《锻造工艺与模具设计-自由锻造工序讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锻造工艺与模具设计-自由锻造工序讲解（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 自由锻造工序 1 谢利 xlustb 材料工程学院 2 3 空气锤 4 4-1 概 述 一、定义 自由锻利用冲击力或压力使金属在上下两个 平板之间产生塑性变形,从而得到所需形状及尺寸 的锻件. 或者说：只用简单的工具，或在锻造设备的上下 砧间直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获 得所需形状及内部质量的锻件的加工方法. 5 自由锻造：手工自由锻造和机械自由锻造（自由锻） 锻锤自由锻产生冲击力使金属坯料变形（中小型） 水压机自由锻靠压力使坯料变形（大型） 优点：所用工具简单，通用性强、灵活性大，因此适合单件 和小批锻件。 缺点：锻件精度低，加工余量大，生产率低，劳动强度大。 6 4-2
2、自由锻工序及自由锻件分类 一、自由锻工序:基本工序、辅助工序和修整工 序 基本工序 指能够大幅度地改变坯料形状和尺寸 的工序，是主要变形工序。 如镦粗、拔长、冲孔、芯轴拔长、弯曲、错移、扭转、切割 、芯轴扩孔等。 辅助工序 指在坯料进入基本工序前预先变形的 工序。 如钢锭倒棱和缩颈倒棱、预压钳把、阶梯轴分段压痕等。 7 修整工序 即后续工序。指用来精整锻件尺寸和 形状使完全达到锻件图要求的工序。一般是在某一 基本工序完成后进行。 如镦粗后的鼓形滚圆和截面滚圆，凸起、凹下及不 平和有压痕面的平整，拔长后的弯曲校直和锻斜后的校正 等。 自由锻件的成形都是这三类工序的组合 8 9 辅助工序 预压夹钳
3、把 阶梯轴分段压痕 钢锭倒棱 10 修整工序 鼓形面滚圆压痕面平整 弯曲后矫直和校正 11 二、自由锻件分类 按工艺特点分为七类（把形状特征相同、变 形过程类似的锻件归为一类） 实心圆柱体轴杆类锻件； 实心矩形截面类锻件； 盘饼类锻件； 曲轴类锻件； 空心类锻件； 弯曲类锻件； 复杂形状类锻件. 12 4-3 自由锻基本工序分类 1、定义：在外力作用下，使坯料高度减 小，横截面增大的锻造工序。 一、镦粗 13 2、镦粗的作用： 获得横截面较大而高度较小的锻件（饼块件）; 用作冲孔前的准备工序(增大坯料的横截面积以便于 冲孔); “反复镦拔法”，镦粗与拔长相结合，可提高锻造比 ;反复镦粗和拔长击
4、碎合金工具钢中的块状碳化物，并 使其分布均匀以提高锻件的使用性能; (5)提高锻件的横向力学性能以减小力学性能的异向性。 14 3镦粗方式:平砧镦粗、垫环镦粗和局部镦粗 （1）平砧镦粗与镦粗比 坯料完全在上下平砧间或镦粗平板间进行的压制称为 平砧镦粗； 镦粗比：坯料镦粗前后的高度之比（1） 15 (2)平砧间镦粗的变形分析 镦粗时由于坯料两端面与工具存在摩擦力而导致金 属变形不均匀; 坯料上下端面及其表层金属因受摩擦力影响成为难变 形区（）；区域（）为大变形区; 区域（）为小变形 区。因此，镦粗结果，坯料由圆柱形变为鼓形。另外，（I） 区与工具接触，温度降低快，也是难变形的原因之一。 16 (
5、3)缺陷分析 1) 三个区域的变形不均匀使金属内部晶粒粗细不一 。大变形区变形充分，得到细晶粒；难变形区，还 保留粗大的铸态组织。 2)（）（）区变形的不均，又引起了侧表面裂 纹的产生。 3)质量问题：侧表面产生纵向或45裂纹； 侧表面出现鼓形； 上下端存留铸态组织； 高坯料镦粗易失稳弯曲。 17 (4) 减少缺陷的措施 a 采用润滑，预热工具 ; b 用侧凹形毛坯镦粗; C采用软金属垫镦粗; d采用铆镦、叠料镦粗； e套环内镦粗； f反复镦粗与侧面修直 软金属垫/环镦粗 18 铆镦与端面碾压 叠料镦粗 19 （5）镦粗与高径比的关系 坯料高径比H0/D03时，易发生失稳，导致纵向弯曲； 高径
