1第七章鍛壓成形工藝鍛造成形自由鍛模膛鍛

自由鍛—指將金屬坯料放在鍛造設備的上下抵鐵之間，施加沖擊力或壓力，使之產生自由變形而獲得所需形狀的成形方法。

坯料在鍛造過程中，除與上下砥鐵或其它輔助工具接觸的部分表面外，都是自由表面，變形不受限制，鍛件的形狀和尺寸靠鍛工的技術來保證，所用設備與工具通用性強。

自由鍛主要用于單件、小批生產，也是大型鍛件的唯一生產方法。2模型鍛造

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將加熱到鍛造溫度的金屬坯料放在具有一定形狀的模鍛模膛內受壓、變形，獲得鍛件的方法。特點：1）生產率高；

2）鍛件的尺寸精度和表面質量高；3）材料利用率高；4）可鍛造形狀較復雜的零件；5）模具成本高、設備昂貴；6）鍛件不能任意大。一般不得超過150kg。第七章鍛壓成形工藝模鍛按使用的設備不同分為：胎模鍛錘上模鍛壓力機上模鍛3第一節自由鍛自由鍛生產所用工具簡單，具有較大的通用性，因而它的應用范圍較為廣泛。可鍛造的鍛件質量由不及1kg到3000t。在重型機械中，自由鍛是生產大型和特大型鍛件的惟一成形方法。

4一、自由鍛設備鍛錘沖擊力壓力機（靜壓力）

以壓力代替錘鍛時的沖擊力，適用于鍛造大型鍛件。可達3000T空氣錘它由電動機直接驅動，打擊速度快，錘擊能量小，適用于小型鍛件；65~750Kg蒸汽—空氣錘

利用蒸汽或壓縮空氣作為動力，適用于中小型鍛件。630Kg~5T水壓機油壓機落下部分總重量=活塞+錘頭+錘桿滑塊運動到下始點時所產生的最大壓力鍛錘噸位=壓力機噸位=54噸拱式自由鍛電液錘上重，世界最大的1.65萬噸自由鍛液壓機6自由鍛的工序可分為基本工序、輔助工序和精整工序三大類。

(1)基本工序是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。

(2)輔助工序是指進行基本工序之前的預變形工序。如倒棱、壓肩等。

(3)精整工序是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。二、自由鍛工序7基本工序1）鐓粗使坯料整體或一部分高度減小、截面積增大的工序稱為鐓粗。鐓粗有完全鐓粗、局部鐓粗和墊環鐓粗等82）拔長2）拔長使坯料橫截面減小而長度增加的鍛造工序稱為拔長主要用于：軸桿類鍛件成形，其作用是改善鍛件內部質量。拔長的種類：有平砥鐵拔長、芯軸拔長、芯軸擴孔等。93）沖孔采用沖子將坯料沖出透孔或不透孔的鍛造工序叫沖孔。a）薄坯料沖孔b）厚坯料沖孔1－沖頭2－坯料3－墊環4－芯料

在薄坯料上沖通孔時，可用沖頭一次沖出。若坯料較厚時，可先在坯料的一邊沖到孔深的2／3深度后，拔出沖頭，翻轉工件，從反面沖通，以避免在孔的周圍沖出毛刺104）彎曲是將毛坯彎成所需形狀的工序在進行彎曲變形前，先要將毛坯鍛成所需形狀，使體積合理分配，便于獲得合格產品。115）扭轉將毛坯一部分相對于另一部分繞其軸線旋轉一定角度的工序。126）切割將毛坯一部分或幾部分切掉以獲得所需形狀的鍛件的工序。自由鍛工序13三、零件的自由鍛結構工藝性避免錐體和斜面結構幾何體間的交接處不應形成空間曲線鍛造具有錐體或斜面結構的鍛件，需制造專用工具，鍛件成形也比較困難圓柱面與圓柱面相交，鍛件成形十分困難。平面相交，消除了空間曲線，使鍛造成形容易14自由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自由鍛件橫截面若有急劇變化或形狀較復雜時，應設計成有幾個簡單件構成的組合體，再焊接或機械連接方法連接。零件的自由鍛結構工藝性自由鍛工序15第二節模膛鍛造形成一、胎膜鍛造形成胎膜不是固定在自由鍛錘上，使用時放上去，不用時取下來。與自由成型相比，胎模成型具有較高的生產率，鍛件質量好，節省金屬材料，降低鍛件成本。與模鍛相比，節約了設備投資，簡化了模具制造。但鍛件質量比模鍛低，勞動強度大，安全性差，模具壽命短，生產率低。胎模鍛適用于小型鍛件的小批量生產，多用在沒有模鍛設備的中小型工廠中。胎模鍛造成型是在自由鍛設備上，使用可移動的胎模生產鍛件的鍛造方法。1617圖

