锻造工艺学4讲解
锻造工艺设计学复习知识点
1.体积成形〔锻造、热锻〕：利用外力，通过工具或模具使金属毛坯产生塑性变形，发生金属材料的转移和分配，从而获得具有一定形状、尺寸和内在质量的毛坯或零件的一种加工方法。
2.自由锻：只用简单的通用性工具，或在锻压设备的上、下砧间直接使坯料成形而获得所需锻件的方法。
特点： 1、工具简单，通用性强，操作灵活性大，适合单件和小批锻件，特别是特大型锻件的生产。
2、工具与毛坯局部接触，所需设备功率比生产同尺寸锻件的模锻设备小得多，适应与锻造大型锻件。
3、锻件精度低，加工余量大，生产效率低，劳动强度大3.模锻：利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法。
通过冲击力或压力使毛坯在一定形状和尺寸的锻模模腔内产生塑性模锻特点： (1)锻件形状较复杂，尺寸精度高; (2)切削余量小，材料利用率高，模锻件本钱较低； (3)与自由锻相比，操作简单，生产率高；(4) 设备投资大，锻模本钱高，生产准备周期长，且模锻件受到模锻设备吨位的限制，适于小型锻件的成批和大量生产。
变形获得锻件4.锻造工艺流程：备料---加热---模锻---切边、冲孔—热处理—酸洗、清理---校正5.锻造用料：碳素钢和合金钢、铝、镁、铜、钛等及其合金。
材料的原始状态：棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。
6.一般加热方法：可分为燃料〔火焰〕加热和电加热两大类。
7.钢在加热时的常见缺陷：氧化、脱碳、过热、过烧、裂纹8.自由锻主要工序：镦粗、拔长、冲孔、扩孔9.使坯料高度减小，横截面增大的成形工序称为镦粗。
镦粗分类：完全镦粗、端部镦粗、中间镦粗10.镦粗的变形分析：难变形区、大变形区、小变形区11.镦粗工序主要质量问题：①锭料镦粗后上、下端常保存铸态组织②侧外表易产生纵向或呈45度方向的裂纹③高坯料镦粗时常由于失稳而弯曲。
防止措施: 1、使用润滑剂和预热工具 2、采用凹形毛坯 3、采用软金属垫 4、采用叠镦和套环内镦粗 5、采用反复镦粗拔长的锻造工艺12.使坯料横截面积减小而长度增加的成形工序叫拔长13.在坯料上锻制出透孔或不透孔的工序叫冲孔14.冲孔的质量分析：走样、裂纹、孔冲偏15.减小空心坯料壁厚而增加其内、外径的锻造工序叫扩孔16.采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序称为弯曲17.扭转是将坯料的一局部相对于另一局部绕其轴线旋转一定角度的锻造工序18.按成形方法的不同，模锻工艺可分为开式模锻、闭式模锻、挤压和顶镦四类19.模具形状对金属变形流动的影响：⑴控制锻件的最终形状和尺寸⑵控制金属的流动方向⑶控制塑性变形区⑷提高金属的塑性⑸控制坯料失稳提高成形极限20.开式模锻变形过程：第Ⅰ阶段是由开场模压到金属与模具侧壁接触为止；第Ⅰ阶段完毕到金属充满模膛为止是第Ⅱ阶段；金属充满模膛后，多余金属由桥口流出，此为第Ⅲ阶段。
大锻件 第4部分 锻造用钢锭及铸锭技术
第四部分锻造用钢锭及铸锭技术一、 大型钢锭的组织结构及类型1．大型钢锭的组织结构z 激冷层：锭身表面的细小等轴晶区。
厚度仅6~8mm ；因过冷度较大，凝固速 度快，无偏析；有夹渣、气孔等缺陷。
z 柱状晶区：位于激冷层内侧；由径向呈细长的柱状晶粒组成；由于树枝状 晶沿温度梯度最大的方向生长，该方向恰为径向，因此形成了柱状晶区；其凝固速度较快，偏析较轻，夹杂物较少；厚度约50~120mm 。
z 分枝树枝晶区：从柱状晶区向内生长；主轴方向偏离柱状晶，倾斜，并出现 二次以上分枝；温差较小，固液两相区大，合金元素及杂质浓度较大。
z A 偏析区：枝状晶间存在残液，比锭内未凝固的钢液密度小，向上流动，形成A 偏析；在偏析区合金元素和杂质富集，存在较多的硫化物，易产生偏析裂纹。
z 等轴晶区：位于中心部位；温差很小，同时结晶，成等轴晶区。
钢液粘稠， 固相彼此搭桥，残液下流形成V 偏析，疏松增多。
z 沉积锥区：位于等轴晶区的底端；由顶面下落的结晶雨、熔断的枝状晶形成的自由晶组成，显示负偏析；等轴的自由晶上附着大量夹杂物，其组织疏松，且夹杂浓度很大；应切除。
z 冒口区：最后凝固的顶部；因钢液的选择性结晶，使后凝固的部分含有大量的低熔点物质，最后富集于上部中心区，其磷、硫类夹杂物多；若冒口保温不良，顶部先凝固，因无法补缩形成缩孔；质量最差，应予切除。
2． 大型钢锭的类型z 普通钢锭高径比：=+dD H 2 1.8~2.5；通常，10吨以下的钢锭：2.1~2.3，10吨以上的钢锭：1.5~2；锥度：=%100-D Hd 3~4% ； 横断面为8棱角形。
