锻造工艺学完整版ppt课件

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1、锻锻 造造 工工 艺艺 学学材料科学与工程学院Seite 2 第一章第一章 绪绪 论论Seite 3 塑性成型生产过程简述Seite 4 什么是锻造？什么是锻造？金属塑性加工方法之一金属塑性加工方法之一锻造是利用手锤、锻锤或压力设备上的模具对加锻造是利用手锤、锻锤或压力设备上的模具对加热的金属坯料施力，使金属材料在不分离条件下热的金属坯料施力，使金属材料在不分离条件下产生塑性变形，以获得形状、尺寸和性能符合要产生塑性变形，以获得形状、尺寸和性能符合要求的零件。为了使金属材料在高塑性下成型，通求的零件。为了使金属材料在高塑性下成型，通常锻造是在热态下进行，因此锻造也祢为热锻。常锻造是在热态下进行

2、，因此锻造也祢为热锻。 Seite 5 锻造是一种通过模具和工具利用压力使工件成型的锻造是一种通过模具和工具利用压力使工件成型的工艺方法，它是最古老的金属加工方法之一，可以工艺方法，它是最古老的金属加工方法之一，可以追溯到公元前追溯到公元前4000年年甚至甚至8000年。年。锻造生产广泛应用于机械、冶金、造船、航空、航锻造生产广泛应用于机械、冶金、造船、航空、航天、兵器以及其它许多工业部门。天、兵器以及其它许多工业部门。Seite 6 航空航天航空航天Seite 7 武器装备武器装备Seite 8 交通运输交通运输中国动车组列车中国动车组列车Seite 9 全全铝汽汽车Seite 10 齿轮齿

3、轮曲轴曲轴连杆连杆Seite 11 1任任务务：解解决决锻锻件件的的成成形形及及其其内内部部组组织织性性能能的的控制，以获得所需形状、尺寸和质量的锻件。控制，以获得所需形状、尺寸和质量的锻件。2目目的的：锻锻造造的的根根本本目目的的是是利利用用外外加加载载荷荷（冲冲击击载载荷荷或或静静载载荷荷）通通过过锻锻压压设设备备或或模模具具使使金金属属毛毛坯坯产产生生塑塑性性变变形形，从从而而获获得得所所需需形形状状和和尺尺寸寸的的锻锻件件，同同时时使使锻锻件件机机械械性性能能和和内内部部组组织织符符合合一一定定的的技术的要求。技术的要求。Seite 12 实质实质：锻造工艺的实质是如何利：锻造工艺的实

4、质是如何利用金属的塑性使金属毛坯改变形用金属的塑性使金属毛坯改变形状和性能而成为合格锻件的加工状和性能而成为合格锻件的加工过程。过程。Seite 13 一、锻造生产的特点及其在国民经济中的作用一、锻造生产的特点及其在国民经济中的作用（一）锻造生产的优点和缺点（一）锻造生产的优点和缺点1优点：优点：优质、高产、低消耗、灵活。优质、高产、低消耗、灵活。1)优质优质指可以改善金属组织性能。指可以改善金属组织性能。金属零件的传统生产过程是：金属零件的传统生产过程是：冶炼冶炼制坯制坯切削加工切削加工热处理热处理制坯有三条途径：铸造毛坯、轧制型材、锻造毛坯。制坯有三条途径：铸造毛坯、轧制型材、锻造毛坯。铸

5、造毛坯铸造毛坯的组织性能差，只适用于性能要求低的零、部件的组织性能差，只适用于性能要求低的零、部件Seite 14 锻造：锻造：纤纤维维组组织织变变形形后后的的杂杂质质仍仍具具有有方方向向性性，呈呈现现纤纤维维状状条纹条纹锻锻造造流流线线变变形形后后杂杂质质的的纤纤维维分分布布，使使组组织织、性性能能呈呈方向性方向性Seite 15 钢锭锻造过程中纤维组织形成的示意钢锭锻造过程中纤维组织形成的示意Seite 16 2)高产高产指机械化生产，生产率高指机械化生产，生产率高二、三百件二、三百件/小时，现在更高了，一百多件小时，现在更高了，一百多件/分，分，1.2万件万件/小时。据统计，每模锻小时。

6、据统计，每模锻100万吨钢，由于提高万吨钢，由于提高了生产率，可比切削加工减少了生产率，可比切削加工减少23万工人，少用万工人，少用15000台机床。在现今技术水平条件下，几乎任何一种金属材台机床。在现今技术水平条件下，几乎任何一种金属材料都可用锻造方法制成半成品零件，只是难易程度不同料都可用锻造方法制成半成品零件，只是难易程度不同而已。而已。Seite 17 今天，锻造生产率提高，其锻件精度也愈来愈高，可以达到今天，锻造生产率提高，其锻件精度也愈来愈高，可以达到甚至超过机械加工的一般精度水平，如各种冷温挤压标准件、甚至超过机械加工的一般精度水平，如各种冷温挤压标准件、精锻齿轮、精锻叶片、精锻

7、轴类件等。精锻齿轮、精锻叶片、精锻轴类件等。西航建成国内最大航空发动机叶片精锻生产线西航建成国内最大航空发动机叶片精锻生产线Seite 18 3)低消耗低消耗指少、无切削，省工省料。指少、无切削，省工省料。 4)灵活灵活指锻造可以锻制形状简单的锻件（如模块、齿轮坯指锻造可以锻制形状简单的锻件（如模块、齿轮坯等），也可锻制形状复杂、不需或只需少量切削加工的精密等），也可锻制形状复杂、不需或只需少量切削加工的精密锻件（如曲轴、精锻齿轮等）锻件（如曲轴、精锻齿轮等）锻件的重量小的不到锻件的重量小的不到1公斤公斤大的可达几百吨大的可达几百吨单件小批量生产单件小批量生产大批量生产。大批量生产。万吨级水压

8、机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环Seite 19 2缺点：缺点：1)模具成本高，加工周期长。模具成本高，加工周期长。2)受锻造设备吨位的限制。受锻造设备吨位的限制。Seite 20 （二）锻造业的地位（二）锻造业的地位锻造在工业生产中占有锻造在工业生产中占有举足轻重举足轻重的地位。的地位。 锻造生产能力及其工艺水平，对一个国家的锻造生产能力及其工艺水平，对一个国家的工业、农业、国防和科学技术的影响，难以工业、农业、国防和科学技术的影响，难以估量。估量。锻造生产的能力在一定程度上锻造生产

9、的能力在一定程度上标志标志着一个国着一个国家的家的工业水平工业水平。Seite 21 二、锻件生产的分类及其工艺流程二、锻件生产的分类及其工艺流程根据所用工具和生产工艺的不同可分为自由锻造、模锻和特根据所用工具和生产工艺的不同可分为自由锻造、模锻和特种锻造。种锻造。1自自由由锻锻造造把把加加热热好好的的坯坯料料放放在在自自由由锻锻造造设设备备的的平平砧砧之之间间或简单的工具中进行锻造的方法称为自由锻。或简单的工具中进行锻造的方法称为自由锻。一般由锻工控制金属的变形方向和形状尺寸。一般由锻工控制金属的变形方向和形状尺寸。手工锻造手工锻造自由锻自由锻机械（锤上自由锻和水压机上自由锻）机械（锤上自由

10、锻和水压机上自由锻）Seite 22 Seite 23 u自由锻造主要用于锻制钢锭和形状简单、粗糙度自由锻造主要用于锻制钢锭和形状简单、粗糙度要求较低、加工余量较大的锻件生产。要求较低、加工余量较大的锻件生产。u使用的是形状简单的通用工具，灵活性大，生产使用的是形状简单的通用工具，灵活性大，生产准备周期短，所以使用范围广。准备周期短，所以使用范围广。u锻件力学性能和表面质量受操作工人的影响较大，锻件力学性能和表面质量受操作工人的影响较大，不易保证，生产效率低。不易保证，生产效率低。Seite 24 自由锻还可以借助简单的模具进行锻造，称自由锻还可以借助简单的模具进行锻造，称胎模锻胎模锻。胎模锻

11、造是把加热好的坯料用自由锻方法预胎模锻造是把加热好的坯料用自由锻方法预锻成近似锻件的形状，然后在自由锻设备上用胎锻成近似锻件的形状，然后在自由锻设备上用胎模终锻成形（形状简单的锻件可直接把坯料放入模终锻成形（形状简单的锻件可直接把坯料放入胎模内成形），这种锻造方法称为胎模锻造。胎模内成形），这种锻造方法称为胎模锻造。 Seite 25 2模锻模锻把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的模具内进行锻造的方法称为模锻。模具内进行锻造的方法称为模锻。由于模具型槽限制金属的变形，而获得与型槽形状由于模具型槽限制金属的变形，而获得与型槽形状一致的锻件。一致的锻件。根据根据

12、变形特点变形特点，分为开式模锻和闭式模锻。，分为开式模锻和闭式模锻。Seite 26 根根据据设设备备结结构构特特性性和和工工艺艺特特性性的的不不同同，分分为为锤锤上上模模锻锻（自自由由锻锻锤锤上上模模锻锻、高高速速锤锤上上模模锻锻）、摩摩擦擦压压力力机机上上模模锻锻、热热模模锻锻压压力力机机上上模模锻锻、液液压压机机上上模模锻锻、平平锻锻机机上模锻、专用锻压机上模锻等。上模锻、专用锻压机上模锻等。模模锻锻适适用用于于形形状状复复杂杂，尺尺寸寸精精度度较较高高，加加工工余余量量小小，批量生产的中、小型锻件。批量生产的中、小型锻件。形状和尺寸靠模具保证，人为影响因素小。形状和尺寸靠模具保证，人为

13、影响因素小。精密锻件的成形也要通过模锻来实现。精密锻件的成形也要通过模锻来实现。Seite 27 3特特种种锻锻造造即即在在专专用用锻锻压压设设备备上上或或在在特特殊殊模模具具型槽内使坯料成形的一种特殊锻造工艺。型槽内使坯料成形的一种特殊锻造工艺。一一般般锻锻造造方方法法很很难难达达到到要要求求时时，可可用用特特种种锻锻造造工艺。工艺。如如精精密密模模锻锻，温温热热挤挤压压，辊辊锻锻，电电镦镦，摆摆动动辗辗压压，粉粉末末锻锻造造，液液态态模模锻锻，等等温温模模锻锻和和超超塑塑性性模锻等。模锻等。Seite 28 锻造工艺流程锻造工艺流程是指生产一个锻件所经过的是指生产一个锻件所经过的锻造生产过

14、程。锻造生产过程。以模锻为例，其锻造工艺流程是：以模锻为例，其锻造工艺流程是：备料备料加热加热模锻模锻切边、冲孔切边、冲孔热处理热处理酸洗、清理酸洗、清理校正。校正。Seite 29 一一般般来来说说，一一种种锻锻件件选选用用哪哪一一种种锻锻造造方方法法生生产产，与与形形状状、尺尺寸、技术要求和生产批量大小等很多因素有关。寸、技术要求和生产批量大小等很多因素有关。通常，单件、小批量生产通常，单件、小批量生产自由锻方法自由锻方法大批量大批量模锻方法模锻方法生产生产但但有有些些航航空空重重要要产产品品上上的的锻锻件件，虽虽然然批批量量不不大大，但但由由于于流流线线和和性性能能等等方方面面的的要要求

15、求，要要求求工工艺艺的的一一致致性性等等，通通常常也也采采用用模锻方法生产。模锻方法生产。Seite 30 三、锻造工艺的发展简史及其发展趋势三、锻造工艺的发展简史及其发展趋势（一）锻造技术的发展简史（一）锻造技术的发展简史人人类类在在新新石石器器时时代代末末期期，已已开开始始以以锤锤击击天天然然红红铜铜来来制制造造装装饰饰品品和和小小用用品品。中中国国约约在在公公元元前前2000多多年年已已应应用用冷冷锻锻工工艺艺制制造造工工具具，如如甘甘肃肃武武威威皇皇娘娘娘娘台台齐齐家家文文化化遗遗址址出出土土的的红红铜器物，就有明显的锤击痕迹。铜器物，就有明显的锤击痕迹。最最初初，人人们们靠靠抡抡锤锤

16、进进行行锻锻造造，后后来来出出现现通通过过人人拉拉绳绳索索和和滑滑车车来来提提起起重重锤锤再再自自由由落落下下的的方方法法锻锻打打坯坯料料。14世世纪纪以以后后出出现了畜力和水力落锤锻。现了畜力和水力落锤锻。Seite 31 Seite 32 为锻铜浮雕。是手浮雕。是手工工锻造作品。手工造作品。手工锻造是一种古老的造是一种古老的金属加工工金属加工工艺，是，是以手工以手工锻打的方式打的方式，在金属板上，在金属板上锻锤出各种高低凹凸不出各种高低凹凸不平的浮雕效果。平的浮雕效果。Seite 33 18421842年年，英英国国的的内内史史密密斯斯制制成成第第一一台台蒸蒸汽汽锤锤，使使锻锻造造进进入入

17、应应用用动动力力的的时时代代。以以后后陆陆续续出出现现锻锻造造水水压压机机、电电机机驱驱动动的的夹夹板板锤锤、空空气气锻锻锤锤和和机机械械压压力力机机。夹夹板板锤锤最最早早应应用用于于美美国国内内战战(1861(18611865)1865)期期间间，用用以以模模锻锻武武器器的的零零件件，随随后后在在欧欧洲洲出出现现了了蒸蒸汽汽模模锻锻锤锤，模模锻锻工工艺艺逐逐渐渐推推广广。到到1919世世纪纪末末已已形形成成近近代代锻锻压压机机械械的的基基本本门门类。类。 20世世纪纪初初期期，随随着着汽汽车车开开始始大大量量生生产产，热热模模锻锻迅迅速发展，成为锻造的主要工艺。速发展，成为锻造的主要工艺。S

18、eite 34 锻压经过锻压经过100多年的发展，今天已成为一多年的发展，今天已成为一门综合性学科。门综合性学科。它以塑性成形原理、金属学、摩擦学为它以塑性成形原理、金属学、摩擦学为理论基础，同时涉及传热学、物理化学、理论基础，同时涉及传热学、物理化学、机械运动等相关学科，以锻造、冲压等为机械运动等相关学科，以锻造、冲压等为技术，与其它学科一起支撑技术，与其它学科一起支撑机器制造业机器制造业。Seite 35 我国的锻造生产与世界先进国家的水平相比我国的锻造生产与世界先进国家的水平相比还有一定还有一定差距差距。表现在：表现在：1)工业发达国家的模锻件已占全部锻件的工业发达国家的模锻件已占全部锻

19、件的70以上，而我国尚不足以上，而我国尚不足30。2)国国外外有有成成千千条条锻锻造造自自动动生生产产线线，大大型型自自由由锻锻造造水水压压机机普普遍遍配配备备了了锻锻造造操操作作机机等等。而而我我国国在在这这些些方法还很薄弱。方法还很薄弱。Seite 36 3)精锻技术和大型锻件的生产水平与一些工业发精锻技术和大型锻件的生产水平与一些工业发展国家相比较低，一些航空产品上的精锻件和重展国家相比较低，一些航空产品上的精锻件和重要的大型自由锻件还常常需从国外进口。要的大型自由锻件还常常需从国外进口。4)在在CAD/CAM方面，一些发达国家已进入实用方面，一些发达国家已进入实用阶段，在这些方面，我国

20、还刚刚起步。阶段，在这些方面，我国还刚刚起步。Seite 37 （二）锻造生产的发展趋势（二）锻造生产的发展趋势1)总总趋趋势势是是使使锻锻件件形形状状、尺尺寸寸和和表表面面质质量量最最大大限限度度地地与与产产品品零零件件相相接接近近，以以达达到到少少、无无切切削削加加工工的的目目的的，为为此此应应逐逐步步发发展展和和完完善善精精密密成成形形新新技技术术，发发展展高高效效精精密密的的锻锻压压设备。设备。2)为为适适应应大大批批量量生生产产的的需需要要，应应发发展展专专业业化化的的连连续续生生产产线线，建建立立地地区区性性的的专专门门化化锻锻造造中中心心，如如齿齿轮轮精精锻锻中中心心、连连杆杆锻

21、锻造造中中心心、标标准准件件锻锻造造中中心心等等，以以利利于于进进行行技技术术改改造造及采用最新设备和先进工艺。及采用最新设备和先进工艺。我国自行研制的万吨级水压机我国自行研制的万吨级水压机我国自行研制的万吨级水压机我国自行研制的万吨级水压机Seite 38 3)为为适适应应新新产产品品开开发发，缩缩短短研研制制周周期期，应应发发展展柔柔性性加加工技术和工技术和CAD/CAM技术技术。锻模的锻模的CAD/CAM的主要优点有：的主要优点有：设设计计的的速速度度快快、准准确确性性高高，且且可可将将设设计计人人员员从从繁繁重重的的重重复复性性劳动中解脱出来。劳动中解脱出来。可可以以把把多多方方面面的

22、的经经验验和和研研究究成成果果集集中中起起来来，方方便便地地应应用用于于设设计加工，提高设计质量。计加工，提高设计质量。可以实现多方案比较设计，达到优化的目的。可以实现多方案比较设计，达到优化的目的。Seite 39 4)提高锻件的内在提高锻件的内在质量质量。5)提高机械化、提高机械化、自动化自动化水平。水平。6)发发展展以以煤煤气气、油油、电电等等为为热热源源的的先先进进加加热热技技术，改善劳动条件。术，改善劳动条件。Seite 40 （三三）目目前前，我我国国锻锻造造业业面面临临的的问问题题可可以以归归纳纳为如下为如下l装备水平低，其主要表现是设备老化、精确度低装备水平低，其主要表现是设备

23、老化、精确度低l管理体制亟待理顺，生产厂点过多，力量分散管理体制亟待理顺，生产厂点过多，力量分散l厂家封闭式经营厂家封闭式经营l研究和生产不平衡研究和生产不平衡Seite 41 四、本课程的性质和任务四、本课程的性质和任务锻锻造造工工艺艺学学是是研研究究如如何何利利用用各各种种锻锻造造方方法法有有效效地地控控制制锻锻件件的的成成型型和和内内部部组组织织性性能能生生产产出出高高质质量量锻锻件件的的一一门门技技术术学科。学科。锻造工艺学锻造工艺学任务是通过本课程的教学，达到如下任务是通过本课程的教学，达到如下要求要求：1)基本掌握自由锻工艺设计、模锻工艺设计和锻模设计的方法基本掌握自由锻工艺设计、

24、模锻工艺设计和锻模设计的方法2)具有初步的进行锻造工艺分析的能力具有初步的进行锻造工艺分析的能力3)具有初步分析和解决锻件质量问题的能力。具有初步分析和解决锻件质量问题的能力。Seite 42 五、主要参考书简介五、主要参考书简介姚泽坤主编，锻造工艺学，西北工业大学出版社，姚泽坤主编，锻造工艺学，西北工业大学出版社，1998张志文主编：锻造工艺学，机械工业出版社，张志文主编：锻造工艺学，机械工业出版社，1983杨振恒、陈镜清等编：锻造工艺学，西北工业大学出版社，杨振恒、陈镜清等编：锻造工艺学，西北工业大学出版社，1986锻件质量分析编写组编：锻件质量分析，机械工业出版社，锻件质量分析编写组编：

25、锻件质量分析，机械工业出版社，1983锻工手册编写组编：锻工手册，机械工业出版社，锻工手册编写组编：锻工手册，机械工业出版社，1978李尚健主编，锻造工艺及模具设计资料，机械工业出版社，李尚健主编，锻造工艺及模具设计资料，机械工业出版社，1991张振纯编：锻模图册，机构工业出版社，张振纯编：锻模图册，机构工业出版社，1980材料科学与工程学院第二章 锻造用原材料及下料方法 Seite 44 一、分类一、分类锻造用原材料的分类：钢锭和型材锻造用原材料的分类：钢锭和型材C低于低于0.25%低碳钢低碳钢C在在0.25%0.6%中碳钢中碳钢C大于大于0.6%高碳钢高碳钢2-1锻造用原材料锻造用原材料S

26、eite 45 二、冶炼二、冶炼1、冶冶炼炼的的任任务务：化化学学成成分分，金金属属液液体体的的纯净度，减少夹杂和气体的含量。纯净度，减少夹杂和气体的含量。2、主主要要方方法法：碱碱性性平平炉炉、酸酸性性平平炉炉、碱碱性性电电炉炉、双双联联法法、真真空空冶冶炼炼法法、电电渣渣重重熔法等。熔法等。Seite 46 三、钢锭的内部结构三、钢锭的内部结构钢钢锭锭是是由由冒冒口口、锭锭身身和和底底部部组组成成。钢钢锭锭表表层层为为细细小小等等轴轴结结晶晶区区，向向里里为为柱柱状状结结晶晶区区，枝枝状状结结晶晶区区，心心部部为为粗大等轴结晶区。粗大等轴结晶区。Seite 47 由金属学所学内容知，钢锭的

27、内部缺陷主要集中在由金属学所学内容知，钢锭的内部缺陷主要集中在冒口、底部和中心部分。其中冒口和底部作为废料冒口、底部和中心部分。其中冒口和底部作为废料应予切除。但冒口有补缩和容纳夹杂物、气体以纯应予切除。但冒口有补缩和容纳夹杂物、气体以纯净锭身的作用，因此应占钢锭的一定比例。冒口切净锭身的作用，因此应占钢锭的一定比例。冒口切除除1520。Seite 48 四、大型钢锭的主要缺陷四、大型钢锭的主要缺陷钢钢锭锭的的常常见见缺缺陷陷有有：偏偏析析、夹夹杂杂、气气体、气泡、缩孔、疏松、裂纹和溅疤。体、气泡、缩孔、疏松、裂纹和溅疤。这这些些缺缺陷陷的的形形成成与与冶冶炼炼、浇浇注注和和结结晶晶过过程紧密

28、相关，并且不可避免。程紧密相关，并且不可避免。Seite 49 偏偏析析包包括括枝枝晶晶偏偏析析（指指钢钢锭锭在在晶晶体体范范围围内内化化学学成成分分的的不不均均匀匀性性）和和区区域域偏偏析析（钢钢锭锭在在宏宏观观范范围围内内的不均匀性）的不均匀性）造造成成力力学学性性能能不不均均匀匀和和裂裂纹纹缺缺陷陷。枝枝晶晶偏偏析析现现象象可可以以通通过过锻锻造造、再再结结晶晶、高高温温扩扩散散和和锻锻后后热热处处理理得得到到消消除除。区区域域偏偏析析只只有有通通过过反反复复镦镦拔拔变变形形工工艺艺才能使其化学成分趋于均匀化。才能使其化学成分趋于均匀化。Seite 50 夹杂夹杂分为分为内在夹杂和外来夹

