第三章自由锻工艺课件

第三章第三章 自由锻工艺自由锻工艺1.1.自由锻工序及锻件分类自由锻工序及锻件分类 2.2.自由锻造基本工序分析自由锻造基本工序分析 3.3.自由锻工艺规程的制订自由锻工艺规程的制订本章内容重点：本章内容重点：自由锻工序自由锻工序 难点：难点：锻造基本工序分析锻造基本工序分析 自由锻工艺规程的制订自由锻工艺规程的制订本章内容：本章内容：31 概述概述分类分类 手工自由锻手工自由锻机器自由锻机器自由锻 依靠人力利用简单的工具对坯料进行锻打，依靠人力利用简单的工具对坯料进行锻打，改变坯料的形状和尺寸获得锻件。改变坯料的形状和尺寸获得锻件。依靠专用的自由锻设备和专用的工具对毛依靠专用的自由锻设备和专用的工具对毛 坯进行锻打，改变坯料的形状和尺寸，获坯进行锻打，改变坯料的形状和尺寸，获 得所需的锻件。得所需的锻件。自由锻的定义及其分类自由锻的定义及其分类 手工自由锻手工自由锻机器自由锻机器自由锻 直接利用工具或设备将热坯料进行塑性变形，形直接利用工具或设备将热坯料进行塑性变形，形成具有一定形状和尺寸锻件的工艺方法。成具有一定形状和尺寸锻件的工艺方法。定义定义常用自由锻设备常用自由锻设备空气锤空气锤蒸汽蒸汽-空气锤空气锤液（水）压机液（水）压机空气锤的吨位空气锤的吨位(锤头重量）一般为锤头重量）一般为65-750Kg液液(水）压机的吨位较大，水）压机的吨位较大，（50015000 t），最大可达），最大可达 750000kN(75000t)。可以锻造。可以锻造质量为质量为1300t的锻件。的锻件。优点优点所用工具简单，通用性强，灵活性大，适所用工具简单，通用性强，灵活性大，适用单间和小批量生产，特别是大型锻件的生产用单间和小批量生产，特别是大型锻件的生产.缺点缺点 锻件尺寸精度低，加工余量大生产率低，锻件尺寸精度低，加工余量大生产率低，劳动强度大等。劳动强度大等。自由锻的特点自由锻的特点一般吨位为一般吨位为0.55t。空气锤的吨位空气锤的吨位(锤头重量）一般为锤头重量）一般为65-750Kg空气锤结构较简单；空气锤结构较简单；操作方便，维护容易，设备投资少，吨位不大，适用于生产操作方便，维护容易，设备投资少，吨位不大，适用于生产小型锻件。小型锻件。1）空气锤）空气锤特特点点蒸汽压力蒸汽压力0.70.8 MPa或压缩空气压力或压缩空气压力0.60.8MPa 来工作。来工作。规定的压力有保证，而机构稳定性好，故落下部分的质量可显规定的压力有保证，而机构稳定性好，故落下部分的质量可显著增大，锤击功能大为提高，吨位为著增大，锤击功能大为提高，吨位为0.55t。蒸汽锤需用一套辅助设备，如蒸汽锅炉或空气压缩机等，较空蒸汽锤需用一套辅助设备，如蒸汽锅炉或空气压缩机等，较空气锤复杂。气锤复杂。适合锻造中型或较大的锻件，是机器制造厂普遍使用的设备适合锻造中型或较大的锻件，是机器制造厂普遍使用的设备）蒸汽）蒸汽-空气锤空气锤特特点点压下速度较慢，冲击较小的静压力作用于坯料使金属变形压下速度较慢，冲击较小的静压力作用于坯料使金属变形;工工作时震动和噪音小，劳动条件较好；作时震动和噪音小，劳动条件较好；压力作用的时间长，容易达到较大的锻造深度，可获得整个截压力作用的时间长，容易达到较大的锻造深度，可获得整个截面为细晶粒组织的锻件；面为细晶粒组织的锻件；特大型锻件自由锻造的主要设备。需一套供水系统与操纵系统，特大型锻件自由锻造的主要设备。需一套供水系统与操纵系统，设备庞大，造价很高。设备庞大，造价很高。特特点点）水压机）水压机火车轴锻件火车轴锻件吊钩锻件吊钩锻件吊环类锻件吊环类锻件轮类锻件轮类锻件典型的自由锻锻件典型的自由锻锻件自由锻工艺过程制定的依据、内容及其方式：自由锻工艺过程制定的依据、内容及其方式：制订自由锻工艺规程制订自由锻工艺规程依据依据生产实际条件生产实际条件设备能力设备能力技术水平及其先进性技术水平及其先进性经济性经济性锻件要求锻件要求制订自由锻工艺规程制订自由锻工艺规程内容内容 根据零件图绘制锻件图；根据零件图绘制锻件图；确定坯料的材料、质量和尺寸；确定坯料的材料、质量和尺寸；制订变形工艺及锻打火次；制订变形工艺及锻打火次；设计工步图；设计工步图；选择各成形工步用辅助工具；选择各成形工步用辅助工具；制订锻件温度范围及加热、冷却规范；制订锻件温度范围及加热、冷却规范；确定锻件热处理规范；确定锻件热处理规范；选择设备，安排生产；选择设备，安排生产；提出锻件技术要求及检验要求提出锻件技术要求及检验要求 填写工艺规程卡片等。填写工艺规程卡片等。自由锻造方式：自由锻造方式：32 自由锻工序特点及锻件分类自由锻工序特点及锻件分类一、自由锻工序一、自由锻工序修整工序修整工序自由锻工序分类自由锻工序分类基本工序基本工序辅助工序辅助工序主要的变形工序，主要的变形工序，能够较大的改变坯能够较大的改变坯料形状和尺寸的工序。料形状和尺寸的工序。如镦粗、拔长、如镦粗、拔长、冲孔、芯轴拔长、弯曲、错移、扭转冲孔、芯轴拔长、弯曲、错移、扭转等。等。坯料进入基本工序前的各种预先变形坯料进入基本工序前的各种预先变形的工序。的工序。如钢锭倒棱、预压夹钳把、如钢锭倒棱、预压夹钳把、阶梯轴分段压痕等阶梯轴分段压痕等 。