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## 一、自由锻前准备。
1. 设计锻件图，根据齿轮轴的使用要求和工作条件，设计出合理的锻件图。
自由锻造工艺规程的编制及举例制定自由锻工艺规程的过程就是自由锻工艺设计的过程。
主要有以下内容：(一)绘制锻件图自由锻件的锻件图是在零件图的基础上考虑了加工余量、锻造公差、工艺余块等之后绘制的图绘制自由锻件的锻件图可按以下步骤进行：1.简化锻件形状为了简化锻造工艺，零件上的小孔、凹档、台阶等部分，可加上余块而不予锻岀，如图a。
是否加余块要根据零件的形状、尺寸、锻造技术水平和经济效果来确定。
2.确定加工余量和锻件公差(1)机械加工余量【机械加工余量】为使零件具有一定的加工尺寸和表面粗糙度，在零件表面需要加工的部分，锻件上留一层供作机械加工用的金属，称作机械加工余量（见上图a）。
（2）余块【余块】为简化锻件外形及锻造过程，在锻件的某些地方和添一些大于机械加工余量的金属，种加添的金属称作余块（见上图a）。
（3 ）锻件公差【锻件公差】锻件实际尺寸与基本尺寸之间所允许的误差。
公差值的大小是根据锻件形状、寸并考虑生产的具体情况而定的。
3．绘制锻件图在锻件图上，规定用粗实线绘出锻件的形状。
为了便于了解零件的形状和检查锻件的实际加工余量，在锻件图上还要用双点划线绘出零件的主要形状，如图10-27b 。
（二）计算坯料质量与尺寸【坯料质量】坯料质量可按下式计算G 坯料=G 锻件+G 烧损+G 料头式中G 坯料——坯料质量G 锻件——锻件质量G 烧损——加热时由于坯料表面氧化而烧损的质量。
第一次加热取被加热金属的2~3%，以后每次加热取1.5~2.0%G 料头——在锻造过程中冲掉或切掉的那部分金属的质量。
如冲孔时坯料中部的料芯，修切端部的料头等。
当锻造大型锻件时，如采用钢锭作坯料，还要考虑应切掉的钢锭头部和尾部的质量。
2．坯料尺寸根据坯料质量即可确定坯料尺寸。
在计算坯料尺寸前，先要考虑锻造比。
【锻造比】是指坯料在锻造前后的断面积的比值。
对于拔长工序来说，其锻造比R d 可按下式计算:R d =A 0 /A 1 或L 1 /L 0式中A 0 、A 1 ——拔长前、后坯料的断面积；L 0 、L 1 ——拔长前、后坯料的长度。
第十章锻压章节重点本章重点介绍了锻压的分类、特点、应用塑性变形对金属组织和性能的影响自由锻的主要工序及工艺要点锻压件的特点及应用。
学习目标1了解锻压的分类、特点、应用。
2理解塑性变形对金属组织和性能的影响常用金属的锻压性能。
3了解自由锻的主要工序及工艺要点识读锻件图、坯料的质量和尺寸、锻造工序、加热和冷却规范、锻造设备等会画简单锻件图。
4了解其他常用锻压方法的特点及应用、锻压技术发展趋势。
5初步具备合理选择典型零件的锻压方法、分析锻件结构工艺性具有锻件质量与成本分析的初步能力。
第一节锻压的基本知识一、锻压的概述【锻压】是指对坯料施加压力使其产生塑性变形改变尺寸、形状及改善性能用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。
它是锻造和冲压的总称。
锻压包括轧制、挤压、拉拨、自由锻造、模型锻造、冲压等加工方法其典型工序实例如图所示。
常用的锻压加工方法锻压加工是以金属的塑性变形为基础的各种钢和大多数非铁金属及其合金都具有不同程度的塑性因此它们可在冷态或热态下进行锻压加工而脆性材料如灰铸铁、铸造铜合金、铸造铝合金等则不能进行锻压加工。
金属锻压加工的主要特点: 优点1 能改善金属内部组织提高金属的力学性能。
2 节省金属材料。
与直接切削钢材的成形相比还可以节省金属材料的消耗而且也节省加工工时。
3 生产效率较高。
如齿轮轧制、滚轮轧制等制造方法均比机械加工的生产率高出几倍甚至几十倍以上。
缺点: 1 不能获得形状很复杂的制件其制件的尺寸精度、形状精度和表面质量还不够高 2 加工设备比较昂贵制件的成本比铸件高。
