Page Page 1 1 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering第二节第二节 锻造工艺规程的制定锻造工艺规程的制定工艺：工艺：产品加工的方法、技术等。产品加工的方法、技术等。工艺规程：工艺规程：为了保证产品质量、提高生产效率和经济效益，把根据具体生为了保证产品质量、提高生产效率和经济效益，把根据具体生产条件拟定的较合理的工艺过程，用图表（或文字）的形式写产条件拟定的较合理的工艺过程，用图表（或文字）的形式写成文件，就是工艺规程。成文件，就是工艺规程。锻造工艺锻造工艺包括下料、坯料加热、锻造成形、锻件冷却和热处理等主要工包括下料、坯料加热、锻造成形、锻件冷却和热处理等主要工艺过程。所以制定锻造工艺规程时，主要内容有：艺过程。所以制定锻造工艺规程时，主要内容有：（1 1）绘制锻件图）绘制锻件图（2 2）计算坯料的重量和尺寸）计算坯料的重量和尺寸（3 3）确定锻造工序（工步）确定锻造工序（工步）（4 4）确定加热设备、锻造设备、加热规范、加热火次、冷却规范）确定加热设备、锻造设备、加热规范、加热火次、冷却规范和锻后所须的辅助工序等和锻后所须的辅助工序等 Page Page 2 2 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering一、绘制锻件图一、绘制锻件图 锻件图锻件图-在零件图的基础上，在零件图的基础上，考虑余块（敷料）考虑余块（敷料） 、加工余量、加工余量、锻造公差等因素后绘制的工艺图。锻造公差等因素后绘制的工艺图。 锻造工艺规程锻造工艺规程锻件图上用双点画线画锻件图上用双点画线画出零件轮廓，并在尺寸线出零件轮廓，并在尺寸线下面标出实际零件的尺寸。下面标出实际零件的尺寸。 Page Page 3 3 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering1 1、余块（敷料）、加工余量、余块（敷料）、加工余量和锻造公差和锻造公差a）余块（敷料）余块（敷料） 为便于锻造而增加的那一部分金为便于锻造而增加的那一部分金属。如较小孔、槽等。属。如较小孔、槽等。 b）加工余量）加工余量 锻件表面留有供机械加工的金属锻件表面留有供机械加工的金属层。层。 c）锻造公差）锻造公差 锻件尺寸相对于公称尺寸所允许锻件尺寸相对于公称尺寸所允许的变动量。的变动量。锻造工艺规程锻造工艺规程 Page Page 4 4 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering绘制锻件图绘制锻件图模锻件模锻件2 2、分模面、分模面-上下模或凹凸模的分界面上下模或凹凸模的分界面当零件的毛坯采用当零件的毛坯采用模锻模锻方法制做时，除确定敷料、余量和方法制做时，除确定敷料、余量和公差外，尚需考虑公差外，尚需考虑分模面分模面、模锻斜度模锻斜度、圆角半径圆角半径、冲孔连皮冲孔连皮等等 Page Page 5 5 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering（1）要保证模锻件易于从）要保证模锻件易于从模膛中取出，通常分模面选模膛中取出，通常分模面选择在模锻件择在模锻件最大截面上最大截面上。 图图a a）不合理）不合理绘制锻件图绘制锻件图模锻件模锻件a)b)c)d) 确定分模面位置五项原则：确定分模面位置五项原则： Page Page 6 6 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering（2）分模面应能）分模面应能使模膛的使模膛的深度最浅深度最浅，这样有利于金属，这样有利于金属充满模膛，便于锻件的取出充满模膛，便于锻件的取出和锻模的制造。和锻模的制造。 图图b）模膛深）模膛深（3）分模面尽可能使锻件）分模面尽可能使锻件上所加的上所加的敷料最少敷料最少，这样既，这样既可提高材料的利用率，又减可提高材料的利用率，又减少了切削加工的工作量。少了切削加工的工作量。 图图b)分模面使孔不能锻出，只分模面使孔不能锻出，只能加工，不合理能加工，不合理a)b)c)d)绘制锻件图绘制锻件图模锻件模锻件 Page Page 7 7 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering（4 4）选定的分模面应能）选定的分模面应能使使上下两模沿分模面的上下两模沿分模面的模膛轮廓一致模膛轮廓一致，这样在，这样在安装锻模和生产中发现安装锻模和生产中发现错模错模现象时，便于及时现象时，便于及时调整锻模位置。调整锻模位置。 