[學(xué)習(xí)]鍛造工藝學(xué)第二章：鍛錘

1、1,第二章 鍛錘,2,2.1 鍛錘概述,利用工作部分(落下部分或是活動(dòng)部分)在工作行程中所積蓄的動(dòng)能對(duì)鍛件進(jìn)行打擊，使鍛件獲得塑性變形的鍛壓設(shè)備。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、適應(yīng)性強(qiáng)、投資少，但伴有很大的振動(dòng)和噪音 鍛制帶有薄筋板、形狀復(fù)雜的而且有重量公差要求的鍛件。特別適合多品種、小批量生產(chǎn),3,一、鍛錘的分類,按驅(qū)動(dòng)動(dòng)力：?jiǎn)巫饔缅N，雙作用錘按工藝用途：自由鍛錘，模鍛錘按打擊特性：有砧座錘和對(duì)擊錘 按驅(qū)動(dòng)原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝用途：

2、 機(jī)械錘、空氣錘、蒸汽－空氣錘、蒸汽－空氣對(duì)擊錘、液壓錘、高速錘、螺旋壓力機(jī),4,機(jī)械錘,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，靠機(jī)械傳動(dòng)提升錘頭的鍛錘，統(tǒng)稱為機(jī)械錘 。主要依靠重力位能實(shí)現(xiàn)鍛件變形的單作用落錘。 分為夾板錘（或夾桿錘）、彈簧錘和鋼絲繩錘（或鏈條錘）,5,空氣錘,主要應(yīng)用于自由鍛件的鍛造和胎膜鍛,1一踏桿；2一砧座；3一砧墊；4一下砧；5一上砧；6一錘桿；7一工作缸；8一下旋閥；9一上旋閥；10一壓縮缸； 11一手柄；12一錘身；13

3、一減速器；14一電動(dòng)機(jī)；15一工作活塞；16一壓縮活塞；17一連桿；18一曲柄,6,蒸汽－空氣錘,蒸汽或壓縮空氣通過滑閥配汽機(jī)構(gòu)在工作汽缸內(nèi)進(jìn)行各種熱力過程，將熱力能轉(zhuǎn)換成鍛錘落下部分的動(dòng)能，從而完成鍛件變形。 根據(jù)工藝用途分為：蒸汽－空氣錘自由鍛錘和蒸汽－空氣錘模鍛錘。,7,,1－氣缸；2－活塞；3－錘桿；4－錘頭；5－上砧塊；6－鍛坯；7－下砧塊；8－砧枕；9－砧座,蒸汽－空氣錘工作原理圖,8,蒸汽－空氣對(duì)擊錘工作原理

4、圖,蒸汽－空氣對(duì)擊錘,9,液壓錘,以液壓油為工作介質(zhì)，利用液壓傳動(dòng)來帶動(dòng)錘頭作上下運(yùn)動(dòng)，完成鍛壓工藝。氣液驅(qū)動(dòng)原理：借助于下腔壓力的改變，對(duì)定量的封閉氣體進(jìn)行反復(fù)的壓縮和膨脹作功，使錘頭得到提升和快速下降進(jìn)行鍛擊。純液壓式模鍛錘的特點(diǎn)是：液壓缸下腔通常壓；上腔進(jìn)油，錘頭快速下降并進(jìn)行鍛擊，上腔排油，錘頭提升。,10,高速錘,工作原理：氣缸中一次性充入高壓氮?dú)?，回程時(shí)靠來自于液壓系統(tǒng)的高壓液體驅(qū)動(dòng)錘頭回程，使氣缸中的氣體得到進(jìn)一步壓縮

5、；打擊時(shí)，液體快速排出，氣體膨脹，驅(qū)動(dòng)錘頭快速下落，與此同時(shí)，氣缸中氣體反作用力驅(qū)動(dòng)錘身向上運(yùn)動(dòng)，與錘頭實(shí)現(xiàn)對(duì)擊。特點(diǎn)：打擊速度高，能力大,11,二、 鍛錘的主要特點(diǎn),打擊速度高，成形工藝性好行程次數(shù)高，空氣錘打擊次數(shù)在100～250次/min之間，蒸汽－空氣錘全行程打擊次數(shù)也在70次/min，打擊效率高操作方便，靈活性強(qiáng)，無需配備預(yù)鍛設(shè)備，萬能性強(qiáng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，安裝方便，維護(hù)費(fèi)用低；設(shè)備投資少 缺點(diǎn)是有砧座錘振動(dòng)、噪

