第5章 自由锻工艺过程 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. 第5章 自由锻工艺过程 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。 自由锻研究的主要内容是： 第5章 自由锻工艺过程 5.1 自由锻件的分类和锻造过程 饼块类锻件 主要有圆盘、叶轮等零件的毛坯。 其特征是横向尺寸大于高度尺寸， 或两者相近， 工序：墩粗（基本工序）；倒棱、 滚圆、平整（辅助和修整工序）等 工步。 第5章 自由锻工艺过程 l 空心类锻件：它包括各种圆环、齿圈、轴承环和各种圆 筒、缸体、空心轴等，其特征是均带有内孔，并且内孔 直径较大，锻造的基本工序有镦粗、冲孔、芯轴扩孔、 芯轴拔长。 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 第5章 自由锻工艺过程 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 第5章 自由锻工艺过程 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 压出和 6 压槽 7 摔 出中间，两端轴颈 8 扭转，和拐各扭30 第5章 自由锻工艺过程 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。 第5章 自由锻工艺过程 自由锻件的分类 第5章 自由锻工艺过程 第5章 自由锻工艺过程 5.2 自由锻件变形工艺过程的确定 自由锻件变形工艺过程的确定就是确 定基本工序、辅助工序、修整工序，以及 确定各变形工序顺序和中间坯料尺寸等。 制定工艺过程规程是编制自由锻规程 最重要的一部分。 第5章 自由锻工艺过程 5.3 自由锻件工艺过程规程的制定 1根据零件图绘制锻件图； 2决定坯料的质量和尺寸； 3制订变形工艺过程及选用工具； 4选择锻压设备； 5确定锻造温度范围、加热和冷却规范； 6确定热处理规范； 7提出锻件的技术条件和检验要求； 8填写工艺过程卡片等。 第5章 自由锻工艺过程 1.绘制锻件图 作用：编制锻造工艺、设计工具指导生产和 验收锻件的主要依据。它是根据零件图考虑了 加工余量锻造公差、锻造余块、检验试样及 工艺卡头等绘制而成。 第5章 自由锻工艺过程 加工余量 自由锻自由锻工艺规程绘制锻件图 1)加工余量：锻件表面留有 供机械加工的金属层。机械 加工余量的大小取决于零件 的形状和尺寸，精度和光洁 度要求，同时还考虑到生产 条件，如工具、设备精度和 工人操作技术水平等。 第5章 自由锻工艺过程 (2)锻造公差：实际锻造生产中，如锻时测量 误差终锻温度的差异，工人技术水平等，锻 件实际尺寸不可能达到锻件的公称尺寸，允许 有一定的误差，叫做锻造公差。锻造公差约为 加工余量的1/41/3. 锻件公差 第5章 自由锻工艺过程 锻件的余量和公差 具体数值可查阅有 关手册，或按照工 厂标准确定。 第5章 自由锻工艺过程 锻造余块 3)锻造余块：为了 简化锻件外形，在 零件上较小的孔、 小台阶等难锻造的 的地方需要填满金 属，这部分附加的 金属叫锻造余块。 第5章 自由锻工艺过程 4)检验试样 及操作夹头 对于有特殊要 求的锻件，需 要在试样特殊 位置添加热处 理或机械加工 用夹头。 图 夹头及余块 第5章 自由锻工艺过程 5)绘制锻件图：锻件图用粗实线绘制，为了便于了解零件的 形状和检查锻后的实际余量，在锻件图内用假想线绘出零件 简单形状。锻件的尺寸和公差标注在尺寸线上面，零件的尺 寸加括号标注在尺寸线下面，如图上无法表示的某些条件， 可以技术条件的方式加以说明。 第5章 自由锻工艺过程 2.确定坯料重量和尺寸 （钢材和钢锭） 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。 G坯 = （G锻+ G芯+ G切）（1+%） 第5章 自由锻工艺过程 2）坯料尺寸确定与所用工序有关。 V坯=G坯/（计算出体积） 当头道工序用镦粗时，为避免弯曲，应使1.25H0/D02.5 第5章 自由锻工艺过程 工序尺寸设计和工序选择同时进行的，确定工序尺寸 时应注意下列各点： 工序尺寸必须符合各工序的规则，如镦粗时坯料高径 比应小于2.5-3； 必须估计到各工序变形时坯料尺寸的变化，例如冲孔 时坯料高度有所减小，扩孔时坯料高度略有增加等； 应保证锻件各个部分有适当的体积，采用压痕或压肩 进行分段 在锻造最后进行精整有一定的修整留量； 多火锻造大型锻件时，应注意中间各火次加热的可能 性。 