第四章 自由锻造
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（2）坯料内部变形不均匀，引起锻件内部晶粒大小不均 匀，导致锻件性能不均匀。对晶粒度要求高的合金钢 锻件影响较大；
（3）鼓形表面受切向拉应力作用，超过强度极限时，引 起外表面纵向裂纹，这对低塑性材料尤为敏感。
5. 消除镦粗不均匀变形的措施
① 使用润滑剂和预热工具：镦粗低塑性材料时常用的润 滑剂有：玻璃粉、玻璃棉、石墨粉等，为防止变形金 属很快地冷却，镦粗用的工具均应预热至200～ 300℃。
上下平砧拔长矩形截面毛坯时，只要相对送进量选得合适， 能使毛坯的中心锻透。如采用大压下量，把毛坯压成扁方（走扁 方），则锻透的效果更好，但用上下平砧拔长大型圆形截面毛坯 时，由于工件与砧子接触面很窄，金属横向流动大，轴向流动小， 与拔长的目的相反，拔长效率低。同时，由于变形集中于上下表 层，在心部产生拉应力，容易引起中心裂纹（见前页图c）。
批量锻件的生产。 ⑵ 自由锻件工具只与毛坯部分接触，所需设备功率比模
锻要小得多，所以自由锻也适于锻造大型锻件。 ⑶ 自由锻是靠人工操作来控制锻件形状和尺寸的，锻件
的精度与操作者的技术程度有很大关系，故锻件的精 度低，材料消耗大。 ⑷ 劳动强度较大，生产效率较低。
二、自由锻工序与锻件的分类
1. 自由锻工序分类
③ 不同高径比尺寸的毛坯进行镦粗时，产生的鼓形特征和内部变 形分布也不同，参见下图。
双鼓形
失稳弯曲
1）高径比 1﹤H0/D0﹤2 有鼓形，出现侧面金属向表面转移现象；
2）高径比 0.5﹤H0/D0﹤1 鼓形较前者小，表面积有少量增加；
3）高径比 2﹤H0/D0﹤2.5 镦粗后坯料会产生双鼓形，在双鼓形的中间几乎不受摩擦力影响，变形 均匀。
镦粗的变形程度可用三种方法表示：
压下量： H H0 H
式中：H 0 、H ——分别为坯料和锻件镦粗前、后的高度。
① 镦粗比： K H0 H
② 相对变形程度： H0 H 100 %
H0
③ 对数变形程度： ln H0
H
4. 镦粗不均匀变形的不利影响
（1）形成鼓形，侧面不平整，达不到规定的形状和尺寸 要求，增加切削量；
5—立柱 6—下横梁 7—回程缸 8—回程柱 塞
9—回程横梁 10—拉杆 11—上砧 12—下砧
§4-2 自由锻概述
一、自由锻的特点 自由锻时利用锻压设备的砧块或锤头及一些简单
的工具，使被加热的金属产生塑性变形，从而得到所 需尺寸、形状和性能的锻件的一种锻造加工方法。
自由锻造工艺特点： ⑴ 所用工具简单，通用性强，灵活性大，适合单件和小
→
→→ →
大型圆截面坯料在平砧上拔长时，先将圆形截面 锻成面积相似的矩形坯料，再在矩形坯料的基础上进 行拔长。待锻制截面积于要求的圆形截面积基本相同 时，再锻成多角形，并滚圆。这种方法不但可以提高 拔长效率，还能减小中心开裂危险。
④ 铆镦法：
对于中小坯料可先将坯料斜放，轻击，旋转打棱成下图 的两头直径大，中间直径略小的凹形形状，然后在镦粗，得 到侧面相对平直的锻件。
→
→
wk.baidu.com
⑤ 叠镦法
将两件迭起来镦粗，形
成鼓形，然后各自换成下图
的形状继续镦粗消除鼓形。
