第三章 自由锻造分析
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3.2自由锻
一．自由锻 自由锻是利用冲击力或压力使金属在 上、下砧（两个抵铁）之间产生塑性变形，从而 得到所需锻件的锻造方法。 1.特点：
（1）金属流动自由 （2）形状、尺寸精度由操作者操作技术保证 （3）生产率、产品精度较低 （4）通用性强
2.自由锻设备：
（1）锻锤：空气锤 小型锻件150公斤以下 蒸汽－空气锤 小于1500公斤锻件 （2）压力机：主要是水压机，可锻造质量达500t锻件，常 用于大型和巨型锻件。
• (4)锻件拔长后须进行修整，修整方形或 矩形锻件时，应沿下砧子的长度方向送 进（图3-30a ），以增加工件与砧子的接 触长度。拔长过程中若产生翘曲应及时 翻转180°轻打校平。圆形截面的锻件用 型砧或摔子修整（图3-30b ）。
三、冲孔
在坯料中冲出透孔或不透孔的工序。根据冲孔所 用的冲子的形状不同，冲孔分实心冲子冲孔和 空心冲子冲孔。实心冲子冲孔分单面冲孔和双 面冲孔。
二、确定坯料重量和尺寸 1．坯料重量的计算
G毛坯 G锻件 G切头 G损
图3 锻件台阶余面
2．坯料尺寸的确定 (1)采用镦粗法锻造：
对圆坯料：
D (0.8 ~ 1)3 V坯
对方坯料：
A (0.75 ~ 0.9)3 V坯
设计自由锻零件时，必须考虑锻造 工艺是否方便、经济和可能；
编制自由锻工
艺规程应遵循 零件的形状应尽量简单和规则。 （零件的结构不合理，将使锻造操 作困难，降低生产率和造成金属的 浪费）
一、锻件图的制定 机械加工余量： 锻件的公称尺寸： 锻造公差：
⑴工艺余块 为简化自由锻件外形，便于锻造而增 加的那部分金属。多用于零件上的小孔台阶和凹档 等难以锻出的部位。 ⑵加工余量 自由锻件尺寸精度低，表面质量较差， 在零件的加工表面上增加的供切削加工用的金属层。
• （1）拔长过程中要将毛坯料不断反复地 翻转90°，并沿轴向送进操作（图a）。 螺旋式翻转拔长（图b），是将毛坯沿一 个方向作90°翻转，并沿轴向送进的操 作。单面顺序拔长（图c），是将毛坯沿 整个长度方向锻打一遍后，再翻转90°， 同样依次沿轴向送进操作。用这种方法 拔长时，应注意工件的宽度和厚度之比 不要超过2.5，否则再次翻转继续拔长时 容易产生折叠。
• ⑵ 镦粗的始锻温度采用坯料允许的最高 始锻温度，并应烧透。坯料的加热要均 匀，否则镦粗时工件变形不均匀，对某 些材料还可能锻裂。
⑶ 镦粗的两端面要平整且与轴线垂直，否 则可能会产生镦歪现象。矫正镦歪的方 法是将坯料斜立，轻打镦歪的斜角，然 后放正，继续锻打（如下图）。如果锤 头或抵铁的工作面因磨损而变得不平直 时，则锻打时要不断将坯料旋转，以便 获得均匀的变形而不致镦歪。
• ⑵ 拔长时，坯料应沿砧子的宽度方向送 进，每次的送进量应为砧子宽度的0.3～ 0.7倍（图a）。送进量太大，金属主要向 宽度方向流动，反而降低延伸效率（图 b）。送进量太小，又容易产生夹层（图 c）。另外，每次压下量也不要太大，压 下量应等于或小于送进量，否则也容易 产生夹层。
• (3) 锻制台阶轴或带台阶的方形、矩形截 面的锻件时，在拔长前应先压肩。压肩 后对一端进行局部拔长即可锻出台阶 （图）。
⑶锻件公差 锻件实际尺寸（锻造尺寸）相对于 锻件公称尺寸（零件基本尺寸＋加工余量）所允 许的变动量。通常为加工余量的1/4～1/3。
锻造余块 ：
锻件图的绘制规则： （1）锻件形状用粗实线描绘。用假想线 画出零件简单形状。 （2）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。
六 切割 圆形截面坯料 的切割是用了带 凹槽的剁垫（置 于下砧铁上）， 边切割边旋转坯 料，直至切断， 见图。
第二节 工艺过程的制定
主要内容： 1)根据零件图作出锻件图； 2)确定毛坯的重量和尺寸； 3)决定变形工艺和工具； 4)选择设备； 5)确定火次、锻造温度范围、加热和冷却规范； 6)确定热处理规范； 7)对锻件提出技术要求和检验要求； 8)编制工时定额。
