FundamentalofMechanicalMachiningTechnology機械加工基礎第二節鍛造第一節鍛造方法第二節鍛造工藝規程的制訂第三節鍛件結構工藝性第二章鍛造鍛造：在加壓設備及工具作用下，使坯料、鑄錠產生局部或全部的塑性變形，以獲得一定尺寸、形狀和質量的鍛件的加工方法。第一節鍛造方法一、自由鍛定義：指用簡單的通用工具，或在鍛造設備的上下砧間直接使坯料變形而獲得所需的幾何形狀及內部質量鍛件的方法。設備：鍛錘中小型鍛件液壓錘大型件電動空氣錘5噸蒸氣錘6500噸鍛壓機3噸蒸氣錘1.自由鍛工序

（1）基本工序：使金屬坯料實現主要的變形要求，達到或基本達到鍛件所需形狀和尺寸的工序。

鐓粗：坯料高度減小、橫截面積增大的鍛造工序。

拔長：坯料橫截面積減小、長度增加的鍛造工序。

沖孔：在坯料上沖出透孔或不透孔的鍛造工序。

扭轉：坯料的一部分相對于另一部分繞其軸線旋轉一定角度的鍛造工序。

錯移：坯料的一部分相對于另一部分錯移開，保持軸心平行的鍛造工序。

切割：將坯料分成幾部分或部分地割開的鍛造工序。（2）輔助工序：指進行基本工序之前的預變形工序。（3）精整工序：在完成基本工序之后，用以提高鍛件尺寸及位置精度的工序。2.鍛件分類及基本工序方案自由鍛-鐓粗自由鍛-拔長自由鍛-沖孔自由鍛-彎曲自由鍛-扭轉自由鍛-錯移二、模鍛定義：利用鍛模使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法。特點：由于金屬是在模膛內變形，其流動受到模壁的限制，因而模鍛生產的鍛件尺寸精確、加工余量較小、結構可以較復雜，而且生產率高。適用：模鍛生產廣泛應用在機械制造業和國防工業中。模鍛按使用的設備不同分為：錘上模鍛、曲柄壓力機上模鍛、摩擦壓力機上模鍛、胎模鍛等。

1.錘上模鍛設備：蒸汽-空氣模鍛錘鍛模模膛分類模鍛模膛：由于金屬在此種模膛中發生整體變形，故作用在鍛模上的抗力較大。種類：

終鍛模膛：模鍛最后成形用的模膛。

鍛件冷卻時要收縮，終鍛模膛的尺寸應比鍛件尺寸放大一個收縮量。

飛邊槽：在模膛四周，促進金屬更好充滿模膛，同時容納多余的金屬

連皮：模鍛不能直接獲得通孔，留有一層較薄的金屬預鍛模膛使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，這樣再進行終鍛時，金屬容易充滿終鍛模膛。減少了終鍛模膛的磨損，延長鍛模的使用壽命。預鍛模膛與終鍛模膛的主要區別：預鍛模膛的圓角和斜度較大，沒有飛邊槽。

