第2章 锻压工艺-02

在孔的周围冲出毛刺，
（二）辅助工序
为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序（压钳口、切肩等）
（三）修整工序
用以减少锻件表面缺陷而进行的工序（如校正、滚圆、平整等）(零件的锻造过程
2.3.1
自由锻
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（见 摇杆轴自由锻造）
（见 齿轮坯锻造过程）
2.3.1
自由锻
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三、自由锻锻造工序选择
（模锻实例视频）
（相比自由锻） 优点：锻件形状和精度由模膛保证；锻件尺寸精确，表面
光洁；可锻出形状复杂的锻件，加工余量少，生产率高；适用大批量生产 不足：模锻生产受模锻设备吨位限制，模锻件的质量一般在150kg以下；模锻设备
投资较大，模具费用较昂贵，工艺灵活性较差，生产准备周期较长；因此，模锻适
合于小型锻件的大批大量生产，不适合单件小批量生产以及中、大型锻件的生产。
(1)拔长模膛
它是用来减少毛坯某部分的横截面积， 以增加该部分的长度。拔长模膛分为开式 和闭式两种(图2-13) （动画拔长模膛）
2.3.2 模锻
(2) 滚压模膛: 用来减小坯料某部分的横截面积， 以增大另一部分的横截面积。主要是 使金属按模锻件形状来分布。滚压模膛
分为开式和闭式两种
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(3)弯曲模膛： 对于弯曲的杆类模锻件，需用弯曲 模膛来弯曲毛坯 （见弯曲模膛）
2.3.2 模锻
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实例：弯曲连杆锻造过程
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2.锤上模锻工艺规程的制定
锤上模锻成型的工艺过程一般为：切断毛坯→加热坯
料→模锻→切除模锻件的飞边→校正锻件→锻件热处 理→表面清理→检验→成堆存放。
锤上模锻成型的工艺设计包括制定锻件图、计算坯料 尺寸、确定模锻工步(选择模膛)、选择设备及安排修 整工序等。其中最主要的是锻件图的制定和模锻工步 的确定。
1. 锤上模锻的锻模结构
锤上模锻用的锻模由带燕尾的上模2和下模4两部分组成，上下模通过燕尾和楔铁 分别紧固在锤头和模垫上，上、下模合在一起在内部形成完整的模膛。
2.3.2 模锻
模膛根据其功用不同可分为和制坯模膛和模锻模膛两大类
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1）制坯模膛
对于形状复杂的锻件，为了使毛坯形状基本符合锻件形状，以便使金属 能合理分布和很好地充满模膛，就必须预先在制坯模膛内制坯。
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长轴类锻件，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等；一般为拔长、滚挤、弯曲、 预锻、终锻成形。
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3. 锤上模锻件的结构工艺性
(1） 模锻零件必须具有一个合理的分模面，以保证模锻件易于从锻模中取出、
敷料最少、锻模容易制造。
(2） 零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出模锻斜度。非加工表面所 形成的角都应按模锻圆角设计。 (3) 为了使金属容易充满模膛
镦粗可分为全镦粗和局部镦粗两种形式 镦粗时，坯料不能过长，高度与直径之比应小于 2.5，以免镦弯，或出现细腰、夹层等现象。坯 料镦粗的部位必须均匀加热，以防止出现变形不 均匀。 (见镦粗）
2.3.1
自由锻
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（一）基本工序
２．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，而 长度增加的操作过程 对于圆形坯料，一般先锻打成方形后再进行拔长，最后锻成所需形状，或 使用V型砧铁进行拔长。在锻造过程中要将坯料绕轴线不断翻转。
预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终 锻时，金属容易充满终锻模膛而获得锻件所需要的尺寸。同时减 少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。对于形状简单的 锻件或批量不大时可不设预锻模膛。
预锻模膛的圆角和斜度要比终锻模膛大得多，而且没有飞边槽。
根据模锻件的复杂程度，所需变形的模膛数量不等，将锻模设计成 单膛锻模 、多膛锻模
由于模锻需要加热后进行，锻件冷却时 要收缩，故终锻模膛的尺寸应比锻件尺 寸放大一个收缩量。钢锻件收缩量取1.5%。 另外，沿模膛四周有飞边槽，用以增加金 属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模 终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮。 膛，同时容纳多余的金属。
2.3.2 模锻
(2)预锻模膛：
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均能自由变形流动，不受外部的限制，故无法精确控制变形的发展。
