自由锻造和模型锻造的工艺过程
自由锻造和模型锻造的工艺过程
自由锻造和模型锻造的工艺过程自由锻造和模型锻造的工艺过程2009-06-28 20:50第6章自由锻造和模型锻造的工艺过程采用通用工具或直接在锻造设备的上下砧之间进行的锻造，称为自由锻造，简称自由锻。
自由锻的工艺灵活，锻造时金屑坯料只有部分表面与工具或上下砧面接触，其余为自由表面，坯料在水平方向进行塑性变形时流动自由，因而要求设备功率比模锻小；锻件形状和尺寸全凭锻工掌握和控制，因此生产效率低，锻件复杂程度和精度较低。
随着锻造生产的发展，批量的增加，自由锻件必然被生产效率高、精度高、锻件形状复杂的模锻件所代替，但特大型锻件还必须靠自由锻生产，而且随着科学技术的发展，自由锻造的现代化，锻件的内部质量、精度与生产效率都将有很大的提高。
采用模具在锻造设备上进行的锻造称为模型锻造，简称模锻。
模锻时金属坯料表面与模具全面接触，坯料在进行塑性变形时流动不自由，受到模壁限制，因而要求设备功率大；锻件的尺寸和形状由终锻模膛控制，余量小，精度与效率都高，而且便于实现机械化和自动化。
自由锻造适合于单件、小批生产，模型锻造则适合于大批量的生产。
6．1 自由锻造6．1．1 自由锻造基本工序自由锻造的基本工序有拔长、镦粗、冲孔、扩孔、切断、弯第97页形、扭转和错移等。
(1)拔长是使锻件长度增长、横截面积减小的操作工序，主要用于锻造轴类锻件，如台阶轴、拉杆和连杆等。
①拔长的基本方法拔长时沿坯料的一面顺次锻打一遍后，坯料一般会发生翘曲，应将坯料翻转180°后轻击拉直，然后再翻转90°顺次锻打。
对塑性较差的高合金钢等锻件，应采用沿螺旋方向翻转90°的方法锻造，以保证锻造时变形均匀和温度均匀。
翻转方法如图6—1所示。
②拔长的操作要点a．拔长时坯料每次进给量不得小于单面压下量，否则容易产生折叠。
b．直径较大的坯料拔成较小的圆截面时，应先锻成方形截面，当拔长到接近锻件直径时，再倒棱滚圆。
如果用圆钢拔成方钢，圆钢的最小直径应在方钢边长的1．4倍以上，才能保证锻得出。
锻造工艺过程及模具设计
锻造工艺过程及模具设计
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自由锻件分类
锻造工艺过程及模具设计
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第3章 自由锻主要工序分析
3.2 自由锻基本工序分析 镦粗 ①镦粗的定义? ②镦粗的目的?
锻造工艺过程及模具设计
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•2．锻件的锻后热处理 •锻件在机械加工前后，一般都要进行热处理。机械加工前的热处理称为锻件的 锻后热处理．机械加工后的热处理称为最终热处理。通常锻件的锻后热处理是在 锻压车间进行的。 •由于锻造过程中锻件各部分变形程度、终锻温度和冷却速度不一致，锻件内部 存在组织不均匀、残余应力和加工硬化等现象。为了消除上述现象，保证锻件质 量，锻后应进行热处理。 •锻件的锻后热处理的目的是调整锻件硬度， •锻件最常采用的热处理方法有退火、正火、调质等。 •(1)退火退火有完全退火、不完全退火、等温退火、预防白点退火等。 •完全退火：一般用于亚共析钢，如45钢、5crMnM0等。将钢锻件加热到Ac3上 30～50℃，经过一定时间的保温使之完全奥氏体化，然后随炉冷至6００℃，出 炉空冷，以获得平衡状态的组织(一般是铁索体加珠光体)。 • 不完全退火(也称球化退火)：适用于过共析钢，如T8、T12、Gcrl5等。将钢 锻件加热到Ac，以上10～20℃，经过较长时间的保温，然后随炉缓冷至4００～ 500 ℃取出空冷，以获得珠光体组织。
锻造工艺过程及模具设计
•3.拔长变形过程分析 •①拔长时的锻造比？ •②拔长时的变形特点？ •③拔长缺陷与防止措施？锻造工Fra bibliotek过程及模具设计
锻造工艺过程及模具设计
第七章锻压成形工艺
2、滚压模膛
在坯料(pī liào)长度根本不变的前提下用它来减小坯料(pī liào)某局部的横截面积，以增 大另一局部的横截面积。
滚压模膛分为开式和闭式两种：
当模锻件沿轴线的横截面积相差不很大或对 拔长后的毛坯作修整时，采用开式滚压模膛。
当模锻件的截面相差较大(jiào dà)时，那么应采 用闭式滚压模膛。
是将毛坯弯成所需形状(xíngzhuàn)的工序
在进行弯曲变形前，先要将毛坯锻成所需形状，使体积合 理分配，ห้องสมุดไป่ตู้于(biànyú)获得合格产品。
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5〕扭转(niǔzhuǎn)
将毛坯(máopī)一局部相对于另一局部绕其轴线旋转一定角度的工序。
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6〕切割(qiēgē)
几何体间的交接处 不应形成(xíngchéng)空间曲线
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零件(línɡ jiàn)的自由锻结构工艺性
自由锻件上不应设计(shèjì)出加强筋、凸台、 工字形截面或空间曲线形外表
自由锻件横截面假设有急剧变化或形状
较复杂(fùzá)时，应设计成有几个简单件构
成的组合体，再焊接或机械连接方法 连接。
造。图7－8中的b-b面，就不适合作分模面。
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(4) 选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。
