第三章自由锻工艺共87页
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第3章2-自由锻工艺
程
拔长并 留出台阶
1
锻出凹挡 及拔长端部 并修整
实际生产自由锻加工录像-圆柱件锻造
实际生产自由锻加工录像-大型锻件锻造
八、自由锻件的结构工艺性
避免锥体和斜面结构
几何体间的交接处 不应形成空间曲线
截面变 化大的 锻件， 采用组 合连接
自由锻件上不应设计 出加强筋、凸台、工字形截面
思考题
➣
➣ ➣
工艺性分析
坯料质量 加热规范
绘制锻件图
确定工序 锻后热处理
参数选择
选择设备
1. 绘制锻件图
锻件图 1. 敷料
为简化 锻件形状、 便于进行锻造 而增加的一部 分金属。
2. 锻件余量
3. 锻件公差
为保证 切削加工的 精度而增加 的尺寸。
允许锻件 尺寸的变化 范围。
锻件的余块
锻件图
2．制订变形工艺过程及选用工具
➣ ➣
D d
冲子扩孔
b.心轴扩孔
孔径大而壁厚较薄的环形锻件，通常采用芯轴扩孔。 芯轴扩孔的变形实质是相当毛坯沿圆周方向拔长。
心轴扩孔(马架扩孔）
冲孔和扩孔动画
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。如起重吊 钩，弯曲轴杆等。
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。
空心冲子冲孔 1坯料 2冲垫 3冲子 4心料
c 在垫环上冲孔
这种方法只适用于高径比小于0.125的薄饼锻件。
在垫环上的冲孔 1冲子 2坯料 3垫环 4心料
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。
a.冲子扩孔
自由锻工艺过程
智能化发展趋势与挑战
1 2 3
数据驱动模型
基于大数据和机器学习技术，建立数据驱动模型， 实现自由锻工艺的智能化预测和优化。
智能传感器与控制系统
研发高精度、高稳定性的智能传感器和控制系统， 实时监测和调整自由锻工艺参数，提高产品质量 和生产效率。
多学科交叉融合
结合材料科学、力学、热力学等多学科知识，深 入研究自由锻工艺机理，为智能化发展提供理论 支撑。06自由锻数值模拟与 Nhomakorabea能 化发展
数值模拟技术应用现状
有限元法（FEM）应用
通过建立物理模型的数学方程，利用有限元法模拟自由锻过程中 的应力、应变和温度分布。
有限体积法（FVM）应用
有限体积法适用于处理复杂几何形状和边界条件，广泛应用于自由 锻工艺模拟。
粒子法（SPH）应用
光滑粒子流体动力学方法（SPH）适用于模拟大变形和自由表面流 动，为自由锻工艺提供了新的模拟手段。
辅助工序
为了保证锻件质量和提高生产效率，自由锻还包括一些辅助工序，如预锻、修整、校直等。预锻是为了减少终锻 时的变形量，提高锻件的精度和表面质量；修整是对锻件进行局部的加工和调整，以满足尺寸和形状要求；校直 是对弯曲的锻件进行矫正，以保证其直线度。
冷却与热处理
冷却
锻造完成后，需要对锻件进行冷却。冷却方式包括空冷、坑 冷、炉冷等。冷却速度对锻件的组织和性能有很大影响，因 此需要根据锻件材质和要求选择合适的冷却方式。
应变分析
应变是金属在自由锻过程中发生的形状和尺寸变化。通过应变分析，可以了解金属的变形程度和分布 情况，进而评估锻件的几何形状和尺寸精度。同时，应变分析还可以为后续的工艺优化提供重要依据 。
工艺参数优化方法
试验法
第三章 锻压
自由锻
基本工序
墩粗、拔长、冲孔、弯曲、 切割、扭转、错移和锻接
辅助工序
压钳口、压钢锭棱边、切肩 精整工序 整形
第3章
锻造
• 自由锻造基本工序 （1）镦粗：
– H0/d0=2.5~3;
– 端面平整且垂直与轴线；
– 加热温度均匀，终锻温度不 能太低，打击力度不能太轻 ，避免产生不均匀变形。 图1 镦粗简图
①弹性变形阶段 ②塑性变形阶段 ③断裂分离阶段
图8 冲裁成形过程
毛刺 剪裂带
光亮带
冲裁材料示意图
冲裁间隙：间隙过大：断面质量差，光亮带小一些，剪裂
带和毛刺均较大 间隙过小：断面质量好，光亮带增大，但毛刺 也增大，模具磨损严重，影响寿命。 合理选择模具间隙，主要考虑冲裁件断面质量 和模具寿命这两个主要的因素。
