机械制造基础锻造

机械制造基础锻造第1页，共125页，2023年，2月20日，星期一铸压概述什么是锻压?锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变形状、尺寸及改善性能，用以制造机械零件、毛坯或原材料的成型加工方法。第2页，共125页，2023年，2月20日，星期一锻压的基本生产方式轧制

使金属坯料在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，改变其性能，获得所要求的截面形状的加工方法。挤压

将金属坯料置于挤压筒中加压，使其从挤压模的模孔中挤出，横截面积减小，获得所需制品的加工方法。

第3页，共125页，2023年，2月20日，星期一3）自由锻

用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间，使坯料受冲击力作用而变形，获得所需形状的锻件的加工方法。4）拉拔

坯料在牵引力作用下通过拉拔模的模孔拉出，产生塑性变形，得到截面细小、长度增加的制品的加工方法，拉拔一般是在冷态下进行。

第4页，共125页，2023年，2月20日，星期一5)模锻利用模具使金属坯料在模膛内受冲击力或压力作用，产生塑性变形而获得锻件的加工方法。

6)板料冲压

用冲模使板料经分离或变形得到制件的加工方法。在上述的六种金属塑性加工方法中，轧制、挤压和拉拔主要用于生产型材、板材、线材、带材等；自由锻、模锻和板料冲压总称锻压，主要用于生产毛坯或零件。第5页，共125页，2023年，2月20日，星期一

压力加工基本方式示意图第6页，共125页，2023年，2月20日，星期一锻压加工的特点

(1)改善金属组织、提高力学性能锻压的同时可消除铸造缺陷，均匀成分，使组织致密，并细化晶粒。可以形成并能控制金属的纤维组织方向，使其沿零件轮廓连续分布，从而提高零件的力学性能。第7页，共125页，2023年，2月20日，星期一(2)节约金属材料比如在热轧钻头、齿轮、齿圈及冷轧丝杠时，其形状及尺寸精度和表面粗糙度已接近或达到成品零件的要求，节省了切削加工设备和材料的消耗。工时，能源等。第8页，共125页，2023年，2月20日，星期一(3)较高的生产率比如在生产六角螺钉时采用模锻成形就比切削加工效率约高50倍。(4)锻压主要生产承受重载荷零件的毛坯，如机器中的主轴、齿轮等，但不能获得形状复杂的毛坯或零件。第9页，共125页，2023年，2月20日，星期一金属的塑性变形外力作用金属产生变形，去除外力，变形残留。塑性变形对金属组织和性能的影响第10页，共125页，2023年，2月20日，星期一塑性变形对金属组织和性能的影响金属塑性变形分为冷变形和热变形两种。

一、冷变形对金属组织和性能的影响冷变形是再结晶温度以下的变形。组织变化

冷变形强化

产生残留应力第11页，共125页，2023年，2月20日，星期一塑性变形对金属组织和性能的影响⑴形成纤维组织晶粒和金属中的夹杂物沿变形方向被压扁、伸长甚至变成细条状。后者形成纤维组织。使材料呈现各向异性。⑵产生加工硬化也称形变强化或冷作硬化。是指随着金属的冷变形程度的增加，金属的强度和硬度不断增加而塑性和韧性不断下降的现象。⒈冷变形对金属组织和性能的影响第12页，共125页，2023年，2月20日，星期一塑性变形对金属组织和性能的影响冷变形产品具有尺寸精度高、表面质量好、力学性能好的特点。冷冲压冷挤压冷镦冷挤压冷拉拔第13页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒉回复与再结晶对冷变形金属的加热过程。第14页，共125页，2023年，2月20日，星期一塑性变形对金属组织和性能的影响⑵再结晶过程开始产生再结晶过程的最低温度。

T再≈0.4T熔再结晶现象破碎的被压扁、伸长的晶粒向均匀细小的等轴晶粒转化。（无相变过程）⑶晶粒长大过热的粗晶组织第15页，共125页，2023年，2月20日，星期一塑性变形对金属组织和性能的影响金属塑性变形分为冷变形和热变形两种。