大钢锭为16，24，32棱角。
z 短粗型钢锭高径比： 0.5~2；锥度： 8~12%。
高宽比减小，锥度加大有利于钢锭实现自下而上顺序凝固，易于钢水补缩，中心较密实；有利于夹杂上浮，气体外溢，减少偏析；锭身较短，钢水压力小，侧表面不易产生裂纹；锥度大，易脱模；可增加拔长锻比。
锻造工艺学
第一、二章 锻造生产用原材料与下料1、钢锭由冒口、锭身和底部组成。
2、大型钢锭的组织结构：答：1）细晶粒层 由于钢液接触模壁冷凝速度快，产生大量晶核，因而表面首先凝固成细小的等轴晶粒层（或称激冷层）；2）柱状晶区 表面细晶粒层形成后，锭模温度上升，继续散热速度减慢，晶粒开始沿着与模壁垂直的方向发展，从而形成柱状晶区。
由于选择结晶的缘故，易熔成分挤向中心，所以柱状晶区的夹杂及其他缺陷较少；3）倾斜树枝晶区 随着柱状晶区的不断发展，锭模温度继续上升，散热速度愈加减慢，加以杂质和气体上浮的运动作用，于是形成晶轴偏离柱状晶体方向的倾斜树枝晶区，并且A 形偏析区也在这一区间形成；4）粗大等轴晶区 倾斜树枝晶区长大到一定阶段后，由于外层收缩脱离锭模产生间隙，散热速度更加减慢，中心区的钢液有可能达到同一过冷度而同时凝固，最终形成粗大等轴晶区。
在这一区间的上部出现V 形偏析，下部出现负偏析，夹杂与疏松等缺陷较多，由此不难看出钢锭中心处组织较差；5）沉积堆 底部的钢液凝固快，形成较厚的细晶粒层。
此外，由于上部钢液中最初形成的晶体因比重大而下沉，并将碰断的树枝状晶分枝一起向下堆积。
在这一过程中，由于周围凝固，并且钢液补缩能力较小，所以沉积堆的组织疏松，氧化物夹杂多，在化学成分上构成负偏析区；6）冒口区 因为选择结晶的关系，钢锭内首先凝固的部分纯度高，最后凝固的冒口区杂质最多，特别是熔点低的硫化物和磷化物。
冒口区的钢液比重小，在凝固过程中得不到补缩，因而最终形成大缩孔，其周围并存在大量疏松。
钢锭底部和冒口占钢锭重量的5--7%和18--25%。
对于合金钢，切除的冒口应占钢锭的25--30%，底部占7--10%。
3、大型钢锭的内部缺陷以及形成原因：答：1）偏析 钢锭内部化学成分和杂质分布不均匀性称为偏析。
偏析是钢液凝固时选择结晶的产物。
偏析可分为树枝状偏析（或显微偏析）和区域偏析（或低倍偏析）两种。
树枝状偏析是指钢锭在晶体范围内化学成分的不均匀性。
锻造基础知识讲座
锻造基础知识讲座（一）锻造的基本概念。
锻造是锻压工艺的一部分，锻压包括锻造和冲压两部分。
锻造的根本目的：是获得所需形状和尺寸，同时要求其性能和组织符合一定的技术要求的毛坯。
锻造按温度来分有：热锻、温锻和冷锻。
不同的锻造温度对锻件的组织和性能的影响也是不同的。
下面介绍的内容主要是热锻部分知识。
锻造分自由锻和模锻两部分。
自由锻是自由锻造的简称，自由锻包括胎模锻，适用于单件小批生产。
模锻适用于批量生产和大批量生产，如汽车制造行业。
自由锻和模锻是锻造工艺的主要支柱。
发达国家的模锻件占锻件总重量的70％以上；我国在50年代模锻件占锻件总重量不到20％，现在有进步，但模锻件总重乃比自由锻件少。
自由锻又分手工锻和机器锻。
手工锻在现在工厂用得很少，只在工具修理部门有，农村的铁匠炉基本上还是用手工锻。
机器锻又分锤上自由锻和水压机上自由锻，前者用来生产大、中、小锻件；后者用来生产大型和特大型锻件。
自由锻特点：1.所用工具简单，通用性强，灵活性大。
2.靠工人的手工操作来控制锻件的形状和尺寸，因此，锻件的精度差，工人的劳动强度大，生产率低。
锻件的主要缺陷有：1.裂纹：有横向、纵向裂纹及其它各种裂纹。
2.过烧。
3.白点（锻件内部银白色、灰白色圆形的裂纹）4.折叠。
5.疏松、非金属夹杂物。
6.机械性能达不到要求（锻比不够）。
7.弯曲、变形。
产生以上缺陷的原因很多，有铸锭缺陷引起的，有锻造加热不当引起的，有锻造本身的原因，也有锻后冷却和热处理不当引起的。
总之，原因很多。
所以当锻件的缺陷发现后，需要综合起来进行分析，并要掌握在不同情况下产生缺陷的不同特征，以便具体问题进行具体分析。
（二）锻造设备简介。
1.自由锻设备：有锻锤和水压机两类。
（1）锻锤有：简易锻锤---夹板（杆）锤：最大吨位1～2吨。
弹簧锤：最大吨位100公斤左右。
钢丝锤：最大吨位3吨。
如我厂的3 吨落锤。
空气锤：规格有：40、65、75、150、250、400、560、750、1000公斤等。
锻造知识及问题汇总
（4）氢的影响 钢中的氢是由锈蚀含水的炉料或从含有水蒸气的炉气中吸入的。此外在含氢的还原性气
