锻造工艺学第一章绪论

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1、锻 造 工 艺 学材 料 科 学 与 工 程 学 院 Seite 2 第 一 章 绪 论 Seite 3 塑性成型生产过程简述 原 材 料 下 料 加 热（ 在 给 定 温 度 ）不 加 热 坯 料模 具 、 工 具润滑 机 器成 型 件成 型 后 工 序 （ 切变 、 精 整 、 清 理 、 热 处 理 ）锻 压 件 或 冲 压 件 （ 形状 与 尺 寸 合 格 、 组 织性 能 合 格 ） 给 定 速 度 或 行 程控 制 力 及 其 分 布 Seite 4 什 么 是 锻 造 ？ 金 属 塑 性 加 工 方 法 之 一锻 造 是 利 用 手 锤 、 锻 锤 或 压 力 设 备 上 的 模

2、 具 对 加热 的 金 属 坯 料 施 力 ， 使 金 属 材 料 在 不 分 离 条 件 下产 生 塑 性 变 形 ， 以 获 得 形 状 、 尺 寸 和 性 能 符 合 要求 的 零 件 。 为 了 使 金 属 材 料 在 高 塑 性 下 成 型 ， 通常 锻 造 是 在 热 态 下 进 行 ， 因 此 锻 造 也 祢 为 热 锻 。 Seite 5 锻 造 是 一 种 通 过 模 具 和 工 具 利 用 压 力 使 工 件 成 型 的工 艺 方 法 ， 它 是 最 古 老 的 金 属 加 工 方 法 之 一 ， 可 以追 溯 到 公 元 前 4000年 甚 至 8000年 。锻 造 生

3、产 广 泛 应 用 于 机 械 、 冶 金 、 造 船 、 航 空 、 航天 、 兵 器 以 及 其 它 许 多 工 业 部 门 。 Seite 6 航 空 航 天 Seite 7 武 器 装 备 Seite 8 交 通 运 输 中 国 动 车 组 列 车 Seite 9全 铝 汽 车 Seite 10 齿 轮 曲 轴 连 杆 Seite 11 1 任 务 ： 解 决 锻 件 的 成 形 及 其 内 部 组 织 性 能 的控 制 ， 以 获 得 所 需 形 状 、 尺 寸 和 质 量 的 锻 件 。2 目 的 ： 锻 造 的 根 本 目 的 是 利 用 外 加 载 荷 （ 冲击 载 荷 或 静

4、 载 荷 ） 通 过 锻 压 设 备 或 模 具 使 金 属 毛坯 产 生 塑 性 变 形 ， 从 而 获 得 所 需 形 状 和 尺 寸 的 锻件 ， 同 时 使 锻 件 机 械 性 能 和 内 部 组 织 符 合 一 定 的技 术 的 要 求 。 Seite 12 实 质 ： 锻 造 工 艺 的 实 质 是 如 何 利用 金 属 的 塑 性 使 金 属 毛 坯 改 变 形状 和 性 能 而 成 为 合 格 锻 件 的 加 工过 程 。 Seite 13 一 、 锻 造 生 产 的 特 点 及 其 在 国 民 经 济 中 的 作 用（ 一 ） 锻 造 生 产 的 优 点 和 缺 点 1 优

5、点 ： 优 质 、 高 产 、 低 消 耗 、 灵 活 。 1) 优 质 指 可 以 改 善 金 属 组 织 性 能 。 金 属 零 件 的 传 统 生 产 过 程 是 ： 冶 炼 制 坯 切 削 加 工 热 处 理 制 坯 有 三 条 途 径 ： 铸 造 毛 坯 、 轧 制 型 材 、 锻 造 毛 坯 。铸 造 毛 坯 的 组 织 性 能 差 ， 只 适 用 于 性 能 要 求 低 的 零 、 部 件 Seite 14 锻 造 ： 纤 维 组 织 变 形 后 的 杂质 仍 具 有 方 向 性 ， 呈 现 纤 维 状条 纹 锻 造 流 线 变 形 后 杂 质的 纤 维 分 布 ， 使 组 织

