2-2 锻造（课件）《机械制造工艺基础》上好课（劳动版·第八版)

《机械制造工艺基础》(劳动版)第八版 上好课—中职专业课 第二章 锻压 2-2 锻造 教学目标 知识目标 1.掌握锻造的定义、工作原理及核心特点； 2.明确锻造与其他锻压工艺的区别； 能力目标 1. 能够准确区分自由锻造和模型锻造的工艺特点。 2.能够根据零件结构、生产批量，初步判断合适的锻造工艺方案。 情感目标 1.树立精益求精的工匠精神，理解精密工艺对机械零件质量的重要意义。 2.培养严谨细致的机械工艺学习态度。 教学引入 锻造——塑造金属的艺术 古法匠心：千锤百炼的手工技艺 工业变革：精准高效的智能智造 课堂思考：跨越时空的工艺对话 从古老的手工作坊到高度自动化的现代工厂，虽然工具、环境和效率发生了翻天覆地的变化，但它们在改变金属形状、赋予材料新生命的核心逻辑上有什么共同点？这种工艺为什么能成为现代工业不可或缺的基石？ 教学引入 思考与讨论 汽车曲轴锻件 发动机核心，抗冲击耐疲劳 飞机起落架锻件 极端工况下的结构强度保障 齿轮毛坯 提升齿面接触与耐磨性能 工业扳手 高频使用下的耐用性需求 教学引入 为什么这些关键零件首选锻造，而非铸造或切割？ 铸造能成型复杂结构，切割能保证精度，而锻造却成为了这些高负荷零件的“必选项”。这背后是锻造工艺带来了怎样不可替代的材料性能？ 普通的金属棒是如何蜕变为精密锻件的？ 从简单的圆柱形金属坯料到形态各异的机械零件，这个过程经历了哪些关键的物理变化？又是如何通过外力改变金属内部结构的？ 知识讲授——锻造的定义与实质 核心定义：电荷的定向移动形成电流 核心定义 锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使金属坯料产生塑性变形，以获得一定几何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。这是一种利用金属固有属性进行成型的重要热加工工艺，广泛应用于机械制造的核心零部件生产。 工艺实质 本质是利用金属的塑性，通过外力克服材料内部的晶格阻力，使其发生永久性的形状和尺寸改变。不同于切削加工的“减材”，锻造属于“塑性成型”，能保留金属流线，显著提升零件的力学性能。 知识讲授——视频展示 核心定义：电荷的定向移动形成电流 知识讲授——锻造的目的与作用 核心定义：电荷的定向移动形成电流 核心作用：改善金属内部组织，消除铸锭原生缺陷，通过塑性变形与再结晶重构晶粒并形成合理流线，从根本上提升材料的强度、塑性与韧性，为关键零件提供可靠的性能保障。 压实内部缺陷 铸锭中的气孔、缩松等缺陷，在锻造压力下被强力压实焊合，让金属组织更致密，消除内部隐患。 细化金属晶粒 通过塑性变形与再结晶，将粗大铸造晶粒打碎，获得细小且均匀的等轴晶新组织。 形成锻造流线 金属内部杂质沿变形方向排列成纤维状流线，使材料呈现明显的各向异性。 知识讲授——锻造的分类方法 核心定义：电荷的定向移动形成电流 自由锻造 金属坯料在上下砧铁间受冲击力或压力发生塑性变形，锻件的形状和尺寸主要依靠操作者的技术经验手工控制，是一种灵活性极强的基础锻造工艺。 特点：工具简单、通用性强，无需昂贵模具；但锻件精度低、生产效率不高。 应用：单件、小批量生产，尤其适用于大型、重型锻件（如大型轴类、机架）的制造。 知识讲授——锻造的分类方法 核心定义：电荷的定向移动形成电流 模型锻造（模锻） 将金属坯料放入具有特定型腔的锻模中，在压力机或锻锤的强大外力作用下，坯料被迫充满模膛，从而获得与模膛形状一致的锻件。 特点：精度高、加工余量小、生产效率高，可锻出复杂形状；但模具设计与制造成本高昂。 应用：汽车、航空、工程机械等行业的成批、大量生产（如连杆、齿轮、法兰盘）。 知识讲授——锻造的特点 核心定义：电荷的定向移动形成电流 力学性能优异 锻件内部组织致密，晶粒得到显著细化，金属流线分布更为合理。这使得锻件的强度、塑性和韧性等综合力学指标远优于铸件，能更好地承受冲击和复杂载荷。 利用金属塑性变形实现成型，相比传统的切削加工方式，大幅减少了金属切除量。有效降低了原材料的浪费，在资源节约和生产成本控制方面具有显著优势。 材料利用率高 工艺灵活性强，不受产品重量限制。无论是几克重的精密机械小零件 ，还是重达数百吨的重型装备核心锻件，都能通过对应的锻造技术 满足生产制造需求。 