→
迭锻不仅能使变形均匀，而
且能显著地降低变形抗力。
⑥ 反复镦粗拔长 采用反复镦粗拔长，使镦粗时困难变形区的金属在拔长时变形，
变形也不均匀；
② 平砧镦粗时金属流动是自由的。拔长时，即是 的影响，展宽量受到阻碍，轴向伸长大些；
l0 b0
1 ，因受刚端
③ 由于拔长变形是连续、转动变形，使坯料的各个部分都充分变 形，即上下砧面接触处金属的困难变形区，在翻转变形后也产 生了变形，锻后锻件的内部组织较均匀。这也是拔长有利于提 高锻件质量的原因。
（3）砧子形状的影响
上下V形砧拔长时，毛坯的变形程度最大，又处于强烈的三 向压应力状态，能够很好锻合心部缺陷，且拔长效率也高，毛坯 轴线不会偏移。
上平下V形砧拔长时，最大的变形区不在毛坯中心，而在距 中心1/2～3/4半径处，锻透性比较差，还由于毛坯上下变形深 入程度不等，不断翻转后会使轴线变成螺旋线，其结果将造成中 心缺陷区的扩大。
直至整个锻件的均匀变形。适用于高速钢等的锻造。
6. 垫环镦粗 毛坯在单个垫环上或在两个垫环间进行的镦粗成为垫环镦粗，
采用的毛坯直径大于环孔直径——镦挤。 垫环镦粗时，金属可朝两个方向流动，即径向流动和轴向流动。
必然存在一个不产生流动的分界面（分流面）。分流面的位置是经 常变动的，与下列因素有关：H/D、d/D、变形程度 、环孔斜度 及摩擦条件等。 7. 局部镦粗
3）送进量小于单面压下量l0＜Δh/2 时，会在锻件表面形成折叠（见下 图）。
（2）压下量的影响
拔长时增大压下量，不但可以提高生产率，还可强化心部变 形，有利于锻合内部缺陷。因此，只要钢的塑性允许，应尽量采 用大压下量拔长。但压下量也不是无止境的大，与变形工艺有关； 为考虑了毛避坯免翻锻转件9产0生°折后叠拔长，不单产边生压弯下曲△，h/毛2坯应每小次于压送下进后量的l0；宽还高比要 应小于2.5～3.0。
② 采用凹形毛坯：锻造低塑性材料的大型锻件时，镦粗 前将坯料压成凹形（下图）。 可以明显提高镦粗时允许 的变形程度。这是因为凹 形坯料镦粗时沿径向有压 应力分量产生，对侧表面 的纵向开裂起阻止作用。
③ 采用软金属垫：热镦粗大型和较大型的低塑性材料锻件时，在
工具和坯料之间放置一块温度不低于坯料温度的软金属垫板 （一般用碳素钢）。
（2）从变形流动特点分析产生质量问题的原因
① Ⅰ区金属变形程度小、温度低，故镦粗锭料时此区铸态组织不 易破碎和再结晶，结果仍保留粗大的铸态组织。Ⅱ区金属变形 程度大、温度高，铸态组织被破碎和再结晶充分，形成细小晶 粒的锻态组织，锭料中部的原有间隙也被焊合了。（内部组织 不均匀）
② Ⅱ区变形大，Ⅲ区变形小，Ⅱ区金属向外流动时便对Ⅲ区金属 作用有径向压应力，并使其在切向受拉应力。愈靠近坯料表面 切向拉应力愈大。当切向拉应力超过材料的强度极限或切向变 形超过材料允许的变形程度时，便引起纵向裂纹。低塑性材料 由于抗剪切的能力弱，常在侧表面产生45°方向的裂纹。
内部质量，如与镦粗相结合的锻造工艺。
2. 拔长变形分析 坯料拔长时，是送进一部分，压下一部分，只有
部分金属参与变形。故拔长是锻造生产中耗费时间最 多的一种锻造工序。若在水压机上拔长，其时间要占 整个锻造时间的70~80%.
