自由锻工艺ppt课件
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教学课件：第四节-自由锻工艺规程的制订
教学课件：第四节-自由锻工艺规 程的制订
目录
• 引言 • 自由锻工艺概述 • 自由锻工艺规程的制订 • 自由锻工艺规程实例分析 • 总结与展望
01 引言
课程背景
01
锻造是一种重要的金属加工工艺 ，自由锻是其中的一种形式，它 能够制造出形状更为复杂的金属 零件。
02
自由锻工艺规程的制订是锻造过 程中的关键环节，它涉及到多个 方面的考虑和决策，如工艺流程 、设备选择、材料处理等。
经济性原则
在保证产品质量的前提 下，追求生产成本的最 低化，提高经济效益。
安全性原则
确保生产过程的安全， 预防事故的发生，保障
人员和设备安全。
环保性原则
工艺规程的制订应考虑 环境保护，减少对环境
的负面影响。
工艺规程的制订流程
设备与工具选择
根据产品特性和生 产需求，选择合适 的设备和工具。
工艺流程设计
实例二：某复杂结构的自由锻工艺规程
总结词：复杂结构
详细描述：该结构由多个部分组成，形状复杂，需要采用自由锻工艺进行加工。工艺规程涉及多道工序，包括分模、拔模、 预锻、终锻等，以确保各部分能够精确组合，满足设计要求。
实例三：某大型设备的自由锻工艺规程
总结词：大型设备
详细描述：该大型设备体积庞大，质量要求高，需要采用自由锻工艺进行加工。工艺规程包括大锻件 制造、加热、成形、热处理和精整等步骤，以确保设备的质量和性能达到标准。
自由锻工艺的应用范围
自由锻工艺适用于各种金属材料 的加工，如碳钢、合金钢、不锈
钢等。
自由锻工艺可以生产各种形状和 尺寸的锻件，如轴类、齿轮类、
法兰类等。
自由锻工艺在机械制造、石油化 工、航空航天等领域得到广泛应
目录
• 引言 • 自由锻工艺概述 • 自由锻工艺规程的制订 • 自由锻工艺规程实例分析 • 总结与展望
01 引言
课程背景
01
锻造是一种重要的金属加工工艺 ，自由锻是其中的一种形式，它 能够制造出形状更为复杂的金属 零件。
02
自由锻工艺规程的制订是锻造过 程中的关键环节，它涉及到多个 方面的考虑和决策，如工艺流程 、设备选择、材料处理等。
经济性原则
在保证产品质量的前提 下，追求生产成本的最 低化，提高经济效益。
安全性原则
确保生产过程的安全， 预防事故的发生，保障
人员和设备安全。
环保性原则
工艺规程的制订应考虑 环境保护，减少对环境
的负面影响。
工艺规程的制订流程
设备与工具选择
根据产品特性和生 产需求，选择合适 的设备和工具。
工艺流程设计
实例二：某复杂结构的自由锻工艺规程
总结词：复杂结构
详细描述：该结构由多个部分组成，形状复杂，需要采用自由锻工艺进行加工。工艺规程涉及多道工序，包括分模、拔模、 预锻、终锻等，以确保各部分能够精确组合，满足设计要求。
实例三：某大型设备的自由锻工艺规程
总结词：大型设备
详细描述：该大型设备体积庞大，质量要求高，需要采用自由锻工艺进行加工。工艺规程包括大锻件 制造、加热、成形、热处理和精整等步骤，以确保设备的质量和性能达到标准。
自由锻工艺的应用范围
自由锻工艺适用于各种金属材料 的加工，如碳钢、合金钢、不锈
钢等。
自由锻工艺可以生产各种形状和 尺寸的锻件，如轴类、齿轮类、
法兰类等。
自由锻工艺在机械制造、石油化 工、航空航天等领域得到广泛应
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第二章锻造锻造：利用冲击力或压力使金属在抵铁或模锻中变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件的工艺方法。