应用范围极广 知识讲授——锻造的应用领域 汽车工业 应用最广的民用领域，涵盖发动机连杆、曲轴、半轴等核心受力部件。 通过锻造消除金属内部缺陷，赋予零件优异的抗疲劳性能，是保障车辆动力传输与行驶安全的关键工艺。 能源工业的核心基石，用于制造大型汽轮机转子、叶轮等关键部件。 在高温高压的极端工况下，锻造零件的高致密性和强韧性确保了火电、核电等大型机组的长期稳定高效运行。 发电设备 知识讲授——锻造的应用领域 核心定义：电荷的定向移动形成电流 关乎国家安全的战略领域，如坦克履带、炮管及导弹壳体的制造。 国防工业 针对极端使用环境，锻造工艺使装备部件具备卓越的抗冲击和耐磨损能力，是国防现代化建设的重要支撑。 知识讲授——加热的目的 核心定义：电荷的定向移动形成电流 核心目的一：提高金属塑性 高温环境下，金属内部原子的热运动加剧，滑移阻力大幅减小。这使得原本刚性的金属变得“柔软”，能够承受更大的变形量而不发生断裂，是实现锻造加工的基础条件。 核心目的二：降低变形抗力 温度升高使金属晶格发生变化，抵抗塑性变形的能力显著下降。这意味着仅需较小的外力就能改变金属形状，既可以减少锻造设备的动力消耗，也能让复杂的锻造成型工艺更易于实施。 知识讲授——锻造温度范围 核心定义：电荷的定向移动形成电流 允许开始锻造的最高温度。若温度过高，会导致金属过热或过烧，造成晶粒粗大、晶界氧化，严重影响锻件的内部质量和力学性能。 始锻温度：锻造的“起点红线” 允许停止锻造的最低温度。温度过低时金属塑性急剧变差，变形抗力急剧上升，继续锻造极易引发锻件表面或内部开裂，导致废品产生。 终锻温度：锻造的“停止底线” 碳钢始锻温度 1100 - 1250℃ 观察火色：亮黄色 碳钢终锻温度 800 - 850℃ 观察火色：樱红色 宁低勿高，宁快勿慢 严控温度，保锻件质量 关键操作原则 知识讲授——自由锻造 核心定义：电荷的定向移动形成电流 工艺定义：无模具的柔性成形技术 指不使用专用模具，仅通过简单通用性工具（如砧铁），依靠锻造设备的冲击力或压力，直接使金属坯料在上下砧之间发生塑性变形，从而获得所需形状、尺寸和内部质量锻件的加工方法。 核心优势：灵活且低成本 工具通用性强，无需昂贵模具开发，设备投资小。工艺路线灵活多变，特别适合单件、小批量试制，更是目前制造特大型锻件唯一可行的成形方法。 知识讲授——动画演示 核心定义：电荷的定向移动形成电流 知识讲授——常用设备：空气锤 核心定义：电荷的定向移动形成电流 核心应用场景 主要用于生产小型锻件，是中职学校实训车间中最普及、最常用的自由锻造基础设备。其操作灵活、响应速度快且日常维护便捷，既适合基础锻造工艺的教学实训，也能满足小批量、多品种的小型金属锻件加工需求。 知识讲授——核心工作原理 机电联动的气压传动流程 01 动力压缩：气源产生 电动机通过减速传动机构带动压缩缸活塞往复运动，持续压缩缸内空气，将机械能转化为具有稳定压力的压缩空气能，为锻打提供动力源。 02 气路控制：方向切换 操作人员操纵手柄控制旋阀换向，精准引导高压空气进入工作缸的上部或下部气室。通过改变气压作用面，实现锤头运动方向的灵活切换。 03 执行打击：锻造成形 压缩空气推动工作缸活塞带动上砧（锤头）高速运动，利用锤头与下砧的瞬间撞击能量，对金属坯料进行锻打、延伸或镦粗，完成零件的塑性成形。 知识讲授——镦粗 核心定义：电荷的定向移动形成电流 使坯料在轴向压力作用下高度减小、横截面积增大的锻造工序，是自由锻中最基础也是应用最广泛的变形工序之一。 典型应用场景 主要用于制造齿轮坯、法兰盘、联轴器等盘类锻件的毛坯成型；也常作为冲孔、扩孔等后续工序的准备工序，通过镦粗增加坯料局部截面积，为后续加工提供合理的几何形状。 知识讲授——拔长 核心定义：电荷的定向移动形成电流 指通过锻锤或压力机的连续打击，使金属坯料在轴向产生延伸，横截面积相应减小的塑性成型工艺。这是自由锻造中最常用的工序之一，本质是将材料的“粗短”形态转化为“细长”形态。 进给量控制 单次进给量需适中，过大易造成坯料内部未锻透产生夹层；过小则效率低下，需多次反复锻打。 坯料翻转 需沿轴线不断翻转（如90°交替），保证各方向受力均匀，防止锻件出现弯曲、菱形等几何偏差。 