锻造小常识

WHAT IS FORGING

锻造机的种类

为配合生产力及质量的提高,现今大都采用机械锻造,而锻造所使用的机器设备可概分为落锤锻造机及压力锻造机。

01

落锤锻造机 (Drop hammer forging machine)

系利用锻锤(Ram)及上模自某一高度落下产生冲击力作用于胚料,使材料产生塑性变形以成型的机器。

02

压力锻造机 (Press forging machine)

系以一定的压力,使胚料在锻模模穴内成型的机器。应用此种机器来锻造,因胚料受力时间较长,锻造能量不仅施于胚料表面,且亦传达到心部,所以表里受力一致,锻造质量较佳。

优点 /

  • 锻造力量之大小可以自由调整。

  • 无上下死点,不会发生过大负荷。

  • 每单位时间锻击次数多,可逐步增加锻胚之变形。

  • 机器构造简单,设置成本,生产费及保养费较低。

缺点 /

  • 锻击之震动力极大。

  • 因震动而会导致模具松动及锻件失正。

  • 锻件质量易受机器操作人员之技能所受影响。

  • 生产力较差。

优点 /

  • 比落锤式锻造机有更高的生产率。

  • 冲击力比同能量的落锤锻造机更小。

  • 比落锤锻造机需求更少的操作技巧。

缺点 /

  • 如与生产相同的锻件的落锤锻造机相比较,则最初的投资价值高,约为期三倍。

  • 因压力锻造机是以等压力在连续的冲程施压,因此在初步形状锻造时较不易配合。

  • 压力锻造机比落锤锻造机较少能配合不对称锻件的锻造。

锻件设计的基本概念

(Forging design)对整个成型影响甚大,因此设计人员必须考虑周详慎重为之。锻件设计时,通常应考虑的设计要项有锻件形状,分模线,拔模斜度,内外圆角,肋及腹板,锻件公差及加工裕留量等。

锻造的意义

锻造(Forging)是一种使用压力使金属成型的加工方法,他是借着冲击或挤压的方式,使金属材料产生塑性变型,在大部分的制程中,为使材料软化易于加工,常需将胚料加热再行锻打。

锻造的应用

锻造是一种相当重要的加工技术,锻品有物理性能高,韧性好,强度高的特性,可锻用在车辆上,矿业上,汽车工业上,机械工业上,化学工业上,土木建筑工业等等的重要配件。

锻造的优点

优 点 /

  • 相同零件的加工,施以锻造较其他一般机械加工,其晶粒组织更细密,且减少内部之气孔等缺陷。

  • 可获致连续的晶粒流动而成机械性的纤维化状态,材料因而能得到最大分向性的强度,耐冲击及抗疲劳等优良机械性质。

  • 形状复杂零件,较机械加工更具经济性,且适合大量生产,降低工件成本。

  • 借着金属成型流动的方式,锻造加工比其他切削加工,更可节省材料,减少材料耗损。

缺 点 /

  • 高温锻造容易氧化,工件表面迅速产生一层锈皮,当锻造工件与金属接触时,锈皮会不断脱落。

  • 由于有氧化物的产生,因此工件精确度无法相当高。

  • 锻造用模具造价高,故不适于做少量生产。

  • 锻造制程变量很多,因此掌握不易,影响制程及结果之况制与成效。

锻件的形状设计原则

  1. 使锻件能有最少之完工加工面。

  2. 需能适合于锻造技术。

  3. 尽可能使其有简单及对称的形状。

  4. 避免有陡急的断面变化,过度的材料堆积,强烈的方向的转变及棱锐之边缘。

  5. 连接部分应有充分的圆弧角。

  6. 避免有过分凹入或凸起的角,线或窄肋。

  7. 尺寸精度高的部分尽可能集中在上模或下模上。

  8. 尽可能使锻件废边切除容易。

01

分模线的设计

分模线(Parting line)或称分脱机,分割线,它是上下锻模的分开线,通常设计锻件的第一步骤就是决定分模线的位置与形状。

  1. 分模线的位置应尽量避免在有深陷(Deep cavity)部位,因如在深陷部位有可能使锻模破裂,或产生欠肉现象,使该部位成形困难。

  2. 分模线的位置应使避免发生侧向推力,因侧向推力会使锻造时发生错模(Mismatch),而降低锻模的使用寿命,也影响锻件的精度。

  3. 分模线应尽可能在同一平面,使锻造作业及模具制造容易。

  4. 分模线的位置应依金属流动情形并配合经济原则作双重考虑,因有时太重视锻流线分布,则往往引起成形困难,并增加成本。

  5. 金属锻流线以平行于锻件外形表面较好,并增加成本。

  6. 分模线的位置应尽量利用自然拔模斜度角。

  7. 分模线应尽可能使上下模对称。

  8. 分模线的形状应能有助于剪缘去毛边。

02

拔模斜度的设计

锻件分模线决定之后,为使锻件易于从锻模取出,还须于锻件周围沿锻造方向倾斜一角度,此角度即为拔模斜度(Draft angle)。

  1. 斜模斜度大小的设定并无依订的规则可循,通常需按锻造材料,锻件形状,锻造成形设备,锻造方法等之不同而异,最普通的拔模斜度是五度。

  2. 从材料的节省及缩短切削加工时间来看,拔模斜度是越小越好,但过小将造成脱模困难,故选定时应特别注意。

03

内外圆角之设计

由于在锻件中如有锐利的型穴内外隅角,会使材料流动困难,产生流动穴模不足的现象(Flow through)现象,以致形成冷夹层(Cold shut)之缺陷,太小的外圆角(Corner)将使锻模产生应力集中,同时因热疲劳而变形,缩短锻模寿命,有适当的内圆角及外圆角。

锻件公差

锻件之公差通常依锻件性质,形状等而定,越狭窄的公差则表示锻件水平越高,但相对的其制造的工程数也随之增加,因此,非必要最好不要将公差订的太严。很多国家对于锻件公差皆订有标准,一般依成型设备而有落锤与机械式压力锻造机热锻件公差,而锻件之品及一般有两级,即普通即与精密级。

订定公差的先决事项

  1. 锻件重量:锻件设计图的真实重量。

  2. 分模线的类型:分模线有平直,对称弯曲及不对称弯曲三种。

  3. 材料异锻性:材料易锻性以含碳量之多寡或各种合金成分数量种和为标准。

  4. 锻件容积比:薄锻件或多叉之锻件,因各种以收缩现象,形力及较大的工具耗损,故较简单而拥挤在一起的锻件之尺寸更不稳定。

锻件的加工裕度

由于锻件于锻造后,经常需要在进行机械加工,故锻件设计时须预留加工所需的裕度,于决定加工裕度之前需先对锻件特定尺寸及形状特性有所认识与研析。

影响机械加工裕量的因素有:完成锻造件之形状,锻件材料,胚料表面情况,用之加工方法,加工机器,加工工具及锻件数量等下列益处:

  1. 降低材料浪费。

  2. 提高切削刀具寿命。

  3. 缩短加工时间。

  4. 降低成本。

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瑾弘锻造厂

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