II第二章锻压.ppt

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1、 锻压是对坯料施锻压是对坯料施加外力，使其产生塑加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用形状及改善性能，用以制造机械零件、工以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工件或毛坯的成形加工方法。方法。 它是它是锻造与冲压的锻造与冲压的总称总称，属于压力加工，属于压力加工的范畴。的范畴。 第一节第一节 概概 述述1 1、锻压、锻压锻压设备锻压设备锻造通常都将金属坯料加热至锻造通常都将金属坯料加热至高温高温在塑性在塑性状态下进行，主要有自由锻和模锻。状态下进行，主要有自由锻和模锻。冲压加工的对象主要是冲压加工的对象主要是金属薄板金属薄板，一般在，一般在常温常温下进行，又称板料

2、冲压或冷冲压。下进行，又称板料冲压或冷冲压。 通过铸造方法得到的金属坯件大多不能直通过铸造方法得到的金属坯件大多不能直接使用，还需要进一步的加工成形，如轧制、接使用，还需要进一步的加工成形，如轧制、挤压、拉拔等。挤压、拉拔等。2 2、锻压加工的基本方式、锻压加工的基本方式: :、锻压特点：、锻压特点： 1）锻件的各种力学性能明显好于相同化学成分）锻件的各种力学性能明显好于相同化学成分的铸件。的铸件。金属铸锭经塑性变形后，铸造组织的金属铸锭经塑性变形后，铸造组织的内部缺陷如气孔、缩孔、微裂纹等得到焊合，内部缺陷如气孔、缩孔、微裂纹等得到焊合，再结晶后可细化晶粒。再结晶后可细化晶粒。2 2）冲压件

3、具有重量轻、精度高、刚性好等优点。）冲压件具有重量轻、精度高、刚性好等优点。3）锻件形状所能达到的复杂程度不如铸件。）锻件形状所能达到的复杂程度不如铸件。锻压件是在固态成形，金属的流动受到限制。锻压件是在固态成形，金属的流动受到限制。4）锻件的成本比铸件高，材料利用率等方面也不）锻件的成本比铸件高，材料利用率等方面也不如铸件。如铸件。5）冲压件模具制造成本很高，一般只适用于大批）冲压件模具制造成本很高，一般只适用于大批量生产。量生产。五、金属的塑性变形规律五、金属的塑性变形规律第二节第二节 金属塑性成形原理金属塑性成形原理一、金属的塑性变形的实质一、金属的塑性变形的实质二、塑性变形对金属组织与

4、性能的影响二、塑性变形对金属组织与性能的影响三、锻造流线和锻造比三、锻造流线和锻造比四、金属的锻造性能四、金属的锻造性能塑性变形的主要方式滑移塑性变形的主要方式滑移 将一个表面经过抛光的纯锌将一个表面经过抛光的纯锌单晶体进行拉伸试验，在试样单晶体进行拉伸试验，在试样的表面上出现了许多互相平行的表面上出现了许多互相平行的倾斜线条的痕迹，称为滑移的倾斜线条的痕迹，称为滑移带。带。 锌单晶体拉伸试验示意图锌单晶体拉伸试验示意图（a a）变形前试样）变形前试样 （b b）变形后试样）变形后试样 指晶体的一部分沿一定的指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分晶面和晶向相对于另一部分发生相对滑动位移

5、的现象。发生相对滑动位移的现象。 滑移滑移一、金属的塑性变形的实质一、金属的塑性变形的实质1、单晶体的塑性变形、单晶体的塑性变形 晶体滑移后，在其表面上出现滑移痕迹，通晶体滑移后，在其表面上出现滑移痕迹，通常称为滑移带。在电子显微镜下观察还会发现，常称为滑移带。在电子显微镜下观察还会发现，任何一条滑移带实际上都是由若干条滑移线组成任何一条滑移带实际上都是由若干条滑移线组成的。的。 滑移带滑移带滑移带和滑移系的示意图滑移带和滑移系的示意图 滑移的机理滑移的机理 大量的理论和试验研究的结果证明，滑移是通过大量的理论和试验研究的结果证明，滑移是通过位错在滑移面上的运动来实现的。位错在滑移面上的运动来

6、实现的。 晶体中通过位错运动而造成滑移的示意图晶体中通过位错运动而造成滑移的示意图 如上图，左侧有一个刃型位错，在切应力作用下该位错沿如上图，左侧有一个刃型位错，在切应力作用下该位错沿滑移面逐步向右运动，当其运动出晶体时便在右侧表面形成滑移面逐步向右运动，当其运动出晶体时便在右侧表面形成了滑移量为一个原子单蹄大小的台阶。若有大量位错移出，了滑移量为一个原子单蹄大小的台阶。若有大量位错移出，则会在金属表面形成一条滑移线。则会在金属表面形成一条滑移线。 2、多晶体的塑性变形、多晶体的塑性变形以单晶体的间隔性变形为基础，但取向不以单晶体的间隔性变形为基础，但取向不同的晶粒、晶界的存在对间隔性变形的阻