6、聲大，能量利用率低,12,三、鍛錘發(fā)展概況,對(duì)現(xiàn)有的蒸汽－空氣錘進(jìn)行革新和技術(shù)改造，提高能量利用率 。在有砧座的鍛錘的下砧座與基礎(chǔ)之間安裝隔振裝置，以消除振動(dòng)，改善鍛壓車間及周圍工作環(huán)境和生活環(huán)境。 20世紀(jì)30年代德國(guó)推出了蒸汽－空氣對(duì)擊錘 。液壓模鍛錘的迅速發(fā)展和應(yīng)用 。,13,2.2 鍛錘的打擊特性,鍛錘的打擊特性鍛錘的打擊過程和打擊效率 鍛錘的打擊力,14,一、鍛錘的打擊特性,有砧座錘，打擊能量：,,,,,對(duì)擊錘，打擊

7、能量：,單作用錘：,,雙作用錘,,,,15,二、鍛錘的打擊過程和打擊效率,鍛錘的打擊過程 ：1、加載階段 錘頭與砧座（或上下錘頭）接近，鍛件產(chǎn)生塑性變形，鍛件、模具、錘頭或機(jī)架伴有彈性變形。 2、卸載階段 鍛件獲得最大變形，模具、錘頭或機(jī)架彈性變形的恢復(fù)。錘頭產(chǎn)生反向運(yùn)動(dòng)速度。,16,1）有砧座鍛錘的打擊效率,結(jié)論： 砧座鍛錘的打擊效率與恢復(fù)系數(shù)K、砧座質(zhì)量m2、錘頭質(zhì)量m1有關(guān)?；謴?fù)系數(shù)K與鍛件溫度有關(guān)。 恢

8、復(fù)系數(shù)K為定值時(shí)，打擊效率和砧座與錘頭的質(zhì)量比m2/m1有關(guān)。,鍛錘的打擊效率,17,砧座與錘頭質(zhì)量比對(duì)打擊效率和打擊剛性的影響,從鍛件質(zhì)量而言，要求打擊剛性越大越好，即砧座受力退讓量越小越好。,18,2）對(duì)擊式鍛錘打擊效率,,,,思考：對(duì)擊式鍛錘與有砧座鍛錘哪種打擊效率高？,對(duì)擊式,19,三、鍛錘的打擊力,打擊力以及由此引起的運(yùn)動(dòng)部件的慣性力是鍛錘受力分析和主要零部件強(qiáng)度校核的依據(jù)。 同一能量鍛錘的打擊力，與鍛件

9、大小、形狀和變形溫度有關(guān)，即使是每一次打擊過程中打擊力也是變化的。 每次打擊力是不同的; 同一次中,打擊力也是變化的。,20,2.3 蒸汽－空氣錘結(jié)構(gòu)和工作原理,蒸汽或壓縮空氣通過滑閥配汽機(jī)構(gòu)在工作氣缸內(nèi)進(jìn)行各種熱力過程，將熱力能轉(zhuǎn)換成鍛錘落下部分的動(dòng)能，從而完成鍛件變形。 根據(jù)用途和打擊原理-分為：蒸汽-空氣自由鍛錘、蒸汽-空氣模鍛錘和蒸汽-空氣對(duì)擊錘。蒸汽驅(qū)動(dòng)時(shí)：蒸汽壓力為0.7～0.9Mpa；壓縮空氣驅(qū)動(dòng)時(shí)，

10、壓力為0.6～0.8Mpa，由單獨(dú)設(shè)置的蒸汽鍋爐或空氣壓縮站提供。,21,3T蒸汽錘,22,100噸級(jí)大蒸汽錘,23,一、蒸汽—空氣自由鍛錘,所加工的鍛件尺寸和質(zhì)量較大，最大可加工1500kg的光軸類鍛件。主要操作方式為手柄操作。砧座系統(tǒng)獨(dú)立于本體，通過枕木安裝在基礎(chǔ)上，長(zhǎng)期鍛打后會(huì)出現(xiàn)下沉現(xiàn)象1t 以上的自由鍛錘的操作配汽機(jī)構(gòu)一般設(shè)置單打的工作方式。,主要結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)特點(diǎn)：,主要用于自由鍛造工藝，也可用于胎膜鍛。,規(guī)格：落下部分

