第四章-自由锻造.ppt

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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 产产生生冲冲击击力力使使金金属属变变形形的的，生生产产中中使使用用的的自自由由锻锻锤锤是是空空气气锤锤和蒸汽和蒸汽-空气自由锻锤。空气自由锻锤。自自由由锻锻锤锤的的吨吨位位是是用用落落下下部部分分（包包括括上上砧砧、锤锤头头和和工工作作缸缸活活塞塞）质质量量来来表表示示，空空气气锤锤的的吨吨位位用用一一般般为为501000公公斤斤。蒸蒸汽汽-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 水水压压机机是是以以静静压压力力使使金金属属变变形形的的。水水压压机机的的吨吨位

2、位用用所所能能产产生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工工作作缸缸 2工工作作柱柱塞塞3上上横横梁梁 4活活动动横横梁梁5立柱立柱 6下横梁下横梁7回回程程缸缸 8回回程程柱柱塞塞9回

3、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触，所需设备功率比模自由锻件工具只

4、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，自由锻工序分为：基本工序、辅助工序和修整工序。为：

5、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：修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面的不平和歪

6、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）锻造轴杆类锻件时，镦粗与拔长相结合可以提高锻造比；结合可

7、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，镦粗后坯料的侧面将变成鼓形，同时造成坯料内部变形不均匀。鼓形，同

8、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

9、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形。应力状态也有利于变形。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

10、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

11、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；2）高径比高径比 0.5H0/D01 鼓形较前者小，表面积有少量增加；

12、鼓形较前者小，表面积有少量增加；3）高径比）高径比 2H0/D02.5 镦粗后坯料会产生双鼓形，在双鼓形的中间几乎不受摩擦力影响，变形镦粗后坯料会产生双鼓形，在双鼓形的中间几乎不受摩擦力影响，变形均匀。均匀。4）高径比）高径比 H0/D03 由于压杆失稳，很容易出现纵向弯曲，继续镦粗则出现折叠。由于压杆失稳，很容易出现纵向弯曲，继续镦粗则出现折叠。为了防止镦粗缺陷的产生，镦粗时除了要求坯料端面平整，轴线垂为了防止镦粗缺陷的产生，镦粗时除了要求坯料端面平整，轴线垂直外，更重要的是要求坯料高径比符合要求：直外，更重要的是要求坯料高径比符合要求：圆坯料高径比极限值：圆坯料高径比极限值：H0/D022

13、.2 矩形坯料高径比的极限值：矩形坯料高径比的极限值：H0/A0 3.54（3）镦粗表现程度的计算）镦粗表现程度的计算 镦粗的变形程度可用三种方法表示：镦粗的变形程度可用三种方法表示：压下量：压下量：式中：式中：、分别为坯料和锻件镦粗前、后的高度。分别为坯料和锻件镦粗前、后的高度。镦粗比：镦粗比：相对变形程度：相对变形程度：对数变形程度：对数变形程度：4.镦粗不均匀变形的不利影响镦粗不均匀变形的不利影响（1）形成鼓形，侧面不平整，达不到规定的形状和尺寸）形成鼓形，侧面不平整，达不到规定的形状和尺寸要求，增加切削量；要求，增加切削量；（2）坯料内部变形不均匀，引起锻件内部晶粒大小不均）坯料内部变

14、形不均匀，引起锻件内部晶粒大小不均匀，导致锻件性能不均匀。对晶粒度要求高的合金钢匀，导致锻件性能不均匀。对晶粒度要求高的合金钢锻件影响较大；锻件影响较大；（3）鼓形表面受切向拉应力作用，超过强度极限时，引）鼓形表面受切向拉应力作用，超过强度极限时，引起外表面纵向裂纹，这对低塑性材料尤为敏感。起外表面纵向裂纹，这对低塑性材料尤为敏感。5.消除镦粗不均匀变形的措施消除镦粗不均匀变形的措施 使用润滑剂和预热工具：镦粗低塑性材料时常用的润使用润滑剂和预热工具：镦粗低塑性材料时常用的润滑剂有：玻璃粉、玻璃棉、石墨粉等，为防止变形金滑剂有：玻璃粉、玻璃棉、石墨粉等，为防止变形金属很快地冷却，镦粗用的工具均

