛应用于工程机械、冶金设备、石油化工、军工等行业。
锻造具有以下几个特点。
首先,锻造可以提高金属材料的强度和塑性。
通过锻造能够将金属材料中的粗大晶粒重新细化,消除缺陷和夹杂物,从而提高其综合力学性能。
其次,锻造是一种具有高效率的加工方法。
与其他金属加工方法相比,锻造不需要大量的熔炼和加热过程,可以节约能源和材料。
同时,由于锻造的高温加工能够改善金属的塑性,使得加工成形变得更容易。
再者,锻造具有较高的适应性和灵活性。
通过调整锻造工艺参数和工装设计,可以适应不同形状、尺寸和材料的产品加工。
此外,锻造还可以进行多工序的复合加工,实现一次成形,减少了加工步骤和工时。
最后,锻造可以提高产品的使用寿命和可靠性。
通过锻造可以改变金属材料中的晶体结构和组织状态,从而提高产品的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温性能。
然而,锻造也存在一些局限性和挑战。
首先,锻造对设备要求较高。
由于锻造需要施加大量的压力和变形力,因此需要有专门的锻造设备,如锤击式锻造机、液压锻造机和轨道式锻造机等。
其次,锻造加工的精度有一定限制。
由于锻造是一种高温和高压的加工方法,可能导致金属材料的尺寸和几何形状的变化,因此锻造产品的尺寸精度有一定限制。
再者,锻造需要有经验丰富的操作工人和工艺师傅。
由于锻造涉及到多个工艺参数的控制和调整,需要有经验和技术的人员来保证产品质量。
锻造基础知识介绍锻造是一门古老而重要的金属加工工艺,旨在通过改变金属材料的形状和性能,使其达到所需的工程要求。
在锻造过程中,金属材料被加热到一定温度,然后通过施加力量使其产生塑性变形,最终得到所需的形状。
锻造基础知识包括锻造工艺、锻件设计、锻造设备等方面,下面将对其进行介绍。
首先,锻造工艺是进行锻造操作的方式和方法。
常见的锻造工艺包括自由锻造、模锻、轧锻和冷锻等。
自由锻造是最基本的锻造工艺,也是最早发展的一种方法。
它通过锤击或压力将金属材料塑性变形成所需的形状。
模锻是在模具的作用下进行的锻造工艺,常用于大批量生产复杂形状的锻件。
轧锻是通过辊压将金属材料塑性变形成所需的形状,常用于生产长条状或较薄的锻件。
冷锻是在较低的温度下进行的锻造工艺,用于锻造高强度和高硬度的材料。
其次,锻件设计是在锻造过程中对待加工金属材料的形状和尺寸进行设计。
在锻件设计中,需要考虑到锻造过程中的塑性变形和金属流动的规律。
一般来说,锻件的截面积应该保持均匀,形状应该尽量简单,避免尖锐的转角和悬点,以提高铁水的填充率和金属流动的均匀性。
同时,锻件的尺寸应该考虑锻件收缩和加工余量等因素,以确保最终得到符合要求的锻件。
最后,锻造设备是进行锻造操作所需的机械设备。
常见的锻造设备包括锻造锤、压力机和辊锻机等。
锻造锤是最常用的锻造设备,通过高速下锤或上冲的方式对金属材料进行锻造。
压力机是一种通过油压或液压驱动上下滑块对金属材料进行压力加工的设备。
辊锻机则是利用辊轧原理对金属材料进行塑性变形,适用于生产大批量的长条状或较薄的锻件。
总之,锻造基础知识是进行锻造工艺操作的基础,对于掌握锻造技术和提高产品质量具有重要意义。
通过了解锻造工艺、锻件设计和锻造设备等方面的基础知识,可以更好地应用锻造技术,提高生产效率和产品质量。
此外,锻造的发展也需要不断创新和技术进步,以适应不同行业的需求和挑战,实现锻造工艺的更大发展和应用。
