自由锻造工艺
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自由锻造和模型锻造的工艺过程
自由锻造和模型锻造的工艺过程自由锻造和模型锻造的工艺过程2009-06-28 20:50第6章自由锻造和模型锻造的工艺过程采用通用工具或直接在锻造设备的上下砧之间进行的锻造，称为自由锻造，简称自由锻。
自由锻的工艺灵活，锻造时金屑坯料只有部分表面与工具或上下砧面接触，其余为自由表面，坯料在水平方向进行塑性变形时流动自由，因而要求设备功率比模锻小；锻件形状和尺寸全凭锻工掌握和控制，因此生产效率低，锻件复杂程度和精度较低。
随着锻造生产的发展，批量的增加，自由锻件必然被生产效率高、精度高、锻件形状复杂的模锻件所代替，但特大型锻件还必须靠自由锻生产，而且随着科学技术的发展，自由锻造的现代化，锻件的内部质量、精度与生产效率都将有很大的提高。
采用模具在锻造设备上进行的锻造称为模型锻造，简称模锻。
模锻时金属坯料表面与模具全面接触，坯料在进行塑性变形时流动不自由，受到模壁限制，因而要求设备功率大；锻件的尺寸和形状由终锻模膛控制，余量小，精度与效率都高，而且便于实现机械化和自动化。
自由锻造适合于单件、小批生产，模型锻造则适合于大批量的生产。
6．1 自由锻造6．1．1 自由锻造基本工序自由锻造的基本工序有拔长、镦粗、冲孔、扩孔、切断、弯第97页形、扭转和错移等。
(1)拔长是使锻件长度增长、横截面积减小的操作工序，主要用于锻造轴类锻件，如台阶轴、拉杆和连杆等。
①拔长的基本方法拔长时沿坯料的一面顺次锻打一遍后，坯料一般会发生翘曲，应将坯料翻转180°后轻击拉直，然后再翻转90°顺次锻打。
对塑性较差的高合金钢等锻件，应采用沿螺旋方向翻转90°的方法锻造，以保证锻造时变形均匀和温度均匀。
翻转方法如图6—1所示。
②拔长的操作要点a．拔长时坯料每次进给量不得小于单面压下量，否则容易产生折叠。
b．直径较大的坯料拔成较小的圆截面时，应先锻成方形截面，当拔长到接近锻件直径时，再倒棱滚圆。
如果用圆钢拔成方钢，圆钢的最小直径应在方钢边长的1．4倍以上，才能保证锻得出。
自由锻造工艺
自由锻造工艺1. 引言自由锻造工艺是一种重要的金属加工方法，通过对金属材料进行锻造和塑性变形，来制造不同形状和尺寸的零件。
这种工艺具有许多优点，如能够提高零件的强度和耐久性，同时能够实现零件的设计自由度。
本文将介绍自由锻造工艺的重要性、应用范围以及操作步骤。
2. 自由锻造工艺的重要性自由锻造工艺在金属加工行业中扮演着重要的角色。
它能够通过变形和冷却的方式来改变材料的内部结构，从而提高零件的硬度和强度。
与其他金属加工方法相比，自由锻造具有以下优点：•良好的材料利用率：在自由锻造过程中，材料的变形和变化非常可控，因此能够实现较高的材料利用率。
•高精度的制造：自由锻造工艺能够实现复杂零件的制造，具有较高的精度和表面质量。
•经济高效：相对于其他加工方法，自由锻造不需要大量的设备和能源投入，因此具有较低的生产成本和较短的生产周期。
3. 自由锻造工艺的应用范围自由锻造工艺广泛应用于汽车、航空、船舶、建筑和冶金等行业。
下面是一些典型的应用案例：3.1 汽车制造汽车是自由锻造工艺的主要应用领域之一。
通过自由锻造工艺，可以制造出汽车发动机的曲轴、活塞、连杆等关键零件，以及转向器和悬挂系统中的连接杆等零件。
这些零件需要具有较高的强度和耐久性，以应对汽车在高速行驶和复杂路况下的工作。
3.2 航空航天在航空航天领域，自由锻造工艺被用于制造航空发动机的叶片、涡轮盘、引气器和连接件等关键部件。
由于航空航天领域对零件的高强度和轻量化要求非常高，因此自由锻造工艺能够满足这些要求，并且能够保证零件的精度和质量。
3.3 建筑工程在建筑工程领域，自由锻造工艺被用于制造大型结构零件，例如桥梁、钢结构建筑等。
这些结构零件需要具有较高的承载能力和耐久性，而自由锻造能够通过控制变形来实现对材料性能的改善，从而满足这些要求。
4. 自由锻造工艺的操作步骤自由锻造工艺的操作步骤可以分为以下几个阶段：4.1 前期准备在进行自由锻造之前，需要对材料进行选择和加热处理。
第四章 锻-自由锻
4.2 自由锻工艺
• • • • • • 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 自由锻工艺分类 自由锻基本工序分析 自由锻造的工艺设计 自由锻锻件的结构设计
4.2.1 自由锻工序分类
• 一. 自由锻工艺特点： 自由锻工艺特点： • 1. 工具简单、适合单件和小批量生产。 工具简单、适合单件和小批量生产。 • 2.自由锻件是由毛坯逐步变形而成，工具只与毛 自由锻件是由毛坯逐步变形而成， 自由锻件是由毛坯逐步变形而成 坯部分接触，故所需设备功率比模锻要小得多， 坯部分接触，故所需设备功率比模锻要小得多， 设备功率比模锻要 所以自由锻也适于锻造大型锻件。 所以自由锻也适于锻造大型锻件。 大型锻件 • 3.能锻造多种多样，变形程度相差很大的锻件。 能锻造多种多样 能锻造多种多样，变形程度相差很大的锻件。 • 4.自由锻是靠人工操作来控制锻件形状和尺寸的， 自由锻是靠人工操作来控制锻件形状和尺寸的， 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， 精度与操作者的技术程度有很大关系 锻件的精度与操作者的技术程度有很大关系，同 时具有效率低，劳动强度较大的特点。 时具有效率低，劳动强度较大的特点。 效率低
