第三章自由锻造工艺教材

3 圆形截面毛坯拔长
1）在平砧上拔长 特点： 拔长效率低 若压下量小时易在锻件内形成纵向裂纹 解决方法： a 先将圆截面毛坯压成矩形断面，后拔长，再 压成八角形，最后锻圆。 b用型砧拔长
平砧拔长圆截面毛坯时的截面变化过程
2）型砧（或摔子）内拔长圆截面坯料 特点：
■拔长效率高，与平砧比可提高拔长效率 20%～40%；
辅助工序
预压钳把
钢锭倒棱
分段压痕
修整工序
鼓形滚圆
端面平整
弯曲校正
二、自由锻件分类
饼块类 、空心类、轴杆类、 曲轴类、弯曲类、复杂形状类
1 饼块类锻件
外形横向尺寸大于高度尺寸，或两者 相近，如圆盘、叶轮、齿轮、模块、锤头 等。
锻造基本工序：镦粗
例：齿轮的锻造过程
2 空心类锻件
这类锻件有中心通孔，一般为圆周 等壁厚锻件，轴向可有阶梯变化，如各 种圆环、齿圈、轴承环、各种圆筒、空 心轴等。
4 曲轴类锻件
这类锻件为实心长轴，锻件不仅沿轴线 有截面形状和面积的变化，而且轴线有多 方向弯曲，包括各种形式的曲轴。
锻造基本工序：拔长、错移、扭转
例：三拐曲轴锻造过程
5 弯曲类锻件
这类锻件具有弯曲的轴线，一般为一 处弯曲或多处弯曲，沿弯曲轴线，截面可 以是等截面，也可以是变截面；弯曲可以 是对称和非对称弯曲。
1 镦粗的作用
a 获得横截面较大而高度较小的锻件（饼块件）。 b 用作冲孔前的准备工序(增大坯料的横截面积以便
于冲孔)。 c “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。 d提高锻件的横向力学性能以减小力学性能的异向性。
b 用侧凹形毛坯镦粗 c 使用软金属垫镦粗 d 叠料镦粗、套环内镦粗 f 反复镦粗拔长工艺 h 采用合适的锻造比及锻造力
侧凹镦粗，在侧凹面上产生径向压应力分 量，可以避免侧表面纵向开裂，并减小鼓型
软金属垫镦粗
叠料镦
套环内镦粗
二、拔长
• 1概述 • 2矩形截面坯料拔长 • 3圆形截面坯料的拔长 • 4空心件拔长 • 5拔长的操作要点
及大型锻件的生产和新产品的试制、模锻件的制坯 等方面，是特大型锻件的唯一生产方法。
六、自由锻造的主要设备
1.锻锤: 空气锤、蒸汽—空气锤
★ 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。
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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
目录
平砧拔长
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目录
2 矩形截面毛坯拔长
1）所用砧铁类型：平砧 2）变形参数
设拔长前变形区的长、宽、高分别为l0、b0、h0； 拔长后变形区的长、宽、高分别为l、b、h，则： • L0称为送进量 • l0/h0称为相对送进量 • Δh＝h0－h称为压下量 • Δb＝b－b0称为展宽量 • Δl＝l－l0称为拔长量
平砧镦粗
平砧镦粗变形与应力状态分析
2) 坯料尺寸的影响
Ⅰ—难变形区 Ⅱ—大变形区 Ⅲ—小变形区 Ⅳ—均匀变形
不同高径比坯料镦粗时鼓型情况与变形分布
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4 镦粗的质量问题及控制
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；。 质量控制措施： a 采用润滑、预热工具
１５０００吨自由锻水压机
能生产最大锻件为600吨。主要用于核电筒体、反应器筒节、封 头板、大型轧辊等锻件。
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：
锻造基本工序：镦粗、冲孔、 扩孔或芯轴拔长
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。
锻造基本工序：拔长，或镦粗+拔长
例：传动轴的锻造过程
4）矩形截面拔长的缺陷及防止方法