当毛坯沿轴向逐次送进拔长时，变形相当于一系 列镦粗工序的组合，但还受两端不变形金属的影响。
3. 影响拔长质量的工艺因素
（1）送进量的影响
1）送进量小：l0/h0＜0.5时，会产 生类似镦粗鼓形现象，变形集中在 上下表面，锻件中心不能锻透，出 现心部轴向裂纹（图b）。
2）送进量较大： l0/h0＞1时，拔长 变形类似于镦粗单鼓形，心部变形 量大，能锻透。但是鼓形侧面和角 部受拉应力作用，变形程度过大， 易引起横向裂纹和角裂。（图a、 b）。
的最大压力来表示，一般为5～150MN。 水压机靠静压力工作，无振动，变形速度低（水压机上砧速
度约为0.1～0.3m/s；锻锤锤头速度可达7～8m/s)，有利于改 善材料的可锻性，并容易达到较大的锻透深度。常用于大型锻件
的生产，所锻钢锭质量可达300吨以上。
1—工作缸 2—工作柱 塞
3—上横梁 4—活动横 梁
第四章 自由锻造
§4-1 自由锻造设备
一、自由锻锤
产生冲击力使金属变形的，生产中使用的自由锻锤是空气锤 和蒸汽-空气自由锻锤。
自由锻锤的吨位是用落下部分（包括上砧、锤头和工作缸活 塞）质量来表示，空气锤的吨位用一般为50～1000公斤。蒸汽空气自由锻锤的吨位，一般为1～10吨。
二、水压机 水压机是以静压力使金属变形的。水压机的吨位用所能产生
的坯料两端平整、截面增大；
（3）锻造轴杆类锻件时，镦粗与拔长相 结合可以提高锻造比；
（4）对于钢锭，采用镦粗加拔长，以提 高锻比，改善锻件的力学性能；
（5）去除加热后坯料表面的氧化皮。 2. 镦粗的主要方法
主要有：平砧镦粗、局部镦粗 和垫环镦粗。
3. 镦粗变形分析
（1）金属流动特点
镦粗时，随着高度的减小，金属 不断向四周流动。由于坯料和砧面之 间的摩擦，镦粗后坯料的侧面将变成 鼓形，同时造成坯料内部变形不均匀。
当 l0＝ b0 时， l ≈ b ：拔长量与展宽量相似（考
虑到未变形刚端的影响）
由上述分析可见，采用小送进量拔长时，拔长量大，而展 宽量小，有利于提高拔长效率。但是拔长量不能太小，否则会 增加压下次数，同样会降低拔长效率。
拔长变形有以下特点：
① 变形相当于一系列镦粗工序组合，即坯料侧面产生鼓形，内部
根据变形性质和变形程度的不同，自由锻工序分 为：基本工序、辅助工序和修整工序。
（1）基本工序：改变坯料的形状和尺寸以达到锻件基本 成形的工序，包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、 扭转、错移等。最常用的是镦粗、拔长、冲孔。
（2）辅助工序：为了方便基本工序的操作，而使坯料预 先产生某些局部变形的工序。如压钳口、倒棱和切肩。
（3）修整工序：修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面 的不平和歪扭，使锻件达到图纸要求的工序。如修整 鼓形、平整端面、校直弯曲。
2. 自由锻件分类
§4-3 自由锻基本工序
一、镦粗
使锻件高度减小，横截面增大的 锻造工序，称为镦粗。
1. 镦粗的作用 （1）用于饼块类锻件的成形； （2）用于空心类锻件的制坯。使冲孔前
平砧拔长
上平下V型砧拔长
采用型砧拔长，使金属的横向流动受到限制，变形 区处于压应力状态。通常中、低碳钢等塑性较好的坯料 采用平砧拔长，高合金钢采用V型砧拔长，V型砧使压应 力数目增多，提高金属的可锻性，可以有效防止坯料心 部出现裂纹。适合于拔长塑性较差的高合金钢和大型锻 件。
大型圆截面坯料在平砧上拔长的变形工艺：
只在毛坯的局部长度（端部或中间）内进行镦粗称为局部镦粗。 金属流动特征与平砧镦粗相似，但受不变形部分“刚端”的影响。
局部镦粗成形时，毛坯尺寸最好按杆部直径选取，为了避免产 生纵向弯曲，毛坯变形部分高径比应小于2.5～3。
二、拔长
使坯料横截面减小，而长度增加的锻造工序称为 拔长。
1. 拔长的作用 除了用于轴杆类锻件的成形外，常用来改善锻件
l l0
横向变形程度：
b
b b0
拔长变形程度——锻造比：坯料拔长前后的截 面积之比。
K F0 F
式中：F0 ——拔长前坯料的截面积， F0 h0b0