图1-1 平砧镦粗
图1-2 平砧镦粗时坯料子 午面的网格变化
镦粗的一般规则、操作方法及注意事项如下：
⑴ 被镦粗坯料的高度与直径（或边长）之比应小 于2.5～3，否则会镦弯（图a）。工件镦弯后应 将其放平，轻轻锤击矫正（图 b ）。局部镦粗 时，镦粗部分坯料的高度与直径之比也应小于 2.5～3。
注意事项： 1)冲孔前坯料必需镦粗，使端面平整，高度减小， 直径增大； 2)冲头必须放正，打击方向应和冲头端面垂直； 3)在冲出的初孔内应撒上煤末或木炭粉，以便取 出冲头； 4)冲制深孔时要经常取出冲头在水中冷却；
四、弯曲 将毛坯弯成所规定的外形的锻造工序叫弯曲。
注意事项： 1)当锻件有数处弯曲时，弯曲的次序一般是先弯 端部及弯曲部分与直线部分交界的地方，然后 再弯其余的圆弧部分。
图1-38 带弯锻件的操作顺序
五、扭转 将毛坯的一部分相对于另一部分绕其轴线旋 转一定角度的锻造工序叫扭转。 扭转前对毛坯的要求： 1)受扭转的部分表面应尽可能够地光滑，不能有 缺陷，此部分全长上的横断面积应该一致，对粗 而短的曲轴轴颈，最好经粗加工后再进行扭转。 2)受扭转的部分应该加热至材料塑性最好的温度 并沿长度上均匀热透。 扭转后锻件应该缓慢冷却，最好予以退火。
• ⑷ 锤击应力量足够，否则就可能产生细 腰形，（下图a）。若不及时纠正，继续 锻打下去，则可能产生夹层，使工件报 废，（下图b）。
二、拔长
拔长： 拔长变形特点：每送进压下一次，只部分 金属变形。
1．矩形断面毛坯的拔长
图1-8 拔长
2．圆断面毛坯的拔长
Biblioteka Baidu 图1-22 平砧大压下量拔长时坯料 的变形情况
第一节 自由锻造的基本工序 自由锻造的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、 扭转、切割和错移。 一、镦粗 镦粗： 局部镦粗： 用途：由横断面积较小的毛坯得到横断面积较大 而高度较小的锻件；冲孔前增大毛坯横断面积和 平整毛坯端面；提高锻件的力学性能和减少力学 性能的异向性；破碎合金工具钢中的碳化物，并 使其均匀分布。
一．自由锻 自由锻是利用冲击力或压力使金属在 上、下砧（两个抵铁）之间产生塑性变形，从而 得到所需锻件的锻造方法。 1.特点：
（1）金属流动自由 （2）形状、尺寸精度由操作者操作技术保证 （3）生产率、产品精度较低 （4）通用性强
2.自由锻设备：
（1）锻锤：空气锤 小型锻件150公斤以下 蒸汽－空气锤 小于1500公斤锻件 （2）压力机：主要是水压机，可锻造质量达500t锻件，常 用于大型和巨型锻件。
• (4)锻件拔长后须进行修整，修整方形或 矩形锻件时，应沿下砧子的长度方向送 进（图3-30a ），以增加工件与砧子的接 触长度。拔长过程中若产生翘曲应及时 翻转180°轻打校平。圆形截面的锻件用 型砧或摔子修整（图3-30b ）。
三、冲孔
在坯料中冲出透孔或不透孔的工序。根据冲孔所 用的冲子的形状不同，冲孔分实心冲子冲孔和 空心冲子冲孔。实心冲子冲孔分单面冲孔和双 面冲孔。
二、确定坯料重量和尺寸 1．坯料重量的计算
G毛坯 G锻件 G切头 G损
图3 锻件台阶余面
2．坯料尺寸的确定 (1)采用镦粗法锻造：
对圆坯料：
D (0.8 ~ 1)3 V坯
对方坯料：
A (0.75 ~ 0.9)3 V坯
设计自由锻零件时，必须考虑锻造 工艺是否方便、经济和可能；
编制自由锻工
艺规程应遵循 零件的形状应尽量简单和规则。 （零件的结构不合理，将使锻造操 作困难，降低生产率和造成金属的 浪费）
一、锻件图的制定 机械加工余量： 锻件的公称尺寸： 锻造公差：
⑴工艺余块 为简化自由锻件外形，便于锻造而增 加的那部分金属。多用于零件上的小孔台阶和凹档 等难以锻出的部位。 ⑵加工余量 自由锻件尺寸精度低，表面质量较差， 在零件的加工表面上增加的供切削加工用的金属层。