二、金属的塑性变形金属在外力作用下将产生变形其变形过程包括弹性变形和塑性变形两个阶段。
【弹性变形】是指除去外力后物体完全恢复原状的变形。
【塑性变形】是指作用在物体上的外力取消后物体的变形不完全恢复而产生的永久变形。
塑性变形不仅能用于成形加工还会对金属的组织和性能产生很大影响。
一塑性变形的实质1 单晶体的塑性变形单晶体的变形方式有滑移和孪生两种。
编号课程设计说明书题目齿轮零件锻造工艺及模具设计二级学院材料科学与工程学院专业材料成形及控制工程班级学生姓名廖本洪指导教师夏华时间19-20周目录绪论241.1零件分析 (4)452.3 确定锻件模锻斜度 (8)8993 锤用锻模设计 (10)3.1 设备吨位的确定03.2 选择飞边槽01224 锤上模锻工艺设计 (12)2236167锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定 (17)78888 确定模具材料及热处理的要求 (18)1101绪论锻造是一种借助工具或模具在冲击或压力作用下加工机械零件或零件毛坯的方法。
与其它加工方法相比，锻造加工生产率高；锻件的形状,尺寸稳定性好，并具有最佳的综合力学性能。
锻件的最大优势是韧性高，纤维组织合理，件与件之间性能变化小；锻件的内部质量与加工历史有关，不会被任何一种金属加工工艺超过。
锻造生产根据使用工具和生产工艺的不同而分为自由锻、模锻和特种锻造。
自由锻造：一般是指借助简单工具，如锤，砧，型砧，摔子，冲子，垫铁等对铸锭或棒材进行镦粗，拔长，弯曲，冲孔，扩孔等方式生产零件毛坯。
加工余量大，生产效率低；锻件力学性能和表面质量受生产操作工人的影响大，不易保证。
这种锻造方法只适合单件及极小批量或大锻件的生产；不过，模锻的制坯工步有时也采用自由锻。
特种锻造：有些零件采用专用设备可以大幅度提高生产率，锻件的各种要求也可以得到很好的保证，特种锻造有一定的局限性，特种锻造机械只能生产某一类型的产品，因此适合于生产批量大的零部件。
模锻：模锻是指将坯料放入上下模块儿的模膛间，借助锻锤锤头，压力机滑块或液压机活动横梁向下的冲击或压力成形为锻件。
锻模的上下模块分别紧固在锤头和底座上。
模锻件余量小，只需少量的机械加工（有的甚至不加工）。
模锻生产效率高，内部组织均匀，件与件之间的性能变化小，形状和尺寸主要靠模具保证，受操作人员的影响小。
锻造应用范围广，几乎所有的运动的受力部件都由锻造成形，大到飞机轮船小到我们生活中的日常用品，锻造是现代工业的重要组成部分，同时也推动现代工业的不断向前发展。
自由锻造工艺规程第八章自由锻造工艺规程编制本章将主要介绍自由锻造工艺规程编制过程并举例进行说明。
自由锻造工艺规程主要由锻件图的设计，计算锻件重量，确定坯料规格或钢锭规格；设计锻造工步，计算变形程度；确定锻造温度以及加热火次、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.设计锻件图一般锻件的尺寸和表面粗糙度，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（以下简称余量）。
余量的大小主要取决于：零件的形状尺寸和加工精度、表面粗糙度要求、锻件加热质量、设备工具精度和操作技术水平等。
零件的公称尺寸加上余量即为锻件公称尺寸，对于非加工表面，则无需加放余量。
在锻造生产实际中，由于各种因素的影响，如终锻温度的差异、锻压设备工具的精度和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，允许有一定的误差，称为锻造公差。
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。
锻件的余量和公差具体数值可查阅有关手册、标准或工厂标准确定。