氛中加热钢材、酸洗及电镀等，氢均可被钢件吸收，并通过扩散进入钢内。 氢对钢的危害是很大的。一是引起氢脆，即在低于钢材强度极限的应力任用下，经一定
主要体现在以下组织和性能： 1）打碎柱状晶，改善宏观偏析，把铸态组织变为锻态组织，并在合适的温度
和应力条件下，焊合内部空隙，提高材料的致密度。 2）铸锭经过锻造形成纤维组织，进一步通过轧制、挤压、模具锻造，使锻件
得到合理的纤维方向分布。
3）控制晶粒度的大小和均匀度。 4）是组织得到形变强化或形变---相变强化等。 通过上述组织的改变，使锻件的塑性、冲击韧度、疲劳强度、断裂韧度、 和持久强度也随之得到了改善。之后通过锻后热处理就可以得到零件所要求的 硬度、强度、塑性等良好的综合性能。
D、但是不是所有的缩孔都可以焊合，在金属结晶时，在金属的冒口附近形成 的集中缩孔以及二次缩孔，由于其表面被氧化，故不能在压力加工时焊合。此外， 分散缩孔（即缩松），和等轴晶区的显微组织相似，杂质较少，且表面未被氧化， 也是可以在压力加工时焊合的。
（二）、钢中杂质元素的影响
（1）锰和硅的影响 锰和硅是炼钢过程中必须加入的脱氧剂，用以去除溶于钢液中的氧。锰除了
二、锻造的基本知识
（一） 锻造的含义
锻造就是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。
二、锻造的基本知识
（二）锻造的分类
（1）按照工具模具安置情况分类
自由锻造（固定的平砧或者型砧成型）
胎模锻（锻造模具为可移动式）
锻造工艺学(完整版)课件
控制锻造工艺参数
如温度、压力、时间等，以获 得最佳的锻造效果。
制定检验标准
对锻造产品进行严格的质量检 验，确保产品符合标准。
持续改进
根据质量反馈，不断优化锻造 工艺和质量控制措施。
质量检测方法
目视检测
通过肉眼或低倍放大镜观察产品表面和内部 质量。
无损检测
利用X射线、超声波等无损检测技术对产品 内部进行检测。
有色金属
复合材料
如铜、铝、锌等，具有良好的导热性和塑 性，适用于制造要求轻量化和美观的零件 。
由两种或多种材料组成，具有优异的性能 ，如高强度、高刚性和轻量化，适用于航 空、航天等高科技领域。
锻造工具
锻锤
是最常用的锻造工具之 一，通过敲击使材料变 形，达到锻造的目的。
压力机
通过施加压力使材料变 形，适用于大型和重型
提高材料利用率和降低成本
通过合理的锻造工艺，可以减少材料浪费，降低生产成本。
锻造工艺的历史与发展
古代锻造工艺
现代锻造工艺
人类早期的锻造工艺主要采用简单的 锤击和砧打方式，用于制作工具和武 器。
随着科技的不断进步，锻造工艺在材 料、设备、工艺控制等方面取得了重 大突破，广泛应用于航空、航天、汽 车、能源等领域。
分类
锻造工艺学根据不同的分类标准可以 分为多种类型，如按变形温度可分为 热锻、温锻和冷锻；按变形程度可分 为自由锻、模锻和精密锻造等。
锻造工艺的重要性
提高金属材料的力学性能
通过塑性变形消除金属内部的缺陷，提高其力学性能，如强度、 韧性等。
实现复杂形状零件的成形
锻造工艺能够将金属材料加工成具有复杂形状和尺寸要求的零件， 满足各种工程应用需求。
锻造工艺学(完整版)
家的工业水平。
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二、锻件生产的分类及其工艺流程
根据所用工具和生产工艺的不同可分为自由锻造、模锻和特 种锻造。
1．自由锻造 把加热好的坯料放在自由锻造设备的平砧之间 或简单的工具中进行锻造的方法称为自由锻。
一般由锻工控制金属的变形方向和形状尺寸。
手工锻造
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自由锻还可以借助简单的模具进行锻造，称 胎模锻。
胎模锻造是把加热好的坯料用自由锻方法预 锻成近似锻件的形状，然后在自由锻设备上用胎 模终锻成形（形状简单的锻件可直接把坯料放入 胎模内成形），这种锻造方法称为胎模锻造。
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2．模锻 把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的 模具内进行锻造的方法称为模锻。
这些缺陷的形成与冶炼、浇注和结晶过 程紧密相关，并且不可避免。
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⑴偏析 包括枝晶偏析（指钢锭在晶体范围内化学 成分的不均匀性）和区域偏析（钢锭在宏观范围 内的不均匀性）
造成力学性能不均匀和裂纹缺陷。枝晶偏析现