压力机 以压力(yālì)代替锤锻时的冲 击力，适用于锻造大型锻件。
水压机 油压机
锻锤吨位 = 落下局部总重量 = 活塞+锤头+锤杆
压力机吨位 = 滑块运动到下始点时所产生的最大压力
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二、自由锻工序
第10章锻造（自由锻造工艺规程的编制及举例）
第十章锻压章节重点本章重点介绍了锻压的分类、特点、应用塑性变形对金属组织和性能的影响自由锻的主要工序及工艺要点锻压件的特点及应用。
学习目标1了解锻压的分类、特点、应用。
2理解塑性变形对金属组织和性能的影响常用金属的锻压性能。
3了解自由锻的主要工序及工艺要点识读锻件图、坯料的质量和尺寸、锻造工序、加热和冷却规范、锻造设备等会画简单锻件图。
4了解其他常用锻压方法的特点及应用、锻压技术发展趋势。
5初步具备合理选择典型零件的锻压方法、分析锻件结构工艺性具有锻件质量与成本分析的初步能力。
第一节锻压的基本知识一、锻压的概述【锻压】是指对坯料施加压力使其产生塑性变形改变尺寸、形状及改善性能用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。
它是锻造和冲压的总称。
锻压包括轧制、挤压、拉拨、自由锻造、模型锻造、冲压等加工方法其典型工序实例如图所示。
常用的锻压加工方法锻压加工是以金属的塑性变形为基础的各种钢和大多数非铁金属及其合金都具有不同程度的塑性因此它们可在冷态或热态下进行锻压加工而脆性材料如灰铸铁、铸造铜合金、铸造铝合金等则不能进行锻压加工。
金属锻压加工的主要特点: 优点1 能改善金属内部组织提高金属的力学性能。
2 节省金属材料。
与直接切削钢材的成形相比还可以节省金属材料的消耗而且也节省加工工时。
3 生产效率较高。
如齿轮轧制、滚轮轧制等制造方法均比机械加工的生产率高出几倍甚至几十倍以上。
缺点: 1 不能获得形状很复杂的制件其制件的尺寸精度、形状精度和表面质量还不够高 2 加工设备比较昂贵制件的成本比铸件高。
二、金属的塑性变形金属在外力作用下将产生变形其变形过程包括弹性变形和塑性变形两个阶段。
【弹性变形】是指除去外力后物体完全恢复原状的变形。
【塑性变形】是指作用在物体上的外力取消后物体的变形不完全恢复而产生的永久变形。
塑性变形不仅能用于成形加工还会对金属的组织和性能产生很大影响。
一塑性变形的实质1 单晶体的塑性变形单晶体的变形方式有滑移和孪生两种。
大型锻件锻造工艺过程
大锻件一般应用在大型机械的关键部位，由于工作环境恶劣，受力复杂多变，因此，在生产过程中对大型锻件的质量要求很高。
大锻件由钢锭直接锻造成形，生产大型锻件时，即使采用最先进的冶金技术，钢锭内部也不可避免存在微裂纹、疏松、缩孔、偏析等缺陷，严重影响锻件的质量，为了消除这些缺陷，提高锻件质量，就必须改进锻造工艺，选用合理的锻造工艺参数。
大锻件锻造不仅要满足所需零件形状和尺寸，而且重要的是破碎铸态组织、细化晶粒、均匀组织、锻合缩孔、气孔和缩松等缺陷，提高锻件内部质量。
钢锭尺寸愈大，钢锭中的缺陷也愈严重，锻造改善缺陷愈困难，进而增加了锻造难度。
在锻造过程中，镦粗和拔长是最基本的工序，也是不可缺少的工序，对于具有特殊外形的锻件来说，胎模锻造也较为常用。
一、镦粗工艺在大型锻件的自由锻生产中，镦粗是一个非常主要的变形工序。
镦粗工艺参数的合理选择，对大锻件的质量起着决定性的作用。
反复的镦拔不但可以提高坯料的锻造比，同时也可以破碎合金钢中的碳化物，达到均匀分布的目的；还可以提高锻件的横向力学性能，减小力学性能的异向性。
大型饼类锻件和宽板锻件都是以镦粗为主要变形，且镦粗的变形量很大，但是目前该类锻件的超声波探伤废品率很高，主要因为内部出现了横向内裂层缺陷，然而现行的工艺理论对此不能解释。
为此，从90年代开始，中国学者经过长时间的认真研究，从主变形区以及被动变形区理论出发，对镦粗理论进行深入研究。
提出了平板镦粗时刚塑性力学模型的拉应力理论以及静水应力力学模型的切应力理论，与此同时还进行了大量的定性物理模拟实验，并利用广义滑移线法和力学分块法来求解分析工件内部的应力状态，大量数据证明了该理论的合理性和正确性，揭示了利用普通平板镦粗圆柱体时其内部应力的分布规律，进而提出了锥形板镦粗新工艺，建立了方柱体镦粗的刚塑性力学模型。
二、拔长工艺拔长是大型轴类锻件锻造过程中必须的一道工序，也是影响锻件质量的主要工序，通过拔长工序使坯料截面积减小，长度增加，同时也起到打碎粗晶、锻合内部疏松与孔洞、细化铸态组织等作用，从而获得均质致密的高质量锻件。
五金加工的主要技术工艺流程及介绍
五金加工的主要技术工艺流程及介绍五金加工是制造行业中常见的一项技术，它包括了许多不同的工艺流程。
本文将介绍五金加工的主要技术工艺流程，并探讨每个工艺流程的重要性和应用领域。
一、铸造铸造是五金加工中最常用的工艺流程之一。
它是通过将熔化的金属或合金倒入预先制作好的模具中，使其凝固并形成所需的形状。
铸造工艺流程包括制模、熔炼、浇注、凝固和清理等步骤。
铸造的优点是可制造出复杂的几何形状，适用于生产大批量的零部件。
二、锻造锻造是通过将金属加热至可锻造温度后施加外力使其变形的一种工艺流程。
锻造可以分为冲压锻造、自由锻造和模压锻造等。
锻造工艺流程能够提高材料的强度和硬度，广泛应用于制造具有高强度要求的零部件，如汽车发动机曲轴、飞机零件等。
三、切削切削是将金属材料从工件上去除，形成所需形状的一种工艺流程。
常见的切削方法包括铣削、车削、钻削等。
切削工艺流程通常需要使用切削工具，如铣刀、车刀等。
切削加工具有高精度、高效率的特点，适用于制造精密零件，如机械零件、汽车零件等。