29、杂内在夹杂和外来夹杂内内在在夹夹杂杂指指冶冶炼炼时时产产生生的的氧氧化化物物、硫硫化化物物、硅硅酸酸盐盐等等非非金金属属夹夹杂杂，外外来来夹夹杂杂是是耐耐火火材材质质、炉炉渣渣碎碎粒粒等等。它它破破坏坏金金属属的的连连续续性性，夹夹杂杂处处产产生生应应力力集集中中，引引发发显显微微裂裂纹纹，成成为为疲疲劳劳源源，低低熔熔点点夹夹杂杂在在晶晶界界上上分分布布易易引引起起热热脆脆现现象象。可可见见夹夹杂杂降降低低铸铸锭锭的的锻锻造造性性能和锻后的力学性能。能和锻后的力学性能。Seite 51 气气体体常常见见的的残残存存气气体体是是氧氧、氮氮、氢氢等等。氢氢是是钢钢中中危危害害最大的气体。最大的气

30、体。对对于于白白点点敏敏感感钢钢，当当氢氢含含量量达达到到一一定定数数值值后后，冷冷却却时时易易产产生生白白点点缺缺陷陷。氢氢含含量量高高还还会会引引起起氢氢脆脆现现象象，钢钢的的塑塑性性显显著著下下降降。只只要要气气泡泡不不是是敞敞开开的的或或气气泡泡内内壁壁没没有有被被氧氧化化，通通过过锻造可以焊合，但皮下气泡常常容易引起裂纹。锻造可以焊合，但皮下气泡常常容易引起裂纹。Seite 52 缩孔和疏松缩孔和疏松缩缩孔孔在在冒冒口口区区，由由于于冷冷却却时时钢钢液液补补充充不不足足而而形形成成，含有大量杂质，必须将缩孔与冒口一起切除。含有大量杂质，必须将缩孔与冒口一起切除。疏疏松松集集中中在在中

31、中心心部部位位，降降低低组组织织的的致致密密度度，破破坏坏了金属的连续性，锻造时用大变形才能消除。了金属的连续性，锻造时用大变形才能消除。Seite 53 溅溅疤疤当当采采用用上上注注法法浇浇注注时时，钢钢液液将将冲冲击击钢钢锭锭模模底底而而飞飞溅溅至至模模壁壁上上，溅溅珠珠和和钢钢锭锭不不能能凝凝为为一一体体，在在钢钢锭锭表表面面形形成成溅溅疤疤。锻锻前前应应铲铲除除，否否则则会会在在锻锻件件上上形成夹层。形成夹层。一一般般来来说说，钢钢锭锭越越大大，产产生生上上述述缺缺陷陷的的可能性就越大，缺陷性质就越严重。可能性就越大，缺陷性质就越严重。Seite 54 五、型材的常见缺陷五、型材的常见

32、缺陷1、表面缺陷：、表面缺陷： 划痕划痕 轧制中的意外原因在其表面划出伤痕，深度达轧制中的意外原因在其表面划出伤痕，深度达0.20.5mm，会影响锻件的质量，会影响锻件的质量 折迭折迭 已氧化的表层金属被压入金属内部而形成折迭，折已氧化的表层金属被压入金属内部而形成折迭，折缝内有氧化物而不能锻合。在折迭处易产生应力集中，影响缝内有氧化物而不能锻合。在折迭处易产生应力集中，影响锻件质量。锻件质量。 发裂发裂 钢锭皮下气泡被轧扁、拉长、破裂形成发状裂纹，钢锭皮下气泡被轧扁、拉长、破裂形成发状裂纹，深度约为深度约为0.51.5mm。在高碳钢和合金钢中易产生此缺陷。在高碳钢和合金钢中易产生此缺陷Sei

33、te 55 结疤结疤 浇注时，钢液飞溅而凝固在钢锭表面，轧制过程中浇注时，钢液飞溅而凝固在钢锭表面，轧制过程中被轧成薄膜而附于轧材表面，其深度约为被轧成薄膜而附于轧材表面，其深度约为1.5mm。 粗晶环粗晶环 铝合金、镁合金挤压棒材，在其圆断面的外层区铝合金、镁合金挤压棒材，在其圆断面的外层区域，常出现粗大晶粒，称为粗晶环。主要原因为挤压时金属域，常出现粗大晶粒，称为粗晶环。主要原因为挤压时金属与挤压筒间摩擦太大而形成的死区。锻造时易开裂，或留在与挤压筒间摩擦太大而形成的死区。锻造时易开裂，或留在锻件表层降低锻件性能。因此，锻前应将粗晶环切除。锻件表层降低锻件性能。因此，锻前应将粗晶环切除。S

34、eite 56 2、材料内部缺陷：、材料内部缺陷：碳碳化化物物偏偏析析在在高高碳碳合合金金钢钢中中易易产产生生。原原因因是是碳碳化化物物在在开开坯坯和和轧轧制制时时未未被被打打碎碎和和不不均均匀匀分分布布造造成成的的。碳碳化化物物偏偏析析容容易易引引起起锻锻件件开开裂裂等等。消消除除碳碳化化物物偏偏析析，其其最最有有效效的的办办法法是是采采用用反反复复镦镦拔拔工工艺艺，彻彻底底打打碎碎碳碳化化物物并并均均匀分布。匀分布。非非金金属属夹夹杂杂夹夹杂杂物物被被轧轧成成带带状状，破破坏坏金金属属的的连连续续性性，严重时，会引起锻件开裂。严重时，会引起锻件开裂。Seite 57 白白点点隐隐藏藏在在锻

35、锻坯坯内内部部，在在纵纵向向断断口口上上呈呈圆圆形形或或椭椭圆圆形形的的银银白白色色斑斑点点，在在横横向向断断口口上上呈呈细细小小裂裂纹纹，显显著著降降低低钢钢的的韧韧性性。白白点点的的大大小小不不一一，长长度度为为120mm不不等等或或更更长长。其其原原因因是是钢钢中中氢氢含含量量太太高高和和各各种种内内应应力力共共同同作作用用下下产产生生的的。当钢中氢含量较多和热加工后冷却太快时容易产生白点。当钢中氢含量较多和热加工后冷却太快时容易产生白点。存在白点的金属存在白点的金属必须切除必须切除，不能再使用。，不能再使用。Seite 58 总之总之 表面缺陷，锻前应去除，以免影响锻件质量。表面缺陷，

36、锻前应去除，以免影响锻件质量。 内部缺陷，严重时不应投入生产。内部缺陷，严重时不应投入生产。 Seite 59 2-2下料方法下料方法在在加加热热和和锻锻造造之之前前，将将原原材材料料切切成成所所需需长度或所需几何尺寸的工序，称为下料。长度或所需几何尺寸的工序，称为下料。大大铸铸锭锭下下料料属属于于自自由由锻锻的的任任务务，通通常常用用自自由由锻锻方方法法进进行行开开坯坯，然然后后将将锭锭料料两两端端切切除除，并并按按一一定定尺尺寸将坯料分割开来。寸将坯料分割开来。Seite 60 其它材料的下料工作，一般都在其它材料的下料工作，一般都在锻造车间的下料工段锻造车间的下料工段进行。进行。常用的下

37、料方法有：剪切、冷折、锯切、车削、砂轮常用的下料方法有：剪切、冷折、锯切、车削、砂轮切割、剁断及特殊精密下料等。切割、剁断及特殊精密下料等。各种下料方法都有其特点，它们的毛坯质量、材料各种下料方法都有其特点，它们的毛坯质量、材料利用率、加工效率等往往有很大不同。选用何种方法，利用率、加工效率等往往有很大不同。选用何种方法，应视材料性质、尺寸大小、批量和对下料质量的要求应视材料性质、尺寸大小、批量和对下料质量的要求而定。而定。Seite 61 一、剪切法一、剪切法1.剪剪切切下下料料的的特特点点：生生产产率率高高、操操作作简简单单，断断口口无无金金属属损损耗耗、工工具具简简单单，模模具具费费用用

38、低低等等；但但端端面面质质量量较较冲冲床床下下料料和和切切削削加加工工方方法法下下料料差差。适适用用于于成成批批大量生产，被普遍采用。大量生产，被普遍采用。Seite 62 2.剪剪切切过过程程是是通通过过上上下下两两刀刀片片作作用用给给坯坯料料以以一一定定压压力力F，在在坯坯料料内内产产生生弯弯曲曲和和拉拉伸伸变变形形，当当应应力力超超过过材材料料的剪切强度时发生断裂。的剪切强度时发生断裂。剪剪切切三三阶阶段段：一一、刀刀刃刃压压进进棒棒料料，塑塑性性变变形形区区不不大大，由由于于加加工工硬硬化化的的作作用用，刃刃口口端端处处首首先先出出现现裂裂纹纹；二二、裂裂纹纹随随刀刀刃刃的的深深入入而

39、而继继续续扩扩展展；三三、在在刀刀刃刃的的压压力力作作用用下下，上下两裂纹间的金属被拉断，造成上下两裂纹间的金属被拉断，造成S形断面。形断面。Seite 63 3.剪切下料可分为两种：剪切下料可分为两种：专用剪床下料，即在专用剪床上进行；专用剪床下料，即在专用剪床上进行；其其它它设设备备上上剪剪切切下下料料，即即在在压压力力机机、液液压压机或锻锤上用剪切模具进行下料。机或锻锤上用剪切模具进行下料。Seite 64 4.质质量量问问题题：坯坯料料局局部部被被压压扁扁、端端面面不不平平整整、剪剪断断面常有毛刺和裂缝。面常有毛刺和裂缝。5.剪剪床床上上的的剪剪切切装装置置棒棒料料2送送进进剪剪床床后

40、后，用用压压板板3固固紧紧，下下料料长长度度L0由由可可调调螺螺杆杆5定定位位，在在上上刀刀片片4和和下刀片下刀片1的作用下将毛坯的作用下将毛坯6剪断。剪断。Seite 65 6.冷冷剪剪切切和和热热剪剪切切：按按剪剪切切时时坯坯料料温温度度不不同同分分为为冷冷切切和和热切。热切。冷冷剪剪切切的的生生产产率率高高，但但所所需需剪剪切切力力较较大大。钢钢中中碳碳含含量量或或合合金金含含量量较较多多时时，强强度度高高且且塑塑性性差差，冷冷剪剪切切时时钢钢中中产产生生很很大大的的应应力力而而在在切切口口出出现现裂裂纹纹或或崩崩碎碎，这这时时，应应采采用用热热剪剪切切法法下下料料。采采用用冷冷剪剪切切

41、或或热热剪剪切切下下料料应应根根据据坯坯料料横横断断面尺寸大小和化学成分而定。面尺寸大小和化学成分而定。Seite 66 例例：截截面面大大或或者者直直径径大大于于120mm的的中中碳碳钢钢，应应进进行行预预热热剪剪切切；高高碳碳钢钢和和合合金金钢钢应应按按化化学学成成分分和和尺尺寸寸大大小小确确定定预预热热温温度度，在在400700范范围围内内选选定定。但但剪剪切切较较软软材材料料时时预预热热温温度度不不宜宜过过高高，利利用用蓝蓝脆脆现现象象（钢钢材材为为250350），可可提提高高剪剪切切质质量量，获获得光滑的断面。得光滑的断面。Seite 67 7.剪切力按下式计算：剪切力按下式计算：F

42、=KA式中式中F计算的剪切力；计算的剪切力；A剪切断面积剪切断面积(mm2)；材材料料剪剪切切抗抗力力(MPa)，剪剪切切强强度度比比同同温温度度下下的的强强度度极极限小一些，限小一些，一般为：一般为：剪剪=(0.70.8)b。K考考虑虑到到刃刃口口磨磨钝钝和和间间隙隙变变化化的的系系数数，一一般般为为K=1.01.2。Seite 68 二、锯切法二、锯切法锯锯切切能能切切断断横横断断面面较较大大的的坯坯料料，虽虽然然生生产产率率较较低低，锯锯口口损损耗耗大大，但但因因为为下下料料精精确确，切切口口平平整整，特特别别用用在在精精锻锻工工艺艺上上，仍仍不不失失为为一一种种主主要要的的的的下下料料

43、手手段。段。对对于于端端面面质质量量、长长度度精精度度要要求求高高的的钢钢材材下下料料，也也采采用用锯锯切切下下料料。所所以以，锯锯床床下下料料使使用用仍仍较较普普遍遍。金金属属可可以以在在热热态态下下或或冷冷态态下下锯锯切切。锻锻造造生生产产中中大大都都采用冷态锯切，只有轧钢厂才采用热态锯切。采用冷态锯切，只有轧钢厂才采用热态锯切。Seite 69 常用的下料锯床有圆盘锯、带锯和弓形锯等。常用的下料锯床有圆盘锯、带锯和弓形锯等。圆圆盘盘锯锯：的的锯锯片片厚厚度度一一般般为为38mm，锯锯屑屑损损耗耗较较大大。且且锯锯切切速速度度较较低低，圆圆周周速速度度约约为为0.51.0m/s。比比普普通

44、通切切削削加加工工速速度度低低，故故生生产产率率较较低低。锯锯切切直直径径可可达达750mm。Seite 70 带带锯锯：有有立立式式、卧卧式式、可可倾倾立立式式等等。其其生生产产率率是是普普通通圆圆锯锯床床的的1.52倍倍，切切口口损损耗耗为为22.2mm，主主要用于锯切直径在要用于锯切直径在350mm以内的棒料。以内的棒料。Seite 71 弓弓形形锯锯：是是一一种种往往复复锯锯床床，由由弓弓臂臂及及可可以以获获得得往往复复运运动动的的连连杆杆机机构构等等组组成成。锯锯片片厚厚度度为为25mm，一般用来锯切直径为，一般用来锯切直径为100mm以内的棒料。以内的棒料。Seite 72 三、砂

45、轮片切割法三、砂轮片切割法适适用用于于切切割割小小截截面面棒棒料料、管管料料和和异异形形截截面面材材料料，以以及及其其它它下下料料方方法法难难于于切切割割的的金金属属，如如高高温温合合金金GH33、GH37等等。优优点点是是设设备备简简单单，操操作作方方便便，下下料料长长度度准准确确，端端面面质质量量较较好好，生生产产率率高高于于锯锯片片下下料料而而低低于于剪剪切切和和冷冷折折下下料料，但但砂砂轮轮片片耗耗量量大大，且易崩碎，噪声大且易崩碎，噪声大。Seite 73 四、折断法（又叫冷折法）四、折断法（又叫冷折法）其其工工作作原原理理：先先在在待待折折断断处处开开一一小小缺缺口口，在在压压力力

46、F作用下，在缺口处产生应力集中使坯料折断。作用下，在缺口处产生应力集中使坯料折断。原原因因是是当当毛毛坯坯内内的的平平均均应应力力达达到到屈屈服服极极限限时时，缺缺口口处处的的局局部部应应力力早早已已超超过过强强度度极极限限，所所以以毛毛坯坯来来不不及及塑性变形就已断裂。塑性变形就已断裂。Seite 74 五、气割法五、气割法其它下料方法还有摩擦锯切割、电机械其它下料方法还有摩擦锯切割、电机械锯割、阳极机械切割法、电火花切割法、锯割、阳极机械切割法、电火花切割法、精密下料方法等，可查阅有关资料。精密下料方法等，可查阅有关资料。Seite 75 例：电火花切割例：电火花切割其工作原理为：直流电机

47、通过电阻其工作原理为：直流电机通过电阻R和电容和电容C，使毛，使毛坯接正极，锯片接负极，在电解液（如煤油）中切坯接正极，锯片接负极，在电解液（如煤油）中切割，产生电火花的脉冲电流强度很大，达到数百或割，产生电火花的脉冲电流强度很大，达到数百或数千安培；脉冲功率达到数万瓦。而切割处的接触数千安培；脉冲功率达到数万瓦。而切割处的接触面积又很小，因而电流密度可能高达数十万面积又很小，因而电流密度可能高达数十万A/mm2。因此，。因此，毛坯上局部温度很高，约为毛坯上局部温度很高，约为10000，促，促使金属熔化实现下料目的。使金属熔化实现下料目的。材料科学与工程学院 第三章 锻造的热规范Seite 7

48、7 一、加热目的一、加热目的提高金属塑性，降低变形提高金属塑性，降低变形抗力，即抗力，即增加金属的增加金属的可锻可锻性性。使之易于流动成形并。使之易于流动成形并获得良好的锻后组织和力获得良好的锻后组织和力学性能。学性能。3-1锻前加热的目的及方法锻前加热的目的及方法Seite 78 可锻性可锻性衡量指标：金属的塑性和变形抗力金属的塑性和变形抗力影响可锻性的因素：影响可锻性的因素：1 1金属的本质金属的本质化化学学成成分分 纯金属的可锻性比合金好。而钢的可锻性随碳和合金元素的质量分数的增加而变差。组组织织结结构构 固溶体（如奥氏体）的可锻性好，而化合物（如渗碳体）差。金属在单相状态下的可锻性比在

49、多相状态下的好。细晶粒金属的塑性较粗晶粒的好，可锻性较好。（但变形抗力较大） Seite 79 2 2压力加工条件压力加工条件 1）变形温度变形温度 随着温度的升高，钢的强度下降，塑性上升，即钢的可锻性变好。因此，压力加工都力争在高温下进行，即采用热变形。即确定锻造温度范围锻造温度范围。2 2）变形速度）变形速度1、随变形速度的增大，加工硬化严重，可锻性变坏。2、另一方面，在变形过程中，产生热效应现象。热效应现象使金属的塑性提高，变形抗力减小，可锻性变好。但是，除了高速锤以外，在普通锻压设备上都不可能超过临临界变形速度界变形速度。所以，一般塑性较差的金属，应以较小的变形速度，在压力机上进行锻造

50、。Seite 80 3 3）应力状态）应力状态三个方向中压应力的数目越多，则金属的塑性越好。拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。压应力使各种缺陷受到抑制，不易扩展，故可提高金属的塑性。在拉应力作用下，极易扩展，甚至破坏，使金属失去塑性。同号应力状态下的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。综上所述，金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于加工条件。在压力加工过程中，要力求创造最有利的加工条件，提高塑性，降低变形抗力。Seite 81 锻前加热是整个锻造过程中的一个重要环锻前加热是整个锻造过程中的一个重要环节，对提高锻造生产率、保证锻件质量以降节，对提高锻造生产率、保证锻件质量以降低能源消耗等都

51、有直接的影响。恰当地选择低能源消耗等都有直接的影响。恰当地选择加热温度，就可使坯料在塑性较好的状态下加热温度，就可使坯料在塑性较好的状态下进行成形。进行成形。Seite 82 二、二、加热方法加热方法按所采用的热源不同，可分为按所采用的热源不同，可分为火焰加热火焰加热和和电加热电加热两大类。两大类。1火焰加热火焰加热利用燃料燃烧产生的热能对金属坯料进行加热。利用燃料燃烧产生的热能对金属坯料进行加热。燃料有煤，焦炭，柴油，煤气，天然气燃料有煤，焦炭，柴油，煤气，天然气火焰加热的优点是：燃料来源方便，炉子修造简单，加热费用火焰加热的优点是：燃料来源方便，炉子修造简单，加热费用较低，对坯料的适用范围

52、广等。因此，这种加热广泛用于各种较低，对坯料的适用范围广等。因此，这种加热广泛用于各种大、中、小型坯料的加热，在锻造生产中获得广泛应用。大、中、小型坯料的加热，在锻造生产中获得广泛应用。缺点是：劳动条件差，加热速度慢，加热质量难以控制等。缺点是：劳动条件差，加热速度慢，加热质量难以控制等。Seite 83 2电加热电加热是通过把电能转变为热能来加热金属坯料。利用是通过把电能转变为热能来加热金属坯料。利用电能转变为热能来加热金属的装置称为电炉。电能转变为热能来加热金属的装置称为电炉。优点是：加热速度快，炉温易控制，氧化脱碳少，便于实现优点是：加热速度快，炉温易控制，氧化脱碳少，便于实现机械化、自

53、动化，劳动条件好。机械化、自动化，劳动条件好。缺点是：对毛坯的尺寸、形状的变化适应性不强，设备结构缺点是：对毛坯的尺寸、形状的变化适应性不强，设备结构复杂，投资费用较大，操作使用要求高。复杂，投资费用较大，操作使用要求高。电加热法按其传热方式可分为电加热法按其传热方式可分为 电阻加热电阻加热（电阻炉加热、接触电加热、盐浴炉加热）（电阻炉加热、接触电加热、盐浴炉加热） 感应电加热感应电加热Seite 84 电阻加热电阻加热其传热原理与火焰加热相同。根据电阻发热元件的其传热原理与火焰加热相同。根据电阻发热元件的不同，有电阻炉加热、接触电加热、盐浴炉加热等。不同，有电阻炉加热、接触电加热、盐浴炉加热

54、等。 电阻炉加热：利用电流通过炉内的电热体产生的热量进行电阻炉加热：利用电流通过炉内的电热体产生的热量进行加热。该法受电热体的使用温度的限制，热效率较低。在电阻加热。该法受电热体的使用温度的限制，热效率较低。在电阻炉内辐射传热是加热金属的主要方式。炉内辐射传热是加热金属的主要方式。Seite 85 接触电加热：是以低压大电流直接通过金属坯料，由金属接触电加热：是以低压大电流直接通过金属坯料，由金属坯料自身的电阻在通电时产生的热量而加热。常采用低电压坯料自身的电阻在通电时产生的热量而加热。常采用低电压大电流的方法。大电流的方法。其优点是：加热速度快、金属烧损少、加热范围不受限制、其优点是：加热速

55、度快、金属烧损少、加热范围不受限制、热效率高、设备简单、操作方便、适用于长坯料的整体或局热效率高、设备简单、操作方便、适用于长坯料的整体或局部加热等优点。但对坯料的表面粗糙度和形状尺寸要求严格，部加热等优点。但对坯料的表面粗糙度和形状尺寸要求严格，特别是坯料的端部要光洁、平整，下料规则。此外，加热温特别是坯料的端部要光洁、平整，下料规则。此外，加热温度的测量和控制也比较困难。度的测量和控制也比较困难。Seite 86 盐浴炉加热：是电流通过炉内电极产生的热量把盐浴炉加热：是电流通过炉内电极产生的热量把导电介质熔融，通过高温介质的对流与传导将其中导电介质熔融，通过高温介质的对流与传导将其中的坯料

56、加热。内热式电极盐浴炉原理如图的坯料加热。内热式电极盐浴炉原理如图3-4所示。所示。这种方法的加热速度快，加热温度均匀，可以实现这种方法的加热速度快，加热温度均匀，可以实现坯料的整体或局部的无氧化加热。但其热效率低，坯料的整体或局部的无氧化加热。但其热效率低，辅助材料消耗大，劳动条件差。辅助材料消耗大，劳动条件差。Seite 87 感应电加热感应电加热 坯料放入感应圈中，坯料放入感应圈中，在交变电流的感应电动势的作用下，在交变电流的感应电动势的作用下，坯料表面形成强大的涡流，使坯料坯料表面形成强大的涡流，使坯料内部的电能直接转变为热能而加热。内部的电能直接转变为热能而加热。 感应电加热具有加热

57、速度快、加感应电加热具有加热速度快、加热质量好，温度易于控制、金属烧热质量好，温度易于控制、金属烧损少、操作简单、工作稳定、便于损少、操作简单、工作稳定、便于实现机械化、自动化。这些都有利实现机械化、自动化。这些都有利于锻件质量的提高。其缺点是：设于锻件质量的提高。其缺点是：设备投资费用高、每种感应器的尺寸备投资费用高、每种感应器的尺寸范围窄、电能消耗较大范围窄、电能消耗较大(大于接触大于接触电加热，小于电阻炉加热电加热，小于电阻炉加热)。Seite 88 感应电加热时，电流密度沿坯料横截面的分感应电加热时，电流密度沿坯料横截面的分布为：中心电流小，表层大，这种现象称为布为：中心电流小，表层大

