锻造变形抗力计算
锻造比自由锻模锻
2. 自由锻工序简介
扭转：
将毛坯一部分相对于另一 部分绕其轴线旋转一定角 度的工序。
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2. 自由锻工序简介
错移：
使坯料的一部分相对于另 一部分平移错开的工序。
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2. 自由锻工序简介
辅助工序
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2. 自由锻工序简介
修整工序
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3. 自由锻工艺规程制定
绘制自由锻件图 确定变形工艺 计算坯料质量及尺寸 选择锻造设备 确定锻造温度范围 填写工艺卡等
确定锻造温度范围
z指始锻温度和终锻温度之间的温度范围。
始锻温度在固相线下100~200℃(过热和过烧问题） 终锻温度要高于金属的再结晶温度50~100℃
z确定锻造温度范围的原则
• 具有良好塑性和较低的变形抗力； • 锻件机械性能及微观组织良好； • 温度范围尽可能宽，加热次数少，提高生产效率。——火次
利用冲击力或压力使金属在砧铁间产生变形，从而 获得所需形状及尺寸的锻件的工艺方法。
金属在上下砧之间受压（冲击力或静压力）后，在 非受力方向自由流动塑性变形，获得锻件。
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优点
1. 自由锻简介
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缺点
1. 自由锻简介
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1. 自由锻简介
应用
z适于多品种、单件、 小批生产
z自由锻是大型锻件的 唯一锻造方法，如水 轮机主轴、多拐曲轴、 大型连杆、大型重要 齿轮等
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3. 自由锻工艺规程制定
绘制自由锻件图
z敷料 z锻件余量及公差
零件的公称尺寸＋余量的尺寸＝锻件公称尺寸
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3. 自由锻工艺规程制定
绘制自由锻件图
z锻件余量及公差
• GB/T 21469-2008 锤上钢质自由锻件机械加工余量与公差 一般要求 • GB/T 21471-2008 锤上钢质自由锻件机械加工余量与公差 轴类
自由锻工艺
2.确定锻造比
锻造比：表示锻件在锻造成形时变形程度，锻造 比以金属变形前后的横断面积的比值或高度的比 值来表示锻比大小。
KLA 0/AD 02/D 2
KL H0 /H
.
锻造比反映了锻造对锻件组织和力学性能的影响， 是保证锻件品质的一个重要指标。 锻造比大：力学性能好；太大会造成力学性能各 向异性
表4-8 典型锻件的锻造比
.
表4-7 锻造工序锻造比和变形过程总锻造比的计算方法
.
.
➢ 重要锻件：采用镦粗拔长联合工艺，锻比要求 高达6～8。
4.4.4选择锻造设备
常用设备：锻锤和水压机
.
1.理论计算法
根据塑性成形原理建立的公式算出锻件成形所需的最大变 形力（或变形功），选取设备吨位。
(1)在水压机上锻造 (2)在锻锤上锻造 在锻锤上自由锻时，由于其打击力是不定的， 所以应根据锻件成形所需变形功来计算设备的打击能量或吨位。
.
α
单垫环镦粗
3.局部镦粗
坯料只在局部长度上产生鐓粗变形。
.
刚端
图4-19 局部镦粗
1、坯料局部鐓粗时， 按杆部选择坯料直径 2、H头/D0≤3
对于头部大杆部细小的杆件，选大于杆部直径的坯料
.
图4-20 头大杆细类锻件的局部镦粗
4.3.3 冲孔
在坯料上用冲子冲出通孔或不通孔（盲孔）的锻造工序。
.