第一节自由锻一、自由锻是利用冲击力或压力使金属在上下抵铁之间产生变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件。
l自由锻特点：–金属坯料在抵铁间受压变形时，可朝各个方向自由流动，不受限制。
–工艺灵活，所用工具简单，设备和工具的通用性强，成本低。
–自由锻锻件精度较低，加工余量较大，生产率低，–其形状和尺寸主要由操作者的技术来控制。
l应用–一般只适合于单件、小批量生产。
–可锻造1kg-300t的锻件，是生产大型和特大型锻件的唯一方法。
l自由锻设备：锻锤-冲击力，锻造中、小锻件。
液压机-压力，锻造大型锻件。
1、自由锻的工序u基本工序：实现主要变形，达到所需形状、尺寸的工序下料镦粗拔长冲孔弯曲切割扭转错移u辅助工序：基本工序之前的预变形工序倒棱压肩压痕u精整工序：基本工序之后提高尺寸、位置精度的工序2、自由锻工艺规程的制定u绘制锻件图u确定变形工艺u计算坯料质量及尺寸u选择锻造设备和工具u确定锻造温度范围和加热、冷却及热处理规范u提出锻件技术要求及验收要求u填写工艺卡等。
3、绘制锻件图锻件图是在零件图的基础上，考虑敷料、加工余量和锻造公差，并结合自由锻工艺特点而绘制成的。
u辅料：为简化零件的形状和结构、便于锻造而增加的一部分金属。
u加工余量：零件表面为切削加工而增加的尺寸。
u锻造公差：锻件名义尺寸的允许变动量。
4、确定变形工序u依据：锻件的形状特征、尺寸、技术要求以及自由锻变形工序特点。
u确定变形工步：确定基本工序、辅助工序、精整工序以及所用工具、工步顺序和尺寸。
5、计算坯料质量及尺寸–原材料：–坯：–锻件：G坯= G锻+ G损= G锻+ G烧+ G切（或G 芯）(1)盘类锻件：–镦粗方式–坯料的高径比应满足H 0/D 0=1.25～2.5–D 计=(0.8-1.0)V 坯1/3(2)轴类锻件：–拔长方式–坯料截面积应满足：F 坯≥y ·F max –采用圆截面坯料时, D 计≥y 1/2Dmax5、选定锻造设备锻件的类型、材料、尺寸和质量、车间现有的设备条件。
第三章自由锻工艺87页PPT
第三章 自由锻工艺
本章内容： 1.自由锻工序及锻件分类 2.自由锻造基本工序分析 3.自由锻工艺规程的制订
本章内容重点：自由锻工序 难点：锻造基本工序分析 自由锻工艺规程的制订
3－1 概述
自由锻的定义及其分类
定义 直接利用工具或设备将热坯料进行塑性变形，形 成具有一定形状和尺寸锻件的工艺方法。
分类
2）型砧内拔长
型砧内拔长，解决了圆形坯料在平砧间拔长轴向缩小、 横向展宽大而采用的一种拔长方法。
型砧内拔长由于受到侧向压力，减少坯料的横向流动， 增加轴向流动，增加拔长效率。
型砧拔长对拔长效率。锻透深度合金属塑性的影响
3）空心件拔长的特点 （1）定义：减小空心坯料外径（壁厚）增加其长度的锻造工艺。 （2）变形特点：变形区分为直接受力A区和间接受力区B区。
3）分类：平砧镦粗；垫环镦粗；局部镦粗三大类。
平砧镦粗
垫环镦粗 局部镦粗
（一）平砧镦粗
1.平砧镦粗与镦粗比 平砧镦粗 坯料在上下平砧或平板之间的压制变形称为平砧镦粗。
镦粗比（K） K=坯料镦粗前高度Ho /坯料镦粗后的高度H
2.变形分析
即 K＝Ho/H
1）镦粗试验： 对称面网格法的镦粗试验，观察镦粗后 网格的变化情况。
液（水）压机 液(水）压机的吨位较大， （500～15000 t），最大可达 750000kN(75000t )。可以锻造 质量为1~300t的锻件。
缺点 锻件尺寸精度低，加工余量大生产率低，
自由锻的特点 劳动强度大等。
优点 所用工具简单，通用性强，灵活性大，适 用单间和小批量生产，特别是大型锻件的生产.