四、焊接焊接是将两个或多个金属零件通过熔化它们的接触面并填充金属材料，使它们永久连接在一起的一种工艺流程。
焊接可以分为电弧焊、气体保护焊、激光和电子束焊等多种方式。
焊接工艺流程可以用于制造大型结构、管道、容器等。
五、塑性成形塑性成形是通过将工件置于一定的应力和应变条件下，使其发生可逆形变，从而得到所需形状的一种工艺流程。
塑性成形包括冷镦、冷挤压等多种方法。
塑性成形工艺流程广泛应用于制造薄板、线材等形状复杂的零件。
总结回顾：五金加工是制造行业中常见的一项技术，它包括铸造、锻造、切削、焊接和塑性成形等多种工艺流程。
每种工艺流程都有其独特的应用领域和优势。
铸造适用于生产大批量的复杂零部件，锻造可提高材料的强度和硬度，切削加工具有高精度和高效率，焊接可将金属零件永久连接在一起，而塑性成形工艺流程适用于制造形状复杂的零件。
了解五金加工的不同技术工艺流程，有助于我们更全面、深刻地理解这一领域。
锻造工艺过程及模具设计 ppt课件
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2.铸造
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3.压铸
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4.注塑
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压铸和注塑的发展100多年的历史。
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从工艺的角度谈区别
1.锻造
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除上述切割方法外，还有等离子切割法、电子束切割法、阳极切割法等。
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2.3 模锻时的润滑 ①锻造时为什么要润滑? ②润滑剂的分类? （传统的润滑剂、新型的
润滑剂）
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第二章 锻前加热
3.1 一般加热方法 金属材料锻前加热的目的：
是为了提高金属的塑性，降低变形抗力，以利于 锻造和获得良好的锻后组织。
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第一章 概述
1.2 锻造生产的发展过程 ① 模锻件的数量增加,自由锻造的数量减少; ② 材料利用率; ③ 模锻的流程; （备料………校正） ④ 20世纪锻造的基本发展情况?
自由锻造和模型锻造的工艺过程
自由锻造和模型锻造的工艺过程自由锻造是一种常用的锻造工艺，它采用锻造机械或锻造设备对工件进行锤击、挤压或剪切等操作，将金属坯料加热至塑性状态后进行塑性变形，最终获得所需形状的工件。
自由锻造工艺具有以下几个主要步骤：1.材料准备：根据工件的要求，选择合适的材料，如钢、铝、铜等。
材料必须具备良好的塑性和可锻性。
2.加热：将所需锻造材料放入锻造炉中进行加热，通常采用电阻加热或气体燃烧器进行加热。
加热的目的是使材料达到塑性状态，方便进行塑性变形。
3.锻造：加热至适宜温度后，将材料放入锻造机械或锻造设备中进行锻造操作。
锻造操作可以通过压力，例如锤击或挤压，或通过剪切使工件变形。
锻造操作需要根据工件形状和尺寸进行精确控制，以确保最终获得所需形状的工件。
4.温度控制和冷却：在锻造过程中，材料会受到高温影响。
为了保证工件的质量和性能，需要对温度进行控制。
一般情况下，可以通过水冷却或自然冷却的方式快速降低工件温度。
5.后处理：完成锻造后，工件可能需要进行热处理、机械加工或表面处理。
这些处理可以改善工件的性能和外观。
模型锻造是一种常见的塑性加工工艺，它以模具为基础，通过压力和热力对金属坯料进行塑性变形，从而得到所需要的形状。
模型锻造的主要步骤如下：1.模具制造：首先需要根据工件的形状和尺寸，制作合适的模具。
模具可以用金属或其他材料制造而成。
2.材料准备：根据工件的要求，选择合适的材料坯料。
材料必须具备良好的塑性和可锻性。
3.加热：将材料加热至塑性状态，使其易于塑性变形。
加热的方式可以采用电阻加热或气体燃烧器进行。
4.锻造：将加热至塑性状态的材料放入模具中，施加适当的压力和热力，使材料变形。
锻造过程中需要精确控制温度和压力，以确保获得所需的形状。
5.冷却和后处理：完成锻造后，需要对工件进行冷却，使其恢复到室温，并可能需要进行热处理、机械加工或表面处理等后处理。
第5章自由锻工艺过程
3．钢锭规格的选择
1）首先确定钢锭的各种损耗，求钢锭的利用率
1 冒口 锭底 烧损 100%
碳素钢钢锭： 冒口 18% - 25%，锭底 5% - 7%
合金钢钢锭： 冒口 25% - 30%，锭底 7% -10%
计算钢锭质量：
G锭
G锻 G损
2）根据锻件类型，参照资料选取 G锭 G锻 /
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每一次的加油，每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.12. 820.12. 8Tuesday, December 08, 2020
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天生我材必有用，千金散尽还复来。0 5:51:04 05:51:0 405:51 12/8/20 20 5:51:04 AM
