自由锻工艺课件

1、第5 章 自由锻工艺过程自由锻生产应根据锻件的形状和锻造工艺过程特点制定工艺过程规程，安排生产。工艺：把原材料或半成品加工成产品的方法、 技术和过程。工序：生产过程中的每一道程序。自由锻工艺过程规程的制定包括: 设计锻件图、 确定坯料质量和尺寸、 确定变形工艺过程和锻造比、 选择锻造设备等主要内容。5.1 自由锻件的分类按外形特征及其成形方法，为6 类： 饼块类、空心类、轴杆类、 曲轴类、弯曲类、复杂形状类。1. 饼块类锻件 外形特征为横向尺寸大于高度尺寸，或两者相近，如圆盘、叶轮、齿轮、模块、锤头等。2. 空心类锻件外形特征有中心通孔，一般为圆周等壁厚中空锻件，轴向可有阶梯变化。如圆环、齿圈

2、和各种圆筒(异形筒)、缸体、空心轴等。空心类锻件的自由锻过程所采用的基本工序为镦粗、冲孔、扩孔和轴拔长，辅助工序和修整工序为倒棱、滚圆、校正等。3. 轴杆类锻件外形特征为轴向尺寸远远大于横向尺寸的实轴轴杆，可以是直轴或阶梯轴，如传动轴、车轴、轧辊、立柱、拉杆等，也可以是矩形、方形、工字形或其他形状截面的杆件，如连杆、摇杆、杠杆、推杆等。轴类锻件的自由锻过程基本工序是拔长，或镦粗加拔长；辅助工序 和修整工序为倒棱、滚圆和校直。曲轴类锻件的锻造过程锻造曲轴类锻件的基本工序是拔长、错移和扭转；辅助工序和修整工序为分段压痕、局部倒棱、滚圆、校正等。5. 弯曲类锻件外形特征是轴线有一处或多处弯曲，沿弯曲

3、轴线，截面可以是等截面，也可以是变截面。弯曲可以是对称弯曲和非对称弯曲。6. 复杂形状类锻件复杂形状类锻件:外形特征除了上述五类锻件以外的其他形状锻件，也可以是由上述5类锻件特征所组成的复杂锻件，如阀体、叉杆、吊环体、十字轴等。复杂形状类:由于这类锻件锻造难度较大，所用辅助工序较多，因此，在锻造时应合理选择锻造工序，保证锻件顺利成形。5.2 自由锻件变形工艺过程的确定制定自由锻件的变形工艺过程:确定锻件成形必须采用的基本工序、辅助工序和修整工序，以及确定各变形工序顺序和中间坯料尺寸等。制定变形工艺过程规程是编制自由锻规程最重要的部分。对于同一锻件，不同的工艺过程规程会产生不同的效果。合理的工艺

4、过程使变形过程工序少、时间短，保证锻件各部分尺寸。各类锻件变形工序的选择，应：根据锻件的形状、尺寸和技术要求；结合各锻造工序的变形特点；参考有关典型工艺过程具体确定。例如锤上或水压机上锻造空心锻件的工艺过程方案，可参考下图。数件合锻(或冲孔扩孔镦环) 冲孔心轴扩孔冲孔冲头扩孔心轴扩孔 冲孔冲头扩孔冲头拔长心轴扩孔水压机锻造空心锻件的工艺过程方案选择5.3 自由锻工艺过程规程的制定自由锻工艺过程规程是指导、组织锻造生产，确保锻件品质的技术文件。它包括如下具体内容：(1) 根据零件图绘制锻件图。(2) 确定坯料的质量和尺寸。(3) 制定变形工艺过程及选用工具。(4) 确定设备吨位。(5) 选择锻造

5、温度范围，制定坯料加热和锻件冷却规范。(6) 制定锻件热处理规范。(7) 提出锻件的技术条件和检验要求。(8) 填写工艺过程规程卡片等。制定自由锻工艺过程规程，必须密切结合生产实际条件、设备能力和技术水平等实际情况，力求在经济合理、技术先进的条件下生产出合格的锻件。 5.3.1 自由锻件图的制定与绘制锻件图是编制锻造工艺过程、设计工具、指导生产和验收锻件的主要依据。它是在零件图的基础上考虑加工余量、锻件公差、锻造余块、检验试样及操作用夹头等因素绘制而成。1. 加工余量一般锻件的尺寸精度和表面粗糙度达不到零件图的要求，锻件表面应留有供机械加工用的金属层，这层金属称为机械加工余量(简称余量)。余量

