鍛造工藝及模具設計-自由鍛造工序

1、第四章第四章 自由鍛造工序自由鍛造工序1謝利謝利材料工程材料工程學院學院23空氣錘空氣錘44-1 概概 述述一、定義一、定義自由鍛自由鍛利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個平板之間平板之間產生產生塑性變形塑性變形, ,從而從而得到所需形狀及尺得到所需形狀及尺寸的寸的鍛件鍛件. .或者說：只用簡單的工具，或在鍛造設備的上下或者說：只用簡單的工具，或在鍛造設備的上下砧間直接對坯料施加外力，使坯料產生變形而獲砧間直接對坯料施加外力，使坯料產生變形而獲得所需形狀及內部質量的鍛件的加工得所需形狀及內部質量的鍛件的加工方法方法. .5自由鍛造：自由鍛造：手工手工自由鍛造和自由鍛

2、造和機械機械自由鍛造（自由鍛）自由鍛造（自由鍛）鍛錘自由鍛鍛錘自由鍛產生沖擊力使金屬坯料變形（中小型）產生沖擊力使金屬坯料變形（中小型）水壓機自由鍛水壓機自由鍛靠壓力使坯料變形（大型）靠壓力使坯料變形（大型）優(yōu)點優(yōu)點：所用工具簡單，通用性強、靈活性大，因此適合單件：所用工具簡單，通用性強、靈活性大，因此適合單件和小批鍛件和小批鍛件。缺點缺點：鍛件精度低，加工余量大，生產率低，勞動強度大。：鍛件精度低，加工余量大，生產率低，勞動強度大。64-2 自由鍛工序及自由鍛件分類自由鍛工序及自由鍛件分類 一一、自由鍛工序自由鍛工序:基本工序基本工序、輔助工序輔助工序和和修整工序修整工序基本工序基本工序 指

3、能夠大幅度地改變坯料形狀和尺寸指能夠大幅度地改變坯料形狀和尺寸的工序，是的工序，是主要變形工序主要變形工序。如鐓粗、拔長、沖孔、芯軸拔長、彎曲、錯移、扭轉、切割如鐓粗、拔長、沖孔、芯軸拔長、彎曲、錯移、扭轉、切割、芯軸擴孔等。、芯軸擴孔等。 輔助工序輔助工序 指在坯料進入基本工序前指在坯料進入基本工序前預先變形預先變形的的工序。工序。 如鋼錠倒棱和縮頸倒棱、預壓鉗把、階梯軸分段壓痕等。如鋼錠倒棱和縮頸倒棱、預壓鉗把、階梯軸分段壓痕等。7修整工修整工序序 即即后續(xù)工序后續(xù)工序。指用來精整鍛件尺寸和。指用來精整鍛件尺寸和形狀使完全達到鍛件圖要求的工序。一般是在某一形狀使完全達到鍛件圖要求的工序。一

4、般是在某一基本工序完成后進行基本工序完成后進行。 如鐓粗后的鼓形滾圓和截面滾圓，凸起、凹下及不平和如鐓粗后的鼓形滾圓和截面滾圓，凸起、凹下及不平和有壓痕面的平整，拔長后的彎曲校直和鍛斜后的校正等。有壓痕面的平整，拔長后的彎曲校直和鍛斜后的校正等。自由鍛件的成形都是這三類工序的組合自由鍛件的成形都是這三類工序的組合89輔助工序輔助工序預壓夾鉗把預壓夾鉗把階梯軸分段壓痕階梯軸分段壓痕鋼錠倒棱鋼錠倒棱10修整工序修整工序鼓形面滾圓鼓形面滾圓壓痕面平整壓痕面平整彎曲后矯直和校正彎曲后矯直和校正11二、自由鍛件二、自由鍛件分類分類按工藝特點分為按工藝特點分為七類七類（把形狀特征相同、變（把形狀特征相同、

5、變形過程類似的鍛件歸為一類）形過程類似的鍛件歸為一類）實心圓柱體軸桿類鍛件；實心圓柱體軸桿類鍛件；實心矩形截面類鍛件；實心矩形截面類鍛件；盤餅類鍛件；盤餅類鍛件；曲軸曲軸類鍛件；類鍛件；空心空心類鍛件；類鍛件；彎曲類鍛件；彎曲類鍛件；復雜形狀類鍛件復雜形狀類鍛件. .124-3 自由鍛基本工序分類自由鍛基本工序分類 1 1、定義、定義：在外力作用下，使坯料：在外力作用下，使坯料高度高度減小減小，橫截面增大橫截面增大的鍛造工序。的鍛造工序。一一、鐓粗鐓粗132 2、鐓粗、鐓粗的作用：的作用： 獲得橫截面較大而高度較小的鍛件（獲得橫截面較大而高度較小的鍛件（餅塊件餅塊件）; ; 用作沖孔前的準備工

6、序用作沖孔前的準備工序( (增大坯料的橫截面積以增大坯料的橫截面積以便于便于沖孔沖孔););“反復鐓拔法反復鐓拔法”，鐓粗與拔長相結合，可，鐓粗與拔長相結合，可提高提高鍛造比鍛造比; ;反復鐓粗和拔長反復鐓粗和拔長擊碎擊碎合金工具鋼中的合金工具鋼中的塊狀碳化物塊狀碳化物，并，并使其分布均勻以提高鍛件的使用性能使其分布均勻以提高鍛件的使用性能; ;(5)(5)提高鍛件的橫向力學性能以提高鍛件的橫向力學性能以減小力學性能的異向性減小力學性能的異向性。143 3鐓粗方式鐓粗方式: :平平砧鐓粗砧鐓粗、墊環(huán)鐓粗墊環(huán)鐓粗和和局部鐓粗局部鐓粗（1 1）平砧鐓粗與鐓粗）平砧鐓粗與鐓粗比比坯料完全在上下平砧間

