第三章自由锻造工艺

第三讲自由锻造工艺第一节概述第二节自由锻工序及锻件分类第三节自由锻基本工序分析第四节自由锻工艺规程的制定第五节胎模锻

第一节概述一、自由锻概念只采用通用工具或直接在锻造设备的上、下砥铁间使坯料自由变形，获得锻件毛坯的塑性成形方法称为自由锻。二、自由锻分类1手工自由锻生产中小型锻件2机器自由锻包括锻锤自由锻和水压机自由锻，用于大型或较大型的锻件生产。三、自由锻用材轧材（中小型锻件）或钢锭（大型锻件）。四、自由锻特点优点：工具简单、通用性强、工艺灵活、生产准备周期短。缺点：锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。五、自由锻的应用自由锻主要应用于单件、小批量生产，修配以及大型锻件的生产和新产品的试制、模锻件的制坯等方面，是特大型锻件的唯一生产方法。六、自由锻造的主要设备1.锻锤:空气锤、蒸汽—空气锤★

锻锤是以冲击力使坯料变形的，设备规格以落下部分的重量来表示。★空气锤的吨位较小，只有0.5～10kN，用于锻100kg以下的锻件；蒸汽—空气锤的吨位较大，可达10～50KN,可锻1500kg以下的锻件。2.液压机：油压机、水压机液压机是以液体产生的静压力使坯料变形的，设备规格以最大压力来表示。水压机的压力大，可达5000～15000kN，是锻造大型锻件的主要设备。空气锤单柱蒸汽—空气锤双柱蒸汽—空气锤10T桥式电液锤10T电液锤-15T操作机械手8000吨自由锻油压机能生产最最大锻件件为600吨。。主要用用于核电电筒体、、反应器器筒节、、封头板板、大型型轧辊等等锻件。。高达25米、重重4000多吨吨的“新新一代钢钢铁巨人人”、““超级级大力士士”。全球只有有3台。。１５００００吨自自由锻水水压机晚香玉第二节自自由锻工工序及锻锻件分类类一、自由由锻工序序★锻造工工序锻造过程程中直接接改变坯坯料形状状和尺寸寸的工艺艺过程。。★自由锻锻的工序序分为：：基本工序序、辅助助工序、、精整工工序自由锻件件的成形形都是这这三类工工序的组组合1基本本工序使坯料实实现主要的变变形要求求，达到或或基本达达到锻件件所需要要形状和和尺寸的的工序。。主要有：：镦粗、、拔长、、冲孔、、弯曲、、扭转、、错移、、切割。。2辅助工序基本工序之前前的预变形工序，主要有：：压钳口、倒倒棱、压肩等等3精整工序在完成基本工工序之后，用用以提高锻件尺寸寸及位置精度度的工序。预压钳把钢锭倒棱分段压痕辅助工序弯曲校正鼓形滚圆端面平整修整工序二、自由锻件件分类饼块类、、空心类、、轴杆类、曲轴类、弯曲曲类、复杂形形状类1饼块类锻锻件外形横向尺寸寸大于高度尺尺寸，或两者者相近，如圆圆盘、叶轮、、齿轮、模块块、锤头等。。锻造基本工序序：镦粗例：齿轮的锻锻造过程2空心类锻锻件这类锻件有中中心通孔，一一般为圆周等等壁厚锻件，，轴向可有阶阶梯变化，如如各种圆环、、齿圈、轴承承环、各种圆圆筒、空心轴轴等。锻造基本工序序：镦粗、冲孔、、扩孔或芯轴拔拔长例：圆环及圆圆筒的锻造工工艺过程3轴杆类锻锻件这类锻件为实实心轴杆，轴轴向尺寸远远远大于横截面面尺寸，可以以是直轴或阶阶梯轴，如传传动轴、轧辊辊、立柱、拉拉杆等，也可可以是矩形、、方形、工字字形或其他形形状截面的杆杆件如连杆、、摇杆、杠杆杆、推杆。锻造基本工序序：拔长，或镦粗粗+拔长例：传动轴的的锻造过程4曲轴类锻锻件这类锻件为实实心长轴，锻锻件不仅沿轴轴线有截面形形状和面积的的变化，而且且轴线有多方方向弯曲，包包括各种形式式的曲轴。锻造基本工序序：拔长、错移、、扭转例：三拐曲轴轴锻造过程5弯曲类锻锻件这类锻件具有有弯曲的轴线线，一般为一一处弯曲或多多处弯曲，沿沿弯曲轴线，，截面可以是是等截面，也也可以是变截截面；弯曲可可以是对称和和非对称弯曲曲。基本锻造工序序：拔长、弯曲例：卡瓦的锻锻造过程非洲菊★自由锻实例例圆轴锻件锻造造盘套锻件锻造造叉杆锻件锻造造大型锻件锻造造全纤维自由锻锻造42第三节自自由锻基本工工序分析一、镦镦粗使坯料整体或或一部分高度度减小截面积积增大的工序序锻造比为：Y镦=H0/H镦粗比为：H0/D01镦粗粗的作用a获得横截截面较大而高高度较小的锻锻件（饼块件）。。b用作冲孔前的准备备工序(增大坯坯料的横截面面积以便于冲孔)。c“反复镦拔法”，镦粗与拔拔长相结合，，可提高锻锻造比，同时击碎碎合金工具钢钢中的块状碳碳化物，并使使其分布均匀以以提高锻件的的使用性能。。

