自由锻工艺
自由锻的工艺流程
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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
自由锻造工艺
L<0.5h时，坯料内部的变形也是不均匀的，上部和下部变形大， 中部变形小，中间部分锻不透，轴心部分沿轴向受附加拉应力，轴 心部分原有的缺陷进一步扩大，易产生内部横向裂纹。
综合考虑送进量对拔长效率和锻件质量两方面的影响，一般认 为，相对送进量L/h =0.5～0.8较为合适，或绝对送进量取L=（0.4～ 0.8）b，b为砧宽。
冲孔时，毛坯分成两部分：冲头下面的园柱体A和冲头以外的 园环区B。应力应变简图，
A区金属的变形相当于园环包围下的镦粗，冲孔时的单位压力比 自由镦粗时要大，环壁愈厚时单位冲孔力也愈大。
B区金属的变形主要是由于A区的变形引起的。总的变形趋势是： 径向压缩变形，切向伸长变形，轴向应变则可能是伸长，也可能是 缩短，主要取决于径向压应力的大小，即取决于环壁的厚度：
③、砧子形状的影响：
上下V形砧拔长时，毛坯的变形程度最大，又处于强烈的三向压应 力状态，能够很好锻合心部缺陷，且拔长效率也高，毛坯轴线不会 偏移。
上平下V形砧拔长时，最大的变形区不在毛坯中心，而在距中心 1/2～3/4半径处，锻透性比较差，还由于毛坯上下变形深入程度不 等，不断翻转后会使轴线变成螺旋线，其结果将造成中心缺陷区的 扩大。
放置一块温度不低于坯料温度的软金属垫板（一般用碳素钢），
变形金属不直接受到工具的作用，由于软垫的变形抗力较低，故先 变形并拉着坯料作径向流动，结果坯料的侧面内凹；当继续镦粗时 软垫直径增大，厚度变薄，温度降低，变形抗力增大，而此时坯料 明显地镦粗，侧面内凹消失，呈现园柱形，再继续镦粗时，最后获 得程度不太大的鼓形。
这是因为坯料被压缩时，沿横截面上金属流动的情况如下图所示，
A区（困难变形区）金属带着靠着它的a区金属向轴心方向移动，B 区金属带着靠着它的b区金属向增宽方向流动，a、b两区的金属向 着两个相反的方向流动，当坯料翻转90°再锻打时，a、b两区调换 了一下，但其金属的流动仍沿着两个相反的方向，因而DD1和EE1便 成为两部分金属最大的相对移动线，在DD1和EE1线附近金属的变形 最大，反复翻转锻打时，a、b两区的金属剧烈的变形产生很大的热 量，使两区温度剧升，很快过热，甚至发生局部融化现象，在剪应 力作用下，很快沿对角线产生破坏；坯料质量不好，加热时间较短， 内部温度较低，或打击过重时，由于沿对角线上金属流动过于剧烈， 产生严重的加工硬化现象，也促使金属很快地沿对角线开裂。
2-自由锻模锻工艺
弯曲连杆旳模锻过程
三 锤上模锻工艺规程（锻件图）旳制定
1 绘制锻件图： 设计和制造锻模旳根据；计算坯料旳根据；检验锻件旳根据。 工艺参数旳拟定： (1)分模面： 即锻模上、下模或凸、凹模旳分界面。
选择分模面旳原则： 要确保锻件能从模膛中取出；
d
有利于发觉上下模错移，预防出废品；
a b
a 使模膛有最浅旳深度，便于充斥； b
四 模锻件旳构造工艺性
具有合理旳分模面、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； 使模锻成形轻易，降低工序：
零件力求简朴、平直、对称； 截面差不要过大，Fmax/Fmin≤2 不宜过于扁薄； 应防止高旳凸起和深凹。 防止小孔、多孔构造，防止窄沟、深槽构造；
4 -φ20
c
c 分模面最佳是平面；
降低余块，节省金属。 d
a-a
b-b
c-c
d-d
(2)加工余量和铸造公差： 余量1～4mm，公差±0.3～3mm, 冲孔连皮4～8mm。 (3) 斜度： 斜度一般为5～12° (4) 圆角半径：在锻件上全部两平面交角处都需做成圆角，
目旳是降低模具旳磨损和便于金属旳充填。
2 拟定模锻工步 3 算料 4 选择模锻设备 5 模锻旳后续工序
（六）填写工艺卡
三 自由锻零件构造工艺性
1 尽量防止锥面和斜面以及不规则曲面；
