《金工实习》第4章 压力加工(2)

为锻造温度范围见表4-1。在保证不出现加热缺陷的前提下，始锻温度应取得高一些，以便有较充足的时间锻造成形，减少加热次数。在保证坯料还有足够塑性的前提下，终锻温度应选得低一些，以便获得内部组织细密、力学性能较好的锻件，同时也可延长锻造时间，减少加热次数。但终锻温度过低会使金属难以继续变形，易出现锻裂现象和损伤锻造设备。 1、锻造温度的控制方法

(1) 温度计法 通过加热炉上的热电偶温度计，显示炉内温度，可知道锻件的温度；也可以使用光学高温计观测锻件温度。

表4-1 常用钢材的锻造温度范围

材料种类 碳素结构钢 合金结构钢 碳素工具钢 合金工具钢 铝 合 金 (2) 目测法 实习中或单件小批生产的条件下可根据坯料的颜色和明亮度不同来判别温度，即用火色鉴别法见表4-2。

表4-2 碳钢温度与火色的关系

火色 温度(℃) 三、碳钢常见的加热缺陷

由于加热不当，碳钢在加热时可出现多种缺陷，碳钢常见的加热缺陷见表4-3。

表4-3 碳钢常见的加热缺陷

名称 实 质 危 害 烧损材料；降低锻件精度和表面质量；减少模具寿防止（减少）措施 在高温区减少加热时间；采用控制炉气成分黄白 1300 淡黄 1200 黄 1100 淡红 900 樱红 800 暗红 700 赤褐 600 1200-1250 1150-1200 1050-1150 1050-1150 450-500 800 800-850 750-800 800-850 350-380 始锻温度表(℃) 终锻温度(℃) 材料种类 高速工具钢 耐 热 钢 弹 簧 钢 轴 承 钢 铜 合 金 1100-1150 1100-1150 1100-1150 1080 800-900 900 800-850 800-850 800 650-700 始锻温度(℃) 终锻温度(℃) 氧化 坯料表面铁元素氧化 命 坯料表层被烧损使含碳量减少 加热温度过高，停过热 留时间长造成晶粒粗大 加热温度接近材过烧 料熔化温度，造成晶粒界面杂质氧化 坯料内外温差太裂纹 大，组织变化不匀造成材料内应力过大 4.2.2 锻件的冷却 降低锻件表面硬度、变脆，严重时锻件边角处会产生裂纹 锻件力学性能降低，须再经过锻造或热处理才能改善 的少无氧化加热或电加热等。采用少装、勤装的操作方法。在钢材表面涂保护层 过热的坯料通过多次锻打或锻后正火处理消除 正确地控制加热温脱碳 坯料一锻即碎，只得报废 度和保温的时间 坯料产生内部裂纹，并进一步扩展，导致报废 某些高碳或大型坯料，开始加热时应缓慢升温 热态锻件的冷却是保证锻件质量的重要环节。通常，锻件中的碳及合金元素含量越多，锻件体积越大，形状越复杂，冷却速度越要缓慢，否则会造成表面过硬不易切削加工、变形甚至开裂等缺陷。常用的冷却方法有三种，见表4-4。

表4-4 锻件常用的冷却方式

方 式 空 冷 坑冷（堆冷） 炉 冷 特 点 锻后置空气中散放，冷速快，晶粒细化 锻后置干沙坑内或箱内堆在一起，冷速稍慢 锻后置原加热炉中，随炉冷却，冷速极慢 适 用 场 合 低碳、低合金钢小件或锻后不直接切削加工件 一般锻件，锻后可直接进行切削加工 含碳或含合金成分较高的中、大型锻件，锻后可进行切削加工 4.2.3 锻件的热处理 在机械加工前，锻件要进行热处理，目的是均匀组织，细化晶粒，减少锻造残余应力，调整硬度，改善机械加工性能，为最终热处理做准备。常用的热处理方法有正火、退火、球化退火等。要根据锻件材料的种类和化学成分来选择。

4.3 自由锻的设备及工具

4.3.1机器自由锻设备

使用机器设备，使坯料在设备上、下两砧之间各个方向不受限制而自由变形，以获得锻件的方法称机器自由锻。常用的机器自由锻设备有空气锤、蒸气-空气锤和水压机，其中空气锤使用灵活，操作方便，是生产小型锻件最常用的自由锻设备。空气锤的规格是用落下部分的质量来表示，一般为50～1000kg。