58、，这种现象称为趋肤效应趋肤效应。 由于趋肤效应，为了提高加热速度和电效率，由于趋肤效应，为了提高加热速度和电效率，对大直径坯料，应选用低电流频率，小直径对大直径坯料，应选用低电流频率，小直径坯料可选用较高电流频率。坯料可选用较高电流频率。Seite 89 3-2 金属加热时产生的缺陷及防止措施金属加热时产生的缺陷及防止措施由金属学所学内容知，金属在加热时将产生以下的变化：由金属学所学内容知，金属在加热时将产生以下的变化：组织结构组织结构：组织转变，晶粒长大，过热、过烧：组织转变，晶粒长大，过热、过烧力学性能力学性能：塑性提高，变形抗力降低，残余应力消除，但：塑性提高，变形抗力降低，残余应力消除

59、，但也可能产生新的内应力，过大则会引起开裂也可能产生新的内应力，过大则会引起开裂物理性能物理性能：导热系数、导温系统、膨胀系数、密度等均发：导热系数、导温系统、膨胀系数、密度等均发生变化生变化化学变化化学变化：表层发生氧化、脱碳、吸氢等，生成氧化皮与：表层发生氧化、脱碳、吸氢等，生成氧化皮与脱碳层脱碳层Seite 90 一、金属加热过程中的氧化一、金属加热过程中的氧化金属在高温炉内加热时，金属表面的合金金属在高温炉内加热时，金属表面的合金元素将和炉气中的氧化气体（如元素将和炉气中的氧化气体（如O2、CO2、H2O、和、和SO2）发生反应，使金属表层生成发生反应，使金属表层生成氧化皮，这种现象称

60、为氧化，或叫氧化皮，这种现象称为氧化，或叫烧损烧损。Seite 91 氧化过程实质是氧化过程实质是扩散过程扩散过程。即炉气中氧以原子状态吸附到。即炉气中氧以原子状态吸附到钢料表层后向内扩散，而钢料表层中的铁则以离子状态由钢料表层后向内扩散，而钢料表层中的铁则以离子状态由内部向表面扩散，扩散的结果使钢的表层变成为内部向表面扩散，扩散的结果使钢的表层变成为氧化铁氧化铁。由于氧化皮的熔融和氧化皮与铁的膨胀系数不同，因此在由于氧化皮的熔融和氧化皮与铁的膨胀系数不同，因此在氧化物层内产生很大的内应力。会发生氧化皮的机械分离，氧化物层内产生很大的内应力。会发生氧化皮的机械分离，从而加速金属的氧化。从而加速

61、金属的氧化。Seite 92 氧化的影响因素氧化的影响因素 主要有：主要有：炉气性质炉气性质、加热温度加热温度、加热时间加热时间、化学成分化学成分。 炉气性质炉气性质 火焰加热的炉气通常由氧化性气体（火焰加热的炉气通常由氧化性气体（O2、CO2、H2O、SO2），还原性气体（），还原性气体（CO、H2）和中性和中性气体（气体（N2）组成。组成。 炉气的性质取决于燃料燃烧时的空气炉气的性质取决于燃料燃烧时的空气供给量。当供给空气过多时，炉气的性质为氧化性，那供给量。当供给空气过多时，炉气的性质为氧化性，那么氧化严重。相反，如供给空气不足时，炉气则呈现还么氧化严重。相反，如供给空气不足时，炉气则呈

62、现还原性，氧化皮很薄，甚至不产生氧化。原性，氧化皮很薄，甚至不产生氧化。Seite 93 加热温度加热温度 温度越高，氧化扩散速度加快，氧化过程温度越高，氧化扩散速度加快，氧化过程会加剧，结果形成的氧化皮也厚。一般，低于会加剧，结果形成的氧化皮也厚。一般，低于570600时，氧化缓慢；超过时，氧化缓慢；超过900950后，氧化急剧增加。后，氧化急剧增加。 加热时间加热时间 时间越长，氧化皮越多。因此，采用快速时间越长，氧化皮越多。因此，采用快速加热如电加热，缩短加热时间，尤其是在高温下的停留时加热如电加热，缩短加热时间，尤其是在高温下的停留时间，对减少氧化皮的产生具有很大的实际意义。间，对减少

63、氧化皮的产生具有很大的实际意义。 (以上三者是外因以上三者是外因)Seite 94 化学成分化学成分(内因内因) 当钢中当钢中含碳量含碳量大于大于0.3%时，随着钢中含时，随着钢中含碳量的增多，生成的氧化皮将减少。这是因为含碳量高时，碳量的增多，生成的氧化皮将减少。这是因为含碳量高时，钢表面氧化过程中生成了钢表面氧化过程中生成了CO，可削弱氧化性对钢表面的作用。可削弱氧化性对钢表面的作用。还有一些还有一些金属元素金属元素，如，如Cr、Ni、Al、Mo等，它们在金属表面等，它们在金属表面形成了牢固紧密的薄膜，膨胀系数和钢几乎一致，加热过程形成了牢固紧密的薄膜，膨胀系数和钢几乎一致，加热过程中不易

64、脱落，阻止了氧向内部扩散，因此能防止钢表面继续中不易脱落，阻止了氧向内部扩散，因此能防止钢表面继续氧化，薄膜起保护作用，特别是钢中含氧化，薄膜起保护作用，特别是钢中含Cr及及Ni的量大于的量大于13%20%时，几乎不产生氧化。时，几乎不产生氧化。 钢的相对表面积（表面积与质量之比）愈大时，则氧化皮钢的相对表面积（表面积与质量之比）愈大时，则氧化皮愈多。愈多。Seite 95 氧化皮的危害：氧化皮的危害： 造成钢材的烧损造成钢材的烧损 烧损量一般为烧损量一般为35%。(与火次有关，与火次有关，一次为一次为1.53.0%) 模锻时氧化皮压入锻件内模锻时氧化皮压入锻件内 降低表面质量和尺寸精度。降低

65、表面质量和尺寸精度。 氧化皮质脆而硬，加剧模具磨损。氧化皮质脆而硬，加剧模具磨损。 氧化皮在炉底烧结成块，降低炉衬寿命。氧化皮在炉底烧结成块，降低炉衬寿命。因此要采取措施减少或消除金属的氧化烧损。因此要采取措施减少或消除金属的氧化烧损。Seite 96 防止措施：防止措施： 在保证锻件质量的前提下，尽量采用快在保证锻件质量的前提下，尽量采用快速加热，缩短加热时间。速加热，缩短加热时间。 在燃料完全燃烧的条件下，避免氧气过在燃料完全燃烧的条件下，避免氧气过剩，并减少燃料的水分。剩，并减少燃料的水分。 采用少无氧化加热。采用少无氧化加热。Seite 97 二、脱碳二、脱碳 钢在高温加热时，表层中的

66、碳与炉气中的氧化性钢在高温加热时，表层中的碳与炉气中的氧化性气体（如气体（如O2、CO2、H2O等）及某些还原性气体（如等）及某些还原性气体（如H2）发生化学反应，生成甲烷或一氧化碳，造成发生化学反应，生成甲烷或一氧化碳，造成钢钢料表层的含碳量减少料表层的含碳量减少，这种现象称为脱碳。，这种现象称为脱碳。 Fe3CH2O3FeCOH2 Fe3CCO23Fe2CO 2Fe3CO26Fe2CO Fe3C2H23FeCH4Seite 98 脱碳的脱碳的组织特征组织特征：脱碳层由于碳被氧化，反映在金相组织上是表层渗碳脱碳层由于碳被氧化，反映在金相组织上是表层渗碳体体(Fe3C)的数量减少；的数量减少；

67、反映到化学成分上是表层的含碳量比内部明显降低。反映到化学成分上是表层的含碳量比内部明显降低。Seite 99 影响钢脱碳的因素：与氧化类似影响钢脱碳的因素：与氧化类似 炉气成分炉气成分 脱碳能力最强的是脱碳能力最强的是H2O(汽汽)、其次是、其次是CO2和和O2，较弱是较弱是H2。 加热温度加热温度 加热时间越长，脱碳越严重。加热时间越长，脱碳越严重。 加热时间加热时间 时间越长，脱碳层越厚。时间越长，脱碳层越厚。 化学成分化学成分 是内因，钢中含碳量越高则脱碳倾向是内因，钢中含碳量越高则脱碳倾向越大。越大。W、Al、Co等元素使脱碳增加，而等元素使脱碳增加，而Cr、Mn能阻止脱碳，能阻止脱碳

68、，Si、Ni和和V对钢的脱碳没有影响。对钢的脱碳没有影响。Seite 100 脱碳使锻件：表面强度降低脱碳使锻件：表面强度降低 耐磨性降低耐磨性降低 疲劳强度降低疲劳强度降低 可锻性降低，热处理时可能发生开裂可锻性降低，热处理时可能发生开裂Seite 101 三、金属加热过程中的过热三、金属加热过程中的过热(over heat)当金属加热温度过高、加热时间过长而引起晶粒粗大当金属加热温度过高、加热时间过长而引起晶粒粗大的现象称为的现象称为“过热过热”。晶粒开始急剧长大的温度叫过热温度。晶粒开始急剧长大的温度叫过热温度。钢中元素如钢中元素如C、Mn、S、P等会增加其过热倾向，而等会增加其过热倾向

69、，而Ti、W、V、N等元素可减小钢的过热倾向。等元素可减小钢的过热倾向。Seite 102 过热的危害过热的危害u碳钢出现魏氏组织；马氏体钢组织为粗针状，出现过多碳钢出现魏氏组织；马氏体钢组织为粗针状，出现过多的的铁素体；铁素体；u工模具钢出现萘状断口；合金结构钢、不锈钢、高速钢、工模具钢出现萘状断口；合金结构钢、不锈钢、高速钢、弹簧钢、轴承钢等除奥氏体晶粒粗大外，还有异相质点沿弹簧钢、轴承钢等除奥氏体晶粒粗大外，还有异相质点沿晶界析出，呈连续网状分布，使晶界变脆。晶界析出，呈连续网状分布，使晶界变脆。实践证明，过热对金属锻造过程影响并不大，甚至过热得实践证明，过热对金属锻造过程影响并不大，甚

70、至过热得较严重的钢材，只要没有过烧，在足够大的变形程度下，较严重的钢材，只要没有过烧，在足够大的变形程度下，晶粒粗大的组织一般晶粒粗大的组织一般可以消除可以消除。Seite 103 过热有不稳定过热和稳定过热：过热有不稳定过热和稳定过热： 不稳定过热不稳定过热 由于单纯原高温奥氏体晶粒粗大形成的由于单纯原高温奥氏体晶粒粗大形成的过热。一般可用热处理的方法消除。（如正火、高温回过热。一般可用热处理的方法消除。（如正火、高温回火、扩散退火、快速升温、快速冷却）火、扩散退火、快速升温、快速冷却） 稳定过热稳定过热 钢过热后，除原高温奥氏体晶粒粗大外，钢过热后，除原高温奥氏体晶粒粗大外，沿奥氏体晶界大

71、量析出第二相（包括杂质元素组成的化沿奥氏体晶界大量析出第二相（包括杂质元素组成的化合物如硫化物、碳化物、氮化物等）质点或薄膜，这种合物如硫化物、碳化物、氮化物等）质点或薄膜，这种过热用一般热处理方法很难消除，称为稳定过热。过热用一般热处理方法很难消除，称为稳定过热。Seite 104 防止措施防止措施 严格控制金属加热温度，缩短高温保温时间；严格控制金属加热温度，缩短高温保温时间；锻造时应保证足够大的变形量。锻造时应保证足够大的变形量。Seite 105 四、过烧四、过烧(burning)当坯料加热到接近其熔化温度，并在此温当坯料加热到接近其熔化温度，并在此温度下保留时间过长时，将出现过烧现象

72、。度下保留时间过长时，将出现过烧现象。金属过烧后，金属过烧后，晶粒粗大，晶粒粗大，晶界熔化，晶界熔化，形成氧化物，形成氧化物，出现裂纹。出现裂纹。部分钢的过烧温度见表部分钢的过烧温度见表3-2。Seite 106 过烧的危害过烧的危害 钢断面呈浅灰兰色，无金属光泽；表面粗糙；钢断面呈浅灰兰色，无金属光泽；表面粗糙；晶粒粗大类似豆腐渣状；一锻即裂。晶粒粗大类似豆腐渣状；一锻即裂。严重过烧的钢，只能报废回炉重新冶炼。严重过烧的钢，只能报废回炉重新冶炼。局部过烧的钢，当制造不太重要的零件时，可以将过烧部局部过烧的钢，当制造不太重要的零件时，可以将过烧部分切去，其余部分还可使用。分切去，其余部分还可使

73、用。 防止措施防止措施 严格控制加热温度，特别要控制高温停留时间严格控制加热温度，特别要控制高温停留时间及出炉温度。及出炉温度。Seite 107 五、金属加热时导热、导温性的变化五、金属加热时导热、导温性的变化1、导温性、导温性在加热在加热(或冷却或冷却)时温度在金属内部的传播能力。时温度在金属内部的传播能力。2、导温性对加热速度的影响、导温性对加热速度的影响 导温性好，温度传播的速度快，坯料内的导温性好，温度传播的速度快，坯料内的瞬时温差就小，因温差造成的膨胀差和温度应力也小，从而可允许较快瞬时温差就小，因温差造成的膨胀差和温度应力也小，从而可允许较快的加热速度，坯料不致受温度应力而破坏。

74、反之，则可能使坯料开裂。的加热速度，坯料不致受温度应力而破坏。反之，则可能使坯料开裂。3、导温性的变化、导温性的变化 导温性用导温系数导温性用导温系数来表示：来表示： =/(C) 式中式中 导热系数导热系数(W/(m)；密度密度(kg/m3)； C比热容比热容(J/(kg)Seite 108 金属的导热系数表示金属的导热能力，它金属的导热系数表示金属的导热能力，它取决于取决于金属金属的成分、温度和结晶组织。在常温下合金钢的导热系的成分、温度和结晶组织。在常温下合金钢的导热系数低于相应碳钢的导热系数；当合金元素的数且和份数低于相应碳钢的导热系数；当合金元素的数且和份量增加时，其差别越悬殊。在升温

75、时，碳钢的导热系量增加时，其差别越悬殊。在升温时，碳钢的导热系数减小，合金钢的导热系数略有增加，但高于数减小，合金钢的导热系数略有增加，但高于900以后，各种钢的导热系数趋于一致。以后，各种钢的导热系数趋于一致。 Seite 109 由于金属的导热系数、密度和比热都与温度有关，因由于金属的导热系数、密度和比热都与温度有关，因此金属的导温系数也随温度而变。此金属的导温系数也随温度而变。与导热系数的变化有点相似，在高温阶段，各种钢的与导热系数的变化有点相似，在高温阶段，各种钢的导温系数趋于一致。尽管这时的导温性不好，但因这导温系数趋于一致。尽管这时的导温性不好，但因这时的塑性好，加热引起的内应力并

76、无危险，所以在时的塑性好，加热引起的内应力并无危险，所以在高高温阶段温阶段，各类钢均可快速加热。，各类钢均可快速加热。Seite 110 六、裂纹六、裂纹(crack)裂纹是由钢在加热过程中所产生的内应力引起的。裂纹是由钢在加热过程中所产生的内应力引起的。根据其形成的原因，有温度应力、组织应力、残余应根据其形成的原因，有温度应力、组织应力、残余应力。力。1. 温度应力温度应力 钢锭或钢材在加热过程中，由于表面温度高于中心钢锭或钢材在加热过程中，由于表面温度高于中心温度，出现温差，从而必将引起外层与心部的膨胀不均匀，这温度，出现温差，从而必将引起外层与心部的膨胀不均匀，这样产生的内应力称为温度应

77、力（也称热应力），在温度高的表样产生的内应力称为温度应力（也称热应力），在温度高的表层部分，因其膨胀受到中心部分约束，所引起的温度应力为压层部分，因其膨胀受到中心部分约束，所引起的温度应力为压应力。而中心部分则相反，为拉应力。应力。而中心部分则相反，为拉应力。Seite 111 温度应力的大小与材料性质、断面温差有关。而断面温度应力的大小与材料性质、断面温差有关。而断面温差又取决于金属的导热性、断面尺寸、加热速度和温差又取决于金属的导热性、断面尺寸、加热速度和温度头温度头（temperature head炉温与坯料表面温度之炉温与坯料表面温度之差）。差）。如果金属的导热性差、断面尺寸大、加热速

78、度快、温如果金属的导热性差、断面尺寸大、加热速度快、温度头又大，则断面温差就大，因而温度应力也大。反度头又大，则断面温差就大，因而温度应力也大。反之温度应力则小。所以，在加热断面尺寸大的大型钢之温度应力则小。所以，在加热断面尺寸大的大型钢锭和导温性差的高合金钢时，由于会产生较大的温度锭和导温性差的高合金钢时，由于会产生较大的温度应力，低温阶段必须缓慢加热。应力，低温阶段必须缓慢加热。 Seite 112 2. 组织应力组织应力 具有固态相变的钢，在加热时表层先具有固态相变的钢，在加热时表层先发生相变，内层后发生相变，相变前后组织的比容发生相变，内层后发生相变，相变前后组织的比容发生变化，这样引

79、起的内应力为组织应力。发生变化，这样引起的内应力为组织应力。在钢料加热过程中，组织应力没有危险性。在钢料加热过程中，组织应力没有危险性。防止方法：防止方法：低温装炉、分段加热低温装炉、分段加热 （装炉温度控制在（装炉温度控制在600以下，以较慢以下，以较慢 的速度加热到的速度加热到600左右，经一段左右，经一段 时间保温，使内外温度均匀后再快速时间保温，使内外温度均匀后再快速 加热到始锻温度）加热到始锻温度） Seite 113 3-3 锻造温度范围的确定锻造温度范围的确定锻造温度范围锻造温度范围是指金属开始锻造温度（始是指金属开始锻造温度（始锻温度）和结束锻造温度（终锻温度）之锻温度）和结束

80、锻造温度（终锻温度）之间的一段温度区间。间的一段温度区间。 始锻温度终锻温度始锻温度终锻温度Seite 114 确定锻造温度范围的确定锻造温度范围的基本原则基本原则是：是：要求金属在锻造温度范围内具有良好的塑性要求金属在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力；能锻出优质锻件和较低的变形抗力；能锻出优质锻件(所需所需的组织性能的组织性能)；锻造温度范围尽可能宽些，；锻造温度范围尽可能宽些，以便减少加热火次，提高生产效率。以便减少加热火次，提高生产效率。Seite 115 确定锻造温度范围的确定锻造温度范围的基本方法基本方法是：是：运用合金相图、塑性图、抗力图和再结晶图等，运用合金相图、塑性

81、图、抗力图和再结晶图等，从塑性、变形抗力和锻件的组织性能三个方面进从塑性、变形抗力和锻件的组织性能三个方面进行综合分析，确定出合理的锻造温度范围，并在行综合分析，确定出合理的锻造温度范围，并在生产实践中进行验证和修改。生产实践中进行验证和修改。Seite 116 合金相图合金相图 能直观地表示出合金系中各种成分的合金在不同能直观地表示出合金系中各种成分的合金在不同温度区间的相组成情况。一般单相组织比多相的塑性好、抗力温度区间的相组成情况。一般单相组织比多相的塑性好、抗力低，所以锻造时应尽可能使合金处于单相状态。所以首先应按低，所以锻造时应尽可能使合金处于单相状态。所以首先应按相图初选锻造温度范

82、围。相图初选锻造温度范围。 从保证变形金属具有较高可锻性出发，运用从保证变形金属具有较高可锻性出发，运用塑性图和抗力塑性图和抗力图图来确定合适的锻造温度范围。来确定合适的锻造温度范围。 再结晶图再结晶图 表示变形温度、变形程度与锻件晶粒尺寸之间的表示变形温度、变形程度与锻件晶粒尺寸之间的关系，是通过试验测绘的。它对确定最后一道变形工序的锻造关系，是通过试验测绘的。它对确定最后一道变形工序的锻造温度、变形程度具有重要的参考价值。温度、变形程度具有重要的参考价值。Seite 117 以以碳钢碳钢为例：为例： 1) 始锻温度的确定始锻温度的确定 应保证钢不产生过热应保证钢不产生过热和过烧。一般应低于

83、铁碳平衡图的固相线和过烧。一般应低于铁碳平衡图的固相线150250。始锻温度随含碳量的增加而。始锻温度随含碳量的增加而降低降低 2) 终锻温度的确定终锻温度的确定 既要保证金属在终锻既要保证金属在终锻前具有足够的塑性，前具有足够的塑性， 又要使锻件能获得良又要使锻件能获得良好的组织性能。因此，好的组织性能。因此，终锻温度应高于再终锻温度应高于再结晶温度，结晶温度，以保证锻后再结晶完全，使锻以保证锻后再结晶完全，使锻件得到细晶粒的再结晶组织。但过高会使件得到细晶粒的再结晶组织。但过高会使锻件在冷却过程中晶粒继续长大，因而降锻件在冷却过程中晶粒继续长大，因而降低机械性能，尤其是冲击韧性降低更多。低

84、机械性能，尤其是冲击韧性降低更多。因此，必须通过相图和再结晶图综合分析。因此，必须通过相图和再结晶图综合分析。通过铁碳相图可以分析碳钢的情况。通过铁碳相图可以分析碳钢的情况。Seite 118 3)从保证最小的从保证最小的变形抗力变形抗力出发，根据抗力图来确定合出发，根据抗力图来确定合适的锻造温度范围。如果设备吨位够，在保证锻件质适的锻造温度范围。如果设备吨位够，在保证锻件质量和塑性的前提下，抗力一般不予考虑。然而对于耐量和塑性的前提下，抗力一般不予考虑。然而对于耐热合金之类，由于温度的稍许下降，会导致变形抗力热合金之类，由于温度的稍许下降，会导致变形抗力的急剧增加，甚至硬化现象严重，出现冷变

85、形或混合的急剧增加，甚至硬化现象严重，出现冷变形或混合变形机构，这时，在确定锻造温度范围时，变形抗力变形机构，这时，在确定锻造温度范围时，变形抗力应予以足够的重视。应予以足够的重视。Seite 119 火火 色色温度（温度（）火火 色色温度（温度（）暗棕色暗棕色520580亮红色亮红色830880棕红色棕红色580650橘黄色橘黄色8801050暗红色暗红色650750橙黄色橙黄色10501150暗樱红色暗樱红色750780亮黄色亮黄色11501250樱桃色樱桃色780800白白 色色12501320亮桃红色亮桃红色800830 实际生产中，随温度的不同，钢材对外表现出不同的颜色，实际生产中，