图4-53 在垫环上冲孔 1—冲子 2—坯料 3—垫环 4—芯料
4.3.4 扩孔
扩孔：减小空心坯料壁厚而增加其内外径的锻造工序， 用以锻造各种圆环锻件。
分类：
1.冲子扩孔（胀形扩孔）
2.芯轴扩孔（拔长扩孔）
3.辗压扩孔（拔长扩孔）
机械制造技术教程-锻压练习题
C．打碎高碳钢内部的网状碳化物。
6-3 应用题 1．钨的熔点为3380℃，铅的熔点为327℃，试计算钨及铅的再结
晶温度。钨在900℃进行变形，铅在室温（20℃）进行变形，试 判断它们属于何种变形。 T回=0.3T熔点（K) (3380+273) ×0.3 =3653 ×0.3 = 1096（823 ℃） T再 =0.4T熔点（K) (3380+273) ×0.4 =3653 ×0.4 = 1461（1188 ℃） T回（823 ℃）＜ 900℃＜ T再（1188 ℃）所以为温变形
8-1 判断题
1．如图8-l所示锻件，采用锤上模锻生产。从便于
锻模制造，锻件容易出模的角度考虑分模面应选在
a-a。
(）
2．锻模中预锻模膛的作用是减少终锻模膛的磨损， 提高终锻模膛的寿命。因此预锻模膛不设飞边槽， 模膛容积稍大于终锻模膛，模膛圆角也较大，而模 膛斜度通常与终锻模膛相同。 （ ）
9．对于塑性变形能力较差的合金，为了提高其塑性变形能力，可 采用降低变形速度或在三向压应力下变形等措施。
6-2 选择题 1．钢制的拖钩如图6-1所示，可以用多种方法制成。其中，拖重能
力最大的是（ ）。
A． 铸造的拖钩；B．锻造的拖钩；C．切割钢板制成的拖钩。 2．有一批经过热变形的锻件，晶粒粗大，不符合质量要求，主要
6-1 判断题
1．压力加工是利用金属产生塑性变形获得零件或毛坯的一种方 法。在塑性变形的过程中，理论上认为金属只产生形状的变化而 其体积是不变的。
2．把低碳钢加热到1200℃时进行锻造，冷却后锻件内部晶粒将 沿变形最大的方向被拉长并产生碎晶。如将该锻件进行再结晶退 火，便可获得细晶组织。
锻造实训题库及答案解析
锻造实训题库及答案解析一、单项选择题1. 锻造过程中，金属材料的塑性变形主要发生在（）。
A. 初始阶段B. 中间阶段C. 终了阶段D. 全过程答案：B2. 锻造工艺中，为了提高金属的塑性，通常采用（）。
A. 降低温度B. 提高温度C. 保持室温D. 交替温度答案：B3. 在锻造过程中，金属材料的变形抗力随着温度的升高而（）。
A. 增加B. 减少C. 不变D. 先增加后减少答案：B4. 下列哪项不是锻造的基本工序之一？A. 镦粗B. 拔长C. 切割D. 冲孔答案：C5. 锻造过程中，金属材料的变形量通常用（）来表示。
A. 长度B. 宽度C. 厚度D. 真应变答案：D二、多项选择题6. 锻造工艺中，常用的加热设备包括（）。
A. 电炉B. 燃气炉C. 感应炉D. 空气炉答案：A, B, C7. 锻造中，金属材料的塑性变形可以通过（）来实现。
A. 压力B. 温度C. 速度D. 化学成分答案：A, B8. 锻造过程中，金属材料的变形抗力受哪些因素影响？A. 材料的化学成分B. 材料的初始温度C. 变形速度D. 变形程度答案：A, B, C, D三、判断题9. 锻造过程中，金属材料的塑性变形总是伴随着硬度的增加。
（）答案：正确10. 锻造过程中，金属材料的塑性变形可以通过增加变形速度来实现。
（）答案：错误四、简答题11. 简述锻造工艺中常见的几种锻造方法及其特点。
答案：锻造工艺中常见的锻造方法包括自由锻造、模锻、锤锻和压力机锻造。
自由锻造适用于形状简单的零件，操作灵活；模锻适用于形状复杂、精度要求高的零件，生产效率高；锤锻适用于中小批量生产，设备简单；压力机锻造适用于大批量生产，精度高，生产效率高。
五、计算题12. 若某金属材料在锻造过程中的真应变为2，求其变形量。
答案：真应变定义为ε = ln(Lf/Li)，其中Lf为最终长度，Li为初始长度。
当ε=2时，Lf = Li * e^2。
变形量为Lf - Li，即Li* (e^2 - 1)。
锻造的基本知识点
