第4章自由锻主要工序分析

第4章 自由锻主要工序分析
图4.12
拔长送进量对变形和应力分布的影响
第4章 自由锻主要工序分析
3）砧子形状： 主要有平砧和V形砧。平砧结构简单，拔长效率低；V形 砧拔长效率高。
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4）拔长操作：
4.16 拔长操作方法
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第4章 自由锻主要工序分析
根据镦粗后网格的变形程度分为三个变形区:
区域Ⅰ：难变形区； 区域Ⅱ：大变形区； 区域Ⅲ：小变形区，变形程度介于Ⅰ与Ⅱ之间。 变形结果：变形不均匀，易出现如下缺陷。
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高径比不同，变形区域情况发生变化，如下图所示。 Ⅰ—难变形区 变形区 Ⅱ—大变形区 Ⅲ—小变形区 IV—均匀
4.1 自由锻工艺过程特征和工序分类
4.1.1 自由锻工艺过程特征
（1）工具简单，通用性强，灵活性大，适合单件和小批锻件 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。
第4章 自由锻主要工序分析
4.1.2 自由锻工序分类
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4.4 自由锻其他主要工序
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 4.19 实心冲子冲孔 1毛坯 2冲垫 3冲子 4 心料
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•冲孔坯料的形状与坯料直径D0与孔径d之比有关:
当D0/d≤2～3时：拉缩严重，外径明显增大； 当D0/d＝3～5时：几乎无拉缩，外径有所增大； 当D0/d＞5时：多余金属挤向端面形成凸台。
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修整工序
鼓形滚圆
端面平整
弯曲校正
表4—1 自由锻工序3
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4.2 镦粗
4.2.1 平砧镦粗
4.2.2 垫环镦粗 4.2.3 局部镦粗
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4.2 镦粗
定义： 使坯料高度减小而横截面积增大的锻造工序。 用途: 将高径（宽）比大的坯料锻成高径比小的饼块件； 锻造空心锻件在冲孔前使坯料横截面增大和平整；
4.3 拔长
4.3.1 矩形截面坯料和圆形截面坯料的拔长 4.3.2 空心件拔长
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4.3 拔长 （动画）
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。
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4.3.1 矩形截面坯料和圆形截面坯料的拔长
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=A0∕A
２.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 Δh＝h0－h，展宽量Δb＝b－b0,拔长量Δl＝l－l0
。
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3．拔长工序分析 拔长变形实质：一系列镦粗工序的叠加组合。 影响拔长效率的因素 1.送进量l0：通常取l0=（0.4～0.8）B ；
图4.8 套环墩粗
图4.7 叠料镦粗
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4.2.2 垫环镦粗 下图所示。单个垫环镦粗、两个垫环镦粗。
图4.9 垫环镦粗 a-单垫环镦粗 b- 双垫环镦粗
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垫环镦粗的关键：能否锻出所要
求的凸肩高度。
分流面的位置与下列因素有关：
坯料高度与直径之比（H0/D0）
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图4．12 拔长递进量对变形和应力分布的影响 1一轴向应力 2一轴向变形
送进量小，变形出现双鼓形，截面的上下变形大，中 心部位小，中心出现拉应力，产生中心拉裂缺陷。
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图4．12 拔长递进量对变形和应力分布的影响 1一轴向应力 2一轴向变形
送进量大，变形出现单鼓形，截面的中心变形大，能锻 透，但侧面和棱脚部位出现拉应力，可能产生拉裂缺陷。
（1)基本工序：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)辅助工序：钢锭倒棱、预压钳把、分段压痕等。
（3)修整工序：鼓形滚圆、端面平整、弯曲校正等。
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表4—1 自由锻工序1
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辅助工序
分段压痕
预压钳把
Hale Waihona Puke Baidu
钢锭倒棱
表4—1 自由锻工序2
图4.25 错移 a) 在一个平面内的错移 b) 在两个平面内的错移
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锻造设备
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图4．3 不同高径比坯料镦粗时变形情况
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2. 镦粗坯料容易出现的缺陷：
(１) 坯料侧面出现鼓形，可能引起表面纵裂；
(２) 坯料上下两端出现粗大的铸造组织；
(３) 坯料内部变形不均匀，晶粒大小不均匀，锻 件性能也不 均匀； (４) 高径比较大的坯料，易产生纵向弯曲, 变形失 稳。
2.压下量Δh ：Δh大，
效率高，在材料塑性 允许的前提下，尽量 提高。
图4.11 矩形截面拔长
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4.影响拔长质量因素:
1)送进量：相对送进量l0/h0＝0.5～0.8较为合
适，绝对送进量常取 l＝(0.4～0.8)B；
2)压下量：Δh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。
冲孔变形
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2.空心冲子冲孔
图4.20 空心冲子冲孔 1坯料 2冲垫 3冲子 4心料
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3. 在垫环上冲孔
图4.21 在垫环上的冲孔 1冲子 2坯料 3垫环 4心料
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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。
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4.1 自由锻工艺过程特征和工序分类
4.2 镦粗 4.3 拔长 4.4 自由锻其他主要工序
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4.1 自由锻工艺过程特征和工序分类
4.1.1 自由锻工艺过程特征 4.1.2 自由锻工序分类
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1.冲子扩孔
图4.22 冲子扩孔
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2.心轴扩孔：相当于使坯料沿圆周方向拔长。
图4.23 心轴扩孔(马架扩孔）
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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。
图4.24
弯曲时坯料的形状变化
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4.4.4 错移：将坯料的一部分相对另一部分相互 平行错移的锻造工序。用以锻造曲轴类锻件，错 移前坯料需要压肩。
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。
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图4.17 心轴拔长 1坯料 2锻件 3心轴 4 砧子
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4.4 自由锻其他主要工序
4.4.1 冲孔 4.4.2 扩孔 4.4.3 弯曲 4.4.4 错移
锻造轴杆锻件可以提高后续拔长工序的锻造比；
提高锻件的力学性能等。 主要方法:
平砧镦粗、垫环镦粗和局部镦粗。
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4.2.1 平砧镦粗（动画）
平砧镦粗变形程度常用镦粗比 表示。镦粗比用变形前后的高度比
值表示。
KH
H0 H
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1. 平砧镦粗变形分析
右图为平砧镦粗 变形分布与应力状态 分析。 Ⅰ—难变形区； Ⅱ—大变形区； Ⅲ——小变形区;
、环孔与坯料直径之比(d/D0)、变 形程度（ε）、环孔斜度（α） 及摩擦条件等。
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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。
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3. 减少缺陷的措施
１）.预热模具，使用润滑剂：如玻璃粉、石墨粉等； ２).凹形毛坯镦粗 ；
对角铆镦或断面辗压方式 可得到凹形毛坯。
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３).软金属垫镦粗 如右图，软金属可有 效减少坯料与工具断面 的摩擦力。
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4).叠镦、套环内镦粗