3 自由锻造设备与工具
（1）自由锻设备 空气锤 蒸汽—空气锤 机械锤 液压锤（节能、环保） （2）自由锻工具 大锤、手锤、夹钳、冲子等
4 自由锻造工序
基本工序
自由锻工序
辅助工序 精整工序
基本工序：使金属产生一定程度的塑性变形，以达到所需
形状及尺寸的工艺过程，完成锻件的基本工艺过程。
辅助工序：为基本工序操作方便而进行的预先变形工序。 精整工序：为减少锻件表面缺陷而进行的工序。
（2）三要素：材料、模具、设备
3.3 板料冲压
（3）特点：
1）被加工材料有高塑性与高韧性，低的屈强比；
2）产品覆盖范围广；
3）冲压件刚性好，厚度薄，质量轻，尺寸精度
高，表面光洁度高；
4）生产率高，成本低，材料利用率高，操作简
便，易于实现机械化、自动化生产。
3.3 板料冲压
2、冲压设备：
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。
机械基础 课件3 自由锻
1. 塑性变形的变形的基本方式
1. 塑性变形的基本方式
花纹板
型钢
丝杠
2. 锻造
锻造：自由锻和模锻
1）锻造的加热
钢的始锻温度一般应在铁碳相图的固相线以下150～250℃， 低、中碳钢加热温度一般在1150～1 250℃，终锻温度一般 在A1以上50～100℃。
作业1：
学习通：自由锻
课堂总结
1、塑性成型的基本方式 2、自由锻的特点、工序安排、自由锻锻件的设计注意 事项
2）冷却：
低、中碳钢和低合金钢的小型锻件采用空气冷却。
2. 锻造
3）加热缺陷
氧化烧损与表面脱碳：炉气中氧与钢表面层化合生成氧化皮，造 成金属损耗，且在高温下钢料表层的一部分碳会被烧失。
过热：温度太高，会产生氧化造成表面脱碳现象和晶粒粗大、力 学性能下降
过烧：温度太高，严重的还会晶界氧化、熔化反而降低了金属的 锻造性。
3. 自由锻
➢ 锻造流线
纤维组织形成示意图
热加工中粗大枝晶和各种 夹杂物沿变形方向伸长，使枝 晶间富集的杂质和非金属夹杂 物的走向逐渐与变形方向一致， 使之变成条带状、线状或片层 状，这种组织称为流线。使金 属的力学性能呈现各向异性。 在沿着纤维伸展方向上具有较 高的力学性能，而在垂直于纤 维伸展方向的性能较低。
3. 自由锻
➢ 锻造流线
3. 自由锻
➢ 锻造流线
4. 自由锻锻件设计
(1) 锻件上应避免有锥体或斜面的结构
4. 自由锻锻件设计
(2) 自由锻锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空 间曲线形表面。
4. 自由锻锻件设计
(3) 锻件由数个简单几何体构成时，几何体的交接处不应形成 空间曲线。
锻造3-自由锻
3.3.2 坯料重量与尺寸
1 坯料重量 G坯=G锻+G损 实质上是V坯=V锻+V损 关于烧损率 与设备（燃料）、尺寸、加热时 间、气氛等有关 2 坯料尺寸 （1）体积不变，换算 （适当靠上差） （2）变形要求 镦粗：H0/D0（讨论p92公式）； 拔长：免先镦粗 （3）规格靠标准（查GB702）
冲孔后网格的变形
D0/d=2~3，
D0/d=3~5，
D0/d≥ 5
3.2.4.2 扩孔
1. 冲子扩孔（expending with a punch） 以胀形方式变形 内外径均扩大，上端面略有“拉缩”， 锻件易裂 避免方法：A变形不宜太大；B高温 （坯料应增加芯料损耗） 2. 芯轴扩孔（“马杠扩孔，saddle forging”） 以拔长方式变形（p83图4.23），（辗压扩孔类此）。切 向流动，内外径均增大，环高略增——展宽。 工具：马架mandrel supporter，间距不宜过大；芯轴 （mandrel），不宜过小（否则，工件内孔呈梅花状）， 推荐弓形断面
3.3 中小锻件工艺规程
3.3.1 锻件图 锻造技术文件之一
构成 用途 介绍“会签” 1）余量 影响因素 加工表面 根据零件要求 去缺陷深度概念 非加工表面 2）公差（forging tolerance） 工艺人员确保， 分配方向：对称（注意，模锻不同） 查表JB4249-86锤上钢质自由锻件机械加工余量与公 差（可能上升为行业标准）
第3章 自由锻造