15、应预热至属很快地冷却，镦粗用的工具均应预热至200300。采用凹形毛坯：锻造低塑性材料的大型锻件时，镦粗采用凹形毛坯：锻造低塑性材料的大型锻件时，镦粗前将坯料压成凹形（下图）。前将坯料压成凹形（下图）。可以明显提高镦粗时允许可以明显提高镦粗时允许 的变形程度。这是因为凹的变形程度。这是因为凹 形坯料镦粗时沿径向有压形坯料镦粗时沿径向有压 应力分量产生，对侧表面应力分量产生，对侧表面 的纵向开裂起阻止作用。的纵向开裂起阻止作用。采用软金属垫：热镦粗大型和较大型的低塑性材料锻件时，在采用软金属垫：热镦粗大型和较大型的低塑性材料锻件时，在工具和坯料之间放置一块温度不低于坯料温度的软金属垫板工具和坯料

16、之间放置一块温度不低于坯料温度的软金属垫板（一般用碳素钢）。（一般用碳素钢）。变形金属不直接受到工具的作用，由于软垫的变形抗力较变形金属不直接受到工具的作用，由于软垫的变形抗力较低，故先变形并拉着坯料作径向流动，结果坯料的侧面内凹；低，故先变形并拉着坯料作径向流动，结果坯料的侧面内凹；当继续镦粗时软垫直径增大，厚度变薄，温度降低，变形抗力当继续镦粗时软垫直径增大，厚度变薄，温度降低，变形抗力增大，而此时坯料明显地镦粗，侧面内凹消失，呈现园柱形，增大，而此时坯料明显地镦粗，侧面内凹消失，呈现园柱形，再继续镦粗时，最后获得程度不太大的鼓形。再继续镦粗时，最后获得程度不太大的鼓形。由于镦粗过程中坯料

17、侧面内凹，沿侧表面有压应力分量产由于镦粗过程中坯料侧面内凹，沿侧表面有压应力分量产生，因此，产生裂纹的倾向显著降低。又由于坯料上下端面部生，因此，产生裂纹的倾向显著降低。又由于坯料上下端面部分也有了较大的变形，故不再保留铸态组织了。分也有了较大的变形，故不再保留铸态组织了。铆镦法：铆镦法：对于中小坯料可先将坯料斜放，轻击，旋转打棱成下图对于中小坯料可先将坯料斜放，轻击，旋转打棱成下图的两头直径大，中间直径略小的凹形形状，然后在镦粗，得的两头直径大，中间直径略小的凹形形状，然后在镦粗，得到侧面相对平直的锻件。到侧面相对平直的锻件。叠镦法叠镦法 将两件迭起来镦粗，形将两件迭起来镦粗，形 成鼓形，然

18、后各自换成下图成鼓形，然后各自换成下图 的形状继续镦粗消除鼓形。的形状继续镦粗消除鼓形。迭锻不仅能使变形均匀，而迭锻不仅能使变形均匀，而 且能显著地降低变形抗力。且能显著地降低变形抗力。反复镦粗拔长反复镦粗拔长 采用反复镦粗拔长，使镦粗时困难变形区的金属在拔长时变形，采用反复镦粗拔长，使镦粗时困难变形区的金属在拔长时变形，直至整个锻件的均匀变形。适用于高速钢等的锻造。直至整个锻件的均匀变形。适用于高速钢等的锻造。6.垫环镦粗垫环镦粗 毛坯在单个垫环上或在两个垫环间进行的镦粗成为垫环镦粗，毛坯在单个垫环上或在两个垫环间进行的镦粗成为垫环镦粗，采用的毛坯直径大于环孔直径采用的毛坯直径大于环孔直径镦

19、挤。镦挤。垫环镦粗时，金属可朝两个方向流动，即径向流动和轴向流动。垫环镦粗时，金属可朝两个方向流动，即径向流动和轴向流动。必然存在一个不产生流动的分界面（分流面）。分流面的位置是经必然存在一个不产生流动的分界面（分流面）。分流面的位置是经常变动的，与下列因素有关：常变动的，与下列因素有关：H/D、d/D、变形程度、变形程度 、环孔斜度、环孔斜度及摩擦条件等。及摩擦条件等。7.局部镦粗局部镦粗 只在毛坯的局部长度（端部或中间）内进行镦粗称为局部镦粗。只在毛坯的局部长度（端部或中间）内进行镦粗称为局部镦粗。金属流动特征与平砧镦粗相似，但受不变形部分金属流动特征与平砧镦粗相似，但受不变形部分“刚端刚