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 形状复杂件可分几种部分锻出。
§2-4 模锻
将金属坯料放在锻模旳模膛内，在锻压力旳作用下，迫 使金属料依模膛旳形状而变形旳一种铸造措施。
一 锻模和模膛
样旳要求。 如精整表面外形、鼓形滚圆、弯曲矫正等。
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
自由锻工艺过程
例题
1、绘制锻件图
2、确定变形工艺和工具（由D/d, H/d, H/D且依据于图5-9进 行）
基本概念： 机械加工余量、锻造余块、试样余块、锻件工称尺寸、
锻造比
思考题： 1、自由锻工艺的特点及其主要用途是什么？不同材料自
由锻面临主要问题是什么？为什么？ 2、试述自由锻件的分类及其采用的基本工序。 3、自由锻工艺过程的制定包括哪些内容？ 4、锻造比对锻件组织和力学性能有哪些影响？其选择与
材料成型技术
金属的塑性成型工艺
七、自由锻工艺过程
自由锻工艺过程实质是利用简单的工具逐步改变坯料形 状、尺寸和状态，以获得所需形状、尺寸和性能（组织）的 锻件的加工工序。
自由锻工艺的特点及其用途： 特点:工具简单、通用性强、灵活性大、所需设备吨位较
模锻小。 用途 : 单件、小批量生产；大锻件。 应注意的主要问题： 中小锻件为成形问题。应掌握金属流动规律，灵活运用 各种变形工序。 大锻件为质量问题。应提高材料冶金质量，采取合理的 工艺措施。
工序包括基本工序、辅助工序和修整工序。
工艺尺寸的设计原则： ⑴ 必须符合工艺特点； ⑵ 必须保证各部分有足够的体积； ⑶ 必须注意中间各火次加热的可能性； ⑷ 必须预计轴向修整时的伸长(轴向尺寸精确且不能镦粗时) 。
锻比的确定
锻比的确定
四、确定锻造设备吨位
1、目的 内部锻透，提高生产率；节省动力，降低成本。
1、自由锻件的分类 按照工艺特点进行分类，即将形状特征
相同、变形过程类似的锻件归为一类。
2、自由锻件变形方案的确定
影响因素：
技术要求、操作经验、生产管理水平、车间设备条件 、工具辅具情况、坯料供应状态、生产批量大小等。
应全面考虑实现工艺方案的可能性、锻件质量的可靠 性和经济上的合理性。
tc4自由锻的工艺规程
TC4（钛合金）是一种高性能的钛合金材料，具有较高的强度、良好的耐腐蚀性和较低的密度。
自由锻是一种常见的金属锻造工艺，可用于生产TC4 零件。
以下是一般TC4 自由锻工艺规程：
1. 锻造前准备：
a. 检查原材料，确保TC4 棒材或板材的尺寸、形状和质量满足锻造要求。
b. 准备锻造设备、工具和模具，确保设备运行稳定，模具尺寸和形状符合要求。
2. 加热：
a. 将TC4 原材料放入加热炉中，按照预定的升温曲线进行加热。
b. 加热温度通常在850-1000°C 之间，具体温度根据零件结构和锻造要求确定。
c. 保温时间应根据原材料的厚度、加热温度和锻造要求来确定。
3. 自由锻：
a. 将加热后的TC4 原材料放入锻造模具中，通过锤击或压力加工的方式进行锻造。
b. 锻造过程中，应根据零件的形状和尺寸逐步增加锻造力，避免过大的冲击载荷导致零件变形或破裂。
c. 控制锻造速度和锻造次数，以减少锻造应力和裂纹的产生。
4. 冷却：
a. 锻造完成后，将TC4 零件迅速移至冷却设备中，按照预定的冷却曲线进行冷却。
b. 冷却速度应适当，以降低零件的内应力和减少变形。
5. 后续加工：
a. 对锻造后的TC4 零件进行后续加工，如切削、磨削、钻孔等，以达到预定的尺寸和形状。
b. 如有必要，可对零件进行热处理，以进一步提高其力学性能。
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。
自由锻名词解释
自由锻名词解释自由锻是近年来发展起来的一种金工技术，是将一种特定形状的金属零件放入模具内重复完成在模具中的不同形状的金属零件，以达到自由改变零件的形状、精度和外观的目的。
本文将阐述自由锻的技术概念、工艺流程和应用领域。