用来精整锻件尺寸和形状使其完全达到用来精整锻件尺寸和形状使其完全达到锻件图要求的工序。锻件图要求的工序。如镦粗后的鼓形滚如镦粗后的鼓形滚圆和截面滚圆、凸起、凹下及不平和有圆和截面滚圆、凸起、凹下及不平和有压痕的平整、端面平整、拔长后的弯曲压痕的平整、端面平整、拔长后的弯曲校直和镦斜后的校直等。校直和镦斜后的校直等。基本工序简图基本工序简图二、自由锻件分类二、自由锻件分类按锻件形状按锻件形状成形方法成形方法分为六大类分为六大类饼块类饼块类空心类空心类轴杆类轴杆类曲轴类曲轴类弯曲类弯曲类复杂形状复杂形状锻件外形横向尺寸大于高度尺寸，或两者锻件外形横向尺寸大于高度尺寸，或两者相近的锻件相近的锻件锻件有中心通孔，一般为圆周等壁厚锻件锻件有中心通孔，一般为圆周等壁厚锻件沿轴向尺寸远大于径向尺寸的锻件沿轴向尺寸远大于径向尺寸的锻件锻件为实心长轴，一般沿轴线有截面积和形锻件为实心长轴，一般沿轴线有截面积和形状的变化及轴线多向弯曲状的变化及轴线多向弯曲锻件具有弯曲的轴线，一处弯曲或多处弯曲，锻件具有弯曲的轴线，一处弯曲或多处弯曲，截面相等或不相等，对称弯曲和非对称弯曲截面相等或不相等，对称弯曲和非对称弯曲锻件锻件由上述五类锻件的特征所组成的复杂锻件由上述五类锻件的特征所组成的复杂锻件1）饼块类锻件饼块类锻件如圆盘、叶轮、齿轮、锤头等，所采用的基本工序如圆盘、叶轮、齿轮、锤头等，所采用的基本工序为为镦粗镦粗。随后的辅助工序及修整工序为：。随后的辅助工序及修整工序为：倒棱、滚倒棱、滚圆、平整圆、平整。2 2）空心类锻件）空心类锻件 如各种圆环、齿圈、轴承环和各种圆筒、缸体、空如各种圆环、齿圈、轴承环和各种圆筒、缸体、空心轴等，所采用的基本工序为：心轴等，所采用的基本工序为：镦粗、镦粗、冲孔、扩孔、或芯轴拔长冲孔、扩孔、或芯轴拔长等。随后的辅助工序及修整工序为：等。随后的辅助工序及修整工序为：倒棱、滚圆、校直倒棱、滚圆、校直等。等。3 3）轴杆类锻件：）轴杆类锻件：如传动轴、车轴、轧辊、立柱、拉杆、连杆等，如传动轴、车轴、轧辊、立柱、拉杆、连杆等，锻造轴杆类锻件的基本工序为锻造轴杆类锻件的基本工序为拔长，或镦粗拔长，或镦粗-拔长拔长，辅助工序及，辅助工序及修整工序为：修整工序为：倒棱、滚圆。倒棱、滚圆。4 4）曲轴类锻件：）曲轴类锻件：如各种形式的曲轴，锻造曲轴类锻件的基本工序如各种形式的曲轴，锻造曲轴类锻件的基本工序为为拔长、错移和扭转拔长、错移和扭转，辅助工序及修整工序为：，辅助工序及修整工序为：分段压痕、局部倒分段压痕、局部倒棱、滚圆、校直棱、滚圆、校直。5 5）弯曲类锻件：）弯曲类锻件：如吊勾、支座等。锻造此类锻件的基本工序为如吊勾、支座等。锻造此类锻件的基本工序为拔拔长、弯曲长、弯曲，辅助工序及修整工序为：，辅助工序及修整工序为：分段压痕和滚圆、平整。分段压痕和滚圆、平整。6 6）复杂形状锻件：）复杂形状锻件：如阀体、叉杆、吊环体、十字轴等，根据上述如阀体、叉杆、吊环体、十字轴等，根据上述的锻件工序进行组合，锻造是应合理的选择锻造工序。的锻件工序进行组合，锻造是应合理的选择锻造工序。3 33 3 自由锻基本工序自由锻基本工序基本工序基本工序镦粗镦粗拔长拔长冲孔冲孔扩孔扩孔弯曲弯曲错移错移等六种工序。等六种工序。一、镦粗一、镦粗 1 1）定义：）定义：使坯料使坯料高度减小高度减小而而横截面增大横截面增大的成形工序。的成形工序。2 2）镦粗的目的：）镦粗的目的：改变坯料截面积；便于冲孔操作；提高改变坯料截面积；便于冲孔操作；提高锻造比的反复镦粗与拔长；减小力学性能的各向异性。锻造比的反复镦粗与拔长；减小力学性能的各向异性。平砧镦粗平砧镦粗垫环镦粗垫环镦粗局部镦粗局部镦粗3 3）分类：）分类：平砧镦粗；垫环镦粗；局部镦粗三大类。平砧镦粗；垫环镦粗；局部镦粗三大类。2.2.变形分析变形分析1 1）镦粗试验：）镦粗试验：对称面网格法对称面网格法的镦粗试验，观察镦粗后的镦粗试验，观察镦粗后网格的变化情况。网格的变化情况。坯料子午面网格变化坯料子午面网格变化（一）平砧镦粗（一）平砧镦粗 1.平砧镦粗与镦粗比平砧镦粗与镦粗比平砧镦粗平砧镦粗 坯料在上下平砧或平板之间的压制变形称为平砧镦粗。坯料在上下平砧或平板之间的压制变形称为平砧镦粗。镦粗比（镦粗比（K）K=坯料镦粗前高度坯料镦粗前高度Ho/坯料镦粗后的高度坯料镦粗后的高度H 即即 KHo/H2 2）变形分析）变形分析 对称面可分为三个变形区对称面可分为三个变形区 区：区：难变形区，该变形区受端面摩擦影响，变形十分困难。难变形区，该变形区受端面摩擦影响，变形十分困难。II II区：区：大变形区，该变形区处于坯料中段，受摩擦影响较小，大变形区，该变形区处于坯料中段，受摩擦影响较小，应力状态有利于变形，因此变形程度较大。应力状态有利于变形，因此变形程度较大。III III区：区：小变形区，该区域变形程度介于区域小变形区，该区域变形程度介于区域I I和区域和区域IIII之间。之间。变形及其应力分析变形及其应力分析3.高径比对镦粗变形的影响高径比对镦粗变形的影响 H/D 3.0，镦粗坯料容易失稳，发生弯曲，镦粗坯料容易失稳，发生弯曲。