第4章自由锻主要工序分析

1、 第第4 4章章自由锻主要工序分析自由锻主要工序分析 第第4 4章章 自由锻主要工序分析自由锻主要工序分析4.14.1概述概述4.24.2自由锻工序及自由锻件分类自由锻工序及自由锻件分类4.34.3自由锻基本工序分析自由锻基本工序分析4.44.4自由锻工艺规程的制订自由锻工艺规程的制订4.54.5大型锻件自由锻造工艺特点大型锻件自由锻造工艺特点4.64.6胎模锻胎模锻自由锻的定义（自由锻的定义（视频视频）中小型锻件的原材料：钢材中小型锻件的原材料：钢材大型锻件、高合金钢锻件的原材料：钢锭大型锻件、高合金钢锻件的原材料：钢锭主要工序主要工序：镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲等：镦粗、拔长、冲孔、扩孔

2、、弯曲等前前 言言4.1 4.1 概述概述4.1 4.1 自由锻工艺过程特征和工序分类自由锻工艺过程特征和工序分类自由锻工艺过程特征自由锻工艺过程特征工具简单，工具简单，通用性强，通用性强，灵活性大。灵活性大。4.1 4.1 自由锻工艺过程特征和工序分类自由锻工艺过程特征和工序分类自由锻工艺过程特征自由锻工艺过程特征4.1 4.1 自由锻工艺过程特征和工序分类自由锻工艺过程特征和工序分类自由锻工艺过程特征自由锻工艺过程特征靠人工操作靠人工操作控制锻件的控制锻件的形状和尺寸，形状和尺寸，效率低、劳效率低、劳动强度大。动强度大。4. 2 4. 2 自由锻工序及自由锻分类自由锻工序及自由锻分类4.1

3、 4.1 自由锻工艺过程特征和工序分类自由锻工艺过程特征和工序分类4. 2.1 4. 2.1 自由锻工序组成自由锻工序组成按其性质和作用分为三大类：基本工序、辅助工序、修整工序(1)基本工序较大幅度地改变坯料形状和尺寸的工序，较大幅度地改变坯料形状和尺寸的工序，是锻件变形与变性的核心工序，也是自由锻的主要变是锻件变形与变性的核心工序，也是自由锻的主要变形工序，如镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、形工序，如镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲、切割、错移、扭转等。弯曲、切割、错移、扭转等。4. 2 4. 2 自由锻工序及自由锻分类自由锻工序及自由锻分类4.1 4.1 自由锻工艺过程特征

4、和工序分类自由锻工艺过程特征和工序分类（2)2)辅助辅助工序工序预压钳把钢锭倒棱分段压痕4. 2 4. 2 自由锻工序及自由锻分类自由锻工序及自由锻分类为了配合完成基本变形工序而做的工序。（3)3)修整工序修整工序弯曲校正鼓形滚圆端面平整4. 2 4. 2 自由锻工序及自由锻分类自由锻工序及自由锻分类 当锻件在基本工序完成后，需要对其形状和尺寸作进一步精整，使其达所要求的形状和尺寸的工序。4.2 4.2 镦粗镦粗4. 2 4. 2 自由锻件分类自由锻件分类1.实心圆柱体轴杆类锻件2.实心矩形断面类锻件3.盘饼类锻件4.曲轴类锻件5.空心类锻件6.弯曲类锻件7.复杂形状类锻件 按工艺特点，即形状

5、特征相同，变形过程类似的锻件归为一类，可分七类：4.2 4.2 镦粗镦粗4. 2 4. 2 自由锻件分类自由锻件分类1.实心圆柱体轴杆类锻件 包括实心圆柱体轴和杆，其轴向尺寸远横截面尺寸，如：传动轴轧辊，立柱等。传动轴的锻造过程4.2 4.2 镦粗镦粗4. 2 4. 2 自由锻件分类自由锻件分类1.实心圆柱体轴杆类锻件4.2 4.2 镦粗镦粗4. 2 4. 2 自由锻件分类自由锻件分类2.实心矩形断面类锻件摇杆传动轴的锻造过程 锻件形状包括各种矩形、方形及工字型断面的实心类锻件锻造以拔长为主，有法兰时采用镦粗+拔长4.2 4.2 镦粗镦粗4. 2 4. 2 自由锻件分类自由锻件分类3.盘饼类锻