象可以通过锻造、再结晶、高温扩散和锻后热处
理得到消除。区域偏析只有通过反复镦—拔变形工
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4) 提高锻件的内在质量。 5) 提高机械化、自动化水平。 6) 发展以煤气、油、电等为热源的先进加热 技术，改善劳动条件。
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（三）目前，我国锻造业面临的问题可以归纳 为如下
装备水平低，其主要表现是设备老化、精确度低 管理体制亟待理顺，生产厂点过多，力量分散 厂家封闭式经营 研究和生产不平衡
2) 高产 指机械化生产，生产率高
二、三百件/小时，现在更高了，一百多件/分， 1.2万件/小时。据统计，每模锻100万吨钢，由于提高 了生产率，可比切削加工减少2~3万工人，少用15000 台机床。在现今技术水平条件下，几乎任何一种金属 材料都可用锻造方法制成半成品零件，只是难易程度 不同而已。
锻造工艺学复习知识点
1.体积成形（锻造、热锻）：利用外力，通过工具或模具使金属毛坯产生塑性变形，发生金属材料的转移和分配，从而获得具有一定形状、尺寸和内在质量的毛坯或零件的一种加工方法。
2.自由锻：只用简单的通用性工具，或在锻压设备的上、下砧间直接使坯料成形而获得所需锻件的方法。
特点：1、工具简单，通用性强，操作灵活性大，适合单件和小批锻件，特别是特大型锻件的生产。
2、工具与毛坯部分接触，所需设备功率比生产同尺寸锻件的模锻设备小得多，适应与锻造大型锻件。
3、锻件精度低，加工余量大，生产效率低，劳动强度大3.模锻：利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法。
通过冲击力或压力使毛坯在一定形状和尺寸的锻模模腔内产生塑性模锻特点：(1)锻件形状较复杂，尺寸精度高; (2)切削余量小，材料利用率高，模锻件成本较低；(3)与自由锻相比，操作简单，生产率高；(4) 设备投资大，锻模成本高，生产准备周期长，且模锻件受到模锻设备吨位的限制，适于小型锻件的成批和大量生产。
变形获得锻件4.锻造工艺流程：备料---加热---模锻---切边、冲孔—热处理—酸洗、清理---校正5.锻造用料：碳素钢和合金钢、铝、镁、铜、钛等及其合金。
材料的原始状态：棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。
6.一般加热方法：可分为燃料（火焰）加热和电加热两大类。
7.钢在加热时的常见缺陷：氧化、脱碳、过热、过烧、裂纹8.自由锻主要工序：镦粗、拔长、冲孔、扩孔9.使坯料高度减小，横截面增大的成形工序称为镦粗。
镦粗分类：完全镦粗、端部镦粗、中间镦粗10.镦粗的变形分析：难变形区、大变形区、小变形区11.镦粗工序主要质量问题：①锭料镦粗后上、下端常保留铸态组织②侧表面易产生纵向或呈45度方向的裂纹③高坯料镦粗时常由于失稳而弯曲。
防止措施: 1、使用润滑剂和预热工具 2、采用凹形毛坯 3、采用软金属垫 4、采用叠镦和套环内镦粗 5、采用反复镦粗拔长的锻造工艺12.使坯料横截面积减小而长度增加的成形工序叫拔长13.在坯料上锻制出透孔或不透孔的工序叫冲孔14.冲孔的质量分析：走样、裂纹、孔冲偏15.减小空心坯料壁厚而增加其内、外径的锻造工序叫扩孔16.采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序称为弯曲17.扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序18.按成形方法的不同，模锻工艺可分为开式模锻、闭式模锻、挤压和顶镦四类19.模具形状对金属变形流动的影响：⑴控制锻件的最终形状和尺寸⑵控制金属的流动方向⑶控制塑性变形区⑷提高金属的塑性⑸控制坯料失稳提高成形极限20.开式模锻变形过程：第Ⅰ阶段是由开始模压到金属与模具侧壁接触为止；第Ⅰ阶段结束到金属充满模膛为止是第Ⅱ阶段；金属充满模膛后，多余金属由桥口流出，此为第Ⅲ阶段。
锻 造 工 艺学
几种常用材料的锻造温度范围
钢材 低碳钢 中碳钢 合金结构钢 铝合金 铜合金 始锻温度（℃） 1200~1250 1150~1200 1100~1180 450~500 800~900 终锻温度（℃） 800 800 850 350~380 650~700
2.锻造成形 2.锻造成形
ห้องสมุดไป่ตู้