6、、 性 能 呈方 向 性 Seite 15钢锭锻造过程中纤维组织形成的示意 Seite 16 2) 高 产 指 机 械 化 生 产 ， 生 产 率 高 二 、 三 百 件 /小 时 ， 现 在 更 高 了 ， 一 百 多 件 /分 ，1.2万 件 /小 时 。 据 统 计 ， 每 模 锻 100万 吨 钢 ， 由 于 提 高了 生 产 率 ， 可 比 切 削 加 工 减 少 23万 工 人 ， 少 用 15000台 机 床 。 在 现 今 技 术 水 平 条 件 下 ， 几 乎 任 何 一 种 金 属材 料 都 可 用 锻 造 方 法 制 成 半 成 品 零 件 ， 只 是 难 易 程 度不

7、同 而 已 。 Seite 17 今 天 ， 锻 造 生 产 率 提 高 ， 其 锻 件 精 度 也 愈 来 愈 高 ， 可 以 达 到甚 至 超 过 机 械 加 工 的 一 般 精 度 水 平 ， 如 各 种 冷 温 挤 压 标 准 件、 精 锻 齿 轮 、 精 锻 叶 片 、 精 锻 轴 类 件 等 。 西 航 建 成 国 内 最 大 航 空 发 动 机 叶 片 精 锻 生 产 线 Seite 18 3) 低 消 耗 指 少 、 无 切 削 ， 省 工 省 料 。 4) 灵 活 指 锻 造 可 以 锻 制 形 状 简 单 的 锻 件 （ 如 模 块 、 齿 轮 坯等 ） ， 也 可 锻 制

8、 形 状 复 杂 、 不 需 或 只 需 少 量 切 削 加 工 的 精 密锻 件 （ 如 曲 轴 、 精 锻 齿 轮 等 ）锻 件 的 重 量 小 的 不 到 1公 斤 大 的 可 达 几 百 吨单 件 小 批 量 生 产 大 批 量 生 产 。 Seite 19 2 缺 点 ： 1)模 具 成 本 高 ， 加 工 周 期 长 。 2)受 锻 造 设 备 吨 位 的 限 制 。 Seite 20 （ 二 ） 锻 造 业 的 地 位锻 造 在 工 业 生 产 中 占 有 举 足 轻 重 的 地 位 。 锻 造 生 产 能 力 及 其 工 艺 水 平 ， 对 一 个 国 家 的工 业 、 农 业

9、 、 国 防 和 科 学 技 术 的 影 响 ， 难 以估 量 。锻 造 生 产 的 能 力 在 一 定 程 度 上 标 志 着 一 个 国家 的 工 业 水 平 。 Seite 21 二 、 锻 件 生 产 的 分 类 及 其 工 艺 流 程根 据 所 用 工 具 和 生 产 工 艺 的 不 同 可 分 为 自 由 锻 造 、 模 锻 和 特种 锻 造 。1 自 由 锻 造 把 加 热 好 的 坯 料 放 在 自 由 锻 造 设 备 的 平 砧 之 间或 简 单 的 工 具 中 进 行 锻 造 的 方 法 称 为 自 由 锻 。一 般 由 锻 工 控 制 金 属 的 变 形 方 向 和 形

10、状 尺 寸 。 手 工 锻 造自 由 锻 机 械 （ 锤 上 自 由 锻 和 水 压 机 上 自 由 锻 ） Seite 22 Seite 23 u自 由 锻 造 主 要 用 于 锻 制 钢 锭 和 形 状 简 单 、 粗 糙 度要 求 较 低 、 加 工 余 量 较 大 的 锻 件 生 产 。u使 用 的 是 形 状 简 单 的 通 用 工 具 ， 灵 活 性 大 ， 生 产准 备 周 期 短 ， 所 以 使 用 范 围 广 。u锻 件 力 学 性 能 和 表 面 质 量 受 操 作 工 人 的 影 响 较 大， 不 易 保 证 ， 生 产 效 率 低 。 Seite 24 自 由 锻 还