H/D=2.51.5，形成双鼓形。，形成双鼓形。H/D 1.50.5，形成单鼓形。，形成单鼓形。H/D 0.5,上下难变形区重合，难以锻造上下难变形区重合，难以锻造。合适的锻造的高径比应小于合适的锻造的高径比应小于2.52.5，在，在2 22.22.2范围内最好。范围内最好。高径比高径比(H/D)H/D)对对镦粗变形的影响镦粗变形的影响失失稳弯曲弯曲双鼓形双鼓形单鼓形单鼓形双鼓形双鼓形难以锻造难以锻造不同高径比坯料鼓形体积变化不同高径比坯料鼓形体积变化4.减小鼓形的措施减小鼓形的措施 镦粗的鼓形导致镦粗的鼓形导致镦粗减小鼓形工艺措施镦粗减小鼓形工艺措施内部变形不均匀，形成三个变形区内部变形不均匀，形成三个变形区锻件组织和性能不均匀锻件组织和性能不均匀增加锻件的开裂倾向增加锻件的开裂倾向反复的镦粗和滚圆反复的镦粗和滚圆 侧凹坯料镦粗侧凹坯料镦粗 软金属垫环镦粗软金属垫环镦粗叠料镦粗叠料镦粗套环内镦粗套环内镦粗 侧凹坯料镦粗侧凹坯料镦粗 软金属垫环镦粗软金属垫环镦粗套环内镦粗套环内镦粗叠料镦粗叠料镦粗（二）垫环镦粗（二）垫环镦粗坯料在单个垫环或两个垫环进行的镦粗。坯料在单个垫环或两个垫环进行的镦粗。单个垫环镦粗单个垫环镦粗两个垫环镦粗两个垫环镦粗（三）局部镦粗（三）局部镦粗坯料只在局部长度进行的镦粗。坯料只在局部长度进行的镦粗。局部镦粗局部镦粗二、拔长二、拔长1 1）定义：）定义：使坯料使坯料横截面减小横截面减小而而长度增加长度增加的成形工序。的成形工序。2 2）目的：）目的：减小坯料的截面积；其它工序局部辅助变形；减小坯料的截面积；其它工序局部辅助变形；提高锻造比反复拔长。提高锻造比反复拔长。3 3）分类：）分类：根据坯料截面根据坯料截面矩形截面的拔长矩形截面的拔长圆截面拔长圆截面拔长空心坯料的拔长空心坯料的拔长二大类二大类根据砧形状根据砧形状平砧拔长平砧拔长型砧拔长型砧拔长三大类三大类一、拔长的主要类型一、拔长的主要类型1.1.平砧间拔长平砧间拔长 在水平的砧座和锤头之间的拔长。在水平的砧座和锤头之间的拔长。（3 3）圆截面）圆截面 方截面方截面（2 2）圆截面）圆截面 圆截面圆截面（1 1）方截面）方截面 方截面方截面2.2.型砧间拔长型砧间拔长拔长拔长在一定形状的砧之间的进行。型砧拔长主要应用于塑在一定形状的砧之间的进行。型砧拔长主要应用于塑性较差的材料。性较差的材料。圆弧型砧圆弧型砧上平下上平下V型砧型砧上下上下V型砧型砧3.空心件拔长空心件拔长二、拔长变形分析二、拔长变形分析1.1.拔长时锻造比拔长时锻造比 拔长的变形程度可用变形前（拔长的变形程度可用变形前（F F0 0/2 2）后（）后（F/F/2 2）横）横截面之比：截面之比：锻造比锻造比（又称锻比）（又称锻比）K K来表示，即来表示，即 锻造比不能过小锻造比不能过小，过小不利于锻和坯料内部的空隙，过小不利于锻和坯料内部的空隙，不易击碎铸态树枝晶，使不易击碎铸态树枝晶，使锻件达不到性能要求锻件达不到性能要求。锻造比过大锻造比过大，增加锻造工作量，使锻件形成纤维组织，增加锻造工作量，使锻件形成纤维组织，锻件的各向异性增加。锻件的各向异性增加。拔长参数示意图拔长参数示意图拔长前：拔长前：h h0 0、l l0 0、b b0 0；拔长后：拔长后：h h、l l、b b2.2.拔长时变形特点拔长时变形特点1 1）平砧间拔长特点）平砧间拔长特点（1 1）拔长效率）拔长效率当当l l0 0b b0 0时，时，l lb b，轴向流动增加，展宽量小。，轴向流动增加，展宽量小。因此，采用因此，采用小变形量可以提高拔长效率小变形量可以提高拔长效率。送进量太大送进量太大，展宽量大展宽量大，拔长拔长效率低效率低，送进量太小送进量太小，压下次数多，压下次数多，效率低效率低。拔长效率与送进量有关拔长效率与送进量有关l l0 0 有关。有关。当当l l0 0b b0 0时，时，l l b b，轴向横向位移相等。，轴向横向位移相等。当当l l0 0b b0 0时，时，l lb b，横向流动增加，宽度增加。，横向流动增加，宽度增加。压下量压下量：hh0h；展宽量展宽量：bbb0；拔长量拔长量：lll0；相对送进量相对送进量：l0/h0拔长的每一次操作变形与镦粗相似。拔长的每一次操作变形与镦粗相似。当当 l li i/h/hi i0.50.5，拔长变形区出现，拔长变形区出现双鼓形，中心锻不透，变形出现在上双鼓形，中心锻不透，变形出现在上下表层，中心出现拉应力（图下表层，中心出现拉应力（图a a）。）。当当l li i/h/hi i1 1，出现单鼓形，心部变，出现单鼓形，心部变形大，能锻透，展宽量大，降低拔长形大，能锻透，展宽量大，降低拔长效率，鼓形表面易产生拉应力。效率，鼓形表面易产生拉应力。合适的合适的l/hl/h0.50.50.80.8，或，或l l0.5B 0.5B 相对压下量对拔长变形的影响相对压下量对拔长变形的影响（2）拔长时变形与应力）拔长时变形与应力2 2）型砧内拔长）型砧内拔长 型砧内拔长，解决了圆形坯料在平砧间拔长轴向缩小、型砧内拔长，解决了圆形坯料在平砧间拔长轴向缩小、横向展宽大而采用的一种拔长方法。