二、热变形对金属组织和性能的影响热变形是再结晶温度以上的变形。改善金属的组织和性能使金属性能各向异性

第16页，共125页，2023年，2月20日，星期一热变形对金属组织和性能的影响⒈改善铸锭中的组织缺陷⑴气孔、缩孔被压实，增加组织的致密度；⑵粗大的柱状晶变为细小的等轴晶粒；⑶某些合金钢中大块的碳化物被打碎。⒉形成流线组织塑性杂质沿变形方向呈带状分布，称为流线。应沿零件轮廓连续分布。第17页，共125页，2023年，2月20日，星期一塑性变形对金属组织和性能的影响第18页，共125页，2023年，2月20日，星期一锻造基本知识

一、锻造概述⒈什么叫锻造？锻造是对金属坯料施加外力（冲击力或静压力）的作用使之产生塑性变形，获得所需形状、尺寸及性能的毛坯的制造方法。⒉锻造的类型：自由锻造、胎模锻、模型锻造等。第19页，共125页，2023年，2月20日，星期一锻造生产可优化金属的材质，提高金属的使用性能。常用于重要零件毛坯的制造。

二、锻造下料

钢锭和大钢坯的下料由自由锻进行，其它材料的下料工作一般在下料工段完成。常用的下料方法有锯切、剪切、冷折、砂轮切割、火焰切割等方法。第20页，共125页，2023年，2月20日，星期一

三、金属的加热⒈金属的锻造温度范围碳素钢的锻造温度范围如图7－2所示。从图中可看出，其锻造温度范围大部分在单相奥氏体区，锻造性良好。碳素钢的始锻温度一般在固相线以下200℃，终锻温度约为800℃左右。加热温度过高，会使钢件“过烧”；停锻温度过低，钢的锻造性变差使锻造困难，且会在锻件中产生较大的内应力，甚至使锻件出现裂纹。第21页，共125页，2023年，2月20日，星期一碳素钢的锻造温度范围第22页，共125页，2023年，2月20日，星期一

三、金属的加热⒉加热用的燃料锻造加热用的燃料有三种类型，即固体燃料（烟煤、焦炭）、液体燃料（重油）和气体燃料（天然气、发生炉煤气）。⒊加热设备金属的加热都是在加热炉中进行的。目前最常用的锻造加热炉有手锻炉、反射炉、重油炉、煤气炉等，此外还可用电加热炉。第23页，共125页，2023年，2月20日，星期一

三、金属的加热一般中小型锻造车间普遍使用燃煤反射炉。其结构如右图所示。第24页，共125页，2023年，2月20日，星期一

三、金属的加热⒋钢料温度的目测法钢加热到530℃以上时，会产生不同的颜色。随温度的升高，钢的颜色由深变浅，亮度则逐渐增强。钢加热后的火色与温度的对照见下表。第25页，共125页，2023年，2月20日，星期一

三、金属的加热颜色加热温度/℃颜色加热温度/℃暗褐色530～580淡红色830～900赤褐色580～650橘黄色900～1050暗红色650～730深黄色1050～1150暗樱红色730～770淡黄色1150～1250樱红色770～800黄白色1250～1300亮樱红色800～830

钢加热后的火色与温度对照表第26页，共125页，2023年，2月20日，星期一

自由锻造

自由锻造是将加热的金属坯料置于锻锤或压力机的下砧铁上，对其进行锤击或静压使之产生塑性变形获得所需锻件的制造方法。⒈自由锻特点及应用

自由锻的适应性强，灵活性大，生产周期短，成本低。缺点是锻件尺寸精度低，加工余量大，金属材料消耗多，生产率低，劳动强度大、条件差，要求操作者的技术水平较高。

自由锻适合于单件、小批和大型锻件的生产。第27页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒉自由锻设备

１）自由锻常用设备

①空气锤的构造和工作原理空气锤的构造和工作原理如图7-5所示。

机器自由锻造所用的设备有空气锤、蒸气—空气锤、水压机等。以空气锤应用最广泛。

⑴空气锤空气锤是由电动机直接驱动进行工作的锻造设备。动力来源简便、安装费用低、锤击速度快等优点，特别适用于中、小型锻件的自由锻和胎模锻。常用空气锤的基本参数见下表。第28页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒉自由锻设备