20、端”的影响。的影响。局部镦粗成形时，毛坯尺寸最好按杆部直径选取，为了避免产局部镦粗成形时，毛坯尺寸最好按杆部直径选取，为了避免产 生纵向弯曲，毛坯变形部分高径比应小于生纵向弯曲，毛坯变形部分高径比应小于2.53。二、拔长二、拔长 使坯料横截面减小，而长度增加的锻造工序称为使坯料横截面减小，而长度增加的锻造工序称为拔长。拔长。1.拔长的作用拔长的作用 除了用于轴杆类锻件的成形外，常用来改善锻件除了用于轴杆类锻件的成形外，常用来改善锻件内部质量，如与镦粗相结合的锻造工艺。内部质量，如与镦粗相结合的锻造工艺。2.拔长变形分析拔长变形分析 坯料拔长时，是送进一部分，压下一部分，只有坯料拔长时，是送进一

21、部分，压下一部分，只有部分金属参与变形。故拔长是锻造生产中耗费时间最部分金属参与变形。故拔长是锻造生产中耗费时间最多的一种锻造工序。若在水压机上拔长，其时间要占多的一种锻造工序。若在水压机上拔长，其时间要占整个锻造时间的整个锻造时间的7080%.当毛坯沿轴向逐次送进拔长时，变形相当于一系当毛坯沿轴向逐次送进拔长时，变形相当于一系列镦粗工序的组合，但还受两端不变形金属的影响。列镦粗工序的组合，但还受两端不变形金属的影响。（1）拔长变形程度）拔长变形程度 设拔长前变形区的尺寸：设拔长前变形区的尺寸：l0送进量，坯料与砧子宽度接触部分长度；送进量，坯料与砧子宽度接触部分长度；b0坯料宽度，坯料与砧子

22、长度方向的接触部分长度；坯料宽度，坯料与砧子长度方向的接触部分长度；H0坯料高度。坯料高度。拔长后变形区的长度为拔长后变形区的长度为l、宽度、宽度b、高度、高度h则，压下量：则，压下量：展宽量：展宽量：拔出量：拔出量：轴向变形程度：轴向变形程度：横向变形程度：横向变形程度：拔长变形程度拔长变形程度锻造比：坯料拔长前后的截面锻造比：坯料拔长前后的截面积之比。积之比。式中：式中：拔长前坯料的截面积，拔长前坯料的截面积，拔长后坯料的截面积，拔长后坯料的截面积，（2）拔长的特点）拔长的特点当当 时，时，：拔长量大于展宽量；：拔长量大于展宽量；当当 时，时，：拔长量小于展宽量；：拔长量小于展宽量；当当

23、时，时，：拔长量与展宽量相似（考：拔长量与展宽量相似（考 虑到未变形刚端的影响）虑到未变形刚端的影响）由上述分析可见，采用小送进量拔长时，拔长量大，而展宽由上述分析可见，采用小送进量拔长时，拔长量大，而展宽量小，有利于提高拔长效率。但是拔长量不能太小，否则会增加量小，有利于提高拔长效率。但是拔长量不能太小，否则会增加压下次数，同样会降低拔长效率。压下次数，同样会降低拔长效率。拔长变形有以下特点：拔长变形有以下特点：变形相当于一系列镦粗工序组合，即坯料侧面产生鼓形，内部变变形相当于一系列镦粗工序组合，即坯料侧面产生鼓形，内部变形也不均匀；形也不均匀；平砧镦粗时金属流动是自由的。拔长时，即是平砧镦

24、粗时金属流动是自由的。拔长时，即是 ，因受刚端因受刚端的影响，展宽量受到阻碍，轴向伸长大些；的影响，展宽量受到阻碍，轴向伸长大些；由于拔长变形是连续、转动变形，使坯料的各个部分都充分变形，由于拔长变形是连续、转动变形，使坯料的各个部分都充分变形，即上下砧面接触处金属的困难变形区，在翻转变形后也产生了变即上下砧面接触处金属的困难变形区，在翻转变形后也产生了变形，锻后锻件的内部组织较均匀。这也是拔长有利于提高锻件质形，锻后锻件的内部组织较均匀。这也是拔长有利于提高锻件质量的原因。量的原因。3.影响拔长质量的工艺因素影响拔长质量的工艺因素（1）送进量的影响）送进量的影响1）送进量小：）送进量小：l0

25、/h00.5时，会产生时，会产生类似镦粗鼓形现象，变形集中在上类似镦粗鼓形现象，变形集中在上下表面，锻件中心不能锻透，出现下表面，锻件中心不能锻透，出现心部轴向裂纹（图心部轴向裂纹（图b）。）。2）送进量较大：）送进量较大：l0/h01时，拔长时，拔长变形类似于镦粗单鼓形，心部变形变形类似于镦粗单鼓形，心部变形量大，能锻透。但是鼓形侧面和角量大，能锻透。但是鼓形侧面和角部受拉应力作用，变形程度过大，部受拉应力作用，变形程度过大，易引起横向裂纹和角裂。（图易引起横向裂纹和角裂。（图a、b）。）。3）送进量小于单面压下量）送进量小于单面压下量l0h/2h/2时，会在锻件表面形成折叠（见下时，会在锻

