第4章自由锻主要工序分析

1、第4章 自由锻主要工序分析 第四章第四章自由锻主要工序分析自由锻主要工序分析第4章 自由锻主要工序分析概概 述述自由锻：利用冲击力或压力使加热好的金属自由锻：利用冲击力或压力使加热好的金属在上、下抵铁之间产生变形。在上、下抵铁之间产生变形。自由锻分类：手工锻造和机器锻造。自由锻分类：手工锻造和机器锻造。自由锻工艺研究的内容：锻件的成型规律和自由锻工艺研究的内容：锻件的成型规律和提高锻件的质量两个方面。提高锻件的质量两个方面。第4章 自由锻主要工序分析（1 1）工具简单，通用性强，灵活性大，）工具简单，通用性强，灵活性大，适合单件和小批量锻件的生产。适合单件和小批量锻件的生产。（2 2）工具与坯

2、料部分接触，逐步变形，）工具与坯料部分接触，逐步变形，所需设备功率比模锻小，可锻造大型锻所需设备功率比模锻小，可锻造大型锻件。件。（3 3）靠人工操作控制锻件的形状和尺寸，）靠人工操作控制锻件的形状和尺寸，效率低、劳动强度大。效率低、劳动强度大。4.1.1 4.1.1 自由锻工艺过程特征自由锻工艺过程特征4.1 4.1 自由锻工艺过程特征和工序分类自由锻工艺过程特征和工序分类第4章 自由锻主要工序分析4.1.2 4.1.2 自由锻工序分类自由锻工序分类（1) 1)基本工序基本工序：改变坯料的现状和尺寸以获改变坯料的现状和尺寸以获得锻件的工序。得锻件的工序。 镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长

3、、镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、 弯曲弯曲切割切割错移错移扭转、锻接等。扭转、锻接等。基本工序基本工序 辅助工序辅助工序 修整工序修整工序第4章 自由锻主要工序分析 图图4.1 自由锻基本工序自由锻基本工序第4章 自由锻主要工序分析4.1.2 4.1.2 自由锻工序分类自由锻工序分类（2)2)辅助工序辅助工序：为了完成基本工序而使坯为了完成基本工序而使坯料预先产生某一变形的工序料预先产生某一变形的工序钢锭倒棱、预压钳把、分段压痕等。钢锭倒棱、预压钳把、分段压痕等。第4章 自由锻主要工序分析预压钳把钢锭倒棱分段压痕 辅助工序辅助工序 图图4.2 自由锻辅助工序自由锻辅助工序第4章 自由锻

4、主要工序分析4.1.2 4.1.2 自由锻工序分类自由锻工序分类（3)3)修整工序修整工序：指用来精整锻件尺寸和形指用来精整锻件尺寸和形状使其完全达到锻件图要求的工序。状使其完全达到锻件图要求的工序。鼓形滚圆、端面平整、弯曲校正等。鼓形滚圆、端面平整、弯曲校正等。第4章 自由锻主要工序分析弯曲校正鼓形滚圆端面平整修整工序修整工序 图图4.3 自由锻修整工序自由锻修整工序第4章 自由锻主要工序分析4.2 4.2 镦粗工序镦粗工序 镦粗的定义：镦粗的定义： 使坯料高度减小而使坯料高度减小而横截面积增大的成形横截面积增大的成形工序工序。 图图4.4 4.4 镦粗镦粗第4章 自由锻主要工序分析镦粗用途

5、镦粗用途: :由横截面积较小的坯料得到横截面积较大而高由横截面积较小的坯料得到横截面积较大而高度较小的锻件；度较小的锻件；冲孔前使坯料横截面增大和冲孔后平整端面；冲孔前使坯料横截面增大和冲孔后平整端面；提高锻件的力学性能和减小力学性能的异向性提高锻件的力学性能和减小力学性能的异向性；提高下一步拔长工序的锻造比。提高下一步拔长工序的锻造比。第4章 自由锻主要工序分析4.2.1 4.2.1 平砧镦粗平砧镦粗主要方法主要方法: : 平砧镦粗、垫环镦粗和局部镦粗。平砧镦粗、垫环镦粗和局部镦粗。平砧镦粗动画1、定义：定义： 坯料完全在上下平砧间或镦粗平板间进坯料完全在上下平砧间或镦粗平板间进行的压制称为

