機(jī)械鍛造的定義與原理

機(jī)械鍛造是利用鍛壓機(jī)械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機(jī)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(nèi)部的晶粒結(jié)構(gòu)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(jī)械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。

 機(jī)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(chǎn)生變形以獲得所需鍛件，主要有手工鍛造和機(jī)械鍛造兩種，包括鐓粗、拔長、沖孔、切割、彎曲、扭轉(zhuǎn)等基本工序。

模鍛：金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內(nèi)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(chǎn)效率高、鍛件精度高、加工余量小等優(yōu)點。

碾環(huán)：通過旋轉(zhuǎn)的軋輥對環(huán)形坯料進(jìn)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(chǎn)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(chǎn)。

按變形溫度分類：

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

溫鍛：在低于材料的再結(jié)晶溫度但又有足夠高的溫度以大幅度降低材料屈服強(qiáng)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(guān)的某些問題。

冷鍛：在常溫下進(jìn)行鍛造，被定義為環(huán)境溫度下沒有超過屈服強(qiáng)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(qiáng)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(chǎn)的鍛件更緊的公差。

 機(jī)械鍛造的設(shè)備

空氣錘：利用壓縮空氣作為動力，驅(qū)動錘頭上下運動，對金屬坯料進(jìn)行鍛造。結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適用于小型鍛件的生產(chǎn)，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(jìn)行鍛造。在工業(yè)革命時期得到廣泛應(yīng)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(shè)備。

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

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

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

機(jī)械鍛造的工藝過程

坯料準(zhǔn)備：根據(jù)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(jìn)行清理、檢查等處理，去除表面的雜質(zhì)、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(shè)備中，按照預(yù)定的工藝方法和參數(shù)進(jìn)行鍛造，使坯料產(chǎn)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(shù)，以保證鍛件的質(zhì)量。

冷卻：鍛造后的鍛件需要進(jìn)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(jìn)行熱處理、表面處理等，以提高鍛件的表面質(zhì)量、力學(xué)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(jī)械鍛造的應(yīng)用領(lǐng)域

汽車工業(yè)：用于制造發(fā)動機(jī)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(zhuǎn)向節(jié)等。這些鍛件要求具有高強(qiáng)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(jī)發(fā)動機(jī)的機(jī)匣、葉片，以及火箭發(fā)動機(jī)的連接環(huán)、噴管部件等。對鍛件的精度、強(qiáng)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(jìn)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(zhuǎn)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(jī)的轉(zhuǎn)子、定子、葉輪等部件，以及核電站的反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器等關(guān)鍵設(shè)備的零部件。這些鍛件要求具有高強(qiáng)度、高韌性、良好的抗疲勞性能和耐腐蝕性等。

工程機(jī)械工業(yè)：如挖掘機(jī)的斗桿、動臂，裝載機(jī)的鏟斗、車架，起重機(jī)的吊臂、回轉(zhuǎn)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(qiáng)度和可靠性，延長使用壽命。