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 12.805: 51:0405 :51Dec-208-De c-20
4.4.3. 选择锻造设备
•空气锤利用电动机带动活塞产生 压缩空气，使锤头上下往复运动 进行锤击。
特点:结构简单，操作方便，维护 容易，但吨位较小，只能用来锻 造100kg以下的小型锻件。
•蒸汽－空气锤采用蒸汽和压缩空 气作为动力，其吨位稍大，可用 来生产质量小于1500kg的锻件，
5.3 自由工艺过程规程的制定
5.3 自由工艺过程规程的制定
4.4.3. 选择锻造设备
（1)在水压机上锻造
最大变形力 F pA
平均单位压力p根据不同情况分别计算
1）圆形截面锻件镦粗
当
H D
0.5时，
p
s (1
3
当
H D
0.5
时，
p
s (1
4
D) H D) H
D、H分别是锻造终了锻件的直径和高度， s 在相应变 形温度和速度下的真实流动应力
锻造工艺学1
提高大型锻件工艺质量的措施：1改变锭形2改变坯料形状3改变砧子形状4表面降温锻造（又称硬壳锻造）强制冷却，使表面形成硬壳，心部处于强烈三向压应力状态5锻焊联合工艺：开坯→1锻造→焊接→精锻2焊接→锻造
模锻与自由锻区别：模锻有斜度、有圆角、有毛边、面接触、效率高
飞边/毛边槽的作用：1造成足够大的水平方向阻力，迫使金属充满型腔，保证锻件尺寸精确2缓冲锤击（提高模具使用寿命）3容纳多余金属（保证锻件尺寸精度）
举例说明：P14图
模锻斜度：在锻件上与分模面相垂直平面或曲面所附加或固有斜度
作用：锻后从型槽中顺利取出
圆角半径：外圆角（凸圆角）作用：避免锻模在热处理时和模锻过程中因应力集中导致开裂
内圆角（凹圆角）作用பைடு நூலகம்是使金属易于流动充满型槽，防止产生折叠、防止型槽过早被压塌
圆角半径不合适：书
预锻型槽用斜底连皮、终锻型槽用带仓连皮
锻件上难形成部门设计在上模的原因：金属流动惯性作用
开式模锻形成过程三阶段：1鐓粗阶段2充满模膛阶段3打靠阶段
模膛尺寸和形状的影响：金属变形时在模膛内遇到的阻力与下列因素有关：1变形金属与模壁间摩擦系数2模壁斜度：斜度↑→挤压力↑（目的：为了锻件从锻模取出）3圆角半径R：R↓不易充满4模膛的宽度和深度→越窄越深，不易充满5模具温度：T↓→不易充满
圆饼类锻件特点：形状尺寸：长、高方向相差不大；金属流动：轴线方向//打击方向；制坯特点：镦粗
长轴类锻件特点：形状尺寸：长、高方向相差大；金属流动：轴线方向⊥打击方向；制坯特点：需拔长、滚挤等有效制坯工具
分模位置选择：基本原则：保证锻件形状与零件形状相同及锻件易从锻件模型槽中取出，此外争取获得镦粗充填成形的良好效果，为此锻件分模位置选择在具有最大的水平投影尺寸上。
复习思考题与答案111
《锻造工艺学》习题集与答案一、名词解释1．模锻：是将加热或不加热的坯料置于锻模模膛内，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锻造成形过程。
2．自由锻造：是利用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧铁之间或与砧铁与锤头之间产生变形，从而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件的成形过程。
3．温挤压：将坯料加热到金属再结晶温度以下、回复温度以上某个适当的温度范围内进行的挤压。
4．复合挤压：一部分金属坯料的挤出方向与凸模的运动方向相同，另一部分金属坯料的挤出方向与凸模的运动方向相反，是正挤和反挤的复合。
5．等温挤压：就是在整个挤压过程中，挤压模模口附近的变形区金属的温度始终保持恒定或基本恒定，以保持金属的等变形抗力和流动的均匀性，从而使制件材料获得较均匀的组织及力学性能。
6．热挤压：将金属材料加热到热锻成形温度进行挤压，即在挤压前将坯料加热到金属的再结晶温度以上的某个温度下进行的挤压。
二、填空题1．零件挤压的基本方法有（正挤压）、（反挤压）、（复合挤压）、（减径挤压）、（径向挤压）和（镦挤复合法）等六种。
2．适宜于温挤压润滑剂的基本材料有（石墨）、（二硫化钼）、（玻璃）和（氧化铅）等五种。
3．热挤压件常用的热处理方法有（退火）、（正火）和（调质）等。
4．加热缺陷主要有（氧化）、（脱碳）、（过热）、（过烧）和（开裂）等。
5．冷挤压模具的导柱导套布置方式有（双导柱中间布置）、（双导柱对角布置）、（四导柱封闭布置）三种。
6．典型冷挤压模的组成（工作部分）、（传力部分）、（顶出部分）、（卸料部分）、（导向部分）和（紧固部分）等。
三、应用题1．试述奥氏体不锈钢的表面处理过程。
答：奥氏体不锈钢因与磷酸盐基本上不发生化学反应，所以不能用磷化处理，故用草酸盐处理来代替。
处理后坯料用热水洗涤，经过草酸盐处理后的坯料表面呈绿墨色。
为了使不锈钢坯料能与草酸盐溶液直接接触，坯料在草酸盐处理前应进行酸洗。
2．冷挤压坯料为何要进行软化处理？答：为了改善冷挤压坯料的挤压性能和提高模具的使用寿命，大部分材料在挤压前和多道次挤压工序之间必须采用软化处理，以降低材料的硬度，提高材料的塑性，得到良好的显微组织，消除内应力。
【经典】第三章自锻工艺
3.内部横向裂纹 产生原因与防止：拔长大锭料时，进给量大，相对送进量小，拔 长区出现双鼓形，中间锻不透，心部沿轴向出现附加拉应力，引 发裂纹。正确地选择送进量、适当的操作和利用合适工具可避免。
6）复杂形状锻件：如阀体、叉杆、吊环体、十字轴等，根据上述 的锻件工序进行组合，锻造是应合理的选择锻造工序。
基本工序
3－3 自由锻基本工序
镦粗 拔长 冲孔 扩孔 弯曲 错移
等六种工序。
一、镦粗
1）定义：使坯料高度减小而横截面增大的成形工序。
2）镦粗的目的：改变坯料截面积；便于冲孔操作；提高 锻造比的反复镦粗与拔长；减小力学性能的各向异性。