6、平砧镦粗行的压制称为平砧镦粗. .第4章 自由锻主要工序分析2 2、镦粗变形程度的表示方法、镦粗变形程度的表示方法绝对变形：压下量H相对变形：eh对数变形： h镦粗比：坯料镦粗前后的高度 之比，用KH表示KH=H0/HH0，H镦粗前后的高度之比eh 坯料高度方向的对数变形h 坯料高度方向的相对变形HHeh0ln00HHHh第4章 自由锻主要工序分析3. 3. 平砧镦粗变形分析平砧镦粗变形分析hrIIIIIIIIIIII 图图4.5 4.5 平砧镦粗变形分布与应力状态分析平砧镦粗变形分布与应力状态分析第4章 自由锻主要工序分析区域区域：难变形区：难变形区；区域区域：大变形区：大变形区；区域区域：

7、小变形区，变形程度介于区域：小变形区，变形程度介于区域与区域与区域之间之间。变形结果：变形不均匀，易出现缺陷。变形结果：变形不均匀，易出现缺陷。根据镦粗后网格的变形程度分为三个变形区根据镦粗后网格的变形程度分为三个变形区: :第4章 自由锻主要工序分析4 4、平砧镦粗变形分析、平砧镦粗变形分析 图图4.6 4.6 平砧镦粗变形分布与应力状态平砧镦粗变形分布与应力状态区域区域：小变形区：小变形区区域区域：大变形区：大变形区区域区域：难变形区：难变形区第4章 自由锻主要工序分析变形结果：易出现鼓形及变形结果：易出现鼓形及纵向开裂，纵向开裂，变形不均匀变形不均匀。区域：主要是工具与坯料端面摩擦力的影

8、响,其次：温度的不均匀也导致变形困难。区域：受两端摩擦的影响较小；中部温度也较高；并且应力状态也有利于塑性变形。区域：由于区域的牵制作用和区域的挤压作用的共同作用下变形。鼓形部分存在切向拉应力，易引起表面纵向裂纹第4章 自由锻主要工序分析5. 5. 镦粗坯料容易出现的缺陷：镦粗坯料容易出现的缺陷：( () ) 坯料侧面出现鼓形，可能引起表面纵裂坯料侧面出现鼓形，可能引起表面纵裂；( () ) 坯料上下两端出现粗大的铸造组织坯料上下两端出现粗大的铸造组织；( () ) 坯料内部变形不均匀，晶粒大小不均匀，锻件性坯料内部变形不均匀，晶粒大小不均匀，锻件性能也不能也不 均匀；均匀；( () ) 高径

9、比较大的坯料，易产生纵向弯曲高径比较大的坯料，易产生纵向弯曲, , 变形失稳。变形失稳。第4章 自由锻主要工序分析6 6、为减少缺陷采取的措施、为减少缺陷采取的措施( () )使用润滑剂和预热工具；如玻璃粉、石墨粉等使用润滑剂和预热工具；如玻璃粉、石墨粉等；( () )采用软金属垫镦粗采用软金属垫镦粗4.7 4.7 软金属垫镦粗软金属垫镦粗一般为碳素钢第4章 自由锻主要工序分析(3)(3)采用凹形毛坯镦粗采用凹形毛坯镦粗图图4.8 4.8 侧凹坯料侧凹坯料对于较小的件，斜放轻击对于较大的件，用端部碾压第4章 自由锻主要工序分析(4) (4) 叠料镦粗叠料镦粗；(适用于扁平的圆盘锻件)图图4.9

10、 4.9 软金属垫镦粗软金属垫镦粗（1 1）叠料（）叠料（2 2）第一次镦粗（）第一次镦粗（3 3）翻转叠料（）翻转叠料（4 4）第二次镦粗）第二次镦粗第4章 自由锻主要工序分析(5) (5) 套环内镦粗套环内镦粗图图4.10 4.10 软金属垫镦粗软金属垫镦粗一般外套材料为碳钢适用于镦粗低塑性的高合金钢第4章 自由锻主要工序分析(6) (6) 反复镦粗与侧面修直反复镦粗与侧面修直 在镦粗坯料产生鼓形后，可以通过圆周侧压将鼓形修直，再继续镦粗，这样可以消除鼓形表面上的附加拉应力，同时可以获得侧面平直没有鼓形的镦粗锻件。第4章 自由锻主要工序分析第4章 自由锻主要工序分析第4章 自由锻主要工序分

