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第三讲自由锻造工艺第一节概述第二节自由锻工序及锻件分类第三节自由锻基本工序分析第四节自由锻工艺规程的制定第五节胎模锻第一节概述一、自由锻概念只采用通用工具或直接在锻造设备的上、下砥铁间使坯料自由变形，获得锻件毛坯的塑性成形方法称为自由锻。二、自由锻分类1手工自由锻生产中小型锻件2机器自由锻包括锻锤自由锻和水压机自由锻，用于大型或较大型的锻件生产。三、自由锻用材轧材（中小型锻件）或钢锭（大型锻件）。四、自由锻特点优点：工具简单、通用性强、工艺灵活、生产准备周期短。缺点：锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。五、自由锻的应用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、模锻件的制坯等方面，是特大型锻件的唯一生产方法。六、自由锻造的主要设备1.锻锤:空气锤、蒸汽—空气锤★锻锤是以冲击力使坯料变形的，设备规格以落下部分的重量来表示。★空气锤的吨位较小，只有0.5～10kN，用于锻100kg以下的锻件；蒸汽—空气锤的吨位较大，可达10～50KN,可锻1500kg以下的锻件。2.液压机：油压机、水压机液压机是以液体产生的静压力使坯料变形的，设备规格以最大压力来表示。水压机的压力大，可达5000～15000kN，是锻造大型锻件的主要设备。空气锤单柱蒸汽—空气锤双柱蒸汽—空气锤10T桥式电液锤10T电液锤-15T操作机械手8000吨自由锻油压机能生产最大锻件为600吨。主要用于核电筒体、反应器筒节、封头板、大型轧辊等锻件。高达25米、重4000多吨的“新一代钢铁巨人”、“超级大力士”。全球只有3台。１５０００吨自由锻水压机晚香玉第二节自由锻工序及锻件分类一、自由锻工序★锻造工序锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工艺过程。★自由锻的工序分为：基本工序、辅助工序、精整工序自由锻件的成形都是这三类工序的组合1基本工序使坯料实现主要的变形要求，达到或基本达到锻件所需要形状和尺寸的工序。主要有：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割。2辅助工序基本工序之前的预变形工序，主要有：压钳口、倒棱、压肩等3精整工序在完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸及位置精度的工序。预压钳把钢锭倒棱分段压痕辅助工序弯曲校正鼓形滚圆端面平整修整工序二、自由锻件分类饼块类、空心类、轴杆类、曲轴类、弯曲类、复杂形状类1饼块类锻件外形横向尺寸大于高度尺寸，或两者相近，如圆盘、叶轮、齿轮、模块、锤头等。锻造基本工序：镦粗例：齿轮的锻造过程2空心类锻件这类锻件有中心通孔，一般为圆周等壁厚锻件，轴向可有阶梯变化，如各种圆环、齿圈、轴承环、各种圆筒、空心轴等。锻造基本工序：镦粗、冲孔、扩孔或芯轴拔长例：圆环及圆筒的锻造工艺过程3轴杆类锻件这类锻件为实心轴杆，轴向尺寸远远大于横截面尺寸，可以是直轴或阶梯轴，如传动轴、轧辊、立柱、拉杆等，也可以是矩形、方形、工字形或其他形状截面的杆件如连杆、摇杆、杠杆、推杆。锻造基本工序：拔长，或镦粗+拔长例：传动轴的锻造过程4曲轴类锻件这类锻件为实心长轴，锻件不仅沿轴线有截面形状和面积的变化，而且轴线有多方向弯曲，包括各种形式的曲轴。锻造基本工序：拔长、错移、扭转例：三拐曲轴锻造过程5弯曲类锻件这类锻件具有弯曲的轴线，一般为一处弯曲或多处弯曲，沿弯曲轴线，截面可以是等截面，也可以是变截面；弯曲可以是对称和非对称弯曲。基本锻造工序：拔长、弯曲例：卡瓦的锻造过程非洲菊★自由锻实例圆轴锻件锻造盘套锻件锻造叉杆锻件锻造大型锻件锻造全纤维自由锻造42第三节自由锻基本工序分析一、镦粗使坯料整体或一部分高度减小截面积增大的工序锻造比为：Y镦=H0/H镦粗比为：H0/D01镦粗的作用a获得横截面较大而高度较小的锻件（饼块件）。b用作冲孔前的准备工序(增大坯料的横截面积以便于冲孔)。c“反复镦拔法”，镦粗与拔长相结合，可提高锻造比，同时击碎合金工具钢中的块状碳化物，并使其分布均匀以提高锻件的使用性能。