1、第5章 自由鍛工藝過程第第5 5章章 自由鍛工藝過程自由鍛工藝過程自由鍛工藝過程的實質是利用簡單的工自由鍛工藝過程的實質是利用簡單的工具逐步改變坯料的形狀、尺寸和狀態，以具逐步改變坯料的形狀、尺寸和狀態，以獲得所要求形狀、尺寸和性能的鍛件的加獲得所要求形狀、尺寸和性能的鍛件的加工程序工程序. .第5章 自由鍛工藝過程對于碳鋼和低合金鋼的中小型鍛件，在對于碳鋼和低合金鋼的中小型鍛件，在鍛造時主要是成形問題，要求掌握金屬的鍛造時主要是成形問題，要求掌握金屬的流動規律。流動規律。對于大型鍛件和高合金鋼鍛件，因為用對于大型鍛件和高合金鋼鍛件，因為用鋼錠為原材料，鍛造時的關鍵是質量問題，鋼錠為原材料，鍛

2、造時的關鍵是質量問題，除了提高原材料冶金質量外，還應從鍛造除了提高原材料冶金質量外，還應從鍛造工藝方面采取措施。工藝方面采取措施。自由鍛研究的主要內容是：自由鍛研究的主要內容是：第5章 自由鍛工藝過程 5.1 自由鍛件的分類和鍛造過程自由鍛件的分類和鍛造過程餅塊類鍛件餅塊類鍛件主要有圓盤、葉輪等零件的毛坯。主要有圓盤、葉輪等零件的毛坯。其特征是橫向尺寸大于高度尺寸，其特征是橫向尺寸大于高度尺寸，或兩者相近，或兩者相近，工序工序：墩粗（基本工序）；倒棱、：墩粗（基本工序）；倒棱、滾圓、平整（輔助和修整工序）等滾圓、平整（輔助和修整工序）等工步。工步。第5章 自由鍛工藝過程l 空心類鍛件：它包括各

3、種圓環、齒圈、軸承環和各種圓空心類鍛件：它包括各種圓環、齒圈、軸承環和各種圓筒、缸體、空心軸等，其特征是均帶有內孔，并且內孔筒、缸體、空心軸等，其特征是均帶有內孔，并且內孔直徑較大，鍛造的基本工序有鐓粗、沖孔、芯軸擴孔、直徑較大，鍛造的基本工序有鐓粗、沖孔、芯軸擴孔、芯軸拔長。芯軸拔長。工序工序： 基本工序：基本工序： 墩粗、沖孔、擴孔或墩粗、沖孔、擴孔或芯軸拔長芯軸拔長 輔助和修整工序：輔助和修整工序：倒棱、滾圓、校正等倒棱、滾圓、校正等工步工步第5章 自由鍛工藝過程軸桿類鍛件軸桿類鍛件主要有傳動軸、軋輥、主要有傳動軸、軋輥、立柱、拉桿等零件。立柱、拉桿等零件。工序工序： 基本工序：拔長基本

4、工序：拔長或或 墩粗墩粗+ +拔長工步拔長工步 輔助和修整工序：倒輔助和修整工序：倒棱、滾圓工步棱、滾圓工步第5章 自由鍛工藝過程曲軸類鍛件曲軸類鍛件 工序：工序： 基本工序：基本工序：拔長、錯移和扭轉等拔長、錯移和扭轉等工步工步 輔助和修整工序：輔助和修整工序：分段壓痕、局部倒棱、分段壓痕、局部倒棱、滾圓和校正等工步滾圓和校正等工步1 下料 2 壓槽 3錯移 4 壓槽 5 壓出和 6 壓槽 7 摔出中間，兩端軸頸 8 扭轉，和拐各扭30 第5章 自由鍛工藝過程彎曲類鍛件彎曲類鍛件 工序工序： 基本工序：基本工序： 拔長、彎曲工步拔長、彎曲工步 輔助和修整工序：輔助和修整工序：分段壓痕、滾圓和