第5章 自由锻工艺过程 3）钢锭的选择。 第5章 自由锻工艺过程 3. 锻比（锻造比）的确定 锻比：锻比：锻比大小反映了锻造对锻件组织和力学性能的 影响，表示锻件在锻造成形时变形程度，是保证锻件 品质的一个重要指标。 其计算方法是按拔长或镦粗前后锻件的截面比或 高度比来计算。如有多次的镦粗、拔长，则总锻造比 等于分锻造比之和。 K总=K1+K2+- 第5章 自由锻工艺过程 2）锻比对锻件组织和性能的影响 一般规律是：锻造过程随锻比增大，由于内部孔隙焊合， 铸态组织打碎，锻件的纵向和横向机械性能均得列明显提 高当锻比超过一定数值后形成纤维组织横向机械性能 急剧下降导致锻件出现各向异性 锻比是衡量锻件性能的一个重要指标。 用钢材锻制锻件性能均已得到改善，一般不需考虑锻比； 用钢锭锻制的大型锻件必需考虑锻比。零件技术条件提出 锻比要求，以技术条件要求选取锻件的锻比，技术条件没 有规定锻比，则应根据材料化学成分零件受力情况钢 锭的大小等因素权衡利弊择优选取 第5章 自由锻工艺过程 当零件受力方向与纤维方向一致时：取锻比为 4； 重要锻件：采用镦粗拔长联合工艺，锻比要求 高达68。 一般结构钢锻件：取锻比为22.5； 第5章 自由锻工艺过程 第5章 自由锻工艺过程 4.选定设备吨位 确定锻造设备吨位的方法：确定锻造设备吨位的方法： 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 ），选取设备吨位。 第5章 自由锻工艺过程 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），直接按公式、表格 或图线选取设备吨位。 第5章 自由锻工艺过程 5 .制订自由锻工艺规程卡 锻造工艺规程卡上需填写工艺过程规程制 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 、锻件锻后处理等等。 第5章 自由锻工艺过程 5.3 制定自由锻工艺过程规程举例 图5.11齿轮锻件图 图5.10 齿轮零件图 （1）设计、绘制锻件图 第5章 自由锻工艺过程 图5-12 齿轮锻造工艺过程示意图 1-下料 2-镦粗 3-垫环局部镦粗 4-冲孔 5-冲子扩孔 6-修整 （2）确定变形工序及工序尺寸 第5章 自由锻工艺过程 （3）计算坯料尺寸 坯料体积要考虑锻件体积、冲孔 心料体积和烧损体积。 （4）选择设备吨位 根据锻件形状尺寸查有关手册 而定。 （5）确定锻造温度范围 45钢的始锻温度为1200，终 锻温度为800。 第5章 自由锻工艺过程 (6) 填写工艺卡 第5章 自由锻工艺过程 5.4 大型自由锻件的锻造特点（250吨-600吨） 5.4.1工艺的特点有以下几方面： 采用钢锭锻造，固有缺陷较为严重，与大型锻件 要求高质量造成了尖锐的矛盾； 大型锻件截面尺寸大，给锻造操作来很大困难。 而且会使锻造加热过程发生变化，如需长时间的加 热，引起晶粒长大；较大的内应力易出现裂纹；变 形难于深透到锻件的中心部，心部缺陷不易锻合； 锻后热处理工艺复杂； 有较全面的质量检查项目。 第5章 自由锻工艺过程 5.4.2 锻造对金属组织和性能的影响 1）锻造对金属组织的影响 细化晶粒；改善夹杂物分布； 形成纤维组织；锻合孔隙 第5章 自由锻工艺过程 纤维方向：a扁钢 b六方型钢 c 镦锻法 第5章 自由锻工艺过程 孔隙锻合 第5章 自由锻工艺过程 2）锻造对金属性能的影响： 通过锻造，缺陷得到 锻合，晶粒破碎，组织结 构的致密性、均匀性都有 所提高，综合力学性能得 到提高。当继续增加锻造 比，由于形成了纤维组织 ，横向塑性、韧性指标明 显低于纵向，出现了异向 性。 第5章 自由锻工艺过程 5.4.3提高质量工艺措施 第5章 自由锻工艺过程 第5章 自由锻工艺过程 第5章 自由锻工艺过程 第5章 自由锻工艺过程 思考题 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？ 第5章 自由锻工艺过程 返回文档 第5章 自由锻工艺过程 空心类锻件 返回文档 第5章 自由锻工艺过程 轴类锻件的生产过程返回文档 第5章 自由锻工艺过程 单拐曲轴的锻造过程 返回文档 第5章 自由锻工艺过程 三拐曲轴的锻造过程 返回文档