横向展宽大而采用的一种拔长方法。型砧内拔长由于受到侧向压力，减少坯料的横向流动，型砧内拔长由于受到侧向压力，减少坯料的横向流动，增加轴向流动，增加拔长效率。增加轴向流动，增加拔长效率。型砧拔长对拔长效率。锻透深度合金属塑性的影响型砧拔长对拔长效率。锻透深度合金属塑性的影响3）空心件拔长的特点）空心件拔长的特点（1 1）定义：）定义：减小空心坯料外径（壁厚）增加其长度的锻造工艺。减小空心坯料外径（壁厚）增加其长度的锻造工艺。（2 2）变形特点：）变形特点：变形区分为直接受力变形区分为直接受力A A区和间接受力区区和间接受力区B B区。区。变形时变形时A A区金属轴向流动，借助与外端的作用力拉着区金属轴向流动，借助与外端的作用力拉着B B区一起伸区一起伸长，实现拔长。长，实现拔长。A A区金属沿切向流动时受区金属沿切向流动时受B B区金属的限制，区金属的限制，B B区对区对A A区金属切向流动限制愈强烈，愈有利于拔长。区金属切向流动限制愈强烈，愈有利于拔长。芯轴拔长受力与变形流动情况芯轴拔长受力与变形流动情况（3 3）芯轴拔长时易出现问题）芯轴拔长时易出现问题 内孔裂纹内孔裂纹:裂纹产生是由于坯料内壁产生切向裂纹产生是由于坯料内壁产生切向拉应力拉应力超过材料超过材料强度而形成。压靠时由于芯轴与坯料存在一定间隙，内壁金属受到强度而形成。压靠时由于芯轴与坯料存在一定间隙，内壁金属受到弯曲作用使内孔受到切向拉应力或由于压下量过大，温度低，弯曲作用使内孔受到切向拉应力或由于压下量过大，温度低，塑性塑性差差造成，采用造成，采用V V型砧和捶击均匀、避免在一处捶击可减少裂纹。型砧和捶击均匀、避免在一处捶击可减少裂纹。壁厚不均匀：壁厚不均匀：坯料坯料加热不均匀加热不均匀或或受力不均匀受力不均匀造成壁厚不均匀。造成壁厚不均匀。抽芯困难：抽芯困难：拔长时用直芯拔长，没有润滑等造成抽芯困难。采拔长时用直芯拔长，没有润滑等造成抽芯困难。采用带锥度芯棒及采用石墨润滑和按照一定顺序拔长，有利于抽芯。用带锥度芯棒及采用石墨润滑和按照一定顺序拔长，有利于抽芯。（三）坯料拔长时易产生的缺陷和防止措施（三）坯料拔长时易产生的缺陷和防止措施1.1.表面横向裂纹与角裂表面横向裂纹与角裂侧表面裂纹产生原因与预防：侧表面裂纹产生原因与预防：送进量和压下量过大，轴心部分变形送进量和压下量过大，轴心部分变形大，侧表面沿轴向受拉应力造成。适当控制压下量可避免。大，侧表面沿轴向受拉应力造成。适当控制压下量可避免。横表面裂纹形成原因与预防：横表面裂纹形成原因与预防：轴心区变形过大，使上下表层金属沿轴心区变形过大，使上下表层金属沿轴向受轴向受附加拉应力附加拉应力造成，对于塑性较差材料和砧面摩擦系数过大时造成，对于塑性较差材料和砧面摩擦系数过大时易形成。改善润滑条件、加大锤砧转角处的圆角可避免。易形成。改善润滑条件、加大锤砧转角处的圆角可避免。角裂纹产生原因与预防：角裂纹产生原因与预防：矩形坯料拔长，当送进量过大，心部金属矩形坯料拔长，当送进量过大，心部金属变形过大，拉着表面金属轴向伸长，前后不变形部分的存在使沿轴变形过大，拉着表面金属轴向伸长，前后不变形部分的存在使沿轴向产生向产生附加拉应力附加拉应力，再加上边角部分冷速较快，塑性降低易产生裂，再加上边角部分冷速较快，塑性降低易产生裂纹。操作上勤倒角，通过倒角变形。消除附加应力。纹。操作上勤倒角，通过倒角变形。消除附加应力。2.表面折叠表面折叠横向折叠横向折叠纵向折叠纵向折叠表面折叠表面折叠表面折叠产生原因：表面折叠产生原因：纠正坯料棱形截面时过分压下，造成纠正坯料棱形截面时过分压下，造成斜度增加，斜度增加，9090反转再压时，变形部分高径比过大造成折反转再压时，变形部分高径比过大造成折叠，合理的操作及增加锻件底面平整度可避免。叠，合理的操作及增加锻件底面平整度可避免。横向折叠产生原因：横向折叠产生原因：送进量过小，压下量很大，上下两端送进量过小，压下量很大，上下两端金属局部变形引起的。通过增加送进量，使两次送进量与金属局部变形引起的。通过增加送进量，使两次送进量与单边压缩量之比大于单边压缩量之比大于11.5（2l0/h11.5）纵向折叠产生原因：纵向折叠产生原因：拔长时压缩量过大，拔长时压缩量过大，9090反转再压时，反转再压时，高径比过大造成弯曲形成折叠。每一次压缩后锻件宽度与高径比过大造成弯曲形成折叠。每一次压缩后锻件宽度与高度之比小于高度之比小于2 22.52.5可避免。可避免。3.3.内部横向裂纹内部横向裂纹产生原因与防止：产生原因与防止：拔长大锭料时，进给量大，相对送进量小，拔拔长大锭料时，进给量大，相对送进量小，拔长区出现双鼓形，中间锻不透，心部沿轴向出现附加拉应力，引长区出现双鼓形，中间锻不透，心部沿轴向出现附加拉应力，引发裂纹。正确地选择送进量、适当的操作和利用合适工具可避免。发裂纹。正确地选择送进量、适当的操作和利用合适工具可避免。4.4.内部纵向裂纹产生原因与防止：内部纵向裂纹产生原因与防止：拔长送进量很大，压下量较小，拔长送进量很大，压下量较小，金属沿轴向流行小，横向流动大而引起。合理选择送进量，使轴向金属沿轴向流行小，横向流动大而引起。