自由锻造工艺规程编制

第八章 自由锻造工艺规程编制

本章将主要介绍自由锻造工艺规程编制过程并举例进行说明。自由锻造工艺规程主要由锻件图的设计，计算锻件重量，确定坯料规格或钢锭规格；设计锻造工步，计算变形程度；确定锻造温度以及加热火次、确定锻件复杂程度；确定锻造设备、工装及工具；确定坯料加热规范、锻件冷却及热处理规范、锻件表面清理规范；确定锻件理化检验规范等等。

编制工艺过程时应注意下述两个原则

1）根据车间现有的条件，所编制的工艺技术先进，能满足产品的全部技术要求。 2）在保证优质的基础上，提高生产率，节约金属材料消耗，经济合理。

8.1.设计锻件图

锻件图是编制锻造工艺、设计工具、指导生产和验收锻件的主要依据，也是联系其它后续加工工艺的重要技术资料，它是根据零件图考虑了加工余量，锻件公差、锻造余块、检验试样及工艺卡头等绘制而成。

一般锻件的尺寸和表面粗糙度，达不到零件图的要求，锻件表面应留有一定的机械加工余量（以下简称余量）。余量的大小主要取决于：零件的形状尺寸和加工精度、表面粗糙度要求、锻件加热质量、设备工具精度和操作技术水平等。零件的公称尺寸加上余量即为锻件公称尺寸，对于非加工表面，则无需加放余量。

在锻造生产实际中，由于各种因素的影响，如终锻温度的差异、锻压设备工具的精度和工人操作技术上的差异、锻件实际尺寸不可能达到公称尺寸，允许有一定的误差，称为锻造公差。锻件上不论是否需经机械加工，都应注明锻造公差。通常公差约为余量的1/4～1/3。

锻件的余量和公差具体数值可查阅有关手册、标准或工厂标准确定。

图8.1锻件的各种余块

为了简化锻件外形或根据锻造工艺需要，在零件上较小的孔、狭窄的凹档、直径差较小而长度不大的台阶等难于锻造的地方，通常都需填满金属（这部分金属叫做锻造余块）

，但这样做增加了机械加工工时和金属损耗。

因此，是否加放余块，应根据零件形状、锻造技术水平、加工成本等综合考虑确定。

除了锻造工艺要求加放余块之外，对于有特殊要求的锻件，尚需在锻件的适当位置添加试样余块（供检验锻件内部组织和力学性能试验用等）、热处理或机械加工用夹头等。见图8.1示例。

当余量、公差和余块等确定之后，便可绘制锻件图。锻件图上锻件形状用粗实线描绘。为了便于了解零件的形状和检查锻后的实际余量，在锻件图内用假想线画出零件简单形状。锻件的尺寸和公差标注在尺寸线上面。零件的尺寸加括号标注在尺寸线下面。如锻件带有检验试样、热处理夹头时，锻件图上应注明其尺寸和位置。在图上无法表示的某些条件，可以技术条件方式加以说明。图8.2为一法兰带试样的锻件图。

图8.2 法兰锻件图

8.2计算锻件重量、确定锻造坯料规格

自由锻用原材料有两种：一种是钢材、钢坯、多用于中小型锻件；另一种是钢锭，主要用于大中型锻件。

8.2.1.毛坯重量的计算

锻制锻件所需用的毛坯重量为锻件重量与锻造时金属损耗的重量之和，计算重量的公式如下；

G毛坯=G锻件+G切头+G烧损

式中 G毛坯---所需的原毛坯重量；

G锻件---锻件的重量；

G切头---锻造过程中切掉的料头等重量；

G烧损---烧损的重量；

当用钢锭作原毛坯时，上式中还应加上冒口重量G冒口和底部重量G底部。

锻件重量G锻件根据锻件图决定。对于复杂形状的锻件，一般先将锻件分成形状简单的几个单元体，然后按

公称尺寸计算每个单元体的体积，G 锻件可按下式求得；

G 锻件=γ（V 1+V 2+…+V n ） 式中 γ----金属的密度；

V 1+V 2+…+V n-----各单元体体积。

对轴类锻件需考虑台阶处之余面（图8.3、8.4

）所需的重量。

图8.3 台阶轴类锻件余面

其计算公式为：G 余面=0.2（D-d ）2

（D+2d ）(尺寸以dm 计算);

图8.4曲轴类锻件余面

其计算公式为：G 余面=h 2

B(尺寸以dm 计算)。

G 切头包括修切锻件端部时的料头重量和冲孔芯料等，端部料头重量的计算方法见表8.1。

表8.1是一种最简单的端部切料情况的计算方法，而实际上切料的数值与锻件的复杂程度有关。例如锻造台阶时，为防止内凹和夹层现象，压痕和压肩时端部所留的最短长度应大于0.3D 。如果台阶轴的轴颈较短时，则切区的料头重量便要 较多。因此，复杂件切料的数值根据具体工艺来定。

表8.1 端部料头的计算公式

冲孔芯料决定于冲孔方法和锻件尺寸，计算方法见表8.2.

表8.2冲孔芯料的计算

注：表中d --------

实心孔之直径（mm ） H--------冲孔前坯料的高度（mm ）

表8.3 火耗与加热次数所占锻件重量的百分比

烧损的重量G 烧损与炉子的类型，毛坯的性质和加热次数等有关，一般用所占的百分数表示。见表8.3。 钢锭冒口和底部切区的重量G 冒口和G 底部占整个钢锭重量百分比见表8.4。

8.2.2.毛坯尺寸的确定

毛坯尺寸的确定与所采用的第一个基本工步（镦粗或拔长）有关，所采用的工步不同，确定的方法也不一样。

表8.4钢锭冒口和底部切去的重量百分比（％）

（1）采用镦粗法锻制锻件时，毛坯尺寸的确定

对于钢坯，为避免镦粗时产生弯曲，应使毛坯高度H不超过其直径D（或方形边长A）的2.5倍，但为了在截料时便于操作，毛坯高度H不应小于1.25D（或A），即

1.25D（A）≤H≤

2.5D（A）

对圆毛坯；

V

D=（0.8～1）3

坯

对方毛坯；

V

A=（0.75～0.8）3

坯

初步确定了D（或A）之后，应根据国家标准选用标准直径或边长。

最后根据毛坯体积V坯和毛坯的截面积F坯，即可求得毛坯的高度（或长度）

H=V坯/F坯

对算的的毛坯H，还需按下式进行检验；

H＜0.75H行程

式中 H行程-------锤头的行程。

此外，毛坯高度，还应小于加热炉底的有效长度。

对于锭料，根据所需的毛坯重量和钢锭规格来选择

（2）采用拔长法锻制锻件时，毛坯尺寸的确定

对于钢坯，拔长时所用截面F坯的大小应保证能够得到所要求的锻造比。

F坯= K L F锻

即式中K L----锻造比。

F锻-------锻件的最大横截面积。

按上式求出钢坯的最小横截面积，并可进一步求出钢坯的直径（或边长）。

然后，根据国家标准或厂标选用标准直径（或边长），若没有所需的尺寸时，则取相邻的较大标准尺寸。

最后，根据毛坯体积V坯和确定的毛坯横截面积求出钢坯的长度L坯

L坯=V坯/F坯