图4-1 平砧镦粗
图4-2
垫环镦粗
垫环镦粗：毛坯在单个垫环上或在两个垫环间进行的镦粗。 单个垫环上或在两个垫环间进行的镦粗 B 垫环镦粗：毛坯在单个垫环上或在两个垫环间进行的镦粗。 这种镦粗方法用于锻造带有单边或双边凸肩的饼状锻件。如图 这种镦粗方法用于锻造带有单边或双边凸肩的饼状锻件。如图4-2 凸肩的饼状锻件 所示。 所示。
图4-3 局部镦粗
图4-4 拔长
2.拔长：使毛坯横截面积减小而长度增加的锻造工序称为拔长。如 拔长：使毛坯横截面积减小而长度增加的锻造工序称为拔长。 拔长 横截面积减小而长度增加的锻造工序称为拔长 所示。 图4-4所示。 所示 除了用于轴杆锻件成形，还常用来改造锻件内部质量。 除了用于轴杆锻件成形，还常用来改造锻件内部质量。
自由锻造的工艺
自由锻造的工艺.txt 1 敷料：为简化锻件形状而增添的金属（也叫余块）。
2 加工余量：自由锻件精度、尺寸、表面质量较差。
需切削加工，所以，留余量。
3 锻造公差：锻件实际尺寸和名义尺寸之间所允许的最大偏差。
零件图用双点划线，锻件实线，零件尺寸加括号，公差查手册。
二计算坯料质量和尺寸1 锻件的坯料质量 G坯料=G锻+G烧+G料头G烧损=G锻×（2—3）% （首次）G锻×（1.5—2）% （二次以后）G料头=G锻×（2—4）% （钢材）2 尺寸：与第一道工序的变形性质有关。
镦粗：毛坯1.25＜H/D＜2.5拔长：钢锭坯料：y≥2.5—3轧制钢料：y=1.3—1.5坯料截面积=锻件最大部分截面×y三选择锻造工序：包括基本工序、辅助工序及修整工序。
根据锻件技术要求，坯料情况，生产批量等确定。
一般：盘类：镦粗、（或拔长、镦粗）冲孔。
轴类：拔长（拔+镦粗）、压肩。
筒类：镦粗（镦+拔）、冲孔、在心轴上拔长。
环类：镦粗（拔+镦）、冲孔。
四选择锻造设备镦粗：G=（0.002—0.003）kF（kg）k为系数，与σb有关，F为锻件镦粗后与工具接触面水平投影.(mm2)拔长: G=2.5F （kg）F—坯料横截面面积（cm2）五锻后冷却及热处理空冷坑冷炉冷退火正火（+高温回火）工具钢：正火或球化退火中碳钢、合金钢：一般调质。
（对于不进行最终热处理）坯料的加热和锻件的冷却1．加热的目的加热的目的是为了提高坯料的塑性，降低变形抗力，在坯料均匀热透的条件下，应尽量缩短加热时间，以减少金属氧化等缺陷，降低燃料消耗。
2．锻造温度范围锻造应在一定的温度范围内进行。
锻造温度范围是指由始锻温度到终段温度之间的温度。
(1)始锻温度允许加热的最高温度即始锻温度。
在不出现过热的前提下，应尽量提高始锻温度，以使坯料具有最佳的锻压性能，并能减少加热次数，提高生产率。
碳钢的始锻温度比固相线低200℃左右。
自由锻工艺
您当前的位置：第四章>>第四节返回4.4 自由锻工艺4.4.1 自由锻的工艺特点一．应用设备和工具有很大的通用性，且工具简单，所以只能锻造形状简单的锻件，操作强度大，生产效率低。
二．自由锻可以锻出质量从不到1kg到200～300t的锻件。
对大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，因此自由锻在重型机械制造中有特别重要的意义。
三．自由锻依靠操作者控制其形状和尺寸，锻件精度低，表面质量差，金属消耗也较多。
所以，自由锻主要用于品种多，产量不大的单件小批量生产，也可用于模锻前的制坯工序。
4.4.2 自由锻的基本工序无论是手工自由锻、锤上自由锻以及水压机上自由锻，其工艺过程都是由一些锻造工序所组成。
所谓工序是指在一个工作地点对一个工件所连续完成的那部分工艺过程。
根据变形的性质和程度不同，自由锻工序可分为：基本工序，如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、芯轴拔长、切割、弯曲、扭转、错移、锻接等，其中镦粗、拔长和冲孔三个工序应用得最多；辅助工序，如切肩、压痕等；精整工序，如平整、整形等三类。
一．镦粗镦粗是使坯料的截面增大，高度减小的锻造工序。
镦粗有完全镦粗如图4-15所示和局部镦粗。
局部镦粗按其镦粗的位置不同又可分为端部镦粗和中间镦粗两种，如图4-16所示。
图4-16完全镦粗镦粗主要用来锻造圆盘类（如齿轮坯）及法兰等锻件，在锻造空心锻件时，可作为冲孔前的预备工序。
镦粗的一般规则、操作方法及注意事项如下：1．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，如图4-17a所示。