• （1）拔长过程中要将毛坯料不断反复地 翻转90°，并沿轴向送进操作（图a）。 螺旋式翻转拔长（图b），是将毛坯沿一 个方向作90°翻转，并沿轴向送进的操 作。单面顺序拔长（图c），是将毛坯沿 整个长度方向锻打一遍后，再翻转90°， 同样依次沿轴向送进操作。用这种方法 拔长时，应注意工件的宽度和厚度之比 不要超过2.5，否则再次翻转继续拔长时 容易产生折叠。
• ⑵ 镦粗的始锻温度采用坯料允许的最高 始锻温度，并应烧透。坯料的加热要均 匀，否则镦粗时工件变形不均匀，对某 些材料还可能锻裂。
⑶ 镦粗的两端面要平整且与轴线垂直，否 则可能会产生镦歪现象。矫正镦歪的方 法是将坯料斜立，轻打镦歪的斜角，然 后放正，继续锻打（如下图）。如果锤 头或抵铁的工作面因磨损而变得不平直 时，则锻打时要不断将坯料旋转，以便 获得均匀的变形而不致镦歪。
• ⑵ 拔长时，坯料应沿砧子的宽度方向送 进，每次的送进量应为砧子宽度的0.3～ 0.7倍（图a）。送进量太大，金属主要向 宽度方向流动，反而降低延伸效率（图 b）。送进量太小，又容易产生夹层（图 c）。另外，每次压下量也不要太大，压 下量应等于或小于送进量，否则也容易 产生夹层。
• (3) 锻制台阶轴或带台阶的方形、矩形截 面的锻件时，在拔长前应先压肩。压肩 后对一端进行局部拔长即可锻出台阶 （图）。
⑶锻件公差 锻件实际尺寸（锻造尺寸）相对于 锻件公称尺寸（零件基本尺寸＋加工余量）所允 许的变动量。通常为加工余量的1/4～1/3。
锻造余块 ：
锻件图的绘制规则： （1）锻件形状用粗实线描绘。用假想线 画出零件简单形状。 （2）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。
六 切割 圆形截面坯料 的切割是用了带 凹槽的剁垫（置 于下砧铁上）， 边切割边旋转坯 料，直至切断， 见图。
第二节 工艺过程的制定
主要内容： 1)根据零件图作出锻件图； 2)确定毛坯的重量和尺寸； 3)决定变形工艺和工具； 4)选择设备； 5)确定火次、锻造温度范围、加热和冷却规范； 6)确定热处理规范； 7)对锻件提出技术要求和检验要求； 8)编制工时定额。
图1-1 平砧镦粗
图1-2 平砧镦粗时坯料子 午面的网格变化
镦粗的一般规则、操作方法及注意事项如下：
⑴ 被镦粗坯料的高度与直径（或边长）之比应小 于2.5～3，否则会镦弯（图a）。工件镦弯后应 将其放平，轻轻锤击矫正（图 b ）。局部镦粗 时，镦粗部分坯料的高度与直径之比也应小于 2.5～3。
注意事项： 1)冲孔前坯料必需镦粗，使端面平整，高度减小， 直径增大； 2)冲头必须放正，打击方向应和冲头端面垂直； 3)在冲出的初孔内应撒上煤末或木炭粉，以便取 出冲头； 4)冲制深孔时要经常取出冲头在水中冷却；
四、弯曲 将毛坯弯成所规定的外形的锻造工序叫弯曲。
注意事项： 1)当锻件有数处弯曲时，弯曲的次序一般是先弯 端部及弯曲部分与直线部分交界的地方，然后 再弯其余的圆弧部分。
图1-38 带弯锻件的操作顺序
五、扭转 将毛坯的一部分相对于另一部分绕其轴线旋 转一定角度的锻造工序叫扭转。 扭转前对毛坯的要求： 1)受扭转的部分表面应尽可能够地光滑，不能有 缺陷，此部分全长上的横断面积应该一致，对粗 而短的曲轴轴颈，最好经粗加工后再进行扭转。 2)受扭转的部分应该加热至材料塑性最好的温度 并沿长度上均匀热透。 扭转后锻件应该缓慢冷却，最好予以退火。
• ⑷ 锤击应力量足够，否则就可能产生细 腰形，（下图a）。若不及时纠正，继续 锻打下去，则可能产生夹层，使工件报 废，（下图b）。
二、拔长
拔长： 拔长变形特点：每送进压下一次，只部分 金属变形。
1．矩形断面毛坯的拔长
图1-8 拔长
2．圆断面毛坯的拔长
Biblioteka Baidu 图1-22 平砧大压下量拔长时坯料 的变形情况
第一节 自由锻造的基本工序 自由锻造的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、 扭转、切割和错移。 一、镦粗 镦粗： 局部镦粗： 用途：由横断面积较小的毛坯得到横断面积较大 而高度较小的锻件；冲孔前增大毛坯横断面积和 平整毛坯端面；提高锻件的力学性能和减少力学 性能的异向性；破碎合金工具钢中的碳化物，并 使其均匀分布。