進階篇：3.8）鍛造件設計

本章目的：設計出符合鍛造工藝的零件

 

1.定義：

鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產生塑性變形以得到具備必定機械性能、必定形狀和尺寸鍛件的加工方法。經過鍛造能消除金屬在冶煉過程當中產生的鑄態疏鬆等缺陷，優化微觀組織結構，同時因爲保存了完整的金屬流線，鍛件的機械性能通常優於一樣材料的鑄件。相關機械中負載高、工做條件嚴峻的重要零件，除形狀較簡單的可用軋製的板材、型材或焊接件外，多采用鍛件。

鍛造生產也是機械製造工業中提供毛坯的主要途徑之一。

 

2.鍛造生產的分類

2.1 根據變形時的溫度

1）熱鍛指終鍛溫度高於再結晶溫度的鍛造過程。變形過程當中冷變形強化和再結晶同時存在，屬於動態再結晶。

2）冷鍛指室溫下進行的體積塑性成形。能夠避免加熱出現的缺陷，精度和表面質量高，強度和硬度高。但變形抗力大，需用較大噸位設備，屢次變形時需增長再結晶退火和其它輔助工序。主要侷限於低碳鋼、有色金屬及其合金的薄件及小件加工。其成形方式有實心件正擠壓、空心件正擠壓、反擠壓、複合擠壓和鐓粗。 冷軋絲桿、長絲桿的軋製、冷鐓六角螺栓。

3）溫鍛：溫鍛的金屬變形溫度是在再結晶溫度如下和室溫以上的溫度範圍內，溫鍛是一種少無切屑塑性成形工藝。

4）等溫鍛指模具和坯料要保持在相同的恆定溫度下，爲了實現這個要求，模具必須帶加熱和保溫裝置。

鋼的開始再結晶溫度約爲727℃，但廣泛採用800℃做爲劃分線，高於800℃的是熱鍛；在300～800℃之間稱爲溫鍛或半熱鍛，在室溫下進行鍛造的稱爲冷鍛。用於大多數行業的鍛件都是熱鍛，溫鍛和冷鍛主要用於汽車、通用機械等零件的鍛造，溫鍛和冷鍛能夠有效的節材

 

2.2 成型機理

根據成形機理，鍛造可分爲自由鍛、模鍛、碾環、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,使坯料產生變形而得到所需的幾何形狀及內部質量的鍛件的加工方法。 採用自由鍛方法生產的鍛件稱爲 自由鍛件。自由鍛都是以生產批量不大的鍛件爲主，採用鍛錘、液壓機等鍛造設備對坯料進行成形加工，得到合格鍛件。 自由鍛的基本工序包括鐓粗、拔長、衝孔、切割、彎曲、扭轉、錯移及鍛接等。自由鍛採起的都是熱鍛方式。 

2）模鍛。模鍛又分爲開式模鍛和閉式模鍛。

金屬坯料在具備必定形狀的鍛模膛內受壓變形而得到鍛件，模鍛通常用於生產重量不大、批量較大的零件。模鍛可分爲熱模鍛、溫鍛和冷鍛。溫鍛和冷鍛是模鍛的將來發展方向，也表明了鍛造技術水平的高低

 

3.鍛造的過程（圖解）：

實際上，不多鍛件是在如圖14.2所示的一個階段裏製造出來的。那樣一般會致使過多的飛邊（確保模具填充）或者更大模具負荷。
所以，在大多數狀況下，一系列的預成型加工是十分必要的，在精加工模具型腔的最後成型階段以前，逐漸將坯料形狀接近最後形狀。預成型加工的數量和類型在很大程度上取決於加工後的鍛件形狀。圖14.8顯示了一個簡單連桿鍛件的典型加工順序⑴。

 

 

4.鍛造用材

鍛造用料主要是各類成分的碳素鋼和合金鋼，其次是鋁、鎂、銅、鈦等及其合金。材料的原始狀態有棒料、鑄錠、金屬粉末和液態金屬。 金屬在變形前的橫斷面積與變形後的橫斷面積之比稱爲鍛造比。正確地選擇鍛造比、合理的加熱溫度及保溫時間、合理的始鍛溫度和終鍛溫度、合理的變形量及變形速度對提升產品質量、下降成本有很大關係。

5.鍛造件設計原則：

5.1鍛造零件的結構要素；

5.1.1 模鍛斜度；

 

5.1.2 圓角半徑；

 

5.1.3 截面形狀變化部位外圓角半徑值（a）和內圓角半徑（b）；

 

 

5.1.4 收縮截面、多臺階截面、齒輪輪輻、曲軸的凹槽圓角半徑；

5.1.5 最小底厚；

5.1.6 最小壁厚、筋寬和筋端圓角半徑；

5.1.7 筋板最小厚度；

5.1.8 最小衝孔直徑，盲孔和連皮厚度；

5.1.9 扁鋼輾成圓柱形端尺寸；

5.1.10 圓鋼錘扁尺寸；

 

5.2 鍛件設計注意事項；

5.2.1 自由鍛造；

5.2.2 沖模鍛造；

 

 

6.鍛造件尺寸公差標準

GB∕T 12361-2016 鋼質模鍛件 通用技術條件；

GB∕T 12362-2016 鋼質模鍛件 公差及機械加工餘量;

GB∕T 12363-2005 鍛件功能分類;

JBT 9177-1999 鋼製模鍛件 結構要素。

 

7.鍛件通用技術條件（碳素鋼和合金結構鋼）

(摘自 JB/T 5000. 8—1998)

1)鍛件表面不容許有裂紋、折褥、央層和其餘影響使用的外觀缺陷。加工面上的缺陷珂以清除，但清理深度不得超過該曲加工餘量的75%，鍛件非加工面上的缺陷應清理乾淨並圓滑過渡，清理深度不得超過生產廠規定的鍛件尺寸誤差。對超過加工餘重和鍛件尺寸誤差的缺陷，在徵得需方贊成後方吋清除並補焊。鍛件不容許存在白點、內部裂紋和殘餘縮孔。

2)白點用超聲波或低倍試驗檢杏並應符合GB/T 640二、GB 226及GB 1979的規定。

3)鍛件的力學性能、化學成分應符合定貨合同或圖樣的規定。

4)當需方有超聲波探傷、高溫強度、低溫韌性、晶粒度、夾渣物、金相組織及其餘補充要求時，其檢驗方法和驗收標準山供需雙方協商肯定。

5)鍛件的驗收規則和試驗方法按本標準要求進行。

 

8.DFMA運用