11、質(zhì)量,24,1、蒸汽－空氣自由鍛錘的主要結(jié)構(gòu),單柱式,工人可以從錘身正面、左面和右面等三面進(jìn)行操作，操作和測(cè)量都很方便 錘身剛性較差，不適宜于大噸位 ，落下部分質(zhì)量一般在1t 以下,25,26,27,雙柱拱式,兩個(gè)立柱組成拱門形狀，上端通過螺柱、氣缸墊板與氣缸連在一起，下端固定在基礎(chǔ)底板上形成框架 錘身剛性好，工人可從前后兩個(gè)方向進(jìn)行鍛造操作，落下部分質(zhì)量在1～5t 之間，是應(yīng)用最為廣泛的一種鍛錘,28,29,30,雙

12、柱橋式,兩個(gè)立柱和橫梁連接成橋形框架，錘身下面操作空間較大，適合于鍛造輪廓尺寸較大的大型鍛件 錘身結(jié)構(gòu)尺寸大，剛性較差，落下部分質(zhì)量在3～5t之間,31,由落下部分、氣缸部分、錘身（機(jī)架）部分、砧座基礎(chǔ)部分和滑閥配氣機(jī)構(gòu)等組成。落下部分包括錘頭、錘桿、活塞和上砧塊。氣缸由緩沖缸、氣體缸、閥體和蒸汽通道等組成。機(jī)架部分要求有一定剛度和強(qiáng)度砧座部分包括下砧塊、砧墊和砧座,蒸汽－空氣自由鍛錘的主要構(gòu)成,32,2、工作原理和工作

13、循環(huán),1—進(jìn)氣管 2—節(jié)氣閥 3—滑閥 4—上氣道 5—下氣道 6—?dú)飧?7—活塞 8—錘桿 9—錘頭 10—上砧 11—坯料 12—下砧 13—砧墊 14—砧座 15—排氣管圖 蒸汽—空氣錘的工作原理,1—節(jié)氣閥操縱桿 2—滑閥操縱桿 3—節(jié)氣閥 4—滑閥 5—月牙板活動(dòng)支點(diǎn) 6—月牙板橫臂7—月牙板 8—錘頭圖 操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖,33,工作循環(huán),打擊：壓下手柄，滑閥拉桿上升，錘頭下降壓緊：手

14、柄在最低位置，錘頭最低，滑閥最高，氣缸上腔進(jìn)氣，下腔排氣提錘：手柄抬至最高，滑閥下降，下腔進(jìn)氣，上腔排氣，活塞帶動(dòng)錘頭上升懸錘：通過滑閥的通氣槽使進(jìn)氣與氣缸下腔相通，上腔與排氣相通，所以錘頭在最高位置可保持懸空狀態(tài),34,二、蒸汽－空氣模鍛錘,1、模鍛錘特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)1）模鍛錘的立柱直接安裝在砧座上。2）立柱與砧座之間采用凸臺(tái)與楔鐵定位。3）模鍛錘砧座質(zhì)量比自由鍛錘大，為鍛錘落下部分質(zhì)量的20倍到30倍。4）模鍛錘

15、采用較長(zhǎng)而堅(jiān)固的導(dǎo)軌，且導(dǎo)軌與錘頭之間的間隙可通過調(diào)節(jié)楔來調(diào)節(jié)。導(dǎo)軌與錘頭之間的間隙比自由鍛錘小。,蒸汽－空氣模鍛錘：——用于模鍛生產(chǎn)規(guī)格：1、2、3、5、10、16,35,（2）操作上的特點(diǎn)1）模鍛錘的司錘與工藝操作應(yīng)由一個(gè)人同時(shí)進(jìn)行。除10t以上的模鍛錘外均采用腳踏板操縱。2）腳踏板同時(shí)帶動(dòng)滑閥和節(jié)氣閥，即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣量的調(diào)節(jié)。3）在工作循環(huán)中以擺動(dòng)循環(huán)代替懸錘。當(dāng)錘頭擺動(dòng)到不同高度時(shí)踩下腳踏板，可獲得不同的打擊

16、能量，并可保證打擊的快速性。,36,三、蒸汽－空氣對(duì)擊錘,用活動(dòng)的下錘頭代替固定的砧座。工作時(shí)，氣缸中的蒸汽（或壓縮空氣）驅(qū)動(dòng)上錘頭向下打擊的同時(shí)，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)（或下氣缸單獨(dú)驅(qū)動(dòng)）驅(qū)動(dòng)下錘頭向上做加速運(yùn)動(dòng)，以大致相等的速度和行程與上錘頭實(shí)現(xiàn)對(duì)擊。,37,對(duì)擊錘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用特點(diǎn),下錘頭的動(dòng)量略大于上錘頭的動(dòng)量活動(dòng)的下錘頭代替了砧座，一般是相同噸位有砧座錘質(zhì)量的1/2~1/3減輕了對(duì)地基的沖擊和振動(dòng)，并減少了基礎(chǔ)的造價(jià)，同時(shí)對(duì)擊錘的下錘頭