自由锻技术概念自由锻是一种金工技术，也称为金属淬火、高温处理或热压技。
它使用一种特殊的金属模具，在高温下将金属零件施加压力，使其发生变形，以达到不同的目的。
模具由一种可耐高温的材料制成，可以让金属零件受到均匀的压力，从而获得不同的形状、精度和外观。
自由锻工艺流程设计原理：在自由锻工艺中，必须仔细斟酌模具、改变压力等因素，以达到设计所需的零件尺寸、形状、精度和外观。
压力安排：在自由锻工艺中，需要根据零件的特性和作用，选择合适的压力力度，以达到设计要求的目的。
材料选择：自由锻工艺需要使用一种耐高温的材料来制作模具，以确保耐久变形的效果。
操作程序：自由锻工艺需要在特定条件下操作，确保金属零件在变形过程中不会受到损坏。
自由锻应用领域自由锻可以用于制造多种工业零件，例如，可以用它来制造机械部件、汽车零件、管道零件、拉力件，甚至是医用牙齿等。
在汽车方面，自由锻可以用来制造车身零件和车轮，以提高汽车的整体性能和安全性。
此外，自由锻还可以用于制造家具件、机器件和航空部件等，展示了它在工业领域的多样性。
结论从上述内容可以看出，自由锻是一种有用的金工技术，不仅可以用来制造多种工业零件，还可以用于为汽车等设备提供更高的安全性。
自由锻的技术概念、工艺流程及其应用领域都是非常重要的，为了保证质量、可靠性和可靠性，必须有一套严格的工艺和操作准则。
只有在正确的环境中，采用正确的工艺和操作准则，才能制造出精确的零件，并为其优质的工业应用带来更大的价值。
第十章 自由锻造工艺
二．拔长
使毛坯横截面减小而长度增加的锻造工序。
作用： 成形轴杆类锻件； 改善锻件内部质量。
（1）拔长变形特点： 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。
送进量l0 相对送进量l0/h0 压下量Δh＝h0－h 展宽量Δb＝b－b0, 拔长 量Δl＝l－ l0
理论计算法：根据塑性成形原理建立的公式，算出锻件成形 所需的最大变形力（或变形功），按此选取设备吨位。
经验类比法：在统计分析生产实践数据的基础上，整理出经 验公式、表格或图线，根据锻件某些主要参数（如质量、尺 寸、接触面积），直接通过公式、表格或图线选定所需锻压 设备吨位。
五、制订自由锻工艺规程卡
锻造工艺规程卡上需填写工艺规程制定的所有内容。它包括： 下料方法 工序 火次 加热设备 加热及冷却规范 锻造设备 锻件锻后处理。
第四节
胎模锻造简介
一．胎模锻及工艺特点：
在自由锻设备上采用活动模具成形锻件的方法称为胎模锻。 主要工艺特点：
1．与自由锻比，可以得到较高的锻件精度和较高的生产率； 2．与模锻比，不需要专用的模锻设备，可以在自由锻锤上生产模锻件， 胎模的制造简单、成本低； 3．采用人力操作胎模，劳动强度大； 4．适于小型锻件小批或中批生产。
变形程度表示: 压下量ΔH 镦粗比KH=H0/H
图10-2 平砧镦粗
(1)平砧镦粗：指毛坯在上下两个平砧之间的镦粗
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，变形程度介于区域Ⅰ与区域Ⅱ之间。
变形结果：变 形不均匀，易 出现缺陷。
第5章自由锻工艺
5. 绘制锻件图
• 在余量、公差和各种余块确定后，便可 绘制锻件图。 • 锻件图中，锻件形状用粗实线描绘。 • 为了便于了解零件的形状和检验锻后的 实际余量，在锻件图内，用假想线(双点 划线)画出零件形状。 • 锻件尺寸和公差标注在尺寸线上面，零 件的公称尺寸要加上括号，标注在相应 尺寸线下面。
• 如锻件带有检验试样、热处理夹头时， 在锻件图上应注明其尺寸和位置。 • 在图形上无法表示的某些技术要求， 以技术条件的方式加以说明。
曲轴类锻件的锻造过程
5. 弯曲类锻件
• 外形特征是轴线有一处或多处弯曲，沿 弯曲轴线，截面可以是等截面，也可以 是变截面。弯曲可以是对称弯曲和非对 称弯曲。
弯曲类锻件的锻造过程
• 锻造弯曲锻件的基本工序是拔长、弯曲； 辅助工序和修整工序是分段压痕、滚圆 和平整。