１）自由锻常用设备

空气锤基本参数第29页，共125页，2023年，2月20日，星期一⑴空气锤

空气锤接通电源后，电动机15运转工作，减速器14减速，带动曲柄13、连杆12转动，使压缩活塞11在压缩气缸10中作上、下往复运动带动机器工作。当活塞向上运动时，压缩气缸上部的空气被压缩，并通过上旋阀8进入工作气缸7的上部，推动工作活塞6、锤杆5、上砧铁4一起（落下部分）向下运动，对放在下砧铁3上的锻坯进行锤击；当压缩活塞向下运动时，压缩空气经由下旋阀9进入工作气缸下部，推动工作活塞连同锤杆、上砧铁一起向上运动。第30页，共125页，2023年，2月20日，星期一第31页，共125页，2023年，2月20日，星期一１）自由锻常用设备

②空气锤的操作方法通过脚踏杆（或手柄）控制上、下旋阀，可实现空气锤的五种动作：空行程、悬空（悬锤）、压紧、连打、单打，

⑵蒸气—空气自由锻锤

利用0.7～0.9MPa的蒸气或0.6～0.8MPa的压缩空气为动力进行工作的锻造设备。必须配备蒸气锅炉或空气压缩机及其管道，产生及输送动力。其落下部分的质量（吨位）一般为1～5t，适合锻造中型和较大型锻件。第32页，共125页，2023年，2月20日，星期一⑵蒸气—空气自由锻锤

常用的是双柱拱式蒸气—空气锤，如图7—7所示。它是由机架、气缸、落下部分、配气操纵机构及砧座等部分组成。它的工作原理是：高压气体从进气管12进入，经过节气阀13、滑阀11中间的细颈部分与阀套壁所形成的气道，由上气道10进入气缸9的上部，作用在活塞8的顶面上，推动活塞、锤杆7、锤头6及上砧5一起（落下部分）向下运动，对工件进行打击。

第33页，共125页，2023年，2月20日，星期一⑵蒸气—空气自由锻锤同时，活塞下部气体经下气道15从排气管14排出。利用操纵杆操作气阀控制高压气体进入工作缸的方向和进气量，可以实现悬锤、压紧、单打或不同能量的连打。当锤头提升到最高位置后，将操作手柄压到下极限位置，便可获得最大的打击能量；操作手柄扳动幅度小，锤头提升高度小，打击能量便小。第34页，共125页，2023年，2月20日，星期一第35页，共125页，2023年，2月20日，星期一⑶水压机

以高压水泵所产生的高压水（压力是320MPa）为动力进行工作的自由锻造设备。水压机产生静压力使金属变形。其能力（吨位）的大小是用其产生的最大压力（即公称压力）来表示的，常用的小到几千KN,大到125000KN。适合大锻件的锻造，可完成重达300t锻件的锻造任务，是巨型锻件成型的唯一生产设备。第36页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒉自由锻设备

１）自由锻常用设备蒸汽—空气锤利用一定蒸汽或压缩空气推动锻锤进行工作。常用吨位为1—5吨，用于锻造中型锻件，是模锻的主要设备。第37页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒉自由锻设备

１）自由锻常用设备空气锤利用压缩空气推动锻锤进行工作。以落下部分质量来表示锻造能力；常用吨位为65—750千克，用于锻造小型锻件。第38页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒉自由锻设备

１）自由锻常用设备液压机利用高压为动力进行工作。靠静压力工作。常用吨位为5~150吨，用于锻造大型锻件，是大型锻件的唯一设备。第39页，共125页，2023年，2月20日，星期一2）自由锻常用工具

第40页，共125页，2023年，2月20日，星期一2）自由锻常用工具

第41页，共125页，2023年，2月20日，星期一2）自由锻常用工具

第42页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序

自由锻工序分为基本工序、辅助工序和精整工序。基本工序

包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割等。辅助工序包括压钳口、倒棱、压肩等；精整工序是对已成形的锻件表面进行平整，清除毛刺、校直弯曲、修整鼓形等。第43页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序