7、力同的晶粒、晶界的存在对间隔性变形的阻力增加，晶粒之间也要相互滑动和转动。增加，晶粒之间也要相互滑动和转动。多晶体的塑性变形示意图多晶体的塑性变形示意图变形前变形前变形后变形后二、塑性变形对金属组织与性能的影响二、塑性变形对金属组织与性能的影响金属在冷变形时，随变形程度的增加，强度、金属在冷变形时，随变形程度的增加，强度、硬度提高而塑性韧性下降的现象。硬度提高而塑性韧性下降的现象。1、冷变形强化（加工硬化）、冷变形强化（加工硬化）冷变形程度对低碳钢性能的影响冷变形程度对低碳钢性能的影响2、回复与再结晶、回复与再结晶扫描扫描P76图图29塑性变形使畸变的晶格牌高势能的不稳塑性变形使畸变的晶格牌高

8、势能的不稳定状态，金属原子有恢复到晶格畸变前稳定定状态，金属原子有恢复到晶格畸变前稳定状态的自发趋势。但是，在常温下绝大多数状态的自发趋势。但是，在常温下绝大多数金属的原子扩散能力都很低，只能维持不变。金属的原子扩散能力都很低，只能维持不变。如果加热，原子就能比较容易地恢复到规则如果加热，原子就能比较容易地恢复到规则化的排列，使畸变大大减轻，使冷变形强化化的排列，使畸变大大减轻，使冷变形强化现象得到一定的缓解，同时，变形引起的内现象得到一定的缓解，同时，变形引起的内应力也大大下降，这个过程称为回复。应力也大大下降，这个过程称为回复。T T回回0.3T T熔熔回复回复再结晶再结晶T T再再0.4

9、T T熔熔如果将变形金属加热到更高温度，使原子具如果将变形金属加热到更高温度，使原子具有更强的扩散能力，就能以滑移面上的碎晶块或有更强的扩散能力，就能以滑移面上的碎晶块或其他近地点为晶核，成长出与变形前明显可知结其他近地点为晶核，成长出与变形前明显可知结构相同的新的等轴晶粒，这个过程称为再结晶。构相同的新的等轴晶粒，这个过程称为再结晶。在实际生产中，金属在进行锻造或其他热变在实际生产中，金属在进行锻造或其他热变形加工时，由于变形是在远远超过其再结晶温度形加工时，由于变形是在远远超过其再结晶温度的状态下进行的，金属在间隔性塑性变形的同时的状态下进行的，金属在间隔性塑性变形的同时随即发生了再结晶。

10、因此在此过程中金属始终保随即发生了再结晶。因此在此过程中金属始终保持良好的塑性。持良好的塑性。（1）热锻）热锻 在金属再结晶温度以上进行的锻造在金属再结晶温度以上进行的锻造工艺称为热锻。在变形工艺称为热锻。在变形过程中冷变形强化和再过程中冷变形强化和再结晶同时存在，属于动态再结晶。结晶同时存在，属于动态再结晶。（2)冷锻冷锻 在室温下进行的锻造工艺称为冷锻。在室温下进行的锻造工艺称为冷锻。冷锻可以避免金属加冷锻可以避免金属加热出现的缺陷，获得较高热出现的缺陷，获得较高的精度和表面质量，并能提高工件的强度和硬的精度和表面质量，并能提高工件的强度和硬度。但冷锻变形抗力大，需用较大吨位的设备，度。但

11、冷锻变形抗力大，需用较大吨位的设备，多次变形时需增加再结晶退火和其它辅助工序。多次变形时需增加再结晶退火和其它辅助工序。目前冷锻主要局限于低碳钢、有色金属及其合目前冷锻主要局限于低碳钢、有色金属及其合金的薄件及小件加工。金的薄件及小件加工。3.3.热变形和冷变形热变形和冷变形从金属学的观点划分锻压加工的界限为再结晶温度。从金属学的观点划分锻压加工的界限为再结晶温度。（3）温锻温锻 在高于室温和低于再结晶温度范在高于室温和低于再结晶温度范围内进行的锻造工艺称为围内进行的锻造工艺称为温锻。与热锻相比，温锻。与热锻相比，坯料氧化脱碳少，有利于提高工件的精度和坯料氧化脱碳少，有利于提高工件的精度和表面

12、质量；与冷锻相比，变形抗力减小、塑表面质量；与冷锻相比，变形抗力减小、塑性增加，一般不需要预先退火、表面处理和性增加，一般不需要预先退火、表面处理和工序间退火。温锻适用于变形抗力大、冷变工序间退火。温锻适用于变形抗力大、冷变形强化敏感的高碳钢、中高合金钢、轴承钢、形强化敏感的高碳钢、中高合金钢、轴承钢、不锈钢等。不锈钢等。（4）等温锻等温锻 在锻造全过程中，温度保持恒在锻造全过程中，温度保持恒定不变的锻造方法称为等定不变的锻造方法称为等温锻。温锻。三、锻造流线和锻造比三、锻造流线和锻造比锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑

13、性杂属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性，这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性，通常称为锻造流线，又叫纤维组织。通常称为锻造流线，又叫纤维组织。锻造比是锻造时变形程度的一种表示方法。通常用变形锻造比是锻造时变形程度的一种表示方法。通常用变形前后的截面比、长度比或高度比来表示。前后的截面比、长度比或高度比来表示。锻造比对锻件的锻透程度和力学性能有很大影响。当锻锻造比对锻件的锻透程度和力学性能有很大影响。当锻造比达到造比达到2 2时，随着金属内部组织的致密化，锻件纵向和横时，

