自由锻工艺ppt课件

图4-60 锻件的各种尺寸、
余量和公差的关系
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3.锻造余块 4.检验试样及工艺夹头
图4-61 锻件的各种余块
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5.绘制锻件图
图4-64 齿轮零件图
图4-65 齿轮锻件图
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4.4.2 坯料质量和尺寸的确定 1.坯料质量的计算
2.坯料尺寸的确定
3.钢锭规格的选择 1)首先确定钢锭的各种损耗，求出钢锭的利用率η为 2)根据锻件类型，参照经验资料先定出概略的钢锭利用率η，然后 求得钢锭的计算质量G锭＝G锻／η，再从有关钢锭规格表中，选取60 所需的钢锭规格。
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双面冲孔
1.实心冲头冲孔
图4-48 实心冲头冲孔
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1—坯料 2—冲垫 3—冲子 4—芯料
(1)实心冲头冲孔时坯料变形特点 由于实心冲头冲孔时，坯料 处于局部加载，整体受力和整体发生变形的状态。 。
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图4-49 冲孔时的应力应变简图
•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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图4-50 冲孔时坯料形状变化的情况
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(2)冲孔坯料尺寸计算 a:冲孔后坯料直径
D 1.13
1.5 H
[v
A冲（H
h)-0.5A坯
b:坯料高度的计算
D0/d ≥5，H0=H
44
D0/d ＜5，H0=(1.1~1.2)H
实心冲孔的优点？
(3)冲孔时易产生的缺陷及防止措施 冲孔时如果操作不当、坯料尺寸不合适、坯料温度
5.空心类锻件
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图4-5 195型单拐曲轴的全纤维锻造过程
6.弯曲类锻件
图4-ຫໍສະໝຸດ Baidu 弯曲类锻件的锻造过程
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a) 20t吊钩的锻造过程 b)卡瓦的锻造过程
7.复杂形状类锻件
吊环螺钉 羊角吊钩
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羊角锤头
4.3 自由锻基本工序分析
自由锻基本工序？
了解和掌握自由锻每种基本工序金属的流动 规律和变形分布，对合理选择成形工序，准 确分析锻件质量和制定锻件自由锻工艺规程 非常重要
第四章 自由锻工艺
4.1 概述 4.2 自由锻工序及自由锻件分类 4.3 自由锻基本工序分析 4.4 自由锻工艺规程的制订
4.5 大型锻件自由锻造工艺特点
1
4.1 概述
自由锻是利用简单的通用性工具，或在锻压设备的上下砧块之 间使被加热的金属产生塑性变形，从而获得所需形状、尺寸和 性能的锻件的一种加工方法。 根据锻造设备的类型及作用力性质的不同，自由锻可分为手工 自由锻和机器自由锻。
向异性
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表4-8 典型锻件的锻造比
68
表4-7 锻造工序锻造比和变形过程总锻造比的计算方法
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➢ 重要锻件：采用镦粗拔长联合工艺，锻比要求 高达6～8。
70
4.4.4选择锻造设备
芯轴扩孔前坯料尺寸的计算方法：
(1)预冲孔直径d0
d0
1.1 3
D
D:锻件直径
(2)坯料外径D0
D0 1.13
V锻 H
(3)坯料高度H0 因扩孔后坯料高度略
有增加，则坯料高度H0应比锻件高度略小。
H0
H K
K:展宽系数
d0 / d d0 / H K H0
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表4-5 锤上芯轴扩孔用最小芯轴直径
20
4.3.1 镦粗
镦粗：使坯料高度减小而横截面增大的成形工序。
镦粗的目的在于： 1)由横截面积较小的坯料得到横截面积较大而高度较小的坯料或 锻件。 2)增大冲孔前坯料的横截面积以便于冲孔、平整端面。 3)反复镦粗、拔长，可提高下一步坯料拔长的锻造比。 4)反复镦粗和拔长可使合金钢中碳化物破碎，达到均匀分布。 5)提高锻件的力学性能和减小力学性能的异向性。
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一般用于D0/d ＞1.7, H ≥0.125D0且薄厚不太薄的锻件