自由锻工序分为基本工序、辅助工序和精整工序。基本工序

包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割等，见表12－1；辅助工序包括压钳口、倒棱、压肩等；精整工序是对已成形的锻件表面进行平整，清除毛刺、校直弯曲、修整鼓形等。第44页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序

基本工序

⑴镦粗镦粗是减小坯料高度而增大其横截面积的工序。有完全镦粗和局部镦粗之分。如图所示。

第45页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序

基本工序

⑴镦粗

镦粗常用来锻造齿轮坯、凸轮、圆盘形锻件。第46页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑵拔长

拔长是使坯料的横截面积减小，长度增加的工序。拔长时，坯料沿轴向送进，且进行翻转，连续锻打成形。拔长的类型有整体拔长、局部拔长、带芯轴的拔长，见图。

拔长常用于轴类、拉杆、连杆等杆类锻件的锻造。是自由锻造生产应用最多的一种工序。第47页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑵拔长圆截面坯料拔长成直径较小的锻件时，须先将坯料打成方形截面再拔长，直到接近锻件的直径时，再锻成八角形，最后滚打成圆形。如图所示。第48页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑶冲孔

冲孔是利用冲子在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。当冲孔直径小于400～500㎜时，一般采用实心冲子冲孔；当锻件高度H与外径D之比小于0.125时（薄饼形锻件），采用垫环上冲孔（又称漏孔），所用垫环孔径应比冲子直径大10～15㎜；当冲孔直径大于400～500㎜时，一般采用空心冲子冲孔，所用漏盘孔径应比空心冲子外径大30～50㎜。如图所示。第49页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑶冲孔第50页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑶冲孔双面冲孔时，先将冲子冲深至坯料厚度的2/3～3/4处，取出冲子，翻转工件后，再将孔冲透；较薄工件的单面冲孔时，应将冲子大头朝下，对正冲出透孔。

第51页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑶冲孔

冲孔常用于齿轮、套筒、圆环等空心锻件的锻造。第52页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑷切割

切割是分离坯料的工序。常用于料头的切除，或用于钢锭冒口的切除。切割分单面切割、双面切割、四面切割等，见图。

单面切割法用于切割较小截面的矩形坯料。双面切割、四面切割法用于较大截面的矩形坯料的分离。第53页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑷切割第54页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑷切割

圆形截面坯料的切割是用了带凹槽的剁垫（置于下砧铁上），边切割边旋转坯料，直至切断，见图。第55页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑸弯曲

弯曲是将坯料的形状弯成所规定的外形的工序。弯曲常用于角尺、弯板、吊钩、链环等锻件的锻造。第56页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑹扭转

扭转是使坯料的一部分相对另一部分绕着轴心线旋转一定角度的工序。扭转用于锻造曲轴或校正锻件。对小型坯料的扭转角度不大时，可用大锤打击进行扭转，见图；对大型坯料扭转时，采用吊车吊动带有活动长柄的夹叉进行扭转。第57页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑹扭转第58页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑺错移

错移是将坯料的一部分相对于另一部分平移一定距离而错移开的工序。主要用于曲轴类锻件的锻造。其操作过程见图。第59页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑻扩孔

扩孔是将带孔锻件的孔径扩大的工序。有冲子扩孔：预先在坯料上冲出较小孔，然后用直径较大的冲子逐步将孔径扩大到所需尺寸，见图；马杠扩孔（或叫芯棒扩孔），此法用于扩孔量大的薄壁环形锻件的锻造。

。

第60页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑻扩孔第61页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊自由锻工序基本工序

⑻自由锻的辅助和修整工序

见表所示。第62页，共125页，2023年，2月20日，星期一

模锻

模锻：是在高强度金属锻模上预先制出于锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形，由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时能得到和模膛形状相符的锻件。模锻与自由锻相比，具有以下特点：⑴生产率高、易于机械化，可成批大量生产；⑵锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小，可以减少机械加工余量和余块的数量，节省金属材料和加工工时。

