锻造的基础知识和优缺点

admin2025-06-16 13:14:38【世界杯比赛回放视频】

锻造的基础知识和优缺点

锻造是利用机械对工件施加压力 金属毛坯 使其产生塑性变形以获得一定的力学性能、形状和尺寸。 锻造加工方法是构成要素之一。 通过锻造，可以消除金属在冶炼过程中产生的铸件疏松等缺陷。 可以优化微观结构。 除此之外，由于保留了完整的金属流线，锻件的机械性能普遍优于铸造件。

对于机械来说，高负荷和恶劣工况的重要零件大多是锻造的。 除非它们是可以以简单形状轧制的板、型材或焊件。

变形温度

钢的初始再结晶温度约为727℃，但一般以800℃为分界线。 800℃以上为热锻，300～800℃为温锻或半热锻。 常温锻造为冷锻。

大多数行业使用的锻件有热锻、温锻和冷锻。 这些锻造方法应用在汽车和一般机械等零件的锻造中。 温锻和冷锻可有效节省材料。

锻造类

如上所述，根据锻造温度，有热锻、温锻和冷锻。 按成形机理，锻造可分为自由锻、模锻、滚环、特殊锻造。

1) 自由锻造

自由锻是指使用简单通用工具的锻件加工方法。 它包括在锻造设备的上下砧之间直接对毛坯施加外力，使毛坯变形，获得所需的几何形状和内部质量。 用自由锻法生产的锻件称为自由锻件。

自由锻有利于小批量锻件的生产。 采用锻锤、液压机等锻造设备对毛坯进行成型，获得合格的锻件。 自由锻的基本工艺包括镦粗、拉深、冲孔、切割、弯曲、加捻、交错和锻造。 自由锻采用热锻的形式。

2) 模锻

模锻分为开式模锻和闭式模锻。 金属坯料在锻压室中受压变形具有一定的形状，从而获得锻件。 模锻一般用于生产重量小、批量大的零件。 模锻可分为热模锻、温锻和冷锻。 温锻和冷锻是模锻未来的发展方向，代表了锻造技术的水平。

按材质，模锻还可分为黑色金属模锻、有色金属模锻和粉末制品成型。 顾名思义，材料有碳钢等黑色金属，铜、铝等有色金属，以及粉末冶金材料。

挤压应归于模锻，可分为重金属挤压和轻金属挤压。 闭式模锻和闭式镦粗锻造属于模锻的两大先进工艺。 由于没有飞边，材料利用率高。 复杂锻件的精加工可以在一个工序或几道工序中完成。

没有飞边，锻件受力面积更小，所需载荷也更小。 但需要注意的是，空白不能完全限定。 所以要严格控制坯料的体积，控制锻模的相对位置和测量锻件，努力减少锻模的磨损。

3) 磨环

环磨机是指通过专用设备的环磨机生产不同直径的环件。 该方法生产车轮形零件，例如汽车轮毂和火车轮。

4) 特殊锻件

特殊锻造包括辊锻、楔轧、径向锻造、液体模锻等锻造方法，比较适合生产某些特殊形状的零件。 例如，辊锻是降低后续成型压力的一种非常有效的加工工艺。 楔轧可生产钢球、传动轴等零件。 最后，径向锻造可以生产大桶、阶梯轴和其他锻件。

5) 锻模

根据锻模的运动方式，锻造可分为摆轧、摆旋锻、辊锻、楔轧、滚环、斜轧等。 摆辊、摆锤和环适用于精密锻造。 为了提高材料的利用率，辊锻和交叉轧制有利于细长材料的预处理。

旋锻与自由锻一样，也是局部成型的。 它的主要优点是可以用比锻件尺寸更小的锻造力进行成型。 包括自由锻，这种锻造方法，在加工时，材料从附近的模具表面膨胀到自由表面。 因此，难以保证准确性。 计算机控制锻模的运动方向和旋转型锻过程。

用较低的锻造力即可获得形状复杂、精度高的产品，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不一致，可分为以下四种形式：

限制锻造力的形式

准行程限制模式

行程限制模式

能量限制模式

为了获得高精度，注意防止下死点过载，控制速度和模具位置。 因为这些都会对锻造公差、形状精度和模具寿命产生影响。 另外，为了保持精度，要注意调整滑块导轨间隙，保证刚度，调整下死点，采用补贴传动。