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。
本章内容： 1.自由锻工序及锻件分类 2.自由锻造基本工序分析 3.自由锻工艺规程的制订
本章内容重点：自由锻工序 难点：锻造基本工序分析 自由锻工艺规程的制订
3－1 概述
自由锻的定义及其分类
定义 直接利用工具或设备将热坯料进行塑性变形，形 成具有一定形状和尺寸锻件的工艺方法。
分类
2）型砧内拔长
型砧内拔长，解决了圆形坯料在平砧间拔长轴向缩小、 横向展宽大而采用的一种拔长方法。
型砧内拔长由于受到侧向压力，减少坯料的横向流动， 增加轴向流动，增加拔长效率。
型砧拔长对拔长效率。锻透深度合金属塑性的影响
3）空心件拔长的特点 （1）定义：减小空心坯料外径（壁厚）增加其长度的锻造工艺。 （2）变形特点：变形区分为直接受力A区和间接受力区B区。
3）分类：平砧镦粗；垫环镦粗；局部镦粗三大类。
平砧镦粗
垫环镦粗 局部镦粗
（一）平砧镦粗
1.平砧镦粗与镦粗比 平砧镦粗 坯料在上下平砧或平板之间的压制变形称为平砧镦粗。
镦粗比（K） K=坯料镦粗前高度Ho /坯料镦粗后的高度H
2.变形分析
即 K＝Ho/H
1）镦粗试验： 对称面网格法的镦粗试验，观察镦粗后 网格的变化情况。
液（水）压机 液(水）压机的吨位较大， （500～15000 t），最大可达 750000kN(75000t )。可以锻造 质量为1~300t的锻件。
缺点 锻件尺寸精度低，加工余量大生产率低，
自由锻的特点 劳动强度大等。
优点 所用工具简单，通用性强，灵活性大，适 用单间和小批量生产，特别是大型锻件的生产.
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。
塑性成形工艺与模具设计第十章自由锻造工艺PPT课件
第三节 自由锻工艺的制定
二、确定毛坯质量和尺寸 1.毛坯质量的计算
G坯＝G锻+G损
2.毛坯尺寸的确定
镦粗：1.25D0<=H0<=2.5D0 拔长：应按锻件最大截面积，考虑锻比、修整量要 求等选取毛坯尺寸。
第三节 自由锻工艺的制定
三、变形工艺与锻比 1.制定变形工艺的内容：
确定锻件成形必需的基本工序、辅助工序和修 整工序，决定工序顺序，设计工序尺寸。
第三节 自由锻工艺的制定
一、绘制锻件图
锻件图是根据零件图绘制的；它是在零件图的 基础上考虑加工余量、锻造公差、锻造余块、检验 试样及工艺卡头等绘制而成的。它是计算毛坯、设 计工具和检验件的依据。 1.加工余量；
2.锻件公差；
第三节 自由锻工艺的制定
一、绘制锻件图
锻件图是根据零件图绘制的；它是在零件图的 基础上考虑加工余量、锻造公差、锻造余块、检验 试样及工艺卡头等绘制而成的。它是计算毛坯、设 计工具和检验件的依据。 3.锻造余块；
常见锻件的分类及所需锻造工序
第三节 自由锻工艺的制定
确定工序尺寸时应注意要点：
1）工序尺寸必须符合各工序的规则；
2）必须估计到各工序变形时毛坯尺寸的变化；
3）应保证锻件各部分有适当的体积；
4）在锻造最后精整时要有一定的修整余量； 5）多火次锻造大型锻件时应注意中间各火次加热的 可能性； 6）对长度方向尺寸要求准确的长轴锻件，在设计工 序尺寸时，要考虑到修整时长度尺寸会略有增长。
You Know, The More Powerful You Will Be
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
自由锻工艺PPT课件
-
5.空心类锻件
17
图4-5 195型单拐曲轴的全纤维锻造过程
6.弯曲类锻件
-
图4-7 弯曲类锻件的锻造过程
18
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
19
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