7、或鐓粗平板間進行的壓制稱為坯料完全在上下平砧間或鐓粗平板間進行的壓制稱為平砧鐓粗；平砧鐓粗；鐓粗比鐓粗比：坯料鐓粗前后的高度之比（坯料鐓粗前后的高度之比（1 1）15(2)平砧間鐓粗的變形分析平砧間鐓粗的變形分析 鐓粗鐓粗時由于坯料兩端面與工具存在時由于坯料兩端面與工具存在摩擦力摩擦力而導致而導致金屬變金屬變形不形不均勻均勻; 坯料上下端面及其表層金屬因受摩擦力影響成坯料上下端面及其表層金屬因受摩擦力影響成為難變形為難變形區(qū)（區(qū)（）；區(qū)域（；區(qū)域（）為大變形區(qū)）為大變形區(qū); 區(qū)域區(qū)域（）為小變形區(qū)）為小變形區(qū)。因此，鐓粗結果，坯料由圓柱形變?yōu)楣男?。另外，（。因此，鐓粗結果，坯料由圓柱形變?yōu)楣男?/p>

8、。另外，（I）區(qū)）區(qū)與工具接觸，溫度降低快，也是難變形的原因之一。與工具接觸，溫度降低快，也是難變形的原因之一。16(3)(3)缺陷分析缺陷分析1) 1) 三三個區(qū)域的變形不均勻使金屬內部晶粒粗細不一個區(qū)域的變形不均勻使金屬內部晶粒粗細不一。大變形區(qū)變形充分，得到細晶粒；難變形區(qū)，還。大變形區(qū)變形充分，得到細晶粒；難變形區(qū)，還保留粗大的保留粗大的鑄態(tài)組織鑄態(tài)組織。2)2)（）（）（）區(qū)變形的不均，又引起了）區(qū)變形的不均，又引起了側表面裂側表面裂紋紋的產生的產生。3)3)質量問題質量問題：側表面產生縱向或：側表面產生縱向或4545裂紋；裂紋； 側表面出現(xiàn)鼓形；側表面出現(xiàn)鼓形； 上下端存留鑄態(tài)組織

9、；上下端存留鑄態(tài)組織； 高坯料鐓粗易失穩(wěn)彎曲。高坯料鐓粗易失穩(wěn)彎曲。17(4) (4) 減少缺陷的減少缺陷的措施措施 a a 采用潤滑，預熱工具采用潤滑，預熱工具 ; ; b b 用側凹形毛坯用側凹形毛坯鐓粗鐓粗; ; C C采用軟金屬墊采用軟金屬墊鐓粗鐓粗; ; d d采用鉚鐓、疊料鐓粗；采用鉚鐓、疊料鐓粗； e e套環(huán)內鐓粗；套環(huán)內鐓粗； f f反復鐓粗與側面修直反復鐓粗與側面修直 軟金屬軟金屬墊墊/ /環(huán)鐓粗環(huán)鐓粗 18鉚鐓與端面碾壓鉚鐓與端面碾壓 疊料鐓粗疊料鐓粗19（5）鐓粗與高徑比的關系）鐓粗與高徑比的關系 坯料高徑比坯料高徑比H H0 0/D/D0 03 3時，易發(fā)生失穩(wěn)，導致縱

10、向彎曲；時，易發(fā)生失穩(wěn)，導致縱向彎曲；高徑比高徑比H H0 0/D/D0 0=1.5-2.5=1.5-2.5時，產生雙鼓形和均勻變形區(qū)時，產生雙鼓形和均勻變形區(qū)；高徑比高徑比H H0 0/D/D0 0=1.0-1.5=1.0-1.5時，雙鼓形逐漸向單鼓形過度；時，雙鼓形逐漸向單鼓形過度；高徑比高徑比H H0 0/D/D0 00.50.5時，難變形區(qū)相接觸，鼓肚時，難變形區(qū)相接觸，鼓肚較小較小H H0 0/D/D0 0=2.5=2.5H HO O/D/D0 0=1.45=1.45H H0 0/D/D0 0=1=10.670.67H H0 0/D/D0 0=0.22=0.2220（6 6）鐓粗時應

11、注意的事項）鐓粗時應注意的事項避免鐓粗時產生縱向失穩(wěn)彎曲，圓柱體坯料高徑比不避免鐓粗時產生縱向失穩(wěn)彎曲，圓柱體坯料高徑比不宜超過宜超過2.52.5，在，在2-2.22-2.2范圍內最好；范圍內最好；對于方形或矩形截面坯料，其高度和較小基邊之比不對于方形或矩形截面坯料，其高度和較小基邊之比不宜超過宜超過3.53.5；鐓粗前坯料斷面應平整，端面與軸線要垂直，加熱溫鐓粗前坯料斷面應平整，端面與軸線要垂直，加熱溫度均勻度均勻21（7）墊環(huán)鐓粗）墊環(huán)鐓粗坯料在單個墊環(huán)上或兩個墊環(huán)間進行鐓粗，又稱鐓擠坯料在單個墊環(huán)上或兩個墊環(huán)間進行鐓粗，又稱鐓擠單墊環(huán)鐓粗單墊環(huán)鐓粗雙墊雙墊環(huán)鐓粗環(huán)鐓粗22（8 8）局部鐓

