自由锻主要工序分析课件

1、 第四章自由锻主要工序分析概 述自由锻：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。自由锻分类：手工锻造和机器锻造。自由锻工艺研究的内容：锻件的成型规律和提高锻件的质量两个方面。（1）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。（2）工具与坯料部分接触，逐步变形，所需设备功率比模锻小，可锻造大型锻件。（3）靠人工操作控制锻件的形状和尺寸，效率低、劳动强度大。4.1.1 自由锻工艺过程特征4.1 自由锻工艺过程特征和工序分类4.1.2 自由锻工序分类（1)基本工序：改变坯料的现状和尺寸以获得锻件的工序。 镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、 弯曲切割错移扭转、锻接等。

2、基本工序 辅助工序 修整工序 图4.1 自由锻基本工序4.1.2 自由锻工序分类（2)辅助工序：为了完成基本工序而使坯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。预压钳把钢锭倒棱分段压痕 辅助工序 图4.2 自由锻辅助工序4.1.2 自由锻工序分类（3)修整工序：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。鼓形滚圆、端面平整、弯曲校正等。弯曲校正鼓形滚圆端面平整修整工序 图4.3 自由锻修整工序4.2 镦粗工序 镦粗的定义： 使坯料高度减小而横截面积增大的成形工序。 图4.4 镦粗镦粗用途: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；冲孔前使坯料横截面增大和冲孔

3、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；提高下一步拔长工序的锻造比。4.2.1 平砧镦粗主要方法: 平砧镦粗、垫环镦粗和局部镦粗。1、定义： 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.2、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3. 平砧镦粗变形分析IIIIIIIIIIII 图4.5 平砧镦粗变形分布与应力状态分析区域：难变形区；区域：大变形区；区域：小变形区，变形程度介于区域与区域之间。变形结果：变形

4、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:4、平砧镦粗变形分析 图4.6 平砧镦粗变形分布与应力状态区域：小变形区区域：大变形区区域：难变形区变形结果：易出现鼓形及纵向开裂，变形不均匀。区域：主要是工具与坯料端面摩擦力的影响,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5. 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

5、匀，锻件性能也不 均匀；() 高径比较大的坯料，易产生纵向弯曲, 变形失稳。6、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；()采用软金属垫镦粗4.7 软金属垫镦粗一般为碳素钢(3)采用凹形毛坯镦粗图4.8 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(4) 叠料镦粗；(适用于扁平的圆盘锻件)图4.9 软金属垫镦粗（1）叠料（2）第一次镦粗（3）翻转叠料（4）第二次镦粗(5) 套环内镦粗图4.10 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(6) 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

6、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。4.2.2 垫环镦粗 ：单个垫环镦粗、两个垫环镦粗。垫环镦粗的关键：能否锻出所要求的凸肩高度。双垫环镦粗单垫环镦粗坯料高度与直径之比（H0/D0）、环孔与坯料直径之比(d/D0)、变形程度（H）、环孔斜度（）及摩擦条件等。分流面的位置与下列因素有关：图4.12 单垫环镦粗4.2.3 局部镦粗 : 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。特点：与平砧镦粗相似，但受“刚端”的影响。4.13 局部镦粗 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

7、，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。4.3 拔长定义：使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序。 用途:成形轴杆类锻件； 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。1.变形程度表示：以坯料拔长前后截面积之比锻造比KL表示，KL=A0A.变形参数：设拔长前变形区的长、宽、高分别为l0、b0、h0，拔长后变形区的长、宽、高分别为l、b、h，送进量l0 ，相对送进量l0/h0 ，压下量hh0h，展宽量bbb0,拔长量lll0。4.3.1 矩形截面坯料的拔长影响拔长效率的因

8、素1）进料比l：通常取l=（0.40.8）b ；2）压下量h ：h大，效率高，在材料塑性允许的前提下，尽量提高。3拔长工序分析 图4.14 矩形截面拔长4.影响拔长质量因素: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。 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。 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/

9、h00.50.8较为合适，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。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4.16 拔长砧子形状及其对变形区分布的影响 a)上下V形砧 b)上平下V砧 c) 上下平砧 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

10、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。 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4.18 平砧拔长圆形截面坯料时截面变化过程拔长操作：4.19 拔长操作方法拔长操作的影响 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

11、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，这样可使锻件沿轴线方向的变形趋于均匀。4.3.2 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。 图4.20 心轴拔长 1坯料 2锻件 3心轴 4 砧子4.4.1 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：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坯料分成两部分：冲头下面的圆

12、柱区镦粗，端面下凹。冲头以外的圆环区胀形，直径增大。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: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/

13、D0.125的薄饼锻件。4.4.2 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4.24 冲子扩孔 扩孔时由于沿径向胀孔，在坯枓切向有拉应力，容易胀裂.为了防止锻件胀裂，要求每次扩孔量不宜过大，扩孔量的大小可依表选取；应避免扩孔时温度过低，即每火扩孔次数不宜多。根据经验，当锻件重量小于30公斤， 冲孔后可扩孔12次。再加热一次，允许再扩孔1一2次。当锻件重量大于30公斤时，冲孔后可扩孔一次。再加热一次，允许再扩孔2一3次。2.心轴扩孔：相当于使坯料沿圆周方向拔长。动画演示特点：金属主要沿切向流动，高度稍有增加。芯轴的选取：芯轴强度和锻件质量。芯轴太细：锻造易折断和锻件内壁形成梅花压痕；芯轴直径应随孔径扩大而增大，最多可更换三次芯轴。图4.25 心轴扩孔(马架扩孔）4.4.3 弯曲：将坯料弯成所规定外形的锻造工序，用以锻造各种弯曲类锻件。特点：内边金属受压缩，可能产生折叠；外边金属受拉伸，容