余量余面余块余量余面余块余量余块试样试样热缓冲区或工艺夹头图8.1锻件的各种余块为了简化锻件外形或根据锻造工艺需要，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和金属损耗。
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，对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和力学性能试验用等）、热处理或机械加工用夹头等。
见图8.1示例。
1 目的对本公司的锻压过程作出具体规定，确保产品的最终质量。
2 范围适用于本公司的自由锻工序。
3 职责生产部负责开发和维护此作业流程，并且确定各设备操作中的负责人4 程序4.1 自由锻工序自由锻工序：基本工序、辅助工序和修整工序。
4.1.1 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。
4.1.1.1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4.1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4.1 镦粗a）全镦粗b）局部镦粗4.1.1.2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4.2常用于锻造轴类和杆类等零件。
对于圆形坯料，一般先锻打成方形后再进行拔长，最后锻成所需形状，或使用V型砧铁进行拔长，如图4.3图4.2拔长图4.3用V型砧铁拔长圆坯料4.1.1.3冲孔利用冲头在工件上冲出通孔或盲孔的操作过程。
常用于锻造齿轮、套筒和圆环等空心锻件，对于直径小于25mm的孔一般不锻出，而是采用钻削的方法进行加工。
a)在薄坯料上冲通孔时，可用冲头一次冲出。
若坯料较厚时，可先在坯料的一边冲到孔深的2／3深度后，拔出冲头，翻转工件，从反面冲通，以避免在孔的周围冲出毛刺，如图4.4b)实心冲头双面冲孔时，圆柱形坯料会产生畸变。
畸变程度与冲孔前坯料直径D0、高度H0和孔径d1等有关。
D0/d1愈小，畸变愈严重，另外冲孔高度过大时，易将孔冲偏，因此用于冲孔的坯料直径D0与孔径d1之图4.4孔a）薄坯料冲孔b）厚坯料冲孔1－冲头2－坯料3－垫环4－芯料4.2 辅助工序4.2.1 为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序（压钳口、切肩等）。
自由锻造工艺规程的编制及举例制定自由锻工艺规程的过程就是自由锻工艺设计的过程。
主要有以下内容 :（一）绘制锻件图自由锻件的锻件图是在零件图的基础上考虑了加工余量、锻造公差、工艺余块等之后绘制的图。
绘制自由锻件的锻件图可按以下步骤进行 :1.简化锻件形状为了简化锻造工艺，零件上的小孔、凹档、台阶等部分，可加上余块而不予锻出，如图a。
是否加余块要根据零件的形状、尺寸、锻造技术水平和经济效果来确定。
ａ）ｂ）a) 机械加工余量、台阶、法兰、凹挡b)锻件图锻件2. 确定加工余量和锻件公差(1)机械加工余量【机械加工余量】为使零件具有一定的加工尺寸和表面粗糙度，在零件表面需要加工的部分，在锻件上留一层供作机械加工用的金属，称作机械加工余量 (见上图a)。
(2) 余块【余块】为简化锻件外形及锻造过程，在锻件的某些地方和添一些大于机械加工余量的金属，这种加添的金属称作余块 (见上图a)。
(3）锻件公差【锻件公差】锻件实际尺寸与基本尺寸之间所允许的误差。
公差值的大小是根据锻件形状、尺寸并考虑生产的具体情况而定的。
3．绘制锻件图在锻件图上，规定用粗实线绘出锻件的形状。
为了便于了解零件的形状和检查锻件的实际加工余量，在锻件图上还要用双点划线绘出零件的主要形状，如图10-27b。
（二）计算坯料质量与尺寸【坯料质量】坯料质量可按下式计算G 坯料 =G 锻件 +G 烧损 +G 料头式中 G 坯料——坯料质量G 锻件——锻件质量G 烧损——加热时由于坯料表面氧化而烧损的质量。