14、随着金属内部组织的致密化，锻件纵向和横向的力学性能均有显著提高；当锻造比为向的力学性能均有显著提高；当锻造比为2-52-5时，由于流线时，由于流线化的加强，力学性能出现各向异性，纵向性能虽仍略提高，化的加强，力学性能出现各向异性，纵向性能虽仍略提高，但横向性能开始下降，锻造比超过但横向性能开始下降，锻造比超过5 5后，因金属组织的致密后，因金属组织的致密度和晶粒细化度均已达到最大值，纵向性能不再提高，横向度和晶粒细化度均已达到最大值，纵向性能不再提高，横向性能却急剧下降。因此，选择适当的锻造比相当重要。一般，性能却急剧下降。因此，选择适当的锻造比相当重要。一般，碳素结构钢取碳素结构钢取2 23

15、 3，合金结构钢取，合金结构钢取3 34 4。对于某些高合金工。对于某些高合金工具钢和特殊性能的合金钢，为促进合金碳化物分布的均匀化，具钢和特殊性能的合金钢，为促进合金碳化物分布的均匀化，击碎钢中的碳化物，常采用较大的锻造比，如高速钢取击碎钢中的碳化物，常采用较大的锻造比，如高速钢取5 51212，不绣钢取，不绣钢取4 46 6。锻造比越大，锻造流线越明显；锻造流线的稳定性很高，锻造比越大，锻造流线越明显；锻造流线的稳定性很高，不能用热处理方法消除，只有经过锻压使金属变形，才能改不能用热处理方法消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。变其方向和形状。四、金属的锻造性能四、金属的锻造

16、性能 指材料在锻压加工时的难易程度。若金属指材料在锻压加工时的难易程度。若金属在锻压加工时在锻压加工时塑性好塑性好，变形抗力小变形抗力小，则，则锻造性锻造性好好；反之，则锻造性差。因此，金属及合金的；反之，则锻造性差。因此，金属及合金的锻造性常用其塑性及变形抗力来衡量。锻造性常用其塑性及变形抗力来衡量。（一）金属的本质对（一）金属的本质对锻造性能锻造性能的影响的影响（二）变形条件对（二）变形条件对锻造性能锻造性能的影响的影响纯金属一般具有良好的锻造性能纯金属一般具有良好的锻造性能。碳钢随。碳钢随碳的质量分数的碳的质量分数的增加，锻造性能逐渐变差。合增加，锻造性能逐渐变差。合金元素的加入会劣化锻

17、造性能金元素的加入会劣化锻造性能（一）金属的本质对（一）金属的本质对锻造性能锻造性能的影响的影响1 1化学成分化学成分单相组织单相组织（纯金属及固溶体）锻造性能好，（纯金属及固溶体）锻造性能好，而碳化物的锻造性能差。铸而碳化物的锻造性能差。铸态柱状晶组织和粗态柱状晶组织和粗晶结构不如细小均匀晶粒结构的金属锻造性能晶结构不如细小均匀晶粒结构的金属锻造性能好。好。2 2金属组织金属组织提高金属变形时的温度，可使原子动能增加，提高金属变形时的温度，可使原子动能增加，原子间的结合力消弱，使塑性提高，变形抗力减原子间的结合力消弱，使塑性提高，变形抗力减小，锻造性好。小，锻造性好。 （二）变形条件对（二）

18、变形条件对锻造性能锻造性能的影响的影响1变形温度变形温度但变形温度过高，但变形温度过高，晶粒晶粒将迅速长将迅速长大大，从而降，从而降低了金属及合金材料的力学性能，这种现象称为低了金属及合金材料的力学性能，这种现象称为“过热过热”。若变形温度进一步提高，接近金属材。若变形温度进一步提高，接近金属材料的熔点时，金属的晶界发生氧化，锻造时金属料的熔点时，金属的晶界发生氧化，锻造时金属及合金易及合金易沿晶界产生裂纹沿晶界产生裂纹，这种现象称为，这种现象称为“过过烧烧”。锻造温度范围是指锻件由锻造温度范围是指锻件由始锻始锻温度到温度到终锻终锻温度的温度的间隔。间隔。温度温度原子的动能原子的动能容易滑移容

19、易滑移 塑性塑性,变形抗力变形抗力变形速度指单位时间内的变形程度，变变形速度指单位时间内的变形程度，变形形速度低速度低时，金时，金属的回复和再结晶能够充分属的回复和再结晶能够充分进行，进行，塑性高、变形抗力小塑性高、变形抗力小；随变形速度的；随变形速度的增大，回复和再结晶不能及时消除冷变形强增大，回复和再结晶不能及时消除冷变形强化，使金属塑性下降，变形抗力增加，锻造化，使金属塑性下降，变形抗力增加，锻造性能变差。常用的锻压设备不可能超过临界性能变差。常用的锻压设备不可能超过临界变形速度。变形速度。2变形速度变形速度采用不同的变形方法，在金属中产生的应力状态是不采用不同的变形方法，在金属中产生的