6、大小的确定与零件的形状尺寸、加工精度、表面品质要求、锻造加热品质、设备工具精度和操作技术水平等有关。对于非加工面则无须加余量。零件公称尺寸加上余量，即为锻件公称尺寸。2. 锻件公差锻造生产中，由于各种因素的影响，如终锻温度的差异，锻压设备、工具的精度和工人操作技术水平的差异，锻件实际尺寸不可能达到公称尺寸，允许有一定的偏差。这种偏差称为锻造公差。锻件尺寸大于其公称尺寸的部分称为上偏差(正偏差)，小于其公称尺寸的部分称为下偏差(负偏差)。锻件上各部位不论是否机械加工，都应注明锻造公差。通常锻造公差约为余量的1/41/3。锻件的余量和公差具体数值可查阅有关手册，或按工厂标准确定。在特殊情况下也可与

7、机加工技术人员商定。4. 检验试样及操作用夹头对于某些有特殊要求的锻件，须在锻件的适当位置添加试样余块，以供锻后检验锻件内部组织及测试力学性能。另外，为了锻后热处理的吊挂、夹持和机械加工的夹持定位，常在锻件的适当位置增加工艺过程余块和操作用夹头，如上图所示。5. 绘制锻件图在余量、公差和各种余块确定后，便可绘制锻件图。锻件图中，锻件形状用粗实线描绘。为了便于了解零件的形状和检验锻后的实际余量，在锻件图内，用假想线(双点划线)画出零件形状。锻件尺寸和公差标注在尺寸线上面，零件的公称尺寸要加上括号，标注在相应尺寸线下面。如锻件带有检验试样、热处理夹头时，在锻件图上应注明其尺寸和位置。在图形上无法表

8、示的某些技术要求，以技术条件的方式加以说明。 1. 毛坯质量的计算毛坯质量G坯为锻件质量与锻造时各种金属损耗质量之和： 式中G锻锻件质量(kg)。锻件质量按锻件的公称尺寸计算； G损各种金属损耗质量(kg)，包括钢料加热烧损G烧、冲孔心料损失G心、端部切头损失G切。用钢锭锻造时，还应考虑冒口质量和锭底质量。钢料加热烧损G烧，即为烧损率。一般以坯料质量的百分比表示。其数值与所选用的加热设备类型有关，可参见有关资料。冲孔心料损失G心(kg)，取决于冲孔方式、冲孔直径d(dm)和坯料高度H0(dm)。在数值上可按以下公式计算：实心冲子冲孔：空心冲子冲孔：垫环冲孔 端部的切头损失G切(kg)为坯料拔长

9、后端部不平整而应切除的料头质量，与切除部位的直径D (dm)或截面宽度B (dm)和高度H (dm)有关，可按下式计算：圆形截面：矩形截面 ： 在采用钢锭锻造时，为保证锻件品质，必须切除钢锭的冒口和锭底。切除的质量以占钢锭质量的百分比表示。 2. 坯料尺寸的确定 坯料尺寸与锻件形工序有关，采用的锻造工序不同，计算坯料尺寸的方法也不同。1）当头道工序采用镦粗方法制造时，为避免产生弯曲，坯料的高径比应小于或等于2.5； 但坯料过短会使坯料的剪切下料操作困难。为便于剪切下料，高径比应等于或大于1.25，即 1.25H0/D02.5 将H0(1.252.5)D0代入到： 得到坯料直径D0(或边长a0)

10、 ：2）当头道工序为拔长时，原坯料直径应按锻件最大截面积F锻，并考虑锻比和修整量等要求确定。从满足锻比要求的角度出发，原坯料截面积F坯： 由此算出原坯料直径D0，即 初步算出坯料直径D0(或边长a0)后，应按材料的国家标准，选择标准直径或标准边长，再根据选定的直径(或边长)计算坯料高度(即下料长度)：圆坯料 3. 钢锭规格的选择 根据钢锭损耗或经验确定钢锭利用率，计算钢锭质量，然后从有关资料查表选取钢锭规格。 5.3.3 锻造比的确定锻造比(简称锻比)是表示锻件变形程度的一种方法，也是保证锻件品质的一个重要指标。锻比的大小能反映锻造对锻件组织和力学性能的影响。一般规律是，随着锻比增大，由于内部