变形时A区金属轴向流动，借助与外端的作用力拉着B区一起伸 长，实现拔长。 A区金属沿切向流动时受B区金属的限制，B区对A 区金属切向流动限制愈强烈，愈有利于拔长。
芯轴拔长受力与变形流动情况
（3）芯轴拔长时易出现问题 内孔裂纹:裂纹产生是由于坯料内壁产生切向拉应力超过材料
强度而形成。压靠时由于芯轴与坯料存在一定间隙，内壁金属受到 弯曲作用使内孔受到切向拉应力或由于压下量过大，温度低，塑性 差造成，采用V型砧和捶击均匀、避免在一处捶击可减少裂纹。
横表面裂纹形成原因与预防：轴心区变形过大，使上下表层金属沿 轴向受附加拉应力造成，对于塑性较差材料和砧面摩擦系数过大时 易形成。改善润滑条件、加大锤砧转角处的圆角可避免。
角裂纹产生原因与预防：矩形坯料拔长，当送进量过大，心部金属 变形过大，拉着表面金属轴向伸长，前后不变形部分的存在使沿轴 向产生附加拉应力，再加上边角部分冷速较快，塑性降低易产生裂 纹。操作上勤倒角，通过倒角变形。消除附加应力。
金属材料成形工艺的种类及特点
金属材料成形工艺的种类及特点金属材料成形方法是零件设计的重要内容，也是制造者们极度关心的问题，金属成形工艺分为八大工艺：铸造、塑性成形、机加工、焊接、粉末冶金、金属注射成型、金属半固态成型、3D打印。
一、铸造液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，通常称为金属液态成形或铸造。
1、工艺流程：液体金属→充型→凝固收缩→铸件2、工艺特点：1）可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。
2）适应性强，合金种类不受限制，铸件大小几乎不受限制。
3）材料来源广，废品可重熔，设备投资低。
4）废品率高、表面质量较低、劳动条件差。
3、铸造分类：（1）砂型铸造砂型铸造：在砂型中生产铸件的铸造方法。
钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。
工艺流程：技术特点：1）适合于制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯；2）适应性广，成本低；3）对于某些塑性很差的材料，如铸铁等，砂型铸造是制造其零件或，毛坯的唯一的成形工艺。
应用：汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件（2）熔模铸造熔模铸造：通常是指在易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。
常称为“失蜡铸造”。
工艺流程：优点：1）尺寸精度和几何精度高；2）表面粗糙度高；3）能够铸造外型复杂的铸件，且铸造的合金不受限制。
缺点：工序繁杂，费用较高应用：适用于生产形状复杂、精度要求高、或很难进行其它加工的小型零件，如涡轮发动机的叶片等。
（3）压力铸造压铸：是利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。
工艺流程：优点：1）压铸时金属液体承受压力高，流速快2）产品质量好，尺寸稳定，互换性好；3）生产效率高，压铸模使用次数多；4）适合大批大量生产，经济效益好。
缺点：1）铸件容易产生细小的气孔和缩松。
自由锻工艺过程
辅助和修整工序：倒棱、滚 圆、校正等工步
轴杆类锻件
主要有传动轴、轧辊、立柱、拉 杆等零件。 工序： 基本工序：拔长或 墩粗+ 拔长工步
辅助和修整工序：倒棱、滚圆 工步
曲轴类锻件
工序： 基本工序：拔 长、错移和扭转等工 步
辅助和修整工序： 分段压痕、局部倒棱、 滚圆和校正等工步
1 下料 2 压槽 3错移 4 压槽 5 压出Ⅰ和Ⅲ 6 压槽 7 摔出中
间，两端轴颈 8 扭转，Ⅰ和Ⅲ拐各扭30°
弯曲类锻件 工序： 基本工序： 拔长、弯曲工步
辅助和修整工序：
分段压痕、滚圆和平 整等工步
复杂形状类锻件：主 要有阀体、叉杆、吊 环体、十字轴等零件。 锻造难度较大。
自由锻件的分类
第5章
自由锻工艺过程 自由锻工艺过程的实质是利用简单的工
具逐步改变坯料的形状、尺寸和状态，以 获得所要求形状、尺寸和性能的锻件的加 工程序.
自由锻研究的主要内容是：
对于碳钢和低合金钢的中小型锻件，在锻造时 主要是成形问题，要求掌握金属的流动规律。
对于大型锻件和高合金钢锻件，因为用钢锭为 原材料，锻造时的关键是质量问题，除了提高原 材料冶金质量外，还应从锻造工艺方面采取措施 。
概念：余块 锻造比 1.自由锻造工序如何分类？各工序变形有何特点？ 2.“镦粗比”与“锻造比”有何不同？各用于什么条件？有什么实用意义？ 锻造比对组织和性能有何影响？ 3.自由锻工艺规程包括哪些内容？如何填写工艺卡片？ 4. 改善大锻件内部质量有哪些措施？
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空心类锻件
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轴类锻件的生产过程
1）坯料重量G坯为锻件重量与锻造时各种
金属损耗重量之和。
锻造生产工艺过程
锻造生产工艺过程锻造是一种常见的金属加工工艺，通过加热和施加压力来改变金属材料的形状和性能。
它广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等领域。
本文将重点介绍锻造的生产工艺过程。
一、锻造前的准备工作在进行锻造之前，需要进行一系列的准备工作。
首先是确定锻造材料，常见的锻造材料包括钢、铝、铜等金属材料。
其次是根据产品的要求，设计模具和工装夹具。