一、空气锤

空气锤是由锤身（单柱式）、双缸（压缩缸和工作缸）、传动机构、操纵机构、落下部分和锤砧等几个部分组成，如图4-10a所示。空气锤是将电能转化为压缩空气的压力能来产生打击力的。空气锤的传动是由电动机经过一级带轮减速，通过曲轴连杆机构，使活塞在压缩缸内作往复运动产生压缩空气，进入工作缸使锤杆作上下运动以完成各项工作。空气锤的工作原理如图4-10b所示。

图4-10 空气锤

a)外形图 b)工作原理

1-工作缸 2-旋阀 3-压缩缸 4-手柄 5-锤身 6-减速机构 7-电动机 8-脚踏杆 9-砧座

10-砧垫

11-下砧块 12-上砧块 13-锤杆 14-工作活塞15-压缩活塞 16-连杆 17-上旋阀 18-下

旋阀

空气锤操作过程是：首先，接通电源，启动空气锤后通过手柄或脚踏杆，操纵上下旋阀，可使空气锤实现空转、锤头悬空、连续打击、压锤和单次打击五种动作，以适应各种加工需要。 1、空转（空行程）

当上、下阀操纵手柄在垂直位置，同时中阀操纵手柄在“空程”位置时；压缩缸上、下腔直接与大气连通，压力变成一致，由于没有压缩空气进入工作缸，因此锤头不进行工作。 2、锤头悬空

当上、下阀操纵手柄在垂直位置，将中阀操纵手柄由“空程”位置转至“工作”位置时，工作缸和压缩缸的上腔与大气相通。此时，压缩活塞上行，被压缩的空气进入大气；压缩活塞下行，被压缩的空气由空气室冲开止回阀进入工作缸的下腔，使锤头上升，置于悬空位置。

3、连续打击（轻打或重打）

中阀操纵手柄在“工作”位置时，驱动上、下阀操纵手柄（或脚踏杆）向逆时针方向旋转使压缩缸上、下腔与工作缸上、下腔互相连通。当压缩活塞向下或向上运动时，压缩缸下腔或上腔的压缩空气相应地进入工作缸的下腔或上腔，将锤头提升或落下。如此循环，锤头产生连续打击。打击能量的大小取决于上、下阀旋转角度的大小，旋转角度越大，打击能量越大。 4、压锤（压紧锻件）

当中阀操纵手柄在“工作”位置时，将上、下阀操纵手柄由垂直位置向顺时针方向旋转45°，此时工作缸的下腔及压缩缸的上腔和大气相连通。当压缩活塞下行时，压缩缸下腔的压缩空气由下阀进入空气室，并冲开止回阀经侧旁气道进入工作缸的上腔，使锤头压紧锻件。 5、单次打击

单次打击是通过变换操纵手柄的操作位置实现的。单次打击开始前，锤处于锤头悬空位置（即中阀操纵手柄处于“工作”位置），然后将上、下阀的操纵手柄由垂直位置迅速地向逆时针方向旋转到某一位置再迅速地转到原来的垂直位置（或相应地改变脚踏杆的位置）这时便得到单次打击。打击能量的大小随旋转角度而变化，转到45°时单次打击能量最大。如果将手柄或脚踏杆停留在倾斜位置（旋转角度≤45°），则锤头作连续打击。故单次打击实际上只是连续打击的一种特殊情况。 二、蒸汽-空气锤

蒸汽-空气锤也是靠锤的冲击力锻打工件，如图4-11所示。蒸汽-空气锤自身不带动力装置，另需蒸汽锅炉向其提供具有一定压力的蒸汽，或空气压缩机向其提供压缩空气。其锻造能力明显大于空气锤，一般为500～5000kg(0.5-5t)，常用于中型锻件的锻造。

图4-11 双柱拱式蒸汽-空气锤

1-上气道 2-进气道 3-节气阀 4-滑阀 5-排气管 6-下气道 7-下砧 8-砧垫 9-砧座 10-坯料 11-上砧 12-锤头 13-锤杆 14-活塞 15-工作缸 三、水压机

图4-12 水压机

1、2-管道 3-回程柱塞 4-回程缸5-回程横梁 6-拉杆 7-密封圈 8-上砧 9-下砧 10-下横梁 11-立柱 12-活动横粱13-上横梁 14-工作柱寒 15-工作缸

大型锻件需要在液压机上锻造，水压机是最常用的一种，如图4-12所示。水压机不依靠冲击力，而靠静压力使坯料变形，工作平稳，因此工作时震动小。不需要笨重的砧座；锻件变形速度低，变形均匀，易将锻件锻透，使整个截面呈细晶粒组织，从而改善和提高了锻件的力学性能，容易获得大的工作行程并能在行程的任何位置进行锻压，劳动条件较好。但由于

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