图图c)c)不合理不合理绘制锻件图绘制锻件图模锻件模锻件a)b)c)d) Page Page 8 8 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering（5）分模面）分模面最好是平面最好是平面，且上下锻模的模膛深度尽可能一致，且上下锻模的模膛深度尽可能一致，便于锻模制造。便于锻模制造。图图d)d)合理合理绘制锻件图绘制锻件图模锻件模锻件上模上模下模下模d) Page Page 9 9 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering3 3、模锻斜度、模锻斜度 -锻件与模膛侧壁接触部分在脱模方向所具有的斜度。锻件与模膛侧壁接触部分在脱模方向所具有的斜度。 目的是便于目的是便于从模膛中取出锻件从模膛中取出锻件。锤上模锻，模锻斜度一般为锤上模锻，模锻斜度一般为515常用模锻斜度系列为：常用模锻斜度系列为： 357101215 模锻斜度与模膛深度有关，当模膛深度模锻斜度与模膛深度有关，当模膛深度与宽度的比值（与宽度的比值（h/b)越大时，取较大的斜度越大时，取较大的斜度值。值。内壁斜度应比外壁内壁斜度应比外壁 斜度大斜度大2-5在具有顶出装置的锻压机上，其模锻件上在具有顶出装置的锻压机上，其模锻件上的斜度比没有顶出装置的小一级的斜度比没有顶出装置的小一级。绘制锻件图绘制锻件图模锻件模锻件 Page Page 1010 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering4 4、模锻件圆角半径、模锻件圆角半径 - -模锻件上所有两平面转接处均需圆弧过渡，此过渡处称模锻件上所有两平面转接处均需圆弧过渡，此过渡处称为锻件的圆角为锻件的圆角 。 目的目的: :增大增大锻件锻件强度，利于锻造时金属充满模膛。强度，利于锻造时金属充满模膛。避免避免锻模锻模上的内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处的磨损，提上的内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处的磨损，提高锻模的使用寿命高锻模的使用寿命。要求要求: 外圆角半径外圆角半径r取取1.5 12mm， 内圆角半径内圆角半径R比比外圆角大外圆角大2 3倍倍； 模膛深度越深，圆角半径取值越大。模膛深度越深，圆角半径取值越大。绘制锻件图绘制锻件图模锻件模锻件 Page Page 1111 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering孔径孔径d25mmd25mm的模锻件，孔应锻出，的模锻件，孔应锻出，但须留但须留冲孔连皮冲孔连皮；冲孔连皮厚度与孔径有关，当孔径冲孔连皮厚度与孔径有关，当孔径 25 25 80mm80mm时，连皮厚度为时，连皮厚度为4 4 8mm8mm。绘制锻件图绘制锻件图模锻件模锻件5 5、冲孔连皮、冲孔连皮 - -由于锤上模锻时不能靠上、下模的突起部分把金属完全排由于锤上模锻时不能靠上、下模的突起部分把金属完全排挤掉，因此不能锻出通孔，终锻后，孔内留有的金属薄层，称为挤掉，因此不能锻出通孔，终锻后，孔内留有的金属薄层，称为冲孔连皮。冲孔连皮。 Page Page 1212 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering 图中双点划线为零件轮廓外形，分模面选在锻件高度方向的图中双点划线为零件轮廓外形，分模面选在锻件高度方向的中部。零件的轮辐部分不加工，故不留加工余量。内孔中部的两中部。零件的轮辐部分不加工，故不留加工余量。内孔中部的两条直线为冲孔连皮切掉后的痕迹。条直线为冲孔连皮切掉后的痕迹。模锻件图例模锻件图例 Page Page 1313 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering二、坯料重量和尺寸的计算二、坯料重量和尺寸的计算 确定坯料重量：确定坯料重量： G G坯料坯料=G=G锻件锻件+G+G烧损烧损+G+G料头料头式中：式中：G G坯料坯料坯料重量。坯料重量。 G G锻件锻件锻件重量。锻件重量。 G G烧损烧损加热时坯料因表面氧化而烧损的重量加热时坯料因表面氧化而烧损的重量； G G料头料头锻造过程中被冲掉的那部分金属的重量，如冲孔时坯料锻造过程中被冲掉的那部分金属的重量，如冲孔时坯料中部的料芯，修切端部产生的料头等。中部的料芯，修切端部产生的料头等。坯料尺寸：坯料尺寸：根据坯料重量和几何形状确定，同时应考虑锻造比根据坯料重量和几何形状确定，同时应考虑锻造比（即变形程度）（即变形程度）。