(1)—下料(120kg) (2)—压槽卡出两端 (3)—拔出中间部分 (4)—弯曲左端圆弧 (5)—弯曲右端圆弧 (6)—弯曲中间圆弧
5.1 自由锻件的分类
按外形特征及其成形方法，为6 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
• 外形特征为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。
块类锻件的自由锻过程
• 所用基本工序为镦粗。随后的辅助工序 和修整工序为倒棱、滚圆、平整等。
轴类锻件的自由锻过程
• 基本工序是拔长，或镦粗加拔长；辅助 工序 和修整工序为倒棱、滚圆和校直。
4. 曲轴类锻件
• 外形特征不仅沿轴线有截面形状和面积 变化，而且轴线有多方向弯曲的实心长 轴，包括各种形式的曲轴，如单拐曲轴 和多拐曲轴等。
曲轴类锻件的锻造过程
(完整word版)自由锻工艺设计
制定自由锻工艺规程零件图图示的为一轴类零件，制定自由锻工艺规程。
该零件使用材料为45钢，采用自由锻制坯，设计过程如下：（1）绘制锻件图，根据零件图并考虑余量和公差绘出锻件图（参考李尚建—《锻造工艺及模具》）ⅠⅡⅢⅣⅤ（2）制定变形工艺（3）由锻件图可知，该轴最大轴径D2=296mm，轴向长度L=1425mm。
参照类似锻件锻造工艺确定工艺方案如下：坯料——预拔长——压肩——拔长制成品（4）工序尺寸的计算①预拔长：考虑拉缩问题，取保险量△=30mm，因此预拔长直径D拔=296+30=326mm②分段压痕压肩：轴Ⅰ，Ⅴ段，考虑到拔长后端面不平，切除料头质量，下料体积VⅠ0=1/4xπDⅠ2xL1+0.21D3 =12585218mm3下料长度LⅠ0= 4VⅠ0/(πD2拔)=150mm轴ⅡⅣ段，根据经验应按大于工程尺寸并小于正公差下料VⅡ0=1/4xπDⅡ2xLⅡ=8772435mm3下料长度LⅡ0= 4VⅡ0/(πD2拔)=105.2mm轴Ⅲ段VⅢ0=1/4xπDⅢ2xLⅢ=20286598mm3下料长度LⅢ0= 4VⅢ0/(πD2拔)=243.2mm压肩深度按下时确定h=（1/3~1/4）x（D-d）=（1/3~1/4）x（296-212）=21~28mm ⑸计算坯料尺寸原坯料尺寸包括锻件尺寸及烧损，即V0=(V锻+V切)x（1+δ）V锻=59000168 mm3V切=4001813 mm3取烧损率δ=3.5%得V0=65207051 mm3选择圆柱坯料Φ340，即D0=340mmH0=4V0/(πD20)=718mm锻件重量G坯=ρx V0=515Kg⑹选择设备吨位根据锻件形状尺寸，查表3—10，选用3.0吨自由锻锤⑺确定锻造火次及温度范围45钢始锻温度为1200℃终锻温度为800℃㈧热处理为方便机加工，锻件热处理定为退火，随炉冷却工艺卡片。
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是金属加工中常用的一种工艺方法，它通过对金属材料施加一定的力进行塑性变形，从而使其形成所需的形状。
自由锻工艺具有成本低、工艺灵活、生产效率高等优点，因此在制造业中得到广泛应用。
自由锻工艺过程包括以下几个步骤：选择合适的锻击设备和锻模，准备锻件原料，加热锻件至适当的温度，进行锻击加工，进行必要的后处理和修整。
下面将对这些步骤进行详细介绍。
首先，选择合适的锻击设备和锻模是自由锻工艺过程的关键。
锻击设备可以根据需要选择不同类型的锻击机，如气锤、液压锤等。
同时，锻模的设计也十分重要，它决定了锻件最终形状的精度和质量。
锻模设计要考虑到锻件的形状、尺寸、材料特性等因素，确保锻件在锻击过程中能够得到准确的变形。
其次，在进行自由锻工艺之前，需要准备好锻件原料。
锻件原料可以是钢坯、铝坯等金属材料，它们需要经过预处理，如锯切、去除表面氧化物等。
预处理的目的是为了提高原料的可塑性和锻件的尺寸精度。
然后，将锻件加热至适当的温度，这是进行自由锻的关键步骤之一、在加热过程中，要控制好加热温度和保温时间，以确保锻件表面温度均匀，并达到合适的变形温度。
