自由鍛造通常指手工自由鍛和機器自由鍛。手工自由鍛主要依靠人力利用簡單的工具對坯料進行鍛打,從而改變坯料的形狀和尺寸獲得所需鍛件,這種方法主要用于生產小型工具或用具。機器自由鍛(簡稱自由鍛),主要依靠專用的自由鍛設備和專用工具對坯料進行鍛打,改變坯料的形狀和尺寸,從而獲得所需鍛件。
機器自由鍛根據其所使用的設備類型不同,可分為鍛錘自由鍛和水壓機自由鍛兩種,前者用以鍛造中小型自由鍛件,后者主要用以鍛造大型自由鍛件。徑向鍛造機鍛造是近十幾年才發展起來的,它主要用于階梯軸和異形截面軸類鍛件的成形。
自由鍛工藝過程的實質是利用簡單的工具,逐步改變原坯料的形狀、尺寸和組織結構,以獲得所需鍛件的加工過程。自由鍛工藝所研究的內容是:鍛件的成形規律和提高鍛件質量的方法兩個方面。
自由鍛的優點是:所用工具簡單,通用性強、靈活性大,因此適合單件和小批鍛件,特別是特大型鍛件的生產,這對于新產品的試制、非標準的工裝夾具和模具的制造提供了經濟快捷的方法。為了減輕模鍛設備的負擔或充分利用現有模鍛設備,簡化模鍛結構,有些模鍛件的制坯工步也在自由鍛設備上完成。但自由鍛的缺點是:鍛件精度低,加工余量大、生產率低、勞動強度大等。
自由鍛件的成形特點是:坯料在平砧上面或工具之間經逐步的局部變形而完成。由于工具與坯料部分接觸,故所需設備功率比生產同尺寸鍛件的模鍛設備要小的得多,所以自由鍛適用于鍛造大型鍛件。
自由鍛所用原材料為初鍛坯、熱軋坯、冷壓坯、鑄錠坯等,對于碳鋼和低合金剛的中小型鍛件,原材料大多采用經過鍛軋的坯料,這類坯料內部質量較好,在鍛造時主要解決成形問題;要求利用金屬流動規律,選擇合適工具,安排好變形工序,以便有效而準確地獲得所需形狀和尺寸。而對大型鍛件和高合金鋼鍛件,多數是利用初鍛坯或鑄錠坯,因其內部組織疏松,存在偏析、縮孔、氣泡和夾雜等缺陷,在鍛造時主要解決質量問題。
自由鍛工藝過程制定內容包括依據零件圖設計自由鍛件圖;計算所需原坯料的規格及質量;確定變形工序及鍛打火次;設計工步圖;選擇或設計各成形工步用輔助工具;確定鍛造溫度范圍及加熱、冷卻規范;確定熱處理規范;選擇設備,安排生產人員;提出鍛件技術要求和檢驗要求;填寫工藝卡片。
在鍛造廠,提高生產率是永恒的追求目標,各鍛造廠家均致力于鍛壓機械的高速化研究,各鍛件廠家均致力于鍛壓機械的高速化研究,在數控回轉頭壓力機上,主要采用伺服控制的液壓主驅動系統來提高壓機的行程次數。
在追求高速化加工的同時,還必須盡可能縮短生產輔助時間,以取得良好的技術經濟效益。在數控壓機上配備伺服電機驅動的三坐標上下料裝置,可使沖壓中心實現高效板材加工。從而將幾種工藝或幾個工序復合在一臺機床上完成,是當前各類機床大幅壓縮生產輔助時間,提高生產率的重要技術途徑,在鍛壓機械上也得到了成功應用,效果十分顯著。如:德國、美國、日本已相繼開發出激光一步沖復合機,將模具沖切與激光切割有機地結合起來,工件一次上料即可完成沖孔、沖切、翻邊、淺拉伸、切割等多道工序,最大限度地節省了輔助時間,特別適合孔型多而復雜的面板類工件的加工及多品種小批量板料加工。
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