86、随温度的不同，钢材对外表现出不同的颜色，锻造时即可以根据钢材的颜色大致估计其温度，称为锻造时即可以根据钢材的颜色大致估计其温度，称为“看火看火色色” 表表3-6 钢材火色和温度钢材火色和温度Seite 120 牌号牌号始锻温度始锻温度终锻温度终锻温度低碳钢低碳钢1250750451200 800T12A 115083065Mn1200830GCr15 1150850Cr12MoV1050900W18Cr4V1100900 在保证不出现加热缺陷的前提下，始锻温度应尽量取高一些；在保证不出现加热缺陷的前提下，始锻温度应尽量取高一些；在保证塑性足够的前提下，终锻温度应尽可能定低一些在保证塑性足够的前

87、提下，终锻温度应尽可能定低一些 常用钢材的锻造温度范围常用钢材的锻造温度范围Seite 121 3-4 金属加热规范金属加热规范加热规范加热规范，就是金属坯料从装炉开始到加热完了整个，就是金属坯料从装炉开始到加热完了整个过程中，对炉温和坯料温度随时间变化的规定。过程中，对炉温和坯料温度随时间变化的规定。为了方便和清晰起见，加热规范是采用为了方便和清晰起见，加热规范是采用炉温炉温-时间时间的变的变化曲线（又称加热曲线或炉温曲线）来表示。化曲线（又称加热曲线或炉温曲线）来表示。如表如表3-4所示，加热规范有：一段、二段、三段、四段所示，加热规范有：一段、二段、三段、四段及五段之分。及五段之分。Se

88、ite 122 一、制订加热规范的原则和方法一、制订加热规范的原则和方法 1内容内容：装料时的炉温、加热各个阶段炉子的升温速度、：装料时的炉温、加热各个阶段炉子的升温速度、各个阶段的加热（保温）时间和总的加热时间、最终的加热各个阶段的加热（保温）时间和总的加热时间、最终的加热温度和允许的加热不均匀性、允许的温度头等。温度和允许的加热不均匀性、允许的温度头等。 2加热规范原则加热规范原则：要保证金属在加热过程中不产生裂纹、：要保证金属在加热过程中不产生裂纹、过热、过烧和熔化现象，加热要均匀，氧化脱碳少，加热时过热、过烧和熔化现象，加热要均匀，氧化脱碳少，加热时间短和节省燃料等。即保证高产、优质、

89、低消耗。间短和节省燃料等。即保证高产、优质、低消耗。Seite 123 3核心问题核心问题：确定金属在整个加热过程中不同阶：确定金属在整个加热过程中不同阶段的加热温度、加热速度和加热（保温）时间。段的加热温度、加热速度和加热（保温）时间。通常可将加热过程分为预热、加热、均热三个阶通常可将加热过程分为预热、加热、均热三个阶段。预热阶段主要是规定装料时的炉温；加热阶段。预热阶段主要是规定装料时的炉温；加热阶段关键是正确选择升温加热速度；均热阶段则应段关键是正确选择升温加热速度；均热阶段则应保证金属温度均匀，给定保温时间。保证金属温度均匀，给定保温时间。Seite 124 （一）（一）装炉温度装炉温

90、度 避免温度应力过大引起裂纹。对导避免温度应力过大引起裂纹。对导温性好和断面尺寸小的坯料，装料炉温不受限制。而温性好和断面尺寸小的坯料，装料炉温不受限制。而相反，对于导温性较差和断面尺寸大的坯料就应该限相反，对于导温性较差和断面尺寸大的坯料就应该限制装料炉温了。因为在开始预热阶段，钢料温度低、制装料炉温了。因为在开始预热阶段，钢料温度低、塑性差，而且在塑性差，而且在200400范围内存在蓝脆区，对于范围内存在蓝脆区，对于冷钢锭和大型钢坯，装料炉温一般在冷钢锭和大型钢坯，装料炉温一般在350650，因，因为在这个温度范围内，塑性指标为在这个温度范围内，塑性指标、显著提高，而显著提高，而且还应在此

91、温度进行保温；高锰钢易出现裂纹，装料且还应在此温度进行保温；高锰钢易出现裂纹，装料炉温为炉温为400450。Seite 125 钢料断面最大允许温差钢料断面最大允许温差的计算公式见书上，的计算公式见书上， 根据计算的根据计算的和金属坯料的热阻和金属坯料的热阻R/(坯料坯料半径半径/导热系数导热系数)对照图对照图3-13就可得到允许的装炉就可得到允许的装炉温度。图温度。图3-13中是理论计算值，并且此法结果偏中是理论计算值，并且此法结果偏低，可查图低，可查图3-14的实践经验图表修正。的实践经验图表修正。Seite 126 （二）（二）加热速度加热速度 金属加热速度是指加热时温度升高的快慢。通常

92、是指金属加热速度是指加热时温度升高的快慢。通常是指金属表面温度的升高的速度，单位金属表面温度的升高的速度，单位/h，也可用单位也可用单位时间内加热的厚度来表示，也就是金属截面热透的程时间内加热的厚度来表示，也就是金属截面热透的程度，单位度，单位mm/min。Seite 127 在加热规范中有两种不同的加热速度：在加热规范中有两种不同的加热速度：1、技术上可能的加热速度，、技术上可能的加热速度，2、金属允许的加热速度。、金属允许的加热速度。前者为炉子本身可能达到的加热速度。后者为保证坯料前者为炉子本身可能达到的加热速度。后者为保证坯料加热质量及完整性所允许的加热速度，它取决于温度应加热质量及完整

93、性所允许的加热速度，它取决于温度应力的限制。而温度应力又与金属的导热性、力学性能、力的限制。而温度应力又与金属的导热性、力学性能、坯料尺寸有关。坯料尺寸有关。Seite 128 对于导温性好、断面尺寸小的钢料，其允许的加热速对于导温性好、断面尺寸小的钢料，其允许的加热速度很大，即使炉子按最大可能的加热速度加热，也不度很大，即使炉子按最大可能的加热速度加热，也不可能达到坯料允许的加热速度，因此，对于这类金属，可能达到坯料允许的加热速度，因此，对于这类金属，如碳素钢和有色金属，其断面小于如碳素钢和有色金属，其断面小于200mm时，根本时，根本不用考虑允许的加热速度。不用考虑允许的加热速度。Seit

94、e 129 然而相反，对于导温性差、断面尺寸大的钢料，允然而相反，对于导温性差、断面尺寸大的钢料，允许的加热速度小，在低温区应不能超过它自身允许许的加热速度小，在低温区应不能超过它自身允许的加热速度，当炉温超过的加热速度，当炉温超过700850 时，可按最时，可按最大允许的加热速度加热。大允许的加热速度加热。Seite 130 怎么样来提高加热速度呢？怎么样来提高加热速度呢？ 影响加热速度的主要因素是炉温，确切地说是炉影响加热速度的主要因素是炉温，确切地说是炉温和金属表面的温度差，即温和金属表面的温度差，即温度头温度头。 当炉温愈高，温差愈大，则金属得到的热量愈当炉温愈高，温差愈大，则金属得到

95、的热量愈多，加热速度也就愈快。多，加热速度也就愈快。Seite 131 因此，提高加热速度的措施有：因此，提高加热速度的措施有： 提高炉温，采用快速加热；提高炉温，采用快速加热； 合理布排炉内金属，尽可能多面加热；合理布排炉内金属，尽可能多面加热； 合理设计炉膛尺寸，特别是炉膛高度，造成炉合理设计炉膛尺寸，特别是炉膛高度，造成炉内强烈循环，增加辐射和对流换热等。内强烈循环，增加辐射和对流换热等。 生产中常采用生产中常采用提高温度头提高温度头的办法来提高加热速度。的办法来提高加热速度。Seite 132 （三）（三）均热保温均热保温 在五段加热中有三段保温平台，见图在五段加热中有三段保温平台，见

96、图3-12：（：（）装炉温度）装炉温度下保温、（下保温、（）700800保温、（保温、（）锻造温度下的保温）锻造温度下的保温(均热保温通常对此而言均热保温通常对此而言)。这三段保温目的如下：。这三段保温目的如下： 在装炉温度下保温（在装炉温度下保温（）目的是：因在）目的是：因在550650以前，钢以前，钢的塑性较差，可能由于温度应力引起破裂。所以其目的是防的塑性较差，可能由于温度应力引起破裂。所以其目的是防止金属在加热过程中因温度应力而引起破坏。止金属在加热过程中因温度应力而引起破坏。Seite 133 （）段目的是为了减少第一期加热后钢料断面上的温）段目的是为了减少第一期加热后钢料断面上的温

97、差，从而减少钢料断面内的温度应力和使锻造温度下差，从而减少钢料断面内的温度应力和使锻造温度下的保温时间不至过长。对于几何尺寸较大的、具有相的保温时间不至过长。对于几何尺寸较大的、具有相变的钢，更需要第二段保温。变的钢，更需要第二段保温。Seite 134 （）段保温目的除了减少坯料断面上的温差以使温）段保温目的除了减少坯料断面上的温差以使温度均匀外，还可借高温扩散作用使钢料组织均匀化。度均匀外，还可借高温扩散作用使钢料组织均匀化。这样不但有利于锻造均匀变形，而且还能提高钢的塑这样不但有利于锻造均匀变形，而且还能提高钢的塑性和锻件质量。但时间要控制好，不能太长，以免引性和锻件质量。但时间要控制好

98、，不能太长，以免引起过热或过烧。起过热或过烧。Seite 135 （四）（四）加热时间加热时间是是总的加热时间总的加热时间，即指坯料装炉后从开始加热到出炉所需，即指坯料装炉后从开始加热到出炉所需要的时间，包括加热各阶段的升温时间和保温时间。要的时间，包括加热各阶段的升温时间和保温时间。确定加热时间的方法可以按传热学理论计算，但在工厂中确定加热时间的方法可以按传热学理论计算，但在工厂中经常采用经验公式、经验数据、试验图线确定加热时间。经常采用经验公式、经验数据、试验图线确定加热时间。Seite 136 总之，在制定加热规范时，主要从钢料的断面尺寸、总之，在制定加热规范时，主要从钢料的断面尺寸、化

99、学成分、及有关性能（塑性、强度、导温性、线膨化学成分、及有关性能（塑性、强度、导温性、线膨胀系数、组织特点）等方面进行综合考虑，从而制定胀系数、组织特点）等方面进行综合考虑，从而制定出较合理的加热规范。出较合理的加热规范。Seite 137 二、钢锭的加热规范二、钢锭的加热规范 钢锭装炉时根据温度的高低可分为冷锭与热钢锭装炉时根据温度的高低可分为冷锭与热锭。冷、热钢锭的加热工艺差别很大。锭。冷、热钢锭的加热工艺差别很大。Seite 138 1冷锭加热规范冷锭加热规范 冷锭是指室温下开始装炉的锭冷锭是指室温下开始装炉的锭料。其加热关键在于低温阶段，因冷锭塑性差，且料。其加热关键在于低温阶段，因冷

100、锭塑性差，且内部残余应力与温度应力同向，加上各种组织缺陷内部残余应力与温度应力同向，加上各种组织缺陷造成的应力集中，加热不当易产生裂纹。所以在低造成的应力集中，加热不当易产生裂纹。所以在低温阶段必须缓慢进行，装炉温度不能太高。温阶段必须缓慢进行，装炉温度不能太高。Seite 139 由于大型冷钢锭因尺寸大，产生的温度应力也大。因此由于大型冷钢锭因尺寸大，产生的温度应力也大。因此大型冷锭均采用二段、三段、四段或五段的分段加热规大型冷锭均采用二段、三段、四段或五段的分段加热规范。实例见图范。实例见图3-18和和3-19。 小型钢锭因断面尺寸小，加热时温度应力不大，故加热小型钢锭因断面尺寸小，加热时

101、温度应力不大，故加热速度可快一些，可在速度可快一些，可在7001000下装炉。下装炉。Seite 140 2热锭加热规范热锭加热规范 由炼钢车间直接送到锻压车间，由炼钢车间直接送到锻压车间，表面温度不低于表面温度不低于600的钢锭称为热锭。直接进行加的钢锭称为热锭。直接进行加热锻造的热钢锭，可缩短加热时间，节约燃料。并且热锻造的热钢锭，可缩短加热时间，节约燃料。并且可避免在低温段加热时所产生的温度应力和开裂。可避免在低温段加热时所产生的温度应力和开裂。由于各种钢在高温时，导热性都很接近，所以热锭的由于各种钢在高温时，导热性都很接近，所以热锭的加热规范，只取决于加热规范，只取决于断面尺寸断面尺寸

102、，而与钢种无关。，而与钢种无关。Seite 141 三、钢材与中小钢坯的加热规范三、钢材与中小钢坯的加热规范 一般中小型锻件采用钢材与钢坯为原材料。一般中小型锻件采用钢材与钢坯为原材料。其特点是断面尺寸小；经过变形，强度和塑性均其特点是断面尺寸小；经过变形，强度和塑性均较高；铸造残余应力已被消除。加热时温度应力较高；铸造残余应力已被消除。加热时温度应力也小。因此，可以进行快速加热。也小。因此，可以进行快速加热。Seite 142 3-5少无氧化加热少无氧化加热 烧损量小于烧损量小于0.5%的锻前加热为的锻前加热为少氧化加热少氧化加热。烧。烧损量小于损量小于0.1%的锻前加热为的锻前加热为无氧化

103、加热无氧化加热。为了获。为了获得表面光洁和尺寸准确的精锻件，坯料在锻前的加得表面光洁和尺寸准确的精锻件，坯料在锻前的加热必须是无氧化或少氧化。因此，能否实现坯料的热必须是无氧化或少氧化。因此，能否实现坯料的少无氧化加热是决定精锻工艺成败的关键问题之一。少无氧化加热是决定精锻工艺成败的关键问题之一。Seite 143 实现少无氧化加热常用和较快的方法有：实现少无氧化加热常用和较快的方法有：快速加热快速加热介质保护加热介质保护加热少无氧化火焰加热。少无氧化火焰加热。Seite 144 一、快速加热一、快速加热(rapid heating) 快速加热包括火焰炉中的辐射快速加热和对流快快速加热包括火焰

104、炉中的辐射快速加热和对流快速加热，感应电加热、接触电加热等。它由于加热速加热，感应电加热、接触电加热等。它由于加热速度快，加热时间锻，所以坯料表面氧化少。速度快，加热时间锻，所以坯料表面氧化少。Seite 145 二、介质保护加热二、介质保护加热 1气体介质气体介质 常用的保护气体有惰性气体、不完全燃常用的保护气体有惰性气体、不完全燃烧的煤气、天然气、石油液化气或分解氨等。烧的煤气、天然气、石油液化气或分解氨等。 2液体介质液体介质 如熔融玻璃、熔融盐。玻璃浴炉，盐浴如熔融玻璃、熔融盐。玻璃浴炉，盐浴炉等。炉等。 3固体介质固体介质 如玻璃粉、珐琅粉、石墨粉以及金属薄如玻璃粉、珐琅粉、石墨粉以

105、及金属薄膜等。膜等。Seite 146 三、少无氧化火焰加热三、少无氧化火焰加热 通过控制炉气的成分和性质，利用燃料不完全燃烧通过控制炉气的成分和性质，利用燃料不完全燃烧所产生的中性炉气或还原性炉气，来实现金属的少所产生的中性炉气或还原性炉气，来实现金属的少无氧化加热。无氧化加热。Seite 147 3-6 金属的锻后冷却金属的锻后冷却锻件的冷却是指锻件从终锻温度出模冷却到室温。锻件的冷却是指锻件从终锻温度出模冷却到室温。一、锻后冷却一、锻后冷却常见缺陷常见缺陷产生的原因和防止措施产生的原因和防止措施 1裂纹裂纹 冷却裂纹是由于锻件冷却过程中的内应力引起冷却裂纹是由于锻件冷却过程中的内应力引起

106、的，它由锻件表面向内部扩展。按照冷却时内应力产生的的，它由锻件表面向内部扩展。按照冷却时内应力产生的原因，有温度应力、组织应力和残余应力。原因，有温度应力、组织应力和残余应力。Seite 148 2白点白点 银白色斑点。属脆性裂纹。银白色斑点。属脆性裂纹。 白点多发生在珠光体类和马氏体类合金钢中，锻白点多发生在珠光体类和马氏体类合金钢中，锻件的尺寸愈大，白点愈容易形成。白点形式的原因件的尺寸愈大，白点愈容易形成。白点形式的原因是由于钢中氢气和组织应力共同作用的结果。冷却是由于钢中氢气和组织应力共同作用的结果。冷却速度愈快时，愈容易形成白点。速度愈快时，愈容易形成白点。Seite 149 3网状

107、碳化物网状碳化物 过共析钢和轴承钢如果终锻温度较高过共析钢和轴承钢如果终锻温度较高并在锻后缓冷，特别是在并在锻后缓冷，特别是在ArmAr1区间缓冷时，由奥区间缓冷时，由奥氏体中大量析出二次碳化物并扩散到晶界，于是便沿氏体中大量析出二次碳化物并扩散到晶界，于是便沿原奥氏体晶界形成碳化物网。当网状碳化物较严重时，原奥氏体晶界形成碳化物网。当网状碳化物较严重时，材料的冲击韧性下降，淬火时常引起龟裂。材料的冲击韧性下降，淬火时常引起龟裂。这几种缺陷都与冷却速度有关，因此要确定合适的冷这几种缺陷都与冷却速度有关，因此要确定合适的冷却速度防止这些缺陷的产生。却速度防止这些缺陷的产生。Seite 150 二

108、、锻件的冷却方法二、锻件的冷却方法按冷却速度分有三种：即按冷却速度分有三种：即空冷、坑冷、炉冷空冷、坑冷、炉冷。空冷空冷 终锻结束后锻件出模就放在静止的空气中冷终锻结束后锻件出模就放在静止的空气中冷却，冷却速度较快。对于有色金属（铝合金、镁合金、却，冷却速度较快。对于有色金属（铝合金、镁合金、钛合金）锻件，常用。钛合金）锻件，常用。坑（箱）、灰砂冷一般锻件，砂温度不应低于坑（箱）、灰砂冷一般锻件，砂温度不应低于500。周围蓄砂厚度不能小于。周围蓄砂厚度不能小于80mm。Seite 151 炉冷炉冷 入炉温度一般不低于入炉温度一般不低于600650，出炉温度，出炉温度不应高于不应高于100150

109、。这种方法冷却速度很慢，生产率。这种方法冷却速度很慢，生产率低。主要用于中碳钢和低合金钢的大型锻件，和高合金低。主要用于中碳钢和低合金钢的大型锻件，和高合金钢的重要锻件。钢的重要锻件。 空冷，冷却速度较快；坑冷次之；炉冷最慢。空冷，冷却速度较快；坑冷次之；炉冷最慢。Seite 152 三、锻件的冷却规范三、锻件的冷却规范制定锻件冷却规范的关键是制定锻件冷却规范的关键是冷却速度冷却速度。正确的锻造工艺可以得到质量好的锻件，但如正确的锻造工艺可以得到质量好的锻件，但如果锻后冷却不当，将使锻件变形、表面过硬，果锻后冷却不当，将使锻件变形、表面过硬，甚至由于冷却过快而开裂使锻件报废。甚至由于冷却过快而

110、开裂使锻件报废。Seite 153 一般来说，成分简单的，尺寸小的坯料，允许锻后冷一般来说，成分简单的，尺寸小的坯料，允许锻后冷却速度快；反之，合金化复杂的要缓慢冷却。却速度快；反之，合金化复杂的要缓慢冷却。另外，含碳量高的（碳素工具钢、合金工具钢、轴承另外，含碳量高的（碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢）应先空冷，后坑冷或炉冷。这是因为在锻后初期钢）应先空冷，后坑冷或炉冷。这是因为在锻后初期如果缓慢冷却，会析出网状碳化物；如果缓慢冷却，会析出网状碳化物；Seite 154 没有相变的钢，如奥氏体钢，铁素体钢，空冷；没有相变的钢，如奥氏体钢，铁素体钢，空冷；在空冷中容易产生马氏体相变的钢，如高速钢

111、、不锈在空冷中容易产生马氏体相变的钢，如高速钢、不锈钢、高合金工具钢，避免产生裂纹，需要缓慢冷却；钢、高合金工具钢，避免产生裂纹，需要缓慢冷却；对白点敏感的钢，炉冷；对白点敏感的钢，炉冷；铝合金导热性好，可空冷或水冷。铝合金导热性好，可空冷或水冷。Seite 155 课堂作业：根据所示的图分析：（1）始锻温度。（2）图中三段平台线段各表示什么，目的？（3）v，vM所示的斜线段代表什么含义？为什么图示的两个斜线斜率不一样，说明理由。（4）说出该加热曲线的类型。材料科学与工程学院第四章 自由锻主要工序分析Seite 157 Seite 158 Seite 159 空气锤空气锤Seite 160 4

112、-1 概概 述述一、定义一、定义自由锻自由锻利用冲击力或压力使金属在上下两个平板之利用冲击力或压力使金属在上下两个平板之间产生变形，从而得到所需形状及尺寸的锻件。间产生变形，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。内部质量的锻件的加工方法。Seite 161 自由锻造：自由锻造：手工手工自由锻造和自由锻造和机械机械自由锻造（自由锻）自由锻造（自由锻）锻锤自由锻锻锤自由锻产生冲击力使金属坯料

113、变形（中小型）产生冲击力使金属坯料变形（中小型）水压机自由锻水压机自由锻靠压力使坯料变形（大型）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。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。缺点：锻件精度低，加工余量大，生产率低，劳动强度大。Seite 162 二、自由锻工序分类二、自由锻工序分类 自由锻工序自由锻工序：基本工序基本工序、辅助工序辅助工序和和修整工序修整工序基本工序基本工序 指能够大幅度地改变坯料形状和尺寸的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。工序，

114、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、如镦粗、拔长、冲孔、芯轴拔长、弯曲、错移、扭转、切割、芯轴扩孔等。芯轴扩孔等。 辅助工序辅助工序 指在坯料进入基本工序前预先变形的指在坯料进入基本工序前预先变形的工序。工序。 如钢锭倒棱和缩颈倒棱、预压钳把、阶梯轴分段压痕等。如钢锭倒棱和缩颈倒棱、预压钳把、阶梯轴分段压痕等。Seite 163 修整工序修整工序 即后续工序。指用来精整锻件尺寸和即后续工序。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。基本工序完成后进行。 如镦粗后的鼓形滚圆和截

115、面滚圆，凸起、凹下及不平和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。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自由锻件的成形都是这三类工序的组合Seite 164 Seite 165 辅助工序辅助工序Seite 166 修整工序修整工序Seite 167 三、金属塑性变形及流动的几个问题三、金属塑性变形及流动的几个问题（一）影响金属塑性变形流动的三个因素（一）影响金属塑性变形流动的三个因素 加载情况、受力情况、变形情况加载情况、受力情况、变形情况 整体加载整体加载整体受力整体受力 如镦粗如镦粗 局

116、部加载局部加载整体受力整体受力整体变形整体变形 如冲孔（如冲孔（D/d5）Seite 168 （二）金属塑性变形的不均匀性（二）金属塑性变形的不均匀性 实质上是由金属质点的不均匀流动引起的。实质上是由金属质点的不均匀流动引起的。（三）塑性变形时金属的流动方向（三）塑性变形时金属的流动方向 最小阻力定律最小阻力定律Seite 169 4-2 自由锻工序特点自由锻工序特点 定义：在外力作用下，使坯料高度减小，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。横截面增大的锻造工序。一、一、镦粗镦粗Seite 170 （二）镦粗的作用：（二）镦粗的作用： 获得横截面较大而高度较小的锻件（饼块件