加热温度和时间可以根据材料的不同进行调整，一般情况下，加热温度要略高于材料的再结晶温度。
接下来，进行锻击加工。
在锻击过程中，将预热好的锻件放置在锻模中，施加一定的力进行塑性变形。
锻击时要控制好锻击的力度和速度，以确保锻件的形状和尺寸精度。
锻件在锻击过程中会受到很大的力和热量，要注意施加适当的冷却措施，避免锻件过热和变形。
最后，进行必要的后处理和修整。
在锻击完成后，锻件可能会存在一些表面缺陷、残余应力等问题，需要进行清理、研磨、退火等后处理操作。
锻件的尺寸和形状也可能存在一些偏差，需要进行修整和校准，以达到设计要求。
总之，自由锻工艺是一种常用的金属加工方法，通过对金属材料施加力进行塑性变形，使其形成所需的形状。
自由锻工艺具有成本低、工艺灵活、生产效率高等优点，广泛应用于制造业中。
自由锻工艺过程概述
自由锻工艺过程概述引言自由锻工艺是一种常用的金属成形方法，通过将金属材料置于加热状态下，然后施加压力，使其通过形状改变来达到所需的形状和尺寸。
本文将概述自由锻工艺的过程以及其在不同行业中的应用。
自由锻工艺的基本原理自由锻的基本原理是在加热的金属材料上施加压力，使其变形为所需的形状。
自由锻工艺中主要包括以下几个步骤：1.材料选择：选择适合自由锻的合金材料，一般选用具有良好可锻性的材料，如碳素钢、合金钢等。
2.加热：将金属材料加热至适当的温度，以提高其可塑性和变形性能。
3.锻造模具准备：根据所需的形状和尺寸，制作合适的锻造模具。
4.施加压力：将加热后的金属材料放置在锻模上，通过施加压力使其变形。
5.冷却处理：在锻造完成后，对金属材料进行必要的冷却处理，以提高其强度和硬度。
自由锻工艺的应用领域自由锻工艺在各个行业中都有广泛的应用，下面介绍一些常见的应用领域：汽车制造业在汽车制造业中，自由锻工艺主要用于生产汽车曲轴、减震器、悬挂系统等零部件。
由于自由锻工艺能够提供优良的力学性能和表面质量，因此被广泛应用于汽车工业中。
船舶制造业船舶制造业也是自由锻工艺的重要应用领域，特别是对于大型船舶的制造。
自由锻工艺可以用于制造船体结构件、推进器、舵机装置等关键部件，以提供良好的强度和可靠性。
航空航天工业在航空航天工业中，自由锻工艺被广泛应用于制造发动机零部件、机身结构件、飞行控制系统等重要部件。
由于航空航天领域对于材料的强度和重量要求非常高，因此自由锻工艺成为理想的制造方法。
石油化工工业石油化工工业中的许多设备和管道都需要使用高强度、耐腐蚀的金属材料。
自由锻工艺可以提供高强度和良好的抗腐蚀性能，因此在制造石油化工设备中得到广泛应用。
自由锻工艺的优势和挑战自由锻工艺具有以下优势：•优良的力学性能：自由锻工艺可以提供优异的力学性能，如高强度、优良的韧性等。
•良好的表面质量：锻件表面光洁度好，无气孔、夹杂等缺陷，提高了零部件的使用寿命。
自由锻工艺过程概述
自由锻工艺过程概述
1.材料准备：首先需要选择合适的金属材料，如钢、铝、铜等，并进
行切割、热处理等工艺以获得所需的材料性能。
2.模具设计与制备：根据待锻造工件的形状和尺寸要求，设计并制备
模具。
模具的形状和结构直接影响到锻工件的质量和精度。
3.预锻：将金属材料加热至一定温度后，通过锤击或冲压等方式使其
产生初步的塑性变形，以便后续锻造工艺的顺利进行。
预锻可以用于改善
金属的组织结构，消除内部应力等。
4.精锻：精锻是指在预锻后对金属材料进行细化加工，使其形成更加
精确的形状和尺寸。
在精锻过程中，需要控制锻造力度、温度、速度等参数，以确保工件的质量。
5.校直与修磨：通过校直和修磨等工艺，对精锻后的工件进行调整，
去除表面缺陷、修复尺寸偏差等。
6.热处理：为了改变金属材料的组织结构和性能，通常需要进行热处理。
热处理可以包括退火、正火、淬火、回火等工艺。
7.表面处理：为了改善工件的表面性能和外观质量，可以采用镀锌、
喷涂、抛光等表面处理工艺。
8.检验与包装：对锻件进行必要的性能和尺寸检验，以确保其质量达
到要求。
合格的锻件经过清洁和包装后，可以出厂供应或使用。