第四章锻造加工一、缎造概要(一)锻造的意义与发展锻造(Forging)系利用加压机具及工模具产生及传递冲击或挤压的力,使金属材料产生局部或全部的塑性变形,以获得所需几何尺寸、形状及机械性质之制品的加工方法,如图4-1所示。
锻造乃是人类最古老的加工技术之一,因可得坚硬而锐利的制品,故成为古代制作刀剑等兵器或农用器具的主要方法。
依据古文献记载与历史学家推论,我国的锻造技术早在战国时代就有相当的技术基础,如传说中的绝世名剑:干将、莫邪、龙渊、太阿等皆是缎造的产物。
明宋应星的「天工开物」里第十篇「锤锻第十」即描述各种我国古代的锻造技术。
国外锻造发展方面,在公元前七百年已有发明在压砧的上模锻货币的记载,另外亦有记录利用水车及一些曲柄连杆机构做为锻造工具,但一直到十五世纪才有利用冲压机具来制造货币的记录,而有关使用落锤锻造机的记载则于十七世纪方有记述。
(参阅图4-2及图4-3)经由锻造加工而得之锻件,由于在锻压过程中强迫材料塑性变形,因而可改善晶粒组织,使材质细密化、均质化,并获得优良的抗疲劳性、韧性及耐冲击性等机械性质,故极适合制造各种高强度之金属制品或零组件。
因此锻造已是现今产业发展相当重要的加工技术,尤其若需求物理性能高、韧性好、强度高的零件就非锻制品不可。
其与汽车工业、重工业、手工具业有密切的关系,从一般典型的民间用品,如船舶用柴油引擎之曲轴、汽车曲柄、轮圈、齿轮、活塞头、连结器、螺栓、手工具,至技术层次较高的产品,如轧钢机转轴、铁道车辆组件、涡轮机圆盘、飞机引擎、电动机转轴、战机及飞弹构件等,皆是锻造加工的产物。
因此锻造加工的应用范围乃涉及机械工业、化学工业、汽车工业、矿业、土木工业等,如表4-1所示。
(二)锻造的特点与目的锻造在古代即扮演重要加工角色,至今亦能成为现代产业发展相当重要的加工技术,主要是具有下列特点1. 对于相同零件而言,施以锻造则较其它机械加工法,可获得细密的晶粒组织,并且可减少零件内部气孔、罅裂等缺陷。
2. 可获致连续的晶粒流动而形成机械性的纤维化状态,材料因而能得到最大方向性的强度、耐冲击及抗疲劳等优良机械性质。
3. 对于形状复杂的零件而言,锻造加工较机械加工更具经济性,且适合大量生产,可降低生产成本。
4. 借着金属流动的方式,锻造加工比其它切削加工可节省较多材料,减少材,料损耗,降低生产成本。
但下列各点亦是相关研究人员不断试图改善与解决的方向1. 在热间锻造时,胚料表面容易氧化而迅速产生一层锈皮,当锻打时,锈皮会不断脱落,也因而影响锻件的精度。
2. 锻造模具造价较高,换模作业也耗时,故不适于进行少量生产。
3. 锻造制程变量很多,技术经验需长期累积,因此掌握不易,也因而影响制程及结果的控制与成效。
具体言之,锻造有二种目的1. 锻炼:破坏粗大铸造组织,使之细粒化,并使胚料内的空隙压着,并随着流动变形而形成机械性纤维化的组织团锻流线(Forging flow line)(如4-4),以提高韧性、强度等机械性质。
2. 成形:将胚料锻成具有连绩锻流线的各种制品形状,如图4-5所示。
(三)锻造的分类锻造的分类如图4-6所示,兹简述如后:1. 依工作温度之不同而分(参阅表4-2)(1)热间锻造(Hot forging):将金属材料加热至再结晶温度而锻造者,简称热锻。
热间锻造因在高温作业,金属流动性良好,可塑性佳,变形所需的压力、能量较小,且复杂形状与大型锻件易于成形。
但是锻件易生氧化皮,表面欠光平,尺寸难达精确,加热费用高,且因锻模表面温度上升,硬度降低使锻模寿命灭短,同时作业环境差,管理不易。
(2) 冷间锻造(Cold forging):若材料不加热而在室温进行者谓之冷间锻造,简称冷锻。