26、件表面形成折叠（见下图）。图）。（2）压下量的影响压下量的影响 拔拔长长时时增增大大压压下下量量，不不但但可可以以提提高高生生产产率率，还还可可强强化化心心部部变变形形，有有利利于于锻锻合合内内部部缺缺陷陷。因因此此，只只要要钢钢的的塑塑性性允允许许，应应尽尽量量采采用用大大压压下下量量拔拔长长。但但压压下下量量也也不不是是无无止止境境的的大大，与与变变形形工工艺艺有有关关；为为了了避避免免锻锻件件产产生生折折叠叠，单单边边压压下下h/2应应小小于于送送进进量量l0；还还要要考考虑虑毛毛坯坯翻翻转转90后后拔拔长长不不产产生生弯弯曲曲，毛毛坯坯每每次次压压下下后后的的宽宽高高比比应小于应小于2

27、.53.0。（3）砧子形状的影响）砧子形状的影响 上下上下V形砧拔长时，毛坯的变形程度最大，又处于强烈的三形砧拔长时，毛坯的变形程度最大，又处于强烈的三向压应力状态，能够很好锻合心部缺陷，且拔长效率也高，毛坯向压应力状态，能够很好锻合心部缺陷，且拔长效率也高，毛坯轴线不会偏移。轴线不会偏移。上平下上平下V形砧拔长时形砧拔长时，最大的变形区不在毛坯中心，而在距，最大的变形区不在毛坯中心，而在距中心中心1/23/4半径处，锻透性比较差，还由于毛坯上下变形深半径处，锻透性比较差，还由于毛坯上下变形深入程度不等，入程度不等，不断翻转后会使轴线变成螺旋线，其结果将造成中不断翻转后会使轴线变成螺旋线，其结

28、果将造成中心缺陷区的扩大。心缺陷区的扩大。上下平砧拔长矩形截面毛坯时，只要相对送进量选得合适，上下平砧拔长矩形截面毛坯时，只要相对送进量选得合适，能使毛坯的中心锻透。如采用大压下量，把毛坯压成扁方（能使毛坯的中心锻透。如采用大压下量，把毛坯压成扁方（走扁走扁方方），则锻透的效果更好，但用上下平砧拔长大型圆形截面毛坯），则锻透的效果更好，但用上下平砧拔长大型圆形截面毛坯时，由于工件与砧子接触面很窄，金属横向流动大，轴向流动小，时，由于工件与砧子接触面很窄，金属横向流动大，轴向流动小，与拔长的目的相反，拔长效率低。同时，由于变形集中于上下表与拔长的目的相反，拔长效率低。同时，由于变形集中于上下表层

29、，在心部产生拉应力，容易引起中心裂纹（见前页图层，在心部产生拉应力，容易引起中心裂纹（见前页图c）。）。平砧拔长平砧拔长 上平下上平下V型砧拔长型砧拔长 采用型砧拔长，使金属的横向流动受到限制，变形采用型砧拔长，使金属的横向流动受到限制，变形区处于压应力状态。通常中、低碳钢等塑性较好的坯料区处于压应力状态。通常中、低碳钢等塑性较好的坯料采用平砧拔长，高合金钢采用采用平砧拔长，高合金钢采用V型砧拔长，型砧拔长，V型砧使压应型砧使压应力数目增多，提高金属的可锻性，可以有效防止坯料心力数目增多，提高金属的可锻性，可以有效防止坯料心部出现裂纹。适合于拔长塑性较差的高合金钢和大型锻部出现裂纹。适合于拔长

30、塑性较差的高合金钢和大型锻件。件。大型圆截面坯料在平砧上拔长的变形工艺：大型圆截面坯料在平砧上拔长的变形工艺：大型圆截面坯料在平砧上拔长时，先将圆形截面大型圆截面坯料在平砧上拔长时，先将圆形截面锻成面积相似的矩形坯料，再在矩形坯料的基础上进锻成面积相似的矩形坯料，再在矩形坯料的基础上进行拔长。待锻制截面积于要求的圆形截面积基本相同行拔长。待锻制截面积于要求的圆形截面积基本相同时，再锻成多角形，并滚圆。这种方法不但可以提高时，再锻成多角形，并滚圆。这种方法不但可以提高拔长效率，还能减小中心开裂危险。拔长效率，还能减小中心开裂危险。4.拔长操作方法拔长操作方法（1）螺旋翻转）螺旋翻转90 采用这种