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
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
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4-57 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。
自由锻工艺课件(PPT 38张)
锻件的余量、余块
2．余块
为了简化锻件的外形或锻造工艺的需要，通常需
要添加金属。这种加添的金属部分叫做余块。
锻造时，有些零件上的小孔，尺寸不大的凹档或台阶等 ，一般不锻出，而加上余块，以简化锻件形状和操作。但简
化后的锻件形状，会增加金属的消耗和机械加工工时。因此
，是否要加放余块应根据零件的形状、尺寸和锻造技术水平 及经济效益等具体情况而定。
碳素钢轴 类锻件
合金钢轴 类锻件
最大截面
最大截面
2.0~2.5
2.5~3.0
锤 头
水轮机主 轴
最大截面
轴 身
≥2.5
≥2.5
热轧辊
冷轧辊 齿轮轴
辊 身
辊 身 最大截面
2.5~3.0
3.5~5.0 2.5~3.0
水轮机立 柱
模 块
最大截面
最大截面 最大截面
≥3.0
≥3.0 Seite 25 6.0~8.0
§5-2 自由锻工艺规程的制定
自由锻工艺规程的内容：
⑴ 根据零件图绘制锻件图； ⑵ 确定坯料的质量和尺寸； ⑶ 制订变形工艺及选用工具； ⑷ 选择设备吨位； ⑸ 确定锻造温度范围，制订坯料加热和锻件冷却规范； ⑹ 制订锻件热处理规范； ⑺ 提出锻件的技术条件和检验要求； ⑻ 填写工艺规程卡片等。
Seite 10
Seite 13
3．锻造公差
由于设备精度或技术差异，锻件实际尺
寸达不到公称尺寸，允许存在一定的误差，就是锻造公
差。
确定余量必须保证锻件在机械加工时能获得所需要的零 件尺寸和粗糙度，选择余量和公差时根据工厂的实际情 况来定。
Seite 14
4．检验用试样及工艺夹头 供锻后组织性能检验以及方便 锻后热处理的吊挂和机械加工的夹持等。 5．绘制锻件图 在锻造余量、公差和各种余块确定后，便可 绘制锻件图。 锻件的外形用粗实线描绘，标出锻造公称尺寸和公差，同 时在公称尺寸后面或下面标出零件尺寸并加上括号以示区别 。为了帮助了解成品零件的形状和便于锻后检查余量，应在 锻件图上用假想线（双点划线或细实线），描绘出零件的轮 廓形状。
第5章自由锻工艺过程
精品课件
第5章 自由锻工艺过程
2）锻比对锻件组织和性能的影响 一般规律是：锻造过程随锻比增大，由于内部孔隙焊合，
铸态组织打碎，锻件的纵向和横向机械性能均得列明显提 高．当锻比超过一定数值后形成纤维组织．横向机械性能 急剧下降导致锻件出现各向异性． 锻比是衡量锻件性能的一个重要指标。
出中间，两端轴颈 8 扭转，Ⅰ和Ⅲ拐各扭30°
精品课件
第5章 自由锻工艺过程
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。
精品课件
第5章 自由锻工艺过程
自由锻件的分类
精品课件
第5章 自由锻工艺过程
精品课件
第5章 自由锻工艺过程
4)检验试样 及操作夹头 对于有特殊要 求的锻件，需 要在试样特殊 位置添加热处 理或机械加工 用夹头。
图 夹头及余块
精品课件
第5章 自由锻工艺过程
5)绘制锻件图：锻件图用粗实线绘制，为了便于了解零件的 形状和检查锻后的实际余量，在锻件图内用假想线绘出零件 简单形状。锻件的尺寸和公差标注在尺寸线上面，零件的尺 寸加括号标注在尺寸线下面，如图上无法表示的某些条件， 可以技术条件的方式加以说明。
第5章 自由锻工艺过程
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.