总体而言，自由锻工艺作为一种传统的金属成形工艺，具有灵活多样、生产效率高、材料利用率高等优点。
但是，由于其对设备和操作技术的要
求较高，以及锻造时的寿命和安全等问题，使得自由锻工艺在现代工业制
造中逐渐被其它成形工艺取代。
尽管如此，自由锻工艺仍然在一些特殊情况下有其独特的应用优势，比如在制造超大型铸造模具、复杂形状的金属零部件等方面，仍有较大的应用空间。
自由锻工艺
您当前的位置：第四章>>第四节返回4.4 自由锻工艺4.4.1 自由锻的工艺特点一．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，生产效率低。
二．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。
三．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。
4.4.2 自由锻的基本工序无论是手工自由锻、锤上自由锻以及水压机上自由锻，其工艺过程都是由一些锻造工序所组成。
所谓工序是指在一个工作地点对一个工件所连续完成的那部分工艺过程。
根据变形的性质和程度不同，自由锻工序可分为：基本工序，如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、芯轴拔长、切割、弯曲、扭转、错移、锻接等，其中镦粗、拔长和冲孔三个工序应用得最多；辅助工序，如切肩、压痕等；精整工序，如平整、整形等三类。
一．镦粗镦粗是使坯料的截面增大，高度减小的锻造工序。
镦粗有完全镦粗如图4-15所示和局部镦粗。
局部镦粗按其镦粗的位置不同又可分为端部镦粗和中间镦粗两种，如图4-16所示。
图4-16完全镦粗镦粗主要用来锻造圆盘类（如齿轮坯）及法兰等锻件，在锻造空心锻件时，可作为冲孔前的预备工序。
镦粗的一般规则、操作方法及注意事项如下：1．被镦粗坯料的高度与直径（或边长）之比应小于2.5～3，否则会镦弯，如图4-17a所示。
工件镦弯后应将其放平，轻轻锤击矫正，如图4-17b所示。
局部镦粗时，镦粗部分坯料的高度与直径之比也应小于2.5～3。
2．镦粗的始锻温度采用坯料允许的最高始锻温度，并应烧透。
坯料的加热要均匀，否则镦粗时工件变形不均匀，对某些材料还可能锻裂。
图2-17 局部镦粗a)漏盘上镦粗 b)胎膜内镦粗 c)中间镦粗图4-17 镦弯的产生和矫正（a）镦弯的产生 b)镦弯的矫正3．镦粗的两端面要平整且与轴线垂直，否则可能会产生镦歪现象。
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您当前的位置：第四章>>第四节返回4.4 自由锻工艺4.4.1 自由锻的工艺特点一．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，生产效率低。
二．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。
三．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。
4.4.2 自由锻的基本工序无论是手工自由锻、锤上自由锻以及水压机上自由锻，其工艺过程都是由一些锻造工序所组成。
所谓工序是指在一个工作地点对一个工件所连续完成的那部分工艺过程。
根据变形的性质和程度不同，自由锻工序可分为：基本工序，如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、芯轴拔长、切割、弯曲、扭转、错移、锻接等，其中镦粗、拔长和冲孔三个工序应用得最多；辅助工序，如切肩、压痕等；精整工序，如平整、整形等三类。
一．镦粗镦粗是使坯料的截面增大，高度减小的锻造工序。
镦粗有完全镦粗如图4-15所示和局部镦粗。
局部镦粗按其镦粗的位置不同又可分为端部镦粗和中间镦粗两种，如图4-16所示。
图4-16完全镦粗镦粗主要用来锻造圆盘类（如齿轮坯）及法兰等锻件，在锻造空心锻件时，可作为冲孔前的预备工序。