冷锻因系在常温下进行塑性变形,故引起加工硬化,且相同制品所须锻造能量较热锻为大,同时为避免锻模变形保持其刚性,故要使用高价值的模具材料,一般仅适合小型工件的生产。
但冷锻亦有其优点,如经锻造的表面平滑无氧化皮,尺寸精度高,由于加工硬化可以提高锻件的机械性质,并利用其特性,使用低廉材料锻造后可以直接使用,锻造后不须再切削加工或仅小量切削加工,能节约材料及后续加工之浪费。
(3) 温间锻造(Warm forging):加热温度在再结晶温度以下室温以上而锻造者谓之,简称温锻。
此法系取冷、热锻的中间温度进行锻造作业,所以材料仍在加热状态,变形所需负荷不高,尺寸亦可控制较热锻准确,且表面情况亦较佳,可说是得冷、热锻两者之利而去其弊的锻造法,发展潜力相当高。
2.依受力形态之不同而分(1)冲击锻造 (Impact forging):简称冲锻,其锻造的负荷是成瞬间冲击的形态施给,材料塑性变形亦是在极短时间内完成。
由于材料在模穴内受力进行的流动时间较短,因此较适合锻件体积小且形状较不复杂的加工。
(2)压挤锻造(Press forging):简称压锻,此法之锻造压力是以渐进的方式增加,以促使金属材料产生降伏而变形,因此其施力运作时间也较长。
因为材料在模穴内受力流动时间较长,胚料有较充裕的时间进行流动充模,因此可用于体积较大或形状较复杂锻件的加工。
3.依模具型式之不同而分(参阅图4-7)(1)开模锻造(Open-die forging):又称自由锻造(Free forging),乃是将金属胚料放置在平面或简易形状面的上下锻模之间,施行加压锻打的加工。
此种锻造法可利用普通的工具,对金属材料施予局部压力逐渐变彤,复制性差,在金属流动及尺寸等方面之控制较难,完全依操作人员之技术,但它具有低廉的模具和安装费用,适合于少量生产及闭模锻造用之预锻成形。
(2)闭模锻造(Closed-die forging):乃是将金属胚料放置在具有三度空间模穴内,使上下模密合而成形的锻造法。
因闭模锻造之胚料被限制在模穴中流动,故能有精确的尺寸控制,亦可以顾虑晶粒流动,而获最大强度方向,且具有高度的复制牲。
但设备较昂贵,模具成本高,非大量生产无法达到其经济牲。
4-9 4.依施力来源之不同而分(1)手工锻造(Hand forging):此法系直接用人的双手握持各种锻打工具对胚料进行加压锻打。
在古代大都用此法制造各种器具,但现今之锻件几乎全部用机器锻造,手锻仅限于修理工作及小量零件使用。
(2)机器锻造(Machine forging):此法系利用各种不同型式的锻造机器产生强大的外力,对金属胚料进行锻炼或成形的加工。
由于压力强大,速度快,适合大量生产及大型胚料的锻制,是现今锻造方法的主流。
(四)锻造的流程锻造制程依锻件性质需求不同及生产条件的差异,过程简繁各异,通常一个锻件从锻胚的准备到成形、检验,约需经过八个步骤,即备料、加热、预锻、模锻、整形、修整、热处理、检验。
1.备料系包括胚料之检视、截锯成适当大小及长度、修整清洁表面等。
2.加热则是利用瓦斯、燃油、电阻热与感应式之加热炉,将胚料加热至所需的锻造温度。
3.预锻系针对较复杂之锻件无法一次锻打完成者,先利用锻粗、延伸等体积分配、弯曲及粗锻等方式预先锻成过渡形状,以减低锻造压力、材料流动阻力及溢料损失等。
4.模锻系利用所需各模穴进行最后的锻打成形。
5.整形则是以剪边机、整形机或相关锻造机来进行模锻后的整形校直,通常大锻件或薄截面且复杂锻件才需要,如以近净形锻造之锻件,则无需再进行剪边处理。