20、应力状态是不同同的。应力状态对于塑性的影响为：的。应力状态对于塑性的影响为：压应力数目越多，塑压应力数目越多，塑性越好性越好；拉应力数目越多，塑性越差；应力状态对于变形；拉应力数目越多，塑性越差；应力状态对于变形抗力的影响为：抗力的影响为：同号应力状态下的变形抗力大于异号状态同号应力状态下的变形抗力大于异号状态下的变形抗力。下的变形抗力。所以，在选择变形方法时，对于塑性高的所以，在选择变形方法时，对于塑性高的金属，变形时出现拉应力有利于减少能量消耗；对于塑性金属，变形时出现拉应力有利于减少能量消耗；对于塑性低的金属应尽量采用三向压应力以增加塑性，防止裂纹。低的金属应尽量采用三向压应力以增加塑性

21、，防止裂纹。3应力状态应力状态几种常用锻压方法的应力状态几种常用锻压方法的应力状态 表面粗糙或有划痕、微裂纹、粗大夹杂都表面粗糙或有划痕、微裂纹、粗大夹杂都会在变形会在变形过程中产生应力集中，使缺陷扩展甚过程中产生应力集中，使缺陷扩展甚至开裂。故塑性加工前应对坯料表面进行清理至开裂。故塑性加工前应对坯料表面进行清理消除缺陷，有时甚至需要进行表面预切削去掉消除缺陷，有时甚至需要进行表面预切削去掉坯料的表层金属。坯料的表层金属。 4坯料表面质量坯料表面质量1 1体积不变条件体积不变条件由于塑性变形时金属密度的变化很小，所以由于塑性变形时金属密度的变化很小，所以可认为可认为变形前后的体积相等变形前后

22、的体积相等。 实际上，坯料在变形过程中体积有些减小。实际上，坯料在变形过程中体积有些减小。例如，钢锭锻造时，消除了内部微裂纹、疏松例如，钢锭锻造时，消除了内部微裂纹、疏松等缺陷，使金属的密度由等缺陷，使金属的密度由7.8103kg/m3提高提高到到7.85103kg/m3，但这些极小的体积变化，但这些极小的体积变化相对于坯料的体积，可以忽略不计。应使用体相对于坯料的体积，可以忽略不计。应使用体积不变定律能计算锻压零件的坯料尺寸、工序积不变定律能计算锻压零件的坯料尺寸、工序间尺寸及锻模模膛。间尺寸及锻模模膛。 五、金属的塑性变形规律五、金属的塑性变形规律不同截面金属的流动情况不同截面金属的流动情

23、况指金属变形时首先向阻力最小的方向流动。指金属变形时首先向阻力最小的方向流动。 一般地说，金属内某一质点流动阻力最小的方向一般地说，金属内某一质点流动阻力最小的方向是通过该质点向金属变形部分周边所作的法线方向，是通过该质点向金属变形部分周边所作的法线方向，因为质点沿此方向移动的距离最短，所需的变形功最因为质点沿此方向移动的距离最短，所需的变形功最小。例如，圆形截面的金属朝径向流动，方形、长方小。例如，圆形截面的金属朝径向流动，方形、长方形截面则分成四个区域分别朝垂直于四个边流动，最形截面则分成四个区域分别朝垂直于四个边流动，最后逐渐变成圆形、椭圆形（图后逐渐变成圆形、椭圆形（图13-7）。）。

24、 a)圆形截面圆形截面b)方形截面方形截面c)长方形截面长方形截面2最小阻力定律最小阻力定律 利用冲击力或静压力使经过加热的金属在锻利用冲击力或静压力使经过加热的金属在锻压设备的上、下砧间向四周压设备的上、下砧间向四周自由流动产生塑性变自由流动产生塑性变形形，获得所需锻件的加工方法称为自由锻。自由，获得所需锻件的加工方法称为自由锻。自由锻分为手工锻造和机器锻造两种。手工锻造只能锻分为手工锻造和机器锻造两种。手工锻造只能生产小型锻件，机器锻造是自由锻的主要方式。生产小型锻件，机器锻造是自由锻的主要方式。自由锻主要用于单件、小批量锻件的生产以及大自由锻主要用于单件、小批量锻件的生产以及大型锻件的生

25、产。型锻件的生产。第三节第三节 自由锻自由锻四、自由锻的特点及应用四、自由锻的特点及应用一、自由锻设备一、自由锻设备二、自由锻工艺规程的制订二、自由锻工艺规程的制订三、自由锻零件结构工艺性三、自由锻零件结构工艺性 一、自由锻设备一、自由锻设备 根据对坯料作用力的性质不同，自由锻设备根据对坯料作用力的性质不同，自由锻设备可分为产生可分为产生冲击力冲击力的锻锤的锻锤_空气锤空气锤和产生和产生静静压力压力的压力机的压力机_水压机水压机两大类。两大类。 设备设备吨位（吨位（T）锻件质量锻件质量作用力作用力动力动力空气锤空气锤 0.051100 kg冲击力冲击力电动机电动机蒸气蒸气-空气锤空气锤0.55

