锻造工艺与模具设计-自由锻造工序

1、第四章第四章 自由锻造工序自由锻造工序1谢利谢利材料工程材料工程学院学院23空气锤空气锤44-1 概概 述述一、定义一、定义自由锻自由锻利用冲击力或压力使金属在上下两个利用冲击力或压力使金属在上下两个平板之间平板之间产生产生塑性变形塑性变形, ,从而从而得到所需形状及尺得到所需形状及尺寸的寸的锻件锻件. .或者说：只用简单的工具，或在锻造设备的上下或者说：只用简单的工具，或在锻造设备的上下砧间直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获砧间直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需形状及内部质量的锻件的加工得所需形状及内部质量的锻件的加工方法方法. .5自由锻造：自由锻造：手工手工自由锻造和自由锻

2、造和机械机械自由锻造（自由锻）自由锻造（自由锻）锻锤自由锻锻锤自由锻产生冲击力使金属坯料变形（中小型）产生冲击力使金属坯料变形（中小型）水压机自由锻水压机自由锻靠压力使坯料变形（大型）靠压力使坯料变形（大型）优点优点：所用工具简单，通用性强、灵活性大，因此适合单件：所用工具简单，通用性强、灵活性大，因此适合单件和小批锻件和小批锻件。缺点缺点：锻件精度低，加工余量大，生产率低，劳动强度大。：锻件精度低，加工余量大，生产率低，劳动强度大。64-2 自由锻工序及自由锻件分类自由锻工序及自由锻件分类 一一、自由锻工序自由锻工序:基本工序基本工序、辅助工序辅助工序和和修整工序修整工序基本工序基本工序 指

3、能够大幅度地改变坯料形状和尺寸指能够大幅度地改变坯料形状和尺寸的工序，是的工序，是主要变形工序主要变形工序。如镦粗、拔长、冲孔、芯轴拔长、弯曲、错移、扭转、切割如镦粗、拔长、冲孔、芯轴拔长、弯曲、错移、扭转、切割、芯轴扩孔等。、芯轴扩孔等。 辅助工序辅助工序 指在坯料进入基本工序前指在坯料进入基本工序前预先变形预先变形的的工序。工序。 如钢锭倒棱和缩颈倒棱、预压钳把、阶梯轴分段压痕等。如钢锭倒棱和缩颈倒棱、预压钳把、阶梯轴分段压痕等。7修整工修整工序序 即即后续工序后续工序。指用来精整锻件尺寸和。指用来精整锻件尺寸和形状使完全达到锻件图要求的工序。一般是在某一形状使完全达到锻件图要求的工序。一

4、般是在某一基本工序完成后进行基本工序完成后进行。 如镦粗后的鼓形滚圆和截面滚圆，凸起、凹下及不平和如镦粗后的鼓形滚圆和截面滚圆，凸起、凹下及不平和有压痕面的平整，拔长后的弯曲校直和锻斜后的校正等。有压痕面的平整，拔长后的弯曲校直和锻斜后的校正等。自由锻件的成形都是这三类工序的组合自由锻件的成形都是这三类工序的组合89辅助工序辅助工序预压夹钳把预压夹钳把阶梯轴分段压痕阶梯轴分段压痕钢锭倒棱钢锭倒棱10修整工序修整工序鼓形面滚圆鼓形面滚圆压痕面平整压痕面平整弯曲后矫直和校正弯曲后矫直和校正11二、自由锻件二、自由锻件分类分类按工艺特点分为按工艺特点分为七类七类（把形状特征相同、变（把形状特征相同、

5、变形过程类似的锻件归为一类）形过程类似的锻件归为一类）实心圆柱体轴杆类锻件；实心圆柱体轴杆类锻件；实心矩形截面类锻件；实心矩形截面类锻件；盘饼类锻件；盘饼类锻件；曲轴曲轴类锻件；类锻件；空心空心类锻件；类锻件；弯曲类锻件；弯曲类锻件；复杂形状类锻件复杂形状类锻件. .124-3 自由锻基本工序分类自由锻基本工序分类 1 1、定义、定义：在外力作用下，使坯料：在外力作用下，使坯料高度高度减小减小，横截面增大横截面增大的锻造工序。的锻造工序。一一、镦粗镦粗132 2、镦粗、镦粗的作用：的作用： 获得横截面较大而高度较小的锻件（获得横截面较大而高度较小的锻件（饼块件饼块件）; ; 用作冲孔前的准备工

6、序用作冲孔前的准备工序( (增大坯料的横截面积以增大坯料的横截面积以便于便于冲孔冲孔););“反复镦拔法反复镦拔法”，镦粗与拔长相结合，可，镦粗与拔长相结合，可提高提高锻造比锻造比; ;反复镦粗和拔长反复镦粗和拔长击碎击碎合金工具钢中的合金工具钢中的块状碳化物块状碳化物，并，并使其分布均匀以提高锻件的使用性能使其分布均匀以提高锻件的使用性能; ;(5)(5)提高锻件的横向力学性能以提高锻件的横向力学性能以减小力学性能的异向性减小力学性能的异向性。143 3镦粗方式镦粗方式: :平平砧镦粗砧镦粗、垫环镦粗垫环镦粗和和局部镦粗局部镦粗（1 1）平砧镦粗与镦粗）平砧镦粗与镦粗比比坯料完全在上下平砧间

