自由锻

自由锻件的成形特点是：坯料在平砧 上面或工具之间经逐步的局部变形而完成。 由于工具与坯料部分接触，故所需设备功 率比生产同尺寸锻件的模锻设备要小得多。 所以自由锻适用于锻造大型锻件。如万吨 模锻水压机只能模锻几百公斤重的锻件， 而万吨自由锻水压机却可锻造重达百吨以 上的大型锻件。
材料成型技术－压力加工
材料成型技术－压力加工
材料成型技术－压力加工
坯料质量可按下式计算： G坯料=G锻件+G烧损+G料头 在坯料质量求出后，则需计算坯料的 尺寸。
选择锻造工序
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典型锻件举例—锤上自由锻
• • • • • • 锻件名称:落壁锥形环 锻压设备及吨位:1t锤/3.15t模锻锤 锻件材料:12Cr21Ni5Ti 锻件重量:7.5 下料规格及重量:φ120X98/8.7 锻压工步:下料→镦粗→冲孔→马杠扩孔→扩锥 口→模锻 • 材料利用率:86%
渐小空心坯料壁厚而使其 外径和内径均增大的锻造工序称为扩孔。
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冲孔（AVI）
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1、冲孔的目的
（1）锻件带有大于Φ30 mm以 下的盲孔或通孔； (2)需要扩孔的锻件应预先冲出 通孔； （3）需要拔长的空心件应预先 冲出通孔。
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冲孔
2、冲孔的分类
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压力机拔长
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拔长
2、拔长的分类
(1)平砧间拔长 (2)型砧间拔长 (3)空心件拔长
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拔长
型砧间拔长
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拔长
空心件拔长
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是使坯料具有通孔或盲孔 的工序。对环类件，冲孔后还应进行扩 孔工作。
冲孔 扩孔
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(2)自由锻件应避免加强筋、凸台等结构。因 为这些结构难以用自由锻获得。若采用特殊工具 或技术措施来生产，必将增加成本，降低生产率。
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(3)当锻件的横截面有急剧变化或形状较 复杂时，可采用特别的技术措施或工具；或 者将其设计成几个简单件构成的组合件，锻 造后再用焊接或机械连接方法将其连成整体 件。
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落壁锥形环 工步图
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5、自由锻件结构的工艺性
设计锻造成形的零件时，除应满足 使用性能要求外，还必须考虑锻造工艺 的特点，即锻造成形的零件结构要具有 良好的工艺性。这样可使锻造成形方便， 节约金属，保证质量和提高生产率。
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(1)自由锻件应避免锥体、曲线或曲面交 接以及椭圆形、工字形截面等结构。因为锻 造这些结构须制备专用工具，锻件成形也比 较困难，使锻造过程复杂，操作极不方便。
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是使坯料横截面积减小、 长度增大的工序。它适用于轴类、杆类 锻件的生产。为达到规定的锻造比和改 变金属内部组织结构，锻制以钢锭为坯 料的锻件时，拔长经常与镦粗交替反复 使用。
拔长
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拔长（AVI）
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1、拔长的目的
(1)由横截面积较大的坯料得到 横截面积较小而轴向较长的轴 类缎件； (2)可以辅助其它工序进行局部 变形; (3)反复拨长与镦粗可以提高锻 造比，使合金钢中碳化物破碎， 达到均匀分布，提高力学性能。
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弯曲类零件锻造工序
• 拔长，弯曲等
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筒类零件锻造工序
• 镦粗（或拔长-镦粗），冲孔，在芯轴上 拔长等
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4、自由锻工艺规程的制定
• • • • • • • • • 绘制自由锻件图 敷料 锻件余量 锻件公差 计算坯料质量与尺寸 选择锻造工序 选择锻造设备 确定锻造温度范围 填写工艺卡片
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空气锤的吨位小，一般为40kg一 750kg。故只用来锻造小型件。 蒸汽—空气锤的吨位稍大,一 般为0. 5t一10t。需用一套蒸汽锅炉 或空气压缩机等辅助设备，较空气 锤复杂，适合于锻造重量小于 1500kR的中型或较大型的锻件。
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锻锤－空气锤
材料成型技术－压力加工
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敷料
为了简化锻件形状、便于锻造而增 添的金属部分。由于自由锻只适宜于锻 制形状简单的锻件，故对零件上一些较 小的凹挡、台阶、凸肩、小孔、斜面和 锥面等都应进行适当的简化，以减少锻 造的困难，提高生产率。
材料成型技术－压力加工
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加工余量 由于自由锻件的 尺寸精度低、表面品质较差， 需要再切削，所以应在零件的 加工表面增加供切削加工用的 金属部分，称为加工余量。
材料成型技术－压力加工
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特点：
工具简单；锻件质量范围广：
自由锻是大型锻件唯一的加工方法。
锻件力学性能好； 锻件精度低 加工余量大； 劳动强度大 生产率低