工件镦弯后应将其放平，轻轻锤击矫正，如图4-17b所示。
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。
2．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。
图2-17 局部镦粗a)漏盘上镦粗 b)胎膜内镦粗 c)中间镦粗图4-17 镦弯的产生和矫正（a）镦弯的产生 b)镦弯的矫正3．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。
自由锻造和模型锻造的工艺过程
自由锻造和模型锻造的工艺过程自由锻造是一种常用的锻造工艺，它采用锻造机械或锻造设备对工件进行锤击、挤压或剪切等操作，将金属坯料加热至塑性状态后进行塑性变形，最终获得所需形状的工件。
自由锻造工艺具有以下几个主要步骤：1.材料准备：根据工件的要求，选择合适的材料，如钢、铝、铜等。
材料必须具备良好的塑性和可锻性。
2.加热：将所需锻造材料放入锻造炉中进行加热，通常采用电阻加热或气体燃烧器进行加热。
加热的目的是使材料达到塑性状态，方便进行塑性变形。
3.锻造：加热至适宜温度后，将材料放入锻造机械或锻造设备中进行锻造操作。
锻造操作可以通过压力，例如锤击或挤压，或通过剪切使工件变形。
锻造操作需要根据工件形状和尺寸进行精确控制，以确保最终获得所需形状的工件。
4.温度控制和冷却：在锻造过程中，材料会受到高温影响。
为了保证工件的质量和性能，需要对温度进行控制。
一般情况下，可以通过水冷却或自然冷却的方式快速降低工件温度。
5.后处理：完成锻造后，工件可能需要进行热处理、机械加工或表面处理。
这些处理可以改善工件的性能和外观。
模型锻造是一种常见的塑性加工工艺，它以模具为基础，通过压力和热力对金属坯料进行塑性变形，从而得到所需要的形状。
模型锻造的主要步骤如下：1.模具制造：首先需要根据工件的形状和尺寸，制作合适的模具。
模具可以用金属或其他材料制造而成。
2.材料准备：根据工件的要求，选择合适的材料坯料。
材料必须具备良好的塑性和可锻性。
3.加热：将材料加热至塑性状态，使其易于塑性变形。
加热的方式可以采用电阻加热或气体燃烧器进行。
4.锻造：将加热至塑性状态的材料放入模具中，施加适当的压力和热力，使材料变形。
锻造过程中需要精确控制温度和压力，以确保获得所需的形状。
5.冷却和后处理：完成锻造后，需要对工件进行冷却，使其恢复到室温，并可能需要进行热处理、机械加工或表面处理等后处理。
第5章自由锻工艺过程
3．钢锭规格的选择
1）首先确定钢锭的各种损耗，求钢锭的利用率
1 冒口 锭底 烧损 100%
碳素钢钢锭： 冒口 18% - 25%，锭底 5% - 7%
合金钢钢锭： 冒口 25% - 30%，锭底 7% -10%
计算钢锭质量：
G锭
G锻 G损
2）根据锻件类型，参照资料选取 G锭 G锻 /
•
每一次的加油，每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.12. 820.12. 8Tuesday, December 08, 2020
•
天生我材必有用，千金散尽还复来。0 5:51:04 05:51:0 405:51 12/8/20 20 5:51:04 AM
•
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 12.805: 51:0405 :51Dec-208-De c-20
4.4.3. 选择锻造设备
•空气锤利用电动机带动活塞产生 压缩空气，使锤头上下往复运动 进行锤击。
特点:结构简单，操作方便，维护 容易，但吨位较小，只能用来锻 造100kg以下的小型锻件。
•蒸汽－空气锤采用蒸汽和压缩空 气作为动力，其吨位稍大，可用 来生产质量小于1500kg的锻件，
5.3 自由工艺过程规程的制定
5.3 自由工艺过程规程的制定
4.4.3. 选择锻造设备
（1)在水压机上锻造
最大变形力 F pA
平均单位压力p根据不同情况分别计算
1）圆形截面锻件镦粗
当
H D
0.5时，
p
s (1
3
当
H D
0.5
时，
p
s (1
4
D) H D) H
D、H分别是锻造终了锻件的直径和高度， s 在相应变 形温度和速度下的真实流动应力
自由锻造工艺规程
自由锻造工艺规程本章将要紧介绍自由锻造工艺规程编制过程并举例进行说明。
自由锻造工艺规程要紧由锻件图的设计，计算锻件重量，确定坯料规格或者钢锭规格；设计锻造工步，计算变形程度；确定锻造温度与加热火次、确定锻件复杂程度；确定锻造设备、工装及工具；确定坯料加热规范、锻件冷却及热处理规范、锻件表面清理规范；确定锻件理化检验规范等等。
编制工艺过程时应注意下述两个原则1）根据车间现有的条件，所编制的工艺技术先进，能满足产品的全部技术要求。
2）在保证优质的基础上，提高生产率，节约金属材料消耗，经济合理。