滑块也有垂直和水平运动（用于细长零件的锻造、润滑冷却、高速生产零件的锻造），使用补偿装置可以增加其他方向的运动。

上述方法不同。 所需的锻造力、工艺、材料利用率、成品率、尺寸公差和润滑冷却方法也不同。 这些因素也是影响自动化水平的因素。

锻造材料

锻造材料主要是各种成分的碳钢和合金钢，其次是铝、镁、铜、钛及其合金。材料的原始状态有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。金属变形前的横截面积与变形后的横截面积之比称为锻造比。正确选择锻造比、合理的加热温度和保温时间、合理的锻造温度和终锻温度、合理的变形量、变形速度，对提高产品质量、降低成本有很大关系。

一般中小型锻件使用圆形或方形棒材作为坯料。 棒料的晶粒结构和力学性能应均匀、良好。 形状尺寸准确，表面质量好，便于组织的大批量生产。 只要合理控制加热温度和变形条件，就可以在没有较大锻造变形的情况下进行锻造。

钢锭只用于大型锻件。 铸锭是具有大柱状晶体和松散中心的铸造结构。 因此，需要通过较大的塑性变形将柱状晶破碎成细晶粒。 然后将它们松散并压实以获得优异的金属微观结构和机械性能。

粉末冶金材料锻造

压制烧结成型的粉末冶金预制坯料在热态下通过无飞边模锻可制成粉末锻件。 锻造粉末的密度接近一般模锻件，机械性能好，精度高，可减少后续切削加工。 粉末锻件内部组织均匀，无偏析。 因此，它们适用于制造小齿轮等工件。 但是，粉末的价格远高于一般棒材的价格。 在生产中的应用也受到一定程度的限制。

对倒入模腔的液态金属施加静压，使其在压力下凝固、结晶、流动、塑性变形、成型。 这样，可以获得所需的模锻形状和性能。 液态金属模锻是介于压铸和模锻之间的一种成型方法。 适用于一般模锻中难以成型的复杂薄壁零件。

其他材料

除了通常的材料和铝、镁、铜、钛等及其合金外，铁基高温合金、镍基高温合金、钴基高温合金的变形合金也是通过锻造或轧制来完成的。 但这些合金，由于塑性区域比较窄，锻造难度会比较大。 不同材料的加热温度、锻造温度、终锻温度都有严格的要求。

流程

不同的锻造方法有不同的工艺，其中热模锻工艺时间最长。 一般顺序为：锻坯→锻坯加热→辊锻坯→模锻成型→刃口→冲孔→校正→中间检验，检查锻件尺寸和表面缺陷→锻件热处理，消除锻造应力，提高金属切削性能→清洁，主要是去除表面氧化皮→校正→检查。 一般锻件要经过外观和硬度检验。 重要的锻件还需要进行化学成分分析、力学性能、残余应力等试验和无损检测。

锻造特点

与铸件相比，锻造金属改善了它们的微观结构和机械性能。 铸造组织经锻造变形后，由于金属的变形和再结晶，原来粗大的枝晶和柱状晶粒变成晶粒更细、尺寸均匀的等型再结晶组织。

因此钢锭中原有的偏析、松动、气孔、夹渣等压实焊接，其结构变得更加致密。 这改善了金属的可塑性和机械性能。

铸件的力学性能低于同材质的锻件。 此外，锻造加工可以保证金属纤维结构的连续性。 所以锻件的纤维组织与锻件的形状是一致的。 金属流线完整，采用精密模锻、冷挤压、温挤压等工艺生产的锻件，保证了零件具有良好的机械性能和较长的使用寿命，是铸件无法比拟的。

锻件

锻件是对金属施加压力以通过塑性变形形成所需形状或适当压缩力的物体。 这种力通常是通过使用锤子或压力来实现的。 锻造过程构建了精细的粒状结构并改善了金属的物理性能。 在零件的实际使用中，正确的设计允许粒子沿主压力方向流动。

选角

铸造是通过各种铸造方法获得的金属成型物。 它涉及通过浇注、注射或其他铸造方法将熔炼的液态金属注入预先准备好的模具中。 通过落砂、清洗、后处理等冷却，得到具有一定形状、尺寸和性能的物体。