26、1500 kg冲击力冲击力蒸气或压缩空气蒸气或压缩空气水压机水压机500150001300T静压力静压力高压水高压水 ) 变形大、锻透深度大、变形大、锻透深度大、内部质量好，没有振动，内部质量好，没有振动，噪音小。是生产大型锻噪音小。是生产大型锻件的唯一方式。件的唯一方式。20MPa(200个大气压)0.40.9MPa(49个大气压）空气锤空气锤水压机蒸汽或压缩空气双柱拱式蒸汽锤水压机水压机二、自由锻工艺规程的制订二、自由锻工艺规程的制订（四）选定设备（四）选定设备（五）确定锻造温度范围（五）确定锻造温度范围（六）自由锻工艺规程实例（六）自由锻工艺规程实例（一）绘制锻件图（一）绘制锻件图（二）

27、计算坯料的重量和尺寸（二）计算坯料的重量和尺寸（三）选择变形工序（三）选择变形工序 锻件图是根据零件图绘制的。自由锻件的锻件图锻件图是根据零件图绘制的。自由锻件的锻件图是在零件图的基础上考虑了是在零件图的基础上考虑了加工余量、锻造公差、工加工余量、锻造公差、工艺余块艺余块等之后绘制的图（图等之后绘制的图（图2-15）。模锻件的锻件图）。模锻件的锻件图还应考虑分模面的选择、模锻斜度和圆角半径等。还应考虑分模面的选择、模锻斜度和圆角半径等。锻件图的绘制方法如下：锻件图的绘制方法如下：（一）绘制锻件图（一）绘制锻件图1.锻件的形状用粗实线，同时用双点划线描绘出零件锻件的形状用粗实线，同时用双点划线描

28、绘出零件的的形状。形状。2.锻件的尺寸和公差标注在尺寸线的上面，零件的尺锻件的尺寸和公差标注在尺寸线的上面，零件的尺寸和公差用括寸和公差用括号标注在尺寸线的下面或侧面。号标注在尺寸线的下面或侧面。3.图上无法标注的技术要求，如锻造温度范围、锻造图上无法标注的技术要求，如锻造温度范围、锻造比、氧化缺比、氧化缺陷、脱碳层深度等以技术条件方式用文字陷、脱碳层深度等以技术条件方式用文字说明。说明。典型锻件图典型锻件图锻件的余量及敷料锻件的余量及敷料余块（敷料）为简化锻件形状、便于进余块（敷料）为简化锻件形状、便于进行锻造而增加的一部分金属。当零件上带有行锻造而增加的一部分金属。当零件上带有难以直接锻出

29、的凹槽、台阶、凸肩、小孔时，难以直接锻出的凹槽、台阶、凸肩、小孔时，均须添加余块。均须添加余块。 余量由于自由锻锻件的尺寸精度低、表余量由于自由锻锻件的尺寸精度低、表面质量差，所以应在零件的加工表面上增加面质量差，所以应在零件的加工表面上增加供切削加工用的金属，该金属称为锻件余量。供切削加工用的金属，该金属称为锻件余量。 （二）计算坯料的重量和尺寸（二）计算坯料的重量和尺寸1坯料重量坯料重量 坯料的重量为锻件的重量与锻造坯料的重量为锻件的重量与锻造时各种金属损耗的重量之和：时各种金属损耗的重量之和：m坯坯=m锻锻+m烧烧+m芯芯+m切切 m锻锻锻件重量；锻件重量；m烧烧加热时坯料表面氧化烧损的

30、重量。与所加热时坯料表面氧化烧损的重量。与所用加热设备类型等因素有关，可参考相关资料；用加热设备类型等因素有关，可参考相关资料；m芯芯冲孔时的芯料重量；冲孔时的芯料重量；m切切锻造中被切掉的金属重量。锻造中被切掉的金属重量。2坯料尺寸坯料尺寸 根据计算出的坯料重量即可根据计算出的坯料重量即可计算坯料的体积，最后依据选择的坯料截面计算坯料的体积，最后依据选择的坯料截面尺寸确定其长度。尺寸确定其长度。（三）选择变形工序（三）选择变形工序自由锻件的成形过程由一系列变形工序组合而成，自由锻件的成形过程由一系列变形工序组合而成，工序选择主要是根据锻件的形状和工序特点来确定。工序选择主要是根据锻件的形状和

31、工序特点来确定。 辅助工序、基本工序、精整工序辅助工序、基本工序、精整工序基本工序基本工序 适于饼块类，盘套类适于饼块类，盘套类 适于轴类、杆类拔长、镦粗经常交替反复使用。适于轴类、杆类拔长、镦粗经常交替反复使用。 有时一头镦粗，另一头拔长。有时一头镦粗，另一头拔长。 （通孔、盲孔通孔、盲孔） 常用方法：镦粗常用方法：镦粗冲孔冲孔 镦粗镦粗冲孔冲孔扩孔扩孔 工件轴线产生一定曲率。工件轴线产生一定曲率。 某一部分转一定角度。某一部分转一定角度。 自由锻工序自由锻工序分为三类：分为三类：镦粗镦粗：拔长拔长：冲孔冲孔弯曲：弯曲：扭转：扭转：切割：切割：表表- 常见锻件的自由锻工序常见锻件的自由锻工序