12、粗）局部鐓粗坯料只在局部長度上（端部或中間）產生鐓粗變形坯料只在局部長度上（端部或中間）產生鐓粗變形局部鐓粗局部鐓粗23二二、拔長拔長 （1 1）定義：使坯料定義：使坯料橫截面減小橫截面減小，長度增加長度增加的的鍛造工序；通鍛造工序；通過逐次送進和反復轉動坯料進行壓縮變形，過逐次送進和反復轉動坯料進行壓縮變形，耗費工時最多耗費工時最多。（2 2）按拔長時所使用的工具不同，分為）按拔長時所使用的工具不同，分為平砧拔長平砧拔長、型砧拔型砧拔長長和和芯軸拔長芯軸拔長三類。三類。24（3 3）拔長變形過程分析）拔長變形過程分析1 1）鍛造比鍛造比( (K KL L) )：坯料拔長前后的截面積之比：坯料

13、拔長前后的截面積之比( (1)1)；2 2）變形特點變形特點：拔長時坯料變形情況與鐓粗變形有某：拔長時坯料變形情況與鐓粗變形有某些相似之處，它是兩端帶有不變形金屬的鐓粗。些相似之處，它是兩端帶有不變形金屬的鐓粗。3 3）影響因素）影響因素：送進量：送進量L0L0、壓下量、壓下量h h、砧面與坯料的、砧面與坯料的形狀、錘擊的輕重與操作方法以及坯料的加熱溫度等形狀、錘擊的輕重與操作方法以及坯料的加熱溫度等等。等。 矩形截面拔長矩形截面拔長254 4）送進量送進量的大小，除影響生產率外，還影響鍛件質量的大小，除影響生產率外，還影響鍛件質量當當送進量太小送進量太小，而坯料厚度，而坯料厚度（h h0 0

14、）又比較大，即）又比較大，即當當l l0 0/ /h h0 00.50.5時時會出現(xiàn)鍛不透的現(xiàn)象，坯料內部變形小而產生軸向拉應力，有會出現(xiàn)鍛不透的現(xiàn)象，坯料內部變形小而產生軸向拉應力，有可能導致鍛件內部產生可能導致鍛件內部產生裂紋裂紋, ,如圖如圖4-294-29（a a）。）。送送進量過進量過大大（l l0 0/ /h h0 01 1），出現(xiàn)單鼓形，心部變形大，能鍛透，），出現(xiàn)單鼓形，心部變形大，能鍛透，但在鼓形的側表面和棱角處受拉應力，產生但在鼓形的側表面和棱角處受拉應力，產生外部橫向裂紋和內外部橫向裂紋和內部縱向裂紋部縱向裂紋。所以，實際生產時一般取所以，實際生產時一般取l l0 0/

15、/h h0 0=(0.5=(0.50.8)0.8)，絕對送進量常取，絕對送進量常取l l0 0/ /B B=(0.4=(0.40.80.8) )，B B為平砧的寬度為平砧的寬度 。264 4）送進量送進量的大小，除影響生產率外，還影響鍛件質量的大小，除影響生產率外，還影響鍛件質量當當送進量太小送進量太小，而坯料厚度，而坯料厚度（h h0 0）又比較大，即）又比較大，即當當l l0 0/ /h h0 00.5(0.5(0.50.75)h0.75)h。否則，會產生折疊，表面折疊產生主要是送進量否則，會產生折疊，表面折疊產生主要是送進量與壓下量不合適，導致鍛件報廢與壓下量不合適，導致鍛件報廢。拔長時

16、坯料溫度應適中、均勻。錘擊須快，錘擊拔長時坯料溫度應適中、均勻。錘擊須快，錘擊的輕重（打擊力的大?。┮阅苠懲概髁蠟闇?。的輕重（打擊力的大?。┮阅苠懲概髁蠟闇?。29(4)(4)型型砧拔長砧拔長 坯料在坯料在V V型砧或圓弧型砧中拔長型砧或圓弧型砧中拔長。V V型砧有兩種型砧有兩種情形情形: :即即“上上平下平下V”V”型和型和“上下上下V”V”型型。其其作用是利用側壓限制金屬的橫向流動，迫使金屬沿軸向作用是利用側壓限制金屬的橫向流動，迫使金屬沿軸向伸長。伸長。在型砧中拔長可提高生產率，防止內部縱向裂紋的產生。在型砧中拔長可提高生產率，防止內部縱向裂紋的產生。a a) )上下上下V V形砧形砧 b

17、)b)上平下上平下V V砧砧 c) c) 上下平砧上下平砧30（5 5）芯軸芯軸拔長拔長: :在拔長時孔中穿一根芯軸，是一種減小空在拔長時孔中穿一根芯軸，是一種減小空心坯料的壁厚而增加其長度的鍛造心坯料的壁厚而增加其長度的鍛造工序工序; ;變形變形區(qū)分為區(qū)分為A A區(qū)和區(qū)和B B區(qū)區(qū), ,其中其中A A區(qū)是直接受力區(qū)區(qū)是直接受力區(qū),B,B區(qū)是間接受區(qū)是間接受力區(qū)力區(qū),B,B區(qū)的變形和受力由區(qū)的變形和受力由A A區(qū)變形引起區(qū)變形引起; ;適用于適用于鍛造鍛造長筒形鍛件長筒形鍛件 主要主要質量問題：質量問題：孔內壁開裂和壁厚不均孔內壁開裂和壁厚不均31(6)(6)拔長拔長時主要質量時主要質量問題和