7、或镦粗平板间进行的压制称为坯料完全在上下平砧间或镦粗平板间进行的压制称为平砧镦粗；平砧镦粗；镦粗比镦粗比：坯料镦粗前后的高度之比（坯料镦粗前后的高度之比（1 1）15(2)平砧间镦粗的变形分析平砧间镦粗的变形分析 镦粗镦粗时由于坯料两端面与工具存在时由于坯料两端面与工具存在摩擦力摩擦力而导致而导致金属变金属变形不形不均匀均匀; 坯料上下端面及其表层金属因受摩擦力影响成坯料上下端面及其表层金属因受摩擦力影响成为难变形为难变形区（区（）；区域（；区域（）为大变形区）为大变形区; 区域区域（）为小变形区）为小变形区。因此，镦粗结果，坯料由圆柱形变为鼓形。另外，（。因此，镦粗结果，坯料由圆柱形变为鼓形

8、。另外，（I）区）区与工具接触，温度降低快，也是难变形的原因之一。与工具接触，温度降低快，也是难变形的原因之一。16(3)(3)缺陷分析缺陷分析1) 1) 三三个区域的变形不均匀使金属内部晶粒粗细不一个区域的变形不均匀使金属内部晶粒粗细不一。大变形区变形充分，得到细晶粒；难变形区，还。大变形区变形充分，得到细晶粒；难变形区，还保留粗大的保留粗大的铸态组织铸态组织。2)2)（）（）（）区变形的不均，又引起了）区变形的不均，又引起了侧表面裂侧表面裂纹纹的产生的产生。3)3)质量问题质量问题：侧表面产生纵向或：侧表面产生纵向或4545裂纹；裂纹； 侧表面出现鼓形；侧表面出现鼓形； 上下端存留铸态组织

9、；上下端存留铸态组织； 高坯料镦粗易失稳弯曲。高坯料镦粗易失稳弯曲。17(4) (4) 减少缺陷的减少缺陷的措施措施 a a 采用润滑，预热工具采用润滑，预热工具 ; ; b b 用侧凹形毛坯用侧凹形毛坯镦粗镦粗; ; C C采用软金属垫采用软金属垫镦粗镦粗; ; d d采用铆镦、叠料镦粗；采用铆镦、叠料镦粗； e e套环内镦粗；套环内镦粗； f f反复镦粗与侧面修直反复镦粗与侧面修直 软金属软金属垫垫/ /环镦粗环镦粗 18铆镦与端面碾压铆镦与端面碾压 叠料镦粗叠料镦粗19（5）镦粗与高径比的关系）镦粗与高径比的关系 坯料高径比坯料高径比H H0 0/D/D0 03 3时，易发生失稳，导致纵

10、向弯曲；时，易发生失稳，导致纵向弯曲；高径比高径比H H0 0/D/D0 0=1.5-2.5=1.5-2.5时，产生双鼓形和均匀变形区时，产生双鼓形和均匀变形区；高径比高径比H H0 0/D/D0 0=1.0-1.5=1.0-1.5时，双鼓形逐渐向单鼓形过度；时，双鼓形逐渐向单鼓形过度；高径比高径比H H0 0/D/D0 00.50.5时，难变形区相接触，鼓肚时，难变形区相接触，鼓肚较小较小H H0 0/D/D0 0=2.5=2.5H HO O/D/D0 0=1.45=1.45H H0 0/D/D0 0=1=10.670.67H H0 0/D/D0 0=0.22=0.2220（6 6）镦粗时应

11、注意的事项）镦粗时应注意的事项避免镦粗时产生纵向失稳弯曲，圆柱体坯料高径比不避免镦粗时产生纵向失稳弯曲，圆柱体坯料高径比不宜超过宜超过2.52.5，在，在2-2.22-2.2范围内最好；范围内最好；对于方形或矩形截面坯料，其高度和较小基边之比不对于方形或矩形截面坯料，其高度和较小基边之比不宜超过宜超过3.53.5；镦粗前坯料断面应平整，端面与轴线要垂直，加热温镦粗前坯料断面应平整，端面与轴线要垂直，加热温度均匀度均匀21（7）垫环镦粗）垫环镦粗坯料在单个垫环上或两个垫环间进行镦粗，又称镦挤坯料在单个垫环上或两个垫环间进行镦粗，又称镦挤单垫环镦粗单垫环镦粗双垫双垫环镦粗环镦粗22（8 8）局部镦