自由锻（open die forging， free forging）定义（p71）、特点： 优点：工具简单、通用、灵活，可整体变形、可局部变形， 所需设备吨位小。 适用于 单件、小批量生产。是大型锻件成形的惟一手段。 缺点：锻件精度低，加工余量大，生产率低，劳动强度大， 对操作要求高。 成形问题——碳钢、低合金钢，中、小型件 改性问题——大型锻件，高合金钢锻件
教学课件第三章自由锻造工艺
一般取： 相对送进量为： l0/h0 =0.5～0.8
绝对送进量为： l0=（0.4～0.8）B ；
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。
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。
b.压下量Δh
c拔长的作用
★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；
★作为辅助工序进行局部变形； ★ “反复镦拔”工序。
29
d拔长的类型 按砧铁类型分为： 平砧铁间拔长、型砧拔长、芯轴拔长 按坯料截面形状分为： 矩形截面坯料拔长、圆截面坯料拔长
平砧拔长
30
2 矩形截面毛坯拔长
1）所用砧铁类型：平砧 2）变形参数
高达25米、重4000多吨的“新一代钢铁巨人”、 “超级大力 士”。 全球只有3台。
晚香玉
第二节自由锻工序及锻件分类
一、自由锻工序 ★锻造工序
锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工艺过程。 ★自由锻的工序分为：
基本工序、辅助工序、精整工序
自由锻件的成形都是这三类工序的组合
1 基本工序
使坯料实现主要的变形要求，达 到或基本达到锻件所需要形状和尺 寸的工序。
★ 锻锤是以冲击力使坯料变形的，设备规格以落下部分的 重量来表示。
★ 空气锤的吨位较小，只有0.5～10kN，用于锻100kg以 下的锻件；蒸汽—空气锤的吨位较大，可达10～50KN , 可锻1500kg以下的锻件。
2.液压机：油压机、水压机
液压机是以液体产生的静压力使坯料变形的，设备规格 以最大压力来表示。
例：圆环及圆筒的锻造工艺过程
3 轴杆类锻件
这类锻件为实心轴杆，轴向尺寸远远 大于横截面尺寸，可以是直轴或阶梯轴，如 传动轴、轧辊、立柱、拉杆等，也可以是矩 形、方形、工字形或其他形状截面的杆件如 连杆、摇杆、杠杆、推杆。
绝对送进量为： l0=（0.4～0.8）B ；
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。
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。
b.压下量Δh
c拔长的作用
★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；
★作为辅助工序进行局部变形； ★ “反复镦拔”工序。
29
d拔长的类型 按砧铁类型分为： 平砧铁间拔长、型砧拔长、芯轴拔长 按坯料截面形状分为： 矩形截面坯料拔长、圆截面坯料拔长
平砧拔长
30
2 矩形截面毛坯拔长
1）所用砧铁类型：平砧 2）变形参数
高达25米、重4000多吨的“新一代钢铁巨人”、 “超级大力 士”。 全球只有3台。
晚香玉
第二节自由锻工序及锻件分类
一、自由锻工序 ★锻造工序
锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工艺过程。 ★自由锻的工序分为：
基本工序、辅助工序、精整工序
自由锻件的成形都是这三类工序的组合
1 基本工序
使坯料实现主要的变形要求，达 到或基本达到锻件所需要形状和尺 寸的工序。
★ 锻锤是以冲击力使坯料变形的，设备规格以落下部分的 重量来表示。
★ 空气锤的吨位较小，只有0.5～10kN，用于锻100kg以 下的锻件；蒸汽—空气锤的吨位较大，可达10～50KN , 可锻1500kg以下的锻件。
2.液压机：油压机、水压机
液压机是以液体产生的静压力使坯料变形的，设备规格 以最大压力来表示。
例：圆环及圆筒的锻造工艺过程
3 轴杆类锻件
这类锻件为实心轴杆，轴向尺寸远远 大于横截面尺寸，可以是直轴或阶梯轴，如 传动轴、轧辊、立柱、拉杆等，也可以是矩 形、方形、工字形或其他形状截面的杆件如 连杆、摇杆、杠杆、推杆。