6、件 这类锻件横向尺寸大于高度尺寸或者两者相近，比如圆盘、齿轮等 工序以镦粗为主，有凸肩时，采用垫环或者局部镦粗，带孔类锻件还需要冲孔盘饼类锻件的锻造过程a)齿轮的锻造过程b)锤头的锻造过程4.2 4.2 镦粗镦粗4. 2 4. 2 自由锻件分类自由锻件分类3.盘饼类锻件 这类锻件横向尺寸大于高度尺寸或者两者相近，比如圆盘、齿轮等 工序以镦粗为主，有凸肩时，采用垫环或者局部镦粗，带孔类锻件还需要冲孔盘饼类锻件的锻造过程a)齿轮的锻造过程b)锤头的锻造过程4. 2 4. 2 自由锻件分类自由锻件分类4.曲轴类锻件 此类锻件为实心轴类，锻件不仅沿轴线有截面形状和面积变化，且轴线有多方向弯曲，如：曲轴

7、等。基本工序为拔长、错移和扭转三拐曲轴的锻造过程4. 2 4. 2 自由锻件分类自由锻件分类5.空心类锻件 此类锻件为中心通孔，如：圆环、套筒、轴承环等。基本工序：镦粗、冲孔、拔长空心类锻件的锻造过程a)圆环的锻造过程b)圆筒的锻造过程4.2 4.2 镦粗镦粗4. 2 4. 2 自由锻件分类自由锻件分类6.弯曲类锻件 此类锻件具有弯曲的轴线，如：吊钩、弯杆等。基本工序：拔长、弯曲弯曲类锻件的锻造过程a) 20t吊钩的锻造过程b)卡瓦的锻造过程4.2 4.2 镦粗镦粗4. 2 4. 2 自由锻件分类自由锻件分类7.复杂形状类锻件如阀体、叉杆十字轴等使坯料高度减小而横截面积增大的锻造工序使坯料高度

8、减小而横截面积增大的锻造工序定义定义镦粗视频镦粗视频用途用途将高径（宽）比大的坯料锻成高径（宽）比小的饼块件；将高径（宽）比大的坯料锻成高径（宽）比小的饼块件；2 2. 锻造空心锻件在冲孔前使坯料横截面增大和平整锻造空心锻件在冲孔前使坯料横截面增大和平整；锻造轴杆锻件可以提高后续拔长工序的锻造比锻造轴杆锻件可以提高后续拔长工序的锻造比；提高锻件的力学性能等。提高锻件的力学性能等。4. 3 4. 3 自由锻基本工序分析自由锻基本工序分析4.3.14.3.1镦粗镦粗六个工序：镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、错移4.2 4.2 镦粗镦粗主要方法主要方法平砧镦粗平砧镦粗垫环镦粗垫环镦粗局部镦粗局部镦粗1

9、 1 平砧镦粗平砧镦粗4.2 4.2 镦粗镦粗1 1）. . 镦粗变形镦粗变形4.2 4.2 镦粗镦粗平砧镦粗压下量对数变形高度比（镦粗比）2 2）. . 平砧镦粗变形分析平砧镦粗变形分析 图图4.2 4.2 平砧镦粗变形分布与应力状态分析平砧镦粗变形分布与应力状态分析4.2 4.2 镦粗镦粗三个变形区三个变形区区域区域：难变形区：难变形区区域区域：大变形区：大变形区区域区域：小变形区：小变形区3 3）. . 镦粗坯料容易出现的缺陷镦粗坯料容易出现的缺陷（1 1）侧面：）侧面：出现鼓形，可能引起表面纵裂出现鼓形，可能引起表面纵裂；（2 2）上下两端：）上下两端：出现粗大的铸造组织出现粗大的铸造