5、平分段壓痕、滾圓和平整等工步整等工步復雜形狀類鍛件：主復雜形狀類鍛件：主要有閥體、叉桿、吊要有閥體、叉桿、吊環體、十字軸等零件。環體、十字軸等零件。鍛造難度較大。鍛造難度較大。第5章 自由鍛工藝過程自由鍛件的分類自由鍛件的分類第5章 自由鍛工藝過程第5章 自由鍛工藝過程5.2 自由鍛件變形工藝過程的確定自由鍛件變形工藝過程的確定 自由鍛件變形工藝過程的確定就是確自由鍛件變形工藝過程的確定就是確定基本工序、輔助工序、修整工序，以及定基本工序、輔助工序、修整工序，以及確定各變形工序順序和中間坯料尺寸等確定各變形工序順序和中間坯料尺寸等。 制定工藝過程規程是編制自由鍛規程制定工藝過程規程是編制自由鍛

6、規程最重要的一部分最重要的一部分。第5章 自由鍛工藝過程5.3 5.3 自由鍛件工藝過程規程的制定自由鍛件工藝過程規程的制定1 1根據零件圖繪制鍛件圖；根據零件圖繪制鍛件圖；2 2決定坯料的質量和尺寸；決定坯料的質量和尺寸；3 3制訂變形工藝過程及選用工具；制訂變形工藝過程及選用工具；4 4選擇鍛壓設備；選擇鍛壓設備；5 5確定鍛造溫度范圍、加熱和冷卻規范；確定鍛造溫度范圍、加熱和冷卻規范；6 6確定熱處理規范；確定熱處理規范；7 7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；8 8填寫工藝過程卡片等。填寫工藝過程卡片等。第5章 自由鍛工藝過程1. 1.繪制鍛件圖繪制鍛件圖作用

7、：編制鍛造工藝、設計工具指導生產和驗收鍛件的主要依據。它是根據零件圖考慮了加工余量鍛造公差、鍛造余塊、檢驗試樣及工藝卡頭等繪制而成。第5章 自由鍛工藝過程加工余量加工余量自由鍛自由鍛工藝規程自由鍛工藝規程繪制鍛件圖繪制鍛件圖鍛 件 余 量1) 1)加工余量：鍛件表面留有加工余量：鍛件表面留有供機械加工的金屬層。供機械加工的金屬層。機械機械加工余量的大小取決于零件加工余量的大小取決于零件的形狀和尺寸，精度和光潔的形狀和尺寸，精度和光潔度要求，同時還考慮到生產度要求，同時還考慮到生產條件，如工具、設備精度和條件，如工具、設備精度和工人操作技術水平等工人操作技術水平等。第5章 自由鍛工藝過程(2)鍛

8、造公差：實際鍛造生產中，如鍛時測量誤差終鍛溫度的差異，工人技術水平等，鍛件實際尺寸不可能達到鍛件的公稱尺寸，允許有一定的誤差，叫做鍛造公差。鍛造公差約為加工余量的1/41/3.（310）(240)(680)( 190)280235012760121203( 110) 142+3-4( 130) 2304鍛件公差鍛件公差第5章 自由鍛工藝過程鍛件的余量和公差鍛件的余量和公差具體數值可查閱有具體數值可查閱有關手冊，或按照工關手冊，或按照工廠標準確定。廠標準確定。第5章 自由鍛工藝過程鍛造余塊鍛造余塊敷料3)3)鍛造余塊：為了鍛造余塊：為了簡化鍛件外形，在簡化鍛件外形，在零件上較小的孔、零件上較小的

9、孔、小臺階等難鍛造的小臺階等難鍛造的的地方需要填滿金的地方需要填滿金屬，這部分附加的屬，這部分附加的金屬叫鍛造余塊。金屬叫鍛造余塊。第5章 自由鍛工藝過程4)4)檢驗試樣檢驗試樣及操作夾頭及操作夾頭對于有特殊要求的鍛件，需要在試樣特殊位置添加熱處理或機械加工用夾頭。圖 夾頭及余塊第5章 自由鍛工藝過程5)5)繪制鍛件圖：鍛件圖用粗實線繪制，為了便于了解零件的繪制鍛件圖：鍛件圖用粗實線繪制，為了便于了解零件的形狀和檢查鍛后的實際余量，在鍛件圖內用假想線繪出零件形狀和檢查鍛后的實際余量，在鍛件圖內用假想線繪出零件簡單形狀。鍛件的尺寸和公差標注在尺寸線上面，零件的尺簡單形狀。鍛件的尺寸和公差標注在尺