第三章 自由锻造
六 切割 圆形截面坯料 的切割是用了带 凹槽的剁垫（置 于下砧铁上）， 边切割边旋转坯 料，直至切断， 见图。
第二节 工艺过程的制定
主要内容： 1)根据零件图作出锻件图； 2)确定毛坯的重量和尺寸； 3)决定变形工艺和工具； 4)选择设备； 5)确定火次、锻造温度范围、加热和冷却规范； 6)确定热处理规范； 7)对锻件提出技术要求和检验要求； 8)编制工时定额。
• (4)锻件拔长后须进行修整，修整方形或 矩形锻件时，应沿下砧子的长度方向送 进（图3-30a ），以增加工件与砧子的接 触长度。拔长过程中若产生翘曲应及时 翻转180°轻打校平。圆形截面的锻件用 型砧或摔子修整（图3-30b ）。
三、冲孔
在坯料中冲出透孔或不透孔的工序。根据冲孔所 用的冲子的形状不同，冲孔分实心冲子冲孔和 空心冲子冲孔。实心冲子冲孔分单面冲孔和双 面冲孔。
注意事项： 1)冲孔前坯料必需镦粗，使端面平整，高度减小， 直径增大； 2)冲头必须放正，打击方向应和冲头端面垂直； 3)在冲出的初孔内应撒上煤末或木炭粉，以便取 出冲头； 4)冲制深孔时要经常取出冲头在水中冷却；
四、弯曲 将毛坯弯成所规定的外形的锻造工序叫弯曲。
注意事项： 1)当锻件有数处弯曲时，弯曲的次序一般是先弯 端部及弯曲部分与直线部分交界的地方，然后 再弯其余的圆弧部分。
(2) 采用拔长法锻造：应按锻件最大截面积 F 锻， 考虑锻比、修整量要求等选取坯料尺寸：
F坯 K L F锻
D0 1.13 V坯
3.钢锭规格的选择 方法一：确定各种金属损耗求出钢锭利用率 算出钢锭的计算重量G锭选取重量相等或稍 大的钢锭规格。 方法二：经验法
三
确定锻造工序
通常，自由锻件的成形过程是由一系列锻造工序组合而成 的，工序的选择主要是根据锻件的形状和工序的特点来确定 （表12-4）。 1）盘类、圆环类锻件 包括各种圆盘、叶轮、齿轮、模块 等，其特点是横向尺寸大于高度尺寸，或者二者相近。锻造基 本工序是镦粗，其中带孔件需冲孔。 2）空心类锻件 包括各种圆环、齿圈、轴承环和各种圆筒、 缸体、空心轴等，锻造空心件的基本工序有镦粗、冲孔、马杠 扩孔、芯棒拔长等。
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。
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。
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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。
【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。
自由锻造的基本工序
第三章自由锻造的基本工序3.1自由锻造的基本特征3.1.1.自由锻造的技术特征按自由锻件的外形及其成形方法，可将自由锻件分为六类：饼块类、空心类、轴杆类、曲轴类、弯曲类和复杂形状类锻件。
自由锻应用设备和工具有很大的通用性，且工具简单，所以只能锻造形状简单的锻件，操作强度大，生产率低；自由锻可以锻出质量从不到1kg到200～３00t的锻件。
对大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，因此自由锻在重型机械制造中有特别重要的意义；自由锻依靠操作者控制其形状和尺寸，锻件精度低，表面质量差，金属消耗也较多。
所以，自由锻主要用于品种多，产量不大的单件小批量生产，也可用于模锻前的制坯工序。
自由锻造加工与其他加工方法相比，具有以下特点：(1) 改善金属的组织、提高力学性能。
金属材料经锻造加工后，其组织、性能都得到改善和提高，锻压加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能。
在零件设计时，若正确选用零件的受力方向与纤维组织方向，可以提高零件的抗冲击性能。
(2) 材料的利用率高。
金属塑性成形主要是靠金属的形体组织相对位置重新排列，而不需要切除金属。
(3) 较高的生产率。
锻造加工一般是利用压力机和模具进行成形加工的。