10、组织；（3 3）内部：）内部：变形不均匀，晶粒大小不均匀，变形不均匀，晶粒大小不均匀， 锻件性能也不均匀；锻件性能也不均匀；（4 4）高径比较大的坯料，易产生纵向弯曲）高径比较大的坯料，易产生纵向弯曲, , 变形失稳。变形失稳。4.2 4.2 镦粗镦粗4 4）. . 减少缺陷采取的措施减少缺陷采取的措施（1 1）预热模具，使用润滑剂预热模具，使用润滑剂：如玻璃粉、石墨粉等：如玻璃粉、石墨粉等；（2 2）凹形毛坯镦粗凹形毛坯镦粗图图4.5 4.5 铆镦与端面碾压铆镦与端面碾压4.2 4.2 镦粗镦粗（3 3）软金属垫镦粗）软金属垫镦粗 图图4.6 4.6 软金属垫镦粗软金属垫镦粗 4 4）. .

11、 减少缺陷采取的措施减少缺陷采取的措施4.2 4.2 镦粗镦粗（4 4）叠镦、套环内镦粗）叠镦、套环内镦粗（5 5）反复镦粗、拔长）反复镦粗、拔长 图图4.7 4.7 叠料镦粗叠料镦粗4 4）. . 减少缺陷采取的措施减少缺陷采取的措施4.2 4.2 镦粗镦粗不同髙径比坯料镦粗的变形情况不同髙径比坯料镦粗的变形情况5 5）. . 镦粗与高径比的关系镦粗与高径比的关系4.2 4.2 镦粗镦粗（1）高径比大于3。坯料镦粗时易产生失稳，导致纵向弯曲（2）高径比小于0.5。坯料相对高度较小，三个变形区的变形条件相差不大，鼓肚小，见下图不同髙径比坯料镦粗的变形情况不同髙径比坯料镦粗的变形情况5 5）.

12、. 镦粗与高径比的关系镦粗与高径比的关系4.2 4.2 镦粗镦粗（3）高径比等于2.5-1.5时，开始在坯料两端形成鼓形，形成4个变形区，坯料中间为均匀变形区。不同髙径比坯料镦粗的变形情况不同髙径比坯料镦粗的变形情况5 5）. . 镦粗与高径比的关系镦粗与高径比的关系4.2 4.2 镦粗镦粗（4）高径比等于1.5-1.0时，由双鼓肚变成单鼓肚2.2.垫环镦粗垫环镦粗 单个垫环镦粗、两个垫环镦粗单个垫环镦粗、两个垫环镦粗单垫环镦粗单垫环镦粗双垫环镦粗双垫环镦粗4.2 4.2 镦粗镦粗4.10 4.10 局部镦粗局部镦粗3 3 局部镦粗局部镦粗作用作用：锻造凸肩直径和高度：锻造凸肩直径和高度较大的

13、饼块锻件，或端部带较大的饼块锻件，或端部带有较大法兰的轴杆锻件。有较大法兰的轴杆锻件。特点特点：与平砧镦粗相似，：与平砧镦粗相似，但受但受“刚端刚端”的影响的影响。4.2 4.2 镦粗镦粗定义定义用途用途4.3 4.3 拔长拔长使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序 1.成形轴杆类锻件成形轴杆类锻件 2.改善锻件内部质量改善锻件内部质量拔长变形实质：一系列镦粗工序的叠加组合拔长变形实质：一系列镦粗工序的叠加组合。4.3.24.3.2拔长拔长拔长前变形区的长、宽、高拔长前变形区的长、宽、高: :l l0 0、b b0 0、h h0 0拔长后变形区的长、宽、高拔长