31、方法可以防止产生偏心。适宜于锻造小采用这种方法可以防止产生偏心。适宜于锻造小型台阶轴类锻件及方截面锻件的最后精整。型台阶轴类锻件及方截面锻件的最后精整。（2）反复翻转）反复翻转90 操作灵活，适宜于小型锻件的拔长。操作灵活，适宜于小型锻件的拔长。（3）沿整个坯料长度方向走一遍，再翻转）沿整个坯料长度方向走一遍，再翻转90拔长一遍。拔长一遍。大型锻件操作时，不可能每锤击一次翻转一次，大型锻件操作时，不可能每锤击一次翻转一次，故采用沿整个长度方向锻打一遍后，翻转故采用沿整个长度方向锻打一遍后，翻转180后校直后校直因拔长造成的轴线弯曲，然后再翻转因拔长造成的轴线弯曲，然后再翻转90逐次锻打。逐次锻

32、打。三、芯轴拔长三、芯轴拔长 减小空心毛坯外径（壁厚）而增加其长度的锻造工序，减小空心毛坯外径（壁厚）而增加其长度的锻造工序，称为芯轴拔长。称为芯轴拔长。用于锻制长筒类锻件。用于锻制长筒类锻件。1.芯轴拔长的实质芯轴拔长的实质 其变形与拔长一样，区别仅仅是用空心毛坯拔长。芯轴其变形与拔长一样，区别仅仅是用空心毛坯拔长。芯轴拔长的操作过程是对套在芯轴上的空心坯料连续地边旋转边拔长的操作过程是对套在芯轴上的空心坯料连续地边旋转边施压，而使坯料筒壁减薄，长度增加。施压，而使坯料筒壁减薄，长度增加。与拔长工序一样，芯轴拔长同样存在拔长效率和类似拔与拔长工序一样，芯轴拔长同样存在拔长效率和类似拔长的质量

33、问题。长的质量问题。2.提高芯轴拔长效率的具体措施：提高芯轴拔长效率的具体措施：减减小小毛毛坯坯温温度度下下降降，可可提提高高毛毛坯坯的的加加热热温温度度，拔拔长长前前将将芯轴预热到芯轴预热到150250。芯芯轴轴做做成成斜斜度度，芯芯轴轴表表面面光光滑滑，涂涂润润滑滑剂剂（石墨加油），以减小轴向摩擦阻力。（石墨加油），以减小轴向摩擦阻力。用型砧拔长，限制金属横向流动，提高轴向流动能力。用型砧拔长，限制金属横向流动，提高轴向流动能力。采用较高的毛坯，采用较高的毛坯，H H0 0=（0.60.61 1）D D0 0 3.产生主要质量问题的原因产生主要质量问题的原因（1）内壁裂纹）内壁裂纹 经一次

34、施压后内孔扩大，转一定角度再经一次施压后内孔扩大，转一定角度再一次施压时，由于孔壁与芯轴间有一定一次施压时，由于孔壁与芯轴间有一定间隙，在孔壁与芯轴上、下端压靠之前，间隙，在孔壁与芯轴上、下端压靠之前，内壁金属由于弯曲作用受切向拉应力。内壁金属由于弯曲作用受切向拉应力。（见图见图）内孔壁长时间与芯轴接触，温度较低，内孔壁长时间与芯轴接触，温度较低，塑性较差，当应力值或延伸率超过材料塑性较差，当应力值或延伸率超过材料当时允许的指标时便产生裂纹。当时允许的指标时便产生裂纹。金属切向流动得愈多，即内孔增加愈大金属切向流动得愈多，即内孔增加愈大时，愈易产生孔壁裂纹，因此，在平砧时，愈易产生孔壁裂纹，因

35、此，在平砧上拔长时，上拔长时，t/d愈小（即壁越薄）时愈愈小（即壁越薄）时愈易产生裂纹。采用易产生裂纹。采用V型砧，可以减小孔型砧，可以减小孔壁裂纹产生的倾向壁裂纹产生的倾向（2）端部孔壁更易产生裂纹端部孔壁更易产生裂纹 由于芯轴对变形区金属摩擦阻力的作由于芯轴对变形区金属摩擦阻力的作用，空心件端部呈用，空心件端部呈图图形状，下一次施形状，下一次施压时端部孔壁与芯轴间的间隙比其他压时端部孔壁与芯轴间的间隙比其他部分大。部分大。由于端部的外侧没有外端（刚端），由于端部的外侧没有外端（刚端），故此处被施压时，切向拉应力很大。故此处被施压时，切向拉应力很大。端部金属与冷空气长时间接触，降温端部金属与

