第二节自由锻

1、 第二节第二节自由锻自由锻自由锻造自由锻造:利用冲击力或压力使金属在上、下两抵铁之利用冲击力或压力使金属在上、下两抵铁之间产生变形，得到所需的形状和尺寸的锻件，金属在受力间产生变形，得到所需的形状和尺寸的锻件，金属在受力变形时，在抵铁间向各个方向自由流动，不受限，形状、变形时，在抵铁间向各个方向自由流动，不受限，形状、尺寸由锻工控制。尺寸由锻工控制。1、特点：特点：1工具简单、通用性强。（成型部分）工具简单、通用性强。（成型部分）2应用广泛，几克几百吨，机械性能高。应用广泛，几克几百吨，机械性能高。3锻件尺寸精度差，材料利用率低。锻件尺寸精度差，材料利用率低。4只能用于形状简单的锻件。只能用于

2、形状简单的锻件。5劳动强度大（尤其手工）。劳动强度大（尤其手工）。6是大型锻件的唯一锻造方法。是大型锻件的唯一锻造方法。2、分类、分类1）手工锻：砧子，大、小锤，炉子等，小型件。）手工锻：砧子，大、小锤，炉子等，小型件。2）机器锻：空气锤、蒸汽）机器锻：空气锤、蒸汽空气锤，冲击力空气锤，冲击力液压机、水压机，吨位大，静压力液压机、水压机，吨位大，静压力（1）锻锤自由锻）锻锤自由锻利用冲击力使坯料产生塑性变形，利用冲击力使坯料产生塑性变形，常用设备有：常用设备有：a)空气锤；空气锤；b)蒸汽蒸汽-空气锤空气锤:其原理是利用一定蒸汽或压缩空气推动锻锤进行工作；常用吨其原理是利用一定蒸汽或压缩空气推

3、动锻锤进行工作；常用吨位为位为15吨，用于锻造中型锻件，锻件重量范围是吨，用于锻造中型锻件，锻件重量范围是20-1500公斤。公斤。也是模锻的主要设备（结构略有不同）。也是模锻的主要设备（结构略有不同）。其原理是利用压缩空气推动锻锤进行工作；其原理是利用压缩空气推动锻锤进行工作；以落下部分质以落下部分质量来表示锻造能力量来表示锻造能力；常用吨位为常用吨位为65750千克，用于锻造小千克，用于锻造小型锻件，锻件重量范围是型锻件，锻件重量范围是50-1000公斤。公斤。（2）液压机、水压机自由锻）液压机、水压机自由锻利用静压力使坯料变形，利用静压力使坯料变形，常用设备是水压机：常用设备是水压机：其

4、原理是利用高压水为动力进行工作。靠静压力工作。其原理是利用高压水为动力进行工作。靠静压力工作。常用吨位为常用吨位为5150吨，用于锻造大型锻件，是大型锻件的吨，用于锻造大型锻件，是大型锻件的唯一设备，锻件质量可达唯一设备，锻件质量可达300吨。吨。空空气气锤锤空气锤空气锤液压机液压机液液压压机机锻锤锻锤水压机水压机一、一、自由锻工序自由锻工序基本工序：用来改变坯料的形状和尺寸的工序。辅助工序：为完成基本工序而进行的预先变形工序。修整工序：用来减少锻件表面缺陷的工序。一一）镦粗：）镦粗：截面增加、高度减小的工序。截面增加、高度减小的工序。应用：应用：1、小截面变成大截面，高度减小件。、小截面变成

5、大截面，高度减小件。2、冲孔前，平整端面。、冲孔前，平整端面。3、提高机械性能（细化组织、破坏碳化物）（与、提高机械性能（细化组织、破坏碳化物）（与拔长配合）拔长配合）H/D=0.82一般毛坯一般毛坯H/D=23双鼓形双鼓形H/D3失稳失稳H/D0.8变形小、变形力大。变形小、变形力大。二二）拔长：）拔长：毛坯横截面减小，长度增加。毛坯横截面减小，长度增加。应用：应用：1）减小截面，增加长度。）减小截面，增加长度。2）提高机械性能（与镦粗反复进行）提高机械性能（与镦粗反复进行）1拔长时不断翻转。拔长时不断翻转。2送进量：送进量：合适：合适：L/h=0.51L/h1展宽过大，拔长效率展宽过大，拔