d提高锻件的横向力学性能以减小力学性能的异向性。2镦粗主要方法完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗3镦粗的变形流动特点（针对圆截面坯料平砧镦粗讨论）特点：金属变形不均匀影响变形不均匀的因素：摩擦力、坯料尺寸1)摩擦力的影响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Ⅰ与Ⅱ之间。平砧镦粗变形与应力状态分析平砧镦粗2)坯料尺寸的影响不同高径比坯料镦粗时鼓型情况与变形分布Ⅰ—难变形区Ⅱ—大变形区Ⅲ—小变形区Ⅳ—均匀变形4镦粗的质量问题及控制质量问题：侧表面产生纵向或45º裂纹；侧表面出现鼓形；上下端存留铸态组织；高坯料镦粗易失稳弯曲；。质量控制措施：a采用润滑、预热工具b用侧凹形毛坯镦c使用软金属垫镦d叠料镦粗、套环f反复镦粗拔长工h采用合适的锻造比及锻造力28侧凹镦粗，在侧凹面上产生径向压应力分量，可以避免侧表面纵向开裂，并减小鼓型软金属垫镦粗套环内镦粗叠料镦二、拔长•1概述•2矩形截面坯料拔长•3圆形截面坯料的拔长•4空心件拔长•5拔长的操作要点1概述a定义使坯料横截面减小而长度增加的锻造基本工序。拔长时的锻造比：Y拔＝F0/Fb拔长变形实质一系列镦粗工序的叠加组合,但受两端“刚端”的影响，不是镦粗的简单叠加。c拔长的作用★由横截面积较大的坯料得到横截面积较小而轴向较长的轴类锻件；★作为辅助工序进行局部变形；★“反复镦拔”工序。d拔长的类型按砧铁类型分为：平砧铁间拔长、型砧拔长、芯轴拔长按坯料截面形状分为：矩形截面坯料拔长、圆截面坯料拔长29目录平砧拔长30目录2矩形截面毛坯拔长1）所用砧铁类型：平砧2）变形参数设拔长前变形区的长、宽、高分别为l0、b0、h0；拔长后变形区的长、宽、高分别为l、b、h，则：•L0称为送进量•l0/h0称为相对送进量•Δh＝h0－h称为压下量•Δb＝b－b0称为展宽量•Δl＝l－l0称为拔长量a送进量采用小的送进量拔长可使轴向变形量增大而横向变形量减小，有利于提高拔长效率，但送进量不能太小，否则会增加压下次数，反而降低拔长效率，另外还会造成表面缺陷。一般取：相对送进量为：l0/h0=0.5～0.8绝对送进量为：l0=（0.4～0.8）B；3)影响矩形截面坯料拔长效率的因素送进量大，变形出现单鼓形，截面的中心变形大，能锻透，但侧面和棱脚部位出现拉应力，可能产生拉裂缺陷。送进量小，变形出现双鼓形，截面的上下变形大，中心部位小，中心出现拉应力，产生中心拉裂缺陷。b.压下量ΔhΔh大，可提高拔长效率，同时可强化心部变形，有利于锻合内部缺陷，在材料塑性允许的前提下，尽量提高。4）矩形截面拔长的缺陷及防止方法a表面横向裂纹与角裂产生原因：锻造低塑性材料时，当送进量过大，同时压缩量过大所引起的；角部温度散失快，产生热应力。防止方法：控制送进量、一次压下量；及时倒角。b表面折叠★表面横向折叠★表面纵向折叠C内部横向裂纹产生原因相对送进量太小，拔长变形区出现双鼓形，轴心部位受到轴向拉应力的作用，导致中心裂纹。防止方法适当增加送进量，控制一次压下量。d对角线裂纹对角线裂纹与坯料的变形情况ab产生场合：拔长塑性较差的材料，或温度降到终锻温度以下的方截面坯料时。裂纹可以是内部的，也可能是从端部开始，然后沿轴向向坯料内部发展的。产生原因：◆锻造温度下反复翻转拔长时，金属沿对角线流动，因剪应力引起对角线处局部金属过热、过烧，致对角线金属强度降低而开裂。◆低温下反复翻转拔长时，对角线附近金属相对流动过于剧烈，产生严重的加工硬化现象，产生对角线裂纹。防止方法：控制锻造温度、送进量；减小一次变形量；避免反复在同一部位连续翻转锻打；改变四方截面压缩成六方截面压缩。e端面缩口因拔长时首次送进量太小产生的。拔长和侧面修直时坯料端面缩口a拔长b侧面修直3圆形截面毛坯拔长1）在平砧上拔长特点：拔长效率低若压下量小时易在锻件内形成纵向裂纹解决方法：a先将圆截面毛坯压成矩形断面，后拔长，再压成八角形，最后锻圆。b用型砧拔长平砧拔长圆截面毛坯时的截面变化过程2）型砧（或摔子）内拔长圆截面坯料特点：■拔长效率高，与平砧比可提高拔长效率20%～40%；■可防止纵向裂纹产生4空心件拔长减小空心坯料外径而增加长度的锻造工序，用以锻造各种长筒锻件。