第一次加热取被加热金属的2~3%，以后每次加热取1.5~2.0%G 料头——在锻造过程中冲掉或切掉的那部分金属的质量。
如冲孔时坯料中部的料芯，修切端部的料头等。
当锻造大型锻件时，如采用钢锭作坯料，还要考虑应切掉的钢锭头部和尾部的质量。
2．坯料尺寸根据坯料质量即可确定坯料尺寸。
在计算坯料尺寸前，先要考虑锻造比。
【锻造比】是指坯料在锻造前后的断面积的比值。
对于拔长工序来说，其锻造比 R d 可按下式计算:R d =A 0 /A 1 或 L 1 /L 0式中 A 0 、 A 1 ——拔长前、后坯料的断面积；L 0 、 L 1 ——拔长前、后坯料的长度。
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。
齿轮自由锻工艺规程的
制定
公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
齿轮锻造工艺规程的制定
1.设计、绘制锻件图
图—1 齿轮零件图
因采用自由锻，所以应简化锻件外形以便锻造。
根据《锻造手册》——《圆环类自由锻件机械加工余量与公差（GB/T 15826-1995）》查得：锻件水平方向的双边余量和公差为a=(12±5)mm,锻件高度方向双边余量与公差为b=(7±2)mm,内孔双边余量和公差为：c=(16±7)mm,因此绘制齿轮的锻件图 2。
图—2齿轮锻件图
2.确定变形工步及中间坯料尺寸
由锻件图—2知 D=292mm,凸肩部分D肩=198mm，d=104mm,H=57mm.凸肩部分高度H肩=30mm,得到D肩/d=,H/d=.参照课本图3—48变形工序为：镦粗—冲孔—冲子扩孔。
根据锻件形状特点，各工步坯料尺寸如下：
（1）镦粗由于锻件带有单面凸肩，需用垫环镦粗，如图—2，则应确定垫环尺寸。
垫环孔腔体积V垫应比锻件凸肩体积V肩大10%～15%，取13%，由式V肩=π（D肩2- d2）.H肩/4 计算得V肩=.于是V垫=×=
因冲孔时会使坯料产生拉缩，所以H垫应比锻件凸肩高度H肩增大15%～35%，取20%为宜。
H垫=肩=×30=36mm
垫环内径d垫根据体积不变原则得：
d垫=√（V垫/H垫）=
垫环内壁应有斜度（7'），上孔直径定为164mm，下端孔定位为155mm.
为除去氧化皮，在垫环镦粗之前应进行自由镦粗，工艺过程如图—3所示。
自由镦粗后坯料的直径应略小于垫环内径，而经垫环镦粗后上端法兰部分应比锻件最大直径略小。
（2）冲孔冲孔时应注意两个问题，1、冲孔芯料损失小2、扩孔次数不能太多。
冲孔直径d冲应小于D/3,即d冲≤D/3=198/3=66mm.实际选用d冲=60mm。
（3）扩孔总扩孔量为锻件孔径减去冲孔直径，即104—60=44mm.按课本表3—4每次扩孔量为25～30mm，分配各次扩孔量，各次扩孔为 20mm,24mm。
（4）修整锻件按锻件图—2进行最后修整。
图—3齿轮锻造工艺过程
1—下料；2—镦粗；3—垫环局部镦粗；4—冲孔；5—冲子扩孔；6—修整3.计算原坯料尺寸
原坯料体积V0包括锻件体积V锻和冲孔芯料体积V芯，以及加热过程的烧损体积，即
V0=（V锻+V芯）×（1+△）
锻件体积按锻件图公称尺寸计算：V锻=。
冲孔芯料体积：冲孔芯料厚度与毛坯厚度有关，因冲孔毛坯高度H孔坯=锻=×57=,H芯=（～）H孔坯，此处取。
则H芯=×=。
于是
V芯=π（d冲2H芯）/4=.
烧损率△取%。
则 V0=2361297mm3.
由于第一道工步为镦粗，为防坯料失稳，则按一下公式计算坯料直径
D0=（～）3√V0=107～133mm。
取D0=120mm
H0=V0/(π D02/4)= 取210mm
4.选择设备吨位
根据锻件形状尺寸查课本表3—10，选用吨自由锻锤。
5.锻造温度范围
45钢的始锻温度为1200°C，终端温度为800°C。
6.填写工艺卡片。