第63页，共125页，2023年，2月20日，星期一模锻与自由锻相比，具有以下特点：但与自由锻相比较,模锻时金属坯料的热变形完全是在模具的模膛内进行的。通过锻模对坯料整体锻打成形，需要的变形力较大，故需要能力较大的专用设备且模具模具费用昂贵。但它可锻造形状复杂的锻件,因此，模锻适用于150㎏以下的中、小型锻件的大批量生产。分类：

按设备类型模锻可分为锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等。第64页，共125页，2023年，2月20日，星期一一、锤上模锻

锤上模锻使用的主要设备是蒸汽—空气模锻锤，其结构和工作原理与是蒸汽—空气自由锻锤相似。由于模锻锤受力大，所以要求设备的刚性好，导向精度高，因此砧座与机架连成一个整体，形成封闭结构；锤头与导轨之间的配合间隙小，锤头运动精确，能保证工作时锻模的上、下模合模准确。模锻锤吨位是锻锤落下部分的质量，为1～16t，锻件质量0.5～150㎏。第65页，共125页，2023年，2月20日，星期一蒸汽－空气模锻锤第66页，共125页，2023年，2月20日，星期一一、锤上模锻

形状简单的锻件可在单模膛内锻造成形，称单模膛模锻，见图；复杂的锻件，必须在几个模膛内锻造后才能成形，称多模膛模锻，见图

。第67页，共125页，2023年，2月20日，星期一一、锤上模锻

单模膛锻造第68页，共125页，2023年，2月20日，星期一一、锤上模锻

第69页，共125页，2023年，2月20日，星期一一、锤上模锻

单模膛锻模

锻模由上、下模组成。上模和下模分别安装在锤头下端和模座上的燕尾槽内，用楔铁紧固。上、下模合在一起，形成完整的模膛。根据模膛功用不同，分为模锻模膛和制坯模膛。第70页，共125页，2023年，2月20日，星期一1.模锻模膛

模锻模膛又可分为预锻模膛和终锻模膛。

⑴预锻模膛

为了改善终锻时金属的流动条件，避免产生充填不满和折迭，使锻坯最终成形前获得接近终锻形状的模膛，它可提高终锻模膛的寿命。其结构比终锻模膛高度大、宽度小、无飞边槽，模锻斜度和圆角大。

⑵终锻模膛

模锻时最后成形用的模膛，与热锻件图上相应部分的形状、尺寸一致。模膛周围设飞边槽，通孔锻件需留冲孔连皮。第71页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒉制坯模膛用以初步改变毛坯形状、合理分配金属，以适应锻件横截面积和形状的要求，使金属能更好地充满模锻模膛的工序称为制坯工序。制坯模膛第72页，共125页，2023年，2月20日，星期一⑴拔长模膛作用是减少坯料某部分的横截面面积，增加该部分的长度，当模锻件沿轴向各横截面积相差较大时，采用拔长模膛。⑵滚压模膛其作用是减小坯料某部分横截面积，增大另一部分的横截面积。当模锻件沿轴线的各横截面面积相差不很大时或作修整拔长后的毛坯时，采用滚压模膛。⑶弯曲模膛其作用是弯曲杆类模锻件的坯料⑷切断模膛其作用是切断金属。单件锻造时，用它从坯料上切下锻件或从锻件上切下钳口，多件锻造时，用它来分离成单个件。第73页，共125页，2023年，2月20日，星期一胎模锻是介于自由锻与模锻之间的锻造方法。胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法。所用模具称为胎膜。胎模锻一般先用自由锻制坯，再在胎膜中最后成形。与自由锻相比，胎模锻生产率和锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小、节省金属材料、锻件成本低。与模锻相比，胎模制造简单，成本低，使用方便；但所需锻锤规格和操作者劳动强度大，生产率和锻件尺寸精度不如锤上模锻高。二、胎模锻