117、）。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用作冲孔前的准备工序(增大坯料的横截面积以便于增大坯料的横截面积以便于冲孔冲孔)。 “反复镦拔法反复镦拔法”，镦粗与拔长相结合，可提高锻造比，镦粗与拔长相结合，可提高锻造比，同时击碎合金工具钢中的块状碳化物，并使其分布均匀同时击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。以提高锻件的使用性能。 提高锻件的横向力学性能以减小力学性能的异向性。提高锻件的横向力学性能以减小力学性能的异向性。Seite 171 （四）主要质量问题和变形流动特点（四）主要质量问题和变形流动特点 -针对圆截面坯料的镦粗讨论针对圆截面坯

118、料的镦粗讨论 1质量问题：侧表面产生纵向或质量问题：侧表面产生纵向或45裂纹；裂纹； 侧表面出现鼓形；侧表面出现鼓形； 上下端存留铸态组织；上下端存留铸态组织； 高坯料镦粗易失稳弯曲。高坯料镦粗易失稳弯曲。（三）（三）主要方法主要方法: : 平砧镦粗平砧镦粗、垫环镦粗垫环镦粗和和局部镦粗局部镦粗。Seite 172 2变形流动特点变形流动特点（1）镦粗时由于坯料两端面与工具存在摩擦力而导致金属）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。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（）；区域（）为大变

119、形区）为大变形区; 区域（区域（）为小变形区。因）为小变形区。因此，镦粗结果，坯料由圆柱形变为鼓形。另外，（此，镦粗结果，坯料由圆柱形变为鼓形。另外，（I）区与工）区与工具接触，温度降低快，也是难变形的原因之一。具接触，温度降低快，也是难变形的原因之一。i. 这样三个区域的变形不均匀使金属内部晶粒粗细不一。大变形区变形这样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。充分，得到细晶粒；难变形区，还保留粗大的铸态组织。ii.（）（）（）区变形的不均，又引起了侧表面裂纹的产生。）区变形的不均，又引起了侧表面裂纹的产生。Seite 173

120、IIIIIIIIIIII平砧镦粗变形分布与应力状态分析平砧镦粗变形分布与应力状态分析Seite 174 （2）不同高径比不同高径比坯料的镦粗坯料的镦粗 坯料形状和尺寸对镦粗时不均匀变形也有影响。坯料形状和尺寸对镦粗时不均匀变形也有影响。H0/D0=2.5H0/D0=2.5HO/D0=1.45HO/D0=1.45H0/D0=1H0/D0=10.670.67H0/D0=0.22H0/D0=0.22不同髙径比坯料镦不同髙径比坯料镦 粗的变形情况粗的变形情况Seite 175 3为减少缺陷可采取的为减少缺陷可采取的措施措施有：有： a 采用润滑，预热工具采用润滑，预热工具 b 用侧凹形毛坯镦粗用侧凹形

121、毛坯镦粗Seite 176 c 使用软金属垫镦粗使用软金属垫镦粗 软金属垫镦粗软金属垫镦粗 Seite 177 d 叠料镦粗叠料镦粗 叠料镦粗叠料镦粗f反复镦粗拔长工艺反复镦粗拔长工艺Seite 178 单垫环镦粗Seite 179 局部镦粗局部镦粗Seite 180 二、二、拔长拔长 （一）定义：使坯料横截面减小，以增加其长度的（一）定义：使坯料横截面减小，以增加其长度的锻造工序锻造工序（二）拔长作用：（二）拔长作用： 由横截面积较大的坯料得到横由横截面积较大的坯料得到横截面积较小、而轴向较长的轴类锻件；截面积较小、而轴向较长的轴类锻件； 作为辅助工序进行局部变形；作为辅助工序进行局部变形；

122、 “反复镦拔反复镦拔”工序。工序。Seite 181 拔长工序是通过逐次送进和反复转动坯料进行压缩拔长工序是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。变形，耗费工时最多。 拔长操作方法Seite 182 （三）拔长时主要质量问题和变形流动特点：（三）拔长时主要质量问题和变形流动特点： 1质量问题：裂纹，表面折叠，端面内凹，组织质量问题：裂纹，表面折叠，端面内凹，组织与性能不均。与性能不均。 2拔长时的变形特点拔长时的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，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。它是两端带有不变形金属的镦粗。Seite

123、183 拔长时，最关注的是拔长速度和拔长对锻件质量拔长时，最关注的是拔长速度和拔长对锻件质量的影响。的影响。影响这两项指标的影响这两项指标的主要因素主要因素有的：送进量有的：送进量L0、压下、压下量量h、砧面与坯料的形状、锤击的轻重与操作方、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。法以及坯料的加热温度等等。 矩形截面拔长矩形截面拔长Seite 184 （1）送进量送进量的大小，除影响生产率外，还影响锻件质量的大小，除影响生产率外，还影响锻件质量当送进量太小，而坯料厚度（当送进量太小，而坯料厚度（h0）又比较大，即当）又比较大，即当L0(0.50.75)h。否否则，会产生折

124、叠，表面折叠产生主要是送进量与压则，会产生折叠，表面折叠产生主要是送进量与压下量不合适，导致锻件报废。下量不合适，导致锻件报废。 拔长时坯料温度应适中、均匀。锤击须快，锤击拔长时坯料温度应适中、均匀。锤击须快，锤击的轻重（打击力的大小）以能锻透坯料为准。的轻重（打击力的大小）以能锻透坯料为准。Seite 187 3坯料拔长时缺陷的防止措施坯料拔长时缺陷的防止措施 （1）表面横向裂纹与角裂，前者是由于送进量过）表面横向裂纹与角裂，前者是由于送进量过大同时压缩量也过大所引起的；后者除了变形原因大同时压缩量也过大所引起的；后者除了变形原因外，主要是由于角部温度散失快，产生温度应力，外，主要是由于角部

125、温度散失快，产生温度应力，引起表面拉力过大引起表面拉力过大(应及时进行倒角应及时进行倒角)。 （2）表面折叠）表面折叠 主要是由于送进量太小主要是由于送进量太小Seite 188 （3）内部横向裂纹）内部横向裂纹 也是由于送进量太小，出现双也是由于送进量太小，出现双鼓形特征，引发轴心拉应力。鼓形特征，引发轴心拉应力。 （4）内部纵向裂纹）内部纵向裂纹 送进量过大，压下量较小，所送进量过大，压下量较小，所造成的中心拉应力。造成的中心拉应力。 （5）端面内凹）端面内凹 送进量太小，表面金属变形大、轴送进量太小，表面金属变形大、轴心尚未来得及变形引起的。心尚未来得及变形引起的。 此外还有：对角线裂纹

126、，端面裂纹，端部孔壁裂纹此外还有：对角线裂纹，端面裂纹，端部孔壁裂纹Seite 189 （四）型砧拔长（四）型砧拔长 坯料在坯料在V型砧或圆弧型砧中拔长。型砧或圆弧型砧中拔长。V型砧有两型砧有两种情形：即种情形：即“上平下上平下V”型和型和“上下上下V”型。其作用是利用侧压限型。其作用是利用侧压限制金属的横向流动，迫使金属沿轴向伸长。制金属的横向流动，迫使金属沿轴向伸长。在型砧中拔长可提高生产率，防止内部纵向裂纹的产生。在型砧中拔长可提高生产率，防止内部纵向裂纹的产生。 拔长砧子形状及其对变形区分布的影响 a)上下V形砧 b)上平下V砧 c) 上下平砧Seite 190 （五）空心件拔长（五）

127、空心件拔长(芯轴拔长芯轴拔长) 在拔长时孔中穿一根芯轴，是一种减小空心坯料在拔长时孔中穿一根芯轴，是一种减小空心坯料的壁厚而增加其长度的锻造工序。的壁厚而增加其长度的锻造工序。适用于锻造长筒形锻件适用于锻造长筒形锻件 主要质量问题：孔内壁开裂和壁厚不均主要质量问题：孔内壁开裂和壁厚不均Seite 191 三、三、冲孔冲孔 （一）定义：采用冲子将坯料冲出透孔或盲孔（一）定义：采用冲子将坯料冲出透孔或盲孔(不不透孔透孔)的锻造工序称为冲孔。的锻造工序称为冲孔。较薄的坯料通常采用单面冲孔；较薄的坯料通常采用单面冲孔；厚度较大的锻件，一般采用双面冲孔法厚度较大的锻件，一般采用双面冲孔法 实心冲子冲孔

128、1毛坯 2冲垫 3冲子 4 心料Seite 192 （二）冲孔常用于：（二）冲孔常用于： 大于大于30的盲孔或透孔锻件；的盲孔或透孔锻件； 需要扩孔的锻件需要预冲孔；需要扩孔的锻件需要预冲孔； 需拔长的空心件需要预冲孔。需拔长的空心件需要预冲孔。 具有透孔或盲孔的零件，在锻造时应尽量采用冲孔工序将具有透孔或盲孔的零件，在锻造时应尽量采用冲孔工序将孔锻出，以求节约原材料和减少机械加工工作量。孔锻出，以求节约原材料和减少机械加工工作量。Seite 193 （三）冲孔时主要质量问题和变形特点（三）冲孔时主要质量问题和变形特点 1冲孔时，在冲头下的圆柱体区（冲孔时，在冲头下的圆柱体区（A区）的金属受镦

129、粗作区）的金属受镦粗作用，沿水平方向流动，但受到外围环形区金属的阻碍而处于用，沿水平方向流动，但受到外围环形区金属的阻碍而处于三向压应力状态。环形区（三向压应力状态。环形区（B区）则受到圆柱体区向外扩张区）则受到圆柱体区向外扩张作用而处于切向拉应力状态。当切向拉应力超过材料强度时，作用而处于切向拉应力状态。当切向拉应力超过材料强度时，锻件孔壁就会产生纵向裂纹。锻件孔壁就会产生纵向裂纹。 冲孔后，坯料的形状也会走样，即上端面凹进，下端面凸冲孔后，坯料的形状也会走样，即上端面凹进，下端面凸出，高度减小和侧面产生鼓形。因此，冲孔后锻件尚需加修出，高度减小和侧面产生鼓形。因此，冲孔后锻件尚需加修整工序

130、。整工序。Seite 194 2冲孔时易产生的缺陷及防止措施冲孔时易产生的缺陷及防止措施 走样走样 主要是由于坯料尺寸不合理。冲孔前将坯主要是由于坯料尺寸不合理。冲孔前将坯料镦至料镦至D/d3（越小，走样越严重）。（越小，走样越严重）。 孔偏心孔偏心 主要是由于定位不准或加热不均匀。先压主要是由于定位不准或加热不均匀。先压一浅印和使温度均匀后再冲。一浅印和使温度均匀后再冲。 斜孔斜孔 主要是由于操作不当或坯料及工具不规范主要是由于操作不当或坯料及工具不规范 裂纹裂纹 主要是由于材料塑性低，冲头锥度大，冲主要是由于材料塑性低，冲头锥度大，冲孔时走样大等。孔时走样大等。Seite 195 四、四、

131、扩孔扩孔 减小空心坯料壁厚，而增加其内、外径的锻造工序称为扩孔。减小空心坯料壁厚，而增加其内、外径的锻造工序称为扩孔。 心轴扩孔(马架扩孔）Seite 196 冲子扩孔Seite 197 五、五、弯曲弯曲（局部加载，局部受力，局部变形局部加载，局部受力，局部变形） 弯曲是将坯料弯成所规定形状的锻造工序。它同其它工序弯曲是将坯料弯成所规定形状的锻造工序。它同其它工序联合使用，可以得到各种弯曲形状的锻件，如吊钩、叉子、联合使用，可以得到各种弯曲形状的锻件，如吊钩、叉子、夹钳等。夹钳等。 弯曲时坯料的形状变化Seite 198 六、六、错移错移 错移是将毛坯的一部分与另一部分错开一定距离而错移是将毛

132、坯的一部分与另一部分错开一定距离而保持轴心平行的锻造工序。保持轴心平行的锻造工序。制造曲轴时常采用这种方法。制造曲轴时常采用这种方法。错移a)在一个平面内的错移b)在两个平面内的错移第五章第五章自由锻工艺自由锻工艺材料科学与工程学院Seite 200 自由锻工艺过程的自由锻工艺过程的实质实质是利用简单和通是利用简单和通用的工具逐步改变坯料的形状和尺寸，从用的工具逐步改变坯料的形状和尺寸，从而获得所要求形状和性能的锻件的加工过而获得所要求形状和性能的锻件的加工过程。程。Seite 201 特点：特点：1逐步变形方式，其所需设备功率比模锻要小得多，逐步变形方式，其所需设备功率比模锻要小得多，可以用

133、较小设备锻较大锻件；可以用较小设备锻较大锻件；2锻件精度低，生产效率低，适合小批、单件、大锻件精度低，生产效率低，适合小批、单件、大型锻件的生产。型锻件的生产。自由锻工艺要研究的自由锻工艺要研究的内容内容是：锻件的成形规律和如何提是：锻件的成形规律和如何提高锻件质量两方面。高锻件质量两方面。在重型机械中，自由锻是生产大型锻件和特大型锻件唯在重型机械中，自由锻是生产大型锻件和特大型锻件唯一成型的方法。一成型的方法。Seite 202 Seite 203 5-1自由锻件的分类及变形方案的确定自由锻件的分类及变形方案的确定为了便于制订工艺规程，自由锻件可分为以下几类：为了便于制订工艺规程，自由锻件可

134、分为以下几类：1轴杆类锻件：轴向尺寸远大于横截面尺寸。基本工轴杆类锻件：轴向尺寸远大于横截面尺寸。基本工序为：拔长或镦粗拔长序为：拔长或镦粗拔长2矩形断面锻件：可归为轴杆类矩形断面锻件：可归为轴杆类3曲轴类锻件：不仅沿轴线有截面形状和面积变化，曲轴类锻件：不仅沿轴线有截面形状和面积变化，而且轴线有多方向弯曲。而且轴线有多方向弯曲。基本工序为：拔长、错移、扭转基本工序为：拔长、错移、扭转Seite 204 Seite 205 Seite 206 4盘形类（饼块类）锻件：横向尺寸大于高度尺寸。盘形类（饼块类）锻件：横向尺寸大于高度尺寸。基本工序为：镦粗基本工序为：镦粗5空心类锻件：有中心通孔。空心

135、类锻件：有中心通孔。基本工序为：镦粗、冲孔、扩孔、或芯轴拔长等基本工序为：镦粗、冲孔、扩孔、或芯轴拔长等6弯曲类锻件：具有弯曲的轴线，弯曲可以是对称的，弯曲类锻件：具有弯曲的轴线，弯曲可以是对称的，也可是不对称的。也可是不对称的。基本工序为：拔长、弯曲基本工序为：拔长、弯曲7复杂形状锻件复杂形状锻件不同工序的组合。不同工序的组合。Seite 207 锻件类别图例锻造工序 盘类零件镦粗（或拔长镦粗），冲孔等轴类零件拔长（或镦粗拔长），切肩，锻台阶等筒类零件镦粗（或拔长镦粗），冲孔，在芯轴上拔长等环类零件镦粗（或拔长镦粗），冲孔，在芯轴上扩孔等弯曲类零件拔长，弯曲等锻件分类及所需锻造工序锻件分类及

136、所需锻造工序 Seite 208 5-2自由锻工艺规程的制定自由锻工艺规程的制定自由锻工艺规程自由锻工艺规程的内容：的内容：根据零件图绘制锻件图；根据零件图绘制锻件图；确定坯料的质量和尺寸；确定坯料的质量和尺寸；制订变形工艺及选用工具；制订变形工艺及选用工具；选择设备吨位；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；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；制订锻件热处理规范；提出锻件的技术条件和检验要求；提出锻件的技术条件和检验要求；填写工艺规程卡片等。填写工艺规程卡片等。Seite 209 一、绘制锻件图一、绘制锻件图锻件图锻件图是以零件图为基础，考

137、虑了加工余量、锻是以零件图为基础，考虑了加工余量、锻件公差、锻造余块、检验试样及工艺夹头等因素件公差、锻造余块、检验试样及工艺夹头等因素绘制而成。绘制而成。Seite 210 1加工余量加工余量 当锻造不能达到零件的尺寸精度和粗糙度要求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。余量，简称余量。零件的公称尺寸零件的公称尺寸余量后的尺寸余量后的尺寸锻件公称尺寸锻件公称尺寸锻件的余量、余块锻件的余量、余块Seite 211 2余块余块为了简化锻件的外形或锻造工艺的需要，通常需为了

138、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。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，尺寸不大的凹档或台阶等，锻造时，有些零件上的小孔，尺寸不大的凹档或台阶等，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，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。经济效益等具体情况而定。Seite 212 3

139、锻造公差锻造公差由于设备精度或技术差异，锻件实际尺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，就是锻造公寸达不到公称尺寸，允许存在一定的误差，就是锻造公差。差。确定余量必须保证锻件在机械加工时能获得所需要的零确定余量必须保证锻件在机械加工时能获得所需要的零件尺寸和粗糙度，选择余量和公差时根据工厂的实际情件尺寸和粗糙度，选择余量和公差时根据工厂的实际情况来定。况来定。Seite 213 4检验用试样及工艺夹头检验用试样及工艺夹头供锻后组织性能检验以及方便供锻后组织性能检验以及方便锻后热处理的吊挂和机械加工的夹持等。锻后热处理的吊挂和机械加工的夹持等。5绘制锻件图绘制锻

140、件图在锻造余量、公差和各种余块确定后，便可在锻造余量、公差和各种余块确定后，便可绘制锻件图。绘制锻件图。锻件的外形用锻件的外形用粗实线粗实线描绘，标出锻造公称尺寸和公差，同描绘，标出锻造公称尺寸和公差，同时在公称尺寸后面或下面标出零件尺寸并加上括号以示区别。时在公称尺寸后面或下面标出零件尺寸并加上括号以示区别。为了帮助了解成品零件的形状和便于锻后检查余量，应在锻为了帮助了解成品零件的形状和便于锻后检查余量，应在锻件图上用件图上用假想线（双点划线或细实线）假想线（双点划线或细实线），描绘出描绘出零件零件的轮廓的轮廓形状。形状。Seite 214 一张完善的锻件图，除必须表明锻件的形状尺寸，余量一

141、张完善的锻件图，除必须表明锻件的形状尺寸，余量公差，材料牌号，锻后热处理方法和要求外，个别重要零件，公差，材料牌号，锻后热处理方法和要求外，个别重要零件，还应在锻件图中表明截取机械性能实验，金相组织试样的方还应在锻件图中表明截取机械性能实验，金相组织试样的方向和位置以及其它特殊要求。向和位置以及其它特殊要求。典型锻件图 Seite 215 二、坯料重量和尺寸的计算二、坯料重量和尺寸的计算1坯料重量的计算坯料重量的计算坯料的重量包括锻件重量和损耗重量。损耗系数指火耗、切坯料的重量包括锻件重量和损耗重量。损耗系数指火耗、切除料头与冲孔芯料等的损耗。即：除料头与冲孔芯料等的损耗。即：G坯坯=(G锻锻

142、+G芯芯+G切切)(1+)式中式中G锻锻锻件重量锻件重量(kg)，依公称尺寸确定；，依公称尺寸确定；G芯芯冲孔芯料损失，取决于冲孔方式；冲孔芯料损失，取决于冲孔方式；G切切拔长后切除料头的损失，取决于切除部位的尺寸；拔长后切除料头的损失，取决于切除部位的尺寸；钢料加热烧损率钢料加热烧损率Seite 216 2坯料尺寸的计算坯料尺寸的计算头道工序用镦粗法锻造时，为避免弯曲，高径比应小于头道工序用镦粗法锻造时，为避免弯曲，高径比应小于2.5，为便于下料，高径比应大于，为便于下料，高径比应大于1.25。即。即从而可得从而可得D0=(0.81.0)a0=(0.750.9)Seite 217 当头道工序

143、为拔长时，原坯料直径应按锻件最大截面积当头道工序为拔长时，原坯料直径应按锻件最大截面积S锻锻,并考虑锻比并考虑锻比KL和修整量等要求来确定：和修整量等要求来确定：S坯坯KLS锻锻即即D0=1.13KLS锻锻再按国家材料规格，选取标准直径或标准边长，然后计算再按国家材料规格，选取标准直径或标准边长，然后计算坯料高度（下料长度）：坯料高度（下料长度）：圆坯料圆坯料方坯料方坯料Seite 218 3钢锭规格选择钢锭规格选择第一种方法：先根据各种损耗求出利用率第一种方法：先根据各种损耗求出利用率：=1-(冒口冒口+锭底锭底+烧损烧损)100%式中式中碳素钢钢锭：碳素钢钢锭：冒口冒口=18%25%，锭底

144、锭底=5%7%合金钢钢锭：合金钢钢锭：冒口冒口=25%30%，锭底锭底=7%10%然后计算钢锭的计算然后计算钢锭的计算G锭锭：G锭锭=(G锻锻+G损损)式中式中G损损除冒口、锭底及烧损外的损耗量。除冒口、锭底及烧损外的损耗量。最后按最后按G锭参照有关钢锭规格表选取相应规格的钢锭。锭参照有关钢锭规格表选取相应规格的钢锭。Seite 219 第二种方法第二种方法(经验法经验法)：根据锻件类型，参照经验资料先定出概略的钢锭利用率根据锻件类型，参照经验资料先定出概略的钢锭利用率，然后求得钢锭的计算质量然后求得钢锭的计算质量G锭锭=G锻锻再从有关钢锭规格表中，选取所需的钢锭规格。再从有关钢锭规格表中，选

145、取所需的钢锭规格。Seite 220 三、变形工艺过程的制订三、变形工艺过程的制订内容：自由锻成形的基本工序、辅助工艺和修整内容：自由锻成形的基本工序、辅助工艺和修整工序，以及各变形工序的顺序和中间坯料尺寸等工序，以及各变形工序的顺序和中间坯料尺寸等各类锻件变形工序的选择，应根据锻件的形各类锻件变形工序的选择，应根据锻件的形状、尺寸和技术要求，结合各锻造工序的变形状、尺寸和技术要求，结合各锻造工序的变形特点，参考有关典型工艺而具体确定。特点，参考有关典型工艺而具体确定。Seite 221 各工序坯料尺寸设计和工序选择是同时进行的，在各工序坯料尺寸设计和工序选择是同时进行的，在确定各工序毛坯尺寸

146、时应注意：确定各工序毛坯尺寸时应注意： 坯料尺寸必须符合变形规则。如镦粗时的高径比坯料尺寸必须符合变形规则。如镦粗时的高径比小于小于3等。等。 应考虑各工序变形时坯料尺寸的变化规律。如冲应考虑各工序变形时坯料尺寸的变化规律。如冲孔时坯料高度略有减小，扩孔时坯料高度略有增加等。孔时坯料高度略有减小，扩孔时坯料高度略有增加等。 锻件最后需要精整时，应留有修整量。锻件最后需要精整时，应留有修整量。 大锻件须多火次完成时，应考虑中间各火次加热大锻件须多火次完成时，应考虑中间各火次加热的可能性。的可能性。Seite 222 四、锻造比的确定四、锻造比的确定锻造比是表示锻造比是表示锻件变形程度锻件变形程度

