鍛造專題報告
1. 什麼是鍛造
利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產生塑性變形以獲得具有一定機械效能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。
1.1．鍛造按成形方法可分為：
1.1.1開式鍛造（即自由鍛） 利用衝擊力或壓力使金屬在上下兩個抵鐵（砧塊）間產生變形以獲得所需的部件，主要有手工鍛造和機械鍛造兩種。
自由鍛是將加熱好的金屬坯料放在鍛造裝置的上,下砥鐵之間,施加衝擊力或壓力,直接使坯料產生塑性變形,從而獲得所需鍛件的一種加工方法. 自由鍛由於鍛件形狀簡單,操作靈活,適用於單件,小批量及重型鍛件的生產。自由鍛分手工自由鍛和機器自由鍛，手工自由鍛生產效率低,勞動強度大,僅用於修配或簡單,小型,小批鍛件的生產,在現代工業生產中,機器自由鍛已成為鍛造生產的主要方法,在重型機械製造中,它具有特別重要的作用.
1.1.2閉模式鍛造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，可分為模鍛(即模鍛全稱為模型鍛造，將加熱後的坯料放置在固定於模鍛裝置上的鍛模內鍛造成形的。
模鍛的鍛模結構有單模堂鍛模和多模膛鍛模)、冷鐓（即常溫下進行沖壓使被沖壓件按照鍛模膛的形狀沖壓出來）、旋轉鍛（即成型金屬件在旋轉的狀態下被鍛打擠壓成型而成）、擠壓（通過對成型件以用力的擠壓的方式來獲得所需要的形狀方式）。
1.2．按變形溫度鍛造又可分為：
1.2.1熱鍛（在加工溫度高於坯料金屬的再結晶溫度的條件下進行鍛造）
1.2.2溫鍛（在加工溫度低於再結晶溫度的條件下進行鍛造）
1.2.3冷鍛（在加工溫度於常溫下進行鍛造）
鍛造用料主要是各種成分的碳素鋼和合金鋼，其次是鋁、鎂、鈦、銅等及其合金。材料的原始狀態有棒料、鑄錠、金屬粉末和液態金屬等。金屬在變形前的橫斷面積與變形後的模斷面積之比稱為鍛造比。
正確地選擇鍛造比對提高產品質量、降低成本有很大關係。
2. 鍛造加工方式的優點
2.1 改善金屬的組織、提高力學效能金屬材料經壓力加工後，其組織、效能都得到改善和提高，塑性加工能消除金屬鑄錠內部的氣孔、縮孔和樹枝狀晶等缺陷，並由於金屬的塑性變形和再結晶，可使粗大晶粒細化，得到緻密的金屬組織，從而提高金屬的力學效能。在零件設計時，若正確選用零件的受力方向與纖維組織方向，可以提高零件的抗衝擊效能。
2.2 材料的利用率高金屬塑性成形主要是靠金屬的體積重新分配，而不需要切除金屬，因而材料利用率高。
2.3 較高的生產率塑性成形加工一般是利用壓力機和模具進行成形加工的，生產效率高。例如，利用多工位冷鐓工藝加工內六角螺釘效率比用棒料切削加工工效率高出很多。
2.4 毛坯或零件的精度較高應用先進的技術和裝置，可實現少切削或無切削加工。例如，精密鍛造的傘齒輪齒形部分可不經切削加工直接使用，複雜曲面形狀的葉片精密鍛造後只需磨削便可達到所需精度。
3.學習及討論開模式鍛造（即自由鍛造）加工方式.