d提高锻锻件的横向力力学性能以减小力学性能能的异向性。2镦粗主要要方法完全镦粗、局局部镦粗和垫垫环镦粗3镦粗粗的变形流动动特点（针对对圆截面坯料料平砧镦粗讨讨论）特点：金属变形不均均匀影响变形不均均匀的因素：：摩擦力、坯料料尺寸1)摩擦力的的影响根据镦粗后网网格的变形程程度分为三个个变形区区域Ⅰ：难变变形区；区域Ⅱ：大变变形区；区域Ⅲ：小变变形区，变形形程度介于ⅠⅠ与Ⅱ之间。。平砧镦粗变形形与应力状态态分析平砧镦粗2)坯料尺寸的影影响不同高径比坯坯料镦粗时鼓鼓型情况与变变形分布Ⅰ—难变形区区ⅡⅡ—大变形区区Ⅲ——小变形区ⅣⅣ——均匀变形4镦粗的的质量问题及及控制质质量问题：侧表面产生纵纵向或45ºº裂纹；侧侧表面出出现鼓形；上上下端端存留铸态组组织；高高坯料镦粗粗易失稳弯曲；。质量控制措施施：a采用润滑滑、预热工具具b用侧凹形毛坯坯镦粗c使用软金金属垫镦粗d叠料镦粗粗、套环内镦镦粗f反复镦粗粗拔长工艺h采采用合适的锻锻造比及锻造造力28侧凹镦粗，在在侧凹面上产产生径向压应应力分量，可可以避免侧表表面纵向开裂裂，并减小鼓鼓型软金属垫镦粗套环内镦粗叠料镦二、拔长1概述2矩形截面坯料料拔长3圆形截面坯坯料的拔长4空心件拔长长5拔长的操作作要点1概述a定义使坯料横截面面减小而长度度增加的锻造造基本工序。。拔长时的锻造造比：Y拔＝F0/Fb拔长变形实质质一系列镦粗工序的叠叠加组合,但受两端“刚刚端”的影响响，不是镦粗粗的简单叠加加。c拔长的作用用★由横截面积较较大的坯料得到横截面积较小而轴向向较长的轴类类锻件；★作为辅助工序序进行局部变形；★“反复镦拔”工序。d拔长的类型按砧铁类型分分为：平砧铁间拔长长、型砧拔长长、芯轴拔长长按坯料截面形形状分为：矩形截面坯料料拔长、圆截截面坯料拔长长29目录平砧拔长30目录2矩形截面面毛坯拔长1）所用砧铁铁类型：平砧2）变形参数数设拔长前变形形区的长、宽宽、高分别为为l0、b0、h0；拔长长后变变形区区的长长、宽宽、高高分别别为l、b、h，则：：L0称为送进量量l0/h0称为相对送送进量量Δh＝h0－h称为压下量量Δb＝b－b0称为展展宽量量Δl＝l－l0称为拔拔长量量a送送进量量采用小的送送进量量拔长长可使轴轴向变变形量量增大大而横横向变变形量量减小小，有利于于提高高拔长长效率率，但送送进量量不能太太小，，否则会会增加加压下下次数数，反反而降降低拔拔长效效率，，另外外还会会造成成表面面缺陷陷。一般取取：相对送送进量量为：：l0/h0=0.5～0.8绝对送送进量量为：l0=（0.4～0.8）B；3)影影响矩矩形截截面坯坯料拔拔长效效率的的因素素送进量量大，，变形形出现现单鼓鼓形，，截面面的中中心变变形大大，能能锻透透，但但侧面面和棱棱脚部部位出出现拉拉应力力，可可能产产生拉拉裂缺缺陷。。送进量量小，，变形形出现现双鼓鼓形，，截面面的上上下变变形大大，中中心部部位小小，中中心出出现拉拉应力力，产产生中中心拉拉裂缺缺陷。。b.压压下量量ΔhΔh大大，可可提高高拔长长效率率，同同时可可强化化心部部变形形，有有利于于锻合合内部部缺陷陷，在在材料料塑性性允许许的前前提下下，尽尽量提提高。。4）矩形截截面拔拔长的的缺陷陷及防防止方方法a表面横横向裂裂纹与与角裂裂产生原原因：：锻造低塑性性材料料时，当当送进量量过大大，同时时压缩量量过大大所引起起的；；角部部温度度散失失快，，产生生热应应力。。防止方方法：：控制送送进量量、一一次压压下量量；及及时倒倒角。。b表面折折叠★表面面横向向折叠叠★表面面纵向向折叠叠C内部横横向裂裂纹产生原原因相对送送进量量太小小，拔拔长变变形区区出现现双鼓鼓形，，轴心心部位位受到到轴向向拉应应力的的作用用，导导致中中心裂裂纹。。防止方方法适当增增加送送进量量，控控制一一次压压下量量。d对角线线裂纹纹对角线线裂纹纹与坯坯料的的变形形情况况ab产生场场合：拔长塑塑性较较差的的材料料，或或温度度降到到终锻锻温度度以下下的方方截面面坯料料时。。裂纹纹可以以是内内部的的，也也可能能是从从端部部开始始，然然后沿沿轴向向向坯坯料内内部发发展的的。产生原原因：◆锻造造温度度下反反复翻翻转拔拔长时时，金金属沿沿对角角线流流动，，因剪剪应力力引起起对角角线处处局部部金属属过热热、过过烧，，致对对角线线金属属强度度降低低而开开裂。。◆低温温下反反复翻翻转拔拔长时时，对对角线线附近近金属属相对对流动动过于于剧烈烈，产产生严严重的的加工工硬化化现象象，产产生对对角线线裂纹纹。防止方方法：：控制锻锻造温温度、、送进进量；；减小小一次次变形形量；；避免免反复复在同同一部部位连连续翻翻转锻锻打；；改变变四方方截面面压缩缩成六六方截截面压压缩。。e端面面缩口口因拔长长时首首次送送进量量太小小产生生的。。拔长和和侧面面修直直时坯坯料端端面缩缩口a拔长长b侧面面修直直3圆圆形截截面毛毛坯拔拔长1）在在平砧砧上拔拔长特点：：拔长效率低低若压下下量小小时易易在锻锻件内内形成成纵向裂裂纹解决方方法：：a先先将圆圆截面面毛坯坯压成成矩形形断面面，后后拔长长，再再压成成八角角形，，最后后锻圆圆。b用型型砧拔拔长平砧拔拔长圆圆截面面毛坯坯时的的截面面变化化过程程2）型型砧（（或摔摔子））内拔拔长圆圆截面面坯料料特点：■拔长效效率高高，与与平砧砧比可可提高高拔长长效率率20%～40%；；■可防止止纵向向裂纹纹产生生4空空心心件拔拔长减小空空心坯坯料外外径而而增加加长度度的锻锻造工工序，，用以以锻造造各种种长筒筒锻件件。心轴拔长1坯料2锻件3心轴4砧子5拔拔长长的操操作要要点★坯料在在平砥砥铁上上拔长长时应应反复复作90o翻转,圆轴轴应逐逐步成成形,最后摔摔圆；；★应选用用适当当的送送进量量,以以提高高拔长长效率率，一一般取取l0=(0.4～0.8)B；★拔长后后的宽宽高比比b/h≤2.5，以免免翻转转90o后再拔拔长时时弯折折；33翻转法拔长圆轴逐步拔长法翻转法法拔长长三、冲冲孔孔采用冲冲子将将坯料料冲出出透孔孔或不不透孔孔的锻锻造工工序1冲冲孔的的应用用1）锻锻件带带有直直径大大于30mm以以上的盲孔孔或通孔孔；2）需需要扩孔的的环形形锻件件预冲孔孔；3）需需要拔长的的空心心件预冲孔孔。2冲冲孔的的方法法实心冲冲子冲冲孔、、空心心冲子子冲孔孔、垫垫环上上冲孔孔实心冲冲子冲冲孔空心冲冲子冲冲孔在垫环环上冲冲孔冲孔方方法34◆当D0/d≤≤2～～3时时：拉拉缩严严重，，外径径明显显增大大；◆当D0/d＝＝3～～5时时：几几乎无无拉缩缩，外外径有有所增增大；；◆当D0/d＞＞5时时：多多余金金属挤挤向端端面形形成凸凸台。。3冲冲孔孔件的的形状状与坯坯料直直径D0、孔径d的关关系冲孔时时坯料料形状状的变变化四扩扩孔减小空空心坯坯料壁壁厚而而增加加其内内外径径的锻锻造工工序，，用以以锻造造各种种圆环环锻件件。★冲子扩扩孔★芯轴扩扩孔★辗压扩扩孔五弯弯曲将毛坯坯弯成成所需需形状状的工工序弯曲时坯料的形状变化六扭扭转将毛坯坯一部部分相相对于于另一一部分分绕其其轴线线旋转转一定定角度的的工序序七错错移将坯料料的一一部分分相对对另一一部分分相互互平行行错移移的锻锻造工工序。。用以以锻造造曲轴轴类锻锻件，，错移移前坯坯料需需要压压肩。。