8.1.设计锻件图锻件图是编制锻造工艺、设计工具、指导生产与验收锻件的要紧根据，也是联系其它后续加工工艺的重要技术资料，它是根据零件图考虑了加工余量，锻件公差、锻造余块、检验试样及工艺卡头等绘制而成。
通常锻件的尺寸与表面粗糙度，达不到零件图的要求，锻件表面应留有一定的机械加工余量（下列简称余量）。
余量的大小要紧取决于：零件的形状尺寸与加工精度、表面粗糙度要求、锻件加热质量、设备工具精度与操作技术水平等。
零件的公称尺寸加上余量即为锻件公称尺寸，关于非加工表面，则无需加放余量。
在锻造生产实际中，由于各类因素的影响，如终锻温度的差异、锻压设备工具的精度与工人操作技术上的差异、锻件实际尺寸不可能达到公称尺寸，同意有一定的误差，称之锻造公差。
锻件上不论是否需经机械加工，都应注明锻造公差。
通常公差约为余量的1/4～1/3。
锻件的余量与公差具体数值可查阅有关手册、标准或者工厂标准确定。
图8.1 锻件的各类余块为了简化锻件外形或者根据锻造工艺需要，在零件上较小的孔、狭窄的凹档、直径差较小而长度不大的台阶等难于锻造的地方，通常都需填满金属（这部分金属叫做锻造余块），但这样做增加了机械加工工时与金属损耗。
因此，是否加放余块，应根据零件形状、锻造技术水平、加工成本等综合考虑确定。
除了锻造工艺要求加放余块之外，关于有特殊要求的锻件，尚需在锻件的适当位置添加试样余块（供检验锻件内部组织与力学性能试验用等）、热处理或者机械加工用夹头等。
第十章 自由锻造工艺
图10-11 局部镦粗
二．拔长
使毛坯横截面减小而长度增加的锻造工序。
作用： 成形轴杆类锻件； 改善锻件内部质量。
（1）拔长变形特点： 拔长前变形区的长、宽、高分别为：l0、b0、h0。
拔长后变形区的长、宽、高分别为：l、b、h。
送进量l0 相对送进量l0/h0 压下量Δh＝h0－h 展宽量Δb＝b－b0, 拔长 量Δl＝l－ l0
理论计算法：根据塑性成形原理建立的公式，算出锻件成形 所需的最大变形力（或变形功），按此选取设备吨位。
经验类比法：在统计分析生产实践数据的基础上，整理出经 验公式、表格或图线，根据锻件某些主要参数（如质量、尺 寸、接触面积），直接通过公式、表格或图线选定所需锻压 设备吨位。
五、制订自由锻工艺规程卡
锻造工艺规程卡上需填写工艺规程制定的所有内容。它包括： 下料方法 工序 火次 加热设备 加热及冷却规范 锻造设备 锻件锻后处理。
第四节
胎模锻造简介
一．胎模锻及工艺特点：
在自由锻设备上采用活动模具成形锻件的方法称为胎模锻。 主要工艺特点：
1．与自由锻比，可以得到较高的锻件精度和较高的生产率； 2．与模锻比，不需要专用的模锻设备，可以在自由锻锤上生产模锻件， 胎模的制造简单、成本低； 3．采用人力操作胎模，劳动强度大； 4．适于小型锻件小批或中批生产。
变形程度表示: 压下量ΔH 镦粗比KH=H0/H
图10-2 平砧镦粗
(1)平砧镦粗：指毛坯在上下两个平砧之间的镦粗
根据镦粗后网格的变形程度分为三个变形区: 区域Ⅰ：难变形区； 区域Ⅱ：大变形区； 区域Ⅲ：小变形区，变形程度介于区域Ⅰ与区域Ⅱ之间。
变形结果：变 形不均匀，易 出现缺陷。
二．拔长
使毛坯横截面减小而长度增加的锻造工序。
作用： 成形轴杆类锻件； 改善锻件内部质量。
（1）拔长变形特点： 拔长前变形区的长、宽、高分别为：l0、b0、h0。
拔长后变形区的长、宽、高分别为：l、b、h。
送进量l0 相对送进量l0/h0 压下量Δh＝h0－h 展宽量Δb＝b－b0, 拔长 量Δl＝l－ l0
理论计算法：根据塑性成形原理建立的公式，算出锻件成形 所需的最大变形力（或变形功），按此选取设备吨位。
经验类比法：在统计分析生产实践数据的基础上，整理出经 验公式、表格或图线，根据锻件某些主要参数（如质量、尺 寸、接触面积），直接通过公式、表格或图线选定所需锻压 设备吨位。
五、制订自由锻工艺规程卡
锻造工艺规程卡上需填写工艺规程制定的所有内容。它包括： 下料方法 工序 火次 加热设备 加热及冷却规范 锻造设备 锻件锻后处理。
第四节
胎模锻造简介
一．胎模锻及工艺特点：
在自由锻设备上采用活动模具成形锻件的方法称为胎模锻。 主要工艺特点：
1．与自由锻比，可以得到较高的锻件精度和较高的生产率； 2．与模锻比，不需要专用的模锻设备，可以在自由锻锤上生产模锻件， 胎模的制造简单、成本低； 3．采用人力操作胎模，劳动强度大； 4．适于小型锻件小批或中批生产。
变形程度表示: 压下量ΔH 镦粗比KH=H0/H
图10-2 平砧镦粗
(1)平砧镦粗：指毛坯在上下两个平砧之间的镦粗
根据镦粗后网格的变形程度分为三个变形区: 区域Ⅰ：难变形区； 区域Ⅱ：大变形区； 区域Ⅲ：小变形区，变形程度介于区域Ⅰ与区域Ⅱ之间。
变形结果：变 形不均匀，易 出现缺陷。
【经典】第三章自锻工艺
表面折叠产生原因：纠正坯料棱形截面时过分压下，造成 斜度增加，90°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。