坯料加热好后，即可锻造成形。 坯料加热好后，即可锻造成形。 锻造成形方式一般为自由锻和模锻， 锻造成形方式一般为自由锻和模锻， 具体可根据锻件的尺寸、形状、 具体可根据锻件的尺寸、形状、生 产批量等进行选择。 产批量等进行选择。
锻造工艺介绍
锻压
锻压是在外力作用下使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定 形状、尺寸和性能的毛坯或零件的加工方法，锻压是锻造和冲压的 总称。 锻压的主要生产方式：
锻压
锻压的生产特点：
1.能改善金属组织 2.能节约金属 3.能加工各种形状和重量的产品
锻 造工艺
一、锻造的概念
锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生塑性变形,以 获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。 锻造是机械制造中常用的成型方法。通过锻造能消除金属的铸态 疏松、焊合孔洞，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。机械 中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的 板材、型材或焊接件外，多采用锻件。
锻 造工艺
四、锻造的发展
新石器时代 1842年
20世纪初期
19世纪末
锻 造工艺
五、金属锻造的工艺流程
1.坯料的加热 1.坯料的加热
加热的目的是为了提高坯料的塑性和降低它的变形抗力， 加热的目的是为了提高坯料的塑性和降低它的变形抗力，同时也 是改善金属可锻性的有效措施，并且对生产率、 是改善金属可锻性的有效措施，并且对生产率、产品质量和金属有 效利用率等都有很大的影响。 效利用率等都有很大的影响。
锻造实训课程设计
锻造实训课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握锻造工艺的基本概念、分类和适用范围。
2. 使学生了解锻造过程中金属组织与性能的变化规律。
3. 引导学生认识锻造设备及其操作要点。
技能目标：1. 培养学生能够独立进行简单锻造件的工艺设计和编制能力。
2. 提高学生实际操作锻造设备的能力，熟练掌握锻造基本技能。
3. 培养学生具备初步的锻造质量检测和分析能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱劳动、尊重工匠精神的情感态度。
2. 增强学生的团队协作意识，培养良好的合作精神。
3. 引导学生认识到锻造工艺在现代制造业中的重要作用，树立产业报国的价值观。
本课程旨在通过锻造实训，使学生在掌握基本知识和技能的基础上，提高实践操作能力，培养良好的职业素养，为今后从事相关工作打下坚实基础。
针对初中年级学生的认知水平和动手能力，课程注重理论与实践相结合，以实际操作为主，让学生在动手实践中学习、探索，激发学生的学习兴趣和潜能。
同时，关注学生的个体差异，因材施教，确保每位学生都能达到课程目标。
二、教学内容1. 锻造基本概念：介绍锻造的定义、分类、特点及应用。
2. 锻造工艺：讲解锻造工艺流程、锻造方法、锻造设备及其操作要点。
- 热锻造- 冷锻造- 模锻- 自由锻3. 锻造变形规律：分析金属在锻造过程中的变形规律、应力应变状态及其对金属组织和性能的影响。
4. 锻造工艺设计：学习锻造工艺参数的选取、工艺方案设计、锻造工艺卡片的编制。
5. 锻造质量控制：介绍锻造过程中常见缺陷、产生原因及防治措施，了解锻造质量检测方法。
6. 锻造安全与防护：强调锻造过程中的安全操作规范、个人防护及设备维护。
教学内容依据课程目标，结合教材相关章节进行编排。
教学大纲明确各部分内容的安排和进度，确保教学内容的科学性和系统性。
在教学过程中，注重理论与实践相结合，充分运用实例分析、现场演示、分组讨论等多种教学方法，提高学生的学习兴趣和实际操作能力。
教学内容旨在帮助学生系统掌握锻造工艺知识，为后续课程学习和实际工作打下坚实基础。
《锻造工艺学》辅导教案
《锻造工艺学》辅导教案
关小军
材料科学与工程学院材料加工工程系
第一次讲课
一、讲授内容
第一章绪论
一、锻造工艺学及其性质
二、锻造生产的特点及其在国民经济中的作用
三、我国锻造生产的历史，现状及发展趋势
四、锻造生产方法的分类及工艺流程
五、课程的任务。
第二章锻造用原材料及下料方法
8、怎样确定碳钢的始锻和终锻温度？它们受到哪些因素的影响？
9、为什么要制定合理的加热规范？加热规范包括哪些内容？其核心问题是什么？
10、两种不同概念的加热速度实质上反映了什么因素的影响？