6、长效率L/h0.5折叠折叠与双鼓形类似。与双鼓形类似。三三）冲孔：）冲孔：利用冲头在坯料上冲出通孔或盲孔的工序。利用冲头在坯料上冲出通孔或盲孔的工序。主要用于锻造空心件透孔、不透孔（盲孔）透孔、不透孔（盲孔）开式冲孔开式冲孔闭式冲孔闭式冲孔反挤压反挤压1开式冲孔，先镦平端面开式冲孔，先镦平端面2冲通孔时：薄件冲通孔时：薄件面冲通：面冲通：H/D0.125实心单面实心单面冲孔冲孔厚件双面冲：厚件双面冲：一面冲一面冲2/3反面冲通。反面冲通。为拔冲头方便，冲孔时洒煤粉。为拔冲头方便，冲孔时洒煤粉。四）四）弯曲：弯曲：毛坯弯成一定角度。毛坯弯成一定角度。外侧受拉外侧受拉内侧受压内侧受压内侧起皱内侧起

7、皱弯曲角度不可太大，过大弯曲角度不可太大，过大外侧拉裂外侧拉裂二、自由锻造工艺规程的制定二、自由锻造工艺规程的制定 内容：内容：由由零件图零件图绘制锻件图绘制锻件图计算坯料质量和尺寸计算坯料质量和尺寸选择锻造工序选择锻造工序设备和吨位设备和吨位确定锻造温度范围确定锻造温度范围 确定加确定加热、冷却及热处理规范和方法热、冷却及热处理规范和方法规定技术要求规定技术要求检验要求检验要求编制劳动组织和工时。编制劳动组织和工时。一）一）绘制锻造图：绘制锻造图：根据零件图绘制根据零件图绘制1敷料：敷料：为简化锻件形状而增添的金属（也叫余块）。为简化锻件形状而增添的金属（也叫余块）。2加工余量：加工余量：自

8、由锻件精度、尺寸、表面质量较差。自由锻件精度、尺寸、表面质量较差。需切削加工，所以，留余量。需切削加工，所以，留余量。3锻造公差：锻造公差：锻件实际尺寸和名义尺寸之间所允许的最大锻件实际尺寸和名义尺寸之间所允许的最大偏差。偏差。零件图用双点划线，锻件实线，零件图用双点划线，锻件实线，零件尺寸加括号，公差查手册零件尺寸加括号，公差查手册。 2） 绘制锻件图锻件图1. 敷料(余块)为简化锻件形状、便于进行锻造而增加的一部分金属。2. 加工余量为保证切削加工的精度而增加的尺寸。3. 锻件公差允许锻件尺寸的变化范围。锻件图二二）计算坯料质量和尺寸）计算坯料质量和尺寸1锻件的坯料质量：锻件的坯料质量：G

9、坯料坯料=G锻锻+G烧烧+G料头料头G烧损烧损=G锻锻（23）%（首次）（首次），=G锻锻（1.52）%（二次以后）（二次以后）G料头料头=G锻锻（24）%（钢材）（钢材）2尺寸：尺寸：按锻造比、锻件截面形状及尺寸确定坯料截面按锻造比、锻件截面形状及尺寸确定坯料截面及尺寸。锻造比：金属的变形程度。及尺寸。锻造比：金属的变形程度。锻造比选择合适时，则毛坯内部缺陷被压合，树枝晶锻造比选择合适时，则毛坯内部缺陷被压合，树枝晶被打碎，晶粒显著细化，力学性能得到提高。被打碎，晶粒显著细化，力学性能得到提高。锻造比过小，达不到性能要求；过大则增大工作量，锻造比过小，达不到性能要求；过大则增大工作量，引起各

10、向异性。引起各向异性。三）三）选择锻造工序：选择锻造工序：包括基本工序、辅助工序及修整工序。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。根据锻件技术要求，坯料情况，生产批量等确定。一般情况下，一般情况下，盘类：镦粗、（或拔长、镦粗）冲孔。盘类：镦粗、（或拔长、镦粗）冲孔。轴类：拔长（拔轴类：拔长（拔+镦粗）、压肩。镦粗）、压肩。筒类：镦粗（镦筒类：镦粗（镦+拔）、冲孔、在心轴上拔长。拔）、冲孔、在心轴上拔长。环类：镦粗（拔环类：镦粗（拔+镦）、冲孔。镦）、冲孔。与第一道工序的变形性质有关。与第一道工序的变形性质有关。镦粗：镦粗：毛坯毛坯1.25H坯坯/D坯坯2

11、.5拔长：拔长：钢锭坯料：钢锭坯料：y2.53轧制钢料：轧制钢料：y=1.31.5坯料截面积坯料截面积=锻件最大部分截面锻件最大部分截面y四）四）选择锻造设备选择锻造设备根据锻件的尺寸、形状、材料等条件来选择设备种类及根据锻件的尺寸、形状、材料等条件来选择设备种类及其规格，既保证锻透工件、有较高的生产率，又不浪费其规格，既保证锻透工件、有较高的生产率，又不浪费动力，并使操作方便动力，并使操作方便。镦粗：镦粗：G=（0.0020.003）kF（kg）k为系数，与为系数，与b有关，有关，F为锻件镦粗后与工具接触面水平为锻件镦粗后与工具接触面水平投影投影.(mm2)拔长拔长:G=2.5F（kg）F坯

