第六章第六章 常用金属塑性成形方法常用金属塑性成形方法定义：定义：自由锻造是利用冲击力或压力使金属材料自由锻造是利用冲击力或压力使金属材料在在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形，从产生变形，从而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件成形过程。而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件成形过程。自由自由锻6.1 自由自由锻与模与模锻自自由由锻锻优优点点自由自由锻造造自自由由锻锻缺缺点点自由自由锻造造自由锻工艺规程自由锻工艺规程 自由自由锻造造零件图零件图 - 绘制锻件图绘制锻件图 - 坯料质量和尺寸坯料质量和尺寸计算计算选择锻造工序选择锻造工序- 加热坯料、锻打加热坯料、锻打-检验检验-锻件锻件自由锻成形过程自由锻成形过程 1）绘制锻件图）绘制锻件图 绘制锻件图时要考虑绘制锻件图时要考虑: 加工余量加工余量 锻件公差锻件公差 敷料（工艺余块）敷料（工艺余块）自由自由锻造造锻件加工余量：锻件加工余量： 与零件的形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等因素有关，与零件的形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等因素有关，通常自由锻锻件的加工余量为通常自由锻锻件的加工余量为46mm，它与生产的设备、工，它与生产的设备、工装精度、加热的控制和操作技术水平有关，零件越大，形状越装精度、加热的控制和操作技术水平有关，零件越大，形状越复杂，则余量就大。复杂，则余量就大。锻件公差：锻件公差： 锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量，因为锻造操作中，因为锻造操作中掌握尺寸有一定困难，外加金属的氧化和收缩等原因，使锻件掌握尺寸有一定困难，外加金属的氧化和收缩等原因，使锻件的实际尺寸总有一定的误差。规定锻件的公差，有利于提高生的实际尺寸总有一定的误差。规定锻件的公差，有利于提高生产率。自由锻锻件的公差一般为产率。自由锻锻件的公差一般为（12）mm。自由自由锻造造3）坯料质量和尺寸计算）坯料质量和尺寸计算 确定坯料质量：确定坯料质量： G坯坯=G锻锻+G烧烧+G切切 式中：式中：G坯坯坯料质量。坯料质量。 G锻锻锻件质量。锻件质量。 G烧烧加热时坯料因表面氧化而烧损的质加热时坯料因表面氧化而烧损的质量，第一次加热取被加热金属质量分数的量，第一次加热取被加热金属质量分数的2%3%，以后各次加热取以后各次加热取1.5%2.0%； G切切锻造过程中被冲切掉的钢材质量。锻造过程中被冲切掉的钢材质量。 自由自由锻造造确定坯料尺寸确定坯料尺寸 首先根据材料的密度和坯料质量计算出坯料相首先根据材料的密度和坯料质量计算出坯料相应的应的体积体积； 根据体积不变原则和采用的基本工序类型（如根据体积不变原则和采用的基本工序类型（如拔长、镦粗等）的拔长、镦粗等）的锻造比、高度与直径之比锻造比、高度与直径之比等；等； 然后计算出然后计算出坯料横截面积、直径或边长坯料横截面积、直径或边长等尺寸。等尺寸。 自由自由锻造造当锻造件的第一工序为拔长时，则：当锻造件的第一工序为拔长时，则： F1Y锻锻 F锻锻式中式中:F1坯料的截面积；坯料的截面积； Y锻锻锻造比，对于圆钢锻造比，对于圆钢Y锻锻=1.31.5左右；左右； F锻锻锻件的最大截面积。锻件的最大截面积。注意：注意：圆钢直径大小是标准的，如计算的坯料直径与圆钢标圆钢直径大小是标准的，如计算的坯料直径与圆钢标准直径不符，则应将坯料直径就近取成圆钢直径，然后再重准直径不符，则应将坯料直径就近取成圆钢直径，然后再重新计算坯料高度新计算坯料高度H或长度或长度L。