3.内部横向裂纹 产生原因与防止：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 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。
6）复杂形状锻件：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。
基本工序
3－3 自由锻基本工序
镦粗 拔长 冲孔 扩孔 弯曲 错移
等六种工序。
一、镦粗
1）定义：使坯料高度减小而横截面增大的成形工序。
2）镦粗的目的：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。
变形时A区金属轴向流动，借助与外端的作用力拉着B区一起伸 长，实现拔长。 A区金属沿切向流动时受B区金属的限制，B区对A 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
（3）芯轴拔长时易出现问题 内孔裂纹:裂纹产生是由于坯料内壁产生切向拉应力超过材料
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 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 差造成，采用V型砧和捶击均匀、避免在一处捶击可减少裂纹。
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 轴向受附加拉应力造成，对于塑性较差材料和砧面摩擦系数过大时 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：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 向产生附加拉应力，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。
3.内部横向裂纹 产生原因与防止：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 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。
6）复杂形状锻件：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。
基本工序
3－3 自由锻基本工序
镦粗 拔长 冲孔 扩孔 弯曲 错移
等六种工序。
一、镦粗
1）定义：使坯料高度减小而横截面增大的成形工序。
2）镦粗的目的：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。
变形时A区金属轴向流动，借助与外端的作用力拉着B区一起伸 长，实现拔长。 A区金属沿切向流动时受B区金属的限制，B区对A 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
（3）芯轴拔长时易出现问题 内孔裂纹:裂纹产生是由于坯料内壁产生切向拉应力超过材料
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 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 差造成，采用V型砧和捶击均匀、避免在一处捶击可减少裂纹。
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 轴向受附加拉应力造成，对于塑性较差材料和砧面摩擦系数过大时 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：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 向产生附加拉应力，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。
自由锻工艺过程
工序： 基本工序： 墩粗、冲 孔、扩孔或芯轴拔长
辅助和修整工序：倒棱、滚 圆、校正等工步
轴杆类锻件
主要有传动轴、轧辊、立柱、拉 杆等零件。 工序： 基本工序：拔长或 墩粗+ 拔长工步
辅助和修整工序：倒棱、滚圆 工步
曲轴类锻件
工序： 基本工序：拔 长、错移和扭转等工 步
辅助和修整工序： 分段压痕、局部倒棱、 滚圆和校正等工步
1 下料 2 压槽 3错移 4 压槽 5 压出Ⅰ和Ⅲ 6 压槽 7 摔出中
间，两端轴颈 8 扭转，Ⅰ和Ⅲ拐各扭30°
弯曲类锻件 工序： 基本工序： 拔长、弯曲工步
辅助和修整工序：
分段压痕、滚圆和平 整等工步
复杂形状类锻件：主 要有阀体、叉杆、吊 环体、十字轴等零件。 锻造难度较大。
自由锻件的分类
第5章
自由锻工艺过程 自由锻工艺过程的实质是利用简单的工
具逐步改变坯料的形状、尺寸和状态，以 获得所要求形状、尺寸和性能的锻件的加 工程序.
