材料成型基础之常用金属塑性成形方法

最大截面 ≥3.0 最大截面 ≥3.0
齿轮轴
最大 2.5~3.0 截面
航空用大型 最大截面 6.0~8.0
锻件
自由锻造
•4）选择锻造工序、确定锻造温度和冷却规范等
。
•①选择锻造工序
•
分为基本工序、辅助工序、精整工序三类。
•
基本工序：镦粗、拔长、冲孔等
自由锻造
•盘类锻件
•可采用镦粗、冲孔、压肩、整修
自由锻造
③当锻件的横截面有急剧变化或形状较复杂时，可将 其设计成几个简单件构成的组合件，用焊接或机械连 接方法连成整体件。
自由锻造
•复杂件结构 •成形性差的结构 成形性好的结构
•胎模锻造
•概念：在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种模具 称为胎模的单膛模具，将已加热的坯料用自由锻方法预锻 成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。
材料成型基础之常用金 属塑性成形方法
2020年4月21日星期二
6.1 自由锻与模锻
自由锻
•⑴定义：自由锻造是利用冲击力或压力使金属材料
在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形，从 而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件成形过程。
自由锻造
•自 •由 •锻 •优 •点
自由锻造
•自 •由 •锻 •缺 •点
自由锻造
•②锻造温度范围及加热冷却范围 • 常用金属材料的锻造温度范围
合金种类
碳素钢
15，25，30
35，40，45
60，65，T8,T10
合金钢
合金结构钢
低合金工具钢
高速钢
有色金属
H68
硬铝
始锻温度/℃ 1200～1250
1200 1100 1150 ～1200 1100 ～1150 1100 ～1150 850 470
• 式中：G坯——坯料质量。
•
G锻——锻件质量。
•
G烧——加热时坯料因表面氧化而烧损的
质量，第一次加热取被加热金属质量分数的
2%~3%，以后各次加热取1.5%~2.0%；
•
G切——锻造过程中被冲切掉的钢材质量
。
自由锻造
•②确定坯料尺寸 • 首先根据材料的密度和坯料质量计算出坯料相 应的体积；
• 根据体积不变原则和采用的基本工序类型（如 拔长、镦粗等）的锻造比、高度与直径之比等；
终锻温度/℃ 750 ～800
800 800 800 ～850 850 900 700 380
自由锻造
•锻后锻件的冷却：
• 锻件仍有较高的温度，冷却时由于 表面冷却快，内部冷的慢，锻件表里收 缩不一，可能使一些塑性较低的或大型 复杂锻件产生变形或开裂等缺陷。
自由锻造
•锻件冷却方式常有下列3种：
•锻件公差：
• 锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量，因为锻造操作 中掌握尺寸有一定困难，外加金属的氧化和收缩等原因，使 锻件的实际尺寸总有一定的误差。规定锻件的公差，有利于 提高生产率。自由锻锻件的公差一般为±（1～2）mm。
自由锻造
•3）坯料质量和尺寸计算
• ①确定坯料质量：
• G坯=G锻+G烧+G切
自由锻造
•⑷自由锻典型过程举例
• —轴类、盘类、环类、筒类、弯曲类等 •①轴类件自由锻工序
Βιβλιοθήκη Baidu 自由锻造
锻件名称：齿轮轴 坯料质量：2.8kg 坯料规格：ф90x59mm 锻件材料：40Cr 锻造设备：150kg空气锤
火次
温度（℃）
锻件图： 操作说明
简图
镦粗
拔长、打圆
1
1200～800
压肩
拔长、打圆
自由锻造
• 然后计算出坯料横截面积、直径或边长等尺寸 。
自由锻造
•当锻造件的第一工序为拔长时，则：
•
F1≥Y锻 F锻
•式中:F1—坯料的截面积；
• Y锻—锻造比，对于圆钢Y锻=1.3—1.5左右；
• F锻—锻件的最大截面积。
•注意：圆钢直径大小是标准的，如计算的坯料直径与圆钢标
准直径不符，则应将坯料直径就近取成圆钢直径，然后再重
新计算坯料高度H或长度L。
锻件名称
自由锻造
•典型锻件的锻造比
计算 锻造比 部位
锻件 名称
碳素钢轴类 最大
零件
截面
合金钢轴类 最大
零件
截面
热轧辊
辊身
2.0~2.5 2.5~3.0 2.5~3.0
冷轧辊
辊身 3.5~5.0
锤头
水轮机主 轴 水轮机立 柱 模块
计算 部位
锻造比
最大截面 ≥2.5
轴身
≥2.5
•1）直接在空气中冷却（空冷），此种多用于碳含 量小于0.5%的碳钢和碳含量小于0.3%的低合金钢 中小型锻件。 •2）在炉灰或干砂中缓冷 对用于中碳钢、高碳钢 和大多数低合金钢中的中型锻件。 •3）随炉缓冷 锻后随即将锻件放入500到700摄氏度 的炉中随炉缓冷，用于中碳钢和低合金钢的大型锻 件以及高合金钢的重要锻件。
•②盘类件自由锻工序
自由锻造
锻件名称：双联齿轮 坯料质量：2.1kg 坯料规格：ф65x83mm 锻件材料：45钢 锻造设备：150kg空气锤
锻件图：
火次
温度（℃）
操作说明
简图
镦粗
1
1200～800
压肩
拔长、打圆
自由锻造
•③环类件自由锻工序
自由锻造
•④筒类件自由锻工序
自由锻造
•⑤弯曲件自由锻工序
•胎模锻造
•种类：
•扣模、套筒模（开式套筒模、闭式套筒模）、合模。
自由锻造
•⑵自由锻工艺规程
•零件图 -- 绘制锻件图 -- 坯料质量和尺寸 计算—选择锻造工序-- 加热坯料、锻打-检验--锻件
自由锻造
•⑵自由锻成形过程
• 1）绘制锻件图 • •绘制锻件图时要考虑: • 加工余量 • 锻件公差 • 敷料（工艺余块）
自由锻造
•锻件加工余量：
• 与零件的形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等因素有 关，通常自由锻锻件的加工余量为4～6mm，它与生产的设备 、工装精度、加热的控制和操作技术水平有关，零件越大， 形状越复杂，则余量就大。
自由锻造
•锻造设备：
•中小型锻件所采用的主要是空气锤，空气锤 的吨位选择见下表或查锻造手册。
锤的吨位/kg 150 250 400
560
锻件质量/kg
6
10
26
40
自由锻造
•⑸自由锻件结构技术特征 •①自由锻件上应避免锥体、曲线或曲线交接以 及椭圆形、工字形截面等结构
自由锻造
自由锻造
•②自由锻件上应避免加强筋、凸台等结构。
•轴及杆类锻件
•可采用拔长、压肩、整修
自由锻造
•筒及环类锻件
•可采用镦粗、冲孔、拔长、整修
•弯曲类锻件
•可采用拔长、弯曲
自由锻造
•曲拐轴类锻件
•可采用拔长、分段、错移、整修
•其他复杂锻件
•可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修
自由锻造
•辅助工序：压肩、倒棱、压钳口等。
•精整工序：整形、清出表面氧化皮等。