11、可 以 借 助 简 单 的 模 具 进 行 锻 造 ， 称胎 模 锻 。 胎 模 锻 造 是 把 加 热 好 的 坯 料 用 自 由 锻 方 法 预锻 成 近 似 锻 件 的 形 状 ， 然 后 在 自 由 锻 设 备 上 用 胎模 终 锻 成 形 （ 形 状 简 单 的 锻 件 可 直 接 把 坯 料 放 入胎 模 内 成 形 ） ， 这 种 锻 造 方 法 称 为 胎 模 锻 造 。 Seite 25 2 模 锻 把 加 热 好 的 坯 料 放 在 固 定 于 模 锻 设 备 上 的模 具 内 进 行 锻 造 的 方 法 称 为 模 锻 。由 于 模 具 型 槽 限 制 金 属 的 变 形

12、 ， 而 获 得 与 型 槽 形 状一 致 的 锻 件 。根 据 变 形 特 点 ， 分 为 开 式 模 锻 和 闭 式 模 锻 。 Seite 26 根 据 设 备 结 构 特 性 和 工 艺 特 性 的 不 同 ， 分 为 锤 上 模 锻（ 自 由 锻 锤 上 模 锻 、 高 速 锤 上 模 锻 ） 、 摩 擦 压 力 机 上模 锻 、 热 模 锻 压 力 机 上 模 锻 、 液 压 机 上 模 锻 、 平 锻 机上 模 锻 、 专 用 锻 压 机 上 模 锻 等 。模 锻 适 用 于 形 状 复 杂 ， 尺 寸 精 度 较 高 ， 加 工 余 量 小 ，批 量 生 产 的 中 、 小 型

13、 锻 件 。形 状 和 尺 寸 靠 模 具 保 证 ， 人 为 影 响 因 素 小 。精 密 锻 件 的 成 形 也 要 通 过 模 锻 来 实 现 。 Seite 27 3 特 种 锻 造 即 在 专 用 锻 压 设 备 上 或 在 特 殊 模具 型 槽 内 使 坯 料 成 形 的 一 种 特 殊 锻 造 工 艺 。一 般 锻 造 方 法 很 难 达 到 要 求 时 ， 可 用 特 种 锻 造工 艺 。如 精 密 模 锻 ， 温 热 挤 压 ， 辊 锻 ， 电 镦 ， 摆 动 辗压 ， 粉 末 锻 造 ， 液 态 模 锻 ， 等 温 模 锻 和 超 塑 性模 锻 等 。 Seite 28 锻

14、 造 工 艺 流 程 是 指 生 产 一 个 锻 件 所 经 过 的锻 造 生 产 过 程 。以 模 锻 为 例 ， 其 锻 造 工 艺 流 程 是 ：备 料 加 热 模 锻 切 边 、 冲 孔 热 处 理 酸 洗 、 清 理 校 正 。 Seite 29 一 般 来 说 ， 一 种 锻 件 选 用 哪 一 种 锻 造 方 法 生 产 ， 与 形 状 、尺 寸 、 技 术 要 求 和 生 产 批 量 大 小 等 很 多 因 素 有 关 。通 常 ， 单 件 、 小 批 量 生 产 自 由 锻 方 法 大 批 量 模 锻 方 法 生 产 但 有 些 航 空 重 要 产 品 上 的 锻 件 ， 虽

15、 然 批 量 不 大 ， 但 由 于 流线 和 性 能 等 方 面 的 要 求 ， 要 求 工 艺 的 一 致 性 等 ， 通 常 也 采 用模 锻 方 法 生 产 。 Seite 30 三 、 锻 造 工 艺 的 发 展 简 史 及 其 发 展 趋 势（ 一 ） 锻 造 技 术 的 发 展 简 史 人 类 在 新 石 器 时 代 末 期 ， 已 开 始 以 锤 击 天 然 红 铜 来 制 造装 饰 品 和 小 用 品 。 中 国 约 在 公 元 前 2000多 年 已 应 用 冷 锻 工艺 制 造 工 具 ， 如 甘 肃 武 威 皇 娘 娘 台 齐 家 文 化 遗 址 出 土 的 红铜 器