例如，利用多工位冷镦工艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400倍以上。
(4) 锻压所用的金属材料应具有良好的塑性，以便在外力作用下，能产生塑性变形而不破裂。
常用的金属材料中，铸铁属脆性材料，塑性差，不能用于锻造。
钢和非铁金属中的铜、铝及其合金等可以在冷态或热态下压力加工。
(5) 不适合成形形状较复杂的零件。
锻造加工是在固态下成形的，与铸造相比，金属的流动受到限制，一般需要采取加热等工艺措施才能实现。
对制造形状复杂，特别是具有复杂内腔的零件或毛坯较困难。
由于锻压具有上述特点，因此承受冲击或交变应力的重要零件(如机床主轴、齿轮、曲轴、连杆等 ) ，都应采用锻件毛坯加工。
第3章 锻造
塑性成形性能是用来衡量压力加工工艺性好坏的主要工艺性上一页下一页返回311最小阻力定律在塑性变形过程中
第3章 锻造 章
3.1 3.2 3.3 3.4 金属塑性成形 自由锻 模锻 板料冲压
3.1 金属塑性成形
3. 1. 1压力加工的特点 压力加工的特点
(1)改善金属的组织、提高力学性能 改善金属的组织、 改善金属的组织 (2)材料的利用率高。 材料的利用率高。 材料的利用率高 (3)较高的生产率。 较高的生产率。 较高的生产率 (4)毛坯或零件的精度较高。 毛坯或零件的精度较高。 毛坯或零件的精度较高 (5)不能加工脆性材料 如铸铁 和形状特别复杂 特别是内腔 不能加工脆性材料(如铸铁 和形状特别复杂(特别是内腔 不能加工脆性材料 如铸铁)和形状特别复杂 形状复杂)或体积特别大的零件或毛坯 或体积特别大的零件或毛坯。 形状复杂 或体积特别大的零件或毛坯。
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3.2 自由锻
3. 2. 2自由锻工序 自由锻工序
1.基本工序 基本工序 使金属坯料产生一定程度的塑性变形.以得到所需形状 以得到所需形状、 使金属坯料产生一定程度的塑性变形 以得到所需形状、尺寸 或改善材质性能的工艺过程。 或改善材质性能的工艺过程。它是锻件成形过程中必需的变 形工序.如墩粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等. 形工序 如墩粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等 如墩粗 实际生产中最常用的是墩粗、拔长和冲孔3个工序 个工序。 实际生产中最常用的是墩粗、拔长和冲孔 个工序。 1)徽粗 徽粗 沿工件轴向进行锻打.使其长度减小 使其长度减小.横截面积增大的操作过 沿工件轴向进行锻打 使其长度减小 横截面积增大的操作过 程。 2)拔长 拔长 拔长是沿垂直于工件的轴向进行锻打.以使其截面积减小 以使其截面积减小.而 拔长是沿垂直于工件的轴向进行锻打 以使其截面积减小 而 长度增加的操作过程. 长度增加的操作过程
第3章 锻造 章
3.1 3.2 3.3 3.4 金属塑性成形 自由锻 模锻 板料冲压
3.1 金属塑性成形
3. 1. 1压力加工的特点 压力加工的特点
(1)改善金属的组织、提高力学性能 改善金属的组织、 改善金属的组织 (2)材料的利用率高。 材料的利用率高。 材料的利用率高 (3)较高的生产率。 较高的生产率。 较高的生产率 (4)毛坯或零件的精度较高。 毛坯或零件的精度较高。 毛坯或零件的精度较高 (5)不能加工脆性材料 如铸铁 和形状特别复杂 特别是内腔 不能加工脆性材料(如铸铁 和形状特别复杂(特别是内腔 不能加工脆性材料 如铸铁)和形状特别复杂 形状复杂)或体积特别大的零件或毛坯 或体积特别大的零件或毛坯。 形状复杂 或体积特别大的零件或毛坯。
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3.2 自由锻
3. 2. 2自由锻工序 自由锻工序