36、冷空气长时间接触，降温较大，塑性较低。较大，塑性较低。4.改善质量问题的措施改善质量问题的措施 毛坯加热要均匀，拔长时每次转动角度和压下量毛坯加热要均匀，拔长时每次转动角度和压下量也要均匀；也要均匀；在高温下先锻毛坯的两端，然后再拔长中间部分。在高温下先锻毛坯的两端，然后再拔长中间部分。厚壁锻件（厚壁锻件（0.5)，一般采用上平下型砧；，一般采用上平下型砧；薄壁空心锻件（薄壁空心锻件（0.5)，上、下均为型砧；，上、下均为型砧；在锤上拔长厚壁锻件时，为了节约型砧的制造在锤上拔长厚壁锻件时，为了节约型砧的制造费用等，上、下都用平砧，但必须先锻成六方形费用等，上、下都用平砧，但必须先锻成六方形再进

37、行拔长，达到一定尺寸时再锻成圆形。再进行拔长，达到一定尺寸时再锻成圆形。四、冲孔四、冲孔 采用冲子将毛坯冲出透孔采用冲子将毛坯冲出透孔或不透孔的工序称为冲孔。或不透孔的工序称为冲孔。常用的冲孔方法有：实心常用的冲孔方法有：实心冲子冲孔、空心冲子冲孔和冲子冲孔、空心冲子冲孔和在垫环上冲孔。在垫环上冲孔。1.实心冲子冲孔实心冲子冲孔 适应于直径小于适应于直径小于400500mm的锻件。的锻件。（1）金属变形流动特点）金属变形流动特点 冲孔时，毛坯分成两部分：冲孔时，毛坯分成两部分：冲头下面的圆柱体冲头下面的圆柱体A和冲头以和冲头以外的圆环区外的圆环区B。应力应变见下。应力应变见下页简图页简图 A区

38、金属的变形相当于圆环包围区金属的变形相当于圆环包围下的镦粗，冲孔时的单位压力比自由下的镦粗，冲孔时的单位压力比自由镦粗时要大，环壁愈厚时单位冲孔力镦粗时要大，环壁愈厚时单位冲孔力也愈大。也愈大。B区金属的变形主要是由于区金属的变形主要是由于A区的区的变形引起的。总的变形趋势是：径向变形引起的。总的变形趋势是：径向压缩变形，切向伸长变形，轴向应变压缩变形，切向伸长变形，轴向应变则可能是伸长，也可能是缩短，主要则可能是伸长，也可能是缩短，主要取决于径向压应力的大小，即取决于取决于径向压应力的大小，即取决于环壁的厚度环壁的厚度1）当当D/d23时，外径明显增大，出时，外径明显增大，出现现“拉缩拉缩”

39、现象，冲孔后坯料高度减现象，冲孔后坯料高度减小，即上口小，下底大。小，即上口小，下底大。2）当）当D/d35时，壁厚较大，几乎没时，壁厚较大，几乎没有拉缩现象，而外径有所增大。有拉缩现象，而外径有所增大。应力应力 应变应变3）D/d5时，环壁很厚。此时扩径困难，多余金属被挤向端面时，环壁很厚。此时扩径困难，多余金属被挤向端面形成凸台，即冲孔后坯料内孔处的高度要明显高于外径处的高形成凸台，即冲孔后坯料内孔处的高度要明显高于外径处的高度。度。（2）坯料高度计算）坯料高度计算 综上所述，生产中综上所述，生产中确定冲孔前坯料高度时可按下式计算确定冲孔前坯料高度时可按下式计算：D/d2.53时，时，H0

40、D;D/d5时，时，H0=(1.11.2)H;D/d5时，时，H0=H;式中：式中：V坯料体积（坯料体积（mm3）；）；f冲孔冲子横截面积（冲孔冲子横截面积（mm2）；）；F0坯料横截面积（坯料横截面积（mm2）；）；H冲孔后高度（冲孔后高度（mm）；）；h料芯厚度（料芯厚度（mm）；）；D冲孔后直径（冲孔后直径（mm）。）。（3）实心冲孔的主要质量问题实心冲孔的主要质量问题 走样：开式冲孔时坯料高度减小，外径上小下大，下端面凸出，走样：开式冲孔时坯料高度减小，外径上小下大，下端面凸出，上端面凹进，这些现象统称为上端面凹进，这些现象统称为“走样走样”。其程度大小与。其程度大小与D/d有关，有关