F ——拔长后坯料的截面积， F hb
（2）拔长的特点
当
l0 ＜
b0 时，
l ＞
b
：拔长量大于展宽量； F0
当 l0＞ b0 时， l ＜ b ：拔长量小于展宽量；
→
→→
变形金属不直接受到工具的作用，由于软垫的变形抗力较 低，故先变形并拉着坯料作径向流动，结果坯料的侧面内凹； 当继续镦粗时软垫直径增大，厚度变薄，温度降低，变形抗力 增大，而此时坯料明显地镦粗，侧面内凹消失，呈现园柱形， 再继续镦粗时，最后获得程度不太大的鼓形。
由于镦粗过程中坯料侧面内凹，沿侧表面有压应力分量产 生，因此，产生裂纹的倾向显著降低。又由于坯料上下端面部 分也有了较大的变形，故不再保留铸态组织了。
通过网格法的镦粗实验，根据坯 料内部变形的不均匀程度，坯料可以 分为三个变形区。 区域Ⅰ：（难变形区） ① 工具与坯料端面之间摩擦力最大，该 区变形十分困难，称为“难变形区”。 ② 在接触面上，由于中心处的金属流动 还受到外层的阻碍，愈靠近中心部分 受到的摩擦阻力愈大，变形愈困难。 ③ 在平板间热镦粗坯料时，与工具结触 的上下端金属由于温度降低快，变形 抗力大，变形愈困难。 区域Ⅱ：（大变形区） 受摩擦的影响小，温度降低也慢， “大变形区”。应力状态也有利于变 形。 区域Ⅲ：（小变形区） 受摩擦的影响小，温度降低稍慢，介 于Ⅰ、Ⅱ之间，称为“小变形区”。
（1）拔长变形程度
设拔长前变形区的尺寸： l0——送进量，坯料与砧子宽度接触部分长度； b0——坯料宽度，坯料与砧子长度方向的接触部分长度； H0——坯料高度。
拔长后变形区的长度为l、宽度b、高度h
则，压下量： h h0 h
展宽量： b b b0
拔出量： l l L0
轴向变形程度：
l
4）高径比 H0/D0﹥3 由于压杆失稳，很容易出现纵向弯曲，继续镦粗则出现折叠。
为了防止镦粗缺陷的产生，镦粗时除了要求坯料端面平整，轴线垂 直外，更重要的是要求坯料高径比符合要求：
圆坯料高径比极限值： H0/D0≤2~2.2 矩形坯料高径比的极限值： H0/A0 ≤3.5~4
（3）镦粗表现程度的计算
（3）鼓形表面受切向拉应力作用，超过强度极限时，引 起外表面纵向裂纹，这对低塑性材料尤为敏感。
5. 消除镦粗不均匀变形的措施
① 使用润滑剂和预热工具：镦粗低塑性材料时常用的润 滑剂有：玻璃粉、玻璃棉、石墨粉等，为防止变形金 属很快地冷却，镦粗用的工具均应预热至200～ 300℃。
上下平砧拔长矩形截面毛坯时，只要相对送进量选得合适， 能使毛坯的中心锻透。如采用大压下量，把毛坯压成扁方（走扁 方），则锻透的效果更好，但用上下平砧拔长大型圆形截面毛坯 时，由于工件与砧子接触面很窄，金属横向流动大，轴向流动小， 与拔长的目的相反，拔长效率低。同时，由于变形集中于上下表 层，在心部产生拉应力，容易引起中心裂纹（见前页图c）。
批量锻件的生产。 ⑵ 自由锻件工具只与毛坯部分接触，所需设备功率比模
锻要小得多，所以自由锻也适于锻造大型锻件。 ⑶ 自由锻是靠人工操作来控制锻件形状和尺寸的，锻件
的精度与操作者的技术程度有很大关系，故锻件的精 度低，材料消耗大。 ⑷ 劳动强度较大，生产效率较低。
二、自由锻工序与锻件的分类
1. 自由锻工序分类
③ 不同高径比尺寸的毛坯进行镦粗时，产生的鼓形特征和内部变 形分布也不同，参见下图。
双鼓形
失稳弯曲
1）高径比 1﹤H0/D0﹤2 有鼓形，出现侧面金属向表面转移现象；
2）高径比 0.5﹤H0/D0﹤1 鼓形较前者小，表面积有少量增加；
3）高径比 2﹤H0/D0﹤2.5 镦粗后坯料会产生双鼓形，在双鼓形的中间几乎不受摩擦力影响，变形 均匀。
镦粗的变形程度可用三种方法表示：
压下量： H H0 H
式中：H 0 、H ——分别为坯料和锻件镦粗前、后的高度。
① 镦粗比： K H0 H
② 相对变形程度： H0 H 100 %
H0
③ 对数变形程度： ln H0
H
4. 镦粗不均匀变形的不利影响
（1）形成鼓形，侧面不平整，达不到规定的形状和尺寸 要求，增加切削量；
5—立柱 6—下横梁 7—回程缸 8—回程柱 塞