第二篇金属压力加工一.压力加工：利用金属在外力作用下产生的塑性变形来获得具有一定形状和力学性能的原材料，毛坯或零件的生产方法，叫压力加工二.加工途径：扎制、拉拔、挤压、冲压2-1-1金属塑性变形弹性变形的原因：金属所受外力<屈服强度塑性变形的原因：金属所受外力>屈服强度塑性变形的实质：晶体内部间产生了滑移的结果2-1-2金属塑性变形对金属组织性能的影响一.组织：1.晶粒沿最大变形方向伸长2.晶粒与晶格发生扭曲，产生内应力3.晶粒间产生碎晶二.性能：1.强度硬度增高，韧性塑性下降，叫冷变形硬化2.有回复性（回复温度=0.25-0.3熔点）3.强化金属材料的重要途径，利用金属的冷变形实现的三.金属变形中的冷变形与热变形冷变形：T<T(再结晶)热变形：T>T(再结晶)——热变形——细化晶粒，恢复塑性韧性三.纤维组织：铸铁在压力加工中，沿变形方向被拉长成纤维状的组织影响：1.纤维组织越明显，金属在纵向（平行纤维的方向）上，塑性与韧性提高，在横向上塑性下降2.纤维组织的明显程度与金属的变形程度有关，变形程度越大，纤维程度月明显3.金属组织的纤维组织稳定性好，不可用热处理方法加以消除，但可用锻压的方法使金属重新变形，才能改变形状与方向2-1-3金属的可锻性1.概念：金属的可锻性是衡量材料经受压力加工时，获得优质制品难易程度的工艺性能，可锻性好，适合压力加工；反之，不适合压力加工，，可锻性常用金属塑性与变形抗力来综合衡量，其塑性越好，变形抗力就越小，可锻性就越好，反之则差。
2.可锻性取决于：A.化学成分，成分不同，可锻性不同，纯金属可锻性比合金好，碳钢含C量越底，可锻性越好，当钢中含能形成碳化物的元素多，则可锻性差B.金属组织：纯金属含固熔体（镍氏体或单一体）可锻性好，含碳化物则差。
铸态组织和粗晶结构不如晶粒细小又均匀的组织可锻性好。
3.加工条件： 1.变形温度：（T外在T结晶以上）2变形速度：3.在三个方向上的应力，其中压应力越多，金属塑性越好，拉应力越多则金属塑性越差同号应力状态下引起的变形拉力>异号应力产拉力2-2锻造概念：利用冲压力或压力使金属在抵御或锻造中变形从而获得所需形状或尺寸的零件，这类工艺方法叫锻造二.锻造方法：自由锻造——大件模锻——复杂件胎膜锻三.冲压1.热冲压：8mm—10mm2.冷冲压：6mm以下1。
等温锻造
类别 常规锻造 等温锻造 模具温度/℃ 480 954 加压速度 /(mm/s) 76.2 0.42 变形抗力 /MPa 492.1 140.6
（4）等温锻造与热模锻造的区别 等温锻造与热模锻造的原理相似。 热模锻造是等温锻造的前期工艺方法。它是将 锻模加热到比变形坯料始锻温度低110～225℃ 的范围内。 由于减小了坯料与模具之间的温差，坯料的冷 却速度降低，特别是坯料表面温度不会过低，提 高了坯料的塑性，降低了坯料的变形抗力。 但热模锻造过程中，坯料温度不是恒定的，随 变形的进行，温度逐渐降低。
2.对润滑剂的要求 在整个锻造过程中，能在模具和毛坯间形成连 续的润滑膜，并具有低的摩擦系数； 对毛坯表面具有防护作用，防止氧化或吸收其 它气体； 兼有脱模剂作用； 不应与毛坯和模具发生化学反应； 易涂复和去除； 无毒、非易燃、非稀缺。
3.等温锻造与超塑性锻造的润滑剂 按温度区间划分： 280℃以下，用硅油或硅橡胶，成形表面光滑， 润滑剂效果好，无残留物； 280～430℃，用MoS2或MoS2钙基脂，可形成 薄而均匀的润滑层； 亚中温（600～720℃）、中温（700～900℃）、 高温区（800～1000℃），采用软化点不同的玻 璃润滑剂。
带顶出装置：制件常采用下顶出装置脱模，顶 出装置应具有足够的顶出行程与顶出力。 有控温系统：工作部分的加热温度控制是必需 的。 值得注意的是 ，等温锻造与超塑性锻造可以 使变形力降低1～2个数量级，可选用吨位较小的 液压机。
变形力计算： 常用经验公式，估算变形力：
P = p ⋅ F / 1000
式中： P－－变形力（kN）； F－－锻件的总变形面积（mm2）； p－－单位变形力（MPa）， 是流动应力的2～4倍， 闭式模锻、薄腹板模锻取上限； 开式模锻取下限。
材料成型工艺学 金属塑性加工
二、模锻件的结构工艺性
1. 模锻件上必须具有一个合理的分模面 2. 零件上只有与其它机件配合的表面才需进行机械加工,
其它表面均应设计为非加工表面 (模锻斜度、圆角) 3. 模锻件外形应力求简单、平直和对称。避免截面间差别
过大, 薄壁、高筋、高台等结构 (充满模膛、减少工序) 4. 尽量避免深孔和多孔设计 5. 采用锻- 焊组合结构
自由锻设备：锻锤 — 中、小型锻件 液压机 — 大型锻件
在重型机械中,自由锻是生产大型和特大型锻件的 惟一成形方法。
1.自由锻工序 自由锻工序：基本工序 辅助工序 精整工序
(1) 基本工序 使金属坯料实现主要的变形要求, 达
到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工序。 有：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、
扭转、错移、切割 (2) 辅助工序
金属的力学性能的变化：