18、問題和防止措施防止措施：質量問題質量問題：裂紋：裂紋, ,表面折疊表面折疊, ,端面端面內內凹凹, ,組織組織與性能不均與性能不均。防止措施防止措施: : （a a）表面橫向裂紋與角裂表面橫向裂紋與角裂，前者是由于送進量過大同時，前者是由于送進量過大同時壓縮量也過大所引起的；后者除了變形原因外，主要是由壓縮量也過大所引起的；后者除了變形原因外，主要是由于角部溫度散失快，產生溫度應力，引起表面拉力過大于角部溫度散失快，產生溫度應力，引起表面拉力過大( (應及時進行倒角應及時進行倒角);); （b b）表面折疊表面折疊 主要是由于送進量太主要是由于送進量太小小; ;32（c c）內部橫向裂紋內部橫

19、向裂紋 也是由于送進量太小，出現(xiàn)也是由于送進量太小，出現(xiàn)雙鼓形特征，引發(fā)軸心拉應力。雙鼓形特征，引發(fā)軸心拉應力。 （d d）內部縱向裂紋內部縱向裂紋 送進量過大，壓下量較小送進量過大，壓下量較小，所造成的中心拉應力。，所造成的中心拉應力。 （e e）端面內凹端面內凹 送進量太小，表面金屬變形大送進量太小，表面金屬變形大、軸心尚未來得及變形引起的。、軸心尚未來得及變形引起的。 此外還有：對角線裂紋，端面裂紋，端部孔壁裂此外還有：對角線裂紋，端面裂紋，端部孔壁裂紋紋33(7)(7)拔長操作方法拔長操作方法螺旋式翻轉送進法螺旋式翻轉送進法往復翻轉送進法往復翻轉送進法單面壓縮法單面壓縮法(8)(8)壓

20、痕與壓肩壓痕與壓肩: :在鍛造階梯軸時在鍛造階梯軸時, ,為了鍛出臺階和為了鍛出臺階和凹檔凹檔, ,應先用三角壓棍壓肩或用圓壓棍壓痕應先用三角壓棍壓肩或用圓壓棍壓痕34課后作業(yè)課后作業(yè)第一章課后思考題第一章課后思考題1;1;第二章課后思考題第二章課后思考題1,31,3. .第三章課后思考題第三章課后思考題3;3;第四章課后思考題第四章課后思考題1,5.1,5.35三、沖孔三、沖孔在坯料上鍛制出透孔或不透孔的工序。在坯料上鍛制出透孔或不透孔的工序。用途：各種帶孔鍛件和空心鍛件的鍛造。用途：各種帶孔鍛件和空心鍛件的鍛造。方法：方法：實心沖頭沖孔實心沖頭沖孔、空心空心沖頭沖孔沖頭沖孔和和墊環(huán)上沖孔墊

21、環(huán)上沖孔1 1、實心沖頭沖孔、實心沖頭沖孔高度高度70-80% 70-80% 翻轉翻轉 36 1 1）直接受力區(qū)（）直接受力區(qū)（A A區(qū)）區(qū)） 變形視為環(huán)形金屬包圍下變形視為環(huán)形金屬包圍下的鐓粗。的鐓粗。 應力狀態(tài)為三向受壓。應力狀態(tài)為三向受壓。 沖頭附近為難變形區(qū)，且沖頭附近為難變形區(qū)，且變形由上至下逐漸發(fā)展。變形由上至下逐漸發(fā)展。 2 2）間接受力區(qū)（）間接受力區(qū)（B B區(qū)）區(qū)） 軸向受一定的壓應力軸向受一定的壓應力（1 1）受）受力變形分析力變形分析37（2）坯料）坯料形狀的變化形狀的變化D0/d2-3 上端面拉上端面拉縮現(xiàn)象嚴重，外徑明顯增大縮現(xiàn)象嚴重，外徑明顯增大D0/d=3-5 幾

22、乎沒有拉縮現(xiàn)象，外徑有所增大幾乎沒有拉縮現(xiàn)象，外徑有所增大D0/d5 環(huán)壁較厚，擴徑環(huán)壁較厚，擴徑困難，形成凸臺困難，形成凸臺38 1 1）沖孔后坯料尺寸的計算（見）沖孔后坯料尺寸的計算（見p61p61公式）公式） 2 2）沖孔前坯料高度確定：）沖孔前坯料高度確定： 當當D D0 0/ /d d 5 5時時, , H H0 0 = = H H； 當當D D0 0/ /d d 5 5時，時，H H0 0 = (1.1 = (1.11.2)1.2)H H 坯料沖孔后的高度總是小于或等于坯料原高度。坯料沖孔后的高度總是小于或等于坯料原高度。 （3 3）沖孔坯料尺寸的計算）沖孔坯料尺寸的計算39（4

23、4）質量分析）質量分析1 1）優(yōu)點）優(yōu)點 操作簡單，芯料損失較少，芯料高度操作簡單，芯料損失較少，芯料高度h h0.250.25H H； 廣泛用于孔徑在廣泛用于孔徑在30-400mm30-400mm的沖孔鍛件的沖孔鍛件2 2）缺點）缺點 a a）“走樣走樣”：坯料高度減小，外徑上小下大，下端面凸出，上端面凹進：坯料高度減小，外徑上小下大，下端面凸出，上端面凹進的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。D0/d太小太小先鐓粗至先鐓粗至D0/d340b b）孔沖偏）孔沖偏c c）斜孔）斜孔d d）裂紋裂紋 低塑性材料常見缺陷。低塑性材料常見缺陷。 外側縱向裂紋系由該處切向拉應力所致，外側縱向裂紋系由該處切向拉應力所致， D