1.基本工序 基本工序 使金属坯料产生一定程度的塑性变形.以得到所需形状 以得到所需形状、 使金属坯料产生一定程度的塑性变形 以得到所需形状、尺寸 或改善材质性能的工艺过程。 或改善材质性能的工艺过程。它是锻件成形过程中必需的变 形工序.如墩粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等. 形工序 如墩粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等 如墩粗 实际生产中最常用的是墩粗、拔长和冲孔3个工序 个工序。 实际生产中最常用的是墩粗、拔长和冲孔 个工序。 1)徽粗 徽粗 沿工件轴向进行锻打.使其长度减小 使其长度减小.横截面积增大的操作过 沿工件轴向进行锻打 使其长度减小 横截面积增大的操作过 程。 2)拔长 拔长 拔长是沿垂直于工件的轴向进行锻打.以使其截面积减小 以使其截面积减小.而 拔长是沿垂直于工件的轴向进行锻打 以使其截面积减小 而 长度增加的操作过程. 长度增加的操作过程
自由锻工艺
自由锻工艺自由锻工艺自由锻是指：锻造时对金属坯料施加一外力，使之产生塑性变形，从而获得具有一定尺寸、形状和内部组织的毛坯或零件的一种压力加工方法。
由于工件的尺寸和形状要靠操作技术来保证，所以自由锻要求工人有较高的技术水平。
自由锻生产率低，加工余量大，但工具简单，通用性大，故被广泛用于锻造形状较简单的单件、小批生产的锻件[font=宋体一自由锻工艺特点1. 用简单的工具和锻压设备生产锻件 2. 适于小批量、大锻件 3. 对设备要求相对较低，使金属渐次变形生产锻件 4. 加工余量大二工具和设备 1. 空气锤（Pneumatic hammer）2.蒸汽-空气锤(Steam-air hammer) 3. 液压机(hydraulic press) 4. 剁刀(triangular chisel) 5. 压棍(square cutter) 6. 钳子(fongs) 三工序预审用户的产品图纸和订货技术要求估工估料1. 工艺人员接到营销部送来的用户图纸订货技术要求后，要进行详细的审阅：a 产品的类别（如压力容器、电站、石油化工、轧钢设备等）b 产品的名称（如筒体、顶盖、曲轴、转子、叶轮、冷轧辊等）c. 产品的材质（碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、不锈钢、模具钢等）d. 订货数量（考虑采购材料、设计工模具、交货周期等）e. 产品对材质冶炼（精炼、真空脱气等）、锻造比、金属纤维方向、调质、垂直淬火、正回火、焊接等铸锻热工艺性的要求。
f. 机加工工艺性的要求（粗加工、预留工艺夹头等）g. 检验项目及验收标准要求（要考虑本公司是否有相关的技术标准资料、生产设备工具、技术水平是否能满足用户的要求、能否采购到用户所需的材料、供料方和需要外协加工时的协作方是否能满足用户的要求，要考虑试样的预留_是本体留样还是体外取样，是本体一端取样还是多处取样，纵向、横向、切向，试样尺寸大小等，检验项目包括化学成分、机性、硬度、低倍、高倍金相、超声波探伤、磁粉探伤等）h. 要详细审阅用户产品图纸描述的形状、尺寸和文字的技术要求，是否清晰、正确，所有尺寸关系是否一致，有无存在矛盾的情况，内容是否阐述清楚，准确无误。
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难以锻造
不同高径比坯料鼓形体积变化
4.减小鼓形的措施 镦粗的鼓形导致
内部变形不均匀，形成三个变形区 锻件组织和性能不均匀 增加锻件的开裂倾向
镦粗减小鼓形工艺措施
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。
典型的自由锻锻件
自由锻工艺过程制定的依据、内容及其方式： 锻件要求 生产实际条件
制订自由锻工艺规程 依据
设备能力 技术水平及其先进性
经济性
制订自由锻工艺规程 内容
①根据零件图绘制锻件图； ②确定坯料的材料、质量和尺寸； ③制订变形工艺及锻打火次； ④设计工步图； ⑤选择各成形工步用辅助工具； ⑥制订锻件温度范围及加热、冷却规范； ⑦确定锻件热处理规范； ⑧选择设备，安排生产； ⑨提出锻件技术要求及检验要求 ⑩填写工艺规程卡片等。
复杂形状 由上述五类锻件的特征所组成的复杂锻件．
1） 饼块类锻件 如圆盘、叶轮、齿轮、锤头等，所采用的基本工序 为镦粗。随后的辅助工序及修整工序为：倒棱、滚 圆、平整。