a 表面横向裂纹与角裂
产生原因：
锻造低塑性材料时，当送进量过大， 同时压缩量过大所引起的；角部温度散失 快，产生热应力。
防止方法：
控制送进量、一次压下量；及时倒角。
b表面折叠 ★表面横向折叠 ★表面纵向折叠
C内部横向裂纹
产生原因
相对送进量太小，拔长变形区出现双鼓 形，轴心部位受到轴向拉应力的作用，导 致中心裂纹。
基本锻造工序：拔长、弯曲
例：卡瓦的锻造过程
非洲菊
★
自
圆 轴 锻 件
由 锻 实
锻例
造
盘 套 锻 件 锻 造
叉 杆 锻 件 锻 造
大 型 锻 件 锻 造
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全纤维自由锻造
第三节 自由锻基本工序分析
一、 镦粗
使坯料整体或一部分高度减小截面积增大的工序 锻造比为：Y镦=H0/H 镦粗比为：H0/D0
2 学习零件结构工艺性的目的 a 了解零件结构工艺性对制造影晌很大 ，设计零件结构时要充
分予以考虑。
b 碰到结构工艺性不好时会做一般处理
①与设计者协商修改原设计
②不能修改时会在工艺上想办法
例：切削加工零件的结构工艺性
例：铸件外形的结构工艺性
例 ：铸件内腔的结构工艺性
3自由锻件的结构工艺性
八 切割 将毛坯一部分或几部分切掉以获得所需形状的锻件的工序
第四节 自由锻工艺规程的制定
一、概述 二、自由锻件的结构工艺性 三、自由锻工艺规程的制定
一、概述
1 工艺规程 ① 定义 规定产品或零件制造工艺过程和操作 方法的工艺文件。 主要形式有：工艺过程卡 工艺卡 工序卡
②工艺规程的作用 指导生产 生产准备工作的依据 新厂（车间）扩建的依据
◆低温下反复翻转拔长时，对角线附近金属相对流动过于剧烈，产 生严重的加工硬化现象，产生对角线裂纹。 防止方法：
控制锻造温度、送进量；减小一次变形量；避免反复在同一部位 连续翻转锻打；改变四方截面压缩成六方截面压缩。
e端面缩口 因拔长时首次送进量太小产生的。
a拔长
b侧面修直
拔长和侧面修直时坯料端面缩口
2 镦粗主要方法 完全镦粗、局百度文库镦粗和垫环镦粗
3 镦粗的变形流动特点（针对圆截面坯料平 砧镦粗讨论）
特点： 金属变形不均匀
影响变形不均匀的因素：摩擦力、坯料尺寸
1)摩擦力的影响
根据镦粗后网格的变形程度分为三个变形区 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Ⅰ与Ⅱ之间。
防止方法
适当增加送进量，控制一次压下量。
d对角线裂纹
a
b
对角线裂纹与坯料的变形情况
产生场合： 拔长塑性较差的材料，或温度降到终锻温度以下的方截面坯料时。
裂纹可以是内部的，也可能是从端部开始，然后沿轴向向坯料内部发 展的。 产生原因：
◆锻造温度下反复翻转拔长时，金属沿对角线流动，因剪应力引起 对角线处局部金属过热、过烧，致对角线金属强度降低而开裂。
★冲子扩孔
★芯轴扩孔
★辗压扩孔
五 弯曲
将毛坯弯成所需形状的工序
弯曲时坯料的形状变化
六 扭转
将毛坯一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定 角度的工序
七 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。
错移 a) 在一个平面内的错移 b) 在两个平面内的错移
第三讲 自由锻造工艺
第一节 概述 第二节 自由锻工序及锻件分类 第三节 自由锻基本工序分析 第四节 自由锻工艺规程的制定 第五节 胎模锻
第一节 概述
一、自由 锻 概念 只采用通用工具或直接在锻造设备的上、下砥铁间使
坯料自由变形，获得锻件毛坯的塑性成形方法称为自由 锻。 二、自由锻分类 1 手工自由锻
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。
主要有：镦粗、拔长、冲孔、 弯曲、扭转、错移、切割。
2辅助工序
基本工序之前的预变形工序，主要 有： 压钳口、倒棱、压肩等
3精整工序
在完成基本工序之后，用以提高锻件 尺寸及位置精度的工序。
■ 可防止纵向裂纹产生
4 空心件拔长
减小空心坯料外径而增加长度的锻造工序，用 以锻造各种长筒锻件。