合理选择送进量，使轴向流动量大于横向流动量或采用型砧可避免。流动量大于横向流动量或采用型砧可避免。5.5.对角线裂纹产生原因与防止：对角线裂纹产生原因与防止：当送进量较大，并且在同一部位连续翻转重击时产生。当送进量较大，并且在同一部位连续翻转重击时产生。控制锻造温度和送进量可避免。控制锻造温度和送进量可避免。6.6.端面缩口端面缩口坯料端面缩口坯料端面缩口 产生原因与防止产生原因与防止：拔长时首次送进量太小，表面金属：拔长时首次送进量太小，表面金属变形，中心部位金属未变形或变形较小引起。防止这种表变形，中心部位金属未变形或变形较小引起。防止这种表面缺陷的方法为保证足够的被压缩长度和较大的压缩量，面缺陷的方法为保证足够的被压缩长度和较大的压缩量，矩形截面坯料，矩形截面坯料，B/HB/H1.51.5时，时，A A0.4B0.4B，当，当B/HB/H1.51.5时，时，A A0.5B0.5B，圆形截面：，圆形截面：A A0.3D0.3D。端部拔长时坯料长度端部拔长时坯料长度7.7.端部孔壁裂纹端部孔壁裂纹 孔壁裂纹产生原因与防止：孔壁裂纹产生原因与防止：受芯棒受芯棒表面摩擦表面摩擦影响和影响和内内表面温度低原因表面温度低原因，空心件外表面金属比内表面流动快，空心件外表面金属比内表面流动快，形形成喇叭口成喇叭口，拔长时，端部金属内变形困难，在，拔长时，端部金属内变形困难，在空心件变形空心件变形的表面产生切向应力，产生裂纹的表面产生切向应力，产生裂纹。防止措施防止措施：采用型砧拔采用型砧拔长，先拔长两端，芯轴预热（长，先拔长两端，芯轴预热（150150250250）。）。（四）拔长操作（四）拔长操作 拔长操作坯料在拔长时的送进和翻转方法主要有三种：拔长操作坯料在拔长时的送进和翻转方法主要有三种：螺旋式旋转送料法；往复翻转送料法；单面压缩法。螺旋式旋转送料法；往复翻转送料法；单面压缩法。（五）压痕和压肩（五）压痕和压肩 轴类锻造时为了锻出台阶和凹挡，应先利用三角压棍轴类锻造时为了锻出台阶和凹挡，应先利用三角压棍或圆形棍压痕，切出所需要的长度，进行分段拔长，形成或圆形棍压痕，切出所需要的长度，进行分段拔长，形成平齐的过渡面。平齐的过渡面。H H小于小于20mm20mm，压痕即可，压痕即可，H H大于大于20mm20mm，先压，先压痕后压肩，压肩深度痕后压肩，压肩深度h h1/21/22/3H2/3H。（六）影响拔长效率和拔长质量的因素（六）影响拔长效率和拔长质量的因素 主要有主要有（）送进量（）送进量（）压下量（）压下量（）砧面与坯料的形状（）砧面与坯料的形状（）拔长操作方法（）拔长操作方法（）坯料的加热温度（）坯料的加热温度 （）送进量的影响：当送进量太小（）送进量的影响：当送进量太小（l l0 00.5hhh0 0），），拔长变形拔长变形区区出现单鼓形出现单鼓形，心部心部变形大变形大容易锻透容易锻透，同时，同时展宽量较大展宽量较大，降低拔长降低拔长效率效率，容易引起表面横向裂纹及角裂，一般认为相对送进量，容易引起表面横向裂纹及角裂，一般认为相对送进量l l0 0/h/h0 0=0.50.50.80.8较为合适，绝对送进量较为合适，绝对送进量l l0 0=（0.40.40.80.8）B B，B B为砧宽。为砧宽。（）拔长操作的影响：（）拔长操作的影响：拔长时坯料的送进与翻转根据锻件大小可拔长时坯料的送进与翻转根据锻件大小可采用几种方法，采用几种方法，小件可采用左右小件可采用左右9090来回翻转或螺旋线翻转法来回翻转或螺旋线翻转法，大大锻件可采用先沿一边将坯料压一遍，然后翻转锻件可采用先沿一边将坯料压一遍，然后翻转9090再压另一面。再压另一面。（）坯料加热温度：（）坯料加热温度：尽可能高的采用锻造温度有利于拔长操作。尽可能高的采用锻造温度有利于拔长操作。（）压下量的影响：（）压下量的影响：拔长时拔长时增加压下量增加压下量，可以，可以提高生产率和强化提高生产率和强化心部变形心部变形，有利于内部缺陷的锻合。只要金属及合金塑性允许，有利于内部缺陷的锻合。只要金属及合金塑性允许，尽尽量采用大压下量量采用大压下量。一般压下量取。一般压下量取h=h=（0.10.10.2h0.2h0 0），并且压后端），并且压后端面的宽度与高度的比值不应超过面的宽度与高度的比值不应超过2.52.5，否则，否则9090翻转再压会出现折迭。翻转再压会出现折迭。（）（）砧子形状的影响：砧子形状的影响：拔长的砧子有平砧和型砧两类，拔长的砧子有平砧和型砧两类，型砧的拔型砧的拔长效率较高长效率较高，平砧拔长时，为了提高效率，可采用先将圆截面坯料，平砧拔长时，为了提高效率，可采用先将圆截面坯料压成方形截面，然后压成八角形截面，最后压成圆形截面。压成方形截面，然后压成八角形截面，最后压成圆形截面。三、冲孔三、冲孔（1 1）定义）定义:用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序称为冲孔。用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序称为冲孔。带有大于带有大于30mm30mm以上锻件锻孔；以上锻件锻孔；扩孔前的预冲孔；扩孔前的预冲孔；空心件拔长前冲孔。