41、，D/d愈小，愈小，“走样走样”愈严重，一般取愈严重，一般取D/d3。裂纹：低塑性材料冲孔时常易在侧表面和内孔圆角处产生纵向裂裂纹：低塑性材料冲孔时常易在侧表面和内孔圆角处产生纵向裂纹。外侧表面裂纹是由于纹。外侧表面裂纹是由于A区金属向外流动时区金属向外流动时B区的外径被迫地扩区的外径被迫地扩大，使外层金属受到切向拉应力，当超过金属当时的强度极限时，大，使外层金属受到切向拉应力，当超过金属当时的强度极限时，便产生裂纹破坏。冲孔时内孔圆角处的裂纹是由于此处温度降低便产生裂纹破坏。冲孔时内孔圆角处的裂纹是由于此处温度降低较多，塑性较低，加之冲子一般都有锥度，当冲子往下运动时，较多，塑性较低，加之冲

42、子一般都有锥度，当冲子往下运动时，此处便被涨裂。此处便被涨裂。孔冲偏：冲子放偏、环形部分金属性质不同、冲头各处的圆角、孔冲偏：冲子放偏、环形部分金属性质不同、冲头各处的圆角、斜度不一致等，均可使孔冲偏。斜度不一致等，均可使孔冲偏。2.空心冲子冲孔空心冲子冲孔 大型锻件在水压机上冲孔时，当孔径大于大型锻件在水压机上冲孔时，当孔径大于450mm时，一般时，一般采用空心冲子冲孔。采用空心冲子冲孔。空心冲子冲孔的目的：空心冲子冲孔的目的：（1）减小环形处的切向拉应力，避免产生侧表面裂纹；）减小环形处的切向拉应力，避免产生侧表面裂纹；（2）能把钢锭中心质量差的部分切掉。（钢锭心部存在粗大等轴晶）能把钢锭

43、中心质量差的部分切掉。（钢锭心部存在粗大等轴晶及夹杂物）及夹杂物）3.在垫环上冲孔在垫环上冲孔 当锻件的高径比为当锻件的高径比为H/D0.125的薄料冲孔时，一般采用在的薄料冲孔时，一般采用在垫环上冲孔。垫环上冲孔。在垫环上冲孔的特点：冲孔时坯料的形状变化小，但是料芯在垫环上冲孔的特点：冲孔时坯料的形状变化小，但是料芯损耗较大。损耗较大。在垫环上冲孔料芯的厚度：在垫环上冲孔料芯的厚度：h=（0.70.75）H 实心冲子冲孔料芯的厚度：实心冲子冲孔料芯的厚度：h=(0.20.25)H五、扩孔五、扩孔 扩孔可分芯轴扩孔（马架扩孔）、冲子扩孔和辗压扩孔等。扩孔可分芯轴扩孔（马架扩孔）、冲子扩孔和辗压

44、扩孔等。1.芯轴扩孔芯轴扩孔 芯轴扩孔也称马架扩孔，是将芯轴穿过空心坯料内孔架在在芯轴扩孔也称马架扩孔，是将芯轴穿过空心坯料内孔架在在支架上，然后使坯料每转过一个角度压下一次，逐渐使坯料的壁支架上，然后使坯料每转过一个角度压下一次，逐渐使坯料的壁厚压薄，内、外径扩大。厚压薄，内、外径扩大。（1）变形特点）变形特点1）变变形形实实质质相相当当于于毛毛坯坯沿沿圆圆周周方方向向拔拔长长。毛毛坯坯与与工工具具（芯芯轴轴）接接触触弧弧长长是是变变形形区区的的宽宽度度，毛毛坯坯的的高高度度是是变变形形区区的的高高度度，按按最最小小阻阻力力定律，金属主要沿毛坯切向流动，定律，金属主要沿毛坯切向流动，高度方向

45、流动很少，因此，芯轴扩高度方向流动很少，因此，芯轴扩 孔时随着壁厚减薄，内外径同时扩孔时随着壁厚减薄，内外径同时扩 大大，高高度度稍稍有有增增加加。芯芯轴轴扩扩孔孔时时变变形形区区金金属属主主要要沿沿切切向向流流动动，并并增大内外径，其原因是：增大内外径，其原因是：变形区沿切向的长度远小于宽度（锻件的高度）；变形区沿切向的长度远小于宽度（锻件的高度）；芯芯轴轴扩扩孔孔的的锻锻件件一一般般壁壁较较薄薄，故故外外端端对对变变形形区区金金属属切切向向流流动动 的的阻力远比高度方向的小；阻力远比高度方向的小；芯轴与锻件的接触面呈弧形，有利于金属沿切向流动。芯轴与锻件的接触面呈弧形，有利于金属沿切向流动

