自由锻工艺

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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。