自由锻造工艺规程编制-大作业参考

自由锻造工艺规程主要由锻件图的设计，计算锻件重量，确定坯料规格或钢锭规格；设计锻造工步，计算变形程度；确定锻造温度以及加热火次、确定锻件复杂程度；确定锻造设备、工装及工具；确定坯料加热规范、锻件冷却及热处理规范、锻件表面清理规范；确定锻件理化检验规范等等。

编制工艺过程时应注意下述两个原则

1）根据车间现有的条件，所编制的工艺技术先进，能满足产品的全部技术要求。

2）在保证优质的基础上，提高生产率，节约金属材料消耗，经济合理。

1.设计锻件图

锻件图是编制锻造工艺、设计工具、指导生产和验收锻件的主要依据，也是联系其它后续加工工艺的重要技术资料，它是根据零件图考虑了加工余量，锻件公差、锻造余块、检验试样及工艺卡头等绘制而成。

一般锻件的尺寸和表面粗糙度，达不到零件图的要求，锻件表面应留有一定的机械加工余量（以下简称余量）。余量的大小主要取决于：零件的形状尺寸和加工精度、表面粗糙度要求、锻件加热质量、设备工具精度和操作技术水平等。零件的公称尺寸加上余量即为锻件公称尺寸，对于非加工表面，则无需加放余量。

在锻造生产实际中，由于各种因素的影响，如终锻温度的差异、锻压设备工具的精度和工人操作技术上的差异、锻件实际尺寸不可能达到公称尺寸，允许有一定的误差，称为锻造公差。锻件上不论是否需经机械加工，都应注明锻造公差。通常公差约为余量的1/4～1/3。

锻件的余量和公差具体数值可查阅有关手册、标准或工厂标准确定。

为了简化锻件外形或根据锻造工艺需要，在零件上较小的孔、狭窄的凹档、直径差较小而长度不大的台阶等难于锻造的地方，通常都需填满金属（这部分金属叫做锻造余块），但这样做增加了机械加工工时和金属损耗。因此，是否加放余块，应根据零件形状、锻造技术水平、加工成本等综合考虑确定。

除了锻造工艺要求加放余块之外，对于有特殊要求的锻件，尚需在锻件的适当位置添加试样余块（供检验锻件内部组织和力学性能试验用等）、热处理或机械加工用夹头等。

当余量、公差和余块等确定之后，便可绘制锻件图。锻件图上锻件形状用粗实线描绘。为了便于了解零件的形状和检查锻后的实际余量，在锻件图内用假想线画出零件简单形状。锻件的尺寸和公差标注在尺寸线上面。零件的尺寸加括号标注在尺寸线下面。如锻件带有检验试样、热处理夹头时，锻件图上应注明其尺寸和位置。在图上无法表示的某些条件，可以技术条件方式加以说明。

2.计算锻件重量、确定锻造坯料规格

自由锻用原材料有两种：一种是钢材、钢坯、多用于中小型锻件；另一种是钢锭，主要用于大中型锻件。

2.1.毛坯重量的计算

锻制锻件所需用的毛坯重量为锻件重量与锻造时金属损耗的重量之和，计算重量的公式如下；

G毛坯=G锻件+G切头+G烧损

式中 G毛坯---所需的原毛坯重量；

G锻件---锻件的重量；

G切头---锻造过程中切掉的料头等重量；

G烧损---烧损的重量；

当用钢锭作原毛坯时，上式中还应加上冒口重量G冒口和底部重量G底部。

锻件重量G锻件根据锻件图决定。对于复杂形状的锻件，一般先将锻件分成形状简单的几个单元体，然后按公称尺寸计算每个单元体的体积，G锻件可按下式求得；

G锻件=γ（V1+V2+…+V n）

式中γ----金属的密度；

V1+V2+…+V n-----各单元体体积。

2.2.毛坯尺寸的确定

（1）采用镦粗法锻制锻件时，毛坯尺寸的确定

对于钢坯，为避免镦粗时产生弯曲，应使毛坯高度H不超过其直径D（或方形边长A）的2.5倍，但为了在截料时便于操作，毛坯高度H不应小于1.25D（或A），即

1.25D（A）≤H≤

2.5D（A）

对圆毛坯；

V

D=（0.8～1）3

坯

对方毛坯；

V

A=（0.75～0.8）3

坯

初步确定了D（或A）之后，应根据国家标准选用标准直径或边长。

最后根据毛坯体积V坯和毛坯的截面积F坯，即可求得毛坯的高度（或长度）

H=V坯/F坯

3.设计锻造工步、计算变形程度

设计锻造工步是编制工艺中最重要的部分，也是难度较大的部分，因为影响的因素很多，例如工人的经验、技术水平、车间设备条件、坯料情况、生产批量，工具辅具情况，锻件的技术要求等。决定变形工艺时，在结合车间具体生产条件的情况下应尽量采用先进技术，以保证获得好的锻件质量、高的生产率和较少的材料消耗。

各类锻件变形工步的选择可根据各变形工步的变形特点，锻件的形状、尺寸，技术要求和参考有关典型工艺具体确定。

对具体工件确定锻造方法时应根据各厂的经验和工具情况具体确定。因为甚至对同一锻件，在同一车间各人的锻造方法也不完全一样，尤其对位于分界线上或其附近的空心锻件可能有几种锻造方法。例对批量较大、尺寸较小的空心锻件，也可以采用胎模锻造；对环形件还可以在冲口后用扩孔机扩孔。具体可参见前面章节。