2.芯轴扩孔（马架扩孔）
图4-55 芯轴扩孔 1—扩孔型砧 2—锻件 3—芯轴(杠) 4—支架(架)
局部加载，整体受力，局部变形，环形坯料沿圆周方向拔长
金属向切向和宽度方向流动。切向阻力小，宽度方向阻力大，t/d越
50
大，阻力越大。壁厚减薄，内外径扩大，宽度略有增加。
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 介于区域Ⅰ与区域Ⅱ之间。
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图4-9 平砧镦粗时变形分布与应力状态
镦粗变形不均匀，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
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2.确定锻造比
锻造比：表示锻件在锻造成形时变形程度，锻造 比以金属变形前后的横断面积的比值或高度的比 值来表示锻比大小。
KL A0 / A D02 / D2
KL H0 / H
锻造比反映了锻造对锻件组织和力学性能的影响，
是保证锻件品质的一个重要指标。
锻造比大：力学性能好；太大会造成力学性能各
自由锻视频
适用范围：1、中小型锻件的单件小批量生产； 2、大型锻件生产
优点：工具简单、通用性强、灵活性大 缺点：锻件精度低，加工余量大，劳动强度大，生产率低 2
中小型锻件，大型锻件。为模锻完成制坯工序。
3
4
16000吨水压机上， 重260吨的巨型钢锭4570毫米、 长3450毫米的核电筒节B 中国第二重型机械集团公司（以 下简称中国二重或二重）
图4-59 错移 a)在一个平面内错移 b)在两个平面内错移
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4.4 自由锻工艺规程的制订
4.4.1 锻件图的制订与绘制 4.4.2 坯料质量和尺寸的确定
4.4.3 4.4.4 4.4.5
制订变形工艺和确定锻造比 选择锻造设备 制订自由锻工艺规程举例
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1.加工余量 2.锻造公差
4.4.1 锻件图的制订与绘制
预压钳把
钢锭倒棱
表4—1 自由锻工序2
分段压痕 9
(3)修整工序 当锻件在基本工序完成后，需要对其形 状和尺寸作进一步精整，使其达所要求的形状和尺寸 的工序。
鼓形滚圆
端面平整
弯曲校正
表4—1 自由锻工序3
10
4.2.2 自由锻件分类
1.实心圆柱体轴杆类锻件、2.实心矩形断面类锻件、3.盘饼类锻件、4.曲轴类锻件 5.空心类锻件、6.弯曲类锻件、7.复杂形状类锻件
图4-57 辗压扩孔工作原理图 1—环形坯料 2—芯辊 3—辗压辊
4—导向辊 5—信号辊 53
4.3.5 弯曲
将坯料弯曲成规定外形的锻造工序称为弯曲，这种方法可用于 锻造各种弯曲类锻件，如起重吊钩、弯曲轴杆等。
图4-58 弯曲坯料截面变化情况
54
4.3.6 错移 1)在一个平面内错移，如图4-59a所示。 2)在两个平面内错移，如图4-59b所示。
表4-6 不同加热炉中加热钢的一次火耗率 61
4.4.3 制订变形工艺和确定锻造比 1.制订变形工艺
主要内容：1、确定变形工序及其顺序 2、计算坯料工序尺寸
62
63
64
图4-62 锤上锻造空心锻件的工艺方案选择图线
图4-63 水压机锻造空心锻件
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制订变形工艺应注意的问题
1) 坯料各工序的变形尺寸必须符合变形工艺规则。 2)必须保持锻件各部分有足够的体积，锻件最后需要精整时， 应留有充足的修整量。 3)在多火次锻打较大锻件时，应考虑中间各火次加热的可能性。 4)有些长轴类锻件的轴向尺寸要求精确，且因锻件太长不能镦 粗(例如曲轴等)，必须预计到锻件在精修时轴向会略有伸长。
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1.平砧镦粗
1)平砧镦粗 平砧镦粗：坯料完全在上下平砧间或镦粗平板间 进行压制。
镦粗的变形程度可以用：相对变形Ɛe，对数变形eH； 镦粗比KH来表示
e
H0 H H0
H H0
KH
H0 H
eH
In
H0 H
24 图4-8 平砧镦粗
2)平砧间鐓粗的变形分析
鐓粗时，坯料的变 形不均匀，变形后 呈鼓形。由网格法 和有限元法模拟可 知，在变形过程中， 其应力和应变沿径 向和轴向都分布不 均。 根据镦粗后网格 的变形程度分为 三个变形区：
3.垫环上冲孔
芯料损失大，芯料高度h=（0.7~0.75）H， 适用于H/D＜0.125的薄饼类锻件
图4-53 在垫环上冲孔 1—冲子 2—坯料 3—垫环 4—芯料
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4.3.4 扩孔 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。 分类： 1.冲子扩孔（胀形扩孔） 2.芯轴扩孔（拔长扩孔） 3.辗压扩孔（拔长扩孔）