自由锻研究的主要内容是：
对于碳钢和低合金钢的中小型锻件，在锻造时 主要是成形问题，要求掌握金属的流动规律。
对于大型锻件和高合金钢锻件，因为用钢锭为 原材料，锻造时的关键是质量问题，除了提高原 材料冶金质量外，还应从锻造工艺方面采取措施 。
概念：余块 锻造比 1.自由锻造工序如何分类？各工序变形有何特点？ 2.“镦粗比”与“锻造比”有何不同？各用于什么条件？有什么实用意义？ 锻造比对组织和性能有何影响？ 3.自由锻工艺规程包括哪些内容？如何填写工艺卡片？ 4. 改善大锻件内部质量有哪些措施？
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空心类锻件
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轴类锻件的生产过程
1）坯料重量G坯为锻件重量与锻造时各种
金属损耗重量之和。
辅助和修整工序：倒棱、滚 圆、校正等工步
轴杆类锻件
主要有传动轴、轧辊、立柱、拉 杆等零件。 工序： 基本工序：拔长或 墩粗+ 拔长工步
辅助和修整工序：倒棱、滚圆 工步
曲轴类锻件
工序： 基本工序：拔 长、错移和扭转等工 步
辅助和修整工序： 分段压痕、局部倒棱、 滚圆和校正等工步
1 下料 2 压槽 3错移 4 压槽 5 压出Ⅰ和Ⅲ 6 压槽 7 摔出中
间，两端轴颈 8 扭转，Ⅰ和Ⅲ拐各扭30°
弯曲类锻件 工序： 基本工序： 拔长、弯曲工步
辅助和修整工序：
分段压痕、滚圆和平 整等工步
复杂形状类锻件：主 要有阀体、叉杆、吊 环体、十字轴等零件。 锻造难度较大。
自由锻件的分类
第5章
自由锻工艺过程 自由锻工艺过程的实质是利用简单的工
具逐步改变坯料的形状、尺寸和状态，以 获得所要求形状、尺寸和性能的锻件的加 工程序.
自由锻研究的主要内容是：
对于碳钢和低合金钢的中小型锻件，在锻造时 主要是成形问题，要求掌握金属的流动规律。
对于大型锻件和高合金钢锻件，因为用钢锭为 原材料，锻造时的关键是质量问题，除了提高原 材料冶金质量外，还应从锻造工艺方面采取措施 。
概念：余块 锻造比 1.自由锻造工序如何分类？各工序变形有何特点？ 2.“镦粗比”与“锻造比”有何不同？各用于什么条件？有什么实用意义？ 锻造比对组织和性能有何影响？ 3.自由锻工艺规程包括哪些内容？如何填写工艺卡片？ 4. 改善大锻件内部质量有哪些措施？
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轴类锻件的生产过程
1）坯料重量G坯为锻件重量与锻造时各种
金属损耗重量之和。
(完整word版)自由锻工艺设计
制定自由锻工艺规程零件图图示的为一轴类零件，制定自由锻工艺规程。
该零件使用材料为45钢，采用自由锻制坯，设计过程如下：（1）绘制锻件图，根据零件图并考虑余量和公差绘出锻件图（参考李尚建—《锻造工艺及模具》）ⅠⅡⅢⅣⅤ（2）制定变形工艺（3）由锻件图可知，该轴最大轴径D2=296mm，轴向长度L=1425mm。
参照类似锻件锻造工艺确定工艺方案如下：坯料——预拔长——压肩——拔长制成品（4）工序尺寸的计算①预拔长：考虑拉缩问题，取保险量△=30mm，因此预拔长直径D拔=296+30=326mm②分段压痕压肩：轴Ⅰ，Ⅴ段，考虑到拔长后端面不平，切除料头质量，下料体积VⅠ0=1/4xπDⅠ2xL1+0.21D3 =12585218mm3下料长度LⅠ0= 4VⅠ0/(πD2拔)=150mm轴ⅡⅣ段，根据经验应按大于工程尺寸并小于正公差下料VⅡ0=1/4xπDⅡ2xLⅡ=8772435mm3下料长度LⅡ0= 4VⅡ0/(πD2拔)=105.2mm轴Ⅲ段VⅢ0=1/4xπDⅢ2xLⅢ=20286598mm3下料长度LⅢ0= 4VⅢ0/(πD2拔)=243.2mm压肩深度按下时确定h=（1/3~1/4）x（D-d）=（1/3~1/4）x（296-212）=21~28mm ⑸计算坯料尺寸原坯料尺寸包括锻件尺寸及烧损，即V0=(V锻+V切)x（1+δ）V锻=59000168 mm3V切=4001813 mm3取烧损率δ=3.5%得V0=65207051 mm3选择圆柱坯料Φ340，即D0=340mmH0=4V0/(πD20)=718mm锻件重量G坯=ρx V0=515Kg⑹选择设备吨位根据锻件形状尺寸，查表3—10，选用3.0吨自由锻锤⑺确定锻造火次及温度范围45钢始锻温度为1200℃终锻温度为800℃㈧热处理为方便机加工，锻件热处理定为退火，随炉冷却工艺卡片。
自由锻造工艺分析
自由锻造工艺分析自由锻造是使用冲击力或使用压力将放置在上下砧面之间金属无论处于任何方向都会自由变形，没有任何限制能够获取所需要形状和尺寸及一定机械性能的锻造零件的一种加工方法。
使用工具和机械设备简单，良好的通用性，费用低是自由锻造的特点。
与铸造毛坯比较，自由锻造去除了缩孔、缩松、气孔等缺点，这样使毛坯提高了力学性能。
锻造零件外观简单，操控灵活，所以在制造重要零件和重型机器方面具有十分重要的意义。
标签：自由锻造；基本工序；特点1 自由锻造的基本工序1.1 基本工序为了达到所需要的形状和尺寸，必须使金属在一定程度范围内发生属性变形。