24、 D0 0/ /d d愈小，最外層愈小，最外層金屬的切向伸長愈大，愈易產生裂紋。金屬的切向伸長愈大，愈易產生裂紋。 內孔圓角裂紋系由該處溫降較大和沖頭錐度所致。內孔圓角裂紋系由該處溫降較大和沖頭錐度所致。D0/d太小太小,外側表面外側表面金屬受到切應力金屬受到切應力;內孔圓角處溫降大內孔圓角處溫降大,塑性差塑性差增大增大D0/d;沖頭錐度小沖頭錐度小,多次加熱多次加熱,逐步沖成逐步沖成41形狀形狀變化小、芯料損失大變化小、芯料損失大大鍛件能將鋼錠和質量差的部分沖掉，鋼錠冒口向下大鍛件能將鋼錠和質量差的部分沖掉，鋼錠冒口向下適用于孔徑大于適用于孔徑大于400mm的鍛件的鍛件2、空心、空心沖頭沖孔

25、沖頭沖孔42形狀形狀變化小、芯料損失較大變化小、芯料損失較大、芯料、芯料( (連皮連皮) )高度高度為為h h = =（0.7-0.75%0.7-0.75%）H H適用于適用于D D0 0/ /d d 0.1250.125的薄餅鍛件的薄餅鍛件3、墊環(huán)上沖孔墊環(huán)上沖孔434-4 自由鍛工藝規(guī)程的制定自由鍛工藝規(guī)程的制定 自由鍛工藝規(guī)程自由鍛工藝規(guī)程的內容：的內容： 根據(jù)零件圖繪制鍛件圖；根據(jù)零件圖繪制鍛件圖； 確定坯料的質量和尺寸；確定坯料的質量和尺寸； 制訂變形工藝及選用工具；制訂變形工藝及選用工具； 選擇設備噸位；選擇設備噸位； 確定鍛造溫度范圍，制訂坯料加熱和鍛件冷卻規(guī)范；確定鍛造溫度范圍

26、，制訂坯料加熱和鍛件冷卻規(guī)范； 制訂鍛件熱處理規(guī)范；制訂鍛件熱處理規(guī)范； 提出鍛件的技術條件和檢驗要求；提出鍛件的技術條件和檢驗要求； 填寫工藝規(guī)程卡片等。填寫工藝規(guī)程卡片等。44一一、鍛件圖的制訂與繪制、鍛件圖的制訂與繪制鍛件圖鍛件圖是以零件圖為基礎，是以零件圖為基礎，考慮了考慮了加工余量加工余量、鍛造公差鍛造公差、鍛造余塊鍛造余塊、檢驗試樣檢驗試樣及及工工藝夾頭藝夾頭等因素繪制而成。等因素繪制而成。45 1加工余量加工余量 當鍛造不能達到零件的當鍛造不能達到零件的尺寸精度尺寸精度和和粗糙度粗糙度要求要求時，零件表面需增加一層供切削加工用的金屬，稱為時，零件表面需增加一層供切削加工用的金屬，

27、稱為機械加機械加工余量，簡稱余量工余量，簡稱余量。 零件的公稱尺寸零件的公稱尺寸余量后的尺寸余量后的尺寸鍛件公稱尺寸鍛件公稱尺寸鍛件的余量、余塊鍛件的余量、余塊46 2鍛造余塊鍛造余塊 為了簡化鍛件的外形或鍛造工藝的需要，通為了簡化鍛件的外形或鍛造工藝的需要，通常需要添加金屬。這種加添的金屬部分叫做余塊。常需要添加金屬。這種加添的金屬部分叫做余塊。 鍛造時，有些零件上的鍛造時，有些零件上的小孔小孔，狹窄的凹槽狹窄的凹槽或或臺階臺階等，一等，一般不鍛出，而加上余塊，以簡化鍛件形狀和操作。但簡化后般不鍛出，而加上余塊，以簡化鍛件形狀和操作。但簡化后的鍛件形狀，會增加金屬的消耗和機械加工工時。因此，

28、是的鍛件形狀，會增加金屬的消耗和機械加工工時。因此，是否要加放余塊應根據(jù)零件的形狀、尺寸和鍛造技術水平及經否要加放余塊應根據(jù)零件的形狀、尺寸和鍛造技術水平及經濟效益等具體情況而定。濟效益等具體情況而定。473鍛造公差鍛造公差 由于設備精度或技術差異，鍛件實際尺寸由于設備精度或技術差異，鍛件實際尺寸達不到公稱尺寸，允許存在一定的誤差，就是鍛造公差。達不到公稱尺寸，允許存在一定的誤差，就是鍛造公差。鍛件上各部分不論是否需機械加工，都應注明鍛造公差；鍛件上各部分不論是否需機械加工，都應注明鍛造公差；通常，鍛造公差為余量的通常，鍛造公差為余量的1/41/3；確定余量必須保證確定余量必須保證鍛件在機械加