胎模種類a）摔模b）扣模c）開式套筒模d）閉式套筒模e）合模1）摔模，用于鍛造回轉體鍛件；2）扣模，用于平整側面；3）套筒模，用于鐓粗鍛件；4）合模，用于鍛造比較復雜的鍛件。胎模結構可分為以下幾類，如圖所示。齒輪坯的胎膜鍛18實質：是通過塑性變形迫使坯料在鍛模模膛內成形。胎膜固定在自由鍛錘上。

固定模膛成型工藝主要分為錘上模膛成型工藝和壓力機上模膛成型工藝。錘上模鍛成型用于大批量鍛件生產。所用設備有蒸汽-空氣錘、無砧座錘、高速錘等。壓力機上模膛成型常用的設備有曲柄壓力機、摩擦壓力機和平鍛機、模鍛水壓機等。二、固定模膛鍛造成形（錘上模鍛）19錘上模鍛所用設備為模鍛錘，由它產生的沖擊力使金屬變形。圖7-1所示為一般工廠中常用的蒸汽一空氣模鍛錘。該種設備上運動副之間的間隙小，運動精度高，可保證鍛模的合模準確性。模鍛錘的噸位(落下部分的重量)為1～16t，可鍛制150kg以下的鍛件。20

錘上模鍛生產所用的鍛模如圖所示。上模2和下模4分別用楔鐵10、7固定在錘頭1和模墊5上，模墊用楔鐵6固定在砧座上。上模隨錘頭作上下往復運動。9為模膛，8為分模面，3為飛邊槽。2122模膛模鍛模膛制坯模膛拔長模膛終鍛模膛預鍛模膛滾壓模膛彎曲模膛切斷模膛第二節鍛模模膛及其功用錘上模鍛用的鍛模模膛根據功用的不同，可分為：231.預鍛模膛預鍛模膛的作用是：使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，終鍛時，金屬容易充滿終鍛模膛。同時減少了終鍛模膛的磨損，以延長鍛模的使用壽命。一、模鍛模膛預鍛模膛和終鍛模膛的區別：

預鍛模膛的圓角、斜度較大，沒有飛邊槽。

終鍛模膛的圓角、斜度較小，有飛邊槽。242.終鍛模膛終鍛模膛的作用是：是使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸，因此它的形狀應和鍛件的形狀相同。沿模膛四周有飛邊槽，用以增加金屬從模膛中流出的阻力，促使金屬充滿模膛，同時容納多余的金屬。終鍛后無法加工通孔而留下的一薄層金屬，稱為沖孔連皮。終鍛模膛的尺寸應比鍛件尺寸放大一個收縮量。鋼件收縮量取1.5%25對形狀復雜的模鍛件,為使坯料形狀基本接近模鍛件形狀，使金屬能合理分布和很好地充滿模鍛模膛，就必須預先在制坯模鏜內制坯，因而設制坯模膛。二、制坯模膛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兩種.一般情況下，把它設置在鍛模的邊緣處。生產中進行拔長操作時。坯料除向前送進外并需不斷翻轉。1、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。26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。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。2、滾壓模膛滾壓操作時需不斷翻轉坯料，但不作送進運動。