3.1 自由鍛：利用衝擊力或壓力，使金屬在上、下砧鐵之間，產生塑性變形而獲得所需形狀、尺寸以及內部質量鍛件的一種加工方法。
自由鍛造時，除與上、下砧鐵接觸的金屬部分受到約束外，金屬坯料朝其它各個方向均能自由變形流動，不受外部的限制，故無法精確控制變形的發展。
3.2 自由鍛分類：手工鍛造和機器鍛造兩種。手工鍛造只能生產小型鍛件，生產率也較低。機器鍛造是自由鍛的主要方法。
3.3 自由鍛的特點：工具簡單、通用性強，生產準備周期短。自由鍛件的質量範圍可由不及一千克到
二、三百噸，對於大型鍛件，自由鍛是唯一的加工方法，這使得自由鍛在重型機械製造中具有特別重要的作用，例如水輪機主軸、多拐曲軸、大型連桿、重要的齒輪等零件在工作時都承受很大的載荷，要求具有較高的力學效能，常採用自由鍛方法生產毛坯。
3.4 自由鍛的工藝流程：不同的鍛造方法有不同的流程，一般順序為：
鍛坯下料；鍛坯加熱；（輥鍛備坯）；鍛造成形；切邊；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，改善金屬切削效能；清理，主要是去除表面氧化皮；矯正；檢查，一般鍛件要經過外觀和硬度檢查，重要鍛件還要經過化學成分分析、機械效能、殘餘應力等檢驗和無損探傷。
3.4.1鍛坯下料：根據客戶要求的鍛造比或鍛件的重量在鍛造前把棒料切成所需長度的工序。
下料方法主要有切削下料和鍛壓裝置下料兩種：
切削下料：用鋸片、鋸條、鋸帶、薄片砂輪和車刀切斷鍛坯，切削下料端麵平整，但切口損耗材料，生產率低，多用於品種多、批量較小或對切口質量要求高的鍛坯。
鍛壓裝置下料有剪下、折斷、加熱後用剁刀切等方法。刀口形狀和棒料截面相似。小尺寸的棒料多用冷剪。
對有些合金鋼和尺寸較大的碳鋼棒料,為防止斷口產生裂紋,還須加熱到350～550℃剪下。如果用多工位熱鍛自動機，也可在鍛造溫度下熱切。剪下下料效率高，適用於大批生產,切口沒有材料損耗,但剪下端麵質量較差。
採用精密剪下工藝和裝置，可以改善剪下端麵的平整度和減小下料的重量誤差。提高剪下精度的辦法因材料而異。主要方法有把棒料置於夾緊狀態下剪下和高速剪下。
剪下後的端麵和軸線的不垂直度可小於1°，重量誤差在0.5～1％以內。
折斷下料是在棒料需折斷處先鋸切或氣割出一小缺口，然後將棒料兩端墊起使缺口懸空，在缺口背面施加壓力，將棒料折斷。這種方法適用於折斷塑性較差的鋼材。
下料裝置用於下料的鍛壓裝置主要是剪斷機，也可用機械壓力機和螺旋壓力機下料，中國現生產的剪下機已可以剪下直徑為230mm的炭鋼圓棒。
3.4.2 鍛坯加熱：
基本上，金屬隨著溫度的提高而降低，當金屬加熱到一定的溫度後塑性提高，變性抗力減小，鍛造前加熱的目的是為了消除金屬內部抗應力，增加金屬的塑性，在合理範圍內，溫度越高，塑性越好。
加熱溫度: 鍛坯一般加熱到金屬的允許始鍛溫度。為保證裡外溫度均勻，鍛坯表面加熱到所需溫度後還應保溫一定時間。
保溫時間與金屬的導熱係數、鍛坯的截面尺寸和在爐內的放置狀態有關。冷坯料加熱的公升溫速度不宜太高，以防止表層與心部之間出現過大的溫差和在心部出現大的熱應力。心部熱應力容易引起裂紋。
常用的測溫儀表有測爐溫的熱電偶，測金屬表面溫度的光學高溫計。
加熱方法:古代鍛造是用明火直接加熱鍛坯。現代鍛坯加熱使用各種燃煤、燃油、燃氣和電熱式的工業爐，包括間歇式的室式爐、臺車式爐、電阻爐、感應爐和連續式爐。
感應爐具有加熱速度快、溫度均勻、占地小、便於自動控制等優點，已廣泛應用於中、小模鍛件生產線中。鍛坯加熱消耗大量能源，因此必須提高工業爐的熱效率，改進加熱的管理和操作。
常用金屬的鍛造溫度（始鍛溫度~終鍛溫度），碳鋼：1200~800℃；合金鋼1150~800℃；合金工具鋼（高速鋼）：1180~900℃；不鏽鋼：
1300~850℃；鋁合金：480~380℃；銅合金：900~700℃。
加熱容易出現的缺陷（在高溫下，鋼中的鐵與爐氣中的氧化合，形成 feo、fe3o4、fe2o3等氧化物，稱為氧化皮。氧化皮的產生會增加金屬的耗損。一般間歇式火焰加熱爐的氧化燒損率為2～3％，感應加熱小於 0.