29、工時能獲得所需要的零件鍛件在機械加工時能獲得所需要的零件尺寸和尺寸和粗糙度；粗糙度；選擇選擇余量和公差時根據(jù)工廠的實際情況來定。余量和公差時根據(jù)工廠的實際情況來定。484檢驗用試樣及工藝夾頭檢驗用試樣及工藝夾頭 供鍛后組織性能檢驗以及方便鍛供鍛后組織性能檢驗以及方便鍛后熱處理的吊掛和機械加工的夾持等后熱處理的吊掛和機械加工的夾持等。5繪制鍛件圖繪制鍛件圖 在鍛造余量、公差和各種余塊確定后，便可在鍛造余量、公差和各種余塊確定后，便可繪制鍛件圖。繪制鍛件圖。 鍛件的外形用鍛件的外形用粗實線粗實線描繪，標出鍛造公稱尺寸和公差，同描繪，標出鍛造公稱尺寸和公差，同時在公稱尺寸后面或下面標出零件尺寸并加上

30、括號以示區(qū)別時在公稱尺寸后面或下面標出零件尺寸并加上括號以示區(qū)別。為了幫助了解成品零件的形狀和便于鍛后檢查余量，應在。為了幫助了解成品零件的形狀和便于鍛后檢查余量，應在鍛件圖上用鍛件圖上用假想線（雙點劃線或細實線），假想線（雙點劃線或細實線），描繪出描繪出零件零件的輪的輪廓形狀。廓形狀。49 一一張完善的鍛件圖，除必須表明鍛件的形狀尺寸，余量張完善的鍛件圖，除必須表明鍛件的形狀尺寸，余量公差，材料牌號，鍛后熱處理方法和要求外，個別重要零件公差，材料牌號，鍛后熱處理方法和要求外，個別重要零件，還應在鍛件圖中表明截取機械性能實驗，金相組織試樣的，還應在鍛件圖中表明截取機械性能實驗，金相組織試樣的方

31、向和位置以及其它特殊要求。方向和位置以及其它特殊要求。 典典型型鍛鍛件件圖圖 50二、二、坯料質量和坯料質量和尺寸尺寸的確定的確定1坯料質量的坯料質量的計算計算 坯料的重量包括坯料的重量包括鍛件質量鍛件質量和和損耗質量損耗質量。損耗系損耗系數(shù)指火耗、切除料頭與沖孔芯料等的損耗。即：數(shù)指火耗、切除料頭與沖孔芯料等的損耗。即： G坯坯=(G鍛鍛 + G芯芯+ G切切)(1+)式中式中 G鍛鍛 鍛件重量鍛件重量(kg)，依公稱尺寸確定；，依公稱尺寸確定； G芯芯 沖孔芯料損失，取決于沖孔方式；沖孔芯料損失，取決于沖孔方式； G切切 拔長后切除料頭的損失，取決于切除部位的尺拔長后切除料頭的損失，取決于

32、切除部位的尺寸；寸； 鋼料加熱燒損率鋼料加熱燒損率512坯料尺寸的計算坯料尺寸的計算 頭道工序用鐓粗法鍛造時頭道工序用鐓粗法鍛造時，為避免彎曲，高徑比應小于，為避免彎曲，高徑比應小于2.5，為便于下料，高徑比應大于，為便于下料，高徑比應大于1.25。即。即 從而可得從而可得 圓坯料直徑：圓坯料直徑：D0 = (0.81.0) 方坯料邊長方坯料邊長 a0 = (0.750.9) 3V坯001.25H /D2.5G/V坯坯3V坯當頭道工序為拔長時當頭道工序為拔長時，原坯料直徑應按鍛件最大截面積，原坯料直徑應按鍛件最大截面積S鍛鍛, 并考慮鍛比并考慮鍛比KL和修整量等要求來確定和修整量等要求來確定：

33、 S坯坯KLS鍛鍛 即即D0 = 1.13KLS鍛鍛 再按國家材料規(guī)格再按國家材料規(guī)格，圓整到標準，圓整到標準直徑或標準邊長，然后計直徑或標準邊長，然后計算坯料高度（下料長度）算坯料高度（下料長度）： 圓坯圓坯料：料： 方坯料方坯料 ： 200H = V/a坯200H = V /( /4 D )坯3鋼錠規(guī)格選擇鋼錠規(guī)格選擇 第一種第一種方法（計算法）方法（計算法）先先根據(jù)各種損耗求出利用率根據(jù)各種損耗求出利用率 = 1-(冒口冒口 + 錠底錠底 + 燒損燒損)100%式中式中 碳素鋼鋼錠：碳素鋼鋼錠：冒口冒口 = 18%25%，錠底錠底 = 5%7% 合金鋼鋼錠：合金鋼鋼錠：冒口冒口 = 25

34、%30%，錠底錠底 = 7%10% 然后然后計算鋼錠的計算計算鋼錠的計算G錠錠 G錠錠=(G鍛鍛 + G損損)式中式中 G損損 除冒口、錠底及燒損外的損耗量。除冒口、錠底及燒損外的損耗量。 最后按最后按G錠參照有關鋼錠規(guī)格表選取相應規(guī)格的鋼錠。錠參照有關鋼錠規(guī)格表選取相應規(guī)格的鋼錠。54 第二種方法第二種方法(經驗法經驗法)：根據(jù)鍛件類型，參照經驗資料先定出概略的鋼錠利用率根據(jù)鍛件類型，參照經驗資料先定出概略的鋼錠利用率，然后求得鋼錠的計算質量然后求得鋼錠的計算質量 G錠錠 = G鍛鍛再從有關鋼錠規(guī)格表中，選取所需的鋼錠規(guī)格。再從有關鋼錠規(guī)格表中，選取所需的鋼錠規(guī)格。55三三、制訂變形工藝和確