147、的一种方法，也是保证锻的一种方法，也是保证锻件质量的一个重要指标。应合理选择锻造比。件质量的一个重要指标。应合理选择锻造比。型材一般经过大变形的锻轧，组织性能均得到改善，型材一般经过大变形的锻轧，组织性能均得到改善，一般不须考虑锻造比。一般不须考虑锻造比。钢锭的锻造必须考虑锻造比。钢锭的锻造必须考虑锻造比。一般要求锻造比大于一般要求锻造比大于3。Seite 223 典型锻件的锻造比见表典型锻件的锻造比见表锻件名称计算部位锻造比锻件名称计算部位锻造比碳素钢轴类锻件最大截面2.02.5 锤头最大截面2.5 合金钢轴类锻件最大截面2.53.0 水轮机主轴轴身2.5 热轧辊辊身2.53.0 水轮机立柱

148、最大截面3.0 冷轧辊辊身3.55.0 模块最大截面3.0 齿轮轴最大截面2.53.0 航空用大型锻件最大截面6.08.0 Seite 224 在使用锻锤进行锻造时，必须正确选择合适的设备。在使用锻锤进行锻造时，必须正确选择合适的设备。用小的设备锻造太大的锻件，锻件内部锻不透，而且生用小的设备锻造太大的锻件，锻件内部锻不透，而且生产率低。产率低。反之，小型锻件用太大的设备进行锻造速度慢，打反之，小型锻件用太大的设备进行锻造速度慢，打击力不易控制，也是不适宜的。击力不易控制，也是不适宜的。五、设备吨位的计算与选择五、设备吨位的计算与选择根据作用在坯料上力的性质，自由锻设备根据作用在坯料上力的性质

149、，自由锻设备分为锻锤和液压机两大类。分为锻锤和液压机两大类。Seite 225 锻锤产生冲击力使金属坯锻锤产生冲击力使金属坯料变形。锻锤的吨位是以落下料变形。锻锤的吨位是以落下部分的质量来表示的。生产中部分的质量来表示的。生产中常使用的锻锤是空气锤和蒸汽常使用的锻锤是空气锤和蒸汽空气锤。空气锤利用电动机空气锤。空气锤利用电动机带动活塞产生压缩空气，使锤带动活塞产生压缩空气，使锤头上下往复运动进行锤击。它头上下往复运动进行锤击。它的特点是结构简单，操作方便，的特点是结构简单，操作方便，维护容易，但吨位较小，只能维护容易，但吨位较小，只能用来锻造用来锻造100kg以下的小型锻以下的小型锻件。蒸汽空

150、气锤采用蒸汽和件。蒸汽空气锤采用蒸汽和压缩空气作为动力，其吨位稍压缩空气作为动力，其吨位稍大，可用来生产质量小于大，可用来生产质量小于1500kg的锻件，的锻件， Seite 226 正确选择锻锤的吨位，需要考虑变正确选择锻锤的吨位，需要考虑变形面积、锻件的材质和变形温度。精确形面积、锻件的材质和变形温度。精确计算选择锻锤的吨位，需要计算材料的计算选择锻锤的吨位，需要计算材料的变形力。变形力。在实际工作中采用在实际工作中采用查表法查表法，既快又，既快又方便。方便。Seite 227 液压机产生静压力使金属坯料变液压机产生静压力使金属坯料变形。目前大型水压机可达万吨以上，形。目前大型水压机可达万

151、吨以上，能锻造能锻造300300吨的锻件。由于静压力作吨的锻件。由于静压力作用时间长，容易达到较大的锻透深用时间长，容易达到较大的锻透深度，故液压机锻造可获得整个断面度，故液压机锻造可获得整个断面为细晶粒组织的锻件。液压机是大为细晶粒组织的锻件。液压机是大型锻件的唯一成形设备，大型先进型锻件的唯一成形设备，大型先进液压机的生产常标志着一个国家工液压机的生产常标志着一个国家工业技术水平发达的程度。另外，液业技术水平发达的程度。另外，液压机工作平稳，金属变形过程中无压机工作平稳，金属变形过程中无振动，噪音小，劳动条件较好。但振动，噪音小，劳动条件较好。但液压机设备庞大、造价高。液压机设备庞大、造价

152、高。 Seite 228 5-3大型锻件锻造大型锻件锻造的特点的特点大型锻件泛指在大吨位锻压设备上锻造的大型锻件泛指在大吨位锻压设备上锻造的外形尺外形尺寸和重量较大寸和重量较大的锻件，其中主要是大型自由锻件，通的锻件，其中主要是大型自由锻件，通常把一万常把一万KN以上的锻造水压机或以上的锻造水压机或5t以上自由锻锤上锻以上自由锻锤上锻造的重型锻件，称为大型锻件。造的重型锻件，称为大型锻件。Seite 229 大型锻件生产的主要特点：大型锻件生产的主要特点：质量要求严格质量要求严格质量可靠、性能优良等冶金质量、锻质量可靠、性能优良等冶金质量、锻造、热处理技术的优化与控制、质量分析与测试技术等有造

153、、热处理技术的优化与控制、质量分析与测试技术等有关。关。工艺过程复杂工艺过程复杂包括：冶炼、铸锭、加热、锻造、粗包括：冶炼、铸锭、加热、锻造、粗加工、热处理等。工艺环节多、周期长、连续性强、集体加工、热处理等。工艺环节多、周期长、连续性强、集体劳动、生产技术复杂。劳动、生产技术复杂。生产费用高生产费用高材料、能源、工具、设备等消耗大，所材料、能源、工具、设备等消耗大，所以提高材料利用率、降低消耗、减少废品率，在技术上和以提高材料利用率、降低消耗、减少废品率，在技术上和经济上具有重要的意义。经济上具有重要的意义。Seite 230 几个主要问题：几个主要问题：一、大型钢锭的加热特点一、大型钢锭的

154、加热特点横截面尺寸大，加热时内外温度差比中小型锻横截面尺寸大，加热时内外温度差比中小型锻坯大得多，温度应力、组织应力和残余应力等问题坯大得多，温度应力、组织应力和残余应力等问题要充分重视。加热时要保证充分均匀热透。要充分重视。加热时要保证充分均匀热透。Seite 231 二、热锻变形对金属组织和性能的影响二、热锻变形对金属组织和性能的影响1破碎铸态组织，细化晶粒破碎铸态组织，细化晶粒变形程度达到一定值，铸变形程度达到一定值，铸态的粗晶、树枝状晶以及晶界物质被击碎，经过随后的态的粗晶、树枝状晶以及晶界物质被击碎，经过随后的再结晶形成新的等轴细晶组织。这对于某些不能通过热再结晶形成新的等轴细晶组织

155、。这对于某些不能通过热处理方式改变晶粒尺寸的钢，如奥氏体钢，可以通过严处理方式改变晶粒尺寸的钢，如奥氏体钢，可以通过严格控制变形温度，并保证足够的变形量，通过锻造来细格控制变形温度，并保证足够的变形量，通过锻造来细化晶粒。化晶粒。2降低偏析程度，改善碳化物及夹杂物的分布降低偏析程度，改善碳化物及夹杂物的分布Seite 232 3锻合内部孔隙锻合内部孔隙钢锭越大，那么内部缺陷越多，致密钢锭越大，那么内部缺陷越多，致密性越低，内部的孔隙多，所以锻合压实孔隙就是大型锻性越低，内部的孔隙多，所以锻合压实孔隙就是大型锻造中存在的一个很重要的内容。造中存在的一个很重要的内容。通过大量生产经验和模型实验，发

156、现具备以下条件有利通过大量生产经验和模型实验，发现具备以下条件有利于锻合孔隙的：于锻合孔隙的：良好的应力状态，如足够的静水压力。良好的应力状态，如足够的静水压力。足够大的变形量足够大的变形量足够高的变形温度。足够高的变形温度。孔隙锻合的机理孔隙锻合的机理：在上述变形条件下，首先发生屈服、：在上述变形条件下，首先发生屈服、变形，进而闭合，压紧，最后在高温高压作用下焊合、变形，进而闭合，压紧，最后在高温高压作用下焊合、压实。经过合理的锻压，材料的致密性、连续性、力学压实。经过合理的锻压，材料的致密性、连续性、力学性能显著改善。性能显著改善。Seite 233 4形成纤维组织形成纤维组织变形后，晶粒

157、沿主应变方向拉长，变形后，晶粒沿主应变方向拉长，晶界物质随之变化，造成变形后的组织性能具有一定的晶界物质随之变化，造成变形后的组织性能具有一定的方向性，在低倍显微镜下可以明显的看到这种方向性。方向性，在低倍显微镜下可以明显的看到这种方向性。其中塑性夹杂呈条状，脆性物质呈链状。这种不均匀分其中塑性夹杂呈条状，脆性物质呈链状。这种不均匀分布再结晶后也不会消失，这种方向性的热变形组织结构，布再结晶后也不会消失，这种方向性的热变形组织结构，称为称为“纤维组织纤维组织”或或“流线流线”。Seite 234 由于沿纤维方向的力学性能要高于垂直于纤由于沿纤维方向的力学性能要高于垂直于纤维方向的力学性能，这就

158、要根据锻件的受力情况维方向的力学性能，这就要根据锻件的受力情况和破坏情况，正确控制流线的分布。这样制订出和破坏情况，正确控制流线的分布。这样制订出合理的锻造工艺，改善制件的承载能力，防止失合理的锻造工艺，改善制件的承载能力，防止失效破坏，提高使用性能。效破坏，提高使用性能。Seite 235 5锻造对锻件性能的影响锻造对锻件性能的影响经锻造压实、再结晶后，经锻造压实、再结晶后，致密性、均匀性都大有提高，综合力学性能相应提高。致密性、均匀性都大有提高，综合力学性能相应提高。而锻造比的大小对锻件力学性能影响最大。而锻造比的大小对锻件力学性能影响最大。随着锻比的增加，纵向和横向的塑性和强度指标随着锻

159、比的增加，纵向和横向的塑性和强度指标均有明显增长。继续增大锻造比，则增长缓慢，并形均有明显增长。继续增大锻造比，则增长缓慢，并形成纤维组织，横向塑性、韧性指标开始下降，明显低成纤维组织，横向塑性、韧性指标开始下降，明显低于纵向的，出现异向性。于纵向的，出现异向性。一般来说，大型锻件的锻造比在一般来说，大型锻件的锻造比在26的范围内。的范围内。Seite 236 三、大型锻件变形工艺分析三、大型锻件变形工艺分析生产大锻件必须根据对锻件组织性能的具体要生产大锻件必须根据对锻件组织性能的具体要求。恰当地选用变形工艺。因此，有必要对大锻件求。恰当地选用变形工艺。因此，有必要对大锻件锻造中常用变形工艺的

160、特点进行具体分析。锻造中常用变形工艺的特点进行具体分析。材料科学与工程学院第六章 模锻成形工序分析Seite 238 一、模锻特点一、模锻特点定义：把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的模具定义：把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的模具内进行锻造的方法称为内进行锻造的方法称为模锻模锻。模锻是使用专用锻模进。模锻是使用专用锻模进行锻造来获得所需形状和尺寸锻件的主要工艺方法。行锻造来获得所需形状和尺寸锻件的主要工艺方法。模锻的特点是：在锻压机器动力作用下，热透坯料在模锻的特点是：在锻压机器动力作用下，热透坯料在锻模型腔中被迫塑性流动成形，从而获得比自由锻质锻模型腔中被迫塑性流动成形，从而获得比自由锻

161、质量更高的锻件。量更高的锻件。6-1概述概述Seite 239 Seite 240 优点：优点：1生产率高；生产率高；2锻件形状较复杂，尺寸精度较高；粗糙度也比自由锻件形状较复杂，尺寸精度较高；粗糙度也比自由锻低；锻低；3锻件的机械加工余量较小，材料利用率较高；锻件的机械加工余量较小，材料利用率较高；4可使流线分布更为完整合理，从而进一步提高零件可使流线分布更为完整合理，从而进一步提高零件的使用寿命；的使用寿命；5生产过程操作简便，劳动强度比自由锻小；生产过程操作简便，劳动强度比自由锻小；6锻件达到一定批量后，其成本降低。锻件达到一定批量后，其成本降低。Seite 241 缺点：缺点：1设备投

162、资大；设备投资大；2生产准备周期，尤其是锻模制造周期都比较长，生产准备周期，尤其是锻模制造周期都比较长，批量小的锻件在经济上不合算；批量小的锻件在经济上不合算；3锻模成本高，且寿命较低；锻模成本高，且寿命较低；4工艺灵活性不如自由锻。工艺灵活性不如自由锻。Seite 242 二、工具二、工具(模具模具)形状对变形和金属流动的主要影响形状对变形和金属流动的主要影响1控制锻件的形状和尺寸：（终锻模膛，终成形模具）控制锻件的形状和尺寸：（终锻模膛，终成形模具）为保证锻件的形状和尺寸精度，设计模具时应注意以下为保证锻件的形状和尺寸精度，设计模具时应注意以下两点：两点：(1)热锻时应考虑锻件和模具的热收

163、缩；热锻时应考虑锻件和模具的热收缩；(2)精密成形时还应考虑模具的弹性变形。精密成形时还应考虑模具的弹性变形。Seite 243 2控制金属的流动方向控制金属的流动方向塑性变形的金属主要沿最大主应力增大的方向流动。塑性变形的金属主要沿最大主应力增大的方向流动。在三向压应力情况下，金属主要沿最小阻力（增大）在三向压应力情况下，金属主要沿最小阻力（增大）的方向流动。的方向流动。3控制塑性变形区控制塑性变形区靠利用不同工具在坯料内产生不同的应力状态，使靠利用不同工具在坯料内产生不同的应力状态，使部分金属首先满足屈服条件。部分金属首先满足屈服条件。Seite 244 4提高金属的塑性：尽量形成三向压应

164、力的应力状态提高金属的塑性：尽量形成三向压应力的应力状态静水压力越大，材料的塑性越高静水压力越大，材料的塑性越高芯轴扩孔、辗压扩孔、挤压，三向压应力芯轴扩孔、辗压扩孔、挤压，三向压应力冲子、楔扩孔，切向受拉，塑性差冲子、楔扩孔，切向受拉，塑性差5控制坯料失稳提高成形极限：失稳弯曲，进而会发控制坯料失稳提高成形极限：失稳弯曲，进而会发展成为折迭展成为折迭长杆料顶镦时，长杆料顶镦时，D1.25d0管子弯曲时，应该用适当的模具或芯轴管子弯曲时，应该用适当的模具或芯轴Seite 245 6-2开式模锻开式模锻一、概念一、概念开式模锻开式模锻是变形金属的流动不完全受是变形金属的流动不完全受模腔限制的一种

165、锻造方式。开式模锻时，模腔限制的一种锻造方式。开式模锻时，多余的金属沿垂直于作用力的方向流动形多余的金属沿垂直于作用力的方向流动形成毛边。成毛边。Seite 246 二、飞边槽的作用二、飞边槽的作用1增大径向阻力，迫使金属充满模膛；增大径向阻力，迫使金属充满模膛；2容纳多余的金属；容纳多余的金属；3缓冲上、下模的打击，防止模具压塌和开裂。缓冲上、下模的打击，防止模具压塌和开裂。Seite 247 三、模锻过程的四个阶段三、模锻过程的四个阶段开式模锻时，金属流动的过程可以分为四个阶段：开式模锻时，金属流动的过程可以分为四个阶段：I第一阶段是自由变形或镦粗变形阶段；第一阶段是自由变形或镦粗变形阶段

166、；II第二阶段为形成毛边阶段；第二阶段为形成毛边阶段；III第三阶段为充满型槽阶段；第三阶段为充满型槽阶段；IV第四阶段为锻足或打靠阶段。第四阶段为锻足或打靠阶段。Seite 248 四、开式模锻各阶段的变形分析四、开式模锻各阶段的变形分析第第阶段阶段坯料在型槽中发生镦粗变形。此时金坯料在型槽中发生镦粗变形。此时金属处于属处于较弱较弱的的三向压应力三向压应力状态，变形抗力较小。状态，变形抗力较小。Seite 249 第第阶段阶段金属流动方向有两个方向，一个是充满模腔，金属流动方向有两个方向，一个是充满模腔，一方面流入毛边槽，形成少许毛边。这时，两方面流动一方面流入毛边槽，形成少许毛边。这时，两

167、方面流动阻力都很大，处于阻力都很大，处于明显明显的的三向压应力三向压应力状态，变形抗力显状态，变形抗力显著上升。著上升。该阶段的凹圆角被充满后，变形金属可分为五个区该阶段的凹圆角被充满后，变形金属可分为五个区域：域：A内、内、A外为镦粗和外为镦粗和B区金属如同在圆形砧内摔圆，区金属如同在圆形砧内摔圆，C区为弹性变形区，区为弹性变形区，D区内的金属变形犹如外径受限制的环区内的金属变形犹如外径受限制的环形件镦粗。形件镦粗。Seite 250 3第第阶段阶段金属流入毛边槽的阻力急剧增大，形成一金属流入毛边槽的阻力急剧增大，形成一个阻力圈。迫使金属继续向型槽深处和圆角处个阻力圈。迫使金属继续向型槽深处

168、和圆角处流动，直到整个型槽完全充满为止。此阶段金流动，直到整个型槽完全充满为止。此阶段金属处于属处于更强更强的的三向应力三向应力状态，变形抗力急剧增状态，变形抗力急剧增大。大。Seite 251 4第第阶段阶段多余金属排入飞边多余金属排入飞边变形区仅发生在分模面附近的一个区域内变形区仅发生在分模面附近的一个区域内(椭圆形椭圆形或菱形变形区或菱形变形区)，其它区域处于三向等压力应力状态，其它区域处于三向等压力应力状态，即成为弹性变形区即成为弹性变形区(刚性区刚性区)。变形区的应力应变状态与。变形区的应力应变状态与薄件镦粗一样。薄件镦粗一样。此阶段由于飞边继续变薄和降温，变形抗力继续增此阶段由于飞

169、边继续变薄和降温，变形抗力继续增大，达到大，达到最大值最大值。所需要的锤击力最大，开式模锻所需。所需要的锤击力最大，开式模锻所需的变形力即按此阶段计算。的变形力即按此阶段计算。Seite 252 五、开式模锻时影响金属成形的主要因素五、开式模锻时影响金属成形的主要因素以上分析表明，变形金属的流动取决于各流动方向以上分析表明，变形金属的流动取决于各流动方向上的阻力之间的关系，此外，载荷的性质上的阻力之间的关系，此外，载荷的性质(设备速度设备速度)等等也有一定影响。也有一定影响。主要因素有：主要因素有：1模膛模膛(模锻件模锻件)的具体尺寸和形状。的具体尺寸和形状。1）变形金属与模壁的摩擦系数小，有

170、利于充满模膛）变形金属与模壁的摩擦系数小，有利于充满模膛2）模壁斜度：易于锻后取出锻件，不利于充满模膛）模壁斜度：易于锻后取出锻件，不利于充满模膛Seite 253 3）孔口圆角半径：）孔口圆角半径：R过小时，锻件可能折叠或切断金属纤维，锻模易被压塌；过小时，锻件可能折叠或切断金属纤维，锻模易被压塌；R过大时，增加金属消耗和机械加工量；易于充满模膛。过大时，增加金属消耗和机械加工量；易于充满模膛。孔口圆角半径应适当大一些孔口圆角半径应适当大一些4）模膛的宽度与深度）模膛的宽度与深度模膛愈深、愈窄，充满模膛越困难模膛愈深、愈窄，充满模膛越困难5）模具温度：）模具温度：温度过高，降低模具寿命；温度

171、过高，降低模具寿命；温度过低，金属充满模膛困难。温度过低，金属充满模膛困难。铝合金、高温合金锻造时，模具应预热至铝合金、高温合金锻造时，模具应预热至200300Seite 254 2飞边槽的影响飞边槽的影响桥口，仓部桥口，仓部1）桥口的宽度越大，高度越小，即）桥口的宽度越大，高度越小，即b/h飞飞越大，越大，阻力越大；阻力越大；2）阻力过大，变形抗力很大，可能造成上下模）阻力过大，变形抗力很大，可能造成上下模打不靠；打不靠；阻力过小，型腔充不满。阻力过小，型腔充不满。Seite 255 3）型腔易充满时，）型腔易充满时，b/h飞飞取小一些，反之，取大一些，取小一些，反之，取大一些，如压入成形时

172、，如压入成形时，b/h飞飞大一些。大一些。4）胎模锻造时，）胎模锻造时，b/h飞飞比模锻时小，约为比模锻时小，约为1/25）螺旋压力机模锻时，由于行程次数少，）螺旋压力机模锻时，由于行程次数少，胎模胎模b/h飞飞D时，选择轴向分模时，选择轴向分模(图图7-10c)。Seite 311 （二）机械加工余量和锻件公差（二）机械加工余量和锻件公差机械加工余量机械加工余量，简称余量，简称余量当普通锻造的锻件不当普通锻造的锻件不能达到零件图纸的尺寸精度要求而需要进行机械加工能达到零件图纸的尺寸精度要求而需要进行机械加工时，则在锻件表面增加一层金属，这层留待机加工的时，则在锻件表面增加一层金属，这层留待机

173、加工的金属称为余量。金属称为余量。锻件上每一项尺寸都是在零件相应尺寸的基础上，锻件上每一项尺寸都是在零件相应尺寸的基础上，加上机械加工余量而确定下来的。锻件上外形尺寸比加上机械加工余量而确定下来的。锻件上外形尺寸比零件尺寸大，内空尺寸比零件的尺寸小。零件尺寸大，内空尺寸比零件的尺寸小。净锻面净锻面余量余量为为0。Seite 312 余量的大小余量的大小取决于取决于：零件尺寸和加工精度、表面粗糙：零件尺寸和加工精度、表面粗糙度、锻件材质、设备的种类等有关。度、锻件材质、设备的种类等有关。余量过大余量过大，将增加切削加工量和金属损耗；，将增加切削加工量和金属损耗；余量不足余量不足，将增加锻件废品率

174、。，将增加锻件废品率。Seite 313 模锻件的公差，代表模锻件要求达到的精度模锻件的公差，代表模锻件要求达到的精度正公差正公差负公差，这是锻件公差的负公差，这是锻件公差的非对称性非对称性。原因原因：高度方向锻不足，水平方向型腔磨损和锻件错：高度方向锻不足，水平方向型腔磨损和锻件错移等都造成增大锻件尺寸。而负公差是锻件的最低界移等都造成增大锻件尺寸。而负公差是锻件的最低界限，不宜太大，否则影响实际加工余量。限，不宜太大，否则影响实际加工余量。Seite 314 公差按所代表的技术要素分为：公差按所代表的技术要素分为：尺寸公差尺寸公差包括长度、宽度、厚度、中心距、角度、模锻包括长度、宽度、厚度