16、物 ， 就 有 明 显 的 锤 击 痕 迹 。最 初 ， 人 们 靠 抡 锤 进 行 锻 造 ， 后 来 出 现 通 过 人 拉 绳 索 和 滑车 来 提 起 重 锤 再 自 由 落 下 的 方 法 锻 打 坯 料 。 14世 纪 以 后 出现 了 畜 力 和 水 力 落 锤 锻 。 Seite 31 Seite 32 为 锻 铜 浮 雕 。 是手 工 锻 造 作 品 。手 工 锻 造 是 一 种古 老 的 金 属 加 工工 艺 ， 是 以 手 工锻 打 的 方 式 ， 在金 属 板 上 锻 锤 出各 种 高 低 凹 凸 不平 的 浮 雕 效 果 。 Seite 33 1842年 ， 英 国

17、的 内 史 密 斯 制 成 第 一 台 蒸 汽 锤 ， 使锻 造 进 入 应 用 动 力 的 时 代 。 以 后 陆 续 出 现 锻 造 水 压 机、 电 机 驱 动 的 夹 板 锤 、 空 气 锻 锤 和 机 械 压 力 机 。 夹 板锤 最 早 应 用 于 美 国 内 战 (1861 1865)期 间 ， 用 以 模 锻武 器 的 零 件 ， 随 后 在 欧 洲 出 现 了 蒸 汽 模 锻 锤 ， 模 锻 工艺 逐 渐 推 广 。 到 19世 纪 末 已 形 成 近 代 锻 压 机 械 的 基 本门 类 。 20世 纪 初 期 ， 随 着 汽 车 开 始 大 量 生 产 ， 热 模锻 迅

18、速 发 展 ， 成 为 锻 造 的 主 要 工 艺 。 Seite 34 锻 压 经 过 100多 年 的 发 展 ， 今 天 已 成 为 一门 综 合 性 学 科 。它 以 塑 性 成 形 原 理 、 金 属 学 、 摩 擦 学 为理 论 基 础 ， 同 时 涉 及 传 热 学 、 物 理 化 学 、机 械 运 动 等 相 关 学 科 ， 以 锻 造 、 冲 压 等 为技 术 ， 与 其 它 学 科 一 起 支 撑 机 器 制 造 业 。 Seite 35 我 国 的 锻 造 生 产 与 世 界 先 进 国 家 的 水 平 相 比还 有 一 定 差 距 。表 现 在 ： 1) 工 业 发 达

19、 国 家 的 模 锻 件 已 占 全 部 锻 件 的70 以 上 ， 而 我 国 尚 不 足 30 。 2) 国 外 有 成 千 条 锻 造 自 动 生 产 线 ， 大 型 自 由 锻造 水 压 机 普 遍 配 备 了 锻 造 操 作 机 等 。 而 我 国 在 这 些方 法 还 很 薄 弱 。 Seite 36 3) 精 锻 技 术 和 大 型 锻 件 的 生 产 水 平 与 一 些 工 业 发展 国 家 相 比 较 低 ， 一 些 航 空 产 品 上 的 精 锻 件 和 重要 的 大 型 自 由 锻 件 还 常 常 需 从 国 外 进 口 。4) 在 CAD/CAM方 面 ， 一 些 发

20、达 国 家 已 进 入 实 用阶 段 ， 在 这 些 方 面 ， 我 国 还 刚 刚 起 步 。 Seite 37 （ 二 ） 锻 造 生 产 的 发 展 趋 势1) 总 趋 势 是 使 锻 件 形 状 、 尺 寸 和 表 面 质 量最 大 限 度 地 与 产 品 零 件 相 接 近 ， 以 达 到 少、 无 切 削 加 工 的 目 的 ， 为 此 应 逐 步 发 展 和完 善 精 密 成 形 新 技 术 ， 发 展 高 效 精 密 的 锻压 设 备 。2) 为 适 应 大 批 量 生 产 的 需 要 ， 应 发 展 专 业化 的 连 续 生 产 线 ， 建 立 地 区 性 的 专 门 化 锻