對于形狀簡單或批量不夠大的模鍛件也可以不設預鍛模膛。

制坯模膛

拔長模膛：用來減小坯料某部分的橫截面積，以增加該部分的長度。當模鍛件沿軸向橫截面積相差較大時，常采用這種模膛進行拔長。拔長模膛分為開式和閉式。

滾壓模膛：在坯料長度基本不變的前提下用它來減小坯料某部分的橫截面積，以增大另一部分的橫截面積。

滾壓模膛分為開式和閉式兩種：

當模鍛件沿軸線的橫截面積相差不很大或對拔長后的毛坯作修整時，采用開式滾壓模膛。當模鍛件的截面相差較大時，則應采用閉式滾壓模膛。

滾壓操作時需不斷翻轉坯料，但不作送進運動。彎曲模膛：對于彎曲的桿類模鍛件，需采用彎曲模膛來彎曲坯料。坯料可直接或先經其它制坯工步后放入彎曲模膛進行彎曲變形。切斷模膛：它是在上模與下模的角部組成的一對刃口，用來切斷金屬。單件鍛造時，用它從坯料上切下鍛件或從鍛件上切下鉗口；多件鍛造時，用它來分離成單個鍛件。根據模鍛件的復雜程度不同，所需變形的模膛數量不等，可將鍛模設計成單膛鍛模或多膛鍛模。單膛鍛模是在一副鍛模上只有終鍛模膛一個模膛。如齒輪坯模鍛件就可將截下的圓柱形坯料，直接放人單膛鍛模中一次終鍛成形。多膛鍛模是在一副鍛模上具有兩個以上模膛的鍛模。如彎曲連桿模鍛件的鍛模即為多膛鍛模。優點：錘上模鍛設備投資較少;

鍛件質量較好;

適應性強;

可以實現多種變形工步;

鍛制不同形狀的鍛件.缺點：錘上模鍛震動大、噪聲大;

完成一個變形工步往往需要經過多次錘擊;

難以實現機械化和自動化;

生產率在模鍛中相對較低。2.曲柄壓力機上模鍛特點：(1)曲柄壓力機作用于金屬上的變形力是靜壓力，且變形抗力由機架本身承受，不傳給地基。因此曲柄壓力機工作時無震動，噪聲小。(2)滑塊行程固定，每個變形工步在滑塊的一次行程中即可完成。(3)曲柄壓力機具有良好的導向裝置和自動頂件機構，因此鍛件的余量、公差和模鍛斜度都比錘上模鍛的小。(4)曲柄壓力機上模鍛所用鍛模都設計成鑲塊式模具。（5）坯料表面上的氧化皮不易被清除掉，影響鍛件質量。曲柄壓力機上也不宜進行拔長和滾壓工步。如果是橫截面變化較大的長軸類鍛件，可采用周期軋制坯料或用輥鍛機制坯來代替這兩個工步。

適用范圍：大批量生產中鍛制中小型鍛件。優點：鍛件精度高、生產率高、勞動條件好、節省金屬等。缺點：曲柄壓力機造價高，其應用受到限制，我國僅有大型工廠使用。

3.摩擦螺旋壓力機上模鍛特點：

(1)摩擦壓力機的滑塊行程不固定，并具有一定的沖擊作用，因而可實現輕打、重打，可在一個模膛內對金屬進行多次鍛擊。這不僅能滿足實現各種主要成形工序的要求，還可以進行彎曲、壓印、熱壓、精壓、切飛邊、沖連皮及校正等工序。

(2)由于滑塊運動速度低，金屬變形過程中的再結晶可以充分進行。因而特別適合于鍛造低塑性合金鋼和非鐵金屬(如銅合金)等。但也因此其生產率較低。(3)由于滑塊打擊速度不高，設備本身具有頂料裝置，故可以采用整體式鍛模，也可以采用特殊結構的組合式模具，使模具設計和制造簡化、節約材料、降低成本。同時，可以鍛制出形狀更為復雜、敷料和模鍛斜度都較小的鍛件。此外，還可將軸類鍛件直立起來進行局部鐓粗。(4)摩擦壓力機承受偏心載荷的能力差，通常只適用于單膛鍛模進行模鍛。對于形狀復雜的鍛件，需要在自由鍛設備或其它設備上制坯。優點：結構簡單、造價低、投資少、使用及維修方便、基建要求不高、工藝用途廣泛等。適用范圍：摩擦壓力機上模鍛適合于中小型鍛件的小批或中批量生產，如鉚釘、螺釘、螺母、配汽閥、齒輪、三通閥等。我國中小型鍛造車間大多擁有這類設備。4.胎模鍛定義：在自由鍛設備上使用可移動模具生產模鍛件的一種鍛造方法。特點：胎模鍛一般采用自由鍛方法制坯，然后在胎模中成形。種類：主要有扣模、筒模、合模（1）扣模扣模用來對坯料進行全部或局部扣形，以生產長桿非回轉體鍛件。也可以為合模鍛造進行制坯。用扣模鍛造時，坯料不轉動。扣模（2）筒模筒模主要用于鍛造齒輪、法蘭盤等盤類鍛件。組合筒模由于有兩個半模(增加一個分模面)的結構，可鍛出形狀更復雜的胎模鍛件，擴大了胎模鍛的應用范圍。（3）合模合模由上模和下模組成，并有導向結構，可鍛造形狀復雜、精度較高的非回轉體鍛件。合模胎模鍛特點及適用范圍優點：由于胎模結構較簡單，可提高鍛件的精度，不需昂貴的模鍛設備，擴大了自由鍛生產的范圍。缺點：胎模易損壞，較其它模鍛方法生產的鍛件精度低，勞動強度大。適用企業：胎模鍛只適用于沒有模鍛設備的中小型工廠中生產中小批量鍛件。常用鍛造方法比較鍛造方法應用范圍生產率質量模具特點模具壽命環境自由鍛小中大件單件小批低低震動噪聲大錘上模鍛中小件大批量高中鍛模固定模膛復雜造價高中震動噪聲大曲柄壓力機中小件大批量高高組合模有導柱導套、頂出裝置較高較小摩擦壓力機小件中批量可精密鍛較高較高單膛鍛模中較小胎模鍛中小件中小批較高中簡單、不固定取換方便較低震動噪聲大第二節鍛造工藝規程的制訂