坯料重量和尺寸的计算坯料重量和尺寸的计算 Page Page 1414 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering三、锻造工序的确定三、锻造工序的确定锻造工序的确定锻造工序的确定锻造工序根据工序特点和锻件类型来确定。锻造工序根据工序特点和锻件类型来确定。自由锻生产锻件时，其工序主要由锻件类别确定。自由锻生产锻件时，其工序主要由锻件类别确定。采用模锻方法生产模锻件时，其工步根据模锻件的采用模锻方法生产模锻件时，其工步根据模锻件的形状和尺寸确定。形状和尺寸确定。 Page Page 1515 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering盘类锻件盘类锻件可采用镦粗（或拔长镦粗）、冲孔可采用镦粗（或拔长镦粗）、冲孔轴类锻件轴类锻件可采用拔长（或镦粗拔长）、切肩、镦台阶可采用拔长（或镦粗拔长）、切肩、镦台阶1 1、自由锻、自由锻锻锻件分类及基本工序方案件分类及基本工序方案锻锻件分类及基本工序方案件分类及基本工序方案自由锻工序的确定自由锻工序的确定 Page Page 1616 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering筒类锻件筒类锻件可采用镦粗（或镦粗拔长）、冲孔、在芯轴上拔长可采用镦粗（或镦粗拔长）、冲孔、在芯轴上拔长环环类锻件类锻件可采用镦粗（或拔长镦粗）、冲孔、在芯轴上冲孔可采用镦粗（或拔长镦粗）、冲孔、在芯轴上冲孔自由锻工序的确定自由锻工序的确定 Page Page 1717 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering弯曲类锻件弯曲类锻件可采用拔长、弯曲可采用拔长、弯曲曲轴类锻件曲轴类锻件可采用拔长（或镦粗及拔长）、错移、锻台阶、扭转可采用拔长（或镦粗及拔长）、错移、锻台阶、扭转自由锻工序的确定自由锻工序的确定 Page Page 1818 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering长轴类模锻件工序：长轴类模锻件工序： 结构特征：结构特征：锻件的长度与宽度之比较大，锻件的长度与宽度之比较大，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等此类如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等此类锻件在锻造过程中，锤击方向垂直于锻件锻件在锻造过程中，锤击方向垂直于锻件的轴线。终锻时，金属沿高度与宽度方向的轴线。终锻时，金属沿高度与宽度方向流动，而沿长度方向没有显著的流动。流动，而沿长度方向没有显著的流动。常常用工步用工步: :拔长拔长- -滚压滚压- -弯曲弯曲- -预锻预锻- -终锻终锻2、模锻基本工序的确定、模锻基本工序的确定模锻工序模锻工序根据工序特点和锻件类型来确定根据工序特点和锻件类型来确定 Page Page 1919 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering模锻工序模锻工序 对于小型长轴类锻件，为了减少钳口料和提高生产率，常采用一根棒对于小型长轴类锻件，为了减少钳口料和提高生产率，常采用一根棒料同时锻造出几个锻件的方法。因此应增设切断工步，将已锻好的模锻件料同时锻造出几个锻件的方法。因此应增设切断工步，将已锻好的模锻件分离开。分离开。 有一些模锻件选用周期轧制材料作坯料时，可以省去拔长、滚压等工有一些模锻件选用周期轧制材料作坯料时，可以省去拔长、滚压等工步，简化模锻过程，并可显著提高生产率。步，简化模锻过程，并可显著提高生产率。 Page Page 2020 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering 短轴类（盘类）模锻件：短轴类（盘类）模锻件： 镦粗镦粗- -预锻预锻- -终锻等。终锻等。模锻工序模锻工序 Page Page 2121 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering3 3、模锻件修整工序模锻件修整工序 切边与冲孔切边与冲孔 锻成的模锻件，通常其周边都带有锻成的模锻件，通常其周边都带有飞边飞边，有通，有通孔的锻件还有孔的锻件还有连皮连皮。须用。须用切边模和冲孔模切边模和冲孔模将飞边和连皮切除。将飞边和连皮切除。