错移a)在一个平面内的错移b)在两个平面内的错移八切切割割将毛坯坯一部部分或或几部部分切切掉以以获得得所需需形状状的锻锻件的的工序序第四节节自自由锻锻工艺艺规程程的制制定一、概概述二、自自由锻锻件的的结构构工艺艺性三、自自由锻锻工艺艺规程程的制制定一、概概述1工工艺规规程①定定义义规定产产品或或零件件制造造工艺艺过程程和操操作方方法的的工艺艺文件件。主要形形式有有：工工艺过过程卡卡工艺卡卡工序卡卡②工艺艺规程程的作作用指导生生产生产准准备工工作的的依据据新厂（（车间间）扩扩建的的依据据③制定定原则则保证产产品质质量提高劳劳动生生产率率、降降低成成本降低劳动动强度，，保证生生产安全全。④必备原原始资料料零件图产品验收收质量标标准年生产纲纲领（产产量）制造厂的的生产条条件：设备、工工装、技技术水平平等设计手册册及有关关标准国内外有有关制造造技术资资料2自由由锻工艺艺规程制制定的内内容锻件的结结构工艺艺性分析析绘锻件图图确定坯料料的质量量及尺寸寸制定变形形工艺和和确定锻锻造比选锻造设设备确定锻造造温度范范围、制制定坯料料加热及及冷却规规范制定热处处理规范范技术条件件及检验验要求填写工艺艺规程卡卡片二、自由由锻件的的结构工工艺性1零件件的结构构工艺性性概念指所设计计的零件件在能满足使用用要求的前提下下制造的可行性和和经济性性。即零件制制造的难难易程度度。它包括零零件的各各个制造造过程中中的工艺艺性，有有零件结构构的铸造造、锻造造、冲压压、焊接接、热处处理、切切削加工工等工艺艺性。由此可可见，零零件结构构工艺性性涉及面面很广，，具有综综合性，，必须全全面综合合地分析析。2学习习零件结结构工艺艺性的目目的a了解零件件结构工工艺性对对制造影影晌很大大，设设计零件件结构时时要充分予以考考虑。b碰到结构构工艺性性不好时时会做一一般处理理①与设计计者协商商修改原原设计②不能修修改时会会在工艺艺上想办办法例：切削削加工零零件的结结构工艺艺性例：铸件件外形的的结构工工艺性例：铸铸件内腔腔的结构构工艺性性3自由锻锻件的结结构工艺艺性①轴类锻件件结构自由锻件

