浅析锻造成形及设备选用

刘林林 刘俊池 丁慧莹 李鑫源

摘  要：锻造是一种利用工具或者模具在冲击或压力作用下加工金属机械零件或零件毛坯的方法。与其他加工方法相比锻造加工生产率较高，并且得到的锻件形状、尺寸稳定性好，由于在压力作用下使金属材料发生塑性变形，消除了内部缺陷如缩松、缩孔等，提高了锻件的综合力学性能，使其具备较高的强韧性。在生产生活中，锻造生产根据工具及工艺的不同分为自由锻、模锻和特种锻造，针对不同的锻造工艺，选用合适的成型设备对锻件最终的性能及外观要求具有重大影响。

关键词：锻造;成形设备;塑性变形;力学性能

前言

作为成形生产的两大主体之一，成形设备是为各类成形工艺服务的，通过成形设备为模具和被加工材料提供运动、能量、动力、控制等来完成所要求的成形生产过程。本文主要针对锻造成形中设备选用进行浅析，成形设备的发展与完善推动了锻造产业的前进，如在20世纪50年代，随着高速锤的诞生，使得在原来的锻造工艺基础上出现了新的高速成形方式，高速锤的打击速度快，使得金属在模腔里的流动速度快，提高了填充能力适用于一些壁薄的金属零件。本文将依据自由锻、模锻及特种锻造三种类型展开对成形设备的选用分析。

1.自由锻成形分析

自由锻造一般借助简单工具，如锤、冲子、垫铁等对铸锭或者型材进行镦粗、拔长、弯曲、冲孔等方式以获得所需零件毛坯，这种方式具有较大的加工余量，生产效率低，在生产过程中多采用空气锤、锻造水压机等。对于小型、小批量锻件常采用手工自由锻，使用简单的锤、型砧等，不涉及大型机械设备，在此不再赘述;对于大型自由锻件、批量生产常采用锻锤自由锻和水压机自由锻，前者多用于锻造中小型自由锻件，后者主要锻造大型自由锻件。在自由锻方式选用之前要先对锻件进行分析，综合考虑其材料性能、流动充填性、锻件尺寸、加工余量大小等，合理选用成形设备，安排好变形工步，保证锻件生产要求的同时合理利用资源。自由锻的具有使用工具简单，灵活度较高，有时为充分利用设备，可将制坯工步也在自由锻设备上完成。该方法的主要不足之处在于锻件精度低、生产率也较低。

2.模锻成形分析

针对模锻成形本文主要考虑锤上模锻与曲柄压力机上模锻，锤上模锻是在自由锻与胎膜锻的基础上发展起来的，其模锻锤主要包括蒸汽-空气模锻锤、高速锤和螺旋锤等，模锻锤的规格用落下部分的质量表示，在选用模锻锤时要考虑最大打击行程、总质量等因素，保证可满足金属坯料成形的压力要求，使其可以顺利充填，该成形方式多适用于批量锻件生产。在锻造过程中，将加热后的金属坯料放在下模，利用上模的冲击作用迫使坯料变形、流动，从而获得所需锻件。根据不同的分类方式，锤上模锻也可分为多种，主要研究分类当中的开式模锻、闭式模锻。开式模锻是变形金属流动不受模腔限制的一种方式，在锻造过程中容易产生毛边;闭式模锻又叫无毛边模锻较开式模锻相比提高了材料利用率，金属坯料始终在封闭的型腔中发生变形，因此处于三向压应力状态，提高了金属的塑性，闭式模锻较适用于低速性合金的锻造成形。模锻件分为四类：圆饼类、顶镦类、长轴类与复合类。针对不同形状的锻件应考虑其外形结构、金属流动特点，例如对于顶镦类锻件，其端部有粗大部分，可选用平锻机、螺旋压力机或者热模锻曲柄压力机，其详细的制坯工步应根据具体的形状特点与尺寸确定。

曲柄压力机上模锻依靠压力机中连杆机构将电动机的旋转运动转换为滑块的往复直线运动，利用这种结构驱动上模的运动，较锤上模锻的精度要高，源于其机架结构封闭、刚性大的特点，并且在锻造过程中锻模又采用导柱、导套进一步进行辅助导向，故保证了锻件的尺寸精确度。但曲柄压力机上模锻由于滑块运动速度低，金属在水平方向流动比锤上模锻剧烈，因此在水平方向容易产生大毛边。曲柄压力机上模锻的锻压特点是靠压入方式是金属坯料成形，在实际生产过程中不宜采用多型槽模锻，在一定程度上增加了所需工步及模具;其次，曲柄压力机不能用于滚挤、拔长等，利用挤压工序来代替;采用曲柄压力机进行模锻时，由于其结构特点使得氧化皮清理不方便，需注意采用少无氧化加热的方式进行金属坯料的加热。

3.特种锻造成形分析

对某些零件可采用专用设备进行生产，提高了其生产率，并且对锻件的尺寸精度、形状、性能都能很好的保证，比如螺钉的生产就有专门的搓丝机。但特种锻造只能生产某单一品种零配件，随着生产的继续发展，将锻造工艺与热处理工艺进行更适合的安排可满足更为复杂的生产加工要求。

鍛件在目前的生产生活中应用广泛，很多重大构件都有锻造成形，推动锻造技术发展的最大动力是来自交通方面的制造业，随着科学技术的继续进步，锻压技术正朝着轻量化、低成本化、多学科复合化的方向发展。

结束语

本文主要浅要分析了自由锻、模锻、特种锻造的特点及其所选用的成形设备，在选用成形设备时首先应对金属坯料的外形、体积、材料类型、流动充填性能进行综合考虑分析，选择合适吨位的锻造设备，避免不必要的资源浪费以及锻造压力不够产生缺陷的问题。随着科技进步，未来的成形设备与锻造方式将会向着更洁净、高效的方向发展。

参考文献

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