锻件的成形主要取决于工人采用的操作方法和技能
2. 自由锻分类： 手工锻造和机器锻造两种。手工锻造只能生产小型锻件，生产
率也较低。机器锻造是自由锻的主要方法。
2.3.1
自由锻
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3.自由锻的特点：工具简单、通用性强，生产准备周期短。自由锻件的质量范围可 由不及一千克到二、三百吨，对于大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，这使得自由 锻在重型机械制造中具有特别重要的作用，例如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、 重要的齿轮等零件在工作时都承受很大的载荷，要求具有较高的力学性能，常采用自 由锻方法生产毛坯。 由于自由锻件的形状与尺寸主要靠人工操作来控制，所以锻件的精度较低，加工余 量大，劳动强度大，生产率低。自由锻主要应用于单件、小批量生产，修配以及大 型锻件的生产和新产品的试制等。
备使用效率，应尽量避免
2. 几何体间的交接处 不应形成空间曲线
2.3.5
自由锻件的结构工艺性
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4. 截面变化大的锻件，
采用组合连接
3.自由锻件上不应设计出加强 筋、凸台、工字形截面
2.3.2 模锻
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定义：在模锻设备上，利用高强度锻模，使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，
而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的加工方法称为模锻。在变形过程中由于 模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时可获得与模膛形状相符的模锻件。
以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象，及时调整锻模位置。
1）. 模锻件图的制定
（1）选择模锻件的分模面
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③最好把分模面选在模膛深度最浅的位置处。这样可使金属很容易充满模膛，
便于取出锻件，并有利于锻模的制造。
④选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。
⑤最好使分模面为一个平面，使上下
锻模的模膛深度基本一致，差别不宜
图2-9 使用V型砧铁拔长圆坯料
2.3.1
自由锻
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（一）基本工序
３．冲孔 利用冲头在工件上冲出通孔或盲孔的操作过程。常用于锻造齿轮、
套筒和圆环等空心锻件，对于直径小于25mm的孔一般不锻出，而是采用钻削
的方法进行加工。 在薄坯料上冲通孔时，可用冲头一次冲出。若坯料较厚时，可先在坯料的
一边冲到孔深的2／3深度后，拔出冲头，翻转工件，从反面冲通，以避免
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和减少工序，零件外形力求简单、
平直和对称，尽量避免零件截面 间差别过大，或具有薄壁、高筋、 凸起等结构
截面相差过 大
过扁、过薄
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(4)
在零件结构允许的条件下，设计时尽量避免有深孔或多孔结构。
(5)
在可能条件下，应采用锻-焊组合工艺，以减少敷料，简化模锻工艺。
2.3.2 模锻
二、其它模锻方法
内圆角半径R 是外圆角半径 r的３－４倍
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(5）留出冲孔连皮 由于锤上模锻时不能靠上、下模的突起部分把金属完全排挤掉，因此不能锻出通 孔，终锻后，孔内留有金属薄层，称为冲孔连皮（图2-24）锻件上直径小于25mm 的孔，一般不锻出，或只压出球形凹穴。大于25mm的通孔，也不能直接模锻出通 孔，而必须在孔内保留一层连皮。 冲孔连皮的厚度s与孔径d 有关，当d =30～80mm时，s =4～8mm。
模锻设备：胎膜锻、锤上模锻、曲柄压力机模锻、平模机上模锻、摩擦压 力机上模锻
2.3.2 模锻 一 、锤上模锻
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定义：锤上模锻是将上模固定在锤头上，下模紧固在模垫上，通过随锤头作上下往 复运动的上模，对置于下模中的金属坯料施以直接锻击，来获取锻件的锻造方法。 锤上模锻设备 ：蒸汽-空气模锻锤、无砧座锤和高速锤等。
4. 自由锻的主要设备：锻锤和液压机两大类
2.3.1
自由锻
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二、自由锻工序 自由锻工序：基本工序、辅助工序和修整工序。 （一）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、尺寸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，如镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、 扭转和错移等。实际生产中最常用的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。 １．镦粗 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。