模具的设计需要考虑到产品的形状、尺寸和锻造工艺等因素。
然后是准备锻造设备和工艺参数，包括锻造机床、加热炉、锻造锤等设备，以及加热温度、锻造速度、锤击力量等参数的设定。
二、锻造的加热过程在锻造过程中，首先需要对金属材料进行加热，使其达到适宜的锻造温度。
加热温度的选择要根据材料的种类和要求来确定，一般情况下，钢材的加热温度在1000℃-1250℃之间。
加热的方式可以通过电阻加热、感应加热、火焰加热等方式进行。
加热的时间要根据材料的厚度和热传导性来确定，一般情况下，加热时间在数分钟到十几分钟之间。
三、锻造的变形过程在金属材料达到适宜的锻造温度后，需要进行锻造变形。
锻造变形的方式有很多种，常见的有自由锻造、模锻造、冷锻造等。
自由锻造是指将金属材料放在锻造机床上，通过锻锤的冲击力量进行变形。
模锻造是指将金属材料放在模具中，通过锻模的冲击力量进行变形。
冷锻造是指在常温下进行的锻造，适用于一些对尺寸精度和表面质量要求较高的产品。
在锻造过程中，需要控制好变形的速度和力量，以避免产生裂纹和变形不均匀等问题。
四、锻造的冷却和退火过程在锻造完成后，金属材料需要进行冷却和退火处理。
冷却是指将锻造后的金属材料放置在空气中进行自然冷却，使其温度逐渐降低。
退火是指将锻造后的金属材料加热到一定温度，然后缓慢冷却，以消除内部应力和提高材料的塑性和韧性。
冷却和退火的方式可以通过水冷、油冷、盐浴退火等方式进行。
五、锻造的后续处理过程在锻造完成后，还需要进行一些后续处理工艺。
常见的后续处理工艺包括热处理、表面处理和机械加工等。
锻造的工艺过程
锻造的工艺过程锻造是一种重要的金属成形工艺，其目的是通过对金属材料进行加工，使其形状和性能得到改善。
锻造的工艺过程主要包括以下几个步骤：准备工作、预热、锻造、冷却和后处理。
首先是准备工作。
在进行锻造之前，需要对金属材料进行一些准备工作。
这包括选择合适的原材料、计算所需的加工量和设计所需的模具等。
接下来是预热。
在进行锻造之前，需要将金属材料加热到一定温度范围内。
这样可以使其变得更加柔软和易于加工，并且可以避免出现裂纹等问题。
预热温度通常根据金属材料的种类和所需的形状来确定。
然后是锻造过程本身。
在锻造过程中，需要将预热后的金属材料放入模具中，并使用压力或冲击力来改变其形状。
这个过程可以分为两种类型：自由锻造和模锻造。
自由锻造是指直接用铁槌或重型钢球等敲打金属材料，使其变形成所需的形状。
这种方法适用于简单的形状和小批量生产。
模锻造则是使用模具来控制金属材料的形状。
这种方法适用于复杂的形状和大批量生产。
模具可以是单一的或多段式的，根据所需形状来选择。
在锻造过程中，需要控制加工温度、压力、速度和方向等参数，以确保金属材料得到正确的形状和性能。
完成锻造后，需要进行冷却。
冷却可以通过空气冷却、水淬火或油淬火等方式来进行。
这个过程可以使金属材料变得更加坚硬和耐用，并且可以消除内部应力。
最后是后处理。
在锻造完成后，可能需要对产品进行一些后处理工作，如去毛刺、打磨、喷漆等。
这些工作可以使产品更加美观和实用。
总之，锻造是一种重要的金属成形工艺，在现代工业生产中得到了广泛应用。
通过准备工作、预热、锻造、冷却和后处理等步骤，可以使金属材料得到理想的形状和性能，并且可以满足不同行业对产品质量和性能的需求。
齿轮坯自由锻造工艺流程
具体设计方法与步骤
(2) 冲孔 冲孔应使冲孔芯料损失小，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冲≤D/3=213/3=71mm,实际选用d=60mm (3) 扩孔 总扩孔量为锻件孔径减去冲孔直径， 即(131-60)=71mm,一般每次扩孔量为 25~30mm，分配各次扩孔量为21mm、25mm、25mm。 (4) 修整锻件 按锻件图进行修整
6
具体设计方法与步骤
1.设计绘制锻件图 该零件材料为40Cr，生产批量小，采取自由锻锻造齿轮坯。齿轮上 的齿形，圆周小凹槽，凸肩以及8×φ30mm通孔等部分，采用自由 锻方法很难成形这些部位，因此考虑到技术上的可行性和经济性， 决定不与锻出，并采用附加余块简化锻件外形，以利于锻造。锻造 出齿轮坯后可以进一步进行切削加工，最后成形。 根据零件图的尺寸规格，对照表所列中零件的高度和直径范围，可 以查出齿轮锻件加工余量和 公差。D=289，h=52，查得的加工余量 及公差为锻件水平方向a=10±4，锻件 高度方向b=9±3，内孔的双边c=13±5， 然后按查得的公差数值，便可绘出凸肩 齿轮的锻件图。
5
工艺规程的制定
5.确定锻造温度及规范造温度及规范 （1）.确定锻造的温度范围 各类合金钢的锻造温度范围可以从表中查出，基本的原 则是确保钢在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的 变形抗力，能够锻造出优质锻件，且较宽的锻造温度范 围和较少的加热次数，以及较高的生产率。 （2）.确定加热及冷却范围 对于导热性好，直径小于150~200mm的碳素结构钢小件， 采用一般加热规范，一般高温装炉，炉温控制在 1300℃~1350℃。当坯料加热至始锻温度后，立即出炉 锻造。 （3）. 确定冷却方法及规范 根据要求选择空冷、坑冷或 炉冷。中小型碳钢和低合金钢锻后均采取冷却速度较快 的空冷方法。碳素工具钢、合金工具钢及轴承钢，锻后 先空冷鼓风或喷雾等快速冷到200℃，然后把锻件放入 坑中或炉中缓冷。
锻造工艺过程
(1) 空气锤。空气锤的结构简单，操作灵活，维修方 便。由于受压缩缸和工作缸大小的限制，空气锤吨位较小 ，锤击能力也小。空气锤吨位一般在40kg～1000kg，常 用吨位范围为65kg～750kg。锻锤吨位是指落下部分(锤 头、锤杆、活塞和上抵铁等)的质量。