17、不會(huì)出現(xiàn)打擊時(shí)產(chǎn)生退讓的現(xiàn)象，打擊效率比有砧座錘高5~10%蒸汽一空氣對(duì)擊錘更適于發(fā)展大噸位,38,蒸汽－空氣對(duì)擊錘的分類,按上、下錘頭聯(lián)動(dòng)的方式，蒸汽一空氣對(duì)擊錘可分為鋼帶聯(lián)動(dòng)式、液壓聯(lián)動(dòng)式和杠桿聯(lián)動(dòng)式等形式；噸位比較大的也有的采用上、下氣缸分別驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。應(yīng)用比較廣泛的是鋼帶聯(lián)動(dòng)和液壓聯(lián)動(dòng)。,39,2.4空氣錘的結(jié)構(gòu)和工作原理,使用空氣作為工作介質(zhì) ，電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)空氣錘本身的壓縮活塞做上、下運(yùn)動(dòng)，在壓縮缸內(nèi)制造壓縮空氣。沒有輔

18、助設(shè)備，安裝費(fèi)用低，使用維護(hù)方便，操作靈活可靠，特別適用于中、小型鍛造車間 每一個(gè)工作循環(huán)中都要由外界補(bǔ)氣和向外排氣，噪聲較大；空氣在氣缸內(nèi)反復(fù)壓縮，缸壁和機(jī)身發(fā)熱，因此使工作環(huán)境惡化，且噸位越大越嚴(yán)重,40,一、空氣錘基本參數(shù),41,二、空氣錘的工作原理,電動(dòng)機(jī)－減速機(jī)構(gòu) －曲柄軸－連桿 －壓縮活塞 －壓縮空氣 －工作缸－工作活塞－錘頭運(yùn)動(dòng),42,三、空氣錘的構(gòu)成,工作部分：包括落下部分（工作活塞、錘桿、上砧塊）和砧座部分（下砧塊

19、、砧墊、砧座）。動(dòng)力傳動(dòng)部分：由電動(dòng)機(jī)、皮帶輪、減速機(jī)構(gòu)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)和壓縮活塞等組成 配氣操縱部分：由空氣分配閥（上、下旋閥和中間旋閥）、操縱手柄和杠桿系統(tǒng)組成?？刂茐嚎s氣體的流向，使錘頭產(chǎn)生不同的工作循環(huán)。 機(jī)身部分：由立柱（工作缸、壓縮缸與機(jī)身立柱鑄成一體）和底座組成，立柱和底座用套環(huán)熱裝連成一體,43,四、空氣錘的配氣操縱過程,有空行程、懸錘、壓緊和打擊等4 種工作循環(huán)，其中打擊又包括單次打擊和連續(xù)打擊，單次打擊又分輕打和

20、重打 。這些工作循環(huán)是通過氣閥和操縱系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的,44,不同工作循環(huán)的配氣關(guān)系,45,液壓錘,以液壓油為工作介質(zhì)，利用液壓傳動(dòng)來帶動(dòng)錘頭作上下運(yùn)動(dòng)，完成鍛壓工藝 氣液驅(qū)動(dòng)原理：借助于下腔壓力的改變，對(duì)定量的封閉氣體進(jìn)行反復(fù)的壓縮和膨脹作功，使錘頭得到提升和快速下降進(jìn)行鍛擊。純液壓式模鍛錘的特點(diǎn)是：液壓缸下腔通常壓；上腔進(jìn)油，錘頭快速下降并進(jìn)行鍛擊，上腔排油，錘頭提升。,46,液壓錘工作原理圖 a－純液壓式；b－氣液式,

21、47,,48,液壓錘的特點(diǎn),（1）與蒸汽-空氣錘的操作方法一樣，操作方便、動(dòng)作靈活，性能可靠；（2）能滿足各種鍛造工藝要求，進(jìn)行鐓粗、拔長(zhǎng)、滾擠、預(yù)鍛和終鍛；（3）能實(shí)現(xiàn)輕、重、緩、急等鍛造成形操作；（4）手動(dòng)打擊和自動(dòng)打擊相互轉(zhuǎn)換；（5）通過調(diào)整液壓錘的氣、液壓力，可以實(shí)現(xiàn)打擊能量的適量調(diào)整；（6）錘頭在全行程打擊時(shí)，不出現(xiàn)爬行或動(dòng)作緩慢、壓錘等現(xiàn)象；（7）節(jié)能效果達(dá)到85%；（8）能滿足連續(xù)生產(chǎn)需要；（9）具有很大的