12、粗）局部镦粗坯料只在局部长度上（端部或中间）产生镦粗变形坯料只在局部长度上（端部或中间）产生镦粗变形局部镦粗局部镦粗23二二、拔长拔长 （1 1）定义：使坯料定义：使坯料横截面减小横截面减小，长度增加长度增加的的锻造工序；通锻造工序；通过逐次送进和反复转动坯料进行压缩变形，过逐次送进和反复转动坯料进行压缩变形，耗费工时最多耗费工时最多。（2 2）按拔长时所使用的工具不同，分为）按拔长时所使用的工具不同，分为平砧拔长平砧拔长、型砧拔型砧拔长长和和芯轴拔长芯轴拔长三类。三类。24（3 3）拔长变形过程分析）拔长变形过程分析1 1）锻造比锻造比( (K KL L) )：坯料拔长前后的截面积之比：坯料

13、拔长前后的截面积之比( (1)1)；2 2）变形特点变形特点：拔长时坯料变形情况与镦粗变形有某：拔长时坯料变形情况与镦粗变形有某些相似之处，它是两端带有不变形金属的镦粗。些相似之处，它是两端带有不变形金属的镦粗。3 3）影响因素）影响因素：送进量：送进量L0L0、压下量、压下量h h、砧面与坯料的、砧面与坯料的形状、锤击的轻重与操作方法以及坯料的加热温度等形状、锤击的轻重与操作方法以及坯料的加热温度等等。等。 矩形截面拔长矩形截面拔长254 4）送进量送进量的大小，除影响生产率外，还影响锻件质量的大小，除影响生产率外，还影响锻件质量当当送进量太小送进量太小，而坯料厚度，而坯料厚度（h h0 0

14、）又比较大，即）又比较大，即当当l l0 0/ /h h0 00.50.5时时会出现锻不透的现象，坯料内部变形小而产生轴向拉应力，有会出现锻不透的现象，坯料内部变形小而产生轴向拉应力，有可能导致锻件内部产生可能导致锻件内部产生裂纹裂纹, ,如图如图4-294-29（a a）。）。送送进量过进量过大大（l l0 0/ /h h0 01 1），出现单鼓形，心部变形大，能锻透，），出现单鼓形，心部变形大，能锻透，但在鼓形的侧表面和棱角处受拉应力，产生但在鼓形的侧表面和棱角处受拉应力，产生外部横向裂纹和内外部横向裂纹和内部纵向裂纹部纵向裂纹。所以，实际生产时一般取所以，实际生产时一般取l l0 0/

15、/h h0 0=(0.5=(0.50.8)0.8)，绝对送进量常取，绝对送进量常取l l0 0/ /B B=(0.4=(0.40.80.8) )，B B为平砧的宽度为平砧的宽度 。264 4）送进量送进量的大小，除影响生产率外，还影响锻件质量的大小，除影响生产率外，还影响锻件质量当当送进量太小送进量太小，而坯料厚度，而坯料厚度（h h0 0）又比较大，即）又比较大，即当当l l0 0/ /h h0 00.5(0.5(0.50.75)h0.75)h。否则，会产生折叠，表面折叠产生主要是送进量否则，会产生折叠，表面折叠产生主要是送进量与压下量不合适，导致锻件报废与压下量不合适，导致锻件报废。拔长时

16、坯料温度应适中、均匀。锤击须快，锤击拔长时坯料温度应适中、均匀。锤击须快，锤击的轻重（打击力的大小）以能锻透坯料为准。的轻重（打击力的大小）以能锻透坯料为准。29(4)(4)型型砧拔长砧拔长 坯料在坯料在V V型砧或圆弧型砧中拔长型砧或圆弧型砧中拔长。V V型砧有两种型砧有两种情形情形: :即即“上上平下平下V”V”型和型和“上下上下V”V”型型。其其作用是利用侧压限制金属的横向流动，迫使金属沿轴向作用是利用侧压限制金属的横向流动，迫使金属沿轴向伸长。伸长。在型砧中拔长可提高生产率，防止内部纵向裂纹的产生。在型砧中拔长可提高生产率，防止内部纵向裂纹的产生。a a) )上下上下V V形砧形砧 b

17、)b)上平下上平下V V砧砧 c) c) 上下平砧上下平砧30（5 5）芯轴芯轴拔长拔长: :在拔长时孔中穿一根芯轴，是一种减小空在拔长时孔中穿一根芯轴，是一种减小空心坯料的壁厚而增加其长度的锻造心坯料的壁厚而增加其长度的锻造工序工序; ;变形变形区分为区分为A A区和区和B B区区, ,其中其中A A区是直接受力区区是直接受力区,B,B区是间接受区是间接受力区力区,B,B区的变形和受力由区的变形和受力由A A区变形引起区变形引起; ;适用于适用于锻造锻造长筒形锻件长筒形锻件 主要主要质量问题：质量问题：孔内壁开裂和壁厚不均孔内壁开裂和壁厚不均31(6)(6)拔长拔长时主要质量时主要质量问题和