(2) 水压机。水压机是在静压力下使坯料产生塑性变 形，工作平稳，噪声小，工作条件好；能产生数万kN压 力，锻透深度大；变形速度慢，有利于获得金属再结晶组 织，改善了锻件的内部组织。
a
3
2．过热、过烧
过热是指金属加热温度过高，加热时间过 长而引起晶粒粗大的现象。过热使钢坯的可锻 性和力学性能下降，必须通过退火处理来细化 晶粒以消除过热组织，不能进行退火处理的钢 坯可通过反复锻打来改善晶粒度。
二、锻造成形
金属加热后，就可锻造成形，根据锻造时 所用的设备、工模具及成形方式的不同，可将 锻造成形分为自由锻成形、模锻成形和胎模锻 成形等。
各类自由锻件采用的锻造工序见下表。
类别
I 实心圆截面光 轴及阶梯轴
图
例
锻造用工序 拔长，压肩，打圆
实心方截面光 Ⅱ 杆及阶梯杆
拔长，压肩，整修，冲孔
a
9Leabharlann 单拐及多 Ⅲ 拐曲轴Ⅳ 空心光环 及阶梯环
V 空心筒
Ⅵ 弯曲件
拔长，分段，错移，打 圆，扭转
镦粗，冲孔，在心轴上 扩孔，定径
镦粗，冲孔，在心轴上 拔长，打圆
a
2
钢加热到高温时，表层中的碳被炉气中的O2、C02 等氧化或与氢产生化学作用，生成CO或甲烷而被 烧掉。这种因钢在加热时表层碳量降低的现象称 为脱碳。
脱碳的钢，使工件表面变软，强度和耐磨性降 低。钢中碳的质量分数越高，加热时越易脱碳。
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3．1．2 燃料及其燃烧
(1)燃料的种类和成分 锻造加热用的燃料按其状态可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料三类。固体燃料有煤、焦炭等。液体燃料有重油、柴油等。气体燃料有各种煤气、天然气等。
d．拔长部分应有足够的长度A，否则因变形发生在坯料的表面，易形成凹陷及中心裂纹。长度A与截面直径D或边长H的关系如下。
如坯料较短，为防止端部凹陷或中心裂纹，可将此端镦成球面或倒棱，然后再切槽拔长。
e．在水压机上拔长钢锭时，应从钢锭冒口端拔出供夹持用的
常用的优质碳素结构钢的牌号有08F钢、20钢、35钢、40钢、45钢等，用于制造齿轮
、连杆、轴类等重要零件。
碳素工具钢主要用来制造刀具、模具和量具。这类钢要求高硬度和高耐磨性，因此其含碳量在0．65％～1．35％之间，全都属于优质级或高级优质的高碳钢。
(3)按用途划分 可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。结构钢主要用于制造各种机械零件和工程构件，一般属于低、中碳钢和低、中碳合金钢。工具钢主要用于制作各种刃具、模具和量具等，
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一般属于高碳钢和高碳合金钢。特殊性能钢指具有某种特殊物理或化学性能的钢，如不锈钢、耐磨钢、耐热钢等。
典型锻件的锻造工艺2009-06-28 20:49第5章 典型锻件的锻造工艺
5．1 典型自由锻件自由锻工艺
自由锻造是指采用通用工具或直接在锻造设备(锻锤或水压机)的上、下砧之间进行锻造。自由锻造的基本工序有拔长、镦粗、冲孔、扩孔、切割、弯曲、扭转和错移。尽管自由锻造的基本工序选择和安排是多种多样的，但在满足合格锻件的前提下，必须选择合理的工序。
采用模具在锻造设备上进行的锻造称为模型锻造，简称模锻。模锻时金属坯料表面与模具全面接触，坯料在进行塑性变形时流动不自由，受到模壁限制，因而要求设备功率大；锻件的尺寸和形状由终锻模膛控制，余量小，精度与效率都高，而且便于实现机械化和自动化。
自由锻造适合于单件、小批生产，模型锻造则适合于大批量的生产。
5．1．1 台阶轴自由锻工艺举例
台阶轴自由锻工艺见表5—1。
5．1．2 带孔盘类自由锻工艺举例
法兰圈的自由锻工艺见表5—2。
第93页
5．2要有模锻锤、摩擦压力机、热模锻压力机、平锻机等。模锻是把加热到规定温度的金属坯料放人固定于模锻设备上的锻模内，使上、下模打靠，金属在模膛内产生塑性变形，从而达到所需的形状和尺寸。模锻主要工序有坯料加热、模锻、切边等，下面列举两个实例。
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头完成向上运动。
②基本操作 接通电源，启动空气锤后通过脚踏杆或操纵手柄(图4—1)，操纵上、下旋阀，可以使空气锤实现空转(空行程)、锤头上悬、锤头下压、连续打击、单次打击等五种动作。
a．空转(空行程) 压缩缸和工作缸的上、下部分与大气相通，电动机和减速机构空转，锻锤不工作，锤头靠自重停在下砥铁上。
(2)燃料的燃烧过程 燃料中的可燃物质与空气中的氧进行剧烈氧化的过程，称为燃料的燃烧过程。燃料在燃烧中放出大量的热和光。
要使燃料燃烧，必须将燃料加热到开始燃烧时的温度(即燃料的燃点)。燃料、氧气和燃点是燃烧的三要素。表3—1列出了几种燃料的燃点。
第40页
燃料燃烧时放出的热量把所生成的炉气加热至所能达到的温度，即燃烧温度。将空气和气体燃料进行预热，采用最少量的过剩空气，或采用富氧(含氧较多)空气加热和加快燃烧速度等可提高燃烧温度。
3．2．1 反射炉
反射炉是以烟煤为燃料的火焰加热炉，在中、小型锻工车间普遍使用。反射炉主要由燃烧室、加热室、送风装置、换热器及烟道、烟囱等部分组成，如图3—1所示。
(1)燃烧室 是煤块进行燃烧的空间，燃烧所需空气从鼓风机送来，由风管口进入，再通过炉箅进入煤层。燃烧所放出的热通过火墙反射到加热室加热金属，而燃烧形成的煤灰则从炉条中落人灰坑，燃烧结成的煤渣可从加煤口扒出。
6．1 自由锻造
6．1．1 自由锻造基本工序
自由锻造的基本工序有拔长、镦粗、冲孔、扩孔、切断、弯
第97页
形、扭转和错移等。