工步尺寸设计和工步选择是同时进行的，具体确定工步尺寸时应注意下列各点：

（1）工步尺寸必须符合各工步的规则，例如镦粗时毛坯高度与直径比值应小于2.5～3。拔长时截面变换经验计算公式见表8.5

（2）必须估计到各工步中毛坯尺寸的变化，例如冲孔时毛坯高度有些减小，扩孔时高度有些增加等等。

（3）必须保证各部分有足够的体积，这在使用分锻工步（压痕、压肩）时必须估计到。

（4）多火次锻打时必须注意中间各火次加热的可能性。

（5）必须保证在最后修光时有足够的修整留量，因为在压肩、错移、冲孔等工步中毛坯上有拉缩现象，这就必须在中间工步中留有一定的修整留量。

（6）有些长轴类零件长度方向尺寸要求很准确，但沿长度方向又不允许进行镦粗（例如曲轴等），设计工步尺寸时，必须估计到长度方向的尺寸在修整时会略有延伸。

锻造比是表示变形程度的一种方法，是衡量锻件质量的一个重要指标。锻件比的计算方法，各国家、各行业均不一致。锻造过程锻造比的我国的一般计算方法是按拔长或镦粗前后锻件的截面比或高度比计算，即锻比K L =0S /S =20D /2

1D 或K L =0H /1H （0S 、S 、0D 、1D 、 0H 、1H 分别是锻造前、后的截面积、直径和高度）。如果采用两次镦粗、拔长，或者两次镦粗间有拔长时，按总锻造比等于两次分锻造比之和计算，即K L 总=K L 1+ K L 2。如果是连续拔长或镦粗时，按总锻造比等于两次分锻造比之积计算，即K L 总=K L 1× K L 2。表8.6列出了我国大锻件行业常用的锻造比计算方法。

锻造比大小反映了锻造对锻件组织和力学性能的影响，一般规律是：锻造过程随着锻造比增大，由于内部孔隙焊合，铸态树枝晶被打碎，锻件的纵向和横向的力学性能均得到明显提高。当锻造比超过一定数值后，由

于形成纤维组织，横向力学性能（塑性、韧性）急剧下降，导致锻件出现各向异性。因此制订锻造工艺规程时，应合理地选择锻造比的大小。

4.确定坯料加热规范

钢锭与钢坯锻造前的加热是锻造生产中十分重要的环节。合理的锻前加热，不仅能改善锻压成形过程，防止裂纹、过烧、温度不均匀等缺陷，而且对提高锻件组织性能有重要的影响。

表1列出了常用钢料的锻造温度范围，包括最高加热温度及终锻温度。确定钢料的锻造温度范围，一般按钢的化学成分选定。但合理的锻造温度还应该考虑工厂具体的生产条件（如钢锭的冶金质量、加热设备性能、锻后热处理技术等）、锻件技术要求和大型锻造特点等因素进行适当的调整。重要的特殊钢锻件往往要求制订专门的加热制度。

表1 常用钢号的始锻、终锻（精锻）加热温度

1）冷钢锭加热。冷钢锭塑性低，当加热速度超过允许值时，热应力大，容易产生加热裂纹。对于大型钢锭应限速升温、分段加热。对于组织结构复杂、残余应力较大的合金钢钢锭，应采用低温装炉。以允许的加热速度升温。并在400℃～600℃和700℃～850℃阶段保温，以防加热时钢锭脆性开裂。在进入塑性状态后。方可按加热炉最大升温速度加热至锻造温度。

2）热钢锭加热。表面温度高于550℃～600℃的钢锭称为热钢锭。热钢锭处于高温、高塑性状态，可以高温装炉，快速加热。

3）严禁冷、热钢锭同炉进行加热。

4）为了配炉，不同钢号、不同规格的钢锭同炉加热时，应按最低的温度，最长的加热时间，制订加热规范。其中始锻温度低、保温时间较短者，可出炉锻造，其余可适当延长保温时间。

5）高温保温时间。无论冷锭、热锭加热至锻造温度后，都应保温一定的时间，以达到均匀、热透和高温扩散的目的。

6）加热温度。加热炉的炉温应比料温高30～50℃。钢料最高加热温度，应考虑不同钢种的过热敏感的钢料或组织结构，最高的加热温度可以适当降低。

7）坯料重复加热的规定。锻件锻造中需要重复加热时，其加热温度应按剩余锻造比（K）确定。当K ≥1.5时，可加热至最高温度，并正常保温。当K＜1.5时，则应降低加热温度（1050℃）或装入高温炉保温。但保温时间比正常减少1/3，以防工步变形小，锻件晶粒粗化。如果锻后热处理可矫正锻件粗晶组织，也可不考虑工步锻造比对加热粗晶的影响。

具体的锻件加热规范的制订可参考JB/T 6052 《钢质自由锻件加热通用技术条件》。

随着钢锭冶金质量的提高和锻压、热处理技术的进步，大锻件加热工艺的发展趋势是提高加热温度，扩大锻压温度范围，缩短加热时间，节省燃料消耗，提高生产效率。因而，现有的加热制度，将会不断进行调整和修订。