制訂工藝規程、編寫工藝卡片是進行鍛造生產必不可少的技術準備工作，是組織生產過程、規定操作規范、控制和檢查產品質量的依據。鍛造工藝規程主要內容:

繪制鍛件圖坯料重量和尺寸的確定鍛造工序(工步)的確定一、繪制鍛件圖鍛件圖根據零件圖繪制，在零件圖的基礎上考慮了機械加工余量、鍛造公差、余塊等之后繪制的圖形。1.余塊、機械加工余量和鍛造公差余塊：為了簡化零件的形狀和結構、便于鍛造而增加的一部分金屬。如消除零件上的鍵槽增加的金屬。機械加工余量：為了保證機械加工最終獲得所需的尺寸而允許保留的多余金屬。鍛件公差：是鍛件名義尺寸的允許變動量。2.分模面分模面是指上下鍛模在模鍛件上的分界面。選定分模面的原則是：應保證模鍛件能從模膛中取出來。一般情況，分模面應選在模鍛件的最大截面處。應使上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致，以便在安裝鍛模和生產中容易發現錯模現象，及時而方便地調整鍛模位置。分模面應選在能使模膛深度最淺的位置上。這樣有利于金屬充滿模膛，便于取件，并有利于鍛模的制造。選定的分模面應使零件上所加的余塊最少。分模面最好是一個平面，以便于鍛模的制造，并防止鍛造過程中上下鍛模錯動。3．模鍛斜度

為便于從模膛中取出鍛件，鍛件與模膛側壁接觸部分需帶一定斜度。模鍛斜度與模膛深度和寬度有關。錘上模鍛，模鍛斜度一般為5°～15°。內壁斜度比外壁大2°～5°。4．模鍛圓角半徑模鍛圓角：指模鍛件中斷面形狀和平面形狀變化部位棱角的圓角和拐角處的圓角。作用：圓角結構可使金屬易于充滿模膛，避免鍛模的尖角處產生裂紋，減緩鍛件外尖角處的磨損，從而提高鍛模的使用壽命。同時可增大鍛件的強度。大小：模鍛件外圓角半徑(r)取1.5～12mm，內圓角半徑(R)比外圓角半徑大2～3倍。模膛越深圓角半徑的取值就越大。5.連皮厚度

當模鍛件的孔徑大于25mm時，應將該孔形鍛出。由于模鍛無法鍛出通孔，需在孔中留出沖孔連皮，其厚度依孔徑而定。當孔徑為25～80mm時，沖孔連皮的厚度取4～8mm。