11、孔隙的焊合，铸态树枝晶被打碎，锻件的纵向和横向力学性能均得到明显提高；当锻比超过一定数值时，由于形成纤维组织，其横向力学性能(塑性、韧性)急剧下降，导致锻件出现各向异性。因此，在制定锻造工艺过程规程时，应合理地选择锻比。用钢材锻制锻件(莱氏体钢锻件除外)，由于钢材经过了大变形的锻造或轧制，其组织与性能均已得到改善，一般不必考虑锻比。用钢锭(包括有色金属铸锭)锻制大型锻件时，就必须考虑锻比。锻比一般取 24。合金结构钢比碳素结构钢铸造缺陷严重，锻比应大些，重要受力件的锻比要大于一般锻件的锻比，可达 68。 由于各锻造变形工序变形特点不同，则各工序锻比和变形过程总锻比的计算方法也不尽相同，可参照表

12、 5-2 计算。5.3.4 自由锻造设备吨位计算与选择 自由锻的常用设备为锻锤和水压机，锻造过程中这类设备不会发生过载损坏。但设备吨位选得过小，锻件内部锻不透，生产效率低；设备吨位选得过大，不仅浪费动力，而且由于大设备的工作速度低，同样也影响生产率和锻件成本。因此，正确选择锻造设备吨位是编制工艺过程规程的一个重要环节。 自由锻造所需设备吨位，主要与变形面积、锻件材质、变形温度等因素有关。自由锻造时，变形面积由锻件大小和变形工序性质决定。镦粗时锻件与工具的接触面积相对于其他变形工序要大得多，而很多锻造过程均与镦粗有关，因此，常以镦粗力的大小来选择自由锻设备。 确定设备吨位的传统方法有：理论计算法

13、和经验类比法两种。理论计算法：根据塑性成形原理的公式计算变形力或变形功选择设备吨位；经验类比法：根据生产实践统计整理出的经验公式或图表选择设备吨位； 现在也可以：采用计算机数值模拟的方法准确而快速计算出变形力及其他力能参数。 5.4 制定自由锻工艺过程规程举例以齿轮零件为例，制定自由锻工艺过程规程。该零件材料为 45钢，生产批量小，采取自由锻锻造齿轮坯。 1. 设计、绘制锻件图 自由锻工艺过程不可能锻出零件的齿形和圆周上的狭窄凹槽，应加上余块，简化锻件外形。根据 JB 4249.61986圆环类自由锻件机械加工余量和公差标准查得：锻件水平方向的双边余量和公差为 a(125)mm，锻件高度方向双

14、边余量和公差为 b(104)mm，内孔双边余量和公差为(146)mm。绘制齿轮的锻件图，如图 5.11 所示。 2. 确定变形工序及工序尺寸 由锻件图 5.11 知 D301mm，凸肩部分 D 肩213mm，d131mm，H62mm，凸肩部分高度 H 肩31mm，得到 D/d=1.63，H/d=0.47，参照图 5.6；变形工序为： 镦粗冲孔冲子扩孔根据锻件形状特点，各工序坯料尺寸确定如下： (1) 镦粗 由于锻件带有单面凸肩，需采用垫环镦粗，如图5.12所示，需确定垫环尺寸。 垫环孔腔体积V垫应比锻件凸肩体积V肩大 10%15%(厚壁取小值，薄壁取大值)，本例取12%，经计算V肩753253

15、 mm3，则考虑到冲孔时会产生拉缩，垫环高度H垫应比锻件凸肩高度H肩增大 15%35%(厚壁取小值，薄壁取大值)，本例取 20%。 垫环内径d垫可根据体积不变条件求得，即 垫环内壁应有斜度 7，上端孔径定为 163 mm，下端孔径为 154 mm。 为了去除氧化皮，在垫环镦粗之前应进行平砧镦粗，平砧镦粗后坯料的直径应略小于垫环内径，经垫环锻粗后上端法兰部分直径应小于锻件最大直径。 (2) 冲孔 冲孔应使冲孔心料损失小，同时扩孔次数不能太多，冲孔直径d冲应小于或等于 D/3，即d D/3213/3 =71(mm)，实际选用 d60 mm。 (3) 扩孔 总扩孔量为锻件孔径减去冲孔直径，即(13160)71(mm)。一般每次扩孔量为 2530 mm，分配各次扩孔量。现分三次扩孔，各次扩扩孔量为 21 mm、25 mm、25 mm。 (4) 修整锻件 按锻件图进行最后修整。 3. 计算坯料尺寸 坯料体积 V0 包括锻件体积V锻 和冲孔芯料体积V心 ，并加上烧损体积，即 V0 = (V锻+ V心)(1 +) 锻件体积按锻件图公称尺寸计算：V锻2 368 283 mm 3 。 冲孔心料体积：冲孔心料厚度与毛坯高度有关。因为冲孔毛坯高度H孔1.05H锻1.056265(mm)，H心(0.20.3)H孔，取 0.2，则H心0.265 =13(