35、定鍛造比、制訂變形工藝和確定鍛造比內容內容：確定鍛件成形必須采用的：確定鍛件成形必須采用的變形工序變形工序（自由（自由鍛鍛成形的基本工序、輔助工藝和修整成形的基本工序、輔助工藝和修整工序），工序），以以及各及各變形工序的順序變形工序的順序和和計算坯料工序尺寸計算坯料工序尺寸等等 各類鍛件變形工序的選擇，應根據(jù)鍛件的各類鍛件變形工序的選擇，應根據(jù)鍛件的形形狀、尺寸和技術要求狀、尺寸和技術要求，結合各，結合各鍛造工序的變形特鍛造工序的變形特點點，參考有關典型工藝而具體確定。，參考有關典型工藝而具體確定。56各各工序坯料尺寸設計和工序選擇是同時進行的，在確工序坯料尺寸設計和工序選擇是同時進行的，在確

36、定各工序毛坯尺寸時應注意：定各工序毛坯尺寸時應注意： 坯料尺寸必須符合變形規(guī)則。如鐓粗時的高坯料尺寸必須符合變形規(guī)則。如鐓粗時的高徑比徑比小于小于2.52.5等等。 應考慮各工序變形時坯料尺寸的變化規(guī)律。應考慮各工序變形時坯料尺寸的變化規(guī)律。如沖孔時坯料高度略有減小，擴孔時坯料高度略有增如沖孔時坯料高度略有減小，擴孔時坯料高度略有增加等。加等。 鍛件最后需要精整時，應留有修整量。鍛件最后需要精整時，應留有修整量。 大鍛件須多火次完成時，應考慮中間各火次大鍛件須多火次完成時，應考慮中間各火次加熱的可能性。加熱的可能性。57四、鍛造比的確定四、鍛造比的確定 鍛造比是表示鍛造比是表示鍛件變形程度鍛件

37、變形程度的一種方法，也是保的一種方法，也是保證鍛件質量的一個重要指標。應合理選擇鍛造比。證鍛件質量的一個重要指標。應合理選擇鍛造比。 型材型材一般經過大變形的鍛軋，組織性能均得到改善，一般經過大變形的鍛軋，組織性能均得到改善，一般不須考慮鍛造比。一般不須考慮鍛造比。 鋼錠鋼錠的鍛造必須考慮鍛造比。的鍛造必須考慮鍛造比。 一般要求鍛造比一般要求鍛造比大于大于3。58典型鍛件的鍛造比見表典型鍛件的鍛造比見表鍛件名稱鍛件名稱 計算部位計算部位 鍛造比鍛造比 鍛件名稱鍛件名稱 計算部位計算部位 鍛造比鍛造比 碳素鋼軸碳素鋼軸類鍛件類鍛件 最大截面最大截面 2.02.5 2.02.5 錘錘 頭頭 最大截

38、面最大截面 2.5 2.5 合金鋼軸合金鋼軸類鍛件類鍛件 最大截面最大截面 2.53.0 2.53.0 水輪機主水輪機主軸軸 軸軸 身身 2.5 2.5 熱軋輥熱軋輥 輥輥 身身 2.53.0 2.53.0 水輪機立水輪機立柱柱 最大截面最大截面 3.0 3.0 冷軋輥冷軋輥 輥輥 身身 3.55.0 3.55.0 模模 塊塊 最大截面最大截面 3.0 3.0 齒輪軸齒輪軸 最大截面最大截面 2.53.0 2.53.0 航空用大航空用大型鍛件型鍛件 最大截面最大截面 6.08.0 6.08.0 59 在使用鍛錘進行鍛造時，必須正確選擇合適的設備在使用鍛錘進行鍛造時，必須正確選擇合適的設備。用小

39、的設備鍛造太大的鍛件，鍛件內部鍛不透，而且。用小的設備鍛造太大的鍛件，鍛件內部鍛不透，而且生產率低。生產率低。 反之，小型鍛件用太大的設備進行鍛造速度慢，打反之，小型鍛件用太大的設備進行鍛造速度慢，打擊力不易控制，也是不適宜的。擊力不易控制，也是不適宜的。五、設備噸位的計算與選擇五、設備噸位的計算與選擇 根據(jù)根據(jù)作用在坯料上力的性質，自由鍛設備分為作用在坯料上力的性質，自由鍛設備分為鍛錘鍛錘和和液壓機液壓機兩大類。兩大類。60 鍛錘產生沖擊力使金屬坯鍛錘產生沖擊力使金屬坯料變形。料變形。鍛錘的噸位是以落下鍛錘的噸位是以落下部分的質量來表示的部分的質量來表示的。生產中。生產中常使用的鍛錘是常使用

40、的鍛錘是空氣錘空氣錘和和蒸汽蒸汽空氣錘空氣錘?？諝忮N空氣錘利用電動機利用電動機帶動活塞產生壓縮空氣，使錘帶動活塞產生壓縮空氣，使錘頭上下往復運動進行錘擊。它頭上下往復運動進行錘擊。它的特點是結構簡單，操作方便，的特點是結構簡單，操作方便，維護容易，但噸位較小，只能維護容易，但噸位較小，只能用來用來鍛造鍛造100kg以下的小型鍛以下的小型鍛件件。蒸汽空氣錘蒸汽空氣錘采用蒸汽和采用蒸汽和壓縮空氣作為動力，其噸位稍壓縮空氣作為動力，其噸位稍大，大，可用來生產質量小于可用來生產質量小于1500kg的的鍛件鍛件。 61 正確選擇鍛錘的噸位，需要考慮正確選擇鍛錘的噸位，需要考慮變形面積、鍛件的材質和變變形