空心件拔长前冲孔。（2 2）冲孔目的冲孔目的闭式冲孔闭式冲孔开式冲孔开式冲孔实芯冲子冲孔实芯冲子冲孔空心冲子冲孔空心冲子冲孔垫环冲孔三种垫环冲孔三种实芯冲子冲孔时，芯料损失小，操作简单。实芯冲子冲孔时，芯料损失小，操作简单。（3 3）冲孔分类冲孔分类（一）实芯冲子冲孔（一）实芯冲子冲孔 冲孔过程如右图所示。冲子压入冲孔过程如右图所示。冲子压入孔深孔深7080高高度度翻转翻转180冲子压穿。冲子压穿。实芯冲子冲孔芯冲子冲孔1.1.实芯冲子冲孔时变形分析实芯冲子冲孔时变形分析 变形区分为变形区分为A A区、区、B B区和区和C C区，区，A A区发生镦粗变形，同时区发生镦粗变形，同时受到受到B B区金属约束。区金属约束。B B区金属受区金属受A A区金属挤压，径向扩大轴区金属挤压，径向扩大轴向压缩，向压缩，A A区金属不断向区金属不断向B B区金属转移，形成区金属转移，形成C C区。区。冲孔变形过程坯料形状的变化：冲孔变形过程坯料形状的变化：23=355上端面凹进，上端面凹进，下端面翘起，下端面翘起，外径增大外径增大上、下端面上、下端面走样很小，走样很小，而外径仍有而外径仍有增大增大冲子镦压的金冲子镦压的金属被挤向上端属被挤向上端面形成凸台，面形成凸台，外径不变。外径不变。2.2.冲孔坯料尺寸计算冲孔坯料尺寸计算1 1）冲孔后外径直径）冲孔后外径直径其中：其中：V V：坯料体积（：坯料体积（mmmm3 3）；）；f:f:冲子横截面面积（冲子横截面面积（mmmm3 3）；）；F F0 0:坯料横截面面积（坯料横截面面积（mmmm3 3）；H H：冲孔后坯料高度（：冲孔后坯料高度（mmmm）；）；h h：孔底余料高度（：孔底余料高度（mmmm）。）。2 2）冲孔件坯料高度确定）冲孔件坯料高度确定实芯冲子冲孔，在实芯冲子冲孔，在D D0 0/d/d0 02.52.53 3，H H0 0DD0 0时坯料原始高时坯料原始高度可按下式确定：度可按下式确定：D0/d05，H0（1.11.2）H;D0/d05，H0H;h(0.150.2)H3.3.冲孔时产生缺陷及其预防冲孔时产生缺陷及其预防（1 1）走样）走样 D D0 0/d/d0 0 太小，容易走样，太小，容易走样，冲孔前镦粗增加冲孔前镦粗增加D D0 0/d/d0 0之比，冲孔后端面之比，冲孔后端面整平。整平。（2 2）孔偏心）孔偏心 冲头定位不准，坯料加热不均匀。冲头定位不准，坯料加热不均匀。（3 3）斜孔）斜孔 操作不当，坯料和工具不规范。操作不当，坯料和工具不规范。（4 4）裂纹）裂纹 坯料塑性低，坯料温度低，坯料塑性低，坯料温度低，D D0 0/d/d0 0 太小。太小。（二）空心冲子冲孔（二）空心冲子冲孔利用空心的冲子进行冲孔的操作。利用空心的冲子进行冲孔的操作。操作特点操作特点:坯料变形较小，芯料损失大。坯料变形较小，芯料损失大。目的：目的：获得空心坯料获得空心坯料;锻件取料；去掉心部质量较差的部锻件取料；去掉心部质量较差的部 分；使用与直径较大的坯料（直径分；使用与直径较大的坯料（直径400mm400mm以上）以上）空心冲子冲孔空心冲子冲孔（三）垫环上冲孔（三）垫环上冲孔在垫环上进行冲孔的操作，主要用于冲较薄的毛坯。在垫环上进行冲孔的操作，主要用于冲较薄的毛坯。垫环冲孔芯料损失大，芯料高度垫环冲孔芯料损失大，芯料高度h h0.78H0.78H，主要用于，主要用于H/DH/D0.1250.125锻件。锻件。垫环冲孔垫环冲孔（四）扩孔（四）扩孔定义：定义：减小空心坯料壁厚减小空心坯料壁厚,增大外径和内径的锻造工步称增大外径和内径的锻造工步称 为扩孔。为扩孔。种类：种类：自由锻的扩孔分为冲头扩孔和芯轴扩孔两种。自由锻的扩孔分为冲头扩孔和芯轴扩孔两种。（一）冲头扩孔（一）冲头扩孔 冲孔过程冲孔过程 用直径比空心坯料内孔大的带有锥度的冲用直径比空心坯料内孔大的带有锥度的冲子，穿过坯料的内孔而使其内外孔扩大。冲子扩孔一般用子，穿过坯料的内孔而使其内外孔扩大。冲子扩孔一般用于于D/dD/d1.71.7和和H0.125D0H0.125D0的锻件。的锻件。坯料变形特点坯料变形特点:近似与胀形，受力与冲孔变形的近似与胀形，受力与冲孔变形的B B区相似。区相似。扩孔量：扩孔量：由于冲头扩孔时坯料沿切向受拉应力，容易胀由于冲头扩孔时坯料沿切向受拉应力，容易胀裂纹，因此每一次的扩孔量不宜过大，扩孔量见下表。裂纹，因此每一次的扩孔量不宜过大，扩孔量见下表。冲头冲孔冲头冲孔扩孔量扩孔量冲子冲子经验表明：经验表明：锻件质量锻件质量kgkg，冲孔后，冲孔后可直接扩孔次再加热一可直接扩孔次再加热一火，允许再扩孔次火，允许再扩孔次锻件质量锻件质量kgkg，冲孔后，冲孔后可直接扩孔次再加热一火，可直接扩孔次再加热一火，允许再扩孔次允许再扩孔次薄壁件扩孔较难薄壁件扩孔较难马架扩孔马架扩孔（二）芯轴扩孔（二）芯轴扩孔 芯轴扩孔芯轴扩孔是将芯轴穿过坯料而放在马架上，坯料每转过一个角是将芯轴穿过坯料而放在马架上，坯料每转过一个角度压下一次，逐渐将坯料的壁厚压薄、内外径扩大的加工工序。度压下一次，逐渐将坯料的壁厚压薄、内外径扩大的加工工序。