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一、自由锻设备
锻锤
压力机
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锻锤
锻锤是利用锤击的动能转化为金 属的变形功进行锻造的，其吨位以 落下部分的重量来表示。砧座的重 量为落下部分的10－15倍。生产中 常用的锻锤有空气锤和蒸汽－空气 锤。
材料成型技术－压力加工 D
H
（2）辅助工序 是指进行基本工序之前的预变 形工序。如压钳口、倒棱、压肩等。 （3）精整工序 它是在完成基本工序之后， 用以提高锻件尺寸及位置精度的工序。
3．锻件分类及基本工序方案
一般自由锻件大致可分为六类，其形状特征及 主要变形工序如表
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镦粗
2、镦粗的分类
自 由 锻
自由锻是利用冲击力或压力使金属 在上下两个抵铁之间产生变形，从而获 得所需形状及尺寸的锻件。分为手工自 由锻和机器自由锻。
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自由锻生产所用工具简单，具有较 大的通用性，因而它的应用范围较为广 泛。可锻造的锻件质量由不及1kg到300t。
自由锻所用设备根据它对坯料施加 外力的性质不同，分为锻锤和液压机两 大类。锻锤是依靠产生的冲击力使金属 坯料变形，但由于能力有限，故只用来 锻造中、小型锻件。
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目前在大型锻件的生产中，越来越 广泛地采用水压机进行锻造，尤其 是巨型锻件，水压机是唯一的锻造 设备。水压机的压力为5MN一 125MN(500t一12500t)．可以锻造 的锻件重量达1t一300t。
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水压机
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扭转
材料成型技术－压力加工
扭 转
材料成型技术－压力加工
切割
材料成型技术－压力加工
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盘类零件锻造工序
• 镦粗（或拔长-镦粗），冲孔等
材料成型技术－压力加工
轴类零件锻造工序
• 拔长（或拔长-镦粗），切肩，镦台 阶等。
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环类零件锻造工序
镦粗（或拔长-镦粗），冲孔，在芯轴上扩 孔等
(1)开式冲孔 (2)闭式冲孔 实心冲子冲孔
空心冲子冲孔
在垫板上冲孔
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冲孔
空心冲子冲孔
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冲孔 在垫板上冲孔
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扩孔
1、冲孔的分类
（1）冲子扩孔 (2) 心轴扩孔
心轴扩孔
冲子扩孔
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弯曲
是使坯料轴线产生一定曲率的 工序。
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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。自由锻件的公差一 般为±1～±2mm。 自由锻件机加工余量和自由锻 件公差的具体数值还可查锻造手册。
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坯料质Байду номын сангаас及尺寸的计算
(1)平砧镦粗 (2)垫环镦粗 (3)局部镦粗
平砧镦粗
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镦粗
垫环镦粗又叫镦挤,用于锻造单边或双边凸肩的饼类零件
垫环镦粗
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镦粗
局部镦粗可以锻造凸肩直径和高度较大的饼块类锻件，也 可以锻造端部带有较大法兰的轴杆类锻件
局部镦粗 材料成型技术－压力加工
镦粗
大头细杆类零件的局部镦粗
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弯
曲
材料成型技术－压力加工
弯曲
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是使坯料的 一部分相对于另一部分 平移错开的工序，是生 产曲拐或曲轴类锻件所 必须的工序。
错移
材料成型技术－压力加工
错移
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扭转
是使坯料的一部分相对于另一 部分绕其轴线旋转一定角度的 工序。
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镦粗
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镦粗（AVI）
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1、镦粗的目的
(1)由横截面积较小的坯料得到横 截面积较大而高度较小的锻件； (2)冲孔前增大坯料的横截面积以 便于冲孔和冲孔后端面平整；
(3)反复镦粗、拨长，可提高坯料 的锻造比，同时使合金钢中碳化 物破碎，达到均匀分布
(4)提高锻件的横向力学性能以减 小力学性能的异向性。
二、自由锻工序
自由锻的工序可分为
基本工序（镦粗 辅助工序 拔长 冲孔）
精整工序
三大类。
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（1）基本工序 它是 使金属坯料实现主要的变 形要求，达到或基本达到 锻件所需形状和尺寸的工 序。主要有以下几个：
镦粗 拔长 冲孔 扩孔 弯曲 扭转 错移 切割
材料成型技术－压力加工
是使坯料高度减小、 横截面积增大的工序。它是自 由锻生产中最常用的工序，适 用于饼块、盘套类锻件的生产。
蒸汽－空气锤
材料成型技术－压力加工
蒸汽－空气锤
材料成型技术－压力加工
压力机 压力机压下速度较慢，以无冲击 的静压力作用于坯料，故不需笨重的 砧座。其吨位用产生的最大压力来表 示。工作时震动和噪声小，由于静压 力作用时间长，再结晶时间充分，易 于将坯料锻透。故整个金属断面的组 织均匀，致密，锻件的力学性能高。