5％。此外，氧化皮還會加劇模具的磨損，降低鍛件精度和導致表面粗糙，從而加大機械加工的加工餘量，增加了材料消耗。氧化皮還阻礙熱的傳導，延長加熱時間，影響爐底壽命和工業爐的機械化作業。
氧化除產生氧化皮外，還會減少鋼的表層碳含量，形成脫碳層，降低鍛件表層的硬度和強度。氧化皮的產生更不利於精密鍛造）對加熱工藝現在人們也在不停的進行改進。
3.4.3 輥鍛備壞：一般可用輥鍛作細長材料的前道工序加工。
3.4.4 自由鍛造成形：
自由鍛造是利用衝擊力或壓力使金屬在上下砧面間各個方向自由變形，不受任何限制而獲得所需形狀及尺寸和一定機械效能的鍛件的一種加工方法，簡稱自由鍛。自由鍛造分為手工自由鍛造和機器自由鍛造兩種方式，手工鍛件主要鍛造小型的零部件，生產效率也比較低，機器鍛造是目前自由鍛的主要方式。
自由鍛的特點：工具簡單、通用性強，生產準備周期短。自由鍛件的質量範圍可由不及一千克到
二、三百噸，對於大型鍛件，自由鍛是唯一的加工方法，這使得自由鍛在重型機械製造中具有特別重要的作用，例如水輪機主軸、多拐曲軸、大型連桿、重要的齒輪等零件在工作時都承受很大的載荷，要求具有較高的力學效能，常採用自由鍛方法生產毛坯。由於自由鍛件的形狀與尺寸主要靠人工操作來控制，所以鍛件的精度較低，加工餘量大，勞動強度大，生產率低。自由鍛主要應用於單件、小批量生產，修配以及大型鍛件的生產和新產品的試製等。
自由鍛工序
自由鍛工序：基本工序、輔助工序和修整工序。
基本工序
使金屬坯料產生一定程度的塑性變形，以得到所需形狀、尺寸或改善材質效能的工藝過程。它是鍛件成形過程中必需的變形工序，如鐓粗、拔長、彎曲、沖孔、切割、扭轉和錯移等。實際生產中最常用的是鐓粗、拔長和沖孔三個工序。
鐓粗：沿工件軸向進行鍛打，使其長度減小，橫截面積增大的操作過程。常用來鍛造齒輪坯、凸緣、圓盤等零件，也可用來作為鍛造環、套筒等空心鍛件沖孔前的預備工序。
鐓粗可分為全鐓粗和區域性鐓粗兩種形式：（a）全墩粗，（b）區域性墩粗。
鐓粗時，坯料不能過長，高度與直徑之比應小於2.5，以免鐓彎，或出現細腰、夾層等現象。坯料鐓粗的部位必須均勻加熱，以防止出現變形不均勻。
拔長：是沿垂直於工件的軸向進行鍛打，以使其截面積減小，而長度增加的操作過程。常用於鍛造軸類和杆類等零件。
對於圓形坯料，一般先鍛打成方形後再進行拔長，最後鍛成所需形狀，或使用v型砧鐵進行拔長
下圖為拔長圖示：
所示，在鍛造過程中要將坯料繞軸線不斷翻轉。
沖孔利用衝頭在工件上衝出通孔或盲孔的操作過程。常用於鍛造齒輪、套筒和圓環等空心鍛件，對於直徑小於25mm的孔一般不鍛出，而是採用鑽削的方法進行加工。
在薄坯料上衝通孔時，可用衝頭一次衝出。若坯料較厚時，可先在坯料的一邊衝到孔深的2／3深度後，拔出衝頭，翻轉工件，從反面衝通，以避免在孔的周圍衝出毛刺。
實心衝頭雙面沖孔時，圓柱形坯料會產生畸變。畸變程度與沖孔前坯料直徑d0、高度h0和孔徑d1等有關。d0/d1愈小，畸變愈嚴重，另外沖孔高度過大時，易將孔沖偏，因此用於沖孔的坯料直徑d0與孔徑d1之比（d0/d1）應大於2.
5，坯料高度應小於坯料直徑。
1－衝頭 2－坯料 3－墊環 4－芯料
輔助工序
為使基本工序操作方便而進行的預變形工序稱為輔助工序（壓鉗口、切肩等）。
修整工序
用以減少鍛件表面缺陷而進行的工序（如校正、滾圓、平整等）。
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