6.修整系利用钳工工具、手提研磨机或喷砂、酸洗等方式来清除锻件表面的毛头、缺陷或氧化麟皮等。
7.热处理则是依据不同材质做适当之加热与冷却处理,以达所要求之机械性质。
8.检验系包括各项尺寸外观之检测、机械性质试验及检视锻件缺陷之各种非破坏检验。
图4-8为典型锻造工厂的作业流程。
因此,整个锻造工程可概括为六大领域:锻品设计、锻模设计与制作、胚料准备、前处理及磨润,锻造成形、锻件后处理及检验,如图4-9所示。
二、锻造基础(一) 锻造负荷锻造在进行前为便于进行锻造机的选择及锻模受力状况的估计,须先估算锻造所需负荷及能量,较正确的方法可采用各种锻造力学解析法来推导,但有时为方便起见,常依经验来做概略的估算。
一般而言,锻件愈复杂,投影面积愈大,腹板及肋愈薄或愈高,则所需之负荷愈高。
如图4-10所示为典型的模锻负荷与冲程图,负荷随着胚料之充模而逐渐增加,当废边形成时,负荷急速增高,至闭模时负荷达于顶点。
负荷-冲程曲线下所包含的面积即为锻造所需的能量。
依据一般学理的经验公式,锻造负荷F= k.σ.A,其中k是压力乘积因子(锻件属形状简单而无废边时为3 ~ 5,形状简单而有废边时为5 ~ 8,形状复杂而有废边时为8 ~ 1 2 ),σ为材料的塑流应力,A为包含废边之锻件投影面积。
(二)可锻性可锻性(Forgeability)乃是锻造时材料能产生塑性变形且不破裂损毁的承受能力。
影响可锻性的因素除了温度之外有二类:冶金因素与机械因素。
1.冶金因素(1)结晶构造:F C C 大于 B C C ,BCC大于HCP。
(2)成份:纯金属较合金佳。
(3)纯度:金属中含有不溶解化合物时可锻性大为增进。
(4)相位数:双相合金较单相合金低。
(5)晶粒大小:晶粒越小可锻性越佳。
2.机械因素(1)应变率:通常金属在冷锻温度显示低延性者在应变率增大时,可锻性降低,如为高延牲者,则在应变率增大时,其可锻性不致受影响至可察觉的程度。
(2)应力分布:应力分布较均匀,能得到较均匀的金属流动,可锻性较佳。
图4-11为各种材料之可锻性比较。
(三)锻造温度锻造温度为锻造制程的重要变量,如果加热温度太低将减少可能锻打时间,反复重新加热亦降低锻造效率,材料加热耗损大,而且温度过低,只形成锻件表面的锻击,致使材料表面产生过大的应力,生成外观不易察觉的裂痕,又如果温度太高,不但有过度的氧化,使材料表面产生所谓之焚烧现象,同时过高的加热温度会使结晶粗大,如此材料加热至此温度已不值得做为锻造材料,尚且易使加热炉损伤。
表4-3为各种材料的锻造温度,碳钢为锻造最常用的材料,其锻造温度范围依其含碳量之多寡而异,因其固相线温度随含碳量的增加而降低,所以锻造温度范围之上限,亦随含碳量之增加而降低,但其温度下限则保持不变,皆在再结晶温度之上。
至于温度上限,一般约在固相线以下500~600°F之间,如图4-12所示。
(四)锻造润滑锻造使材料塑性变形,将导致胚料表面积与微视结构的变化、新生面的露出,因此润滑处理有其重要性。
锻造润滑主要的目的有:降低摩擦以减小锻模之磨损与过热,避免锻模与材料间的黏着使锻件易于脱模,控制及增进金属流动的均匀性及充模能力,减低锻造所需的负荷,避免锻件激泠缺陷的产生。
选用锻造润滑剂需考虑润滑剂的特性:绝缘性、低阻性、冷却性、绝热性、润湿性、稳定性、分离性、安定性、纯净性、安全性、经济性等。
表4-4为锻造润滑剂示例。
通常热间锻造是将石墨等润滑剂喷涂在锻模模穴上,而冷间锻造则可对锻胚施以皮膜化成处理(Conversion coating)。