18、问题和防止措施防止措施：质量问题质量问题：裂纹：裂纹, ,表面折叠表面折叠, ,端面端面内内凹凹, ,组织组织与性能不均与性能不均。防止措施防止措施: : （a a）表面横向裂纹与角裂表面横向裂纹与角裂，前者是由于送进量过大同时，前者是由于送进量过大同时压缩量也过大所引起的；后者除了变形原因外，主要是由压缩量也过大所引起的；后者除了变形原因外，主要是由于角部温度散失快，产生温度应力，引起表面拉力过大于角部温度散失快，产生温度应力，引起表面拉力过大( (应及时进行倒角应及时进行倒角);); （b b）表面折叠表面折叠 主要是由于送进量太主要是由于送进量太小小; ;32（c c）内部横向裂纹内部横

19、向裂纹 也是由于送进量太小，出现也是由于送进量太小，出现双鼓形特征，引发轴心拉应力。双鼓形特征，引发轴心拉应力。 （d d）内部纵向裂纹内部纵向裂纹 送进量过大，压下量较小送进量过大，压下量较小，所造成的中心拉应力。，所造成的中心拉应力。 （e e）端面内凹端面内凹 送进量太小，表面金属变形大送进量太小，表面金属变形大、轴心尚未来得及变形引起的。、轴心尚未来得及变形引起的。 此外还有：对角线裂纹，端面裂纹，端部孔壁裂此外还有：对角线裂纹，端面裂纹，端部孔壁裂纹纹33(7)(7)拔长操作方法拔长操作方法螺旋式翻转送进法螺旋式翻转送进法往复翻转送进法往复翻转送进法单面压缩法单面压缩法(8)(8)压

20、痕与压肩压痕与压肩: :在锻造阶梯轴时在锻造阶梯轴时, ,为了锻出台阶和为了锻出台阶和凹档凹档, ,应先用三角压棍压肩或用圆压棍压痕应先用三角压棍压肩或用圆压棍压痕34课后作业课后作业第一章课后思考题第一章课后思考题1;1;第二章课后思考题第二章课后思考题1,31,3. .第三章课后思考题第三章课后思考题3;3;第四章课后思考题第四章课后思考题1,5.1,5.35三、冲孔三、冲孔在坯料上锻制出透孔或不透孔的工序。在坯料上锻制出透孔或不透孔的工序。用途：各种带孔锻件和空心锻件的锻造。用途：各种带孔锻件和空心锻件的锻造。方法：方法：实心冲头冲孔实心冲头冲孔、空心空心冲头冲孔冲头冲孔和和垫环上冲孔垫

21、环上冲孔1 1、实心冲头冲孔、实心冲头冲孔高度高度70-80% 70-80% 翻转翻转 36 1 1）直接受力区（）直接受力区（A A区）区） 变形视为环形金属包围下变形视为环形金属包围下的镦粗。的镦粗。 应力状态为三向受压。应力状态为三向受压。 冲头附近为难变形区，且冲头附近为难变形区，且变形由上至下逐渐发展。变形由上至下逐渐发展。 2 2）间接受力区（）间接受力区（B B区）区） 轴向受一定的压应力轴向受一定的压应力（1 1）受）受力变形分析力变形分析37（2）坯料）坯料形状的变化形状的变化D0/d2-3 上端面拉上端面拉缩现象严重，外径明显增大缩现象严重，外径明显增大D0/d=3-5 几

22、乎没有拉缩现象，外径有所增大几乎没有拉缩现象，外径有所增大D0/d5 环壁较厚，扩径环壁较厚，扩径困难，形成凸台困难，形成凸台38 1 1）冲孔后坯料尺寸的计算（见）冲孔后坯料尺寸的计算（见p61p61公式）公式） 2 2）冲孔前坯料高度确定：）冲孔前坯料高度确定： 当当D D0 0/ /d d 5 5时时, , H H0 0 = = H H； 当当D D0 0/ /d d 5 5时，时，H H0 0 = (1.1 = (1.11.2)1.2)H H 坯料冲孔后的高度总是小于或等于坯料原高度。坯料冲孔后的高度总是小于或等于坯料原高度。 （3 3）冲孔坯料尺寸的计算）冲孔坯料尺寸的计算39（4

23、4）质量分析）质量分析1 1）优点）优点 操作简单，芯料损失较少，芯料高度操作简单，芯料损失较少，芯料高度h h0.250.25H H； 广泛用于孔径在广泛用于孔径在30-400mm30-400mm的冲孔锻件的冲孔锻件2 2）缺点）缺点 a a）“走样走样”：坯料高度减小，外径上小下大，下端面凸出，上端面凹进：坯料高度减小，外径上小下大，下端面凸出，上端面凹进的现象。的现象。D0/d太小太小先镦粗至先镦粗至D0/d340b b）孔冲偏）孔冲偏c c）斜孔）斜孔d d）裂纹裂纹 低塑性材料常见缺陷。低塑性材料常见缺陷。 外侧纵向裂纹系由该处切向拉应力所致，外侧纵向裂纹系由该处切向拉应力所致， D