14、后变形区的长、宽、高: :l l、b b、h h送进量送进量l l0 0 相对送进量相对送进量l l0 0/h/h0 0 ，压下量压下量hh0h展宽量展宽量bbb0拔长量拔长量lll0矩形截面和圆形截面坯料的拔长矩形截面和圆形截面坯料的拔长4.3 4.3 拔长拔长变形程度：以坯料拔长前后截面积之比（变形程度：以坯料拔长前后截面积之比（锻造比锻造比K KL L）表示表示KL=A0A影响影响拔长效率拔长效率的因素的因素1 1）送进量送进量l0：通常取：通常取l0=（0.40.40.80.8）b b ；2 2）压下量压下量hh h h大，效率高，在材料大，效率高，在材料塑性允许的前提下，尽塑性允许的

15、前提下，尽量提高。量提高。 图图4.11 4.11 矩形截面拔长矩形截面拔长4.3 4.3 拔长拔长送进量送进量：相对送进量：相对送进量l0/h00.50.50.80.8较为合适，较为合适， 绝对送进量常取绝对送进量常取 l(0.4(0.40.8)B0.8)B； 影响影响拔长品质拔长品质的因素的因素拔长送进量小拔长送进量小4.3 4.3 拔长拔长送进量送进量：相对压缩量：相对压缩量l l0 0/h/h0 00.50.50.80.8较为合适，较为合适， 绝对送进量常取绝对送进量常取 l l(0.4(0.40.8)B0.8)B； 影响影响拔长品质拔长品质的因素的因素拔长送进量大拔长送进量大4.3

16、4.3 拔长拔长压下量压下量：如坯料的塑性允许，尽量采取大压下量。：如坯料的塑性允许，尽量采取大压下量。影响影响拔长品质拔长品质的因素的因素4.3 4.3 拔长拔长 砧子形状：砧子形状：拔长砧子形状及其对变形区分布的影响 a)上下V形砧 b)上平下V砧 c) 上下平砧影响影响拔长品质拔长品质的因素的因素4.3 4.3 拔长拔长3.3.坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素4.3 4.3 拔长拔长(1)表面横向裂纹与角部裂纹在平砧上拔长低弹塑性材料和锭料时，在坯料外部常常引起表面横向裂纹和角部裂纹，如下图所示，其开裂部位主要是受拉应力作用，而造成这种拉应力的

17、原因是压缩量过大和送进量过大(出现单鼓形)。表面裂纹与角部裂纹3.3.坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素4.3 4.3 拔长拔长(2)表面折叠表面折叠分为横向折叠与纵向折叠。主要由于送尽量过小，压下量过大引起的拔长横向折叠形成过程示意图(h2时)3.3.坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素4.3 4.3 拔长拔长纵向折叠形成过程示意图 表面纵向单面折叠，前一次毛坯压的太扁，翻转90度再压时，毛坯失稳弯曲3.3.坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素4.3 4.3 拔长拔长(3

18、)内部纵向裂纹内部纵向裂纹也称为中心开裂。主要由于进给量大，压下量小，轴向金属流动小，横向大，中心没有锻透引起拔长时内部纵向裂纹与坯料受力情况a)锻件内部裂纹b)方截面坯料倒角c)圆截面坯料压扁3.3.坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素4.3 4.3 拔长拔长(4)内部横向裂纹下图所示为拔长时锻件内部产生的横向裂纹，主要是由于相对压下量太小(l0h00.5)、拔长变形区出现双鼓形，而中心部位受到轴向拉应力的作用, 从而产生中心横向裂纹。拔长时锻件的内部横向裂纹3.3.坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素4.3 4

19、.3 拔长拔长(5)对角线裂纹在拔长高合金工具钢时，当送进量较大，并且在坯料同一部位反复重击时，常易产生对角线裂纹。对角线裂纹与坯料变形情况3.3.坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素4.3 4.3 拔长拔长(6)端面缩口端面缩口也叫“端面窝心”，它属于表面缺陷。主要由于首次送尽量太小，表面变形，心部未变形或者变形较小引起拔长和侧面修直时坯料端面缩口a)拔长b)侧面修直后镦粗3.3.坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素坯料拔长时易产生的缺陷与防止措施的因素4.3 4.3 拔长拔长(7)孔壁端部裂纹孔壁端部裂纹指在芯轴上拔长时，由于受到芯轴表面的摩擦影响