12、料横截面面积（坯料横截面面积（cm2）五）加热五）加热-确定锻造温度范围确定锻造温度范围前面讲过，前面讲过，变形温度变形温度，变形抗力变形抗力，塑性塑性，T再再以上，塑性以上，塑性如：碳钢在如：碳钢在A3线上，组织为线上，组织为A、面心、塑性、面心、塑性1、变形温度、变形温度过高，易产生过高，易产生“过热过热”、“过烧过烧”、“脱碳脱碳”、“严重氧化严重氧化”。1）过热：碳钢加热至）过热：碳钢加热至A3线以上再继续升温，晶粒随温度升高开线以上再继续升温，晶粒随温度升高开始长大；若超过一定温度，晶粒急剧长大。所以过热会使晶粒过始长大；若超过一定温度，晶粒急剧长大。所以过热会使晶粒过分长大，塑性降

13、低，锻件质量（机械性能）下降。分长大，塑性降低，锻件质量（机械性能）下降。2）过烧：碳钢加热至接近熔点温度时，晶间低熔点杂质开始熔）过烧：碳钢加热至接近熔点温度时，晶间低熔点杂质开始熔化，炉气中的氧化性气体渗入晶粒边界，在晶界上形成氧化层，化，炉气中的氧化性气体渗入晶粒边界，在晶界上形成氧化层，破坏晶粒间的连接，金属失去可锻性，坯料报废。破坏晶粒间的连接，金属失去可锻性，坯料报废。2、变形温度、变形温度过低，塑性低，变形抗力大，加工困难。过低，塑性低，变形抗力大，加工困难。3、合理的锻造温度范围：、合理的锻造温度范围：1）始锻温度：在不出现过热、过烧前提下，尽量提高始锻温度，）始锻温度：在不出

14、现过热、过烧前提下，尽量提高始锻温度，使金属具有高塑性、低变形抗力，以利于压力加工。通常，碳钢使金属具有高塑性、低变形抗力，以利于压力加工。通常，碳钢的始锻温度为：的始锻温度为：AE线下线下200左右。左右。2）终锻温度：在锻造结束前，金属应具有足够的塑性，以及锻后）终锻温度：在锻造结束前，金属应具有足够的塑性，以及锻后能获得再结晶组织。通常，碳钢的终锻温度为：能获得再结晶组织。通常，碳钢的终锻温度为：800左右（左右（T再再以上），不能过低或过高，以上），不能过低或过高，（1）过低：加工硬化严重，变形抗力增加，加工难以进行。）过低：加工硬化严重，变形抗力增加，加工难以进行。（2）过高：金属在

15、冷却中晶粒会继续长大，得到粗大晶粒组织，）过高：金属在冷却中晶粒会继续长大，得到粗大晶粒组织，降低锻件机械性能。降低锻件机械性能。六）锻后冷却及热处理六）锻后冷却及热处理空冷，空冷，坑冷，坑冷，炉冷炉冷退火，退火，正火，正火，淬火淬火+高温回火高温回火工具钢：正火或球化退火工具钢：正火或球化退火中碳钢、合金钢：一般调质。（对于不进行最终热中碳钢、合金钢：一般调质。（对于不进行最终热处理）处理）三、三、自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性原则：原则：满足使用性能要求，符合自由锻工艺要满足使用性能要求，符合自由锻工艺要求，节约金属，保证质量，提高生产率。求，节约金属，保证质量，提高生产率。一）

16、一）尽量避免锥体或斜面（因必用专用工具，尽量避免锥体或斜面（因必用专用工具，成型困难）成型困难）二）二）锻件由几个简单几何体构成时，交接处不锻件由几个简单几何体构成时，交接处不应形成空间曲线。应形成空间曲线。三）三）锻件不应设计出凸台、筋板。锻件不应设计出凸台、筋板。四）四）椭圆形、工字形等避免。椭圆形、工字形等避免。五）五）截面变化不宜太大。截面变化不宜太大。锻造比太大锻造比太大六）六）外表面复杂的锻件不应设计外表面复杂的锻件不应设计分别锻造、焊接或机械联接。分别锻造、焊接或机械联接。一）应避免斜面和圆锥面。a ） 工 艺 性 差 的 结 构b） 工 艺 性 好 的 结 构轴类自由锻锻件结构二）不能圆弧连接。a)工艺性差的结构b)工艺性好的结构杆类自由锻