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1、第5章 自由锻工艺过程第第5 5章章 自由锻工艺过程自由锻工艺过程自由锻工艺过程的实质是利用简单的工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获得所要求形状、尺寸和性能的锻件的加工程序工程序. .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，要求掌握金属的锻造时主要是成形问题，要求掌握金属的流动规律。流动规律。对于大型锻件和高合金钢锻件，因为用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，钢锭为原材料，锻
2、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。工艺方面采取措施。自由锻研究的主要内容是：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自由锻件的分类和锻造过程饼块类锻件饼块类锻件主要有圆盘、叶轮等零件的毛坯。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，其特征是横向尺寸大于高度尺寸，或两者相近，或两者相近，工序工序：墩粗（基本工序）；倒棱、：墩粗（基本工序）；倒棱、滚圆、平整（辅助和修整工序）等滚圆、平整（辅助和修整工序）等工步。工步。第5章 自由锻工艺过程l空心类锻件：它包括各种
3、圆环、齿圈、轴承环和各种圆空心类锻件：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、直径较大，锻造的基本工序有镦粗、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长。芯轴拔长。工序工序： 基本工序：基本工序： 墩粗、冲孔、扩孔或墩粗、冲孔、扩孔或芯轴拔长芯轴拔长 辅助和修整工序：辅助和修整工序：倒棱、滚圆、校正等倒棱、滚圆、校正等工步工步第5章 自由锻工艺过程轴杆类锻件轴杆类锻件主要有传动轴、轧辊、主要有传动轴、轧辊、立柱、拉杆等零件。立柱、拉杆等零件。工序工序： 基本工序：拔长基本工
4、序：拔长或或 墩粗墩粗+ +拔长工步拔长工步 辅助和修整工序：倒辅助和修整工序：倒棱、滚圆工步棱、滚圆工步第5章 自由锻工艺过程曲轴类锻件曲轴类锻件 工序：工序： 基本工序：基本工序：拔长、错移和扭转等拔长、错移和扭转等工步工步 辅助和修整工序：辅助和修整工序：分段压痕、局部倒棱、分段压痕、局部倒棱、滚圆和校正等工步滚圆和校正等工步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弯曲类锻件 工序工序： 基本工序：基本工序： 拔长、弯曲工步拔长、弯曲工步 辅助和修整工序：辅助和修整工序：分段压痕、滚圆和平
5、分段压痕、滚圆和平整等工步整等工步复杂形状类锻件：主复杂形状类锻件：主要有阀体、叉杆、吊要有阀体、叉杆、吊环体、十字轴等零件。环体、十字轴等零件。锻造难度较大。锻造难度较大。第5章 自由锻工艺过程自由锻件的分类自由锻件的分类第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 自由锻件变形工艺过程的确定就是确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制定工艺过程规程是编制自由锻规
6、程最重要的一部分最重要的一部分。第5章 自由锻工艺过程5.3 5.3 自由锻件工艺过程规程的制定自由锻件工艺过程规程的制定1 1根据零件图绘制锻件图；根据零件图绘制锻件图；2 2决定坯料的质量和尺寸；决定坯料的质量和尺寸；3 3制订变形工艺过程及选用工具；制订变形工艺过程及选用工具；4 4选择锻压设备；选择锻压设备；5 5确定锻造温度范围、加热和冷却规范；确定锻造温度范围、加热和冷却规范；6 6确定热处理规范；确定热处理规范；7 7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；8 8填写工艺过程卡片等。填写工艺过程卡片等。第5章 自由锻工艺过程1. 1.绘制锻件图绘制锻件图作用：
7、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 自由锻工艺过程自由锻自由锻工艺规程自由锻工艺规程绘制锻件图绘制锻件图1) 1)加工余量：锻件表面留有加工余量：锻件表面留有供机械加工的金属层。供机械加工的金属层。机械机械加工余量的大小取决于零件加工余量的大小取决于零件的形状和尺寸，精度和光洁的形状和尺寸，精度和光洁度要求，同时还考虑到生产度要求，同时还考虑到生产条件，如工具、设备精度和条件，如工具、设备精度和工人操作技术水平等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