27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。彎曲后的坯料需翻轉90°再放入模鍛模膛中成形。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。3、彎曲模膛4、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。28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

。29彎曲連桿多模膛模鍛過程30下料→加熱

模鍛前需將坯料在加熱爐中加熱到規定的始鍛溫度，要均勻熱透。模鍛

坯料從開始變形到最后成形，一般都是在鍛模的相應模膛里經過幾個模鍛工步完成的。切邊和沖孔從終鍛工步得到的鍛件一般都帶有飛邊和沖孔連皮，須在切邊壓力機上將它們切除。校正熱處理模鍛件熱處理的目的是調整硬度，消除內應力，細化晶粒和為最終熱處理作好組織準備。模鍛件常用的熱處理有退火、正火和調質等。表面清理表面清理的方法有滾筒清理、噴丸清理、酸洗和砂輪打磨等。檢驗

模鍛件質量檢驗是保證質量的必要措施。第三節錘上模鍛工藝設計31模鍛生產的工藝規程包括：制訂鍛件圖、計算坯料尺寸、確定模鍛工步（選模膛）、選擇設備及安排修整工序等。最主要是鍛件圖的制定和模鍛工步的確定。模鍛鍛件圖的制定是設計和制造鍛模、計算坯料、檢查鍛件的依據。32一、

模鍛件圖繪制繪制模鍛件圖時應考慮的幾個問題：1)選擇模鍛件的分模面分模面是指上下鍛模在模鍛件上的分界面。它在鍛件上的位置是否合適，關系到鍛件成形、鍛件出模、材料利用率及鍛模加工等一系列問題。選定分模面的原則是：(1)

應保證模鍛件能從模膛中取出來。如圖7-8所示輪形件，把分模面選定在a－a面時，已成形的模鍛件就無法取出。一般情況，分模面應選在模鍛件的最大截面處。3334

(2)

按選定的分模面制成鍛模后，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。圖7-8中的c－c面被選定為分模面，就不符合此原則。35(3)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。圖7－8中的b-b面，就不適合作分模面。36(4)選定的分模面應使零件上所加的敷料最少。圖7－8中的b-b面被選作分模面時，零件中間的孔不能鍛出來，孔部金屬都是敷料，既浪費金屬，又增加了切削加工的工作量。所以該面不宜作分模面。37

(5)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。按上述原則綜合分析，圖7-8中的d-d面是最合理的分模面。3839敷料為了簡化零件形狀、便于鍛造而增加的一部分金屬稱為敷料(也稱為余塊)。如消除零件上的鍵槽、窄環形溝槽、齒谷或尺寸相差不大的臺階結構而增加的金屬均屬敷料。機械加工余量

零件的加工表面上為機械加工而增加的一層金屬。鍛件公差

鍛件的實際尺寸與名義尺寸之間所允許的偏差，稱為鍛件公差。2)確定敷料、機械加工余量和尺寸公差機械加工余量一般為：

1~4mm鍛造公差一般取：

±0.3～3mm403）設計模鍛斜度外壁斜度：5~70內壁斜度：7~120當模膛寬度b小而深度h大時，模鍛斜度要取大些。模鍛件上平行于錘擊方向（垂直于分模面）的表面必須有斜度，以便取出鍛件。模鍛斜度與模鏜深度和寬度有關。415）確定沖孔連皮d<25mm的孔，一般不鑄出或壓出球形凹坑；d>25mm的孔，不能直接模鍛，須在孔內保留一層連皮；連皮厚度：當d=30~80mm，=4~8mm。4）設計模鍛圓角外圓角：r=1.5~12mm內圓角：R=（2~3）r鍛件上所有交角均做成圓角，可以易于充滿模膛，避免尖角處產生裂紋，減緩鍛件外尖角處的磨損。d42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。繪圖時：粗實線表示鍛件的形狀；雙點劃線表示鍛件的分模面和零件的輪廓形狀。齒輪坯的模鍛鍛件圖431、鍛造工序(工步)的確定采用模鍛方法生產模鍛件時，其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)盤類模鍛件二、