使金属分 流的界面
图4-18 垫环镦粗 35
➢分流面的位置与下列因素有关：
坯料高度与直径之比（H0/D0）、环孔与坯 料直径之比(d/D0)、变形程度（εH）、环孔斜 度（α）及摩擦条件等。
α
36
单垫环镦粗
3.局部镦粗
坯料只在局部长度上产生鐓粗变形。
刚端
图4-19 局部镦粗
1、坯料局部鐓粗时， 按杆部选择坯料直径
48
1.冲子扩孔
径向受压，切向受拉。 轴向压应力很小
利用直径比坯料内孔大的锥度冲子扩大坯料内孔的直径
表4-4 冲子扩孔每次允许的扩孔量
坯料预冲孔直径mm 30~115 120~270
每次允许扩孔量mm 25 30
图4-54 冲子扩孔
锻件质量小于30kg，冲孔后直接 扩孔1~2次，再加热一火，允许 扩孔2~3次； 锻件质量大于30kg，冲孔后直接 扩孔1次，再加热一火，允许扩 孔2~3次；
图4-13 铆镦
30
图4-14 叠料镦粗过程
31
5、套环内鐓粗 适于低塑性高合金钢
图4-15 套环内镦粗 32
（4）鐓粗与高径比的关系
图4-16 不同高径比坯料镦粗时
33
图4-17 不同高径比坯料镦粗过
（5）鐓粗时应注意事项 教材P48
34
2.垫环镦粗
坯料在单个垫环镦粗或两个垫环镦粗间进行的鐓粗，又称鐓挤
37
2、H头/D0≤3
对于头部大杆部细小的杆件，选大于杆部直径的坯料
图4-20 头大杆细类锻件的局部镦粗
38
4.3.3 冲孔
在坯料上用冲子冲出通孔或不通孔（盲孔）的锻造工序。 冲孔的 作用：冲出直径＞30mm的孔，或为扩孔等冲出预制孔。 分类： 1.实心冲头冲孔 2.空心冲头冲孔 3.垫环上冲孔
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墩粗的分类
按原材料的形状分类：
1、圆形截面墩粗
2、方形截面墩粗
3、矩形截面墩粗
按镦粗方式分类：
1.平砧镦粗 2.垫环镦粗 3.局部镦粗
图4-8 圆形截面平砧镦粗
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1.平砧镦粗
(1)平砧镦粗与镦粗比 坯料完全在上下平砧间或镦粗平板间进 行的压制称为平砧镦粗。 (2)平砧间镦粗的变形分析 圆柱坯料在平砧间镦粗，随着压下 量(轴向)的增加，径向尺寸不断增大。 (3)减小镦粗时产生鼓肚和裂纹的措施 (4)镦粗与高径比的关系 (5)镦粗时应注意的事项
5
4.2.1 自由锻工序组成
(1)基本工序 较大幅度地改变坯料形状和尺寸的工序，是锻件 变形与变性的核心工序，也是自由锻的主要变形工序，如镦粗、 拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲、切割、错移、扭转 等。
6
表4—1 自由锻工序1
7
表4—1 自由锻工序1
8
表4—1 自由锻工序1
(2)辅助工序 为了配合完成基本变形工序而做的工序
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。
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3） 为减少缺陷采取的措施
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 ；
27
图4-10 侧凹坯料镦粗时的受力情况
28
图4-11 铆镦与端面辗压
３.软金属垫镦粗；
29
图4-12 软金属垫镦粗
4、铆鐓、叠料鐓粗
11
表4-2 自由锻件分类
表4-2 自由锻件分类 12
1.实心圆柱体轴杆类锻件
图4-1 传动轴的锻造过程 13
2.实心矩形断面类锻件
14
图4-2 摇杆传动轴的锻造过程
3.盘饼类锻件
图4-3 盘饼类锻件的锻造过程
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a)齿轮的锻造过程 b)锤头的锻造过程
4.曲轴类锻件
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图4-4 三拐曲轴的锻造过程
锻锤吨 0.3~0.5 0.75
1.0
2.0
3.0
5.0
位t
芯轴最 40
60
80
100
120
160
小直径
mm
一次芯轴扩孔，一般可以换三次芯轴
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3.辗压扩孔
（1）如图4-57辗压扩孔的 工作原理
（2）辗压扩孔的优点 1)锻件精度比其他自由锻方法高， 金属流线分布均匀，零件的使用寿 命较长。 2)材料利用率比其他自由锻方法可 提高10%~20%，切削加工时间可减 少15%~25%。 3)劳动条件好。
不均匀等，可能会使锻件形状“走样”，产生孔冲偏、 斜孔、裂纹等缺陷
D0/d ＞ 3
H0/D0 ≤1.5
H0/D0 ≤1.5
图4-51 冲孔缺陷示意图
增多大次D加0/热d;小锥度4冲5 子；
2.空心冲头冲孔
冲直径大于400mm的孔，芯料损失大
图4-52 空心冲头冲孔
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1—坯料 2—冲垫 3—冲子 4—芯料