自由锻和模锻

3.2自由锻

利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。

自由锻造时，除与上、下砧铁接触的金属部分受到约束外，金属坯料朝其它各个方向均能自由变形流动，不受外部的限制，故无法精确控制变形的发展。

自由锻分类：

手工锻造：手工锻造只能生产小型锻件，生产率也较低。

机器锻造：机器锻造是自由锻的主要方法。

自由锻：

优点：

工具简单、通用性强，生产准备周期短。

自由锻件的质量范围可由不及一千克到二、三百吨，对于大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，这使得自由锻在重型机械制造中具有特别重要的作用，例如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、重要的齿轮等零件在工作时都承受很大的载荷，要求具有较高的力学性能，常采用自由锻方法生产毛坯。缺点：

由于自由锻件的形状与尺寸主要靠人工操作来控制，所以锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。

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等。

1.自由锻造工序

自由锻工序可分为基本工序、辅助工序和精整工序（修整工序）。

基本工序有镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、扭转、错移等。

辅助工序为使基本工序操作方便而进行的预变形工序，如压钳口、切肩等。

修整工序是用以减少锻件表面缺陷而进行的工序，如校正、滚圆、平整等。基本工序

1)镦粗

定义：在外力作用下使坯料高度减小、横截面积增大的工序称为镦粗。

应用：镦粗主要用于锻制齿轮、法兰盘之类的盘类零件

镦粗作用：

1.镦粗时，坯料心部受三向压应力，表层是两向压应力一向拉应力，压应力数目多，可提高坯料的塑性，近而提高后续拔长工序的锻造比；

2.镦粗可使纤维组织呈放射性分布（沿径向分布），提高锻件的力学性能和减少力学性能的各向异性等。

3.镦粗能增大坯料横截面积的平整端面注意事项：

1.镦粗时，坯料不能过长，高度与直径之比应小于2.5，以免镦弯，或出现细腰、夹层等现象。

2.坯料镦粗的部位必须均匀加热，以防止出现变形不均匀。镦弯腰鼓形（细腰）失稳弯曲腰鼓形均匀变形难变形区相遇形成夹层分类：整体镦粗和局部镦粗

图2-7镦粗

a）整体镦粗b）局部镦粗基本工序

2)拔长

定义：拔长是使坯料的横截面积减小、长度增加的锻造工序，如图所示。

应用：用于轴类、杆类锻件成型，还常用来改善锻件内部质量。

拔长从垂直于轴线方向对坯料进行逐段压缩变形，是锻件成型中耗费工时最多的一种锻造工序。

拔长使用V型砧铁拔长圆坯料注意事项：对于圆形坯料，一般先锻打成方形后再进行拔长，最后锻成所需形状，或使用V型砧铁进行拔长，如图所示，在锻造过程中要将坯料绕轴线不断翻转。

3)冲孔

定义：用冲头将坯料冲出通孔或不通孔的锻造方法称为冲孔。

应用：冲孔主要用于锻造空心锻件、如齿轮坏、圆环、套筒等。

方法：生产中采用的冲孔方法有实心冲子冲孔（见图3－19）、空心冲子冲孔（见图3－20）和垫环冲孔（见图3－21）三种。图3－19实心冲子冲孔图3－20空心冲子冲孔图3－21垫环冲孔

注意事项：

1.对于直径小于25mm的孔一般不锻出，而是采用钻削的方法进行加工。

2.在薄坯料上冲通孔时，可用冲头一次冲出。

3.若坯料较厚时，可先在坯料的一边冲到孔深的2／3深度后，拔出冲头，翻转工件，从反面冲通，以避免在孔的周围冲出毛刺，

4.孔不能过深，与坯料相比孔也不能过大。实心冲头双面冲孔时，圆柱形坯料会产生畸变。畸变程度与冲孔前坯料直径D0、高度H0和孔径d1等有关。D0/d1愈小，畸变愈严重，另外冲孔高度过大时，易将孔冲偏，因此用于冲孔的坯料直径D0与孔径d1之比（D0/d1）应大于2.5，坯料高度应小于坯料直径。a）薄坯料冲孔b）厚坯料冲孔1－冲头2－坯料3－垫环4－芯料