模鍛工步的確定及模膛種類的選擇同一個模鍛上的模鍛工序稱為模鍛工步。要根據模鍛件的形狀和尺寸來確定。44(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(圖3-30)。此類鍛件在鍛造過程中，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。45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(下圖)，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。46(2)盤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(圖3—32)。盤類模鍛件47此類模鍛件在鍛造過程中，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。

對于形狀簡單的短軸類模鍛件，可只選用終鍛工步成形。

對于形狀復雜、有深孔或有高筋結構的模鍛件，則應增加鐓粗工步。修正工序切邊；沖孔；校正；熱處理；清理。48三、模鍛件結構工藝性1.

模鍛件必須具有一個合理的分模面，保證易于從鍛模中取出鍛件，敷料消耗最少、鍛模容易制造；2.模鍛件上與捶擊方向平行的非加工表面應設計出模鍛斜度；非加工表面所形成的角都應按模鍛圓角設計。3.避免設計深孔、多孔結構；圖7-15中4-20mm孔不能鍛出。圖7-15494.為了使金屬容易充滿模膛和減少工序，模鍛件外形應力求簡單、平直和對稱。盡量避免模鍛件截面間差別過大，或具有薄壁、高筋、高臺等結構。

零件的小截面直徑與大截面直徑之比為0.5，就不符合模鍛生產的要求。模鍛件扁而薄，模鍛時，薄部金屬冷卻快，變形抗力劇增，易損壞鍛模。零件有一個高而薄的凸緣，金屬難以充滿模膛，且使鍛模制造和成形后取出鍛件較為困難。設計成圖d所示形狀，使之易于鍛制成形。505.形狀復雜、不易模鍛的鍛件應采用鍛-焊組合工藝。減少敷料，簡化模鍛工藝。51錘上模鍛優點：雖具有設備投資較少，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，蒸汽效率低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。第四節壓力機上模鍛52一．摩擦壓力機上模鍛5354鍛模分別安裝在滑塊7和機座10上。滑塊與螺桿1相連，沿導軌9上下滑動。螺桿穿過固定在機架上的螺母2，其上端裝有飛輪3。兩個摩擦盤4同裝在一根軸上，由電動機5經皮帶6使摩擦盤軸旋轉。改變操縱桿位置可使摩擦盤軸沿軸向串動，這樣就會把某一個摩擦盤靠緊飛輪邊緣，借摩擦力帶動飛輪轉動。飛輪分別與兩個摩擦盤接觸，產生不同方向的轉動，螺桿也就隨飛輪做不同方向的轉動。在螺母的約束下，螺桿的轉動變為滑塊的上下滑動，實現模鍛生產。一．摩擦壓力機上模鍛55摩擦壓力機上模鍛的特點：(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。56優點和適用范圍優點：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。

所以我國中小型鍛造車間大多擁有這類設備。57曲柄壓力機是一種機械式壓力機，其傳動系統如圖所示。當離合器7在結合狀態時，電動機1的轉動通過帶輪2、3、傳動軸4和齒輪5、6傳給曲柄8，再經曲柄連桿機構使滑塊10做上下往復直線運動。曲柄壓力機的噸位一般是

2000～120000kN二、曲柄壓力機上模鍛58視頻

熱模鍛壓力機59

(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。模膛由鑲塊4、5構成。鑲塊用螺栓8和壓板9固定在模板6、7上。導柱3用來保證上下模之間的最大合模精度。頂桿1和2的端面形成模膛的一部分。這種組合模制造簡單，更換容易，節省貴重的模具材料。

(5)坯料表面上的氧化皮不易被清除掉，影響鍛件質量。滑塊行程固定,曲柄壓力機上也不宜進行拔長和滾壓工