175、、中心距、角度、模锻斜度、圆弧半径和圆角半径等公差。斜度、圆弧半径和圆角半径等公差。形状位置公差形状位置公差包括直线度、平面度、深孔轴的同轴度、包括直线度、平面度、深孔轴的同轴度、错移量、剪切端变形量和杆部变形量等。错移量、剪切端变形量和杆部变形量等。表面技术要素公差表面技术要素公差包括深度、剪拉毛刺的尺寸、顶杆压包括深度、剪拉毛刺的尺寸、顶杆压痕深度和表面粗糙度等。痕深度和表面粗糙度等。各项公差都不应互相叠加。各项公差都不应互相叠加。Seite 315 1、影响锻件余量和公差的因素及其确定方法、影响锻件余量和公差的因素及其确定方法余量公差的确定方法主要有两种：按锻件形状或按设备余量公差的确定

176、方法主要有两种：按锻件形状或按设备吨位吨位(厂标厂标)，根据经验公式或查经验图表。，根据经验公式或查经验图表。(1)锻件重量和尺寸锻件重量和尺寸锻件重量根据锻件图的公称尺寸进锻件重量根据锻件图的公称尺寸进行计算行计算(按锻件大小初定余量按锻件大小初定余量)。Seite 316 (2)锻件锻件形状复杂系数形状复杂系数(S)为锻件的重量或体积为锻件的重量或体积(Gd，Vd)与其外轮廓包容体的重量或体积与其外轮廓包容体的重量或体积(Gb，Vb)的比值，的比值，即：即：S=Gd/Gb=Vd/Vb圆形锻件的外廓包容体按圆柱体计算圆形锻件的外廓包容体按圆柱体计算(图图7-12)；非圆形锻件的外廓包容体按矩

177、形六面体计算非圆形锻件的外廓包容体按矩形六面体计算(图图7-13)；Seite 317 锻件形状复杂系数锻件形状复杂系数S可分为四个等级，可分为四个等级，S越小表示锻越小表示锻件形状越复杂，见表件形状越复杂，见表7-3：级别级别代号代号形状复杂系数值形状复杂系数值S形状复杂程度形状复杂程度S10.631简简单单S20.320.63一一般般S30.160.32较复杂较复杂S40.16复复杂杂Seite 318 (3)锻件锻件材质系数材质系数(M)按材料可锻性难易程度划分。按材料可锻性难易程度划分。钢质钢质模锻件分为两类，模锻件分为两类，M1，M2。航标中将航空模锻件分为四类：航标中将航空模锻件分

178、为四类：M0：铝、镁合金；铝、镁合金；M1：0.65%C的碳钢或合金总含量的碳钢或合金总含量5.0%的合金钢。的合金钢。M2：0.65%C的碳钢或合金总含量的碳钢或合金总含量5.0%的合金钢。的合金钢。M3：不锈钢、高温耐热合金和钛合金。：不锈钢、高温耐热合金和钛合金。Seite 319 (4)锻件精度等级（公差等级）锻件精度等级（公差等级）一般分为三级：一般分为三级：普通级（用于粗锻和普通模锻件）普通级（用于粗锻和普通模锻件）半精密级半精密级(用于普通模锻或半精锻用于普通模锻或半精锻)精密级（精锻件）精密级（精锻件）其中精密模锻应根据需要单独确定锻件的公差。其中精密模锻应根据需要单独确定锻件

179、的公差。Seite 320 2、常见的几种不同类型的公差、常见的几种不同类型的公差(1)长度、宽度和高度公差长度、宽度和高度公差长、宽、高尺寸公差属外表面尺寸的，其正负长、宽、高尺寸公差属外表面尺寸的，其正负偏差值大致按偏差值大致按+2/3和和-1/3比例分配，而内表面尺寸则比例分配，而内表面尺寸则按按+1/3和和-2/3分配。分配。查表时应该注意，长、宽、高尺寸是指在分模线一查表时应该注意，长、宽、高尺寸是指在分模线一侧同一块模具上的尺寸。侧同一块模具上的尺寸。Seite 321 (2)厚度公差厚度公差与高度公差的区别在于高度公差是分模线一侧沿高与高度公差的区别在于高度公差是分模线一侧沿高度

180、方向的尺寸公差，而厚度公差是指跨过分模线的尺寸度方向的尺寸公差，而厚度公差是指跨过分模线的尺寸公差，影响厚度公差的因素除上述外，还有模具闭合情公差，影响厚度公差的因素除上述外，还有模具闭合情况，在锻件图上厚度公差控制着高度公差。况，在锻件图上厚度公差控制着高度公差。根据模锻工艺的特点，锻件的所有厚度尺寸公差应根据模锻工艺的特点，锻件的所有厚度尺寸公差应该一致，因此厚度公差可按最大厚度尺寸查表确定，其该一致，因此厚度公差可按最大厚度尺寸查表确定，其正负偏差一般按正负偏差一般按+3/4，-1/4或或+2/3，-1/3的比例分配。的比例分配。Seite 322 (3)冲孔公差冲孔公差冲孔公差属内表面

181、尺寸，大小应根据孔径确定，其冲孔公差属内表面尺寸，大小应根据孔径确定，其正负偏差按正负偏差按+1/4,-3/4的比例分配。的比例分配。(4)错移公差错移公差错移公差是指锻件上分模线一侧的任一点和另一侧错移公差是指锻件上分模线一侧的任一点和另一侧的对应点之间不一致的允许范围，其方向平行于主分模的对应点之间不一致的允许范围，其方向平行于主分模线。线。Seite 323 (5)残留飞边及飞边过切量残留飞边及飞边过切量残留飞边是：从锻件本体到剪切边的距离；残留飞边是：从锻件本体到剪切边的距离；飞边过切量：是从切出平面到理论出模角在分模线上交飞边过切量：是从切出平面到理论出模角在分模线上交点的距离。点的

182、距离。产生原因：在于错移、切边模刃口与锻件尺寸偏差。产生原因：在于错移、切边模刃口与锻件尺寸偏差。Seite 324 3、加工余量的确定、加工余量的确定z=M+m+h+x/2式中式中z加工余量加工余量(mm)M精加工的最小余量精加工的最小余量(mm)m锻件的最大错移量等形位公差锻件的最大错移量等形位公差h表面缺陷表面缺陷(凹坑、脱碳等凹坑、脱碳等)层深度层深度x锻件尺寸的下偏差值。）锻件尺寸的下偏差值。）机加中有中间热处理工序或零件须经焊接或组合加机加中有中间热处理工序或零件须经焊接或组合加工时，应留有较多的余量。工时，应留有较多的余量。Seite 325 （三）模锻斜度（出模斜度或拔模斜度）

183、（三）模锻斜度（出模斜度或拔模斜度）1、模锻斜度模锻斜度定义：定义：为了克服模具的弹性收缩和摩擦阻碍作用，易于取件。为了克服模具的弹性收缩和摩擦阻碍作用，易于取件。在锻件侧表面上需要一定的斜度，称为模锻斜度。在锻件侧表面上需要一定的斜度，称为模锻斜度。包括它固有的斜度（也就是自然斜度）和锻件侧表面上包括它固有的斜度（也就是自然斜度）和锻件侧表面上所附加的斜度。侧表面指，在锻件上与分模面相垂直方所附加的斜度。侧表面指，在锻件上与分模面相垂直方向上的平面或曲面。向上的平面或曲面。Seite 326 锻件外壁上的斜度称为外模锻斜度锻件外壁上的斜度称为外模锻斜度内壁上的斜度称为内模锻斜度内壁上的斜度称

184、为内模锻斜度2、作用作用：使锻件成形后能从模膛中顺利取出：使锻件成形后能从模膛中顺利取出(取件取件)Seite 327 3、选择原则：取件方便，节省金属材料和加工、选择原则：取件方便，节省金属材料和加工(1)在保证出模的前提下，模锻斜度应尽量小。在保证出模的前提下，模锻斜度应尽量小。（最小原则最小原则）大到一定值时，可自动脱模，但大到一定值时，可自动脱模，但太大将会增太大将会增大金属的消耗量和余量。大金属的消耗量和余量。但是但是，为了便于出模，高度较小的锻件可采用，为了便于出模，高度较小的锻件可采用较大的斜度，这时，多消耗的金属量不大。如：较大的斜度，这时，多消耗的金属量不大。如：H50mm，

185、查到，查到3改为改为5；H2.5h，或，或d60mm。以利于金属流动，避免产生折迭和模具过早。以利于金属流动，避免产生折迭和模具过早磨损或压塌。但冲除时易使锻件走样。尺寸为：磨损或压塌。但冲除时易使锻件走样。尺寸为：S大大=1.35S；S小小=0.65S；d1=(0.250.3)d或或d1=0.12d+s（s按平底连皮厚度计算）按平底连皮厚度计算）Seite 335 3、带仓连皮带仓连皮(图图7-23)若锻件需采用预锻成形，对于若锻件需采用预锻成形，对于较大的孔，可在预锻时采用斜底连皮，而在终锻时采较大的孔，可在预锻时采用斜底连皮，而在终锻时采用带仓连皮。优点是周边薄，易冲除。用带仓连皮。优点

186、是周边薄，易冲除。带仓连皮的带仓连皮的S和和b按飞边槽的桥口高度按飞边槽的桥口高度h和宽度和宽度b确确定，仓部体积应足够容纳预锻后斜底连皮上多余的金定，仓部体积应足够容纳预锻后斜底连皮上多余的金属。属。Seite 336 4、拱底连皮拱底连皮(图图7-24)锻件内孔大锻件内孔大(d15h)，且高度，且高度h又较小时，金属向外流动更为困难，可采用拱底连皮。又较小时，金属向外流动更为困难，可采用拱底连皮。既可容纳更多的金属，又可减少冲切时的厚度。既可容纳更多的金属，又可减少冲切时的厚度。尺寸：尺寸：S=0.4d；R2=5h；R1由作图定由作图定5、压凹压凹Seite 337 （六）锻件图和锻件技术

187、条件（六）锻件图和锻件技术条件锻件图锻件图(冷冷)是在零件图基础上，加上余量、余块是在零件图基础上，加上余量、余块或其它特殊留量后绘制的图，图中锻件外形用粗或其它特殊留量后绘制的图，图中锻件外形用粗实线表示，零件外形用双点划线表示。实线表示，零件外形用双点划线表示。锻件的公称尺寸与公差注在尺寸线的上面，而零锻件的公称尺寸与公差注在尺寸线的上面，而零件的尺寸注在尺寸线的下面的括号内。如图件的尺寸注在尺寸线的下面的括号内。如图7-25所所示的齿轮和立柱的锻件图。示的齿轮和立柱的锻件图。Seite 338 锻件图中无法表示的有关锻件质量和检验要求的内容，锻件图中无法表示的有关锻件质量和检验要求的内容

188、，列入列入技术条件技术条件：未注明的模锻斜度未注明的模锻斜度和圆角半径和圆角半径R；允许的错移量和残余飞边的宽度；允许的错移量和残余飞边的宽度；允许的表面缺陷深度；允许的表面缺陷深度；锻后热处理方法及硬度要求；锻后热处理方法及硬度要求；表面清理方法；表面清理方法；需要取样的取样位置；需要取样的取样位置；其它特殊要求，如直线度、平面度等。其它特殊要求，如直线度、平面度等。Seite 339 二、热模锻压力机上模锻件图设计特点二、热模锻压力机上模锻件图设计特点热模锻压力机模锻锻件图的设计原则和热模锻压力机模锻锻件图的设计原则和方法与方法与锤上模锻锤上模锻基本相同，但工艺参数和具基本相同，但工艺参数

189、和具体问题则需根据设备特点作适当处理。体问题则需根据设备特点作适当处理。Seite 340 1可可灵活灵活选择分模面（选择分模面（p145图图7-26）由于热模锻压力机备有顶件机构，因而对一些长由于热模锻压力机备有顶件机构，因而对一些长杆形或杯形锻件（如图杆形或杯形锻件（如图7-26所示杆形锻件）可竖起进所示杆形锻件）可竖起进行模锻，分模面不再象锤上模锻那样取在锻件纵剖面行模锻，分模面不再象锤上模锻那样取在锻件纵剖面上，而是取在锻件最大横截面上。上，而是取在锻件最大横截面上。Seite 341 这样分模的好处：这样分模的好处：(1)由于分模轮廓线长度减少，形状简单，从而使飞边体由于分模轮廓线长

190、度减少，形状简单，从而使飞边体积减少，切边模也易于制造；积减少，切边模也易于制造；(2)竖立模锻时可以锻制锤上难以锻出的深孔腔。竖立模锻时可以锻制锤上难以锻出的深孔腔。(3)竖立模锻改变了锻件的成形方法，即可用挤压、镦粗竖立模锻改变了锻件的成形方法，即可用挤压、镦粗法代替拔长、滚压法。法代替拔长、滚压法。对于外形复杂的长轴类锻件，分模方法与锤上模锻对于外形复杂的长轴类锻件，分模方法与锤上模锻相同，仍然按锻件纵向最大剖面进行分模。相同，仍然按锻件纵向最大剖面进行分模。Seite 342 2用用小一级小一级模锻斜度模锻斜度外斜度外斜度a37，常取，常取5；内斜度内斜度710当不用顶杆时，模锻斜度应

191、当与锤上模锻一当不用顶杆时，模锻斜度应当与锤上模锻一样选取。如采用顶杆模锻斜度可显著减小。但不样选取。如采用顶杆模锻斜度可显著减小。但不应过小，否则会急剧增加顶件力而导致顶杆过早应过小，否则会急剧增加顶件力而导致顶杆过早损坏。损坏。Seite 343 3余量和公差较小余量和公差较小热模锻压力机模锻能得到比锤上模锻更精热模锻压力机模锻能得到比锤上模锻更精确的锻件。余量的平均值在确的锻件。余量的平均值在0.42mm范围内，范围内，较锤上模锻小较锤上模锻小3050，公差也相应减小，一，公差也相应减小，一般为般为0.20.5mm。Seite 344 4圆角半径和冲孔连皮圆角半径和冲孔连皮它们的确定以及

192、锻件图绘制规则等均可参照锤它们的确定以及锻件图绘制规则等均可参照锤上模锻方法处理。上模锻方法处理。因锻压机模锻的惯性小、金属充填型槽能力差，因锻压机模锻的惯性小、金属充填型槽能力差，故圆角半径应比锤上模锻件大。故圆角半径应比锤上模锻件大。Seite 345 三、螺旋压力机上模锻件图设计特点三、螺旋压力机上模锻件图设计特点1分模面分模面1）更应遵循锤上模锻件图分模面）更应遵循锤上模锻件图分模面宽大深小原则宽大深小原则；由于螺旋压力机上开式模锻多为无钳口模锻，当不采由于螺旋压力机上开式模锻多为无钳口模锻，当不采用顶杆装置时，应注意减小模膛方向的尺寸，以利于用顶杆装置时，应注意减小模膛方向的尺寸，以

193、利于出模。出模。2）顶镦类锻件和在两个方向上有凹坑的锻件，）顶镦类锻件和在两个方向上有凹坑的锻件，分分模面模面可以是可以是一个或者多个一个或者多个，并且采用闭式模锻，分模，并且采用闭式模锻，分模位置基本固定，一般设在金属最后充满处。位置基本固定，一般设在金属最后充满处。Seite 346 2机械加工余量和公差机械加工余量和公差带有杆部的顶镦类件，可参考平锻机上模锻的标准。带有杆部的顶镦类件，可参考平锻机上模锻的标准。3模锻斜度和圆角半径模锻斜度和圆角半径1）模锻斜度取决于有无顶杆装置，有顶杆其模锻斜度）模锻斜度取决于有无顶杆装置，有顶杆其模锻斜度可减少可减少12级；级；2）圆角半径）圆角半径(

194、r，R)主要取决于锻件材质和尺寸。按国主要取决于锻件材质和尺寸。按国标选择。标选择。Seite 347 四、平锻机上模锻件图设计特点四、平锻机上模锻件图设计特点平锻机主要适合用于生产顶镦类锻件，它的锻件图设平锻机主要适合用于生产顶镦类锻件，它的锻件图设计方法与模锻锤、热模锻压力机、螺旋压力机有很多计方法与模锻锤、热模锻压力机、螺旋压力机有很多区别。区别。平锻件设计主要解决分模位置、余量公差、模锻斜度、平锻件设计主要解决分模位置、余量公差、模锻斜度、圆角半径等四个问题。圆角半径等四个问题。Seite 348 1分模面选择分模面选择1）有两个相互垂直的分模面。）有两个相互垂直的分模面。2）可以采用

195、开式模锻和闭式模锻；）可以采用开式模锻和闭式模锻；3）分模面选择在最大轮廓处。）分模面选择在最大轮廓处。Seite 349 2机械加工余量和公差：按标准确定机械加工余量和公差：按标准确定3模锻斜度模锻斜度1）为了保证冲头在机器回程时，锻件外侧）为了保证冲头在机器回程时，锻件外侧及内孔不被冲头及内孔不被冲头“拉毛拉毛”，外侧及内孔中应有外外侧及内孔中应有外模锻斜度模锻斜度。2）在凹模内成形带双凸缘的锻件时，应设）在凹模内成形带双凸缘的锻件时，应设置内模锻斜度置内模锻斜度。Seite 350 4圆角半径圆角半径1）在冲头中成形的部分：）在冲头中成形的部分：外圆角半径外圆角半径r=0.1H+1mm内

196、圆角半径内圆角半径R=0.2H+1mmH：冲头部分成形的高度：冲头部分成形的高度2）在凹模中成形的部分：）在凹模中成形的部分：外圆角半径外圆角半径r=(a1+a2)/2+s内圆角半径内圆角半径R=0.2+0.1mm一般一般R3mm式中：式中：a1：锻件高度方向机械加工余量；：锻件高度方向机械加工余量；a2：锻件径向机械加工余量；：锻件径向机械加工余量；s：倒角值；：倒角值；：凸缘高度。：凸缘高度。Seite 351 7-4模锻工艺过程制定的内容和模锻工艺方模锻工艺过程制定的内容和模锻工艺方案选择案选择一、模锻工艺过程制定的内容一、模锻工艺过程制定的内容1、组成模锻工艺的几种工序：、组成模锻工艺

197、的几种工序：1）备料工序备料工序；2）加热工序加热工序；3）锻造工序锻造工序：制坯和模锻（预锻和终锻）：制坯和模锻（预锻和终锻）Seite 352 4）锻后工序锻后工序：弥补模锻工序和其他前期工序的不足，使：弥补模锻工序和其他前期工序的不足，使锻件完全符合要求。锻件完全符合要求。锻后工序包括：切边、冲孔、热处理、校正、表面清理、锻后工序包括：切边、冲孔、热处理、校正、表面清理、磨毛刺、精压等。磨毛刺、精压等。5）检验工序检验工序：工序间检验和最终检验：工序间检验和最终检验工序间检验为抽检，检验项目有：几何形状尺寸，表工序间检验为抽检，检验项目有：几何形状尺寸，表面质量，金相组织和力学性能等。面

198、质量，金相组织和力学性能等。Seite 353 2、模锻工艺过程制定的内容：、模锻工艺过程制定的内容：1）合理选择模锻工艺方案；）合理选择模锻工艺方案；2）设计锻件图；）设计锻件图；3）确定所需工序，并选择所用设备；）确定所需工序，并选择所用设备；4）确定模锻工艺流程并填写工艺卡片。）确定模锻工艺流程并填写工艺卡片。Seite 354 二、模锻工艺方案选择：包括工艺和方法的选择二、模锻工艺方案选择：包括工艺和方法的选择1、工艺方案选择的基本原则：技术上可能，经济上合、工艺方案选择的基本原则：技术上可能，经济上合理，保质量，低成本，高效益。理，保质量，低成本，高效益。2、模锻工艺的选择、模锻工艺

199、的选择1）同一锻件可采用不同设备、不同工艺制造，但产生）同一锻件可采用不同设备、不同工艺制造，但产生的经济效果不同；的经济效果不同；2）生产批量较大时，采用模锻锤或热模锻压力机）生产批量较大时，采用模锻锤或热模锻压力机生产批量较小时，采用螺旋压力机，自由锻锤上胎生产批量较小时，采用螺旋压力机，自由锻锤上胎模锻，固定模模锻。模锻，固定模模锻。Seite 355 3、模锻方法的选择、模锻方法的选择在某种设备上锻件生产可采用不同的方法，选择合理，则生产率高，在某种设备上锻件生产可采用不同的方法，选择合理，则生产率高，模锻工步简单，材料消耗低，如单件模锻，调头模锻，一火多件，一模模锻工步简单，材料消耗

200、低，如单件模锻，调头模锻，一火多件，一模多件，合锻等。多件，合锻等。1）单件模锻：一个坯料只锻一个锻件，较大的锻件都是单件模锻。）单件模锻：一个坯料只锻一个锻件，较大的锻件都是单件模锻。2）调头模锻：毛坯下料长度可供锻两个锻件，可以省去钳夹头，提高生）调头模锻：毛坯下料长度可供锻两个锻件，可以省去钳夹头，提高生产率。适合于单件重量产率。适合于单件重量23kg，长度不超过，长度不超过350mm的中小型件；不适合的中小型件；不适合锻细长、扁薄和带落差的锻件。锻细长、扁薄和带落差的锻件。Seite 356 3）一火多件：平锻机上常用。带杆锻件采用切断、空心锻件采）一火多件：平锻机上常用。带杆锻件采用

201、切断、空心锻件采用穿孔的方法分离；用穿孔的方法分离；锤上也可使用此方法，切断由切断模膛来完成。锤上也可使用此方法，切断由切断模膛来完成。4）一模多件：在同一模块上一次模锻数个锻件，大大提高了生）一模多件：在同一模块上一次模锻数个锻件，大大提高了生产率，适用于产率，适用于0.5kg以下，不超过以下，不超过80mm的小型锻件，的小型锻件，23件；件；可以与一火多件结合使用，可以与一火多件结合使用，410件。件。5）合锻：套锻，将两个不同锻件组合在一起锻造。可使锻件易）合锻：套锻，将两个不同锻件组合在一起锻造。可使锻件易成形，节省金属，减少模具数量，提高生产率。成形，节省金属，减少模具数量，提高生产

202、率。Seite 357 7-5模锻变形工步的确定模锻变形工步的确定一、模锻变型工步一、模锻变型工步坯料在每一模膛中的变形过程称为模锻锻造工步。坯料在每一模膛中的变形过程称为模锻锻造工步。Seite 358 一般的一般的模锻工艺流程模锻工艺流程：任何一种锻件投入生产前，首先必须根据产品零件的形状尺寸、任何一种锻件投入生产前，首先必须根据产品零件的形状尺寸、性能要求、生产批量和所具备的生产条件，确定模锻工艺方案，性能要求、生产批量和所具备的生产条件，确定模锻工艺方案，制订模锻生产的全部工艺过程。制订模锻生产的全部工艺过程。在模锻时，一个模膛通常只完成一个相应的同名工步；反之，有在模锻时，一个模膛通

