第四章 自由锻造

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1、第四章第四章 自由锻造自由锻造4-1 自由锻造设备自由锻造设备一、自由锻锤一、自由锻锤 产生冲击力使金属变形的，生产中使用的自由锻锤是空气锤产生冲击力使金属变形的，生产中使用的自由锻锤是空气锤和蒸汽和蒸汽- -空气自由锻锤。空气自由锻锤。 自由锻锤的吨位是用落下部分（包括上砧、锤头和工作缸活自由锻锤的吨位是用落下部分（包括上砧、锤头和工作缸活塞）质量来表示，空气锤的吨位用一般为塞）质量来表示，空气锤的吨位用一般为501000公斤。蒸汽公斤。蒸汽- -空气自由锻锤的吨位，一般为空气自由锻锤的吨位，一般为110吨。吨。二、水压机二、水压机 水压机是以静压力使金属变形的。水压机的吨位用所能产生水压机

2、是以静压力使金属变形的。水压机的吨位用所能产生的最大压力来表示，一般为的最大压力来表示，一般为5150MN。 水压机靠静压力工作，无振动，变形速度低（水压机上砧速水压机靠静压力工作，无振动，变形速度低（水压机上砧速度约为度约为0.10.3m/s；锻锤锤头速度可达；锻锤锤头速度可达78m/s)，有利于改，有利于改善材料的可锻性，并容易达到较大的锻透深度。常用于大型锻件善材料的可锻性，并容易达到较大的锻透深度。常用于大型锻件的生产，所锻钢锭质量可达的生产，所锻钢锭质量可达300吨以上。吨以上。 1工作缸工作缸 2工作柱工作柱塞塞3上横梁上横梁 4活动横活动横梁梁5立柱立柱 6下横梁下横梁7回程缸回

3、程缸 8回程柱回程柱塞塞9回程横梁回程横梁 10拉杆拉杆11上砧上砧 12下砧下砧4-2 自由锻概述自由锻概述一、自由锻的特点一、自由锻的特点 自由锻时利用锻压设备的砧块或锤头及一些简单自由锻时利用锻压设备的砧块或锤头及一些简单的工具，使被加热的金属产生塑性变形，从而得到所的工具，使被加热的金属产生塑性变形，从而得到所需尺寸、形状和性能的锻件的一种锻造加工方法。需尺寸、形状和性能的锻件的一种锻造加工方法。 自由锻造工艺特点：自由锻造工艺特点： 所用工具简单，通用性强，灵活性大，适合单件和小所用工具简单，通用性强，灵活性大，适合单件和小批量锻件的生产。批量锻件的生产。 自由锻件工具只与毛坯部分接

4、触，所需设备功率比模自由锻件工具只与毛坯部分接触，所需设备功率比模锻要小得多，所以自由锻也适于锻造大型锻件。锻要小得多，所以自由锻也适于锻造大型锻件。 自由锻是靠人工操作来控制锻件形状和尺寸的，锻件自由锻是靠人工操作来控制锻件形状和尺寸的，锻件的精度与操作者的技术程度有很大关系，故锻件的精的精度与操作者的技术程度有很大关系，故锻件的精度低，材料消耗大。度低，材料消耗大。 劳动强度较大，生产效率较低。劳动强度较大，生产效率较低。二、自由锻工序与锻件的分类二、自由锻工序与锻件的分类1. 自由锻工序分类自由锻工序分类 根据变形性质和变形程度的不同，自由锻工序分根据变形性质和变形程度的不同，自由锻工序

5、分为：基本工序、辅助工序和修整工序。为：基本工序、辅助工序和修整工序。（1）基本工序：改变坯料的形状和尺寸以达到锻件基本）基本工序：改变坯料的形状和尺寸以达到锻件基本成形的工序，包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、成形的工序，包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移等。最常用的是镦粗、拔长、冲孔。扭转、错移等。最常用的是镦粗、拔长、冲孔。（2）辅助工序：为了方便基本工序的操作，而使坯料预）辅助工序：为了方便基本工序的操作，而使坯料预先产生某些局部变形的工序。如压钳口、倒棱和切肩。先产生某些局部变形的工序。如压钳口、倒棱和切肩。（3）修整工序：修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面）修整工序：修整

6、锻件的最后尺寸和形状，消除表面的不平和歪扭，使锻件达到图纸要求的工序。如修整的不平和歪扭，使锻件达到图纸要求的工序。如修整鼓形、平整端面、校直弯曲。鼓形、平整端面、校直弯曲。2. 自由锻件分类自由锻件分类4-3 自由锻基本工序自由锻基本工序一、镦粗一、镦粗 使锻件高度减小，横截面增大的使锻件高度减小，横截面增大的锻造工序，称为镦粗锻造工序，称为镦粗。1. 镦粗的作用镦粗的作用（1）用于饼块类锻件的成形；）用于饼块类锻件的成形；（2）用于空心类锻件的制坯。使冲孔前）用于空心类锻件的制坯。使冲孔前的坯料两端平整、截面增大；的坯料两端平整、截面增大；（3）锻造轴杆类锻件时，镦粗与拔长相）锻造轴杆类锻