6、比H0/D0=1.5-2.5时，产生双鼓形和均匀变形区； 高径比H0/D0=1.0-1.5时，双鼓形逐渐向单鼓形过度； 高径比H0/D00.5时，难变形区相接触，鼓肚较小 H0/D0=2.5 HO/D0=1.45 H0/D0=10.67 H0/D0=0.22 20 （6）镦粗时应注意的事项 避免镦粗时产生纵向失稳弯曲，圆柱体坯料高径比不 宜超过2.5，在2-2.2范围内最好； 对于方形或矩形截面坯料，其高度和较小基边之比不 宜超过3.5； 镦粗前坯料断面应平整，端面与轴线要垂直，加热温 度均匀 21 （7）垫环镦粗 坯料在单个垫环上或两个垫环间进行镦粗，又称镦挤 单垫环镦粗 双垫环镦粗 22
7、（8）局部镦粗 坯料只在局部长度上（端部或中间）产生镦粗变形 局部镦粗 23 二、拔长 （1）定义：使坯料横截面减小，长度增加的锻造工序；通 过逐次送进和反复转动坯料进行压缩变形，耗费工时最多。 （2）按拔长时所使用的工具不同，分为平砧拔长、型砧拔 长和芯轴拔长三类。 24 （3）拔长变形过程分析 1）锻造比(KL)：坯料拔长前后的截面积之比(1)； 2）变形特点：拔长时坯料变形情况与镦粗变形有某 些相似之处，它是两端带有不变形金属的镦粗。 3）影响因素：送进量L0、压下量h、砧面与坯料的 形状、锤击的轻重与操作方法以及坯料的加热温度等 等。 矩形截面拔长 25 4）送进量的大小，除影响生产率
8、外，还影响锻件质量 当送进量太小，而坯料厚度（h0）又比较大，即当l0/h05 环壁较厚，扩径困难，形成凸台 38 1）冲孔后坯料尺寸的计算（见p61公式） 2）冲孔前坯料高度确定： 当D0/d 5时, H0 = H； 当D0/d 5时，H0 = (1.11.2)H 坯料冲孔后的高度总是小于或等于坯料原高度。 （3）冲孔坯料尺寸的计算 39 （4）质量分析 1）优点 操作简单，芯料损失较少，芯料高度h0.25H； 广泛用于孔径在30-400mm的冲孔锻件 2）缺点 a）“走样”：坯料高度减小，外径上小下大，下端面凸出，上端面凹进的 现象。 D0/d太小 先镦粗至 D0/d3 40 b）孔冲偏
9、c）斜孔 d）裂纹 低塑性材料常见缺陷。 外侧纵向裂纹系由该处切向拉应力所致， D0/d愈小，最外层 金属的切向伸长愈大，愈易产生裂纹。 内孔圆角裂纹系由该处温降较大和冲头锥度所致。 D0/d太小,外侧表面 金属受到切应力; 内孔圆角处温降大 ,塑性差 增大D0/d; 冲头锥度小, 多次加热, 逐步冲成 41 形状变化小、芯料损失大 大锻件能将钢锭和质量差的部分冲掉，钢锭冒口向下 适用于孔径大于400mm的锻件 2、空心冲头冲孔 42 形状变化小、芯料损失较大、芯料(连皮)高度 为h =（0.7-0.75%）H 适用于D0/d 0.125的薄饼锻件 3、垫环上冲孔 43 4-4 自由锻工艺规程
10、的制定 自由锻工艺规程的内容： 根据零件图绘制锻件图； 确定坯料的质量和尺寸； 制订变形工艺及选用工具； 选择设备吨位； 确定锻造温度范围，制订坯料加热和锻件冷却规范； 制订锻件热处理规范； 提出锻件的技术条件和检验要求； 填写工艺规程卡片等。 44 一、锻件图的制订与绘制 锻件图是以零件图为基础， 考虑了加工余量、锻造公差 、锻造余块、检验试样及工 艺夹头等因素绘制而成。 45 1加工余量 当锻造不能达到零件的尺寸精度和粗糙度要求 时，零件表面需增加一层供切削加工用的金属，称为机械加工 余量，简称余量。 零件的公称尺寸余量后的尺寸锻件公称尺寸 锻件的余量、余块 46 2锻造余块 为了简化锻件的外形或锻造工艺的需要，通 常需要添加金属。这种加添的金属部分叫做余块。 锻造时，有些零件上的小孔，狭窄的凹槽或台阶等，一 般不锻出，而加上余块，以简化锻件形状和操作。但简化后 的锻件形状，会增加金属的消耗和机械加工工时。因此，是 否要加放余块应根据零件的形状、尺寸和锻造技术水平及经 济效益等具体情况而定。 47 3锻造公差 由于设备精度或技术差异，锻件实际尺寸 达不到公称尺寸，允许存在一定的误差，就是锻造公差。 锻件上各部分不论是否需机械加工，都应注明锻