32、 锻件类别锻件类别常见锻件常见锻件图图 例例锻造工序锻造工序盘类零盘类零件件 齿轮、齿轮、凸轮等凸轮等 镦粗、冲孔镦粗、冲孔 传动轴、传动轴、连杆等连杆等 镦粗、拔长、镦粗、拔长、切肩、拔长切肩、拔长筒类零筒类零件件 筒体等筒体等 拔长、镦粗、拔长、镦粗、冲孔、在心轴冲孔、在心轴上拔长上拔长环类零环类零件件 圆环、圆环、法兰、齿法兰、齿圈等圈等 镦粗、冲孔、镦粗、冲孔、扩孔扩孔曲轴类曲轴类零件零件 曲轴、曲轴、偏心轴等偏心轴等 拔长、错移、拔长、错移、拔长、扭转拔长、扭转弯曲类弯曲类零件零件 吊钩、吊钩、轴瓦等轴瓦等 拔长、弯曲拔长、弯曲轴杆类轴杆类零件零件 自由锻锻锤的锻造能力范围自由锻锻锤

33、的锻造能力范围锻件类型锻件类型锻锤吨位锻锤吨位/t0.250.50.751235圆盘圆盘D/mm H/mm 200 35 250 50 300 100400 150500 250600300750300圆环圆环D/mmH/mm 15060 30075 400 100 500 150 600 2501 0002501 200300圆筒圆筒D/mmd/mmL/mm 150100150 175125200125275125300125350150400700500550圆轴圆轴D/mmm/kg 80 100 125 200 150 300175 500 225 7502751 0003501 500

34、方块方块H=B/mmm/kg80 25150 50 175 70200100 250 3503008004501 000扁方扁方B/mmH/mm1007 160151752020025400406005070070成形锻件质量成形锻件质量/kg520355070100300钢锭直径钢锭直径/mm125200250300400450600钢坯边长钢坯边长/mm100175225275350400550D锻件外径；锻件外径；d锻件内径；锻件内径；H锻件高度；锻件高度；B锻件宽度；锻件宽度；L锻件长度；锻件长度；m锻件质量锻件质量（四）选定设备（四）选定设备 由锻件材料、尺寸和质量定。由锻件材料、尺

35、寸和质量定。（五）确定锻造温度范围：始锻温度，终锻温度（五）确定锻造温度范围：始锻温度，终锻温度金属种类金属种类始锻温度始锻温度 / C终锻温度终锻温度 / C碳钢碳钢w wC 0.3%1 2001 250800850w wC=0.3%0.5%1 1501 200800850w wC=0.5%0.9%1 1001 150800850w wC=0.9%1.4%1 0501 100800850合金合金钢钢合金结构钢合金结构钢1 1501 200800850合金工具钢合金工具钢1 0501 150800850耐热钢耐热钢1 1001 150850900铜合金铜合金700800650750铝合金铝合金

36、450490350400镁合金镁合金370430300350钛合金钛合金1 0501 150750900常用金属材料的锻造温度范围常用金属材料的锻造温度范围（1 1）绘锻件图）绘锻件图（2 2）确定变形工步）确定变形工步（3 3）计算坯料质量和）计算坯料质量和尺寸尺寸（4 4）选定设备吨位）选定设备吨位下料下料镦粗镦粗垫环局垫环局部镦粗部镦粗冲孔冲孔冲子扩孔冲子扩孔修整修整2 2、阶梯轴的自由锻、阶梯轴的自由锻工艺（表工艺（表2-92-9）3 3、压盖的自由锻工、压盖的自由锻工艺（表艺（表2-102-10）（六）自由锻工艺规程实例：（六）自由锻工艺规程实例：1、齿轮的自由锻齿轮的自由锻工艺工艺

37、锻出头部锻出头部 拔长拔长拔长及修整拔长及修整台阶台阶拔长并留出拔长并留出台阶台阶锻出凹挡锻出凹挡及拔长端及拔长端部并修整部并修整半轴自由锻半轴自由锻工艺工艺锻件图锻件图材材 料料: 18CrMnTi坯料尺寸坯料尺寸:130240 坯料重量坯料重量:25kg锻造设备锻造设备:0.5T自由锻锤自由锻锤三、自由锻零件结构工艺性三、自由锻零件结构工艺性 受锻造设备、工具及工艺特点的限制，在自由锻受锻造设备、工具及工艺特点的限制，在自由锻零件设计时，除满足使用性能外，还应具有良好的零件设计时，除满足使用性能外，还应具有良好的结构工艺性。自由锻锻件表面一般只能由平面和圆结构工艺性。自由锻锻件表面一般只能

38、由平面和圆柱面组成柱面组成,零件结构应尽可能简单、对称、平直。零件结构应尽可能简单、对称、平直。自由锻锻件的结构工艺性要求自由锻锻件的结构工艺性要求工艺要求工艺要求不合理结构不合理结构合理结构合理结构 尽量避免锥面或斜尽量避免锥面或斜面结构面结构 避免空间相贯曲避免空间相贯曲线线工艺要求工艺要求不合理结构不合理结构合理结构合理结构 避免加强筋、凸避免加强筋、凸台、工字形结构台、工字形结构 形状复杂的锻件，形状复杂的锻件，可以分成几部分分可以分成几部分分别锻造，然后再进别锻造，然后再进行机械连接或焊接行机械连接或焊接成整体成整体四、自由锻的特点及应用四、自由锻的特点及应用1.工具简单，不需造价昂