24、 D0 0/ /d d愈小，最外层愈小，最外层金属的切向伸长愈大，愈易产生裂纹。金属的切向伸长愈大，愈易产生裂纹。 内孔圆角裂纹系由该处温降较大和冲头锥度所致。内孔圆角裂纹系由该处温降较大和冲头锥度所致。D0/d太小太小,外侧表面外侧表面金属受到切应力金属受到切应力;内孔圆角处温降大内孔圆角处温降大,塑性差塑性差增大增大D0/d;冲头锥度小冲头锥度小,多次加热多次加热,逐步冲成逐步冲成41形状形状变化小、芯料损失大变化小、芯料损失大大锻件能将钢锭和质量差的部分冲掉，钢锭冒口向下大锻件能将钢锭和质量差的部分冲掉，钢锭冒口向下适用于孔径大于适用于孔径大于400mm的锻件的锻件2、空心、空心冲头冲孔

25、冲头冲孔42形状形状变化小、芯料损失较大变化小、芯料损失较大、芯料、芯料( (连皮连皮) )高度高度为为h h = =（0.7-0.75%0.7-0.75%）H H适用于适用于D D0 0/ /d d 0.1250.125的薄饼锻件的薄饼锻件3、垫环上冲孔垫环上冲孔434-4 自由锻工艺规程的制定自由锻工艺规程的制定 自由锻工艺规程自由锻工艺规程的内容：的内容： 根据零件图绘制锻件图；根据零件图绘制锻件图； 确定坯料的质量和尺寸；确定坯料的质量和尺寸； 制订变形工艺及选用工具；制订变形工艺及选用工具； 选择设备吨位；选择设备吨位； 确定锻造温度范围，制订坯料加热和锻件冷却规范；确定锻造温度范围

26、，制订坯料加热和锻件冷却规范； 制订锻件热处理规范；制订锻件热处理规范； 提出锻件的技术条件和检验要求；提出锻件的技术条件和检验要求； 填写工艺规程卡片等。填写工艺规程卡片等。44一一、锻件图的制订与绘制、锻件图的制订与绘制锻件图锻件图是以零件图为基础，是以零件图为基础，考虑了考虑了加工余量加工余量、锻造公差锻造公差、锻造余块锻造余块、检验试样检验试样及及工工艺夹头艺夹头等因素绘制而成。等因素绘制而成。45 1加工余量加工余量 当锻造不能达到零件的当锻造不能达到零件的尺寸精度尺寸精度和和粗糙度粗糙度要求要求时，零件表面需增加一层供切削加工用的金属，称为时，零件表面需增加一层供切削加工用的金属，

27、称为机械加机械加工余量，简称余量工余量，简称余量。 零件的公称尺寸零件的公称尺寸余量后的尺寸余量后的尺寸锻件公称尺寸锻件公称尺寸锻件的余量、余块锻件的余量、余块46 2锻造余块锻造余块 为了简化锻件的外形或锻造工艺的需要，通为了简化锻件的外形或锻造工艺的需要，通常需要添加金属。这种加添的金属部分叫做余块。常需要添加金属。这种加添的金属部分叫做余块。 锻造时，有些零件上的锻造时，有些零件上的小孔小孔，狭窄的凹槽狭窄的凹槽或或台阶台阶等，一等，一般不锻出，而加上余块，以简化锻件形状和操作。但简化后般不锻出，而加上余块，以简化锻件形状和操作。但简化后的锻件形状，会增加金属的消耗和机械加工工时。因此，

28、是的锻件形状，会增加金属的消耗和机械加工工时。因此，是否要加放余块应根据零件的形状、尺寸和锻造技术水平及经否要加放余块应根据零件的形状、尺寸和锻造技术水平及经济效益等具体情况而定。济效益等具体情况而定。473锻造公差锻造公差 由于设备精度或技术差异，锻件实际尺寸由于设备精度或技术差异，锻件实际尺寸达不到公称尺寸，允许存在一定的误差，就是锻造公差。达不到公称尺寸，允许存在一定的误差，就是锻造公差。锻件上各部分不论是否需机械加工，都应注明锻造公差；锻件上各部分不论是否需机械加工，都应注明锻造公差；通常，锻造公差为余量的通常，锻造公差为余量的1/41/3；确定余量必须保证确定余量必须保证锻件在机械加