21、造 中 心 ， 如 齿 轮 精 锻 中 心 、 连 杆 锻 造 中 心、 标 准 件 锻 造 中 心 等 ， 以 利 于 进 行 技 术 改造 及 采 用 最 新 设 备 和 先 进 工 艺 。 Seite 38 3) 为 适 应 新 产 品 开 发 ， 缩 短 研 制 周 期 ， 应 发 展 柔 性 加工 技 术 和 CAD/CAM 技 术 。 锻 模 的 CAD/CAM的 主 要 优 点 有 ： 设 计 的 速 度 快 、 准 确 性 高 ， 且 可 将 设 计 人 员 从 繁 重 的 重 复 性劳 动 中 解 脱 出 来 。 可 以 把 多 方 面 的 经 验 和 研 究 成 果 集 中

22、 起 来 ， 方 便 地 应 用 于 设计 加 工 ， 提 高 设 计 质 量 。 可 以 实 现 多 方 案 比 较 设 计 ， 达 到 优 化 的 目 的 。 Seite 39 4) 提 高 锻 件 的 内 在 质 量 。 5) 提 高 机 械 化 、 自 动 化 水 平 。 6) 发 展 以 煤 气 、 油 、 电 等 为 热 源 的 先 进 加 热技 术 ， 改 善 劳 动 条 件 。 Seite 40 （ 三 ） 目 前 ， 我 国 锻 造 业 面 临 的 问 题 可 以 归 纳为 如 下l 装 备 水 平 低 ， 其 主 要 表 现 是 设 备 老 化 、 精 确 度 低l 管 理

23、 体 制 亟 待 理 顺 ， 生 产 厂 点 过 多 ， 力 量 分 散l 厂 家 封 闭 式 经 营l 研 究 和 生 产 不 平 衡 Seite 41 四 、 本 课 程 的 性 质 和 任 务 锻 造 工 艺 学 是 研 究 如 何 利 用 各 种 锻 造 方 法 有 效 地 控 制锻 件 的 成 型 和 内 部 组 织 性 能 生 产 出 高 质 量 锻 件 的 一 门 技 术学 科 。 锻 造 工 艺 学 任 务 是 通 过 本 课 程 的 教 学 ， 达 到 如 下 要 求 ：1) 基 本 掌 握 自 由 锻 工 艺 设 计 、 模 锻 工 艺 设 计 和 锻 模 设 计 的 方

24、法2) 具 有 初 步 的 进 行 锻 造 工 艺 分 析 的 能 力3) 具 有 初 步 分 析 和 解 决 锻 件 质 量 问 题 的 能 力 。 Seite 42 五 、 主 要 参 考 书 简 介 姚 泽 坤 主 编 ， 锻 造 工 艺 学 ， 西 北 工 业 大 学 出 版 社 ， 1998 张 志 文 主 编 ： 锻 造 工 艺 学 ， 机 械 工 业 出 版 社 ， 1983 杨 振 恒 、 陈 镜 清 等 编 ： 锻 造 工 艺 学 ， 西 北 工 业 大 学 出 版 社 ， 1986 锻 件 质 量 分 析 编 写 组 编 ： 锻 件 质 量 分 析 ， 机 械 工 业 出 版 社 ， 1983 锻 工 手 册 编 写 组 编 ： 锻 工 手 册 ， 机 械 工 业 出 版 社 ， 1978 李 尚 健 主 编 ， 锻 造 工 艺 及 模 具 设 计 资 料 ， 机 械 工 业 出 版 社 ， 1991 张 振 纯 编 ： 锻 模 图 册 ， 机 构 工 业 出 版 社 ， 1980