（见冲孔连皮动画）
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在锻件图上，用粗实线表示锻件的形状，用双点划线表示零件的轮廓 形状，并在锻件尺寸线的下面用圆括弧标出零件尺寸。
2). 模锻工步的确定
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工步主要根据锻件的形状和尺寸来确定。盘类模锻件和长轴类锻件
盘类模锻件，如齿轮、法兰盘等(图8-13)。一般为镦粗、预锻、终锻成型。
(4)切断模膛： 它是在上模与下模的角部组成一 对刀口，用来切断金属
2.3.2 模锻
2)模锻模膛
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模锻模膛包括预锻模膛和终锻模膛。所有模锻件都要使用终锻模膛，预 锻模膛则要根据实际情况决定是否采用。
(1)终锻模膛：
终锻模膛的作用是：使毛坯最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，因此， 它的形状应和锻件的形状相同；
环类零件
镦粗（或拔长－镦粗），冲孔，在芯轴上扩孔等
弯曲类零件
拔长，弯曲等
表：锻件分类及所需锻造工序
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四、自由锻件的结构工艺性
自由锻件的设计原则是：在满足使用性能的前提下，锻件的形状应尽量简单，易于锻造。 1．尽量避免锥体或斜面 结构 锻造具有锥体或斜
面结构的锻件，需制造专 用工具，锻件成形也比较 困难，从而使工艺过程复 杂，不便于操作，影响设
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除了锤上模锻外，压力机上模锻和胎模锻等模锻方法也有着较为广泛的应用。 （一）压力机上模锻 用于模锻生产的压力机有摩擦压力机、平锻机、水压机、曲柄压力机等，其工 艺特点的比较见下表
设备类型 锻造方法 结构 构造特点 滑块行程可控，速度为 （0.5~1.0）m/s，带有顶料装 置，机架受力，形成封闭力系， 每分钟行程次数少，传动效率 低 工作时，滑块行程固定，无震 动，噪音小，合模准确，有顶 杆装置，设备刚度好 特别适合于锻造低塑性合金钢和非铁金属；简化了模具 设计与制造，同时可锻造更复杂的锻件；承受偏心载荷能 力差；可实现轻、重打，能进行多次锻打，还可进行弯曲、 精压、切飞边、冲连皮、校正等工序 中、 小型锻 件的小 批和中 批生产 大批 大量生 产 工艺特点 应 用
机械制造工艺基础
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2.3
塑性成形方法及工艺
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锻造工艺主要分为无模自由成形（自由锻）和模膛塑性成形（模锻）
2.3.1
自由锻
一、概述
1. 定义：用冲击力或压力使金属在锻造设备的上、下砧板（或砥铁）间产生塑性变 形，从而获得所需几何形状和尺寸的锻件的方法。 自由锻造时，除与上、下砧铁接触的金属部分受到约束外，金属坯料朝其它各个方向
1）. 模锻件图的制定
锻件图是用做设计和制造锻模、计算坯料以及检查锻件的依据。 制定锻件图应考虑如下问题
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（1）选择模锻件的分模面 分模面即是上下锻模在模锻件上的分界面。必须按以下原则确定分模面位 置：
① 要保证模锻件能从模膛中取出，分模面应选在模锻件最大尺寸的截面上。
②按选定的分模面制成锻模后，应使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，
内壁斜度β应比外壁斜度α 大一级
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(4) 标注模锻圆角半径 锻件上所有转角处都应做成圆角。圆弧过渡有利于金属的变形流动，锻造 时使金属易于充满模膛，提高锻件质量，并且可以避免在锻模上的内角处产 生裂纹，减缓锻模外角处的磨损，提高锻模使用寿命。一般内圆角半径（R） 应大于其外圆半径（r）。
自由锻锻造工序的选取应根据工序特点和锻件形状来确定。一般而言，盘类零
件多采用镦粗（或拔长－镦粗）和冲孔等工序；轴类零件多采用拔长，切肩和锻台 阶等工序。一般锻件的分类及采用的工序见下表
锻件类别 图 例 锻造工序
盘类零件
镦粗（或拔长－镦粗），冲孔等
轴类零件
拔长（或镦粗－拔长），切肩，锻台阶等
筒类零件
镦粗（或拔长－镦粗），冲孔，在芯轴上拔长等
过大，以便于制造锻模。
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(2）确定模锻件的机械加工余量及公差 为了达到零件尺寸精度及表面粗糙度的要求，锻件上需切削加工而去除的金属层， 称为锻件的加工余量。
模锻件要规定锻造公差，以控制锻件由于上下模没有闭合，金属没充满模膛，上
下模发生错移以及模膛磨损和变形等所产生的误差。 机械加工余量一般为1～4 mm，锻造公差一般取在±0.3～3 mm之间。 (3）标注模锻斜度 模锻斜度与模膛深度和宽度有关，通常模膛深度与 宽度的比值（h／b）较大时，模锻斜度取较大值。 内壁斜度要略大于外壁斜度(a 2> a 1)。