11、选择加热速度的原则是什么？提高加热速度的措施有哪些？
12、均热保温的目的是什么？
13、冷锭和热锭的加热规范各有什么特点？为什么？、
五、要求重点掌握的知识点
1、挤压的应力应变分析
2、挤压筒内金属的变形流动特点、规律及其影响因素。
3、 “死区”产生原因、应力应变分析及其对成形质量的不良影响。
4、常见挤压缺陷的形成原因及其预防措施。
5、径向挤压的用途、变形分析及其张模力计算。
6、顶镦用途及其模具设计原则。
六、所需学时
2学时
第十次讲课
1、金属塑性变形所遵循的基本规律和影响因素。
2、镦粗、拔长工序的金属受力分析。
2、镦粗、拔长工序的金属变形和流动特点。
3、镦粗、拔长时常见金属缺陷、产生机理及其预防措施。
六、所需学时
3学时
第五次讲课
一、讲授内容
第四章自由锻主要工序分析
第四节冲孔
一、冲孔的受力变形分析
二、冲孔的质量分析
第五节扩孔
一、冲子
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⑴基本工序 指能够大幅度地改变坯料形状和尺寸 的工序，是主要变形工序。
如镦粗、拔长、冲孔、芯轴拔长、弯曲、错移、扭转、切割 、芯轴扩孔等。
⑵辅助工序 指在坯料进入基本工序前预先变形的 工序。
如钢锭倒棱和缩颈倒棱、预压钳把、阶梯轴分段压痕等。 Seite 7
⑶修整工序 即后续工序。指用来精整锻件尺寸和 形状使完全达到锻件图要求的工序。一般是在某一 基本工序完成后进行。
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自由锻造：手工自由锻造和机械自由锻造（自由锻）
锻锤自由锻——产生冲击力使金属坯料变形（中小型）
水压机自由锻——靠压力使坯料变形（大型）
优点：所用工具简单，通用性强、灵活性大，因此适合单件 和小批锻件。 缺点：锻件精度低，加工余量大，生产率低，劳动强度大。
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二、自由锻工序分类
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（3）内部横向裂纹 也是由于送进量太小，出现双 鼓形特征，引发轴心拉应力。 （4）内部纵向裂纹 送进量过大，压下量较小，所 造成的中心拉应力。 （5）端面内凹 送进量太小，表面金属变形大、轴 心尚未来得及变形引起的。
此外还有：对角线裂纹，端面裂纹，端部孔壁裂纹
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（四）型砧拔长 坯料在V型砧或圆弧型砧中拔长。V型砧有两 种情形：即“上平下V”型和“上下V”型。其作用是利用侧压限 制金属的横向流动，迫使金属沿轴向伸长。 在型砧中拔长可提高生产率，防止内部纵向裂纹的产生。
坯料上下端面及其表层金属因受摩擦力影响成为难变形 区（Ⅰ）；区域（Ⅱ）为大变形区; 区域（Ⅲ）为小变形区 。因此，镦粗结果，坯料由圆柱形变为鼓形。另外，（I） 区与工具接触，温度降低快，也是难变形的原因之一。
i. 这样三个区域的变形不均匀使金属内部晶粒粗细不一。大变形区变形 充分，得到细晶粒；难变形区，还保留粗大的铸态组织。 ii.（Ⅱ）（Ⅲ）区变形的不均，又引起了侧表面裂纹的产生。 Seite 17
如镦粗后的鼓形滚圆和截面滚圆，凸起、凹下及不平 和有压痕面的平整，拔长后的弯曲校直和锻斜后的校正等 。
自由锻件的成形都是这三类工序的组合 Seite 8
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辅助工序
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修整工序
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三、金属塑性变形及流动的几个问题
（一）影响金属塑性变形流动的三个因素
加载情况、受力情况、变形情况
整体加载——整体受力
如镦粗
局部加载——整体受力——整体变形
如冲孔（D/d<5）
局部加载——局部受力——局部变形
如拔长、冲孔（D/d>5）
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（二）金属塑性变形的不均匀性
实质上是由金属质点的不均匀流动引起的。
（三）塑性变形时金属的流动方向
最小阻力定律
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§4-2 自由锻工序特点