镦粗的一般规则、操作方法及注意事项如下：1．被镦粗坯料的高度与直径（或边长）之比应小于2.5～3，否则会镦弯，如图4-17a所示。
工件镦弯后应将其放平，轻轻锤击矫正，如图4-17b所示。
局部镦粗时，镦粗部分坯料的高度与直径之比也应小于2.5～3。
2．镦粗的始锻温度采用坯料允许的最高始锻温度，并应烧透。
坯料的加热要均匀，否则镦粗时工件变形不均匀，对某些材料还可能锻裂。
图2-17 局部镦粗a)漏盘上镦粗 b)胎膜内镦粗 c)中间镦粗图4-17 镦弯的产生和矫正（a）镦弯的产生 b)镦弯的矫正3．镦粗的两端面要平整且与轴线垂直，否则可能会产生镦歪现象。
矫正镦歪的方法是将坯料斜立，轻打镦歪的斜角，然后放正，继续锻打，如图4-18所示。
如果锤头或砥铁的工作面因磨损而变得不平直时，则锻打时要不断将坯料旋转，以便获得均匀的变形而不致镦歪。
4．锤击应力量足够，否则就可能产生细腰形，如图4-19a所示。
若不及时纠正，继续锻打下去，则可能产生夹层，使工件报废，如图4-19b所示。
图4-18 镦歪的产生和矫正图4-19 细腰形及夹层的产生a )细腰形 b)夹层二、拔长拔长是使坯料长度增加，横截面减少的锻造工序，又称延伸或引伸，如图4-20所示。
拔长用于锻制长而截面小的工件，如轴类、杆类和长筒形零件。
图4-20 拔长a)拔长 b)局部拔长 c)心轴拔长拔长的一般规则，操作方法及注意事项：1．拔长过程中要将坯料不断地翻转，使其压下面都能均匀变形，并沿轴向送进操作。
翻转的方法有三种：如图4-21(a) 所示，为反复翻转拔长，是将坯料反复左右翻转90º，常用于塑性较高的材料；如图4-21(b) 所示，为螺旋式翻转拔长，是将坯料沿一个作90º翻转，常用于塑性较低的材料；如图4-21(c) 所示，为单面前后顺序拔长，是将坯料沿整个长度方向锻打一遍后，再翻转90º，尔后依次进行，常用于频繁翻转不方便的大锻件，但应注意工件的宽度和厚度之比不要超过2.5，否则再次翻转继续拔长时容易产生折叠。
图4-21 拔长时锻件的翻转方法a)反复翻转拔长 b)螺旋式翻转拔长 c)单面顺序拔长2、拔长时，坯料应沿砥铁的宽度方向送进，每次的送进量Ｌ应为砥铁宽度Ｂ的0.3～0.7倍，如图4-22a所示。
送进量太大，金属主要向宽度方向流动，反而降低延伸效率，如图4-22b所示。
送进量太小，又容易产生夹层，如图4-22c所示。
另外，每次压下量也不要太大，压下量应等于或小于送进量，否则也容易产生夹层。
3、由大直径的坯料拔长成小直径的锻件时，应把坯料先锻成正方形，在正方形的截面下拔长，到接近锻件的直径时，再倒棱，滚打成圆形，这样锻造效率高，质量好。
如图4-23所示。
图4-22 拔长时的送进方向和进给量a)送进量合适 b)送进量太大、拔长率降低 c)送进量太小、产生夹层图4-23 大直径坯料拔长时的变形过程3．锻制台阶轴或带台阶的方形、矩形截面的锻件时，在拔长前应先压肩。
压肩后对一端进行局部拔长即可锻出台阶。
如图4-24所示。
图4-24 压肩a)方料压肩 b)圆料压肩5．锻件拔长后须进行修整，修整方形或矩形锻件时，应沿下砥铁的长度方向送进，如图4-25a所示，以增加工件与砥铁的接触长度。
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锤或摔子修整。
如图4-25b所示。
图4-25 拨长后的修整a)方形、矩形面的修整 b)圆形截面的修整6．采用专制的芯轴对孔进行拔长，主要用于孔深的工作，如图4-26所示。
图4-26 芯轴拔长三、冲孔冲孔是用冲子在坯料冲出通孔或不通孔的锻造工序。
冲孔主要用于制造带孔工件，如齿轮坯、圆环、套筒等。
一般规定：锤的落下部分重量在0.15～5t之间，最小冲孔直径相应为Φ30～Φ100mm；孔径小于100mm，而孔深大于300mm的孔可不冲出；孔径小于150mm，而孔深大于500mm的孔也不冲出；直径小于20mm的孔不冲出。
根据冲孔所用的冲子的形状不同，冲孔可分为实心冲子冲孔和空心冲子冲孔。