(1)拔长 是使锻件长度增长、横截面积减小的操作工序，主要用于锻造轴类锻件，如台阶轴、拉杆和连杆等。
①拔长的基本方法 拔长时沿坯料的一面顺次锻打一遍后，坯料一般会发生翘曲，应将坯料翻转180°后轻击拉直，然后再翻转90°顺次锻打。对塑性较差的高合金钢等锻件，应采用沿螺旋方向翻转90°的方法锻造，以保证锻造时变形均匀和温度均匀。翻转方法如图6—1所示。
此外，按冶炼方法不同可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。按冶炼时脱氧程度不同又可分为沸腾钢(脱氧不完全)、镇静钢(脱氧较完全)和半镇静钢(脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间)。
1．1．1．2 常用钢的牌号及性能
②优质碳素结构钢 其牌号用两位数字表示，这两位数字具体表示钢中含碳量的万分之几。例如45钢，表示平均含碳量为0．45％的优质碳素结构钢。若钢中含锰量较高(0．7％≤Mn≤1．2％)时，在牌号后面加上锰的化学元素符号，如20Mn、65Mn等。
碳钢按含碳量可分为低碳钢(C＜0．25％)、中碳钢(0．25％≤C≤0．60％)和高碳钢(C＞0．60％)。
合金钢按合金元素总含量(以Me表示)可分为低合金钢(Me＜5％)、中合金钢(5％≤Me≤10％)和高合金钢(Me＞10％)。
(2)按质量划分 根据钢中有害杂质元素S、P含量的多少来评定，可分为普通钢(S≤0．050％，P≤0．045％)、优质钢(S≤0．035％，P≤0．035％)和高级优质钢(S≤0．020％，P≤0．030％)。
金属塑性变形理论基础2009-06-28 20:46第2章 金属塑性变形理论基础
金属塑性变形理论是压力加工的基础，各种形状的锻件就是利用金属塑性变形来制造的。因此，掌握塑性变形的基本知识，将有助于保证产品质量，提高生产效率，降低原材料和能源消耗。
2．1 金属的软化过程金属在塑性变形过程中产生的冷变形强化(加工硬化)现象，给金属的继续变形和以后的切削加工带来一定的困难，通常采用中间退火来消除冷变形强化以保证塑性变形继续进行，采用锻后热处理来消除冷变形强化，以保证锻件成品有良好的力学性能和切削性能。冷变形强化后的金属，随着加热温度升高，一般经历如下三个变化阶段，即回复—再结晶—品粒长大(图2-1)。金属的软化过程就是指叫复与再结晶过程。
金属加热的方法按其所使用的能源不同，主要分为火焰加热和电加热两大类。
(1)火焰加热法 利用燃料燃烧所放出的热能，通过热辐射、热传导和热对流三种方式来加热金屑的装置，称为火焰加热炉。
火焰加热炉用的燃料有煤、焦炭、重油、柴油、各种煤气和天然气等。火焰加热法就是在火焰加热炉内加热金属的方法。它的优点是燃料来源方便，各种规格和形状的钢锭和坯料均可加热，因此在生产中被广泛地采用。其缺点是加热质量难以控制，劳动条件差及加热速度慢等。
b．锤头上悬 压缩缸上部和工作缸上部都经上旋阀6与大气相通，压缩空气只能经下旋阀进人工作缸的下部，使锤头上悬，此时可进行更换砥铁，放置坯料、工具，或
进行调整、检查、清扫等工作。
c．锤头下压 压缩缸上部和工作缸下部与大气相通，压缩空气由压缩缸的下部经逆止阀及中间通道进入工作缸上部，使锤头向下运动压紧坯料。
3．2锻造加热炉
按照所用热源不同，锻造加热炉可分为火焰加热炉和电加热炉(电炉)两大类。
其中，火焰加热炉的分类包括以下几种：按所用燃料不同，分为油炉、气炉和煤炉；按加热室的结构不同，分为室式炉(单室炉、双室炉)、半连续炉和连续炉；按炉底结构形式，分为台车炉和转底炉(又称为
环形炉)。
不同的生产条什应选择不同的加热炉。例如，单件小批生产，要求有较大的灵活性，应尽量选择室式炉；大、中型锻件应采用台车炉；大批量生产小型和中型锻件则应采用转底炉。炉型的选择还需从燃料类别、加热坯料的质量及尺寸、经济条件和劳动条件等方面综合考虑。
②拔长的操作要点
a．拔长时坯料每次进给量不得小于单面压下量，否则容易产生折叠。
b．直径较大的坯料拔成较小的圆截面时，应先锻成方形截面，当拔长到接近锻件直径时，再倒棱滚圆。如果用圆钢拔成方钢，圆钢的最小直径应在方钢边长的1．4倍以上，才能保证锻得出。
c．锻造锻件的台阶或凹槽时，先用压辊压痕或三角刀切槽，然后进行局部拔长，这样可使过渡面子直整齐。
5．2．1 右半联轴器模锻工艺举例
模锻右半联轴器的操作见表5—3。
锻造设备2009-06-28 20:48第4章 锻造设备
4．1 常用锻压设备的性能参数、工作原理和调整方法
4．1．1 自由锻设备
自由锻设备主要有空气锤、蒸汽—空气锤和水压机。前两者主要用于单件、小批量的中、小型锻件的生产，水压机是生产大型锻件(最大300t)必不可少的锻压设备。
自由锻造和模型锻造的工艺过程2009-06-28 20:50第6章 自由锻造和模型锻造的工艺过程
采用通用工具或直接在锻造设备的上下砧之间进行的锻造，称为自由锻造，简称自由锻。自由锻的工艺灵活，锻造时金屑坯料只有部分表面与工具或上下砧面接触，其余为自由表面，坯料在水平方向进行塑性变形时流动自由，因而要求设备功率比模锻小；锻件形状和尺寸全凭锻工掌握和控制，因此生产效率低，锻件复杂程度和精度较低。随着锻造生产的发展，批量的增加，自由锻件必然被生产效率高、精度高、锻件形状复杂的模锻件所代替，但特大型锻件还必须靠自由锻生产，而且随着科学技术的发展，自由锻造的现代化，锻件的内部质量、精度与生产效率都将有很大的提高。
(1)空气锤
①工作原理 空气锤是由电动机直接驱动的锻造设备，空气锤的吨位大小(打击能量)是以其落下部分的质量来表示的。其动力来源方便，安装费用低，锤击速度快，每分钟约95～245次，适用于中、小型锻件的自由锻造和胎模锻造。常用空气锤的技术规格见表4—1。