29、工时能获得所需要的零件锻件在机械加工时能获得所需要的零件尺寸和尺寸和粗糙度；粗糙度；选择选择余量和公差时根据工厂的实际情况来定。余量和公差时根据工厂的实际情况来定。484检验用试样及工艺夹头检验用试样及工艺夹头 供锻后组织性能检验以及方便锻供锻后组织性能检验以及方便锻后热处理的吊挂和机械加工的夹持等后热处理的吊挂和机械加工的夹持等。5绘制锻件图绘制锻件图 在锻造余量、公差和各种余块确定后，便可在锻造余量、公差和各种余块确定后，便可绘制锻件图。绘制锻件图。 锻件的外形用锻件的外形用粗实线粗实线描绘，标出锻造公称尺寸和公差，同描绘，标出锻造公称尺寸和公差，同时在公称尺寸后面或下面标出零件尺寸并加上

30、括号以示区别时在公称尺寸后面或下面标出零件尺寸并加上括号以示区别。为了帮助了解成品零件的形状和便于锻后检查余量，应在。为了帮助了解成品零件的形状和便于锻后检查余量，应在锻件图上用锻件图上用假想线（双点划线或细实线），假想线（双点划线或细实线），描绘出描绘出零件零件的轮的轮廓形状。廓形状。49 一一张完善的锻件图，除必须表明锻件的形状尺寸，余量张完善的锻件图，除必须表明锻件的形状尺寸，余量公差，材料牌号，锻后热处理方法和要求外，个别重要零件公差，材料牌号，锻后热处理方法和要求外，个别重要零件，还应在锻件图中表明截取机械性能实验，金相组织试样的，还应在锻件图中表明截取机械性能实验，金相组织试样的方

31、向和位置以及其它特殊要求。方向和位置以及其它特殊要求。 典典型型锻锻件件图图 50二、二、坯料质量和坯料质量和尺寸尺寸的确定的确定1坯料质量的坯料质量的计算计算 坯料的重量包括坯料的重量包括锻件质量锻件质量和和损耗质量损耗质量。损耗系损耗系数指火耗、切除料头与冲孔芯料等的损耗。即：数指火耗、切除料头与冲孔芯料等的损耗。即： G坯坯=(G锻锻 + G芯芯+ G切切)(1+)式中式中 G锻锻 锻件重量锻件重量(kg)，依公称尺寸确定；，依公称尺寸确定； G芯芯 冲孔芯料损失，取决于冲孔方式；冲孔芯料损失，取决于冲孔方式； G切切 拔长后切除料头的损失，取决于切除部位的尺拔长后切除料头的损失，取决于

32、切除部位的尺寸；寸； 钢料加热烧损率钢料加热烧损率512坯料尺寸的计算坯料尺寸的计算 头道工序用镦粗法锻造时头道工序用镦粗法锻造时，为避免弯曲，高径比应小于，为避免弯曲，高径比应小于2.5，为便于下料，高径比应大于，为便于下料，高径比应大于1.25。即。即 从而可得从而可得 圆坯料直径：圆坯料直径：D0 = (0.81.0) 方坯料边长方坯料边长 a0 = (0.750.9) 3V坯001.25H /D2.5G/V坯坯3V坯当头道工序为拔长时当头道工序为拔长时，原坯料直径应按锻件最大截面积，原坯料直径应按锻件最大截面积S锻锻, 并考虑锻比并考虑锻比KL和修整量等要求来确定和修整量等要求来确定：

33、 S坯坯KLS锻锻 即即D0 = 1.13KLS锻锻 再按国家材料规格再按国家材料规格，圆整到标准，圆整到标准直径或标准边长，然后计直径或标准边长，然后计算坯料高度（下料长度）算坯料高度（下料长度）： 圆坯圆坯料：料： 方坯料方坯料 ： 200H = V/a坯200H = V /( /4 D )坯3钢锭规格选择钢锭规格选择 第一种第一种方法（计算法）方法（计算法）先先根据各种损耗求出利用率根据各种损耗求出利用率 = 1-(冒口冒口 + 锭底锭底 + 烧损烧损)100%式中式中 碳素钢钢锭：碳素钢钢锭：冒口冒口 = 18%25%，锭底锭底 = 5%7% 合金钢钢锭：合金钢钢锭：冒口冒口 = 25

34、%30%，锭底锭底 = 7%10% 然后然后计算钢锭的计算计算钢锭的计算G锭锭 G锭锭=(G锻锻 + G损损)式中式中 G损损 除冒口、锭底及烧损外的损耗量。除冒口、锭底及烧损外的损耗量。 最后按最后按G锭参照有关钢锭规格表选取相应规格的钢锭。锭参照有关钢锭规格表选取相应规格的钢锭。54 第二种方法第二种方法(经验法经验法)：根据锻件类型，参照经验资料先定出概略的钢锭利用率根据锻件类型，参照经验资料先定出概略的钢锭利用率，然后求得钢锭的计算质量然后求得钢锭的计算质量 G锭锭 = G锻锻再从有关钢锭规格表中，选取所需的钢锭规格。再从有关钢锭规格表中，选取所需的钢锭规格。55三三、制订变形工艺和确