知识讲授——双面冲孔 核心定义：电荷的定向移动形成电流 操作时先将冲头从坯料的一面冲入至约一半厚度深度，随即翻转坯料，再从另一面继续冲透。这种方法能有效平衡坯料受力，减少冲孔过程中的偏移和壁厚不均问题。 双面冲孔 适用场景：坯料厚度较大（通常大于孔径3倍），或对孔的轴线垂直度、孔径精度有较高要求的重型锻件。 知识讲授——单面冲孔 核心定义：电荷的定向移动形成电流 仅从坯料的单一方向进行冲孔，冲头不穿透整个坯料，仅在工件内部形成具有特定深度的盲孔。此方法无需翻转工件，操作流程相对简化，生产效率较高。 单面冲孔 适用场景：坯料厚度较薄、设计仅需盲孔结构，或对孔深精度及同轴度要求相对较低的简单锻件加工。 知识讲授——弯曲 将金属坯料在锻压设备或工具的作用下，弯成一定角度、曲率半径或特定几何形状的锻造工序。这是一种通过塑性变形改变坯料轴线形态，以获得所需零件外形的基础工艺。 操作方式 可采用两种主要形式：一是利用锻锤与砧铁的棱角进行手工辅助弯曲；二是采用专用的弯曲模具，配合压力机对坯料进行机械化压弯成型，后者能更好地保证零件的形状精度和一致性。 知识讲授——模锻 核心定义：电荷的定向移动形成电流 将加热后的金属坯料放入固定在锻压设备上的锻模模膛内，使其受压变形，从而获得与模膛形状完全一致的锻件。这是一种在模具约束下进行的精密塑性加工工艺。 知识讲授——热模锻压力机 核心定义：电荷的定向移动形成电流 核心工作原理：静压力成形 作为典型的静压力加工设备，其动力源自电机驱动曲柄连杆机构，将高速旋转运动转化为滑块的低速往复直线运动。在这个过程中，设备对金属坯料施加持续且平稳的静压力，迫使金属在模具型腔内发生塑性变形，从而获得符合设计要求的锻件形状。 知识讲授——胎膜锻 核心定义：电荷的定向移动形成电流 在自由锻通用设备的基础上，通过加装可移动的简单模具（胎膜）来完成锻件成型的工艺方法。它是一种过渡性锻造工艺，无需昂贵的专用模锻设备，即可实现锻件的半精密成型。 知识讲授——课堂讨论：工艺选择 核心定义：电荷的定向移动形成电流 假设你是一名工艺工程师，面对以下四种不同类型的零件生产需求，请结合所学知识，判断应该选择自由锻还是模锻工艺？并尝试阐述选择背后的核心考量逻辑。 01 大型水轮机主轴 年产量：1 件 超大型核心部件，结构相对简单但尺寸巨大，生产周期长，属于典型的单件定制化生产需求。 02 发动机连杆 年产量：100 万件 汽车关键运动部件，形状复杂，对力学性能和尺寸精度有严格要求，市场需求量极大。 03 重型齿轮毛坯 年产量：10 件 重型机械传动核心，毛坯体积大且重量重，生产频次低，后续需要大量的切削加工余量。 04 家用扳手 年产量：50 万件 标准化五金工具，形状相对固定，对精度有一定要求但工艺成熟，市场流通量大。 传动部分 知识点背诵 锻造定义 自由锻核心工序 模锻的特点及应用 单项选择题 1.锻造生产的主要目的是为了提高金属的什么性能？（ ） A. 塑性 B. 硬度 C. 力学性能 D. 耐腐蚀性 正确答案：C 锻造通过压力使金属坯料产生塑性变形，打碎粗大晶粒、压实内部疏松、消除气孔，综合提升强度、韧性、冲击抗力等整体力学性能，这是锻造最主要的生产目的。 课后练习 正确答案：B 依靠专用模具成型，精度高、效率高，适合大批量、形状复杂的中小型锻件。 课后练习 单项选择题 2.哪种锻造方法适用于大批量生产形状复杂的中小型锻件？（ ） A. 自由锻 B. 模锻 C. 胎膜锻 D. 手工锻 单项选择题 3.碳钢在锻造时，终锻温度过低容易产生什么缺陷？ （ ） A. 过热 B. 过烧 C. 裂纹 D. 氧化 正确答案：C 终锻温度过低，金属塑性大幅下降，锻打时易因变形能力不足产生裂纹。 课后练习 1.简述碳钢锻造过程中产生裂纹的主要原因。 课后练习 主要原因 ① 终锻温度过低，金属塑性变差，锻打时易开裂； ② 坯料加热不均匀，局部应力集中； ③ 单次变形量过大、锻打力度不当，产生较大内应力； ④ 锻后冷却速度过快，形成组织应力与热应力。 课堂小结 1.熟记本节课锻造核心内容，能够独立复述锻造定义、分类及两类锻造的核心区别； 2.完成课后拓展思考：大批量生产小型精密齿轮和单件生产大型机床主轴，分别应选择哪种锻造工艺，并说明理由； 课后作业 感谢观看 Lavf62.3.100 Lavf62.3.100 $