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4.2 锻造生产过程

4.2.1 下料

下料是根据锻件的形状、尺寸和重量从选定的原材料上截取相应的坯料。中小型锻件一般以热轧圆钢或方钢为原材料。锻件坯料的下料方法主要有剪切、锯割、氧气切割等。大批量生产时,剪切可在锻锤或专用的棒料剪切机上进行,生产效率高,但坯料断口质量较差。锯割可在锯床上使用弓锯、带锯或圆盘锯进行,坯料断口整齐,但生产率低,主要适用于中小批量生产。采用砂轮锯片锯割可大大提高生产率。氧气切割设备简单,操作方便,但断口质量也较差,且金属损耗较多,只适用于单件、小批量生产的条件,特别适合于大截面钢坯和钢锭的切割。

4.2.2 坯料的加热

1)加热的目的和要求

除少数具有良好塑性的金属可在常温下锻造外,大多数金属都应加热后锻造成形。

锻造时,将金属加热,能降低其变形抗力,提高其塑性,并使内部组织均匀,以便达到用较小的锻造力来获得较大的塑性变形而不破裂的目的。

一般来说,金属加热温度越高,金属的强度和硬度越低,塑性也就越高;但温度不能太高,温度太高会产生过热或过烧,使锻件成为废品。

金属锻造时,允许加热的最高温度,称为始锻温度。金属在锻造过程中,热量逐渐散失,温度下降。金属温度降低到一定程度后,不但锻造费力,而且易开裂,所以必须停止锻造,重新加热。金属停止锻造的温度称为终锻温度。

2)加热设备(见二维码补充材料)

3)锻造温度范围

锻造温度范围是指金属开始锻造的温度(始锻温度)到锻造终止的温度(终锻温度)之间的温度间隔。

(1)始锻温度的确定原则

使金属在加热过程中不产生过热、过烧缺陷的前提下,尽可能的取高一些。这样便扩大了锻造温度的范围,以便有充裕的时间进行锻造,减少加热次数,提高生产率。

(2)终锻温度的确定原则

在保证金属停锻前有足够塑性的前提下,终锻温度应取低一些,以便停锻后能获得较细密的内部组织,从而获得较好性能的锻件。但终锻温度过低,金属难以继续变形,易出现锻裂现象和损伤锻造设备。

常用金属材料的锻造温度范围如表4-1所示。

金属加热的温度可用仪表来测定,但在实际生产中,一般凭经验,通过观察被加热锻件的火色来判断。碳素钢的火色与其对应温度关系见表4-2所示。

4)加热缺陷及防止措施

金属在加热过程中可能产生的缺陷有:氧化、脱碳、过热、过烧和裂纹等。

4.2.3 锻造成形

坯料在锻造设备上经过锻造成形,才能达到一定的形状和尺寸要求。常用的锻造方法有自由锻、模锻和胎膜锻三种。自由锻是将坯料直接放在自由锻设备的上、下砧铁之间施加外力,或借助于简单的通用性工具,使之产生塑性变形的锻造方法。自由锻生产率低,锻件形状一般较简单,加工余量大,材料利用率低,工人劳动强度大,对工人的操作技艺要求高,只适用于单件和小批量生产的条件,但对大型锻件来说,它几乎是惟一的制造方法。模锻是将坯料放在固定于模锻设备的锻模模膛内,使坯料受压而变形的锻造方法。与自由锻相比,模锻具有生产率较高、锻件精度较高、材料利用率较高等一系列优点,但其设备投资大,锻模制造成本高,锻件的尺寸和重量受到限制,主要适用于中小型锻件的大批量生产。胎膜锻是在自由锻设备上,利用简单的非固定模具(胎膜)生产锻件的方法。它兼有自由锻和模锻的某些特点,适用于形状简单的小型锻件的中、小批量生产。

4.2.4 锻件的冷却

锻件的冷却也是保证锻件质量的重要环节。冷却的方式有三种:

(1) 空冷 在无风的空气中,在干燥的地面上冷却。

(2) 坑冷 在充填有石棉灰、沙子或炉灰等保温材料的坑中或箱中,以较慢的速度冷却。

(3) 炉冷 在500~700°C的加热炉或保温炉中,随炉缓慢冷却。

一般地说,碳素结构钢和低合金钢的中小型锻件,锻后均采用冷却速度较快的空冷方法,成分复杂的合金钢锻件和大型碳钢件,要采用坑冷或炉冷。冷却速度过快会造成锻件表层硬化,难以进行切削加工,甚至产生裂纹。

4.2.5 锻后热处理

锻件在切削加工前,一般都要进行一次热处理。热处理的作用是使锻件的内部组织进一步细化和均匀化,消除锻造残余应力,降低锻件硬度,便于进行切削加工等。常用的锻后热处理方法有正火、退火和球化退火等。具体的热处理方法和工艺要根据锻件的材料种类和化学成分确定。 pR8wZ5O4aw+d5sxpBNE1Ko+eraHeZMq1xo+f2GkrvFWVbXD3sc46mOqJMPCtMD1z

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