自由锻

自由锻的主要工序及其缺陷分析

锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。锻造和冲压同属塑性加工性质，统称锻压。

锻造按成形方法则可分为自由锻、模锻、冷镦、径向锻造、挤压、成形轧制、辊锻、辗扩等。

自由锻工艺过程：利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。自由锻的实质是利用简单和通用的工具逐步改变坯料的形状和尺寸，从而获得所要求形状和性能的锻件的加工过程。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。

自由锻的应用：自由锻是靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸的，所以锻件精度低，加工余量大，劳动强度大，生产率也不高，因此它主要应用于单件、小批量生产。

自由锻工序分类：

（1)基本工序：镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲﹑切割﹑错移﹑扭转、锻接等。

（2)辅助工序：钢锭倒棱、预压钳把、分段压痕等。

（3)修整工序：鼓形滚圆、端面平整、弯曲校正等。

（a）基本工序

（b）辅助工序

（c）修整工序

图1 自由锻的主要工序

（一）基本工序

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。常用来锻造齿轮坯、凸缘、圆盘等零件，也可用来作为锻造环、套筒等空心锻件冲孔前的预备工序。镦粗可分为全镦粗和局部镦粗两种形式，如下图。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。

（a）全镦粗（b）局部镦粗

图2 镦粗工序

主要方法包括：平砧镦粗、垫环镦粗、局部镦粗。

镦粗坯料容易出现的缺陷：(1) 坯料侧面出现鼓形，可能引起表面纵裂；(2) 坯料上下两端出现粗大的铸造组织；(3) 坯料内部变形不均匀，晶粒大小不均匀，锻件性能也不均匀；(4) 高径比较大的坯料，易产生纵向弯曲, 变形失稳。

镦粗时缺陷产生的主要原因是金属变形的不均匀引起的，产生这种变形不均匀的主要原因是工具与坏料端面之间的摩擦力，这种摩擦力是金属变形困难，变形所需的单位压力增高。在接触面上，中心处的金属流动还受到外层金属的阻碍，故靠近中心部分的流动阻力越大。产生变形不均匀的原因除工具与毛坯接触面的摩擦影响外，温度也是一个和重要的因素。

减少缺陷采取的措施：（1）预热模具，使用润滑剂：如玻璃粉、石墨粉等；（2）凹形毛坯镦粗（3）软金属垫镦粗（4）叠镦、套环内镦粗（5）反复镦粗、拔长（6）限制坏料高径比。

2.拔长包括矩形截面坯料、圆形截面坯料和空心坏料的的拔长

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，如图3所示。常用于锻造轴类和杆类等零件。

（a）拔长（b）使用V型砧铁拔长圆坯料

图3 拔长工序

拔长过程缺陷分析：

影响拔长的因素主要是送进量和压下量：送进量较大时（l>0.5h），轴心部分变形大呼吁三相应压力状态，有利于焊和配料内部的孔隙、疏松，而侧表面切向受拉应力。过大时（l>h）形成开裂。相对送进量l0/h0＝0.5～0.8较为合适，绝对送进量常取l＝(0.4～0.8)B；

拔长过程中已产生的另一些质量问题是表面折迭，断面内凹和倒角时对角线开裂。原因是送进量很小、压下量很大。为避免这种情况产生，一般取2l0/h0>1～1.5。

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。

4.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。

5.弯曲将坯料弯成所规定外形的锻造工序，用以锻造各种弯曲类锻件。

6.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。

（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）。