第74页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒈胎模的结构及应用

胎膜不固定在锤头和砧座上，需要时放在下砧铁上。按其结构可大致分为扣模、合模和套筒模三种主要类型。

⑴扣模用来对坯料进行全部或局部扣形，主要生产杆状非回转体锻件⑵套筒模锻模成套筒形，主要用于锻造齿轮、法兰盘等回转体锻件第75页，共125页，2023年，2月20日，星期一⑴扣模第76页，共125页，2023年，2月20日，星期一⑵套筒模第77页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒈胎模的结构及应用⑶合模通常由上模和下模两部分组成。为了使上下模吻合及不使锻件产生错移，经常用导柱等定位。合模多用于生产形状较复杂的非回转体锻件，如连杆、叉形件等锻件。

第78页，共125页，2023年，2月20日，星期一⑶合模下图为分模面上第79页，共125页，2023年，2月20日，星期一胎模锻适合小型锻件的中、小批量的锻造生产。第80页，共125页，2023年，2月20日，星期一二、自由锻工艺规程的制订

工艺规程是指导生产的基本技术文件。编制自由锻工艺规程应遵循设计自由锻零件时，必须考虑锻造工艺是否方便、经济和可能；零件的形状应尽量简单和规则。（零件的结构不合理，将使锻造操作困难，降低生产率和造成金属的浪费）第81页，共125页，2023年，2月20日，星期一自由锻的工艺规程主要有以下内容绘制锻件图坯料质量和尺寸的计算选择锻造工序

选择锻造设备选择坯料加热、锻件冷却和热处理方法第82页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒈绘制锻件图

锻件图是根据零件图绘制的。自由锻件的锻件图是在零件图的基础上考虑了工艺余块、加工余量、锻造公差等之后绘制的图。模锻件的锻件图还应考虑分模面的选择、模锻斜度和圆角半径等。

锻件图的绘制方法如下：

1）锻件的形状用粗实线，同时用假想线（双点划线）描绘出零件的形状。2）锻件的尺寸和公差标注在尺寸线的上面，零件的尺寸和公差用括号标注在尺寸线的下面或侧面。

3）绘制锻件图应考虑工艺余块、加工余量、锻件公差等因素。第83页，共125页，2023年，2月20日，星期一自由锻的工艺规程主要有以下内容绘制锻件图坯料质量和尺寸的计算选择锻造工序

选择锻造设备选择坯料加热、锻件冷却和热处理方法第84页，共125页，2023年，2月20日，星期一第85页，共125页，2023年，2月20日，星期一⑴工艺余块

为简化自由锻件外形，便于锻造而增加的那部分金属。多用于零件上的小孔台阶和凹档等难以锻出的部位。附录2附表2-1台阶和凹档锻出条件

⑵加工余量自由锻件尺寸精度低，表面质量较差，在零件的加工表面上增加的供切削加工用的金属层。⑶锻件公差锻件实际尺寸（锻造尺寸）相对于锻件公称尺寸（零件基本尺寸＋加工余量）所允许的变动量。通常为加工余量的1/4～1/3。第86页，共125页，2023年，2月20日，星期一锻件的加工余量及公差值可查阅GB/T15826.1～9－1995《锤上钢质自由锻件机械加工余量与公差》。部分钢质台阶轴类自由锻件的机械加工余量与公差（锻件精度为F级）见表12-2（教材p.249）。工艺资料附表2-3。第87页，共125页，2023年，2月20日，星期一

⒉计算坯料质量与尺寸

1）坯料的质量为锻件的重量与锻造时各种金属损耗的重量之和，可按下式进行计算：m坯=m锻+m烧+m芯+m切

式中m坯--坯料重量；

m锻--锻件重量；

m烧--加热时坯料表面氧化烧损的重量，第一次取加热金属质量的2%～3%，以后各次加热取1.5%～2%；m芯--冲孔时的芯料重量；第88页，共125页，2023年，2月20日，星期一

⒉计算坯料质量与尺寸

m切—修切锻件端部料头的质量。用钢材作坯料时，可按被加热金属质量的2%～4%计算。

2）坯料的尺寸与坯料的种类和锻造工序有关，即应充分考虑锻造比。

锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法。通常用变形前后的截面积比、长度比或高度比Y表示。

拔长时的锻造比Y=A0/A=L/L0

镦粗时的锻造比Y=A/A0=H0/H

第89页，共125页，2023年，2月20日，星期一

以钢锭为坯料，镦粗锻造比一般取Y=2～2.5；拔长锻造比一般取Y=2.5～3。以型材为坯料时，因型材在轧制过程中内部组织和力学性能都得到了不同程度的改善，锻造比可取Y=1.1～1.5。锻造高合金钢或特殊性能钢时，为使碳化物弥散和细化，可采用较大的锻造比，如高速钢可取Y=5～10。