39、贵的模具，投资费工具简单，不需造价昂贵的模具，投资费用较低用较低2.可以锻造各种重量的锻件，对于大型锻件可以锻造各种重量的锻件，对于大型锻件几乎是唯一的锻造方法几乎是唯一的锻造方法3.自由锻所需设备的吨位较小自由锻所需设备的吨位较小4.锻件的尺寸精度低，加工余量大锻件的尺寸精度低，加工余量大5.锻件形状简单，生产率低，劳动强度大锻件形状简单，生产率低，劳动强度大6.生产准备简单，适用于生产准备简单，适用于单件小批量生产单件小批量生产。第四节第四节 模模 锻锻 利用利用锻模锻模使毛坯变形而获得锻件的锻造方法称使毛坯变形而获得锻件的锻造方法称为模锻。为模锻。锻模主要由上模和下模锻模主要由上模和下模

40、两部分组成。两部分组成。上模上模靠其燕尾靠其燕尾槽用楔固定在模锻锤的槽用楔固定在模锻锤的锤头锤头上上，并与锤头一起作上、下，并与锤头一起作上、下运动。运动。下模下模靠其燕尾槽用楔靠其燕尾槽用楔固定在固定在模座上模座上，模座再用楔，模座再用楔固定在模锻锤的固定在模锻锤的砧座上砧座上。模。模锻时，将加热后的坯料放在锻时，将加热后的坯料放在锻模下模的模膛中，锻模上锻模下模的模膛中，锻模上模随锤头向下锤击时，使坯模随锤头向下锤击时，使坯料变形充满模膛，从而获得料变形充满模膛，从而获得与模膛形状一致的锻件。与模膛形状一致的锻件。盘类锻件的模锻过程盘类锻件的模锻过程一、模锻的特点及应用一、模锻的特点及应用

41、二、模锻锤上模锻二、模锻锤上模锻四、其他设备上的模锻四、其他设备上的模锻三、胎模锻三、胎模锻一、一、 模锻的特点及应用模锻的特点及应用1.锻件尺寸精度高；锻件尺寸精度高；2.锻件形状复杂；锻件形状复杂；3.操作简单，生产效率高；操作简单，生产效率高；4.流线完整、性能好。流线完整、性能好。中、小型锻件的成批和大量生产中、小型锻件的成批和大量生产为什么？为什么？答案：答案：1.1.受模锻设备吨位的限制；受模锻设备吨位的限制； 2.2.锻模成本高。锻模成本高。特点：特点：应用：应用： 按模具类型模锻可分为开式模锻（有飞边模按模具类型模锻可分为开式模锻（有飞边模锻）、闭式模锻（无飞边模锻）和多向模锻

42、等；锻）、闭式模锻（无飞边模锻）和多向模锻等；按设备类型模锻可分为模锻按设备类型模锻可分为模锻锤上模锻、平锻机上锤上模锻、平锻机上模锻、热锻模压力机上模锻模锻、热锻模压力机上模锻等。等。模锻设备模锻设备锻造力性质锻造力性质锻件精度锻件精度生产率生产率模锻锤模锻锤冲击力冲击力较低较低较低较低曲柄压力机曲柄压力机压力压力较高较高较高较高平锻机平锻机压力压力较高较高较高较高摩擦压力机摩擦压力机冲击力冲击力压力压力较高较高较低较低模锻的分类：模锻的分类：二、模锻锤上模锻（二、模锻锤上模锻（锤上模锻锤上模锻）（一）模锻锤（一）模锻锤（二）锤上模锻的变形工步及其模膛（二）锤上模锻的变形工步及其模膛（四）模

43、锻零件的结构工艺性（四）模锻零件的结构工艺性（三）模锻件图的制订（三）模锻件图的制订 锤上模锻所用设备锤上模锻所用设备主要是蒸汽主要是蒸汽-空气模锻空气模锻锤，模锻锤的吨位为锤，模锻锤的吨位为116t，通常用以锻造，通常用以锻造0.5150kg的模锻件。的模锻件。（一）模锻锤（一）模锻锤 模锻锤模锻锤 弯曲连杆的锻模及成形过程弯曲连杆的锻模及成形过程（二）锤上模锻的变形工步及其模膛（二）锤上模锻的变形工步及其模膛制坯工步，制坯模膛制坯工步，制坯模膛（锻件初步成形）（锻件初步成形）模锻工步，模锻模膛模锻工步，模锻模膛（锻件最终成形）（锻件最终成形）模膛名称模膛名称图图 例例作用及用途作用及用途特

44、特 点点模模 锻锻 模模 膛膛预锻预锻 将坯料变形到接将坯料变形到接近锻件的形状和尺近锻件的形状和尺寸，便于终锻时金寸，便于终锻时金属充满终锻模膛，属充满终锻模膛，减少终锻模膛的磨减少终锻模膛的磨损，延长锻模的寿损，延长锻模的寿命，主要用于形状命，主要用于形状较为复杂的锻件较为复杂的锻件 预锻模膛的形状与终预锻模膛的形状与终锻模膛相近，其模膛高锻模膛相近，其模膛高度、模锻斜度和圆角比度、模锻斜度和圆角比终锻模膛大，宽度略小，终锻模膛大，宽度略小，且没有飞边槽且没有飞边槽终锻终锻 将坯料最终变形将坯料最终变形到锻件所需要的形到锻件所需要的形状和尺寸状和尺寸 模膛的形状与锻件的模膛的形状与锻件的形