9—回程横梁 10—拉杆 11—上砧 12—下砧
§4-2 自由锻概述
一、自由锻的特点 自由锻时利用锻压设备的砧块或锤头及一些简单
的工具，使被加热的金属产生塑性变形，从而得到所 需尺寸、形状和性能的锻件的一种锻造加工方法。
自由锻造工艺特点： ⑴ 所用工具简单，通用性强，灵活性大，适合单件和小
→
→→ →
大型圆截面坯料在平砧上拔长时，先将圆形截面 锻成面积相似的矩形坯料，再在矩形坯料的基础上进 行拔长。待锻制截面积于要求的圆形截面积基本相同 时，再锻成多角形，并滚圆。这种方法不但可以提高 拔长效率，还能减小中心开裂危险。
④ 铆镦法：
对于中小坯料可先将坯料斜放，轻击，旋转打棱成下图 的两头直径大，中间直径略小的凹形形状，然后在镦粗，得 到侧面相对平直的锻件。
→
→
wk.baidu.com
⑤ 叠镦法
将两件迭起来镦粗，形
成鼓形，然后各自换成下图
的形状继续镦粗消除鼓形。
→
迭锻不仅能使变形均匀，而
且能显著地降低变形抗力。
⑥ 反复镦粗拔长 采用反复镦粗拔长，使镦粗时困难变形区的金属在拔长时变形，
变形也不均匀；
② 平砧镦粗时金属流动是自由的。拔长时，即是 的影响，展宽量受到阻碍，轴向伸长大些；
l0 b0
1 ，因受刚端
③ 由于拔长变形是连续、转动变形，使坯料的各个部分都充分变 形，即上下砧面接触处金属的困难变形区，在翻转变形后也产 生了变形，锻后锻件的内部组织较均匀。这也是拔长有利于提 高锻件质量的原因。
（3）砧子形状的影响
上下V形砧拔长时，毛坯的变形程度最大，又处于强烈的三 向压应力状态，能够很好锻合心部缺陷，且拔长效率也高，毛坯 轴线不会偏移。
上平下V形砧拔长时，最大的变形区不在毛坯中心，而在距 中心1/2～3/4半径处，锻透性比较差，还由于毛坯上下变形深 入程度不等，不断翻转后会使轴线变成螺旋线，其结果将造成中 心缺陷区的扩大。
直至整个锻件的均匀变形。适用于高速钢等的锻造。
6. 垫环镦粗 毛坯在单个垫环上或在两个垫环间进行的镦粗成为垫环镦粗，
采用的毛坯直径大于环孔直径——镦挤。 垫环镦粗时，金属可朝两个方向流动，即径向流动和轴向流动。
必然存在一个不产生流动的分界面（分流面）。分流面的位置是经 常变动的，与下列因素有关：H/D、d/D、变形程度 、环孔斜度 及摩擦条件等。 7. 局部镦粗
3）送进量小于单面压下量l0＜Δh/2 时，会在锻件表面形成折叠（见下 图）。
（2）压下量的影响
拔长时增大压下量，不但可以提高生产率，还可强化心部变 形，有利于锻合内部缺陷。因此，只要钢的塑性允许，应尽量采 用大压下量拔长。但压下量也不是无止境的大，与变形工艺有关； 为考虑了毛避坯免翻锻转件9产0生°折后叠拔长，不单产边生压弯下曲△，h/毛2坯应每小次于压送下进后量的l0；宽还高比要 应小于2.5～3.0。
② 采用凹形毛坯：锻造低塑性材料的大型锻件时，镦粗 前将坯料压成凹形（下图）。 可以明显提高镦粗时允许 的变形程度。这是因为凹 形坯料镦粗时沿径向有压 应力分量产生，对侧表面 的纵向开裂起阻止作用。
③ 采用软金属垫：热镦粗大型和较大型的低塑性材料锻件时，在
工具和坯料之间放置一块温度不低于坯料温度的软金属垫板 （一般用碳素钢）。
（2）从变形流动特点分析产生质量问题的原因
① Ⅰ区金属变形程度小、温度低，故镦粗锭料时此区铸态组织不 易破碎和再结晶，结果仍保留粗大的铸态组织。Ⅱ区金属变形 程度大、温度高，铸态组织被破碎和再结晶充分，形成细小晶 粒的锻态组织，锭料中部的原有间隙也被焊合了。（内部组织 不均匀）
② Ⅱ区变形大，Ⅲ区变形小，Ⅱ区金属向外流动时便对Ⅲ区金属 作用有径向压应力，并使其在切向受拉应力。愈靠近坯料表面 切向拉应力愈大。当切向拉应力超过材料的强度极限或切向变 形超过材料允许的变形程度时，便引起纵向裂纹。低塑性材料 由于抗剪切的能力弱，常在侧表面产生45°方向的裂纹。
内部质量，如与镦粗相结合的锻造工艺。
2. 拔长变形分析 坯料拔长时，是送进一部分，压下一部分，只有
部分金属参与变形。故拔长是锻造生产中耗费时间最 多的一种锻造工序。若在水压机上拔长，其时间要占 整个锻造时间的70~80%.