自由自由锻造造典型锻件的锻造比典型锻件的锻造比锻件名称锻件名称计算计算部位部位 锻造比锻造比 锻件锻件名称名称计算计算部位部位锻造比锻造比 碳素钢轴类碳素钢轴类零件零件 最大截面 2.02.5 锤头 最大截面 2.5 合金钢轴类合金钢轴类零件零件 最大截面 2.53.0水轮机主轴 轴身 2.5 热轧辊热轧辊 辊身 2.53.0水轮机立柱 最大截面 3.0 冷轧辊冷轧辊 辊身 3.55.0模块 最大截面 3.0 齿轮轴齿轮轴 最大截面 2.53.0航空用大型锻件 最大截面 6.08.0 自由自由锻造造4）选择锻造工序、确定锻造温度和冷却规范等。）选择锻造工序、确定锻造温度和冷却规范等。选择锻造工序选择锻造工序 分为分为基本工序、辅助工序、精整工序基本工序、辅助工序、精整工序三类。三类。 基本工序基本工序：镦粗、拔长、冲孔镦粗、拔长、冲孔等等 自由自由锻造造盘类锻件盘类锻件轴及杆类锻件轴及杆类锻件可采用镦粗、冲孔、压肩、整修可采用镦粗、冲孔、压肩、整修可采用拔长、压肩、整修可采用拔长、压肩、整修自由自由锻造造筒及环类锻件筒及环类锻件弯曲类锻件弯曲类锻件可采用镦粗、冲孔、拔长、整修可采用镦粗、冲孔、拔长、整修可采用拔长、弯曲可采用拔长、弯曲 自由自由锻造造曲拐轴类锻件曲拐轴类锻件其他复杂锻件其他复杂锻件可采用拔长、分段、错移、整修可采用拔长、分段、错移、整修可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修 自由自由锻造造辅助工序辅助工序：压肩、倒棱、压钳口压肩、倒棱、压钳口等。等。精整工序精整工序：整形、清出表面氧化皮整形、清出表面氧化皮等。自由自由锻造造锻造温度范围及加热冷却范围锻造温度范围及加热冷却范围 常用金属材料的锻造温度范围常用金属材料的锻造温度范围 自由自由锻造造合金种类合金种类始锻温度始锻温度/终锻温度终锻温度/碳素钢碳素钢15，25，3012001250750 750 80035，40，45120080080060，65，T8,T101100800800合金钢合金钢合金结构钢1150 1200800 800 850低合金工具钢1100 1150850850高速钢1100 1150900900有色金属有色金属H68850700700硬铝470380380锻后锻件的冷却：锻后锻件的冷却： 锻件仍有较高的温度，冷却时由于锻件仍有较高的温度，冷却时由于表面冷却快，内部冷的慢，锻件表里收表面冷却快，内部冷的慢，锻件表里收缩不一，可能使一些塑性较低的或大型缩不一，可能使一些塑性较低的或大型复杂锻件产生变形或开裂等缺陷。复杂锻件产生变形或开裂等缺陷。自由自由锻造造锻件冷却方式常有下列锻件冷却方式常有下列3种：种：1）直接在空气中冷却（空冷），直接在空气中冷却（空冷），此种多用于碳含此种多用于碳含量小于量小于0.5%的碳钢和碳含量小于的碳钢和碳含量小于0.3%的低合金钢的低合金钢中小型锻件。中小型锻件。2）在炉灰或干砂中缓冷在炉灰或干砂中缓冷 对用于中碳钢、高碳钢和对用于中碳钢、高碳钢和大多数低合金钢中的中型锻件。大多数低合金钢中的中型锻件。3）随炉缓冷随炉缓冷 锻后随即将锻件放入锻后随即将锻件放入500到到700摄氏度摄氏度的炉中随炉缓冷，用于中碳钢和低合金钢的大型锻的炉中随炉缓冷，用于中碳钢和低合金钢的大型锻件以及高合金钢的重要锻件。件以及高合金钢的重要锻件。 自由自由锻造造自由锻典型过程举例自由锻典型过程举例 轴类、盘类、环类、筒类、弯曲类等轴类、盘类、环类、筒类、弯曲类等轴类件自由锻工序轴类件自由锻工序自由自由锻造造锻件名称：齿轮轴锻件名称：齿轮轴坯料质量：坯料质量：2.8kg2.8kg坯料规格：坯料规格：90 x59mm90 x59mm锻件材料：锻件材料：40Cr40Cr锻造设备：锻造设备：150kg150kg空气锤空气锤锻件图：锻件图：火次火次温度（温度（）操作说明操作说明简图简图1 112001200800800镦粗镦粗拔长、打圆拔长、打圆压肩压肩拔长、打圆拔长、打圆自由自由锻造造盘类件自由锻工序盘类件自由锻工序自由自由锻造造锻件名称：双联齿轮锻件名称：双联齿轮坯料质量：坯料质量：2.1kg2.1kg坯料规格：坯料规格：65x83mm65x83mm锻件材料：锻件材料：4545钢钢锻造设备：锻造设备：150kg150kg空气锤空气锤 锻件图：锻件图：火次火次温度（温度（）操作说明操作说明简图简图1 112001200800800镦粗镦粗压肩压肩拔长、打圆拔长、打圆 自由自由锻造造环类件自由锻工序环类件自由锻工序 自由自由锻造造筒类件自由锻工序筒类件自由锻工序自由自由锻造造弯曲件自由锻工序弯曲件自由锻工序 自由自由锻造造锻造设备：锻造设备：中小型锻件所采用的主要是空气锤，空气锤的中小型锻件所采用的主要是空气锤，空气锤的吨位选择见下表或查锻造手册。