比如，镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转等。
1.2 辅助工序为使基本工序操控方便，因而进行的某些事先变形的工序。
比如压钳口、压肩等。
1.3 精整工序应该在终端温度以下进行。
例如清理锻件表面的凸凹不平部位和整形等，主要目的是减少锻件表面存在的缺陷。
文章将重点介绍基本工序：（1）拔长。
也称延伸。
这道工序能使坯料横断面积减小，但是长度却增加。
锻造杆、轴类零件经常使用此工序。
其方法主要分两种。
一种是拔长工序在平砧上。
另一种是拔长工序在芯棒上。
进行锻造时，首先将芯棒放入冲好孔的坯料里，之后作为实心坯料进行拔长。
进行拔长时，多数情况不是一次拔成。
首先把坯料拔成六角形，锻造到需要长度后，然后倒角滚圆，拿出芯棒。
为了方便拿出芯棒，芯棒的工作部分应该具有1：100左右的斜度。
应用这种拔长方法能够使空心坯料增加长度，减少壁厚，内径保持原状，锻造套筒类长空心锻造零件经常采用才方法。
（2）镦粗。
镦粗是将毛坯高度减少，横截面积增加的锻造工序。
主要应用在锻造齿轮坯、圆饼式锻件上。
镦粗工序能够有效改善坯料组织，减小力学性能的变异。
反复进行镦粗与拔长能够改善高合金工具钢中碳化物的形态和状态的分布。
镦粗主要有以下三种形式：一是完全镦粗。
把坯料垂直放置在砧面上。
由于上砧的锤击，坯料高度发生减小，横截面积增加，从而发生塑性变形。
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L<0.5h时，坯料内部的变形也是不均匀的，上部和下部变形大， 中部变形小，中间部分锻不透，轴心部分沿轴向受附加拉应力，轴 心部分原有的缺陷进一步扩大，易产生内部横向裂纹。
综合考虑送进量对拔长效率和锻件质量两方面的影响，一般认 为，相对送进量L/h =0.5～0.8较为合适，或绝对送进量取L=（0.4～ 0.8）b，b为砧宽。
冲孔时，毛坯分成两部分：冲头下面的园柱体A和冲头以外的 园环区B。应力应变简图，
A区金属的变形相当于园环包围下的镦粗，冲孔时的单位压力比 自由镦粗时要大，环壁愈厚时单位冲孔力也愈大。
B区金属的变形主要是由于A区的变形引起的。总的变形趋势是： 径向压缩变形，切向伸长变形，轴向应变则可能是伸长，也可能是 缩短，主要取决于径向压应力的大小，即取决于环壁的厚度：
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。
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），
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。
这是因为坯料被压缩时，沿横截面上金属流动的情况如下图所示，
A区（困难变形区）金属带着靠着它的a区金属向轴心方向移动，B 区金属带着靠着它的b区金属向增宽方向流动，a、b两区的金属向 着两个相反的方向流动，当坯料翻转90°再锻打时，a、b两区调换 了一下，但其金属的流动仍沿着两个相反的方向，因而DD1和EE1便 成为两部分金属最大的相对移动线，在DD1和EE1线附近金属的变形 最大，反复翻转锻打时，a、b两区的金属剧烈的变形产生很大的热 量，使两区温度剧升，很快过热，甚至发生局部融化现象，在剪应 力作用下，很快沿对角线产生破坏；坯料质量不好，加热时间较短， 内部温度较低，或打击过重时，由于沿对角线上金属流动过于剧烈， 产生严重的加工硬化现象，也促使金属很快地沿对角线开裂。
的锻件； ⑵、冲孔前增大坯料横截面积和平整坯料端面； ⑶、提高下一步拔长时的锻造比； ⑷、提高锻件的机械性能和减小机械性能的异向性； ⑸、反复进行镦粗和拔长可以破碎合金工具钢中的碳化物，
并使其均匀分布。
３、镦粗工序的主要质量问题和变形流动特点（以园截面坯料为例）
⑴、主要质量问题：侧表面易产生纵向或呈45°方向的裂纹；
6、局部镦粗
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
1、定义：使毛坯横截面减小而长度增加的成形工序称为拔长。 2、用于：轴杆类零件；改善锻件内部质量。
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，则锻透的效
果更好，但用上下平砧拔长园形截面毛坯时，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，应按 → →
变化不大。
③、D/d很大，>5,环壁很厚时，由于外侧的， r z 均较
5、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H 、环孔斜度及
摩擦条件等。
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。
④、采用铆镦、迭镦和套环内镦粗： 铆镦：预先将坯料端部局部成形，再重击镦粗把内凹部分镦出，然 后镦成园柱形。对于小坯料可先将坯料斜放，轻击，旋转打棱成下 图的形状。
锭料镦粗后上、下端常保留铸态组织；
高坯料镦粗时常由于失稳而弯曲等。