7、件时，镦粗与拔长相结合可以提高锻造比；结合可以提高锻造比；（4）对于钢锭，采用镦粗加拔长，以提）对于钢锭，采用镦粗加拔长，以提高锻比，改善锻件的力学性能；高锻比，改善锻件的力学性能；（5）去除加热后坯料表面的氧化皮。）去除加热后坯料表面的氧化皮。2. 镦粗的主要方法镦粗的主要方法 主要有：平砧镦粗、局部镦粗主要有：平砧镦粗、局部镦粗和垫环镦粗。和垫环镦粗。3. 镦粗变形分析镦粗变形分析（1）金属流动特点）金属流动特点 镦粗时，随着高度的减小，金属镦粗时，随着高度的减小，金属不断向四周流动。由于坯料和砧面之不断向四周流动。由于坯料和砧面之间的摩擦，镦粗后坯料的侧面将变成间的摩擦，镦粗后坯料的侧面

8、将变成鼓形，同时造成坯料内部变形不均匀。鼓形，同时造成坯料内部变形不均匀。 通过网格法的镦粗实验，根据坯通过网格法的镦粗实验，根据坯料内部变形的不均匀程度，坯料可以料内部变形的不均匀程度，坯料可以分为三个变形区。分为三个变形区。区域区域：（难变形区）（难变形区） 工具与坯料端面之间摩擦力最大，该工具与坯料端面之间摩擦力最大，该区变形十分困难，称为区变形十分困难，称为“难变形区难变形区”。 在接触面上，由于中心处的金属流动在接触面上，由于中心处的金属流动还受到外层的阻碍，愈靠近中心部分还受到外层的阻碍，愈靠近中心部分受到的摩擦阻力愈大，变形愈困难。受到的摩擦阻力愈大，变形愈困难。 在平板间热镦粗

9、坯料时，与工具结触在平板间热镦粗坯料时，与工具结触的上下端金属由于温度降低快，变形的上下端金属由于温度降低快，变形抗力大，变形愈困难。抗力大，变形愈困难。区域区域：（大变形区）（大变形区） 受摩擦的影响小，温度降低也慢，受摩擦的影响小，温度降低也慢，“大变形区大变形区”。应力状态也有利于变。应力状态也有利于变形。形。区域区域：（小变形区）（小变形区） 受摩擦的影响小，温度降低稍慢，介受摩擦的影响小，温度降低稍慢，介于于、之间，称为之间，称为“小变形区小变形区”。 （2）从变形流动特点分析产生质量问题的原因从变形流动特点分析产生质量问题的原因 区金属变形程度小、温度低，故镦粗锭料时此区铸态组织不

10、区金属变形程度小、温度低，故镦粗锭料时此区铸态组织不易破碎和再结晶，结果仍保留粗大的铸态组织。易破碎和再结晶，结果仍保留粗大的铸态组织。区金属变形区金属变形程度大、温度高，铸态组织被破碎和再结晶充分，形成细小晶程度大、温度高，铸态组织被破碎和再结晶充分，形成细小晶粒的锻态组织，锭料中部的原有间隙也被焊合了。（内部组织粒的锻态组织，锭料中部的原有间隙也被焊合了。（内部组织不均匀）不均匀） 区变形大，区变形大，区变形小，区变形小，区金属向外流动时便对区金属向外流动时便对区金属区金属作用有径向压应力，并使其在切向受拉应力。愈靠近坯料表面作用有径向压应力，并使其在切向受拉应力。愈靠近坯料表面切向拉应力

11、愈大。当切向拉应力超过材料的强度极限或切向变切向拉应力愈大。当切向拉应力超过材料的强度极限或切向变形超过材料允许的变形程度时，便引起纵向裂纹。低塑性材料形超过材料允许的变形程度时，便引起纵向裂纹。低塑性材料由于抗剪切的能力弱，常在侧表面产生由于抗剪切的能力弱，常在侧表面产生45方向的裂纹。方向的裂纹。 不同高径比尺寸的毛坯进行镦粗时，产生的鼓形特征和内部变不同高径比尺寸的毛坯进行镦粗时，产生的鼓形特征和内部变形分布也不同，参见下图。形分布也不同，参见下图。 双鼓形双鼓形 失稳弯曲失稳弯曲1）高径比）高径比 1H0/D02 有鼓形，出现侧面金属向表面转移现象；有鼓形，出现侧面金属向表面转移现象；