当毛坯沿轴向逐次送进拔长时，变形相当于一系 列镦粗工序的组合，但还受两端不变形金属的影响。
3. 影响拔长质量的工艺因素
（1）送进量的影响
1）送进量小：l0/h0＜0.5时，会产 生类似镦粗鼓形现象，变形集中在 上下表面，锻件中心不能锻透，出 现心部轴向裂纹（图b）。
2）送进量较大： l0/h0＞1时，拔长 变形类似于镦粗单鼓形，心部变形 量大，能锻透。但是鼓形侧面和角 部受拉应力作用，变形程度过大， 易引起横向裂纹和角裂。（图a、 b）。
的最大压力来表示，一般为5～150MN。 水压机靠静压力工作，无振动，变形速度低（水压机上砧速
度约为0.1～0.3m/s；锻锤锤头速度可达7～8m/s)，有利于改 善材料的可锻性，并容易达到较大的锻透深度。常用于大型锻件
的生产，所锻钢锭质量可达300吨以上。
1—工作缸 2—工作柱 塞
3—上横梁 4—活动横 梁
第四章 自由锻造
§4-1 自由锻造设备
一、自由锻锤
产生冲击力使金属变形的，生产中使用的自由锻锤是空气锤 和蒸汽-空气自由锻锤。
自由锻锤的吨位是用落下部分（包括上砧、锤头和工作缸活 塞）质量来表示，空气锤的吨位用一般为50～1000公斤。蒸汽空气自由锻锤的吨位，一般为1～10吨。
二、水压机 水压机是以静压力使金属变形的。水压机的吨位用所能产生
的坯料两端平整、截面增大；
（3）锻造轴杆类锻件时，镦粗与拔长相 结合可以提高锻造比；
（4）对于钢锭，采用镦粗加拔长，以提 高锻比，改善锻件的力学性能；
（5）去除加热后坯料表面的氧化皮。 2. 镦粗的主要方法
主要有：平砧镦粗、局部镦粗 和垫环镦粗。
3. 镦粗变形分析
（1）金属流动特点
镦粗时，随着高度的减小，金属 不断向四周流动。由于坯料和砧面之 间的摩擦，镦粗后坯料的侧面将变成 鼓形，同时造成坯料内部变形不均匀。
当 l0＝ b0 时， l ≈ b ：拔长量与展宽量相似（考
虑到未变形刚端的影响）
由上述分析可见，采用小送进量拔长时，拔长量大，而展 宽量小，有利于提高拔长效率。但是拔长量不能太小，否则会 增加压下次数，同样会降低拔长效率。
拔长变形有以下特点：
① 变形相当于一系列镦粗工序组合，即坯料侧面产生鼓形，内部
根据变形性质和变形程度的不同，自由锻工序分 为：基本工序、辅助工序和修整工序。
（1）基本工序：改变坯料的形状和尺寸以达到锻件基本 成形的工序，包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、 扭转、错移等。最常用的是镦粗、拔长、冲孔。
（2）辅助工序：为了方便基本工序的操作，而使坯料预 先产生某些局部变形的工序。如压钳口、倒棱和切肩。
（3）修整工序：修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面 的不平和歪扭，使锻件达到图纸要求的工序。如修整 鼓形、平整端面、校直弯曲。
2. 自由锻件分类
§4-3 自由锻基本工序
一、镦粗
使锻件高度减小，横截面增大的 锻造工序，称为镦粗。
1. 镦粗的作用 （1）用于饼块类锻件的成形； （2）用于空心类锻件的制坯。使冲孔前
平砧拔长
上平下V型砧拔长