⑵、变形流动特点：一般坯料（H/D=0.8～2）在平板间镦粗 时，外观呈现鼓形（中间直径大，两端直径小）。通过网格实验 （对试件变形前后网格的测量和计算）可以看出镦粗时坯料内部的 变形是不均匀的。变形程度沿轴向和径向的分布如下图：
变形区按变形程度大小大致分为三个区：
→
→
毛坯的变形方案拔长，不但可以提高拔长效率，还能减小中心开裂 危险。
④、拔长操作的影响
拔长时毛坯送进与翻转的方法有3种，分别适合不同坯 料的拔长。
三、冲孔
定义：采用冲子将毛坯冲出透孔或不透孔的工序称为冲孔。 常用的冲孔方法：开式冲孔、实心冲子冲孔、空心冲子冲孔、在 垫环上冲孔和闭式冲孔 １、金属变形流动特点（以开式实心看出，在L/a=1处，L ＞ a ，
即拔长时沿横向流动的金属量少于沿轴向
流动的量；而在自由镦粗时，L =a ，这
是由于拔长时两端不变形金属的影响造成
的，它阻止了变形区金属横向的变形和流
动。
4、矩形截面坯料拔长时的生产率：
拔长时的生产率与相对压缩程度和进料比有关。
①、相对压缩程度 n ：
⑵、变形流动特点及影响拔长质量的工艺因素
矩形截面拔长时内部的变形情况与镦粗相似，但又受两端未变形 部分（外端、刚端）的牵制。拔长时的锻透程度，内外部裂纹及锻 件成形质量，均与拔长时的变形分布和应力状态直接有关，并取决 于送进量、压下量、砧子形状、拔长操作等因素。
①、送进量的影响；当送进量较大（L>0.5h）时，轴心部分变 形大，处于三向压应力状态，有利于焊合坯料内部的孔隙、疏松， 而侧表面（切向）受拉应力。当送进量过大（L>h）和压下量也很 大时，此处可能因展宽过多而产生较大的拉应力引起开裂。
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。
当高径比H/D＞3的毛坯进行镦粗时，容易产生纵向弯曲，使变 形失去稳定。控制高径比：圆钢H/D不超过2.5～3，方形或矩形截 面毛坯的高径比不大于3.5～ 4 。
4、保证内部组织均匀，防止侧表面裂纹产生应采取的措施： 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
对于较大的坯料可先用赶铁赶成上右图的形状。 迭镦：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。
在套环内镦粗：在坯料的外围加一个碳钢的外套，靠套环的径向压 力来减小由于变形不均而引起的附加拉应力。
⑤、采用反复镦粗拔长的锻造工艺：使镦粗时困难变形区在拔长时 受到变形，使整个坯料各处变形都比较均匀。
区域Ⅰ：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（ 、 大），变形愈困难。
③低快、，在变平形板抗间力热大镦，粗变坯形料愈时困，难与。工具结触 2的上下3端金属由于温度降
区域Ⅱ：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：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”。
第十章 自由锻造工艺
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、能锻造多种多样、变形程度相差很大的锻件。
⑷、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，同时具有效率低，劳动强 度较大的特点。
①、D/d较小，≤2～3，即环壁薄时，|r|较小，| |较大，代数
值按顺序大小为：，、、 z r，且这时 z ≈ ，r 这时切向为正应变，
径向和轴向是负应变，出现“拉缩”现象，冲孔后坯料高度减小。
②况小、，D/d较z ≈大，12≈(3r～5，即)，环于壁是较轴厚向时应，变|很r小|，较冲大孔，后坯较料①高种度情
（横截面减小的程度大），可以减小所需的压缩次数；但是，进料 比小时，对于一定长度的毛坯，压缩一遍所需的送进次数增多。实 际生产中取L=（0.4～0.8）b，b 为平砧的宽度。
5、矩形截面拔长时的主要质量问题和变形流动特点。 ⑴、主要质量问题
①、坯料外部表面横向裂纹， ②、坯料外部表面角裂 ③、内部组织和性能的不均匀 ④、内部的纵向裂纹 ⑤、内部的横向裂纹
第一节 自由锻工序分类
基本工序：镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、 弯曲、切割、错移、扭转、锻接等。
辅助工序：钢锭倒棱、预压钳把、分段压痕 修整工序：鼓形滚圆、端面平整、弯曲校正
第二节 自由锻基本工序分析
一、镦粗： １、定义：使毛坯高度减小而横截面增大的成形工序。 ２、镦粗用于： ⑴、由横截面积较小的坯料得到横截面积较大而高度较小
同时，由于轴心区金属的变形显著，受刚端及工具摩擦的影响， 外层金属是被拉着伸长的。与外端相接近的部分受拉应力最大，变 形也越大，因而容易在此处产生表面横向裂纹。
同时，在边角部分，由于冷却较快，塑性降低，更易开裂。高 合金钢和某些耐热合金拔长时，常易产生角裂，操作时需注意经常 倒角。拔长高合金工具钢时，当送进量较大，并且在坯料同一部分 反复重击时，常易沿对角线产生裂纹。