11、析4.2.2 4.2.2 垫环镦粗垫环镦粗 ：单个垫环镦粗、两个垫环镦粗。：单个垫环镦粗、两个垫环镦粗。第4章 自由锻主要工序分析垫环镦粗的关键垫环镦粗的关键：能否锻出所要求的凸肩高度。能否锻出所要求的凸肩高度。双垫环镦粗单垫环镦粗第4章 自由锻主要工序分析第4章 自由锻主要工序分析坯料高度与直径之坯料高度与直径之比（比（H H0 0/ /D D0 0）、环孔与坯）、环孔与坯料直径之比料直径之比( (d d/ /D D0 0) )、变形、变形程度（程度（H H）、环孔斜度）、环孔斜度（）及摩擦条件等。）及摩擦条件等。分流面的位置与下列因素有关：分流面的位置与下列因素有关：图图4.12 4.12

12、 单垫单垫环镦粗环镦粗第4章 自由锻主要工序分析4.2.3 4.2.3 局部镦粗局部镦粗 : : 作用：锻造凸肩直径和高度较大的饼块锻件，作用：锻造凸肩直径和高度较大的饼块锻件，或端部带有较大法兰的轴杆锻件。或端部带有较大法兰的轴杆锻件。特点：与平砧镦粗相似，但受特点：与平砧镦粗相似，但受“刚端刚端”的的影响影响。第4章 自由锻主要工序分析4.13 4.13 局部镦粗局部镦粗第4章 自由锻主要工序分析 局部镦粗成型的坯料尺寸，应按杆部直径选取。为了避免镦粗时产生纵向弯曲，坯料变形部分高径比H头/D0应小于2.5-3，而且要求端面平整。对于头部较大而杆部较细的锻件，只能采用大于杆部直径的坯料。锻

13、造时先拔杆部，然后再镦粗头部；或者先局部镦粗头部，然后再拔长杆部。第4章 自由锻主要工序分析第4章 自由锻主要工序分析4.3 4.3 拔长拔长定义：使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序定义：使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序。 用途用途: :成形轴杆类锻件成形轴杆类锻件； 改善锻件内部质量改善锻件内部质量。动画演示拔长变形实质：一系列镦粗工序的叠加组合拔长变形实质：一系列镦粗工序的叠加组合。第4章 自由锻主要工序分析第4章 自由锻主要工序分析1. 1.变形程度表示：以坯料拔长前后截面积之变形程度表示：以坯料拔长前后截面积之比比锻造比锻造比K KL L表示，表示，KL=A0A. .变形参数：设

14、拔长前变形区的长、宽、高分别变形参数：设拔长前变形区的长、宽、高分别为为l l0 0、b b0 0、h h0 0，拔长后变形区的长、宽、高分别为，拔长后变形区的长、宽、高分别为l l、b b、h h，送进量，送进量l l0 0 ，相对送进量，相对送进量l l0 0/h/h0 0 ，压下量，压下量hhh h0 0h h，展宽量展宽量bbb bb b0 0, ,拔长量拔长量lll ll l0 0。4.3.1 4.3.1 矩形截面坯料的拔长矩形截面坯料的拔长第4章 自由锻主要工序分析影响拔长效率的因素影响拔长效率的因素1 1）进料比）进料比l l：通常取：通常取l=l=（0.40.40.80.8）b

15、 b ；2 2）压下量）压下量h h ：hh大大，效率高，在材料塑，效率高，在材料塑性允许的前提下，尽性允许的前提下，尽量提高。量提高。3 3拔长工序分析拔长工序分析 图图4.14 4.14 矩形截面拔长矩形截面拔长第4章 自由锻主要工序分析第4章 自由锻主要工序分析4.4.影响拔长质量因素影响拔长质量因素: :1) 送进量：当送进量较小时 （l0/h00.5 ），变形集中在上下表面层，锻件中心部分不能锻透，并出现轴向拉应力，容易引起内部横向裂纹。图（4-20），送进量如小于单边压下量，还会在锻件表面形成折叠。送进量 压下量 砧子形状 拔长操作等工艺因素。第4章 自由锻主要工序分析第4章 自由