采用型砧拔长，使金属的横向流动受到限制，变形 区处于压应力状态。通常中、低碳钢等塑性较好的坯料 采用平砧拔长，高合金钢采用V型砧拔长，V型砧使压应 力数目增多，提高金属的可锻性，可以有效防止坯料心 部出现裂纹。适合于拔长塑性较差的高合金钢和大型锻 件。
大型圆截面坯料在平砧上拔长的变形工艺：
只在毛坯的局部长度（端部或中间）内进行镦粗称为局部镦粗。 金属流动特征与平砧镦粗相似，但受不变形部分“刚端”的影响。
局部镦粗成形时，毛坯尺寸最好按杆部直径选取，为了避免产 生纵向弯曲，毛坯变形部分高径比应小于2.5～3。
二、拔长
使坯料横截面减小，而长度增加的锻造工序称为 拔长。
1. 拔长的作用 除了用于轴杆类锻件的成形外，常用来改善锻件
l l0
横向变形程度：
b
b b0
拔长变形程度——锻造比：坯料拔长前后的截 面积之比。
K F0 F
式中：F0 ——拔长前坯料的截面积， F0 h0b0
F ——拔长后坯料的截面积， F hb
（2）拔长的特点
当
l0 ＜
b0 时，
l ＞
b
：拔长量大于展宽量； F0
当 l0＞ b0 时， l ＜ b ：拔长量小于展宽量；
→
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变形金属不直接受到工具的作用，由于软垫的变形抗力较 低，故先变形并拉着坯料作径向流动，结果坯料的侧面内凹； 当继续镦粗时软垫直径增大，厚度变薄，温度降低，变形抗力 增大，而此时坯料明显地镦粗，侧面内凹消失，呈现园柱形， 再继续镦粗时，最后获得程度不太大的鼓形。
由于镦粗过程中坯料侧面内凹，沿侧表面有压应力分量产 生，因此，产生裂纹的倾向显著降低。又由于坯料上下端面部 分也有了较大的变形，故不再保留铸态组织了。
通过网格法的镦粗实验，根据坯 料内部变形的不均匀程度，坯料可以 分为三个变形区。 区域Ⅰ：（难变形区） ① 工具与坯料端面之间摩擦力最大，该 区变形十分困难，称为“难变形区”。 ② 在接触面上，由于中心处的金属流动 还受到外层的阻碍，愈靠近中心部分 受到的摩擦阻力愈大，变形愈困难。 ③ 在平板间热镦粗坯料时，与工具结触 的上下端金属由于温度降低快，变形 抗力大，变形愈困难。 区域Ⅱ：（大变形区） 受摩擦的影响小，温度降低也慢， “大变形区”。应力状态也有利于变 形。 区域Ⅲ：（小变形区） 受摩擦的影响小，温度降低稍慢，介 于Ⅰ、Ⅱ之间，称为“小变形区”。
（1）拔长变形程度
设拔长前变形区的尺寸： l0——送进量，坯料与砧子宽度接触部分长度； b0——坯料宽度，坯料与砧子长度方向的接触部分长度； H0——坯料高度。
拔长后变形区的长度为l、宽度b、高度h
则，压下量： h h0 h
展宽量： b b b0
拔出量： l l L0
轴向变形程度：
l
4）高径比 H0/D0﹥3 由于压杆失稳，很容易出现纵向弯曲，继续镦粗则出现折叠。
为了防止镦粗缺陷的产生，镦粗时除了要求坯料端面平整，轴线垂 直外，更重要的是要求坯料高径比符合要求：
圆坯料高径比极限值： H0/D0≤2~2.2 矩形坯料高径比的极限值： H0/A0 ≤3.5~4
（3）镦粗表现程度的计算