機械鍛造的定義與原理

機械鍛造是利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。其原理是通過外力使金屬坯料內部的晶粒結構發(fā)生變化，消除金屬的鑄態(tài)疏松，焊合孔洞，從而使鍛件的機械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。

 機械鍛造的分類

按成形方法分類：

 自由鍛：利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個抵鐵（砧塊）間產生變形以獲得所需鍛件，主要有手工鍛造和機械鍛造兩種，包括鐓粗、拔長、沖孔、切割、彎曲、扭轉等基本工序。

模鍛：金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內受壓變形而獲得鍛件，可分為熱模鍛、溫模鍛和冷模鍛等，具有生產效率高、鍛件精度高、加工余量小等優(yōu)點。

碾環(huán)：通過旋轉的軋輥對環(huán)形坯料進行軋制，使坯料逐漸變形成為所需的環(huán)形鍛件，適用于生產各種尺寸的環(huán)形零件，如軸承套圈、齒輪坯等。

特殊鍛造：包括徑向鍛造、擠壓鍛造、液態(tài)模鍛等，適用于特定形狀和性能要求的鍛件生產。

按變形溫度分類：

熱鍛：加工溫度高于坯料金屬的再結晶溫度，通常在800℃以上?？蓽p少金屬的變形抗力，使鍛壓設備噸位大為減少，能改變鋼錠的鑄態(tài)結構，提高鋼的塑性和機械性能。

溫鍛：在低于材料的再結晶溫度但又有足夠高的溫度以大幅度降低材料屈服強度的情況下實施的鍛造，一般在300℃-800℃之間?？色@得冷鍛的某些優(yōu)點而沒有與熱鍛有關的某些問題。

冷鍛：在常溫下進行鍛造，被定義為環(huán)境溫度下沒有超過屈服強度極限的鍛造。與其它形式的鍛造相比，該工藝具有某些重要的優(yōu)點，如提高了強度、更緊的公差、較小的拔模斜度而且?guī)缀鯖]有收縮。

等溫鍛造：材料和模具被加熱至大致相同的溫度，主要用于高溫合金等難變形材料的鍛造，可加工成具有比由傳統(tǒng)鍛造工藝生產的鍛件更緊的公差。

 機械鍛造的設備

空氣錘：利用壓縮空氣作為動力，驅動錘頭上下運動，對金屬坯料進行鍛造。結構簡單，操作方便，適用于小型鍛件的生產，如小型工具、零部件等。

蒸汽錘：以蒸汽為動力，通過蒸汽推動活塞運動，帶動錘頭上下運動進行鍛造。在工業(yè)革命時期得到廣泛應用，可用于鍛造較大尺寸的鍛件，但需要配備蒸汽鍋爐等附屬設備。

摩擦壓力機：通過摩擦盤的旋轉帶動滑塊上下運動，將旋轉運動轉化為直線運動，對金屬坯料施加壓力進行鍛造。具有結構簡單、能量利用率高、滑塊行程可調節(jié)等優(yōu)點，適用于中小型鍛件的生產。

液壓機：利用液體壓力來傳遞能量，驅動滑塊或活動橫梁對金屬坯料進行鍛造。具有壓力大、行程大、工作平穩(wěn)、精度高、可進行等溫鍛造等優(yōu)點，適用于大型、精密鍛件的生產。

熱模鍛壓力機：專門用于熱模鍛工藝的壓力機，采用曲柄連桿機構或楔塊機構，將電動機的旋轉運動轉化為滑塊的直線往復運動，對金屬坯料進行鍛造。具有生產效率高、鍛件精度高、模具壽命長等優(yōu)點，廣泛應用于汽車、航空航天等領域的鍛件生產。

機械鍛造的工藝過程

坯料準備：根據鍛件的要求，選擇合適的金屬材料，并將其切割成合適的尺寸和形狀，同時對坯料進行清理、檢查等處理，去除表面的雜質、缺陷等。

加熱：將坯料加熱到合適的鍛造溫度，以提高金屬的塑性，降低變形抗力，便于鍛造加工。不同的材料和鍛造工藝，其加熱溫度和加熱速度也有所不同。

鍛造：將加熱后的坯料放入鍛造設備中，按照預定的工藝方法和參數進行鍛造，使坯料產生塑性變形，獲得所需的形狀和尺寸。在鍛造過程中，需要控制鍛造比、變形速度、變形程度等參數，以保證鍛件的質量。

冷卻：鍛造后的鍛件需要進行冷卻，以使其組織和性能穩(wěn)定。不同的材料和鍛件要求，其冷卻方式也有所不同，如空冷、坑冷、爐冷等。

后處理：包括清理鍛件表面的氧化皮、毛刺等，進行熱處理、表面處理等，以提高鍛件的表面質量、力學性能和耐腐蝕性等。常見的熱處理工藝有淬火、回火、正火等，表面處理工藝有電鍍、噴涂等。

機械鍛造的應用領域

汽車工業(yè)：用于制造發(fā)動機的曲軸、連桿、氣門，變速器的齒輪、同步器，以及底盤的半軸、傳動軸、轉向節(jié)等。這些鍛件要求具有高強度、高韌性和良好的耐磨性，以保證汽車的性能和安全。

航空航天工業(yè)：如飛機發(fā)動機的機匣、葉片，以及火箭發(fā)動機的連接環(huán)、噴管部件等。對鍛件的精度、強度、耐高溫性和可靠性要求極高，通常采用高性能的鈦合金、鎳基合金等材料制造。

船舶工業(yè)：大型船舶的推進軸系中的中間軸、尾軸，以及錨鏈連接環(huán)等部件多為鍛件，需要承受巨大的扭轉力、軸向力以及海水腐蝕，一般采用耐海水腐蝕的合金鋼材料制造。

能源電力工業(yè)：用于制造發(fā)電機的轉子、定子、葉輪等部件，以及核電站的反應堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器等關鍵設備的零部件。這些鍛件要求具有高強度、高韌性、良好的抗疲勞性能和耐腐蝕性等。

工程機械工業(yè)：如挖掘機的斗桿、動臂，裝載機的鏟斗、車架，起重機的吊臂、回轉支承等部件，需要承受較大的載荷和沖擊，采用鍛件可以提高其強度和可靠性，延長使用壽命。