精品课件
第5章 自由锻工艺过程
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。
精品课件
第5章 自由锻工艺过程
2）锻比对锻件组织和性能的影响 一般规律是：锻造过程随锻比增大，由于内部孔隙焊合，
铸态组织打碎，锻件的纵向和横向机械性能均得列明显提 高．当锻比超过一定数值后形成纤维组织．横向机械性能 急剧下降导致锻件出现各向异性． 锻比是衡量锻件性能的一个重要指标。
出中间，两端轴颈 8 扭转，Ⅰ和Ⅲ拐各扭30°
精品课件
第5章 自由锻工艺过程
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。
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第5章 自由锻工艺过程
自由锻件的分类
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第5章 自由锻工艺过程
精品课件
第5章 自由锻工艺过程
4)检验试样 及操作夹头 对于有特殊要 求的锻件，需 要在试样特殊 位置添加热处 理或机械加工 用夹头。
图 夹头及余块
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第5章 自由锻工艺过程
5)绘制锻件图：锻件图用粗实线绘制，为了便于了解零件的 形状和检查锻后的实际余量，在锻件图内用假想线绘出零件 简单形状。锻件的尺寸和公差标注在尺寸线上面，零件的尺 寸加括号标注在尺寸线下面，如图上无法表示的某些条件， 可以技术条件的方式加以说明。
第5章 自由锻工艺过程
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.
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第5章 自由锻工艺过程
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。
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【精品课件】锻压工艺学-锻造-自由锻造PPT共77页
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功课件】锻压工艺学-锻造-自由锻造
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
2-自由锻模锻工艺 热加工工艺课件热加工工艺课件锻压课件
2 两部分连接处不用弧面（采用截柱体）；
3 锻件上不得有加强筋和小凸台； 4 形状复杂件可分几个部分锻出。
§2-4 模锻
将金属坯料放在锻模的模膛内，在锻压力的作用下，迫 使金属料依模膛的形状而变形的一种锻造方法。
一 锻模和模膛
1 锻模：采用高强度金属制成，如5CrNiMo等模具钢。 组成：上模和下模。 分类：单模膛锻模、多模膛锻模。
四 模锻件的结构工艺性
具有合理的分模面、斜度和圆角半径，以便于从模膛中取出锻件； 非配合表面设计成不加工表面； 使模锻成形容易，减少工序：
零件力求简单、平直、对称； 截面差不要过大，Fmax/Fmin≤2 不宜过于扁薄； 应避免高的凸起和深凹。 避免小孔、多孔结构，避免窄沟、深槽结构；
4 -φ20
2 模膛：上下模接触时，其接触面上所形成的空腔。 模膛分类：制坯模膛和模锻模膛。
二 各类模膛的作用和结构
1 终锻模膛：锻件的最终成形（达到锻件所要求的形状和尺寸）。 模膛的形状同于锻件； 模膛尺寸比锻件大一个收缩量，钢件取1.5%； 模膛四周开设飞边槽； 作用：容纳多余金属，迫使金属充填模膛。 结构形式：飞边槽由飞边桥和飞边仓所组成。 终锻件带有飞边和冲孔连皮。
复杂件可设计成锻—焊结构。
2 预锻模膛 作用：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，提高终锻 模膛的寿命。
结构特点：形状近于锻件； 比终锻模膛略高、略窄、容积略大； 不带飞边槽； 比终锻模膛的圆角、斜度大。
3 制坯模膛： 作用：使坯料变形到基本接近于锻件的形状和尺寸，减轻模锻模膛的负荷。
种类：拔长模膛： 用来减少坯料的横截面积，以增加这部分的长度。 滚挤模膛： 减少某部分的横截面积，以增加另一部分的横截面积。 弯曲模膛： 使杆状坯料弯曲。 成形模膛： 局部转移金属，使坯料外形符合锻件水平投影的形状。
3 锻件上不得有加强筋和小凸台； 4 形状复杂件可分几个部分锻出。
§2-4 模锻
将金属坯料放在锻模的模膛内，在锻压力的作用下，迫 使金属料依模膛的形状而变形的一种锻造方法。
一 锻模和模膛
1 锻模：采用高强度金属制成，如5CrNiMo等模具钢。 组成：上模和下模。 分类：单模膛锻模、多模膛锻模。
四 模锻件的结构工艺性
具有合理的分模面、斜度和圆角半径，以便于从模膛中取出锻件； 非配合表面设计成不加工表面； 使模锻成形容易，减少工序：
零件力求简单、平直、对称； 截面差不要过大，Fmax/Fmin≤2 不宜过于扁薄； 应避免高的凸起和深凹。 避免小孔、多孔结构，避免窄沟、深槽结构；
4 -φ20
2 模膛：上下模接触时，其接触面上所形成的空腔。 模膛分类：制坯模膛和模锻模膛。
二 各类模膛的作用和结构
