史密斯的秘密:锻造方法的介绍

现代锻造设备如何将金属加工成锻造零件?

什么是锻造?

锻造是一种通过锤击、挤压或轧制使金属成形的制造过程。这些压力是用锤子或模具施加的。锻件通常根据锻件的温度分为冷锻件、热锻件和热锻件。

各种各样的金属都可以锻造。用于锻造的典型金属包括碳钢合金钢,以及不锈钢. 非常软的金属,例如、黄铜和铜也可以锻造。锻造工艺可以以最少的浪费生产出具有优异机械性能的零件。基本概念是将原始金属塑性变形为所需几何形状,使其具有更高的抗疲劳性和强度。该工艺经济合理,能够批量生产零件,并在成品中实现特定的机械性能。

锻造机成形的金属
锻造涉及通过压缩力(如锤击、压制或轧制)对金属进行成形。

锻造史

锻造是史密斯几千年来一直从事的工作。起初,青铜和铜是青铜时代最常见的锻造金属:后来,随着控制温度的能力和炼铁过程的发现,铁成为主要的锻造金属。传统产品包括厨具、五金、手工工具和边缘武器。工业革命使锻造成为一种更高效的大规模生产工艺。从那时起,锻造随着设备、机器人、电子控制和自动化的进步而发展。锻造现在是一个世界性的行业,拥有现代化的锻造设备,生产各种尺寸、形状、材料和饰面的高质量金属零件。

锻锤成形金属
在使用锻锤将金属加工成所需形状之前,对其进行加热。这过去是由铁匠手工完成的。

锻造方法

有几种锻造方法具有不同的性能和效益。更常用的锻造方法包括落锻法和辊锻法。

模锻

落锤锻件得名于将锤子落在金属上,将其塑造成模具形状的过程。模具是指与金属接触的表面。液滴锻件有开式锻件和闭式锻件两种。模具通常是平面的,有些具有特殊形状的表面,用于特殊的操作。

开式模锻(史密斯锻造)

开式模锻也称为史密斯锻造。锤子敲击固定铁砧上的金属并使其变形。在这种类型的锻造中,金属从未完全限制在模具中,允许其流动,但与模具接触的区域除外。操作员负责对金属进行定向和定位,以获得所需的最终形状。使用平模,其中一些具有特殊形状的表面,用于特殊操作。开式模锻适用于简单和大型零件,以及定制的金属部件。

开式模锻的优点:

  • 更好的抗疲劳性能和强度
  • 减少错误和/或漏洞的机会
  • 改善微观结构
  • 连续谷物流
  • 细粒度

闭式模锻(压模)

闭式模锻也称为压模锻造。金属被放置在模具中并连接到铁砧上。锤子落在金属上,使其流动并填充模具型腔。对液压锤进行计时,使其以毫秒为单位快速连续接触金属。多余的金属从模具型腔中推出,导致飞边。闪光比其他材料冷却更快,使其比模具中的金属更坚固。锻造后,去除飞边。

为了使金属达到最后阶段,它通过模具中的一系列空腔移动:

  1. 磨边压痕(也称为压边或弯曲)
    用于将金属模制成粗糙形状的第一印象。
  1. 阻塞蛀牙
    金属被加工成更接近最终产品的形状。这种金属的形状有大量的弯曲和圆角。
  1. 最终型腔
    将金属精整和细化至所需形状的最后阶段。

闭式模锻的优点:

  • 生产高达25吨的零件
  • 产生只需要少量精加工的近净形状
  • 大生产的经济效益

辊锻

辊锻由两个圆柱形或半圆柱形水平辊组成,使圆钢或扁钢变形。这样可以减少它的厚度,增加它的长度。加热后的棒材被插入并通过两个包含一个或多个形状凹槽的轧辊之间,并随着轧辊的通过逐渐成形。这个过程持续进行,直到达到所需的形状和尺寸。

自动辊锻的优点:

  • 几乎不产生物质浪费
  • 在金属中形成良好的晶粒结构
  • 减少金属的横截面积
  • 生产锥形端

压锻

压力锻造使用缓慢、连续的压力或力,而不是落锤锻造中使用的冲击。较慢的冲头行程意味着变形更深,从而使金属的整个体积均匀地受到影响。相比之下,在落锤锻造中,变形通常仅在表面水平,而金属内部保持一定程度的未变形。通过控制模锻过程中的压缩率,还可以控制内部应变。

压锻的优点:

  • 大生产的经济效益
  • 0.01–0.02英寸范围内的公差精度更高
  • 模具具有较小的吃水深度,以便获得更好的尺寸精度
  • 模具的速度、压力和行程都是自动控制的
  • 过程自动化是可能的
  • 压力机的容量范围为500-9000吨
冲锻金属
压锻使用缓慢、连续的压力或力来均匀成形金属,而不是落锻中使用的冲击。

镦锻

镦锻是一种通过压缩金属长度来增加金属直径的制造工艺。曲柄压力机是一种特殊的高速机器,用于镦锻过程。曲柄压力机通常设置在水平面上,以提高效率和从一个工位到下一个工位的金属快速交换。立式曲柄压力机或液压机也是可选的。

镦锻的优点:

  • 生产速度高,每小时可达4500件
  • 完全自动化是可能的
  • 消除锻造牵伸和飞边
  • 几乎不产生废物

自动热锻

在自动热锻中,轧机长度的钢筋在室温下插入锻压机的一端,热锻产品从另一端流出。用大功率感应线圈在60秒内将棒加热至2190–2370°F。棒料用滚筒除垢并分成坯料。此时,金属通过几个可与高速冷成型操作耦合的成型阶段转移。通常,冷成型操作留给精加工阶段。通过这样做,可以收获冷加工的好处,同时保持自动热锻的高速。

自动热锻的优点:

  • 高产出率
  • 低成本材料的验收
  • 操作机器所需的最少劳动力
  • 几乎不产生材料浪费(比传统锻造节省20-30%的材料)

精密锻造(净形或近净形锻造)

精密锻造几乎不需要最终加工。这是一种锻造方法,旨在将锻造后操作的成本和浪费降至最低。成本节约是通过减少材料和能源以及减少加工来实现的。

等温锻造

等温锻造是将金属和模具加热到相同温度的锻造过程。采用绝热加热——在系统和外部环境之间没有净质量传递或热交换。这些变化都是由于内部变化导致的高度控制应变率。由于热损失较低,可以使用较小的机器进行这种锻造过程。