鍛造工藝大解析

工藝原理

鍛造（forging）是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)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(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)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(yōu)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。

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(shù)行業(yè)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(jié)材。

工藝分類

上面提到，根據(jù)鍛造溫度，可以分為熱鍛、溫鍛和冷鍛。

根據(jù)成形機理，鍛造可分為自由鍛、模鍛、碾環(huán)、特殊鍛造。

1、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(chǎn)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(chǎn)的鍛件稱為 自由鍛件。自由鍛都是以生產(chǎn)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。

優(yōu)點：自由鍛具有工藝靈活，所用設備及工具通用性大，成本低等特點，由于自由鍛是逐步成型的，所需變形力較小，所以他是生產(chǎn)大鍛件（300T以上）的唯一方法。

缺點：生產(chǎn)率較低，鍛件精度低，勞動強度大，多用于形狀較簡單、精度要求不高的鍛件的單件、小批量生產(chǎn)。

2、模鍛。

模鍛又分為開式模鍛和閉式模鍛．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，模鍛一般用于生產(chǎn)重量不大、批量較大的零件。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(fā)展方向，也代表了鍛造技術水平的高低。

按照材料分，模鍛還可分為黑色金屬模鍛、有色金屬模鍛和粉末制品成形。顧名思義，就是材料分別是碳鋼等黑色金屬、銅鋁等有色金屬和粉末冶金材料。擠壓應歸屬于模鍛，可以分為重金屬擠壓和輕金屬擠壓。

閉式模鍛和閉式鐓鍛屬于模鍛的兩種先進工藝，由于沒有飛邊，材料的利用率就高。用一道工序或幾道工序就可能完成復雜鍛件的精加工。由于沒有飛邊，鍛件的受力面積就減少，所需要的荷載也減少。但是，應注意不能使坯料完全受到限制，為此要嚴格控制坯料的體積，控制鍛模的相對位置和對鍛件進行測量，努力減少鍛模的磨損。

3、碾環(huán)。

碾環(huán)是指通過專用設備碾環(huán)機生產(chǎn)不同直徑的環(huán)形零件，也用來生產(chǎn)汽車輪轂、火車車輪等輪形零件。

4、特種鍛造。

特種鍛造包括輥鍛、楔橫軋、徑向鍛造、液態(tài)模鍛等鍛造方式 ，這些方式都比較適用于生產(chǎn)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(xù)的成形壓力；楔橫軋可以生產(chǎn)鋼球、傳動軸等零件；徑向鍛造則可以生產(chǎn)大型的炮筒、臺階軸等鍛件。

鍛模

根據(jù)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(huán)和斜軋等方式。擺輾、擺旋鍛和輾環(huán)也可用精鍛加工。為了提高材料的利用率，輥鍛和橫軋可用作細長材料的前道工序加工。與自由鍛一樣的旋轉鍛造也是局部成形的，它的優(yōu)點是與鍛件尺寸相比，鍛造力較小情況下也可實現(xiàn)形成。包括自由鍛在內的這種鍛造方式，加工時材料從模具面附近向自由表面擴展，因此，很難保證精度，所以，將鍛模的運動方向和旋鍛工序用計算機控制，就可用較低的鍛造力獲得形狀復雜、精度高的產(chǎn)品,例如生產(chǎn)品種多、尺寸大的汽輪機葉片等鍛件。

鍛造設備的模具運動與自由度是不一致的，根據(jù)下死點變形限制特點，鍛造設備可分為下述四種形式：

1、限制鍛造力形式：油壓直接驅動滑塊的油壓機。

2、準沖程限制方式：油壓驅動曲柄連桿機構的油壓機。

3、沖程限制方式：曲柄、連桿和楔機構驅動滑塊的機械式壓力機。

4、能量限制方式：利用螺旋機構的螺旋和磨擦壓力機。

為了獲得高的精度應注意防止下死點處過載，控制速度和模具位置。因為這些都會對鍛件公差、形狀精度和鍛模壽命有影響。另外，為了保持精度，還應注意調整滑塊導軌間隙、保證剛度，調整下死點和利用補助傳動裝置等措施。

滑塊

還有滑塊垂直和水平運動(用于細長件的鍛造、潤滑冷卻和高速生產(chǎn)的零件鍛造)方式之分，利用補償裝置可以增加其它方向的運動。上述方式不同，所需的鍛造力、工序、材料的利用率、產(chǎn)量、尺寸公差和潤滑冷卻方式都不一樣，這些因素也是影響自動化水平的因素。

不同的鍛造方法有不同的流程，其中以熱模鍛的工藝流程最長，一般順序為：鍛坯下料；鍛坯加熱；輥鍛備坯；模鍛成形；切邊；沖孔；矯正；中間檢驗，檢驗鍛件的尺寸和表面缺陷；鍛件熱處理，用以消除鍛造應力，改善金屬切削性能；清理，主要是去除表面氧化皮；矯正；檢查，一般鍛件要經(jīng)過外觀和硬度檢查，重要鍛件還要經(jīng)過化學成分分析、機械性能、殘余應力等檢驗和無損探傷。