模锻件修整工序模锻件修整工序 Page Page 2222 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering校正校正 在形状复杂的锻件切边（冲连皮）之后进行校正，以在形状复杂的锻件切边（冲连皮）之后进行校正，以提高锻件精度提高锻件精度。可在专门的校正模或终锻模内进行。可在专门的校正模或终锻模内进行。热处理热处理 目的是为了目的是为了消除锻件的内应力、过热组织或加工消除锻件的内应力、过热组织或加工硬化组织硬化组织等，使模锻件具有所需的组织和性能。方法：正火或等，使模锻件具有所需的组织和性能。方法：正火或退火。退火。清理清理 清除氧化皮、油污及其他表面缺陷，以清除氧化皮、油污及其他表面缺陷，以提高模锻件的提高模锻件的表面质量表面质量。清理方法有：。清理方法有：滚筒打光。喷丸清理、酸洗滚筒打光。喷丸清理、酸洗等。等。模锻件修整工序模锻件修整工序 Page Page 2323 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineeringu定义：定义：指锻件的结构设计在满足使用性能的前提下，针对不指锻件的结构设计在满足使用性能的前提下，针对不同的生产方式，能以最优质量、最低成本、最高生产率的方法同的生产方式，能以最优质量、最低成本、最高生产率的方法锻造成形的性质。锻造成形的性质。u意义：意义：合理的结构合理的结构可使锻造可使锻造成形方便成形方便，节约金属节约金属，保证质量保证质量和和提高生产率提高生产率。 u锻造方法不同，对零件的结构工艺性的要求也不同。锻造方法不同，对零件的结构工艺性的要求也不同。 u下面分别讨论自由锻和模锻的零件结构工艺性。下面分别讨论自由锻和模锻的零件结构工艺性。 第三节第三节 锻件结构的工艺性锻件结构的工艺性 Page Page 2424 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering一、自由锻件的结构工艺性一、自由锻件的结构工艺性自由锻件结构的工艺性自由锻件结构的工艺性 避免锥体和斜面结构避免锥体和斜面结构自由锻锻件若有锥体或斜面结构自由锻锻件若有锥体或斜面结构( (图图a)a)，将使锻造工艺复杂，操，将使锻造工艺复杂，操作不方便，降低设备的使用效率。应改进设计，如图作不方便，降低设备的使用效率。应改进设计，如图b b所示。所示。 Page Page 2525 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering自由锻件结构的工艺性自由锻件结构的工艺性 锻件若由数个简单几何体构成时，几何体间的交接处不应形成锻件若由数个简单几何体构成时，几何体间的交接处不应形成空间曲线。图空间曲线。图a a所示结构，采用自由锻方法极难成形，应改成平面所示结构，采用自由锻方法极难成形，应改成平面与圆柱、平面与平面相接的结构与圆柱、平面与平面相接的结构( (图图b)b)。 Page Page 2626 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering 自由锻锻件上不应设计自由锻锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面面或空间曲线形表面( (图图a)a)，应将锻件结构改成如图，应将锻件结构改成如图b b所示结构。所示结构。自由锻件结构的工艺性自由锻件结构的工艺性 Page Page 2727 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering 当锻件的当锻件的横截面有急剧变化或形状较复杂横截面有急剧变化或形状较复杂时，可将其设计成时，可将其设计成几个简单件构成的几个简单件构成的组合件组合件，用焊接或机械连接方法连成整体件。，用焊接或机械连接方法连成整体件。复杂件结构复杂件结构(a)成形性差的结构成形性差的结构 (b)成形性好的结构成形性好的结构自由锻件结构的工艺性自由锻件结构的工艺性 Page Page 2828 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering避免叉形件内部的台阶避免叉形件内部的台阶自由锻件结构的工艺性自由锻件结构的工艺性 Page Page 2929 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering结构工艺性要求解决办法不 合 理 合 理 锻件上应避免有锥形、斜面和楔形表面锻造具有锥体或斜面结构的锻件，需制造专用工具，锻件成形也比较困难，从而使工艺过程复杂，不便于操作，影响设备使用效率，应尽量避免。应避免出现加强肋，工字形截面等复杂结构避免几何体的交接处形成空间曲线：圆柱面与圆柱面相交，锻件成形十分困难。