10、寸線上面，零件的尺寸加括號標注在尺寸線下面，如圖上無法表示的某些條件，寸加括號標注在尺寸線下面，如圖上無法表示的某些條件，可以技術條件的方式加以說明。可以技術條件的方式加以說明。第5章 自由鍛工藝過程2.2.確定坯料重量和尺寸確定坯料重量和尺寸 （鋼材和鋼錠）（鋼材和鋼錠）1 1）坯料重量）坯料重量G G坯坯為鍛件重量與鍛造時各種為鍛件重量與鍛造時各種金屬損耗重量之和金屬損耗重量之和。G坯 = （G鍛+ G芯+ G切）（1+%）第5章 自由鍛工藝過程2 2）坯料尺寸確定與所用工序有關）坯料尺寸確定與所用工序有關。 V V坯坯=G=G坯坯/（計算出體積）（計算出體積）當頭道工序用鐓粗時，為避免彎

11、曲，應使當頭道工序用鐓粗時，為避免彎曲，應使1.251.25HH0 0/D/D0 02.52.5第5章 自由鍛工藝過程工序尺寸設計和工序選擇同時進行的，確定工序尺寸時應注意下列各點：工序尺寸必須符合各工序的規則，如鐓粗時坯料高徑比應小于2.5-3；必須估計到各工序變形時坯料尺寸的變化，例如沖孔時坯料高度有所減小，擴孔時坯料高度略有增加等；應保證鍛件各個部分有適當的體積，采用壓痕或壓肩進行分段在鍛造最后進行精整有一定的修整留量；多火鍛造大型鍛件時，應注意中間各火次加熱的可能性。第5章 自由鍛工藝過程3 3）鋼錠的選擇）鋼錠的選擇。 第5章 自由鍛工藝過程3. 3. 鍛比（鍛造比）的確定鍛比（鍛造

12、比）的確定鍛比大小反映了鍛造對鍛件組織和力學性能的鍛比大小反映了鍛造對鍛件組織和力學性能的影響，表示鍛件在鍛造成形時變形程度，是保證鍛件影響，表示鍛件在鍛造成形時變形程度，是保證鍛件品質的一個重要指標。品質的一個重要指標。 其計算方法是按拔長或鐓粗前后鍛件的截面比或其計算方法是按拔長或鐓粗前后鍛件的截面比或高度比來計算。如有多次的鐓粗、拔長，則總鍛造比高度比來計算。如有多次的鐓粗、拔長，則總鍛造比等于分鍛造比之和。等于分鍛造比之和。K總總=K1+K2+-第5章 自由鍛工藝過程2）鍛比對鍛件組織和性能的影響 一般規律是：鍛造過程隨鍛比增大，由于內部孔隙焊合，鑄態組織打碎，鍛件的縱向和橫向機械性能

13、均得列明顯提高當鍛比超過一定數值后形成纖維組織橫向機械性能急劇下降導致鍛件出現各向異性鍛比是衡量鍛件性能的一個重要指標。 用鋼材鍛制鍛件性能均已得到改善，一般不需考慮鍛比；用鋼錠鍛制的大型鍛件必需考慮鍛比。零件技術條件提出鍛比要求，以技術條件要求選取鍛件的鍛比，技術條件沒有規定鍛比，則應根據材料化學成分零件受力情況鋼錠的大小等因素權衡利弊擇優選取第5章 自由鍛工藝過程當零件受力方向與纖維方向一致時：取鍛比為當零件受力方向與纖維方向一致時：取鍛比為4 4；重要鍛件：采用鐓粗拔長聯合工藝，鍛比要求重要鍛件：采用鐓粗拔長聯合工藝，鍛比要求高達高達6 68 8。一般結構鋼鍛件：取鍛比為一般結構鋼鍛件：

