第三篇第一章 锻造基础知识和自由锻

锻造工技术第一章锻造成形的基本原理第一节金属塑性和变形抗力锻造成形——金属在锻锤的冲击力或压机的压力作用下，在不破坏自身完整性的条件下，稳定地改变其内部组织和几何形状与尺寸，获得所需要的组织结构和几何形状与尺寸的加工方法。

金属的可锻性是衡原材料锻造成形难易程度的一项工艺性能。

可锻性好表示该材料适于锻造成形，可锻性差则会给锻造成形造成困难。

可锻性一般用金属的塑性和变形抗力两个指标来度量。

塑性越高、变性抗力越低，则认为可锻性越好；反之越差。

一、金属塑性的基本概念及塑性指标1.金属塑性的基本概念⑴定义塑性是指金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力，它是金属的一种重要的加工性能。

⑵影响金属塑性的因素金属的塑性不是固定不变的，它受诸多因素的影响，它大致分分两个方面。

一个是金属内在因素，如晶体结构、化学成份、组织状态等；另一个是变形的外部条件，即工艺过程，如变形温度、变形速率、变形力学状态等。

同一材料，由于变形条件不同，可能表现出不同的塑性，例如，受单向拉伸的大理石是脆性物体，但在较强的三向压力下压缩时，却能产生明显的塑性变形而不被破坏。

⑶研究金属或合金塑性的意义选择合适的变形方法，确定最好的变形温度、速度来获得最大变形量，以便低塑性难变形的金属与合金能顺利实现成形过程。

2.金属的塑性指标常用的试验方法有拉伸试验、压缩试验和扭转试验指标有：延伸率、收缩率、压缩程度、扭转角度和扭转圈数二、变形抗力变形抗力是指在一定的加载条件下和一定的变形温度、速度条件下，引起塑性变形的单位变形力的大小，或者说金属抵抗塑性变形的能力。

金属的变形抗力是指该材料在变形瞬间的屈服强度，金属内部的应力达到该值时，便开始产生塑性变形。

三、影响金属塑性变形和变形抗力的因素1.金属自然性质对塑性和变形抗力的影响⑴金属化学成份对塑性和变形抗力的影响①碳钢中碳和杂质元素的影响a.碳碳对碳钢性能的影响最大。

随着碳含量的增加，渗碳体的数量亦增多，塑性的降低也越大。

锻造基础知识讲座（一）锻造的基本概念。

锻造是锻压工艺的一部分，锻压包括锻造和冲压两部分。

锻造的根本目的：是获得所需形状和尺寸，同时要求其性能和组织符合一定的技术要求的毛坯。

锻造按温度来分有：热锻、温锻和冷锻。

不同的锻造温度对锻件的组织和性能的影响也是不同的。

下面介绍的内容主要是热锻部分知识。

锻造分自由锻和模锻两部分。

自由锻是自由锻造的简称，自由锻包括胎模锻，适用于单件小批生产。

模锻适用于批量生产和大批量生产，如汽车制造行业。

自由锻和模锻是锻造工艺的主要支柱。

发达国家的模锻件占锻件总重量的70％以上；我国在50年代模锻件占锻件总重量不到20％，现在有进步，但模锻件总重乃比自由锻件少。

自由锻又分手工锻和机器锻。

手工锻在现在工厂用得很少，只在工具修理部门有，农村的铁匠炉基本上还是用手工锻。

机器锻又分锤上自由锻和水压机上自由锻，前者用来生产大、中、小锻件；后者用来生产大型和特大型锻件。

自由锻特点：1.所用工具简单，通用性强，灵活性大。

2.靠工人的手工操作来控制锻件的形状和尺寸，因此，锻件的精度差，工人的劳动强度大，生产率低。

锻件的主要缺陷有：1.裂纹：有横向、纵向裂纹及其它各种裂纹。

2.过烧。

3.白点（锻件内部银白色、灰白色圆形的裂纹）4.折叠。

5.疏松、非金属夹杂物。

6.机械性能达不到要求（锻比不够）。

7.弯曲、变形。

产生以上缺陷的原因很多，有铸锭缺陷引起的，有锻造加热不当引起的，有锻造本身的原因，也有锻后冷却和热处理不当引起的。

总之，原因很多。

所以当锻件的缺陷发现后，需要综合起来进行分析，并要掌握在不同情况下产生缺陷的不同特征，以便具体问题进行具体分析。

（二）锻造设备简介。

1.自由锻设备：有锻锤和水压机两类。

（1）锻锤有：简易锻锤---夹板（杆）锤：最大吨位1～2吨。

弹簧锤：最大吨位100公斤左右。

钢丝锤：最大吨位3吨。

如我厂的3 吨落锤。

空气锤：规格有：40、65、75、150、250、400、560、750、1000公斤等。

锻造知识一、锻造基础知识1. 锻压是锻造和冲压的合称，是利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的制件的成形加工方法。