改成平面相交，消除了空间曲线，使锻造成形容易。应力求简化两球形面的交接应避免出现形状复杂的凸台及叉形件的内凸台等合理采用组合结构锻件的横截面积有急剧变化或形状较复杂时，可设计成由数个简单件构成的组合体。每个简单件锻造成形后，再用焊接或机械联接方式构成整体零件。 Page Page 3030 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering二、模锻件的结构工艺性二、模锻件的结构工艺性 模锻件的特点：模锻件的特点： 模锻允许零件上有较复杂的曲面、肋条和小凸台，甚至可以模锻允许零件上有较复杂的曲面、肋条和小凸台，甚至可以在锻件上制出花纹和文字。精度较高，成本较高。在锻件上制出花纹和文字。精度较高，成本较高。模锻件结构的工艺性模锻件结构的工艺性 模锻件上模锻件上平行于捶击方向平行于捶击方向的的表面应设计出模锻斜度，以方便锻表面应设计出模锻斜度，以方便锻件取出；且不允许有凹入部分，否件取出；且不允许有凹入部分，否则无法进行模锻。则无法进行模锻。 Page Page 3131 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering 所有表面交角均设计成所有表面交角均设计成圆角圆角，既易于金属充满模膛又避免，既易于金属充满模膛又避免锻件锻件内尖角内尖角处产生裂纹或处产生裂纹或外尖角外尖角处破坏。处破坏。模锻件结构的工艺性模锻件结构的工艺性 Page Page 3232 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering 零件零件外形外形力求简单、平直和对称，尽量避免零件截面间差别力求简单、平直和对称，尽量避免零件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高凸起等结构，以便于金属充满模膛和过大，或具有薄壁、高筋、高凸起等结构，以便于金属充满模膛和减少工序。减少工序。零件的小截面直径零件的小截面直径与大截面直径之比与大截面直径之比为为0.50.5，不符合模锻，不符合模锻生产的要求。生产的要求。 模锻件扁而薄，模模锻件扁而薄，模锻时，薄部金属冷锻时，薄部金属冷却快，变形抗力剧却快，变形抗力剧增，易损坏锻模。增，易损坏锻模。零件有一个高而薄的凸零件有一个高而薄的凸缘，金属难以充满模膛，缘，金属难以充满模膛，且使锻模制造和成形后且使锻模制造和成形后取出锻件较为困难。取出锻件较为困难。设计成图设计成图d所所示形状，使之示形状，使之易于锻制成形易于锻制成形模锻件结构的工艺性模锻件结构的工艺性 Page Page 3333 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering 模锻零件必须具有模锻零件必须具有一个一个合理的分模面合理的分模面，以保证模锻件易于从以保证模锻件易于从锻模中取出、敷料最锻模中取出、敷料最少、锻模制造容易。少、锻模制造容易。模锻件结构的工艺性模锻件结构的工艺性 Page Page 3434 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering 模锻件的结构中应避免深孔或多孔结构。简化模具结构，提模锻件的结构中应避免深孔或多孔结构。简化模具结构，提高使用寿命。高使用寿命。 图示零件的轴孔图示零件的轴孔(60 mm)(60 mm)属深孔结构，属深孔结构，其上又有四个非加工其上又有四个非加工孔（孔（40 mm40 mm），均不），均不宜锻出，须改用机械宜锻出，须改用机械加工方法制出加工方法制出。模锻件结构的工艺性模锻件结构的工艺性 Page Page 3535 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering 在可能的情况下，在可能的情况下，对复杂零件采用锻对复杂零件采用锻- -焊组焊组合，以减少敷料，简化合，以减少敷料，简化模锻过程。模锻过程。模锻件结构的工艺性模锻件结构的工艺性 Page Page 3636 机机 械械 工工 程程 学学 院院School of Mechanical Engineering (1) 为什么重要的巨型锻件必须采用自由锻的方法制造? (2) 重要的轴类锻件为什么在锻造过程中安排有镦粗工序? (3) 叙述图示零件在绘制锻件图时应考虑的内容。 (4) 在图示的两种抵铁上进行拔长时，效果有何不同? (5) 如何确定分模面的位置?为什么模锻生产中不能直接锻出通孔? (6) 改正图示模锻锻件结构的不合理处。 (7) 图示零件采用锤上模锻制造，请选择最合适的分模面位置思考题思考题