实心冲子冲孔又可分为单面冲孔和双面冲孔，如图4-27所示。
图4-27 冲孔a)双面冲孔 b)单面冲孔 c)空心冲子冲孔1．单面冲孔：对于较薄工件，即工件高度与冲孔孔径之比小于0.125时，可采用单面冲孔。
冲孔时，将工件放在漏盘上，冲子大头朝下，漏盘的孔径和冲子的直径应有一定的间隙，冲孔时应仔细校正，冲孔后稍加平整。
2．双面冲孔：其操作过程为：镦粗；试冲（找正中心冲孔痕）；撒煤粉（煤粉受热后产生的气体膨胀力可将冲子顶出）；冲孔，即冲孔到锻件厚度的2/3～3/4；翻转180°找正中心；冲除连皮；如图4-28所示。
修整内孔；修整外圆。
图4-28 冲孔的步骤(a)放正冲子，试冲；(b)冲浅坑，撒煤末(c)冲至工件厚度的2/3深；(d)翻转工件在铁砧圆孔上冲透3．空心冲子冲孔：当冲孔直径超过400mm时，多采用空心冲子冲孔。
对于重要的锻件，将其有缺陷的中心部分冲掉，有利于改善锻件的力学性能。
四、扩孔扩孔是空心坯料壁厚减薄而内径和外径增加的锻造工序。
其实质是沿圆周方向的变相拔长。
扩孔的常用方法有冲子扩孔和芯轴扩孔等，如图4-29所示。
扩孔适用于锻造空心圈和空心环锻件。
图4-29 扩孔a)冲子扩孔； b)芯轴扩孔五、错移将毛坯的一部分相对另一部分上、下错开，但仍保持这两部分轴心线平行的锻造工序，错移常用来锻造曲轴。
错移前，毛坯须先进行压肩等辅助工序，如图4-30所示。
图4-30 错移a)压肩 b)锻打 c)修整六、切割切割是使坯料分开的工序，如切去料头、下料和切割成一定形状等。
用手工切割小毛坯时，把工件放在砧面上，錾子垂直于工件轴线，边錾边旋转工件，当快切断时，应将切口稍移至砧边处，轻轻将工件切断。
大截面毛坯是在锻锤或压力机上切断的,方形截面的切割是先将剁刀垂直切入锻件,至快断开时,将工件翻转180°,再用剁刀或克棍把工件截断，如图4-31a所示。
切割圆形截面锻件时，要将锻件放在带有圆凹槽的剁垫上，边切边旋转锻件，如图4-31b所示。
七、弯曲使坯料弯成一定角度或形状的锻造工序称为弯曲。
弯曲用于锻造吊钩、链环、弯板等锻件。
弯曲时锻件的加热部分最好只限于被弯曲的一段，加热必须均匀。
在空气锤上进行弯曲时，将坯料夹在上下砥铁间，使欲弯曲的部分露出，用手锤或大锤将坯料打弯，如图4-32a所示。
或借助于成型垫铁、成型压铁等辅助工具使其产生成型弯曲，如图4-32b所示。
图4-31 切割a)方料的切割 b)圆料的切割图4-32 弯由a)角度弯曲 b)成形弯曲八、扭转扭转是将毛坯的一部分相对于另一部分绕其轴心线旋转一定角度的锻造工序，称为扭转，如图4-33所示。
锻造多拐曲轴、连杆、麻花钻头等锻件和校直锻件时常用这种工序。
扭转前，应将整个坯料先在一个平面内锻造成形，并使受扭曲部分表面光滑，然后进行扭转。
扭转时，由于金属变形剧烈，要求受扭部分加热到始锻温度，且均匀热透。
扭转后，要注意缓慢冷却，以防出现扭裂。
九、锻接锻接是将两段或几段坯料加热后，用锻造的方法连接成牢固整体的一种锻造工序，又称锻焊。
锻接主要用于小锻件生产或修理工作，如：船舶锚链的锻焊；刃具的夹钢和贴钢，它是将两种成份不同的钢料锻焊在一起。
典型的锻接方法有搭接法、咬接法和对接法。
图4-33 扭转4.4.3 自由锻工艺规程制定自由锻工艺规程应做如下工作。
一、绘制锻件图锻件图是根据零件图和锻造该零件毛坯的锻造工艺来绘制的，如图4-34所示，在锻件图中尺寸标注：尺寸线上面的尺寸为锻件尺寸；尺寸线下面的尺寸为零件图尺寸并用括弧注明；也可只标注锻件尺寸。
图4-34 锻件图(a)锻件的余量及敷料 (b)锻件图4.4.4 典型锻件自由锻工艺过程一、齿轮坯自由锻工艺过程见表4-5。
表4-5 齿轮坯自由锻工艺过程二、齿轮轴零件如图4-35所示，毛坯自由锻工艺过程见表4-6。
图4-35齿轮轴零件图表4-6 齿轮齿轮轴零件如图坯自由锻工艺过程锻件名称齿轮轴毛坯工艺类型自由锻材料45号钢设备75kg空气锤加热次数2次锻造温度范围800～1200℃锻件图坯料图序号工序名称工序简图使用工具操作工艺1 压肩圆口钳；压肩摔子；边轻打，边旋转锻件。