史密斯的秘密：锻造方法介绍
现代锻造设施如何将金属加工成锻造零件？
什么是锻造？
锻造是一种制造过程，涉及通过锤击、压制或轧制使金属成形。这些压缩力通过锤子或模具传递。锻造通常根据其进行的温度进行分类——冷锻、温锻或热锻。
可以锻造多种金属。用于锻造的典型金属包括碳钢、合金钢和不锈钢。也可以锻造非常软的金属，例如铝、黄铜和铜。锻造工艺可以生产出具有极好的机械性能的零件，而且浪费最少。基本概念是原始金属塑性变形为所需的几何形状，使其具有更高的抗疲劳性和强度。该工艺经济合理，能够批量生产零件，并在成品中实现特定的机械性能。
锻造历史
锻造已经由铁匠实践了数千年。起初，青铜和铜是最常见的锻造金属，在青铜时代：后来，随着控制温度的能力和冶铁过程的发现，铁成为主要的锻造金属。传统产品包括厨具、五金、手工工具和利器。工业革命使锻造成为一种更高效的大规模生产工艺。从那时起，锻造随着设备、机器人、电子控制和自动化的进步而发展。锻造现在是一个全球性行业，拥有现代化的锻造设施，可生产各种尺寸、形状、材料和饰面的高质量金属零件。
锻造方法
有几种锻造方法具有不同的能力和好处。较常用的锻造方法有落锻法和滚锻法。
模锻
落锻得名于将锤子落到金属上以将其塑造成模具形状的过程。模具是指与金属接触的表面。落锻有两种类型——开模锻造和闭模锻造。模具的形状通常是扁平的，其中一些具有用于特殊操作的独特形状的表面。
自由锻造（史密斯锻造）
自由锻锻造也称为史密斯锻造。锤子敲击固定砧上的金属并使其变形。在这种类型的锻造中，金属永远不会完全限制在模具中——除了与模具接触的区域外，它可以流动。操作员有责任对金属进行定向和定位，以达到所需的最终形状。使用扁平模具，其中一些具有特殊形状的表面以进行专门的操作。自由锻造适用于简单大型零件，以及定制的金属部件。
自由锻的优势：
- 更好的抗疲劳性和强度
- 减少错误和/或漏洞的机会
- 改善微观结构
- 连续颗粒流
- 粒度更细
闭模锻造（压模）
闭模锻造也称为压模锻造。金属被放置在模具中并连接到砧上。锤子落到金属上，使其流动并填充模腔。锤子被计时，以毫秒为单位快速连续地与金属接触。多余的金属从模腔中推出，导致溢料。闪光比其他材料冷却得更快，使其比模具中的金属更坚固。锻造后去掉飞边。
为了使金属到达最后阶段，它会通过模具中的一系列空腔：
- 磨边印象（也称为压边或弯曲）
用于将金属塑造成粗糙形状的第一印象。
- 堵塞空腔
金属被加工成更接近最终产品的形状。金属的形状有大量的弯曲和圆角。
- 最终印模
将金属修整和细化成所需形状的最后阶段。
闭模锻造的优势：
- 可生产高达 25 吨的零件
- 产生只需要少量精加工的近净形状
- 重生产的经济性
滚锻
辊锻由两个圆柱形或半圆柱形水平辊组成，它们使圆形或扁平棒材变形。这可以减少其厚度并增加其长度。将加热棒插入并通过两个轧辊（每个轧辊包含一个或多个成形凹槽），并在通过机器轧制时逐渐成形。这个过程一直持续到达到所需的形状和尺寸为止。
自动辊锻的优点：
- 几乎不产生材料浪费
- 在金属中形成有利的晶粒结构
- 减少金属的横截面积
- 产生锥形末端
压力锻造
压力锻造使用缓慢、连续的压力或力，而不是落锤锻造中使用的冲击。较慢的柱塞行程意味着变形达到更深，因此金属的整个体积受到均匀影响。相比之下，在落锤锻造中，变形通常仅在表面水平，而金属内部保持一定程度的未变形。通过控制压力锻造的压缩率，也可以控制内部应变。
冲压锻造的优势：
- 重生产的经济性
- 0.01–0.02 英寸范围内的公差精度更高
- 模具的拔模量更少，尺寸精度更高
- 自动控制模具的速度、压力和行程
- 流程自动化是可能的
- 压机能力范围为 500-9000 吨
镦粗锻造
镦粗锻造是一种通过压缩金属长度来增加金属直径的制造工艺。曲柄压力机是一种特殊的高速机器，用于镦粗锻造工艺。曲柄压力机通常设置在水平面上，以提高效率和金属从一个工位到下一个工位的快速交换。也可以选择立式曲柄压力机或液压机。
镦粗锻造的优点：
- 高达每小时 4500 个零件的高生产率
- 完全自动化是可能的
- 消除锻造拔模和飞边
- 几乎不产生浪费
自动热锻
在自动热锻中，在室温下，将一米长的钢筋插入锻造机的一端，热锻产品从另一端出来。使用大功率感应线圈将棒材在 60 秒内加热到 2190–2370°F 的温度范围。棒材用滚轮除鳞并共享成坯料。此时，金属通过几个成型阶段转移，这些阶段可以与高速冷成型操作相结合。通常，冷成型操作留给精加工阶段。如此一来，既能发挥冷加工的优势，又能保持自动热锻的高速化。
自动热锻的优势：
- 输出率高
- 接受低成本材料
- 操作机器所需的劳动力最少
- 几乎不产生材料浪费（与传统锻造相比，材料节省 20-30%）
精密锻造（净形或近净形锻造）
精密锻造几乎不需要最终加工。它是一种锻造方法，旨在最大限度地减少与锻造后操作相关的成本和浪费。通过减少材料和能源以及减少加工来实现成本节约。
等温锻造
等温锻造是将金属和模具加热到相同温度的锻造工艺。使用绝热加热——系统与外部环境之间没有质量或热交换的净传递。这些变化都是由于内部变化导致高度受控的应变率。由于热损失较低，此锻造工艺可使用较小的机器。
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