教材P.250表12-3列出了第一锻造工序分别为镦粗时坯料体积V坯的计算式以及拔长时坯料横截面积A坯的计算式。第90页，共125页，2023年，2月20日，星期一

教材P.250表12-3列出了第一锻造工序分别为镦粗时坯料体积V坯的计算式以及拔长时坯料横截面积A坯的计算式。第91页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊确定锻造工序

通常，自由锻件的成形过程是由一系列锻造工序组合而成的，工序的选择主要是根据锻件的形状和工序的特点来确定（表12-4）。1）盘类、圆环类锻件包括各种圆盘、叶轮、齿轮、模块等，其特点是横向尺寸大于高度尺寸，或者二者相近。锻造基本工序是镦粗，其中带孔件需冲孔。

2）空心类锻件包括各种圆环、齿圈、轴承环和各种圆筒、缸体、空心轴等，锻造空心件的基本工序有镦粗、冲孔、马杠扩孔、芯棒拔长等。第92页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊确定锻造工序

3）轴杆类锻件包括各种圆形截面实心轴，如传动轴、轧辊、立柱、拉杆等，还有矩形方形、工字形截面的杆件如摇杆、杠杆、推杆、连杆等，锻造轴杆件的基本工序是拔长，但对于截面尺寸相差大的铸件，为满足锻造比的要求，则需采取镦粗一拔长工序。

4）曲轴类锻件包括单拐和多拐的各种曲轴，目前锻造曲轴的工艺有自由锻、模锻、全流线挤压锻等。其中自由锻的力学性能差，加工余量大，只在单件或小批生产中应用。其基本工序有拔长、错移和扭转。第93页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊确定锻造工序5）弯曲类锻件包括各种具有弯曲轴线的锻件，如吊钩、弯杆、曲柄、轴瓦盖等，基本工序是拔长、弯曲。

第94页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒊确定锻造工序第95页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒋确定锻造温度范围钢加热的目的是为了提高其塑性，降低变形抗力，使坯料容易成形。⒌选择锻造设备既要保证工件的变形度和较高的生产率，又不浪费动力且操作方便。第96页，共125页，2023年，2月20日，星期一第97页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒍锻件冷却及热处理规范常用的锻后冷却方式有三种，即空冷、坑冷、炉冷。空冷（在干燥的地面上）多用于碳的质量分数小于0.5%的碳钢和碳的质量分数小于0.3%的低合金钢中的中、小型锻件；坑冷（填有石灰、砂等绝热材料的坑中或箱中）多用于中碳钢、碳素工具钢和大多数低合金钢的中、小型锻件；炉（500～700℃加热炉中随炉缓冷）多用于高碳钢和高合金钢以及大型锻件。总之，锻件中碳及合金元素的含量越高，锻件体积越大，形状越复杂，锻后冷却速度越要缓慢，以防止锻件硬化，变形或产生裂纹。第98页，共125页，2023年，2月20日，星期一⒍锻件冷却及热处理规范锻后通常进行完全退火，去应力退火、正火、球化退火等热处理，以消除锻造过程带来的缺陷，改善组织，为后续机械加工作准备。⒎填写工艺卡片第99页，共125页，2023年，2月20日，星期一第100页，共125页，2023年，2月20日，星期一四、自由锻锻件结构工艺性

⒈零件结构应尽可能简单、对称、平直；要求锻件外形尽可能由平面和圆柱面组成。一些难以锻出的形状，小的孔和凹槽可用填加余块的办法简化锻件形状。

⒉应避免零件上的锥形、楔形结构；⒊不允许有小凸台为便于切削加工和装配而设计的小凸台可用沉头孔代替。第101页，共125页，2023年，2月20日，星期一四、自由锻锻件结构工艺性第102页，共125页，2023年，2月20日，星期一四、自由锻锻件结构工艺性

