模锻工艺及其应用于金属锻件的制造

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：坯料变形时，由于金属的流动受到模膛的限制和引导，从而可以获得与模膛形状一致的锻件。图3-29 三拐曲轴锻造过程图3-30 弯曲类锻件锻造过程但是，由于模锻是整体成形，并且金属流动时，与模膛之间产生很大的摩擦阻力，因此所需设备吨位大，设备费用高。图3-33所示为平锻机工作原理示意图。

模锻是将加热后的坯料放在锻模模膛内，在锻压力的作用下使坯料变形而获得锻件的一种加工方法。坯料变形时，由于金属的流动受到模膛的限制和引导，从而可以获得与模膛形状一致的锻件。与自由锻相比，模锻的优点是:

1)由于有模膛引导金属的流动，锻件形状可以比较复杂。

2)锻件内部的流线按锻件轮廓分布，从而提高了零件的机械性能和使用寿命。

3)锻件表面光滑，尺寸精度高，节约材料。

4)生产率高，操作简单，易于实现机械化。

图3-29 三拐曲轴锻造过程

图3-30 弯曲类锻件锻造过程

但是，由于模锻是整体成形，并且金属流动时，与模膛之间产生很大的摩擦阻力，因此所需设备吨位大，设备费用高。锻模加工工艺复杂、制造周期长、费用高，所以模锻只适用于中、小型锻件的成批或大量生产。

按使用的设备类型不同，模锻分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、平锻机上模锻、摩擦压力机上模锻、液压机上模锻等。

1.锤上模锻

锤上模锻是在自由锻的基础上最早发展起来的一种模锻方法，它是在模锻锤上的模锻。锤上模锻是将上、下模块分别固紧在锤头与砧座上，将加热透的金属坯料放入下模型腔中，借助上模向下的冲击作用，迫使金属在锻模型槽中塑性流动和填充，从而获得与型腔形状一致的锻件。

模锻锤包括蒸汽-空气模锻锤、无砧座锤、高速锤和螺旋锤。其中蒸汽-空气模锻锤是普遍应用的模锻锤，我国最大的模锻锤已达16t，其结构如图3-31所示。

图3-31 模锻锤结构简图

模锻锤能完成镦粗、拔长、滚挤、弯曲、成形、预锻和终锻等各变形工步的操作，锤击力量的大小和锤击频率可以在操作中自由控制和变换，可以完成各种长轴类锻件和短轴类锻件的模锻，在各种模锻方法中具有较好的适应性；设备费用也比其他模锻设备低，是我国当前模锻生产中应用最多的一种锻造方法。该设备结构简单、造价低、操作简单、使用灵活，目前广泛应用于汽车、船舶及航空锻件的生产。其缺点是工作时振动和噪声大，劳动条件差，难于实现较高程度的操作机械化，完成一个变形工步要经过多次锤击，生产率不太高。因而在大批生产中有被压力机上模锻取代的趋势。

2.曲柄压力机上模锻

曲柄压力机的结构和工作原理如图3-32所示。电动机通过飞轮释放能量，曲柄连杆机构带动滑块沿导轨作上下往复运动，进行锻压工作。锻模分别安装在滑块的下端和工作台上。

图3-32 曲柄压力机的结构和工作原理简图

1—电动机 2—小带轮 3—飞轮 4—传动轴 5—小齿轮 6—大齿轮 7—圆盘摩擦离合器

8—曲柄 9—连杆 10—滑块 11—上顶出机构 12—上顶杆 13—楔形工作台

14—下顶杆 15—斜楔 16—下顶出机构 17—带式制动器 18—凸轮

与锤上模锻相比，曲柄压力机上模锻具有以下优点:

1)作用于坯料上的锻造力是压力，而不是冲击力，工作时振动噪声小，劳动条件得到改善。

2)坯料变形的速度较低。这对于低塑性材料的锻造有利，某些不适合在锤上锻造的材料，如耐热合金、镁合金等，可在压力机上锻造。

3)锻造时滑块的行程不变，每个变形工序在滑块的一次行程中即可完成，并且便于实现机械化和自动化，具有很高的生产率。

4)滑块运动精度高，并有锻件顶出装置，使锻件的模锻斜度、加工余量和锻造公差大大减小，因而锻件精度比锤上模锻件高。

这种模锻方法的缺点是:设备费用高，模具结构比锤上模锻复杂，仅适用于大批量生产；对坯料的加热质量要求高，不允许有过多的氧化皮；由于滑块的行程和压力不能在锻造过程中调节，因而不能进行拔长、滚挤等工序的操作。

3.平锻机上模锻

平锻机是曲柄压力机的一种，又称卧式锻造机，它沿水平方向对坯料施加锻造压力。按照分模面的位置可分为垂直分模平锻机和水平分模平锻机。

图3-33所示为平锻机工作原理示意图。平锻机起动前，棒料放在固定凹模6的型槽中，并由前挡料板4定位，以确定棒料的变形部分长度l₀(图3-32a)，然后，踏下脚踏板，使离合器工作。平锻机的曲柄凸轮机构保证按下列顺序工作:在主滑块前进过程中，活动凹模7迅速进入夹紧状态，在l_p部分将棒料夹紧；前挡料板4退去(图3-32b)；凸模(冲头)3与热毛坯接触，并使其产生塑性变形直至充满型槽为止(图3-32c)。当机器回程时，各部分的运