2. 当温度超过300-400℃（钢的蓝脆区），达到700-800℃时，变形阻力将急剧减小，变形能也得到很大改善。

根据在不同的温度区域进行的锻造，针对锻件质量和锻造工艺要求的不同，可分为冷锻、温锻、热锻三个成型温度区域。

原本这种温度区域的划分并无严格的界限，一般地讲，在有再结晶的温度区域的锻造叫热锻，不加热在室温下的锻造叫冷锻。

3. 锻模寿命（热锻2-5千个，温锻1-2万个，冷锻2-5万个）4. 在低温锻造时，锻件的尺寸变化很小。

在700℃以下锻造，氧化皮形成少，而且表面无脱碳现象。

因此，只要变形能在成形能范围内，冷锻容易得到很好的尺寸精度和表面光洁度。

只要控制好温度和润滑冷却，700℃以下的温锻也可以获得很好的精度。

热锻时，由于变形能和变形阻力都很小，可以锻造形状复杂的大锻件。

要得到高尺寸精度的锻件，可在900-1000℃温度域内用热锻加工5. 坯料在冷锻时要产生变形和加工硬化，使锻模承受高的荷载，因此，需要使用高强度的锻模和采用防止磨损和粘结的硬质润滑膜处理方法6. 一般说来，铸件的力学性能低于同材质的锻件力学性能。

此外，锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命。

7. 计算锻造难度系数:K=锻件体积/最大包容体积(矩形);若K>6,则锻件属于易锻产品,若K<3,则属于难锻产品. (当然具体情况具体对待).8. 根据坯料的移动方式，锻造可分为自由锻、镦粗、挤压、模锻、闭式模锻、闭式镦锻。

闭式模锻和闭式镦锻由于没有飞边，材料的利用率就高。

用一道工序或几道工序就可能完成复杂锻件的精加工。

由于没有飞边，锻件的受力面积就减少，所需要的荷载也减少。

锻压就是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变其尺寸、形状，用于制造机械零件或毛坯成形方法。

是锻造和冲压的总称。

锻压的方法主要有自由锻、胎模锻、锤上模锻、特种锻和冲压等。

锻压加工的优点：1、能改善金属组织，提高力学性能这是因为锻压可以将坯料中的疏松处压合，提高金属的致密度；可以使粗大的晶粒细化；可以使高合金工具钢中的碳化物被击碎，并且均匀地分布。

2、锻压件的形状和尺寸接近于零件与直接切削钢材的成形方法相比较，不但可以节省金属材料的消耗，而且也节省切削加工工时。

3、生产率高锻压成形，特别是模锻成形的生产效率。

比切削加工成形高得多。

例如，生产内六角螺钉，用模锻成形的生产率是切削加工的50倍。

若采用冷镦工艺制造时，其生产效率是切削加工成形的400倍以上。

4、锻压加工在生产中有较强的适应性锻压加工既可以制造形状简单的锻件（如圆轴），也可以制造形状比较复杂，不需要或只需要进行少量切削加工的锻件（如精锻齿轮）。

锻件的重量可以小到不足一克，大到几百吨。

锻件既可以单件小批生产，也可以大批大量生产。

缺点：常用的自由锻件精度比较低；胎模锻和模锻的模具费用较高；与铸造生产相比，难以生产既有复杂外形又有复杂内腔的毛坯。

机床制造业中，主轴、传动轴、齿轮等重要零件以及切削刃具等，都是用锻压方法成形的。

锻造工艺基础手工锻造是用手锻工具，依靠人力在铁砧上进行的。

这种方法简陋，仅用于修理性质和小批量生产的场合。

机器锻造是靠各种锻造设备提供作用力的锻造方法，是现代锻造的主要形式。

一、自由锻只用简单的通用性工具，或在锻造设备上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件，称为自由锻。