⒋零件上不允许有加强筋；

为了增加强度，可适当增加薄壁筒的外径，或待薄壁筒锻好后再将加强肋焊上去。

⒌应避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交；

复杂的相贯线无法锻出，改为圆柱体端面与截柱体的平面相交便于锻制。或将各圆柱体锻出后再焊成整体。第103页，共125页，2023年，2月20日，星期一四、自由锻锻件结构工艺性第104页，共125页，2023年，2月20日，星期一四、自由锻锻件结构工艺性第105页，共125页，2023年，2月20日，星期一例分析图12-7所示锻件图的绘制过程

锻件材料45钢，生产10件，锻件精度要求达到F级，拟定其锻造工艺过程。

⒈分析锻件图的绘制过程根据零件图尺寸（总长725㎜、最大直径130㎜，F级精度锻件）查表11-2得：锻件的余量及公差为12±5㎜；

工艺余块的设置

凹档及台阶是否锻出？资料P.26

⑴凹档零件总长725㎜、相邻台阶的直径130㎜、台阶高度（130-100）/2=15㎜，最小锻出长度须120㎜，实际长度不足70㎜，故不锻出。第106页，共125页，2023年，2月20日，星期一工艺余块的设置凹档及台阶是否锻出？资料P.26

⑵台阶

①最左台阶零件总长725㎜、相邻台阶的直径84㎜、台阶高度（84-72）/2=6㎜，最小锻出长度须240㎜，实际长度不超过150㎜，故不锻出。②最右台阶零件总长725㎜、相邻台阶的直径130㎜、台阶高度（130-72）/2=29㎜，台阶过高直接锻出。若按台阶高度28㎜，则最小锻出长度是120㎜，实际长度249㎜，也应锻出。第107页，共125页，2023年，2月20日，星期一

⒉计算坯料的质量和尺寸

⑴锻件的质量计算可以根据锻件图计算。将锻件分成三个圆柱体，自左至右的质量分别是m1、m2、m3。坯料的密度按7.8㎏/dm3计算。m1=π/4（1.00dm）2×2.80dm×

7.8㎏/dm3=17.15㎏m2=π/4（1.42dm）2×2.20dm×

7.8㎏/dm3=27.16㎏m3=π/4（0.84dm）2×（7.49-2.80-2.20）dm×

7.8㎏/dm3=10.76㎏锻件质量m锻=m1＋

m2＋m3=（17.15＋27.16＋10.76）㎏=55.07㎏第108页，共125页，2023年，2月20日，星期一

氧化烧损量

该锻件在火焰炉中加热一次锻成，按锻件质量的3%计算，即为1.65㎏。

截料损失按锻件质量的4%计算，即为2.2㎏。

坯料的总重量m坯=m锻+m烧+m芯+m切

=55.07㎏＋1.65㎏＋2.2㎏=58.92㎏

锻造比

以圆钢为坯料，因轧制时已经产生了流线，故Y取1。

⑵圆钢坯料的尺寸计算第109页，共125页，2023年，2月20日，星期一

⑵圆钢坯料的尺寸计算

该锻件的第一锻造工序是拔长，且为圆截面坯料，

该锻件的最大直径是φ142㎜，因锻造比取1，故D0=DMAX=142㎜,按标准值选择φ150㎜的热轧圆钢。资料P.29①确定坯料的直径第110页，共125页，2023年，2月20日，星期一

②计算坯料的长度ρ=m坯/V坯V坯=m坯/ρ=58.92㎏/7.8㎏/dm3

=7.5513dm3

=7551.3cm3V坯=（π/4）D02×L07551.3cm3=π/4×152×L0176.625L0=7551.3cm3L0

=42.75

cm=428㎜第111页，共125页，2023年，2月20日，星期一

拔长，压肩，再拔长，切割料头，滚圆等。。⒊确定锻造工序⒋确定锻造温度范围始锻温度1200℃，终锻温度800℃左右。⒌选择锻造设备此锻件形状简