8、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.第5章 自由锻工艺过程锻件的余量和公差锻件的余量和公差具体数值可查阅有具体数值可查阅有关手册，或按照工关手册，或按照工厂标准确定。厂标准确定。第5章 自由锻工艺过程3)3)锻造余块：为了锻造余块：为了简化锻件外形，在简化锻件外形，在零件上较小的孔、零件上较小的孔、小台阶等难锻造的小台阶等难锻造的的地方需要填满金的地方需要填满金属，这部分附加的属，这部分附加的金属叫锻造余块。金属叫锻造余块。第5章 自由锻工艺过程4)4)检验试样检验试样及操作夹头及操作夹
9、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)5)绘制锻件图：锻件图用粗实线绘制，为了便于了解零件的绘制锻件图：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，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。可以技术条件的方式加以说明。第5章 自由锻工艺
10、过程2.2.确定坯料重量和尺寸确定坯料重量和尺寸 （钢材和钢锭）（钢材和钢锭）1 1）坯坯料料重重量量G G坯坯为为锻锻件件重重量量与与锻锻造造时时各各种种金属损耗重量之和金属损耗重量之和。G坯 = （G锻+ G芯+ G切）（1+%）第5章 自由锻工艺过程2 2）坯料尺寸确定与所用工序有关）坯料尺寸确定与所用工序有关。 V V坯坯=G=G坯坯/ /（计算出体积）（计算出体积）当头道工序用镦粗时，为避免弯曲，应使当头道工序用镦粗时，为避免弯曲，应使1.251.25HH0 0/D/D0 02.52.5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
11、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 3）钢锭的选择）钢锭的选择。 第5章 自由锻工艺过程3. 3. 锻比（锻造比）的确定锻比（锻造比）的确定锻比：锻比：锻比：锻比：锻比大小反映了锻造对锻件组织和力学性能的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，是保证锻件影响，表示锻件在锻造成形时变形程度
12、，是保证锻件品质的一个重要指标。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。等于分锻造比之和。K总总=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
13、；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：取锻比为当零件受力方向与纤维方向一致时：取锻比为4 4；重要锻件：采用镦粗拔长联合工艺，锻比要求重要锻件：采用镦粗拔长联合工艺，锻比要求高达高达6 68 8。一般结构钢锻件：取锻比为一般结构钢锻件：取锻比为2 22.52.5；第5章 自由锻工艺过程第5章 自由锻工艺过程4.4.选定设备吨位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
14、性成形原理建立的公理论计算法：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）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，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、量、尺寸、接触面积），直接按公式、表格或图线选取设备吨位。表格或图线选取设备吨位。 第5章 自由锻工艺过程5 .5 .制订自由锻工艺规程卡制订自由锻工艺规程卡 锻造工艺规程卡上需填
15、写工艺过程规程制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、次、加热设备、加热及冷却规范、锻造设备、锻件锻后处理等等。锻件锻后处理等等。第5章 自由锻工艺过程5.3 5.3 制定自由锻工艺过程规程举例制定自由锻工艺过程规程举例图图5.11齿轮锻件图齿轮锻件图图图5.10 齿轮零件图齿轮零件图（1 1）设计、绘制锻件图）设计、绘制锻件图第5章 自由锻工艺过程图图5-12 齿轮锻造工艺过程示意图齿轮锻造工艺过程示意图 1-下料下料 2-镦粗镦粗 3-垫环局部镦粗垫环局部镦粗 4-冲孔冲孔 5
16、-冲子扩孔冲子扩孔 6-修整修整（2 2）确定变形工序及工序尺寸）确定变形工序及工序尺寸第5章 自由锻工艺过程 （3 3）计算坯料尺寸）计算坯料尺寸坯料体积要考虑锻件体积、冲孔坯料体积要考虑锻件体积、冲孔心料体积和烧损体积。心料体积和烧损体积。（4 4）选择设备吨位）选择设备吨位根据锻件形状尺寸查有关手册根据锻件形状尺寸查有关手册而定。而定。（5 5）确定锻造温度范围）确定锻造温度范围4545钢的始锻温度为钢的始锻温度为12001200，终，终锻温度为锻温度为800800。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）工艺的特
17、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
18、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
