模型鍛造是使金屬坯料在上、下鍛模的模膛內(nèi)被迫塑性流動成型,從而獲得與模膛形狀相符的鍛件,簡稱模鍛。按照鍛模的固定類型,可分為固定模鍛造和胎模鍛造兩種。
1. 固定模鍛造
如圖3-1所示,鍛模由上模和下模組成,分別固定在模鍛錘的錘頭和砧座上,上、下模的對準主要是用模鍛錘來保證。鍛造時,加熱好的坯料放在下模膛中,錘頭帶動上模進行鍛擊,使金屬流動并充滿模膛而形成鍛件,多余的金屬被壓入飛邊槽內(nèi)形成飛邊,模鍛后再將它切除。
模鍛形狀復(fù)雜的零件時,需要用開有幾個模膛的多模膛進行模鍛,使坯料在幾個模膛中逐步成型,最后在終鍛模膛中鍛成所需形狀。
固定模鍛造設(shè)備除了模鍛錘外,還有各種壓力機。
固定模鍛造具有生產(chǎn)率高、鍛件質(zhì)量好、形狀可以較復(fù)雜以及節(jié)省金屬材料等優(yōu)點,是模鍛的基本方法。但是它需要昂貴的模鍛設(shè)備和鍛模,鍛件的大小受到模鍛設(shè)備噸位的限制。因此僅適用于大批量生產(chǎn)中、小型鍛件,一般在150kg以下。
2. 胎模鍛造
如圖3-2所示,模鍛時,下模放在下砧座上,加熱的坯料放在下模膛內(nèi),依靠導(dǎo)銷定位把上模合上,用錘頭鍛擊上模而使鍛件成型。
胎模鍛造是在自由鍛設(shè)備上進行的,不需要模鍛設(shè)備,所用鍛模也較簡單,生產(chǎn)率較高,鍛件質(zhì)量較好,能節(jié)省金屬,降低成本。但一般胎模鍛造時,上、下模要人工搬動,勞動強度大,影響生產(chǎn)率進一步提高,故在中、小批生產(chǎn)小型鍛件時得到廣泛應(yīng)用。
在絕大多數(shù)實際的閉模鍛造操作中,工件材料的溫度要比模具高一些。應(yīng)變對屈服應(yīng)力的影響是微不足道的,但是對變形速度的影響卻變得越來越重要。因此,絕大多數(shù)金屬在再結(jié)晶溫度以上進行熱鍛時,屈服應(yīng)力對于變形速度的依賴程度很明顯因不同的金屬和合金而有所不同。在室溫下,絕大多數(shù)金屬的變形速度對屈服應(yīng)力的影響是十分微小的。
在鍛造過程中,使金屬變形所需要的壓力是顯著不同的,這取決于模具對工件的相對密封程度。隨著密封程度的提高,摩擦力迅速增加,而且當(dāng)工件溫度高于模具溫度時,就會發(fā)生熱傳導(dǎo),致使坯料表面急冷。這兩個因素都會增加鍛造壓力。很明顯,鍛造過程中金屬發(fā)生的變化受到了完成塑性成型所必需時間的影響。因此,重要的是要認識到,不同類型設(shè)備的基本差別就在于鍛造速度或者說變形速度的不同。例如,空氣錘使金屬產(chǎn)生變形時的速度是水壓機的100倍。
用空氣錘和螺旋壓力機鍛造金屬在快速的變形過程中,多半會出現(xiàn)顯著的溫升。在一般的壓力鍛造時,金屬溫升通常是非常不明顯的。在鍛造帶有氧化皮的鋼和其他合金時,使用空氣錘很有好處。
因為空氣錘的反復(fù)錘擊作用可使氧化皮疏松,因而能夠很容易地將其從模腔里清除出去。在使用壓力機鍛造時,氧化皮經(jīng)常被壓入工件表面,所以很難從模具凹槽內(nèi)清除掉。