22、打擊能量。,49,螺旋壓力機(jī),指將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的能量通過螺旋工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為成形能的鍛壓設(shè)備。 根據(jù)傳動(dòng)方式，分為：摩擦壓螺旋力機(jī)、電動(dòng)螺旋壓力機(jī)、氣液動(dòng)螺旋壓力機(jī)、離合器式高能螺旋壓力機(jī)。與模鍛錘相比，設(shè)備造價(jià)低，對(duì)廠房及基礎(chǔ)要求低，工作時(shí)震動(dòng)和噪聲較小，能耗和模具費(fèi)用較低，勞動(dòng)條件較好。螺旋壓力機(jī)有頂出鍛件裝置，可進(jìn)行一些模鍛錘上難以完成的頂鍛長(zhǎng)桿件、擠壓筒形件、閉式模鍛及精鍛等工序。普通螺旋壓力機(jī)的行程次數(shù)較低，承受偏擊載荷的能力

23、較差，一般只進(jìn)行單膛模鍛。復(fù)雜鍛件的制坯工序需配備其他設(shè)備來完成，生產(chǎn)率也不如模鍛錘高。,50,螺旋壓力機(jī)的工作原理及工作特性,慣性螺旋壓力機(jī)工作原理是：當(dāng)工作開始時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將螺旋工作機(jī)構(gòu)加速到一定速度，積累大量動(dòng)能，然后工作開始，將這部分動(dòng)能作用到鍛件上，轉(zhuǎn)變?yōu)殄懠淖冃文堋?51,螺旋壓力機(jī)的工作特性,依靠預(yù)先積蓄于飛輪的能量進(jìn)行工作，具有鍛錘的工作特性 工作過程中不會(huì)造成很大的沖擊和振動(dòng) 螺旋壓力機(jī)沒有固定的下死點(diǎn)，鍛件精度

24、高；模具安裝、更換、調(diào)整方便，有利于小批量生產(chǎn) 螺旋壓力機(jī)的打擊力不固定,52,螺旋壓力機(jī)的特點(diǎn),應(yīng)用范圍廣工藝適應(yīng)性強(qiáng)鍛件精度高材料的利用率高，降低成本設(shè)備的有效打擊能量大勞動(dòng)條件好生產(chǎn)效率低,53,摩擦壓力機(jī),摩擦壓力機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)最早出現(xiàn)的螺旋壓力機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉 缺點(diǎn)是飛輪在換向時(shí)飛輪和摩擦盤產(chǎn)生嚴(yán)重打滑，降低傳動(dòng)效率，加劇摩擦帶的磨損,54,摩擦壓力機(jī)的組成,傳動(dòng)部分，包括電動(dòng)機(jī)、皮帶輪、傳動(dòng)軸、左右摩擦盤

25、及軸承等部件工作部分 包括飛輪、螺桿和滑塊等零件機(jī)架部分附屬裝置 包括滑塊制動(dòng)裝置、緩沖裝置、頂料裝置、安全裝置、超負(fù)荷保險(xiǎn)裝置操作系統(tǒng),55,作業(yè),蒸汽－空氣自由鍛錘結(jié)構(gòu)與原理？蒸汽－空氣模鍛錘與自由鍛錘不同之處？對(duì)擊錘的結(jié)構(gòu)和原理？,56,作 業(yè),空氣錘結(jié)構(gòu)?空氣錘工作原理？空氣錘工作循環(huán)？,57,自由鍛：將加熱好的金屬坯料，放在鍛造設(shè)備的上、下砧鐵之間，施加沖擊力或壓力，使之產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需鍛件的一種加

26、工方法。坯料在鍛造過程中，除與上、下砧鐵或其它輔助工具接觸的部分表面外，都是自由表面，變形不受限制，故稱自由鍛。自由鍛的優(yōu)點(diǎn)：所用工具簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、靈活性大，適合單件和小批鍛件，特別是特大型鍛件的生產(chǎn)自由鍛的缺點(diǎn)：鍛件精度低、加工余量大、生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等。,返回1,58,模鍛是將加熱后的坯料放在鍛模模鏜內(nèi)，在鍛壓力的作用下使坯料變形而獲得鍛件的一種加工方法。坯料變形時(shí)，金屬的流動(dòng)受到模膛的限制和引導(dǎo)，從而獲得與模膛形狀一致的