齒輪坯的模鍛鍛件圖。分模面選在鍛件高度方向的中部。零件的輪輻部分不加工，故不留加工余量。圖中內孔中部的兩條水平直線為沖孔連皮切除后的痕跡線。

二、坯料重量和尺寸的確定坯料重量可按下式計算：G坯料=G鍛件+G燒損+G料頭式中：G坯料——坯料重量；

G鍛件——鍛件重量；

G燒損——加熱中坯料表面因氧化而燒損的重量；第一次加熱取被加熱金屬重量的2%～3%；以后各次加熱的燒損量取1.5%～2.0%。

G料頭——鍛造過程中沖掉或被切掉的那部分金屬的重量。

坯料的尺寸根據坯料重量和幾何形狀確定，還應考慮坯料在鍛造中所必須的變形程度，即鍛造比的問題：對于以鋼錠作為坯料并采用拔長方法鍛制的鍛件，鍛造比一般不小于2.5～3。對性能要求高的鍛件，鍛造比值還可以大些。如果采用軋材作坯料，則鍛造比可取1.3～1.5。三、鍛造工序的確定

鍛造工序都是根據工序特點和鍛件類型來確定的。自由鍛工序參閱表3—1選定。模鍛工步根據模鍛件的形狀和尺寸確定。模鍛件按形狀和結構可分為兩大類：

(1)長軸類模鍛件(2)短軸類模鍛件(1)長軸類模鍛件

鍛件的長度與寬度之比較大，如臺階軸、曲軸、連桿、彎曲搖臂等。

在鍛造過程中，錘擊方向垂直于鍛件的軸線。終鍛時，金屬沿高度與寬度方向流動，而沿長度方向沒有顯著的流動。常選用拔長、滾壓、彎曲、預鍛和終鍛等工步。

對于小型長軸類鍛件，為了減少鉗口料和提高生產率，常采用一根棒料同時鍛造出幾個鍛件的方法。因此應增設切斷工步，將已鍛好的模鍛件分離開。

有一些模鍛件選用周期軋制材料作坯料時，可以省去拔長、滾壓等工步，簡化模鍛過程，并可顯著提高生產率。(2)短軸類模鍛件

在分模面上的投影為圓形或長度接近于寬度或直徑的鍛件，如齒輪、法蘭盤等。在鍛造過程中，錘擊方向與坯料軸線相同。終鍛時金屬沿高度、寬度及長度方向均產生流動。常選用鐓粗、預鍛、終鍛等工步。形狀簡單的短軸類模鍛件，可只選用終鍛工步成形。形狀復雜、有深孔或有高筋結構的模鍛件，則應增加鐓粗工步。四、鍛造工藝規程中的其它內容

采用熱變形進行鍛造時，必須按鍛件材質及其合金狀態圖確定始鍛溫度和終鍛溫度。同時還應確定加熱規范(如加熱速度、保溫溫度和時間等)和冷卻規范(如冷卻方式等)。這對高合金鋼鍛件尤為重要，以防止因熱應力引起變形或開裂而報廢。無論用哪種方法進行鍛造，都必須根據鍛件重量、鍛造方法等因素，選定相應的設備(如加熱設備、鍛造設備等)和確定鍛后所必須的輔助工序(如校正、切飛邊、沖連皮、清理、熱處理等)。第三節鍛件結構的工藝性

設計鍛造成形的零件時，除應滿足使用性能要求外，還必須考慮鍛造工藝的特點，即鍛造成形的零件結構要具有良好的工藝性。這樣可使鍛造成形方便，節約金屬，保證質量和提高生產率。一、自由鍛件的結構工藝性

1.自由鍛鍛件若有錐體或斜面結構，將使鍛造工藝復雜，操作不方便，降低設備的使用效率。2.鍛件若由數個簡單幾何體構成時，幾何體間的交接處不應形成空間曲線。采用自由鍛方法極難成形，應改成平面與圓柱、平面與平面相接的結構。3.自由鍛鍛件上不應設計出加強筋、凸臺、工字形截面或空間曲線形表面。4.自由鍛鍛件