吨位选择见下表或查锻造手册。 自由自由锻造造锤的吨位锤的吨位/kg150150250250400400560560锻件质量锻件质量/kg6 6101026264040自由锻件结构技术特征自由锻件结构技术特征自由锻件上应避免锥体、曲线或曲线交接以及自由锻件上应避免锥体、曲线或曲线交接以及椭圆形、工字形截面等结构椭圆形、工字形截面等结构 自由自由锻造造自由自由锻造造自由锻件上应避免加强筋、凸台等结构自由锻件上应避免加强筋、凸台等结构。自由自由锻造造当锻件的横截面有急剧变化或形状较复杂时，可将当锻件的横截面有急剧变化或形状较复杂时，可将其设计成几个简单件构成的组合件，用焊接或机械连其设计成几个简单件构成的组合件，用焊接或机械连接方法连成整体件。接方法连成整体件。自由自由锻造造复杂件结构复杂件结构成形性差的结构成形性差的结构 成形性好的结构成形性好的结构 自由自由锻造造概念：概念：在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种模具在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种模具称为称为胎模的单膛模具胎模的单膛模具，将已加热的坯料用，将已加热的坯料用自由锻方法预锻自由锻方法预锻成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。胎模胎模锻造造种类：种类：扣模、套筒模（开式套筒模、闭式套筒模）、合模。扣模、套筒模（开式套筒模、闭式套筒模）、合模。1）扣模：）扣模： 用于锻造非回转体锻件，具有敞开的模膛。用于锻造非回转体锻件，具有敞开的模膛。锻造时工件一般锻造时工件一般不翻转，不产生毛边不翻转，不产生毛边，可用于制坯也可，可用于制坯也可成形。成形。胎模胎模锻造造2）套筒模：）套筒模： 套筒模主要用于回转体锻件如齿轮、法兰等，有套筒模主要用于回转体锻件如齿轮、法兰等，有开式和闭式两种。开式套筒模一般只有下模（套筒和垫块），开式和闭式两种。开式套筒模一般只有下模（套筒和垫块），没有上模（锤砧代替上模），没有上模（锤砧代替上模），优点优点是结构简单，可以得到很小是结构简单，可以得到很小或不带斜度的锻件。取件时一般要翻转或不带斜度的锻件。取件时一般要翻转180度度; 缺点缺点是对上下砧的平行度要求较严。是对上下砧的平行度要求较严。闭式套筒模闭式套筒模一般由上一般由上模、套筒等组成，锻造中金属处于模膛的封闭空间中变形，模、套筒等组成，锻造中金属处于模膛的封闭空间中变形，不不形成毛边。形成毛边。胎模胎模锻造造3）合模：）合模： 一般由上下模及导向装置组成，见图，一般由上下模及导向装置组成，见图，用来锻造形状复杂的锻件，锻造过程中用来锻造形状复杂的锻件，锻造过程中多余金属流多余金属流入飞边槽形成飞边。入飞边槽形成飞边。胎模胎模锻造造优点：优点：与自由锻相比，胎模锻具有锻件品质较好与自由锻相比，胎模锻具有锻件品质较好（表面光洁、尺寸较精确、纤维分布合理）、（表面光洁、尺寸较精确、纤维分布合理）、生产率高和节约金属等优点。生产率高和节约金属等优点。与模锻相比，胎模锻具有操作比较灵活、胎与模锻相比，胎模锻具有操作比较灵活、胎模模具简单、容易制造加工、成本低、生产准模模具简单、容易制造加工、成本低、生产准备周期短等优点。备周期短等优点。胎模胎模锻造造缺点：缺点：胎模锻件比模锻件表面品质较差；胎模锻件比模锻件表面品质较差；精度较低、所留的机加工余量大；精度较低、所留的机加工余量大；操作者劳动强度大、胎模寿命较低。操作者劳动强度大、胎模寿命较低。 胎模锻适用于中、小批量生产小型多品种的胎模锻适用于中、小批量生产小型多品种的锻件。锻件。胎模胎模锻造造 模模锻定义：