41、面積、鍛件的材質和變形溫度形溫度。精確計算選擇鍛錘的噸位，需要。精確計算選擇鍛錘的噸位，需要計算材料的變形力計算材料的變形力。 在實際工作中在實際工作中采用采用查表法查表法，既快，既快又方便又方便。 液壓機產生靜壓力使金屬坯料液壓機產生靜壓力使金屬坯料變形。目前大型水壓機可達萬噸以變形。目前大型水壓機可達萬噸以上，能鍛造上，能鍛造300300噸的鍛件。由于靜壓噸的鍛件。由于靜壓力作用時間長，容易達到較大的鍛力作用時間長，容易達到較大的鍛透深度，故液壓機鍛造可獲得整個透深度，故液壓機鍛造可獲得整個斷面為細晶粒組織的鍛件。斷面為細晶粒組織的鍛件。液壓機液壓機是大型鍛件的唯一成形設備，大型是大型鍛件

42、的唯一成形設備，大型先進液壓機的生產常標志著一個國先進液壓機的生產常標志著一個國家工業(yè)技術水平發(fā)達的程度家工業(yè)技術水平發(fā)達的程度。另外。另外，液壓機工作平穩(wěn)，金屬變形過程，液壓機工作平穩(wěn)，金屬變形過程中無振動，噪音小，勞動條件較好中無振動，噪音小，勞動條件較好。但液壓機設備龐大、造價高。但液壓機設備龐大、造價高。 624.5 大型鍛件自由鍛工藝特點大型鍛件自由鍛工藝特點 大型鍛件泛指在大噸位鍛壓設備上鍛造的大型鍛件泛指在大噸位鍛壓設備上鍛造的外形尺外形尺寸和重量較大寸和重量較大的鍛件，其中主要是大型自由鍛件，通的鍛件，其中主要是大型自由鍛件，通常把常把一萬一萬KN以上的鍛造水壓機或以上的鍛造水

43、壓機或5t以上自由鍛錘上鍛以上自由鍛錘上鍛造的重型鍛件，稱為造的重型鍛件，稱為大型鍛件大型鍛件。63 大型鍛件生產的主要特點：大型鍛件生產的主要特點： 質量要求嚴格質量要求嚴格 質量可靠、性能優(yōu)良等冶金質量、鍛質量可靠、性能優(yōu)良等冶金質量、鍛造、熱處理技術的優(yōu)化與控制、質量分析與測試技術等有造、熱處理技術的優(yōu)化與控制、質量分析與測試技術等有關。關。 工藝過程復雜工藝過程復雜 包括：冶煉、鑄錠、加熱、鍛造、粗包括：冶煉、鑄錠、加熱、鍛造、粗加工、熱處理等。工藝環(huán)節(jié)多、周期長、連續(xù)性強、集體加工、熱處理等。工藝環(huán)節(jié)多、周期長、連續(xù)性強、集體勞動、生產技術復雜。勞動、生產技術復雜。 生產費用高生產費

44、用高 材料、能源、工具、設備等消耗大，所材料、能源、工具、設備等消耗大，所以提高材料利用率、降低消耗、減少廢品率，在技術上和以提高材料利用率、降低消耗、減少廢品率，在技術上和經濟上具有重要的意義。經濟上具有重要的意義。64幾個主要問題：幾個主要問題：一、鋼錠冶煉質量的一、鋼錠冶煉質量的提高提高大型鍛件多用鋼錠直接鍛造，優(yōu)質鋼錠的生產是大型鍛件多用鋼錠直接鍛造，優(yōu)質鋼錠的生產是優(yōu)質大型鍛件制造的基礎優(yōu)質大型鍛件制造的基礎；鋼錠中夾雜物少，鋼質純凈度好，結晶結構合理鋼錠中夾雜物少，鋼質純凈度好，結晶結構合理，鋼錠缺陷少；，鋼錠缺陷少；1）提高煉鋼用原材料的質量；）提高煉鋼用原材料的質量；2）采用實

45、用的爐外精煉技術；）采用實用的爐外精煉技術；3）發(fā)展電爐煉鋼，淘汰平爐煉鋼；）發(fā)展電爐煉鋼，淘汰平爐煉鋼；4）改進連鑄技術，嚴格控制澆注溫度和澆注速度）改進連鑄技術，嚴格控制澆注溫度和澆注速度.65二二、大型鋼錠的加熱特點大型鋼錠的加熱特點橫截面橫截面尺寸大，加熱時內外溫度差比中小型鍛坯尺寸大，加熱時內外溫度差比中小型鍛坯大得多，大得多，溫度應力、組織應力和殘余應力溫度應力、組織應力和殘余應力等問題等問題要充分要充分重視；重視；制訂制訂嚴格的嚴格的加熱規(guī)范加熱規(guī)范，保證鋼錠充分均勻，保證鋼錠充分均勻熱透；熱透；對于高合金鋼鍛件，還要進行對于高合金鋼鍛件，還要進行高溫擴散高溫擴散，以減少，以減少偏析和不均勻結構的影響。偏析和不均勻結構的影響。66三、鍛造對鋼錠組織三、鍛造對鋼錠組織和性能的影響和性能的影響1破碎鑄態(tài)組織，細化晶粒破碎鑄態(tài)組織，細化晶粒 變形程度達到一定值，鑄變形程度達到一定值，鑄態(tài)的粗晶、樹枝狀晶以及晶界物質被擊