心轴拔长 1坯料 2锻件 3心轴 4 砧子
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5 拔长的操作要点 ★坯料在平砥铁上拔长时应反复作90o翻转,圆轴应逐步成形,
最后摔圆；
★ 应选用适当的送进量,以提高拔长效率，一般取
l0 = (0.4～0.8)B； ★拔长后的宽高比b / h≤2.5，以免翻转90o后再拔长时弯折；
在垫环上冲孔
3 冲孔件的形状与坯料直径D0、孔径d的关系
◆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。
冲孔时坯料形状的变化
四 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。
③制定原则 保证产品质量 提高劳动生产率、降低成本 降低劳动强度，保证生产安全。
④必备原始资料
零件图 产品验收质量标准 年生产纲领（产量） 制造厂的生产条件：设备、工装、技术水平等 设计手册及有关标准 国内外有关制造技术资料
2 自由锻工艺规程制定的内容
锻件的结构工艺性分析 绘锻件图 确定坯料的质量及尺寸 制定变形工艺和确定锻造比 选锻造设备 确定锻造温度范围、制定坯料加热及冷却规范 制定热处理规范 技术条件及检验要求 填写工艺规程卡片
3)影响矩形截面坯料拔长效率的因素
a 送进量 采用小的送进量拔长可使轴向变形量增大而横 向变形量减小，有利于提高拔长效率，但送进量 不能太小，否则会增加压下次数，反而降低拔长 效率，另外还会造成表面缺陷。
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 ；
翻转法拔长
圆轴逐步拔长法
翻转法拔长
三、 冲孔
采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序
1 冲孔的应用
1）锻件带有直径大于30mm以上的盲孔 或通孔；
2）需要扩孔的环形锻件预冲孔； 3）需要拔长的空心件预冲孔。
2 冲孔的方法
实心冲子冲孔、空心冲子冲孔、垫环上冲孔
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冲孔方法
实心冲子冲孔
空心冲子冲孔
二、自由锻件的结构工艺性
1 零件的结构工艺性概念
指所设计的零件在能满足使用要求的前 提下制造的可行性和经济性。即零件制造 的难易程度。
它包括零件的各个制造过程中的工艺性， 有零件结构的铸造、锻造、冲压、焊接、 热处理、切削加工等工艺性。由此可见， 零件结构工艺性涉及面很广，具有综合性， 必须全面综合地分析。
1概述 a定义 使坯料横截面减小而长度增加的锻造 基本工序。 拔长时的锻造比：Y拔＝F0/F
b 拔长变形实质
一系列镦粗工序的叠加组合,但受两端“刚端 ”的影响，不是镦粗的简单叠加。
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。
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
Δh大，可提高拔长效率，同时可强化 心部变形，有利于锻合内部缺陷，在材料 塑性允许的前提下，尽量提高。
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。
水压机的压力大，可达5000～15000kN，是锻造大型锻 件的主要设备。
空 气 锤
—
单 柱 蒸 汽 空 气 锤
—
双 柱 蒸 汽 空 气 锤
10T桥式电液锤
10T电液锤-15T操作机械手
8000吨自由锻油压机
生产中小型锻件 2 机器自由锻
包括锻锤自由锻和水压机自由锻， 用于大型或较大型的锻件生产。
三、自由锻用材
轧材（中小型锻件）或钢锭（大型锻件）。
四、自由锻特点
优点：工具简单、通用性强、工艺灵活、生产准备周期短。 缺点：锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产
率低。
五、自由锻的应用 自由锻主要应用于单件、小批量生产，修配以