心轴拔长1坯料2锻件3心轴4砧子5拔长的操作要点★坯料在平砥铁上拔长时应反复作90o翻转,圆轴应逐步成形,最后摔圆；★应选用适当的送进量,以提高拔长效率，一般取l0=(0.4～0.8)B；★拔长后的宽高比b/h≤2.5，以免翻转90o后再拔长时弯折；33翻转法拔长圆轴逐步拔长法翻转法拔长三、冲孔采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序1冲孔的应用1）锻件带有直径大于30mm以上的盲孔或通孔；2）需要扩孔的环形锻件预冲孔；3）需要拔长的空心件预冲孔。2冲孔的方法实心冲子冲孔、空心冲子冲孔、垫环上冲孔实心冲子冲孔空心冲子冲孔在垫环上冲孔冲孔方法34◆当D0/d≤2～3时：拉缩严重，外径明显增大；◆当D0/d＝3～5时：几乎无拉缩，外径有所增大；◆当D0/d＞5时：多余金属挤向端面形成凸台。3冲孔件的形状与坯料直径D0、孔径d的关系冲孔时坯料形状的变化四扩孔减小空心坯料壁厚而增加其内外径的锻造工序，用以锻造各种圆环锻件。★冲子扩孔★芯轴扩孔★辗压扩孔五弯曲将毛坯弯成所需形状的工序弯曲时坯料的形状变化六扭转将毛坯一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的工序七错移将坯料的一部分相对另一部分相互平行错移的锻造工序。用以锻造曲轴类锻件，错移前坯料需要压肩。错移a)在一个平面内的错移b)在两个平面内的错移八切割将毛坯一部分或几部分切掉以获得所需形状的锻件的工序第四节自由锻工艺规程的制定一、概述二、自由锻件的结构工艺性三、自由锻工艺规程的制定一、概述1工艺规程①定义规定产品或零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件。主要形式有：工艺过程卡工艺卡工序卡②工艺规程的作用指导生产生产准备工作的依据新厂（车间）扩建的依据③制定原则保证产品质量提高劳动生产率、降低成本降低劳动强度，保证生产安全。④必备原始资料零件图产品验收质量标准年生产纲领（产量）制造厂的生产条件：设备、工装、技术水平等设计手册及有关标准国内外有关制造技术资料2自由锻工艺规程制定的内容锻件的结构工艺性分析绘锻件图确定坯料的质量及尺寸制定变形工艺和确定锻造比选锻造设备确定锻造温度范围、制定坯料加热及冷却规范制定热处理规范技术条件及检验要求填写工艺规程卡片二、自由锻件的结构工艺性1零件的结构工艺性概念指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。即零件制造的难易程度。它包括零件的各个制造过程中的工艺性，有零件结构的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工等工艺性。由此可见，零件结构工艺性涉及面很广，具有综合性，必须全面综合地分析。2学习零件结构工艺性的目的a了解零件结构工艺性对制造影晌很大，设计零件结构时要充分予以考虑。b碰到结构工艺性不好时会做一般处理①与设计者协商修改原设计②不能修改时会在工艺上想办法例：切削加工零件的结构工艺性例：铸件外形的结构工艺性例：铸件内腔的结构工艺性3自由锻件的结构工艺性①轴类锻件结构自由锻件不能设计斜面②杆类锻件结构自由锻件不能设计成曲面相交③盘类锻件结构自由锻件不能设计加强筋、凸台采用缎焊结合或锻机械连接④复杂锻件三、自由锻工艺规程的制定43锻件名称工艺类别锻造温度范围设备材料加热火次齿轮坯自由锻1200～800℃65kg空气锤45钢1锻件图坯料图序号工序名称工序简图使用工具操作要点1局部镦粗火钳镦粗漏盘控制镦粗后的高度为45mm表2典型锻件的自由锻工艺示例目录序号工序名称工序简图使用工具操作要点2冲孔火钳镦粗漏盘冲子冲孔漏盘（1）注意冲子对中（2）采用双面冲孔3修整外圆火钳冲子边轻打边修整，消除外圆鼓形，并达到φ92±1mm44续表目录序号工序名称工序简图使用工具操作要点4修整平面火钳镦粗漏盘轻打使锻件厚度达到45±1mm45典型锻件的自由锻工艺示例（续）续表目录齿轮坯锻造工艺卡齿轮坯锻造工艺卡序号五、制定自由锻工艺规程卡续表：齿轮坯锻造工艺卡序号第五节胎模锻胎模锻是在自由锻设