46、。2）变形区金属受三向压应力，故不易产生裂纹破坏。因此，芯）变形区金属受三向压应力，故不易产生裂纹破坏。因此，芯 轴轴 扩孔可以锻制薄壁的锻件。扩孔可以锻制薄壁的锻件。3）扩孔用的芯轴，相当于一根受均布载荷的梁，随着锻件壁厚的减）扩孔用的芯轴，相当于一根受均布载荷的梁，随着锻件壁厚的减薄，芯轴上所受的均布载荷变大（锻件高度增加）。为了保证芯薄，芯轴上所受的均布载荷变大（锻件高度增加）。为了保证芯轴的强度和刚度，以及不会使锻件内壁形成梅花压痕，芯轴直径轴的强度和刚度，以及不会使锻件内壁形成梅花压痕，芯轴直径应随孔径扩大而增大。应随孔径扩大而增大。4）在芯轴上扩孔时，为保证壁厚均匀，每次转动量和压

47、下量应尽可）在芯轴上扩孔时，为保证壁厚均匀，每次转动量和压下量应尽可能一致；为提高扩孔的效率，采用窄上砧（能一致；为提高扩孔的效率，采用窄上砧（b=100b=100150150）2.冲子扩孔冲子扩孔 用比坯料内径大的，且带锥度的冲子，穿过坯料内孔，而使用比坯料内径大的，且带锥度的冲子，穿过坯料内孔，而使其内、外径胀大的锻造工序称为冲子扩孔。其内、外径胀大的锻造工序称为冲子扩孔。冲子扩孔适宜于冲子扩孔适宜于D/d1.7和和H0.125D的带孔饼块类锻件扩的带孔饼块类锻件扩孔。孔。（1）变形特点）变形特点 用直径较大并带有锥度的冲子进行胀孔。扩孔时坯料径向受用直径较大并带有锥度的冲子进行胀孔。扩孔

48、时坯料径向受压应力，切向受拉应力，轴向受力很小。坯料壁厚减薄，内外径压应力，切向受拉应力，轴向受力很小。坯料壁厚减薄，内外径扩大，毛坯上端面略有扩大，毛坯上端面略有“拉缩拉缩“现象。现象。（2）常见缺陷及防止）常见缺陷及防止 由于扩孔时毛坯在切向有拉应力，容易胀裂。为了防止其胀由于扩孔时毛坯在切向有拉应力，容易胀裂。为了防止其胀裂，首先要求每次扩孔变形量不宜过大，扩孔量的大小可参考设裂，首先要求每次扩孔变形量不宜过大，扩孔量的大小可参考设计手册。其次，应避免扩孔时温度过低，即每火扩孔次数不宜多。计手册。其次，应避免扩孔时温度过低，即每火扩孔次数不宜多。当锻件重量小于当锻件重量小于30时，冲孔后

49、可扩孔时，冲孔后可扩孔12次，再加热一次，次，再加热一次，允许再扩孔允许再扩孔23次；当锻件重量大于次；当锻件重量大于30时，冲孔后可扩孔一时，冲孔后可扩孔一次，再加热一次，允许再扩孔次，再加热一次，允许再扩孔23次。次。（3）扩孔前坯料高度尺寸计算）扩孔前坯料高度尺寸计算 扩孔前坯料的高度尺寸扩孔前坯料的高度尺寸 H0=1.05H式中：式中：H0坯料高度（坯料高度（mm）；）；H锻件高度（锻件高度（mm）。）。4.辗压扩孔辗压扩孔 环形毛坯套在芯辊上，在汽缸压力环形毛坯套在芯辊上，在汽缸压力P P作用下，将旋转的碾压轮压下，坯料壁作用下，将旋转的碾压轮压下，坯料壁厚减薄，金属沿切线方向伸长（

50、轴向也厚减薄，金属沿切线方向伸长（轴向也有少量展宽），环的内、外尺寸增大。有少量展宽），环的内、外尺寸增大。工作原理：工作原理：在摩擦力作用下，碾压轮带动坯料在摩擦力作用下，碾压轮带动坯料和芯辊一起旋转。因此，坯料的变形是和芯辊一起旋转。因此，坯料的变形是一个连续的过程。当环的外径增大与导一个连续的过程。当环的外径增大与导向辊接触时，使环在外径增大的同时产向辊接触时，使环在外径增大的同时产生弯曲变形。生弯曲变形。另外，导向辊在碾压过程中使环转另外，导向辊在碾压过程中使环转动平稳以及环的中心不产生左右摆动。动平稳以及环的中心不产生左右摆动。当环外圈与信号辊接触时，碾压轮停止当环外圈与信号辊接触时