20、，以及内表面由于与芯轴接触温度比外表面低，变形抗力较大，使空心件外表面金属比内表面流动快而造成的裂纹。4.4.拔长操作方法拔长操作方法4.3 4.3 拔长拔长拔长操作方法(1)螺旋式翻转送进法每压下一次，坯料翻转90，每次翻转为同一个方向，连续翻转，如图a所示。(2)往复翻转送进法每次往复翻转90，如图b所示。(3)单面压缩法即沿整个坯料长度方向压缩一面后，翻转90再压缩另一面，如图c所示。4.4.拔长操作方法拔长操作方法4.3 4.3 拔长拔长拔长送进位置拔长时压下位置5.5.压肩与压痕压肩与压痕4.3 4.3 拔长拔长分段拔长时压痕与压肩锻造阶梯轴类锻件，为了锻出台阶，应先采用三角压辊压肩

21、，或圆压辊压痕注意压痕的深度空心件拔长空心件拔长减小空心坯料外径而增加长度的锻造工序，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。用以锻造各种长筒锻件。心轴拔长芯轴拔长时金属的变形流动情况4.3.34.3.3空心件拔长空心件拔长4.3 4.3 拔长拔长 外端对变形区金属切向流动限制于空心件的相对壁厚 有关， 越大，则限制越强，反之怎越弱dt/dt/ 心轴拔长过程中的主要质量问题：空内壁裂纹，尤其是端部芯轴拔长4.3.34.3.3冲孔冲孔：采用冲子将坯料冲出透孔或盲孔的 锻造工序。 冲孔方法冲孔方法：1.1.实心冲子冲孔实心冲子冲孔 图 4.19 实心冲子冲孔 1毛坯 2冲垫 3

22、冲子 4 心料4.4 4.4 自由锻其他主要工序自由锻其他主要工序动画4.3.34.3.3冲孔冲孔4.4 4.4 自由锻其他主要工序自由锻其他主要工序1实心冲头冲孔时坯料变形特点 由于实心冲头冲孔时，坯料处于局部加载，整体受力和整体发生变形的状态。冲孔时的应力应变简图A区：三向受拉，轴向缩短，径向和切向伸长B区：径向、轴向受压，切向受拉，切向伸长，轴向、径向先缩短后伸长当当D D0 0/d2/d23 3时：拉缩严重，外径明显增大；时：拉缩严重，外径明显增大；当当D D0 0/d/d3 35 5时：几乎无拉缩，外径有所增大；时：几乎无拉缩，外径有所增大；当当D D0 0/d/d5 5时：多余金属

23、挤向端面形成凸台。时：多余金属挤向端面形成凸台。冲孔坯料的形状与坯料直径冲孔坯料的形状与坯料直径D D0 0与孔径与孔径d d之比有关之比有关: :4.4 4.4 自由锻其他主要工序自由锻其他主要工序冲孔坯料尺寸计算冲孔坯料尺寸计算4.4 4.4 自由锻其他主要工序自由锻其他主要工序冲后外径尺寸：坯冲）（AHAVHD5 . 0h5 . 113. 1V是坯料体积冲A冲头横截面积坯A坯料横截面积H是冲孔后坯料的高度，h是孔底余料的厚度冲孔坯料高度计算冲孔坯料高度计算时000, 35 .2/DHdD原始坯料可按以下考虑当HHdD00,5/取时HHdD）（取时2 .1-1 .1,5/00当H25. 0h 心料高度 实心冲孔广泛应用到孔径范围30-400冲孔锻件冲孔易产生的缺陷冲孔易产生的缺陷1走样：外径上小下大，上端面中心凹，下端面中心凸2孔冲偏：冲子放偏、金属性质不均匀、坯料温度不均匀3斜孔：操作不当或者坯料工具不规范3裂纹：低塑