35、定锻造比、制订变形工艺和确定锻造比内容内容：确定锻件成形必须采用的：确定锻件成形必须采用的变形工序变形工序（自由（自由锻锻成形的基本工序、辅助工艺和修整成形的基本工序、辅助工艺和修整工序），工序），以以及各及各变形工序的顺序变形工序的顺序和和计算坯料工序尺寸计算坯料工序尺寸等等 各类锻件变形工序的选择，应根据锻件的各类锻件变形工序的选择，应根据锻件的形形状、尺寸和技术要求状、尺寸和技术要求，结合各，结合各锻造工序的变形特锻造工序的变形特点点，参考有关典型工艺而具体确定。，参考有关典型工艺而具体确定。56各各工序坯料尺寸设计和工序选择是同时进行的，在确工序坯料尺寸设计和工序选择是同时进行的，在确

36、定各工序毛坯尺寸时应注意：定各工序毛坯尺寸时应注意： 坯料尺寸必须符合变形规则。如镦粗时的高坯料尺寸必须符合变形规则。如镦粗时的高径比径比小于小于2.52.5等等。 应考虑各工序变形时坯料尺寸的变化规律。应考虑各工序变形时坯料尺寸的变化规律。如冲孔时坯料高度略有减小，扩孔时坯料高度略有增如冲孔时坯料高度略有减小，扩孔时坯料高度略有增加等。加等。 锻件最后需要精整时，应留有修整量。锻件最后需要精整时，应留有修整量。 大锻件须多火次完成时，应考虑中间各火次大锻件须多火次完成时，应考虑中间各火次加热的可能性。加热的可能性。57四、锻造比的确定四、锻造比的确定 锻造比是表示锻造比是表示锻件变形程度锻件

37、变形程度的一种方法，也是保的一种方法，也是保证锻件质量的一个重要指标。应合理选择锻造比。证锻件质量的一个重要指标。应合理选择锻造比。 型材型材一般经过大变形的锻轧，组织性能均得到改善，一般经过大变形的锻轧，组织性能均得到改善，一般不须考虑锻造比。一般不须考虑锻造比。 钢锭钢锭的锻造必须考虑锻造比。的锻造必须考虑锻造比。 一般要求锻造比一般要求锻造比大于大于3。58典型锻件的锻造比见表典型锻件的锻造比见表锻件名称锻件名称 计算部位计算部位 锻造比锻造比 锻件名称锻件名称 计算部位计算部位 锻造比锻造比 碳素钢轴碳素钢轴类锻件类锻件 最大截面最大截面 2.02.5 2.02.5 锤锤 头头 最大截

38、面最大截面 2.5 2.5 合金钢轴合金钢轴类锻件类锻件 最大截面最大截面 2.53.0 2.53.0 水轮机主水轮机主轴轴 轴轴 身身 2.5 2.5 热轧辊热轧辊 辊辊 身身 2.53.0 2.53.0 水轮机立水轮机立柱柱 最大截面最大截面 3.0 3.0 冷轧辊冷轧辊 辊辊 身身 3.55.0 3.55.0 模模 块块 最大截面最大截面 3.0 3.0 齿轮轴齿轮轴 最大截面最大截面 2.53.0 2.53.0 航空用大航空用大型锻件型锻件 最大截面最大截面 6.08.0 6.08.0 59 在使用锻锤进行锻造时，必须正确选择合适的设备在使用锻锤进行锻造时，必须正确选择合适的设备。用小

39、的设备锻造太大的锻件，锻件内部锻不透，而且。用小的设备锻造太大的锻件，锻件内部锻不透，而且生产率低。生产率低。 反之，小型锻件用太大的设备进行锻造速度慢，打反之，小型锻件用太大的设备进行锻造速度慢，打击力不易控制，也是不适宜的。击力不易控制，也是不适宜的。五、设备吨位的计算与选择五、设备吨位的计算与选择 根据根据作用在坯料上力的性质，自由锻设备分为作用在坯料上力的性质，自由锻设备分为锻锤锻锤和和液压机液压机两大类。两大类。60 锻锤产生冲击力使金属坯锻锤产生冲击力使金属坯料变形。料变形。锻锤的吨位是以落下锻锤的吨位是以落下部分的质量来表示的部分的质量来表示的。生产中。生产中常使用的锻锤是常使用

40、的锻锤是空气锤空气锤和和蒸汽蒸汽空气锤空气锤。空气锤空气锤利用电动机利用电动机带动活塞产生压缩空气，使锤带动活塞产生压缩空气，使锤头上下往复运动进行锤击。它头上下往复运动进行锤击。它的特点是结构简单，操作方便，的特点是结构简单，操作方便，维护容易，但吨位较小，只能维护容易，但吨位较小，只能用来用来锻造锻造100kg以下的小型锻以下的小型锻件件。蒸汽空气锤蒸汽空气锤采用蒸汽和采用蒸汽和压缩空气作为动力，其吨位稍压缩空气作为动力，其吨位稍大，大，可用来生产质量小于可用来生产质量小于1500kg的的锻件锻件。 61 正确选择锻锤的吨位，需要考虑正确选择锻锤的吨位，需要考虑变形面积、锻件的材质和变变形