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不同髙径比坯料镦 粗的变形情况
3．为减少缺陷可采取的措施有：
a 采用润滑，预热工具 b 用侧凹形毛坯镦粗
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c 使用软金属垫镦粗
软金属垫镦粗
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d 叠料镦粗 f 反复镦粗拔长工艺
叠料镦粗
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单垫环镦粗
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ห้องสมุดไป่ตู้
局部镦粗
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实心冲子冲孔 1毛坯 2冲垫 3冲子 4 心料
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较薄的坯料通常采用单面冲孔； 厚度较大的锻件，一般采用双面冲孔法
（二）冲孔常用于：⑴ 大于Ф30的盲孔或透孔锻件； ⑵ 需要扩孔的锻件需要预冲孔； ⑶ 需拔长的空心件需要预冲孔。
具有透孔或盲孔的零件，在锻造时应尽量采用冲孔工序将 孔锻出，以求节约原材料和减少机械加工工作量。
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（2）压下量（Δh）是指变形前后坯料厚度之差 ，即Δh=h0-h。 每次锤击的压下量不宜过大
一般认为Δh=(0.1～0.2)h0，并且压后断面的宽高 比不应小于2～2.5倍，否则翻转90°再压第二次 时就会产生弯曲以致形成折叠。
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必须指出：选择压下量时应结合送进量来考虑。
一、镦粗 定义：在外力作用下，使坯料高度减小 ，横截面增大的锻造工序。
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（二）镦粗的作用：
⑴ 获得横截面较大而高度较小的锻件（饼块件）。 ⑵ 用作冲孔前的准备工序(增大坯料的横截面积以便于 冲孔)。 ⑶ “反复镦拔法”，镦粗与拔长相结合，可提高锻造比 ，同时击碎合金工具钢中的块状碳化物，并使其分布均 匀以提高锻件的使用性能。 ⑷ 提高锻件的横向力学性能以减小力学性能的异向性。
下量△h、砧面与坯料的形状、锤击的轻重与操作 方法以及坯料的加热温度等等。
矩形截面拔长
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（1）送进量的大小，除影响生产率外，还影响锻件质量
当送进量太小，而坯料厚度（h0）又比较大，即当L0<0.5h0时会 出现锻不透的现象，坯料内部变形小而产生轴向拉应力，有可能 导致锻件内部产生裂纹。 送进量过大又会产生外部横向裂纹和内部纵向裂纹。所以，送进 量还需根据坯料厚度来考虑，一般取L0=(0.6～0.8)h0。
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四、扩孔
减小空心坯料壁厚，而增加其内、外径的锻造工序称为扩孔。
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心轴扩孔(马架扩孔）
冲子扩孔
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五、弯曲（局部加载，局部受力，局部变形）
弯曲是将坯料弯成所规定形状的锻造工序。它同其它工序 联合使用，可以得到各种弯曲形状的锻件，如吊钩、叉子、 夹钳等。
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拔长砧子形状及其对变形区分布的影响 a)上下V形砧 b)上平下V砧 c) 上下平砧
（五）空心件拔长(芯轴拔长) 在拔长时孔中穿一根芯轴，是一种减小空心坯料 的壁厚而增加其长度的锻造工序。
适用于锻造长筒形锻件 主要质量问题：孔内壁开裂和壁厚不均
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三、冲孔 （一）定义：采用冲子将坯料冲出透孔或盲孔(不 透孔)的锻造工序称为冲孔。