冲孔过程

4)扩孔

为了减小空心坯料壁厚而增加其内径的锻造工序称为扩孔。

常用的扩孔方法有冲子扩孔（见图3－22）和芯轴扩孔（见图3－23），后者在轴承行业中广泛采用。图3－22冲子扩孔图3－23芯轴扩孔

5）弯曲

定义：将坯料弯成一定角度和形状的锻造工序称为弯曲。

优点：弯曲成型时金属纤维组织不被切断，从而提高了锻件质量。

用途：弯曲多用于锻制钩、夹钳、地脚螺栓等弯曲类零件。

6）扭转

定义：将坯料的一部分相对于另一部分绕共同轴线旋转一定角度的锻造方法称为扭转。

用途：扭转用于锻制曲轴、矫正锻件等。

7）错移

将坯料的一部分与另一部分错开一定距离，但仍保持轴线平行的锻造方法称为错移，如锻制双拐或多拐曲轴件。8）切割：将坯料分割开的工序。用于下料和切除锻件的余料。（二）辅助工序

为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序（压钳口、切肩、钢锭倒棱等）。钢锭倒棱:对钢锭的棱边轻轻锻压，以清除棱角的工序（三）修整工序

用以减少锻件表面缺陷而进行的工序（如校正、滚圆、平整等）。3.3模型锻造定义：它是将坯料置于锻模模腔内，然后施加冲击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的成形过程。在变形过程中由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时可获得与模膛形状相符的模锻件。模型锻造时坯料是整体塑性成形坯料三向受压。模型锻造与自由锻相比具有以下特点：

(1)生产效率较高。模锻时，金属的变形在模膛内进行，故能较快获得所需形状。

(2)能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理，提高零件的使用寿命。

(3)模锻件的尺寸较精确，表面质量较好，加工余量较小。

(4)节省金属材料，减少切削加工工作量。在批量足够的条件下，能降低零件成本。

(5)模锻操作简单，劳动强度低。

（6）所用锻模价格较昂贵，模具材料通常为5CrNiMo或5CrMnMo等模具钢，而且模具加工困难，制造周期长，故模锻适用于大批量生产，生产批量越大，成本越低。

（7）需要能力较大的专用设备。由于模锻是整体变形，并且金属流动时与模具之间产生很大的摩擦力，因此所需设备吨位大。目前，由于设备能力限制，模锻只适用于中、小型锻件的大批量生产。锻件的质量为0.5～150kg。应用：

模锻已广泛应用于飞机、机车、汽车、拖拉机、军工、轴承等制造业中。

最常见的零件是齿轮、轴、连杆、杠杆、手柄等，但模锻常限制在150kg以下的零件。按使用设备类型不同，模锻分为：

1.锤上模锻

（动画）（录像）

2.压力机上模锻

3.胎模锻

分类成形方法简图特点及应用范围体积成形锻造用通用工具或模具对金属加压，通过金属体积转移和分配来获得零件或毛坯的成形方法。自由锻主要用于单件、小批量或大锻件生产；模锻适用于大批量生产轧制通过一对旋转坯料局部加压连续成形的加工方法。可以生产型材，板材和管材，也可利用其原理来生产零件或毛坯挤压通过模具使坯料在强烈压应力作用下从模孔中挤出以获得所需尺寸、形状和性能的制件。可生产各种型材或直接加工零件拉拔使金属通过凹模进行拉伸，得到其截面与凹模孔截面相同的棒料、管材或线材基本塑性形成方法分类分类成形方法简图特点及应用范围板料成形分离工序落料用模具沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是零件。用于制造各种平板零件或者成形工序制坯冲孔用模具沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是废料。用于冲制各类零件的孔形成形工序弯曲