不能设计斜面②杆类锻件件结构自由锻件

不能设计成曲面相交③盘类锻件件结构自由锻件

不能设计加强筋、凸台采用缎焊结合或锻机械连接④复杂锻件件三、自由由锻工艺艺规程的的制定43锻件名称工艺类别锻造温度范围设备材料加热火次齿轮坯自由锻1200～800℃65kg空气锤45钢1锻件图坯料图序号工序名称工序简图使用工具操作要点1局部镦粗

火钳镦粗漏盘控制镦粗后的高度为45mm

表2典型锻件件的自由锻工工艺示例例目录序号工序名称工序简图使用工具操作要点2冲孔

火钳镦粗漏盘冲子冲孔漏盘（1）注意冲子对中（2）采用双面冲孔

3修整外圆

火钳冲子边轻打边修整，消除外圆鼓形，并达到φ92±1mm

44续表目录序号工序名称工序简图使用工具操作要点4修整平面火钳镦粗漏盘

轻打使锻件厚度达到45±1mm

45典型锻件件的自由由锻工艺艺示例（（续））续表目录齿轮坯锻锻造工艺艺卡齿轮坯锻锻造工艺艺卡序号五、制定定自由锻锻工艺规规程卡续表：齿齿轮坯锻锻造工艺艺卡序号第五节胎胎模模锻胎模锻是是