变形特点：变形特点：相当于拔长，但与芯轴拔长不同，它是局部加载，相当于拔长，但与芯轴拔长不同，它是局部加载，局部变形，变形区金属主要沿切向和宽度方向流动。局部变形，变形区金属主要沿切向和宽度方向流动。变形区金属受三向压应力，不宜产生裂纹等缺陷，可以锻制薄变形区金属受三向压应力，不宜产生裂纹等缺陷，可以锻制薄壁锻件。壁锻件。扩孔前坯料尺寸的确定扩孔前坯料尺寸的确定（1 1）坯料高度（）坯料高度（HoHo）确定）确定 式中：式中：H H为锻件高度（为锻件高度（mmmm），），K K为展宽系数，由诺模图求出。为展宽系数，由诺模图求出。（2 2）坯料外径）坯料外径DoDo确定确定（3 3）冲孔直径）冲孔直径d do o确定确定 马架扩孔最小芯棒直径如下表所示。马架扩孔最小芯棒直径如下表所示。计算展宽量的诺模图计算展宽量的诺模图式中式中V锻锻锻件体积。锻件体积。弯曲过程中弯曲区的内边金属受压缩，外边受拉伸，弯曲过程中弯曲区的内边金属受压缩，外边受拉伸，弯曲区毛坯的断面积要减小，内边可能产生折叠，外边可弯曲区毛坯的断面积要减小，内边可能产生折叠，外边可能产生裂纹。圆角半径越小，弯曲角越大，情况越严重。能产生裂纹。圆角半径越小，弯曲角越大，情况越严重。五五 弯曲弯曲将毛坯锻造成所规定的外形的锻造工序叫弯曲。将毛坯锻造成所规定的外形的锻造工序叫弯曲。弯曲时注意事项弯曲时注意事项：（1 1）坯料上有数处弯曲时，一般弯曲端部及其弯曲与直）坯料上有数处弯曲时，一般弯曲端部及其弯曲与直线交界的地方，然后在弯其余的圆弧部分。线交界的地方，然后在弯其余的圆弧部分。（2 2）为了抵消弯曲区断面积的缩小，一般弯曲前在弯曲）为了抵消弯曲区断面积的缩小，一般弯曲前在弯曲的地方预先堆积金属，或采用断面积稍大的原毛坯。的地方预先堆积金属，或采用断面积稍大的原毛坯。（3 3）被弯曲部分的加热不宜过长，加热均匀。）被弯曲部分的加热不宜过长，加热均匀。6.错移错移 错移是指将坯料的一部分相对另一部分平行错移开的错移是指将坯料的一部分相对另一部分平行错移开的锻造工步。锻造工步。错移分为在一个平面内错移和在两个平面内错移两种。错移分为在一个平面内错移和在两个平面内错移两种。在两个平面错移在两个平面错移在一个平面错移在一个平面错移3 34 4 自由锻工艺规程的制定自由锻工艺规程的制定一、自由锻锻件图的制订与绘制一、自由锻锻件图的制订与绘制 自由锻锻件图自由锻锻件图是在是在零件图基础上考虑零件图基础上考虑加工加工余量、锻件公差、锻造余量、锻件公差、锻造余块、检验试样和工艺余块、检验试样和工艺夹头等夹头等因素而绘制而成因素而绘制而成的图。它是编制的图。它是编制锻造工锻造工艺、设计模具、指导生艺、设计模具、指导生产和锻件验收的主要依产和锻件验收的主要依据和后续机械加工的技术资料据和后续机械加工的技术资料。锻件尺寸与公差余量锻件尺寸与公差余量各种余块各种余块1.1.加工余量加工余量 锻件表面留有机械加工用的金属层，称为加工余量。锻件表面留有机械加工用的金属层，称为加工余量。余量的大小余量的大小与与零件的形状尺寸、加工精度、表面要求、锻造加热质零件的形状尺寸、加工精度、表面要求、锻造加热质量、设备工具精度和操作技术水平量、设备工具精度和操作技术水平有关。有关。2.2.锻件公差锻件公差 锻件的实际尺寸达不到公称尺寸，允许有一定的偏差，锻件的实际尺寸达不到公称尺寸，允许有一定的偏差，这种偏差被成为锻件公差。这种偏差被成为锻件公差。3.3.锻造余块锻造余块 对于难锻造的一些小孔、凹槽等，通常填满金属对于难锻造的一些小孔、凹槽等，通常填满金属,这这部分附加的金属称为余块。部分附加的金属称为余块。锻件图制定的内容锻件图制定的内容4.4.检验试样和工艺夹头检验试样和工艺夹头 对于某些有特殊要求的锻件，须在锻件适对于某些有特殊要求的锻件，须在锻件适当的部位添加试样余块，以供锻后检验和锻件组织和力学性能测试。当的部位添加试样余块，以供锻后检验和锻件组织和力学性能测试。为了便于热处理及其机械加工的吊挂和夹持定位，在锻件的适当位为了便于热处理及其机械加工的吊挂和夹持定位，在锻件的适当位置增加部分工艺夹头。置增加部分工艺夹头。5.5.绘制锻件图绘制锻件图 余量、公差和各种余块确定后可绘制锻件图余量、公差和各种余块确定后可绘制锻件图。锻件。锻件图绘制中，图绘制中，粗实线表示锻件形状，粗实线表示锻件形状，用用假想线画出零件简单形状假想线画出零件简单形状。锻。锻件的尺寸、公差标注在尺寸线上面，下面用带括弧的标注零件公称件的尺寸、公差标注在尺寸线上面，下面用带括弧的标注零件公称尺寸。图上不能表示的可用技术要求注明。尺寸。图上不能表示的可用技术要求注明。法兰盘零件图法兰盘零件图法兰盘锻件图法兰盘锻件图二、坯料质量和尺寸的确定二、坯料质量和尺寸的确定自由锻用原材料主要有两种：钢材、钢坯以及钢锭。自由锻用原材料主要有两种：钢材、钢坯以及钢锭。1.1.坯料质量的确定坯料质量的确定按下式确定坯料质量按下式确定坯料质量2.2.