1 终锻模膛：锻件的最终成形（达到锻件所要求的形状和尺寸）。 模膛的形状同于锻件； 模膛尺寸比锻件大一个收缩量，钢件取1.5%； 模膛四周开设飞边槽； 作用：容纳多余金属，迫使金属充填模膛。 结构形式：飞边槽由飞边桥和飞边仓所组成。 终锻件带有飞边和冲孔连皮。
复杂件可设计成锻—焊结构。
2 预锻模膛 作用：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，提高终锻 模膛的寿命。
结构特点：形状近于锻件； 比终锻模膛略高、略窄、容积略大； 不带飞边槽； 比终锻模膛的圆角、斜度大。
3 制坯模膛： 作用：使坯料变形到基本接近于锻件的形状和尺寸，减轻模锻模膛的负荷。
种类：拔长模膛： 用来减少坯料的横截面积，以增加这部分的长度。 滚挤模膛： 减少某部分的横截面积，以增加另一部分的横截面积。 弯曲模膛： 使杆状坯料弯曲。 成形模膛： 局部转移金属，使坯料外形符合锻件水平投影的形状。
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图4-60 锻件的各种尺寸、
余量和公差的关系
57
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
58
5.绘制锻件图
图4-64 齿轮零件图
图4-65 齿轮锻件图
59
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。
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）
66
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
39
双面冲孔
1.实心冲头冲孔
图4-48 实心冲头冲孔
40
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。 。
41
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。
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。
26
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
芯轴扩孔前坯料尺寸的计算方法：
(1)预冲孔直径d0
Hale Waihona Puke d01.1 3DD: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
51
表4-5 锤上芯轴扩孔用最小芯轴直径
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。
25
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
23
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：
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。
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
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
图4-59 错移 a)在一个平面内错移 b)在两个平面内错移
55
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
56
1.加工余量 2.锻造公差
4.4.1 锻件图的制订与绘制
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
向异性
67
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
69
➢ 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
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
46
1—坯料 2—冲垫 3—冲子 4—芯料
5.空心类锻件
17
图4-5 195型单拐曲轴的全纤维锻造过程
6.弯曲类锻件
图4-7 弯曲类锻件的锻造过程
18
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
19
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
49
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。
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
65
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。
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
15
a)齿轮的锻造过程 b)锤头的锻造过程
4.曲轴类锻件
16
图4-4 三拐曲轴的锻造过程
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。
锻锤吨 0.3~0.5 0.75
1.0
2.0
3.0