16、锻主要工序分析 当送进量过大时 （l0/h01 ），心部变形很大，得到锻透，但在角部受拉应力，容易引起表面横向裂纹和角裂。第4章 自由锻主要工序分析 综合考虑送进量对拔长效率和锻件质量两方面的影响，一般认为，相对送进量l0/h00.50.8较为合适，2)压下量：h大，强化心部变形，有利锻合内部缺陷。如坯料的塑性允许，尽量采取大压下量拔长。第4章 自由锻主要工序分析3）砧子形状的影响：拔长常用的砧子形状有三种，即上下V型砧，上平下V型砧和上下平砧。当用不同形状的砧子拔长时，坯料内部变形区分布不同。图图4.16 4.16 拔长砧子形状及其对变形区分布的影响拔长砧子形状及其对变形区分布的影响 a)a

17、)上下上下V V形砧形砧 b)b)上平下上平下V V砧砧 c) c) 上下平砧上下平砧第4章 自由锻主要工序分析 采用上下V型砧拔长时，坯料中心的变形程度最大，又处于强烈三向压应力状态，因此能够很好的锻合心部缺陷，并且拔长效率高，坯料轴线不会偏移。 用上平下V型砧拔长时，最大的变形区不在坯料中心，而在距中心1/2-3/4半径处，所以这种砧子锻透性比较差。此外，由于坯料上下变形深入程度不等，不断翻转后会使轴线变成螺旋线，其结果将造成中小缺陷区德扩大。第4章 自由锻主要工序分析 使用上下平砧拔长矩形截面坯料时，只要相对送进量选取的合适，能够使坯料的中心锻透，但用上下平砧拔长圆形截面坯料时，因圆截面

18、与砧子接触面很窄，金属横向流动大，轴向流动小，拔长效率低。并容易引起中心裂纹。 图图4.18 4.18 平砧拔长圆形截面坯料时截面变化过程平砧拔长圆形截面坯料时截面变化过程第4章 自由锻主要工序分析4) 拔长操作：4.19 拔长操作方法第4章 自由锻主要工序分析拔长操作的影响 拔长时坯料送进与翻转的方法有三种：a是沿螺旋线翻转90拔长，适用于锻造台阶轴锻件。b是反复转动90拔长，常用于手工操作锻造。c是沿整个坯料长度方向拔长一遍后再翻转90拔长，多用于锻造大型锻件，这种操作易使坯料端部产生弯曲，因此需先翻转180将料平直，然后再翻转90依次拔长。翻转前后拔长的送进位置要相互错开，这样可使锻件沿

19、轴线方向的变形趋于均匀。第4章 自由锻主要工序分析4.3.2 4.3.2 空心件拔长空心件拔长：减小空心坯料外径而增加长度的锻 造工序，用以锻造各种长筒锻件。心轴拔长质量问题：壁厚不均匀，内壁容易产生裂纹，尤其两端。措施：坯料加热均匀；转动的角度和压下量均匀；先拔两端，再拔中间。第4章 自由锻主要工序分析 图4.20 心轴拔长 1坯料 2锻件 3心轴 4 砧子第4章 自由锻主要工序分析4.4.1 4.4.1 冲孔冲孔：采用冲子将坯料冲出透孔或盲孔的锻造工序。 冲孔方法冲孔方法：1.实心冲子冲孔； 图 4.21 实心冲子冲孔 1毛坯 2冲垫 3冲子 4 心料4.4 自由锻其他主要工序动画演示可将

20、坯料分成两部分：冲头下面的圆柱区镦粗，端面下凹。冲头以外的圆环区胀形，直径增大。第4章 自由锻主要工序分析当D0/d23时：拉缩严重，外径明显增大；当D0/d35时：几乎无拉缩，外径有所增大；当D0/d5时：多余金属挤向端面形成凸台。冲孔坯料的形状与坯料直径D0与孔径d之比有关:第4章 自由锻主要工序分析第4章 自由锻主要工序分析2.空心冲子冲孔图4.22 空心冲子冲孔 1坯料 2冲垫 3冲子 4心料 特点：冲孔时坯料形状变化较小，但芯料损失大，锻造大型锻件时将钢锭中心质量差的部分冲悼，为此在冲孔将冒口朝下。这种方法主要用于孔径大于400毫米以上大锻件第4章 自由锻主要工序分析3. 在垫环上冲孔图4.23 在垫环上的冲孔 1冲子 2坯料 3垫环 4心料 动画演示冲孔时坯料形状变化较小，但芯料损失比较大，这种方法主要用于H/D0.125的薄饼锻件。第4章 自由锻主要工序分析4.4.2 4.4.2 扩孔扩孔：减小空心坯料壁厚而增加其内外径的锻造工序，用以锻造各种圆环锻件。1.冲子扩孔 图4