Hale Waihona Puke 2）空心类锻件 如各种圆环、齿圈、轴承环和各种圆筒、缸体、空 心轴等，所采用的基本工序为：镦粗、 冲孔、扩孔、或芯轴拔长等。 随后的辅助工序及修整工序为：倒棱、滚圆、校直等。
自由锻造方式：
3－2 自由锻工序特点及锻件分类
一、自由锻工序 自由锻工序分类
基本工序 主要的变形工序，能够较大的改变坯 料形状和尺寸的工序。如镦粗、拔长、 冲孔、芯轴拔长、弯曲、错移、扭转 等。
辅助工序 坯料进入基本工序前的各种预先变形 的工序。如钢锭倒棱、预压夹钳把、 阶梯轴分段压痕等 。
修整工序 用来精整锻件尺寸和形状使其完全达 到锻件图要求的工序。如镦粗后的鼓 形滚圆和截面滚圆、凸起、凹下及不 平和有压痕的平整、端面平整、拔长 后的弯曲校直和镦斜后的校直等。
高径比(H/D)对 镦粗变形的影响
H/D ≥3.0，镦粗坯料容易失稳，发生弯曲。 H/D =2.5～1.5，形成双鼓形。 H/D ＝1.5～0.5，形成单鼓形。 H/D <0.5 , 上下难变形区重合，难以锻造。
合适的锻造的高径比应小于2.5，在2～2.2范围内最好。
H0 3 D0
失稳弯曲
双鼓形 双鼓形 单鼓形
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
手工自由锻 机器自由锻
手工自由依锻靠人力利用简单的工具对坯料进行锻打， 改变坯料的形状和尺寸获得锻件。
机器自由依锻靠专用的自由锻设备和专用的工具对毛 坯进行锻打，改变坯料的形状和尺寸，获
3）轴杆类锻件：如传动轴、车轴、轧辊、立柱、拉杆、连杆等， 锻造轴杆类锻件的基本工序为拔长，或镦粗-拔长，辅助工序及 修整工序为：倒棱、滚圆。
4）曲轴类锻件：如各种形式的曲轴，锻造曲轴类锻件的基本工序 为拔长、错移和扭转，辅助工序及修整工序为：分段压痕、局部倒 棱、滚圆、校直。
5）弯曲类锻件：如吊勾、支座等。锻造此类锻件的基本工序为拔 长、弯曲，辅助工序及修整工序为：分段压痕和滚圆、平整。
得所需的锻件。
空气锤 空气锤的吨位(锤头重量）一般为65-750Kg
常用自由锻设备 蒸汽-空气锤 一般吨位为0.5－5t。
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，
坯料子午面网格变化
变形及其应力分析
2）变形分析 对称面可分为三个变形区 Ⅰ区：难变形区，该变形区受端面摩擦影响，变形十分困难。 II区：大变形区，该变形区处于坯料中段，受摩擦影响较小，应
力状态有利于变形，因此变形程度较大。 III区：小变形区，该区域变形程度介于区域I和区域II之间。
3.高径比对镦粗变形的影响
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.
1）空气锤 空气锤的吨位(锤头重量）一般为65--750Kg．
特 空气锤结构较简单； 点 操作方便，维护容易，设备投资少，吨位不大，适用于生产
小型锻件。
２）蒸汽-空气锤
蒸汽压力0.7～0.8 MPa或压缩空气压力0.6－0.8MPa 来工作。 规定的压力有保证，而机构稳定性好，故落下部分的质量可显 特 著增大，锤击功能大为提高，吨位为0.5－5t 。 点 蒸汽锤需用一套辅助设备，如蒸汽锅炉或空气压缩机等，较空 气锤复杂。 适合锻造中型或较大的锻件，是机器制造厂普遍使用的设备．
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。
３）水压机
压下速度较慢，冲击较小的静压力作用于坯料使金属变形;工 作时震动和噪音小，劳动条件较好； 特 压力作用的时间长，容易达到较大的锻造深度，可获得整个截 点 面为细晶粒组织的锻件； 特大型锻件自由锻造的主要设备。需一套供水系统与操纵系统， 设备庞大，造价很高。
火车轴锻件
吊环类锻件
吊钩锻件
轮类锻件
基本工序简图
二、自由锻件分类 饼块类 锻件外形横向尺寸大于高度尺寸，或两者 相近的锻件．
空心类 锻件有中心通孔，一般为圆周等壁厚锻件．
按锻件形状 成形方法
分为六大类
轴杆类 沿轴向尺寸远大于径向尺寸的锻件．
曲轴类 锻件为实心长轴，一般沿轴线有截面积和形 状的变化及轴线多向弯曲．
弯曲类 锻件具有弯曲的轴线，一处弯曲或多处弯曲， 截面相等或不相等，对称弯曲和非对称弯曲 锻件．