1、基本工序可分为拔长、镦粗、冲孔、弯曲等。

拔长：也称为延伸，它是使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序。

镦粗：是使毛坯高度减小，横断面积增大的锻造工序。

冲孔：是利用冲头在镦粗后的坯料上冲出透也或不透孔的锻造方法。

弯曲：采用一定的工模具将毛坯弯成所规定的外形的锻造工序。

工贸企业自由锻锻工安全操作规程工贸企业自由锻锻工是工厂中负责金属锻造工作的员工，他们的工作环境复杂且存在许多安全风险。

为了确保自由锻锻工的安全，预防事故的发生，制定一套详细的安全操作规程是十分重要的。

以下是一份2000字的工贸企业自由锻锻工安全操作规程。

第一章：一般要求1. 自由锻锻工必须具备相关的锻造技术知识和操作技能，经过必要的培训，并取得相关的证书方可上岗。

2. 所有自由锻锻工必须穿戴符合安全要求的个人防护装备，包括安全帽、防护眼镜、防护手套、防护鞋等。

3. 自由锻锻工必须严格遵守工艺规程和操作规程，不得随意更改工艺参数。

4. 自由锻锻工必须遵守公司的安全生产制度和各项安全操作规程，发现问题及时上报，并参与相关的安全培训。

5. 在工作期间，自由锻锻工不得饮酒、吸烟或使用其他影响工作安全的物品。

第二章：生产作业安全规程1. 确保工作场所通风良好，及时清理铁屑和其他杂物。

2. 在开工前，必须检查锻造设备的电气及液压系统是否正常，如有问题需及时维修或上报。

第三章：金属锻造安全规程1. 自由锻锻工在操作铁锤、气锤或其他工艺设备时，必须穿戴符合防护要求的手套和眼镜，并确保自身周围没有其他人员。

2. 在锻打过程中，不得交叉操作，确保自身和他人的安全。

3. 在进行热处理时，必须穿戴符合防护要求的防护服，并确保操作环境具备必要的通风设施。

4. 自由锻锻工必须熟悉各类金属材料的特性及其在锻造过程中的行为，不得超载锻打，避免材料溃裂或其他安全事故的发生。

第四章：设备维护与检修规程1. 自由锻锻工在进行设备检修或维护时，必须确保设备断电，并对设备进行锁定和标识，防止误操作造成意外伤害。

2. 在检修或维护过程中，必须使用合适的工具，不得使用损坏的工具或超负荷使用工具。

3. 在更换锻造模具时，必须确保模具的位置固定，防止模具在操作过程中脱落或移位。

第五章：应急处理措施1. 自由锻锻工必须熟悉安全出口的位置，并确保通道畅通。

自由锻造自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。

锻造特点：自由锻造所用工具和设备简单，通用性好，成本低。

同铸造毛坯相比，自由锻消除了缩孔、缩松、气孔等缺陷，使毛坯具有更高的力学性能。

锻件形状简单，操作灵活。

因此，它在重型机器及重要零件的制造上有特别重要的意义。

应用领域：自由锻造是靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸的，所以锻件精度低，加工余量大，劳动强度大，生产率也不高，因此它主要应用于单件、小批量生产。

锻造分类：自由锻造分手工自由锻和机器自由锻。

手工自由锻生产效率低，劳动强度大，仅用于修配或简单、小型、小批锻件的生产。

在现代工业生产中，机器自由锻已成为锻造生产的主要方法，在重型机械制造中，它具有特别重要的作用。

主要设备：自由锻造的设备分为锻锤和液压机两大类。

生产中使用的锻锤有空气锤和蒸汽-空气锤。

液压机是以液体产生的静压力使坯料变形的，是生产大型锻件的唯一方式。

基本工序：自由锻造的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。

拔长【拔长】也称延伸，它是使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序。

拔长常用于锻造杆、轴类零件。

拔长的方法主要有两种：1、在平砧上拔长。

2、在芯棒上拔长。

锻造时，先芯棒插入冲好孔的坯料中，然后当作实心坯料进行拔长。

拔长时，一般不是一次拔成，先将坯料拔成六角形，锻到所需长度后，再倒角滚圆，取出芯棒。

为便于取出芯棒，芯棒的工作部分应有1：100 左右的斜度。

这种拔长方法可使空心坯料的长度增加，壁厚减小，而内径不变，常用于锻造套筒类长空心锻件。

墩粗【镦粗】是使毛坯高度减小，横断面积增大的锻造工序。

镦粗工序主要用于锻造齿轮坯、圆饼类锻件。

镦粗工序可以有效地改善坯料组织，减小力学性能的异向性。

镦粗与拔长的反复进行，可以改善高合金工具钢中碳化物的形态和分布状态。

镦粗主要有以下三种形式：1、完全镦粗。

自由锻自由锻：利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。

自由锻造时，除与上、下砧铁接触的金属部分受到约束外，金属坯料朝其它各个方向均能自由变形流动，不受外部的限制，故无法精确控制变形的发展。

自由锻分类：手工锻造和机器锻造两种。

手工锻造只能生产小型锻件，生产率也较低。

机器锻造是自由锻的主要方法。

自由锻的特点：工具简单、通用性强，生产准备周期短。

自由锻件的质量范围可由不及一千克到二、三百吨，对于大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，这使得自由锻在重型机械制造中具有特别重要的作用，例如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、重要的齿轮等零件在工作时都承受很大的载荷，要求具有较高的力学性能，常采用自由锻方法生产毛坯。

由于自由锻件的形状与尺寸主要靠人工操作来控制，所以锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。

自由锻主要应用于单件、小批量生产，修配以及大型锻件的生产和新产品的试制等。

一、自由锻工序自由锻工序：基本工序、辅助工序和修整工序。

（一）基本工序使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以得到所需形状、尺寸或改善材质性能的工艺过程。

它是锻件成形过程中必需的变形工序，如镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等。

实际生产中最常用的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。

１．镦粗沿工件轴向进行锻打，使其长度减小，横截面积增大的操作过程。

常用来锻造齿轮坯、凸缘、圆盘等零件，也可用来作为锻造环、套筒等空心锻件冲孔前的预备工序。

镦粗可分为全镦粗和局部镦粗两种形式，如图2-7所示。

镦粗时，坯料不能过长，高度与直径之比应小于2.5，以免镦弯，或出现细腰、夹层等现象。

坯料镦粗的部位必须均匀加热，以防止出现变形不均匀。

图2-7 镦粗a）全镦粗 b）局部镦粗２．拔长拔长是沿垂直于工件的轴向进行锻打，以使其截面积减小，而长度增加的操作过程，如图2-8所示。

常用于锻造轴类和杆类等零件。