出，高度减小和侧面产生鼓形。因此，冲孔后锻件尚需加修
整工序。
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2．冲孔时易产生的缺陷及防止措施
⑴ 走样 主要是由于坯料尺寸不合理。冲孔前将坯 料镦至D/d>3（越小，走样越严重）。
⑵ 孔偏心 主要是由于定位不准或加热不均匀。先 压一浅印和使温度均匀后再冲。
⑶ 斜孔 主要是由于操作不当或坯料及工具不规范 ⑷ 裂纹 主要是由于材料塑性低，冲头锥度大，冲 孔时走样大等。
II
h
III III II I
I
平砧镦粗变形分布与应力状态分析
r
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（2）不同高径比坯料的镦粗
坯料形状和尺寸对镦粗时不均匀变形也有影响。
H0/D0=2.5
Ⅲ
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ Ⅰ
Ⅲ
HO/D0=1.45
Ⅰ Ⅲ ⅣⅠⅡⅡ
Ⅲ
H0/D0=1～0.67
H0/D0=0.22
Ⅰ ⅢⅡ Ⅲ
Ⅰ
Ⅰ
ⅢⅡ Ⅰ
ⅡⅢ
弯曲时坯料的形状变化
六、错移 错移是将毛坯的一部分与另一部分错开一定距离而 保持轴心平行的锻造工序。 制造曲轴时常采用这种方法。
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错移 a) 在一个平面内的错移 b) 在两个平面内的错移
二、拔长
（一）定义：使坯料横截面减小，以增加其长度的 锻造工序 （二）拔长作用：⑴ 由横截面积较大的坯料得到横 截面积较小、而轴向较长的轴类锻件；
⑵ 作为辅助工序进行局部变形； ⑶“反复镦拔”工序。
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拔长工序是通过逐次送进和反复转动坯料进行压缩 变形，耗费工时最多。
拔长操作方法
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（三）拔长时主要质量问题和变形流动特点：
1．质量问题：裂纹，表面折叠，端面内凹，组织 与性能不均。
2．拔长时的变形特点 拔长时坯料变形情况与镦粗变形有某些相似之处， 它是两端带有不变形金属的镦粗。
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拔长时，最关注的是拔长速度和拔长对锻件质量 的影响。
影响这两项指标的主要因素有的：送进量L0、压
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（三）主要方法: 平砧镦粗、垫环镦粗和局部镦粗。
（四）主要质量问题和变形流动特点
-------针对圆截面坯料的镦粗讨论
1．质量问题：侧表面产生纵向或45º裂纹； 侧表面出现鼓形； 上下端存留铸态组织； 高坯料镦粗易失稳弯曲。
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2．变形流动特点
（1）镦粗时由于坯料两端面与工具存在摩擦力而导致金属 变形不均匀。
第四章 自由锻主要工序分析
材料科学与工程学院
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空气锤
§4-1 概 述
一、定义
自由锻——利用冲击力或压力使金属在上下两个平板 之间产生变形，从而得到所需形状及尺寸的锻件。
或者说：只用简单的工具，或在锻造设备的上下砧间 直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需形 状及内部质量的锻件的加工方法。
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（三）冲孔时主要质量问题和变形特点
1．冲孔时，在冲头下的圆柱体区（A区）的金属受镦粗作 用，沿水平方向流动，但受到外围环形区金属的阻碍而处于
三向压应力状态。环形区（B区）则受到圆柱体区向外扩张
作用而处于切向拉应力状态。当切向拉应力超过材料强度时
，锻件孔壁就会产生纵向裂纹。
冲孔后，坯料的形状也会走样，即上端面凹进，下端面凸
一般送进量应该足够大，即L0>(0.5～0.75)Δh。否 则，会产生折叠，表面折叠产生主要是送进量与压 下量不合适，导致锻件报废。
拔长时坯料温度应适中、均匀。锤击须快，锤击 的轻重（打击力的大小）以能锻透坯料为准。