45、状一致，但尺寸比锻形状一致，但尺寸比锻件大一个收缩量。模膛件大一个收缩量。模膛四周设置飞边槽，用以四周设置飞边槽，用以增加金属从模膛中流出增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的模膛，同时容纳多余的金属金属锻模模膛的种类及其作用锻模模膛的种类及其作用模膛名称模膛名称图图 例例作用及用途作用及用途特特 点点镦粗及压扁 减少坯料高度，增大坯料减少坯料高度，增大坯料直径（镦粗）或宽度（压直径（镦粗）或宽度（压扁），用于饼块类锻件的制扁），用于饼块类锻件的制坯坯 是制坯的第一步，通是制坯的第一步，通常模膛安放在模具的常模膛安放在模具的边角处边角处拔长 减少毛坯某

46、部分的横截减少毛坯某部分的横截面积，增加毛坯长度，面积，增加毛坯长度，用于长轴类锻件的制坯用于长轴类锻件的制坯 是制坯的第一步，需是制坯的第一步，需锤击多次，边送进边锤击多次，边送进边翻转，并可清除氧化翻转，并可清除氧化皮皮滚挤 减少毛坯某一部分的横截面减少毛坯某一部分的横截面积，以增加另一部分的横截面积，以增加另一部分的横截面积，从而使金属按锻件形状分积，从而使金属按锻件形状分布，适用于横截面积相差较大布，适用于横截面积相差较大的锻件的制坯的锻件的制坯 坯料不轴向送进，仅坯料不轴向送进，仅反复绕轴线翻转反复绕轴线翻转弯曲 弯曲坯料，使之获得近弯曲坯料，使之获得近似于模锻模膛在分模似于模锻模膛

47、在分模面上的轮廓形状面上的轮廓形状 结构特点与成形模膛结构特点与成形模膛相似，但无聚料作相似，但无聚料作用，且变形量比成形用，且变形量比成形模膛大模膛大切切断断模模膛膛 切断已锻好的锻件。切断已锻好的锻件。 多工位锻模的最后一多工位锻模的最后一个工步，常置于锻模个工步，常置于锻模的前角或后角上的前角或后角上续表续表制制坯坯模模膛膛l选定分模面选定分模面l确定加工余量和锻确定加工余量和锻造公差（加工表面）造公差（加工表面）l模锻斜度模锻斜度l圆角半径圆角半径l冲孔连皮冲孔连皮模锻件图包模锻件图包括的内容：括的内容：齿轮坯齿轮坯模锻件图模锻件图（三）模锻件图的制订（三）模锻件图的制订. .选定分模

48、面的原则选定分模面的原则齿轮坯分模方案的选择齿轮坯分模方案的选择齿轮坯模锻件的几齿轮坯模锻件的几种分模方案，根据以种分模方案，根据以上分模原则可知：上分模原则可知：a-a、b-b、c-c分模方案均分模方案均存在问题，存在问题，d-d分模方分模方案最佳。案最佳。能从模膛中能从模膛中顺利取出顺利取出；金属金属易于充满易于充满模膛；模膛；简化简化模具制造；模具制造；能及时能及时发现错模发现错模；减少余块减少余块节约金属节约金属。2.2.加工余量、模锻公差和工艺余块加工余量、模锻公差和工艺余块 模锻件的加工余量和公差比自由锻件小得多，其数模锻件的加工余量和公差比自由锻件小得多，其数值根据锻件大小、形状

49、和精度等级有所不同，一般余量值根据锻件大小、形状和精度等级有所不同，一般余量为为1 14mm4mm，公差为，公差为0.30.33mm3mm之间，用时可查有关手册。之间，用时可查有关手册。3.3.模锻斜度模锻斜度 模锻斜度不包括在加工余量内，一般取模锻斜度不包括在加工余量内，一般取5 5、7 7、1010、1212等标准值。锻件的内壁斜度应比外壁斜度值等标准值。锻件的内壁斜度应比外壁斜度值大一级。大一级。4.4.圆角半径圆角半径 钢的模锻件外圆角半径取钢的模锻件外圆角半径取1mm1mm6mm6mm，内圆角半径是，内圆角半径是外圆角半径的外圆角半径的3 34 4倍。模膛深度越深，圆角半径取值越倍。

50、模膛深度越深，圆角半径取值越大。大。短轴类锻件：短轴类锻件： 镦粗制坯和终锻成形。镦粗制坯和终锻成形。长轴类锻件：长轴类锻件： 拔长、滚挤、弯曲制拔长、滚挤、弯曲制坯和预锻、终锻成形。坯和预锻、终锻成形。（四）变形工步的确定（四）变形工步的确定锻件图锻件图锻件图锻件图坯料坯料拔长拔长成形成形预锻预锻坯料坯料拔长拔长弯曲弯曲带枝桠的长轴锻件的模锻变形工艺带枝桠的长轴锻件的模锻变形工艺（终锻略）（终锻略）叉形锻件的模锻变形工艺叉形锻件的模锻变形工艺（终锻略）（终锻略）镦粗镦粗成形镦粗成形镦粗终锻终锻高毂锻件的模锻变形工艺高毂锻件的模锻变形工艺（五）坯料计算（五）坯料计算 计算方法与自由锻相同。坯料