坯料尺寸的确定坯料尺寸的确定 头一道采用镦粗时，应满头一道采用镦粗时，应满 HoHo（1.251.252.52.5）DoDo带入带入1.252.5,得：得：头一道为拔长时，坯料直径可按下式确定头一道为拔长时，坯料直径可按下式确定 F F坯坯K KL LFF锻锻 式中式中K KL L为锻造比，为锻造比，F F锻锻锻件最大截面积，由此计算出原坯锻件最大截面积，由此计算出原坯料的直径：料的直径：初步计算出原坯料的直径或边长，按初步计算出原坯料的直径或边长，按国家材料规格国家材料规格，选标准直径或边长选标准直径或边长，然后计算坯料尺寸。，然后计算坯料尺寸。圆坯料：圆坯料：方坯料：方坯料：钢锭质量钢锭质量G锭锭第二种方法：利用经验资料确定第二种方法：利用经验资料确定，然后求质量，然后求质量:G锭锭G锻锻/3.3.钢锭规格的选择钢锭规格的选择第一种方法：先求利用率，再确定质量。第一种方法：先求利用率，再确定质量。利用率利用率锤上锻造空心锻件工艺制定锤上锻造空心锻件工艺制定水压机锻造空心锻件工艺制定水压机锻造空心锻件工艺制定三、变形工艺过程的制订三、变形工艺过程的制订 制定变形工艺过程的内容：制定变形工艺过程的内容：基本工序确定、辅助工序基本工序确定、辅助工序确定、修正工序确定确定、修正工序确定和各变形工步的顺序及中间坯料尺寸。和各变形工步的顺序及中间坯料尺寸。(1)(1)镦粗时，须满足镦粗时，须满足Ho/Do2.5Ho/Do2.53 3（2)2)考虑各工步坯料变形的规律。考虑各工步坯料变形的规律。（3 3）锻件精整时应留有一定的修整量。）锻件精整时应留有一定的修整量。（4 4）多火次完成时，要考虑各火次加热的可能性。）多火次完成时，要考虑各火次加热的可能性。（5 5）长轴类锻件应考虑，锻件精整时的伸长。）长轴类锻件应考虑，锻件精整时的伸长。四、锻造比的确定四、锻造比的确定锻造比的大小能反映锻造对锻件组织和力学性能的影响。锻造比的大小能反映锻造对锻件组织和力学性能的影响。增加锻造比锻件的力学性能得到明显提高。增加锻造比锻件的力学性能得到明显提高。锻造比过大，形成纤维组织后，增加各向异性。锻造比过大，形成纤维组织后，增加各向异性。用钢厂的棒材锻制锻件时，由于材料经过轧制，组织和力用钢厂的棒材锻制锻件时，由于材料经过轧制，组织和力学性能已经得到改善，可以不考虑锻造比。钢锭锻制锻件学性能已经得到改善，可以不考虑锻造比。钢锭锻制锻件时，必须考虑锻造比。时，必须考虑锻造比。确定各工步毛坯尺寸时应该注意的事项确定各工步毛坯尺寸时应该注意的事项:锻造比及其计算方法锻造比及其计算方法典型锻件锻造比典型锻件锻造比五、自由锻设备吨位计算与选择五、自由锻设备吨位计算与选择计算方法：理论计算法计算方法：理论计算法和和经验类比法经验类比法确定，一般用确定，一般用经验类经验类比法比法确定确定镦粗时锻锤吨位（）可按下式计算镦粗时锻锤吨位（）可按下式计算k：与钢材强度极限有关的系数，当强度为：与钢材强度极限有关的系数，当强度为400MPa时时k为为35，当强度为，当强度为600MPa时时k为为813。F：坯料横截面：坯料横截面面积（面积（mm2）拔长时锻锤吨位（）可按下式计算拔长时锻锤吨位（）可按下式计算 G=2.5F F：坯料横截面面积（：坯料横截面面积（2）自由锻造的锻造能力范围可查看有关锻造手册。自由锻造的锻造能力范围可查看有关锻造手册。六、制定自由锻工艺规程举例六、制定自由锻工艺规程举例零件：零件：齿轮；材料：齿轮；材料：45钢；生产数量：钢；生产数量：20件。零件图如下图。件。零件图如下图。1.1.绘制锻件图绘制锻件图 根据零件根据零件批量确定为自由锻批量确定为自由锻，进行锻件图的设计和绘制，如凹，进行锻件图的设计和绘制，如凹槽锻不出，设计为余块；由相关标准查阅尺寸公差。绘制锻件图。槽锻不出，设计为余块；由相关标准查阅尺寸公差。绘制锻件图。零件图零件图锻件图锻件图绘制的锻件图如下图所示。绘制的锻件图如下图所示。2.2.确定变形工步和中间坯料尺寸确定变形工步和中间坯料尺寸 由锻件图由锻件图D D310mm310mm，D D肩肩213mm213mm，d d131mm131mm，H H62mm62mm，H H肩肩34mm34mm。D D肩肩/d/d1.631.63，H/dH/d0.470.47，査图，査图3 34848得出变形工序为镦粗得出变形工序为镦粗冲孔冲子扩孔。计算垫环尺寸：冲孔冲子扩孔。计算垫环尺寸：H H40mm40mm、下端孔径：、下端孔径：154mm154mm。确定锻造工艺过程：下料镦粗垫环局部镦粗冲孔扩孔确定锻造工艺过程：下料镦粗垫环局部镦粗冲孔扩孔修整。修整。锻造工艺过程锻造工艺过程403.3.计算原坯料尺寸：计算原坯料尺寸：通过计算得出圆坯料尺寸通过计算得出圆坯料尺寸D D0 0=120mm=120mm ，H H0 0=220mm.=220mm.4.4.选择设备吨位：选择设备吨位：查表查表3 31010，选则设备吨位为，选则设备吨位为0.50.5t t5.5.确定锻造温度范围确定锻造温度范围查表查表2 25 5，确定锻造的始锻温度，确定锻造的始锻温度12001200，终锻温度，终锻温度800 800 6.6.填写工艺卡片填写工艺卡片锻造工艺卡片实例锻造工艺卡片实例续下页续下页接上页接上页本章结束本章结束