14、取鍛比為2 22.52.5；第5章 自由鍛工藝過程第5章 自由鍛工藝過程4.4.選定設備噸位選定設備噸位理論計算法：根據塑性成形原理建立的公理論計算法：根據塑性成形原理建立的公式算出鍛件成形所需的最大變形力（或變形式算出鍛件成形所需的最大變形力（或變形功），選取設備噸位功），選取設備噸位。第5章 自由鍛工藝過程經驗類比法：在統計分析生產實踐經驗類比法：在統計分析生產實踐數據的基礎上，整理出經驗公式、表格數據的基礎上，整理出經驗公式、表格或圖線，根據鍛件某些主要參數（如質或圖線，根據鍛件某些主要參數（如質量、尺寸、接觸面積），直接按公式、量、尺寸、接觸面積），直接按公式、表格或圖線選取設備噸位。

15、表格或圖線選取設備噸位。 第5章 自由鍛工藝過程5 .5 .制訂自由鍛工藝規程卡制訂自由鍛工藝規程卡 鍛造工藝規程卡上需填寫工藝過程規程制鍛造工藝規程卡上需填寫工藝過程規程制定的所有內容。它包括下料方法、工序、火定的所有內容。它包括下料方法、工序、火次、加熱設備、加熱及冷卻規范、鍛造設備、次、加熱設備、加熱及冷卻規范、鍛造設備、鍛件鍛后處理等等。鍛件鍛后處理等等。第5章 自由鍛工藝過程5.3 5.3 制定自由鍛工藝過程規程舉例制定自由鍛工藝過程規程舉例圖圖5.11齒輪鍛件圖齒輪鍛件圖圖圖5.10 齒輪零件圖齒輪零件圖（1 1）設計、繪制鍛件圖）設計、繪制鍛件圖第5章 自由鍛工藝過程圖圖5-12

16、 齒輪鍛造工藝過程示意圖齒輪鍛造工藝過程示意圖 1-下料下料 2-鐓粗鐓粗 3-墊環局部鐓粗墊環局部鐓粗 4-沖孔沖孔 5-沖子擴孔沖子擴孔 6-修整修整（2 2）確定變形工序及工序尺寸）確定變形工序及工序尺寸第5章 自由鍛工藝過程 （3 3）計算坯料尺寸）計算坯料尺寸坯料體積要考慮鍛件體積、沖孔坯料體積要考慮鍛件體積、沖孔心料體積和燒損體積。心料體積和燒損體積。（4 4）選擇設備噸位）選擇設備噸位根據鍛件形狀尺寸查有關手冊根據鍛件形狀尺寸查有關手冊而定。而定。（5 5）確定鍛造溫度范圍）確定鍛造溫度范圍4545鋼的始鍛溫度為鋼的始鍛溫度為12001200，終，終鍛溫度為鍛溫度為800800。

17、第5章 自由鍛工藝過程(6) 填寫工藝卡第5章 自由鍛工藝過程5.4 大型自由鍛件的鍛造特點（250噸-600噸）5.4.1工藝的特點有以下幾方面： 采用鋼錠鍛造，固有缺陷較為嚴重，與大型鍛件要求高質量造成了尖銳的矛盾； 大型鍛件截面尺寸大，給鍛造操作來很大困難。而且會使鍛造加熱過程發生變化，如需長時間的加熱，引起晶粒長大；較大的內應力易出現裂紋；變形難于深透到鍛件的中心部，心部缺陷不易鍛合； 鍛后熱處理工藝復雜； 有較全面的質量檢查項目。第5章 自由鍛工藝過程 5.4.2 鍛造對金屬組織和性能的影響1）鍛造對金屬組織的影響 細化晶粒；改善夾雜物分布； 形成纖維組織；鍛合孔隙第5章 自由鍛工藝過程纖維方向：a扁鋼 b六方型鋼 c 鐓鍛法第5章 自由鍛工藝過程孔隙鍛合第5章 自由鍛工藝過程2）鍛造對金屬性能的影響： 通過鍛造，缺陷得到鍛合，晶粒破碎，組織結構的致密性、均勻性都有所提高，綜合力學性能得到提高。當繼續增加鍛造比，由于形成了纖維組織，橫向塑性、韌性指標明顯低于縱向，出現了異向性。 第5章 自由鍛工藝過程5.4.3提高質量工藝措施第5章 自由