41、面积、锻件的材质和变形温度形温度。精确计算选择锻锤的吨位，需要。精确计算选择锻锤的吨位，需要计算材料的变形力计算材料的变形力。 在实际工作中在实际工作中采用采用查表法查表法，既快，既快又方便又方便。 液压机产生静压力使金属坯料液压机产生静压力使金属坯料变形。目前大型水压机可达万吨以变形。目前大型水压机可达万吨以上，能锻造上，能锻造300300吨的锻件。由于静压吨的锻件。由于静压力作用时间长，容易达到较大的锻力作用时间长，容易达到较大的锻透深度，故液压机锻造可获得整个透深度，故液压机锻造可获得整个断面为细晶粒组织的锻件。断面为细晶粒组织的锻件。液压机液压机是大型锻件的唯一成形设备，大型是大型锻件

42、的唯一成形设备，大型先进液压机的生产常标志着一个国先进液压机的生产常标志着一个国家工业技术水平发达的程度家工业技术水平发达的程度。另外。另外，液压机工作平稳，金属变形过程，液压机工作平稳，金属变形过程中无振动，噪音小，劳动条件较好中无振动，噪音小，劳动条件较好。但液压机设备庞大、造价高。但液压机设备庞大、造价高。 624.5 大型锻件自由锻工艺特点大型锻件自由锻工艺特点 大型锻件泛指在大吨位锻压设备上锻造的大型锻件泛指在大吨位锻压设备上锻造的外形尺外形尺寸和重量较大寸和重量较大的锻件，其中主要是大型自由锻件，通的锻件，其中主要是大型自由锻件，通常把常把一万一万KN以上的锻造水压机或以上的锻造水

43、压机或5t以上自由锻锤上锻以上自由锻锤上锻造的重型锻件，称为造的重型锻件，称为大型锻件大型锻件。63 大型锻件生产的主要特点：大型锻件生产的主要特点： 质量要求严格质量要求严格 质量可靠、性能优良等冶金质量、锻质量可靠、性能优良等冶金质量、锻造、热处理技术的优化与控制、质量分析与测试技术等有造、热处理技术的优化与控制、质量分析与测试技术等有关。关。 工艺过程复杂工艺过程复杂 包括：冶炼、铸锭、加热、锻造、粗包括：冶炼、铸锭、加热、锻造、粗加工、热处理等。工艺环节多、周期长、连续性强、集体加工、热处理等。工艺环节多、周期长、连续性强、集体劳动、生产技术复杂。劳动、生产技术复杂。 生产费用高生产费

44、用高 材料、能源、工具、设备等消耗大，所材料、能源、工具、设备等消耗大，所以提高材料利用率、降低消耗、减少废品率，在技术上和以提高材料利用率、降低消耗、减少废品率，在技术上和经济上具有重要的意义。经济上具有重要的意义。64几个主要问题：几个主要问题：一、钢锭冶炼质量的一、钢锭冶炼质量的提高提高大型锻件多用钢锭直接锻造，优质钢锭的生产是大型锻件多用钢锭直接锻造，优质钢锭的生产是优质大型锻件制造的基础优质大型锻件制造的基础；钢锭中夹杂物少，钢质纯净度好，结晶结构合理钢锭中夹杂物少，钢质纯净度好，结晶结构合理，钢锭缺陷少；，钢锭缺陷少；1）提高炼钢用原材料的质量；）提高炼钢用原材料的质量；2）采用实

45、用的炉外精炼技术；）采用实用的炉外精炼技术；3）发展电炉炼钢，淘汰平炉炼钢；）发展电炉炼钢，淘汰平炉炼钢；4）改进连铸技术，严格控制浇注温度和浇注速度）改进连铸技术，严格控制浇注温度和浇注速度.65二二、大型钢锭的加热特点大型钢锭的加热特点横截面横截面尺寸大，加热时内外温度差比中小型锻坯尺寸大，加热时内外温度差比中小型锻坯大得多，大得多，温度应力、组织应力和残余应力温度应力、组织应力和残余应力等问题等问题要充分要充分重视；重视；制订制订严格的严格的加热规范加热规范，保证钢锭充分均匀，保证钢锭充分均匀热透；热透；对于高合金钢锻件，还要进行对于高合金钢锻件，还要进行高温扩散高温扩散，以减少，以减少偏析和不均匀结构的影响。偏析和不均匀结构的影响。66三、锻造对钢锭组织三、锻造对钢锭组织和性能的影响和性能的影响1破碎铸态组织，细化晶粒破碎铸态组织，细化晶粒 变形程度达到一定值，铸变形程度达到一定值，铸态的粗晶、树枝状晶以及晶界物质被击