203、常只完成一个相应的同名工步；反之，有一个工步必有一相应模膛。一个工步必有一相应模膛。工步的名称和所用模膛的名称是工步的名称和所用模膛的名称是一致的一致的。Seite 359 模锻模锻锻造工步锻造工步，按其作用可分为三大类：，按其作用可分为三大类：1、模锻工步、模锻工步预锻预锻：易产生折叠和充不满的锻件应采用。：易产生折叠和充不满的锻件应采用。预锻需根据锻件的复杂程度及其要求等因素加以选择，预锻需根据锻件的复杂程度及其要求等因素加以选择，并不象终锻那样是每一模锻件所必不可少的工步。并不象终锻那样是每一模锻件所必不可少的工步。终锻终锻：必不可少必不可少Seite 360 2、切断工步：只有一种，就

204、是切断，使锻件和毛边分离、切断工步：只有一种，就是切断，使锻件和毛边分离。3、制坯工步：、制坯工步：拔长、滚挤、卡压（直长轴类）为拔长、滚挤、卡压（直长轴类）为第一类第一类合理分配坯料合理分配坯料成形、弯曲（弯轴类，带枝芽类）为成形、弯曲（弯轴类，带枝芽类）为第二类第二类镦粗、拍扁（短轴类），为镦粗、拍扁（短轴类），为第三类第三类作用：作用：改变原毛坯的形状，合理分配坯料，以适应锻件横截改变原毛坯的形状，合理分配坯料，以适应锻件横截面形状的要求，更好的充满模锻模膛。面形状的要求，更好的充满模锻模膛。另外，顶镦类件常用积聚，冲孔，此外，还有弯曲、压扁等制坯工步。另外，顶镦类件常用积聚，冲孔，此外

205、，还有弯曲、压扁等制坯工步。Seite 361 二、主要模锻设备的常用工步二、主要模锻设备的常用工步锤上模锻锤上模锻：拔长、滚挤、镦粗、卡压、压扁、成形、预锻、：拔长、滚挤、镦粗、卡压、压扁、成形、预锻、终锻、切边等终锻、切边等热模锻压力机上模锻热模锻压力机上模锻：镦粗、弯曲、卡压、压扁、成形、预：镦粗、弯曲、卡压、压扁、成形、预锻和终锻锻和终锻螺旋压力机上模锻螺旋压力机上模锻：镦粗、弯曲、卡压、压扁、成形、预锻：镦粗、弯曲、卡压、压扁、成形、预锻和终锻和终锻平锻机上模锻平锻机上模锻：聚集、预成形、预成形冲孔（预锻）、成形：聚集、预成形、预成形冲孔（预锻）、成形冲孔（终锻）、切边、弯曲、压肩、

206、穿孔、切芯头、切断。冲孔（终锻）、切边、弯曲、压肩、穿孔、切芯头、切断。Seite 362 三、长轴类锻件制坯工步选择三、长轴类锻件制坯工步选择 长轴类模锻件有直长轴件、弯曲轴件、带长轴类模锻件有直长轴件、弯曲轴件、带枝芽长轴件和带叉长轴件等。由于形状的需枝芽长轴件和带叉长轴件等。由于形状的需要，长轴类模锻件的模锻工序有拔长、滚挤、要，长轴类模锻件的模锻工序有拔长、滚挤、弯曲、成形等制坯工步。弯曲、成形等制坯工步。Seite 363 长轴类模锻件制坯工步示例长轴类模锻件制坯工步示例拔拔长滚挤1直直长轴锻件件制坯工步制坯工步说明明制坯工步制坯工步简图模模锻件件简图模模锻件件类型型Seite 36

207、4 拔长滚挤弯曲2弯曲轴锻件拔长成形预锻3带枝芽长轴件Seite 365 拔拔长滚挤预锻4带带叉叉长轴件件按金属流动效率，长轴类模锻件制坯工步的优先次按金属流动效率，长轴类模锻件制坯工步的优先次序是：拔长、滚挤、卡压。为了得到弯曲轴模锻件或带序是：拔长、滚挤、卡压。为了得到弯曲轴模锻件或带枝芽、带叉长轴件，还要用到弯曲和成形工步。枝芽、带叉长轴件，还要用到弯曲和成形工步。 Seite 366 拔长、滚挤和卡压三种制坯工步，以拔长、滚挤和卡压三种制坯工步，以“计计算毛坯算毛坯”为基础，参照经验和图表资料，结合具体为基础，参照经验和图表资料，结合具体生产情况确定。生产情况确定。 也可用经验类比法选

208、定制坯工步。也可用经验类比法选定制坯工步。Seite 367 改变坯料的形状，改变金属沿轴向的再分配，使改变坯料的形状，改变金属沿轴向的再分配，使坯料的形状能保证模膛充满的情况下，在模锻后，锻坯料的形状能保证模膛充满的情况下，在模锻后，锻件各处的飞边均匀。亦即应使坯料上各截面的面积等件各处的飞边均匀。亦即应使坯料上各截面的面积等于锻件上相应的截面积加上飞边的截面积。按这一要于锻件上相应的截面积加上飞边的截面积。按这一要求计算的坯料，称为求计算的坯料，称为计算毛坯计算毛坯。Seite 368 一般计算步骤为：一般计算步骤为：1 1、绘制计算毛坯的截面图和直径图、绘制计算毛坯的截面图和直径图以模锻

209、件图为依据，沿模锻件轴线作若干个横以模锻件图为依据，沿模锻件轴线作若干个横截面，计算出每个横截面的面积，同时加上飞边截面，计算出每个横截面的面积，同时加上飞边处的金属面积。处的金属面积。式中：式中：计算毛坯的截面积；计算毛坯的截面积；模锻件的截面积；模锻件的截面积；飞边充满系数，形状简单的模锻件取飞边充满系数，形状简单的模锻件取0.30.5，形状，形状复杂的取复杂的取0.50.8；飞边槽的截面积。飞边槽的截面积。Seite 369 计算毛坯的截面图计算毛坯的截面图( (如下图）就是以模锻如下图）就是以模锻件轴线为横坐标，计算毛坯的截面积为纵坐标绘出件轴线为横坐标，计算毛坯的截面积为纵坐标绘出的

210、曲线。该曲线下的面积就是计算毛坯的体积。的曲线。该曲线下的面积就是计算毛坯的体积。 计算毛坯的直径图是以模锻件轴线为对称轴，计算毛坯的直径图是以模锻件轴线为对称轴，计算毛坯的半径为纵坐标绘出的对称曲线。计算毛坯的半径为纵坐标绘出的对称曲线。一张完整的计算毛坯图包括三个部分，即模一张完整的计算毛坯图包括三个部分，即模锻件的主视图、截面图和直径图。锻件的主视图、截面图和直径图。Seite 370 计算毛坯图计算毛坯图Seite 371 2 2、计算平均直径、计算平均直径将计算毛坯的体积除以模锻件长度或模锻件计将计算毛坯的体积除以模锻件长度或模锻件计算坯料长度，可得到平均截面积，再确定其计算平算坯料

211、长度，可得到平均截面积，再确定其计算平均直径。均直径。Seite 372 3 3、确定计算毛坯的头部及杆部、确定计算毛坯的头部及杆部将平均截面积和平均直径在图上用虚线绘出。将平均截面积和平均直径在图上用虚线绘出。凡是大于平均直径的部分称为头部，反之称为杆部。凡是大于平均直径的部分称为头部，反之称为杆部。 如果选用的坯料直径恰与计算毛坯的平均直如果选用的坯料直径恰与计算毛坯的平均直径相等，并且不制坯，模锻时将导致头部金属不足径相等，并且不制坯，模锻时将导致头部金属不足而杆部金属多余。而杆部金属多余。应选择合适的坯料直径和制坯工步。应选择合适的坯料直径和制坯工步。Seite 373 4 4、计算工

212、艺过程繁重系、计算工艺过程繁重系 制坯工步的难易程度可用金属变形工艺过程制坯工步的难易程度可用金属变形工艺过程繁重系数描述：繁重系数描述： Seite 374 式中式中 金属流入头部的繁重系数；金属流入头部的繁重系数；d dmaxmax计算毛坯的最大直径；计算毛坯的最大直径； d d均均计算毛坯的平均直径；计算毛坯的平均直径； 金属沿轴向变形的繁重系数；金属沿轴向变形的繁重系数；d dminmin计算毛坯的最小直径；计算毛坯的最小直径；K K计算毛坯的杆部斜率；计算毛坯的杆部斜率；d d拐拐计算毛坯的拐点处直径，可由拐点处截面计算毛坯的拐点处直径，可由拐点处截面积来换算。积来换算。Seite

213、375 5 5、查表确定制坯工步、查表确定制坯工步据生产经验绘制的工步方案如图。制坯工步的难据生产经验绘制的工步方案如图。制坯工步的难易程度还与锻件质量有关。易程度还与锻件质量有关。长轴类模锻件制坯工步选择图长轴类模锻件制坯工步选择图Seite 376 6、最后，根据计算出来的、最后，根据计算出来的，K，G，查表，查表即可得出第一类制坯工步的初步方案。即可得出第一类制坯工步的初步方案。Seite 377 四、短轴类锻件制坯工步选择四、短轴类锻件制坯工步选择 圆饼类模锻件一般使用镦粗制坯，形状复杂圆饼类模锻件一般使用镦粗制坯，形状复杂的宜用成型镦粗制坯。不过在特殊情况下，也有的宜用成型镦粗制坯。

214、不过在特殊情况下，也有用拔长、滚挤或打扁制坯的。用拔长、滚挤或打扁制坯的。Seite 378 圆饼类锻件制坯工步示例圆饼类锻件制坯工步示例序号序号锻件件简图变形工步形工步说明明1自由自由镦粗粗镦粗粗一般一般齿轮锻件件2自由自由镦粗粗成形成形镦粗粗终锻轮毂较高的法高的法兰锻件件Seite 379 3拔拔长终锻轮毂特高的特高的法法兰锻件件4自由自由镦粗粗打扁打扁终锻平面接近平面接近圆形的形的锻件件Seite 380 在确定坯料镦粗后的尺寸时，尚需明确以下几点：在确定坯料镦粗后的尺寸时，尚需明确以下几点： 1 1、轮毂较矮的锻件（参见下图），、轮毂较矮的锻件（参见下图）， 为了防止为了防止轮毂和轮缘

215、间产生折叠，镦粗后直径轮毂和轮缘间产生折叠，镦粗后直径 应满足应满足 。 轮毂矮的锻件轮毂矮的锻件Seite 381 2 2、 轮毂较高的锻件，为了防止轮毂和轮缘间产生折叠，轮毂较高的锻件，为了防止轮毂和轮缘间产生折叠，镦粗后直径镦粗后直径 应满足应满足 轮毂高的锻件轮毂高的锻件Seite 382 3 3、轮毂高且有内孔和凸缘的锻件为保证锻件充满并、轮毂高且有内孔和凸缘的锻件为保证锻件充满并便于坯料在终锻模膛中放稳，宜采用成形镦粗。镦粗后的坯便于坯料在终锻模膛中放稳，宜采用成形镦粗。镦粗后的坯料尺寸应符合下列条件：料尺寸应符合下列条件：(a)(b)轮毂高凸缘大的锻件轮毂高凸缘大的锻件(a)坯料

216、坯料(b)锻件锻件 Seite 383 7-6坯料尺寸的确定坯料尺寸的确定原坯料尺寸是下料的依据（确定下料长度），是计原坯料尺寸是下料的依据（确定下料长度），是计算锻件材料消耗定额的依据。算锻件材料消耗定额的依据。原坯料尺寸的计算，主要包括原坯料尺寸的计算，主要包括断面尺寸和长度断面尺寸和长度的计算。的计算。Seite 384 一、长轴类锻件一、长轴类锻件原坯料直径大小与制坯工步的性质有关，对于原坯料直径大小与制坯工步的性质有关，对于直长轴类，弯曲类，枝芽类及叉形类锻件，其原坯直长轴类，弯曲类，枝芽类及叉形类锻件，其原坯料直径，基本上就是料直径，基本上就是“计算毛坯计算毛坯”的平均直径。但的平

217、均直径。但考虑到制坯过程中坯料长度会略有增长。因此，原考虑到制坯过程中坯料长度会略有增长。因此，原坯料直径应选得大些，根据实践经验，不同的制坯坯料直径应选得大些，根据实践经验，不同的制坯工步有不同的数值。工步有不同的数值。Seite 385 1坯料截面积坯料截面积(1)不用制坯工步不用制坯工步S坯坯=(1.021.05)S均均(2)用卡压或成形制坯用卡压或成形制坯S坯坯=(1.051.3)S均均(3)用滚挤制坯用滚挤制坯S坯坯=S滚滚=(1.051.2)S均均以上各式中以上各式中S坯坯坯料截面积；坯料截面积；S均均计算毛坯图的平均截面积计算毛坯图的平均截面积(4)用拔长制坯用拔长制坯当采用拔长

218、方法制坯时，原坯料直径则应按当采用拔长方法制坯时，原坯料直径则应按“计算毛坯计算毛坯”大头部大头部分的平均直径来计算，分的平均直径来计算，S坯坯=S拔拔=V头头/L头头式中式中V头头包括氧化皮在内的锻件头部体积；包括氧化皮在内的锻件头部体积；L头头锻件头部长度。锻件头部长度。Seite 386 (5)用拔长滚压联合制坯用拔长滚压联合制坯(先拔长后滚挤先拔长后滚挤)S坯坯=S拔拔K（S拔拔S滚滚）K计算毛坯直径图杆部的锥度计算毛坯直径图杆部的锥度先进行制坯操作，先拔长使杆部伸长，而滚挤时头部得到一定的聚先进行制坯操作，先拔长使杆部伸长，而滚挤时头部得到一定的聚料。所以，考虑到滚挤作用，适当减少坯

219、料截面积。料。所以，考虑到滚挤作用，适当减少坯料截面积。(6)用辊锻制坯用辊锻制坯S坯坯S计计max这样坯料截面积确定下来了，直径或边长也随之确这样坯料截面积确定下来了，直径或边长也随之确定，最后按照国家标准选择标准规定的圆钢或方钢。定，最后按照国家标准选择标准规定的圆钢或方钢。Seite 387 2坯料长度坯料长度(1)求原坯料的体积求原坯料的体积包括锻件、飞边、连皮、氧化皮及钳料头等部分的体积。包括锻件、飞边、连皮、氧化皮及钳料头等部分的体积。原坯料计算公式为：原坯料计算公式为：V坯坯=(V件件+V飞飞+V连连)(1+%)式中式中V件件锻件体积，包括锻件正公差之半；锻件体积，包括锻件正公差

220、之半；V飞飞飞边体积；飞边体积；V连连冲孔连皮体积；冲孔连皮体积；烧损的火耗。烧损的火耗。普通钢材的普通钢材的值可按表值可按表3-2计算。计算。(2)求原坯料的长度求原坯料的长度L坯坯L坯坯=V坯坯/S坯坯+L钳钳式中式中S坯坯钢材的截面积；钢材的截面积；L钳钳钳夹头的长度钳夹头的长度Seite 388 二、短轴类锻件二、短轴类锻件饼类或短轴类锻件一般用镦粗制坯，所以毛坯尺寸应以镦粗变饼类或短轴类锻件一般用镦粗制坯，所以毛坯尺寸应以镦粗变形为依据进行计算。形为依据进行计算。毛坯体积为：毛坯体积为：V坯坯=(1+k)V件件式中：式中：k宽裕系数，考虑锻件复杂程度影响飞边体积，并计及宽裕系数，考虑

221、锻件复杂程度影响飞边体积，并计及火耗量。火耗量。对于圆形锻件，对于圆形锻件，k=0.120.25；对非圆形锻件，；对非圆形锻件，k=0.20.35。Seite 389 镦粗时坯料高径比不能太大，否则坯料会产生纵向弯曲，而镦粗时坯料高径比不能太大，否则坯料会产生纵向弯曲，而且不容易锻透，坯料高度（长度）与直径之比且不容易锻透，坯料高度（长度）与直径之比m值为值为1.82.2时，时，镦粗坯料不易于产生纵向弯曲。镦粗坯料不易于产生纵向弯曲。m值取得小，对锻造有利，但是对下料不利，因为坯料直径值取得小，对锻造有利，但是对下料不利，因为坯料直径越粗，下料就越困难。越粗，下料就越困难。由此坯料直径或边长可

222、选为：由此坯料直径或边长可选为：D坯坯=(0.80.9)V坯坯对于方坯：对于方坯：a坯坯=(0.770.82)V坯坯按国标选取标准规定的圆钢或方钢后，再根据坯料体积确定按国标选取标准规定的圆钢或方钢后，再根据坯料体积确定坯料的长度坯料的长度L坯坯：L坯坯=V坯坯/S坯坯Seite 390 7-7设备吨位的确定设备吨位的确定设备吨位过小，锻件内部锻不透，生产率低设备吨位过小，锻件内部锻不透，生产率低;设备选得过大，浪费动力，提高锻件成本，而设备选得过大，浪费动力，提高锻件成本，而且操作也不灵活，还易打坏工具。且操作也不灵活，还易打坏工具。锻造设备吨位大小要合适。锻造设备吨位大小要合适。Seite

223、 391 一、模锻锤吨位的确定一、模锻锤吨位的确定1经验经验理论公式理论公式(1)对圆饼类锻件所需模锻锤吨位对圆饼类锻件所需模锻锤吨位G=(1-0.005D件件)(1.1+2/D件件)(0.75+0.001D件件)D件件式中第一项与变形速度有关；第二项为飞边系数；第三项与变形程式中第一项与变形速度有关；第二项为飞边系数；第三项与变形程度度有关的经验值。公式推导详见书上。有关的经验值。公式推导详见书上。式中式中G为设备吨位，为设备吨位，(kg)；D件件为锻件直径，为锻件直径，(cm)；为终锻时的强度极限，为终锻时的强度极限，(MPa)。Seite 392 (2)对于长轴类锻件，计算锻锤吨位应计及

224、形状因素，对于长轴类锻件，计算锻锤吨位应计及形状因素，即模锻锤吨位即模锻锤吨位G=G（1+0.1L件件/B均均）式中式中G按换算直径按换算直径D件件=1.13A件件(锻件水平投影面积锻件水平投影面积)计计算所得吨位；算所得吨位；L件件为锻件长度；为锻件长度；B均均为锻件平均宽度。为锻件平均宽度。Seite 393 2经验公式经验公式：(1)双作用模锻锤双作用模锻锤G=(3.56.3)KS件件(kg)式中式中S件件锻件和毛边（按飞边仓的锻件和毛边（按飞边仓的50%计算）在计算）在水平面上的投影面积；水平面上的投影面积；K材料钢种系数。材料钢种系数。系数系数3.5用于生产率并不高的条件下，而系数用

225、于生产率并不高的条件下，而系数6.3用于用于要求高生产率的条件下。要求高生产率的条件下。Seite 394 (2)单作用模锻锤单作用模锻锤如模锻时使用单作用锤（锤头只靠自如模锻时使用单作用锤（锤头只靠自重落下，如夹板锤），则所需的吨位重落下，如夹板锤），则所需的吨位G单单可用下式折算：可用下式折算：G单单=(1.51.8)G(kg)式中式中G双作用锤落下重，按双作用锤落下重，按(1)式计算。式计算。(工作介质既作用于工作工作介质既作用于工作缸上腔也作用于下腔使锤头上下运动缸上腔也作用于下腔使锤头上下运动)(3)无砧座锤无砧座锤如果采用无砧座锤，则所需吨位按以下式如果采用无砧座锤，则所需吨位按以

226、下式折算：折算：G无无=2G(kg)Seite 395 二、热模锻压力机吨位的确定二、热模锻压力机吨位的确定热模锻压力机上，终锻变形力最大，因此只考热模锻压力机上，终锻变形力最大，因此只考虑终锻变形力的计算。虑终锻变形力的计算。在选择设备的时候：在选择设备的时候：所选设备的公称压力必须所选设备的公称压力必须大于大于计算的变形力；计算的变形力；设备的装模空间应设备的装模空间应足够安装足够安装所用模具。所用模具。Seite 396 1理论理论-经验公式经验公式按在分模面上投影的形状，为圆形的锻件和非按在分模面上投影的形状，为圆形的锻件和非圆形的锻件，其模锻所需压力的公式不同。见书圆形的锻件，其模锻

227、所需压力的公式不同。见书Seite 397 2经验公式经验公式模锻力模锻力F：F=(6473)KS(KN)式中式中S包括包括飞边桥部飞边桥部在内的锻件在水平面的投影面积；在内的锻件在水平面的投影面积；K钢种系数。钢种系数。Seite 398 三、螺旋压力机吨位的确定三、螺旋压力机吨位的确定有三种计算公式：有三种计算公式：1与锻模形式有关的，分开式模锻和闭式模锻，按与锻模形式有关的，分开式模锻和闭式模锻，按锻件的投影面积大小计算，公式见书上。锻件的投影面积大小计算，公式见书上。2根据锻件总变形面积计算，包括锻件面积、连皮根据锻件总变形面积计算，包括锻件面积、连皮面积还有飞边面积。适用于一次打击成

228、形所需的设备面积还有飞边面积。适用于一次打击成形所需的设备吨位。吨位。Seite 399 3换算公式换算公式已知已知锻锤或锻压机的吨位锻锤或锻压机的吨位时，螺旋压力机与它们之间进行换算时，螺旋压力机与它们之间进行换算得到所需压力。得到所需压力。F螺旋螺旋=K1G锤锤；F螺旋螺旋=F压压/K2(KN)式中式中G锤锤锻锤吨位锻锤吨位(T)；F压压热模锻压力机所需压力热模锻压力机所需压力(KN)K1换算系数换算系数35004000；K2=0.52.0，按工步变形量大小选取。，按工步变形量大小选取。(对于精压、冷校正等小变对于精压、冷校正等小变形量工步，形量工步，K2=1.52；对于切边、冲孔等中等变

229、形量工步；对于切边、冲孔等中等变形量工步K2=11.5；对于镦头等大变形量工步，；对于镦头等大变形量工步，K2=0.51.0。Seite 400 四、平锻机吨位的确定四、平锻机吨位的确定1经验理论公式经验理论公式按终锻工步顶镦变形所需力计算：按终锻工步顶镦变形所需力计算：F闭闭0.5(10.001D)DF开开0.5(10.001D)(D10)式中式中F闭闭闭式模锻时平锻机的压力闭式模锻时平锻机的压力(KN)；F开开开式模锻时平锻机的压力开式模锻时平锻机的压力(KN)；D锻件镦锻部分的最大直径锻件镦锻部分的最大直径(mm)，应考虑收缩量和正公差尺寸；，应考虑收缩量和正公差尺寸；终锻时流动应力终锻时流动应力(MPa)。上式只适用于上式只适用于D300mm的锻件。的锻件。Seite 401 2经验公式经验公式F57.5KS式中式中S为包括飞边在内的锻件最大投影面积；为包括飞边在内的锻件最大投影面积；K为钢种系数为钢种系数对于中碳钢和低合金钢，如对于中碳钢和低合金钢，如45、20Cr，取，取1；对于高碳钢及中碳合金钢，如对于高碳钢及中碳合金钢，如60、45Cr、45CrNi，取，取K1.15；对高合金钢，如对高合金钢，如GCr15、45CrNiMo，取，取K1.3。