变形程度增大时, 金属的强度及硬度升高, 而塑 性和韧性下降。
原因：由于滑移面上的碎晶块和附近晶格的强烈 扭曲, 增大了滑移阻力, 使继续滑移难于进行所致。
几个现象：
▲ 加工硬化
（冷变形强化）： 随变形程度增大, 强度和硬度上升而塑性下降的现象。
▲回复：使原子得以回复正常排列, 消除了晶格扭曲, 致使
§3 金属的可锻性
金属的可锻性：材料在锻造过程中经受塑性变形 而不开裂的能力。
金属的可锻性好，表明该金属适合于采用压力加工 成形； 可锻性差，表明该金属不宜于选用压力加工方法 成形。
衡量指标：金属的塑性（ψ、δ ）； 变形抗力（σb、HB）。
塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性好。
金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。
弹复：
金属塑性变形基本规律：
体积不变定律： 金属塑变后的体积与变形前的体积相等。
锻造工艺学-3-锻造的热规范
9
3-2 加热时产生的缺陷及防止措施
表层缺陷：氧化、脱碳、裂纹 内部缺陷：过热、过烧、裂纹
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一、氧化
钢在加热时，表面上的合金元素与炉气中的氧化 性气体（O2，CO2，H2O和SO2）发生化学反应，形成氧 化皮。
氧化实质上是一种扩散过程：铁以离子状态从内 部向表面扩散，氧以原子状态吸附到钢坯表面，并向 内部扩散。
35
3-3 金属的加热规范
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几个概念：
1）装炉温度 2）加热速度 3）均热保温 4）加热时间 5）始锻温度、终锻温度、锻造温度范围
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3-4 锻造温度范围的确定
基本原则： 合理的锻造温度范围，应保证金属具有良好的塑
性和较低的变形抗力。并在此条件下尽量扩大锻造温 度范围，以减少加热火次。 ● 具体锻造温度范围应根据铁碳相图来确定
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2、组织应力（相变应力）
具有相变的材料在加热过程中，表层先相变，心 部后相变，且相变前后组织的比容发生变化，由此引 起的应力叫组织应力。
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加热过程中随着温度升高，表层先相变，由珠光 体转变为奥氏体，比容减小，表层受拉心部受压。此 时组织应力与温度应力反向，使总的应力数值减小。
随着温度的继续升高，心部相变，此时组织应力 心部受拉表层受压。组织应力方向与温度应力相同， 使总的应力数值增大，但此时钢料已接近高温，一般 不会造成开裂。
击韧性，因此要尽量避免产生魏氏组织。
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终锻温度：
低碳钢：奥氏体、铁素体双相区 中碳钢：奥氏体单相区 高碳钢：奥氏体、渗碳体双相区
注意：高碳钢终端温度为何选在奥氏体、渗碳 体双相区？
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3-5 锻后冷却
一、冷却方法
● 空冷 ● 坑冷（箱冷） ● 炉冷 各种冷却方法的根本区别在于冷却速度的不同
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锻造变形抗力计算
一、镦粗：
变形抗力公式：P=m*ω*σb*F——公式（1）
公式（1）中：1) m=(1+ μ/3*D/h)
——μ：摩擦系数，热变形时:μ=0.3~0.5；
——D：镦粗后的直径；
——h：镦粗后的高度；
图1 镦粗形状图
注：比值D/h越大，即毛坯镦得越扁，端面摩擦阻力的影响就越显著，单位变形抗力也就越大。
2)ω:变形速度对单位变形抗力影响的系数
设备下行速度10-25cm/s时，取1.2~1.6;
设备下行速度25-75cm/s时，取1.6~2.0.
3)σb:变形温度下材料的强度极限
始锻温度1000℃时，σb= 6 Kg/mm2；
4)F: 镦粗模与毛坯的接触面积F=πD2/4
二、反挤压：
变形抗力公式：P=m*ω*σb*F——公式（2）
公式（2）中：1) m=(1+ μ/3*d/h)（1+e4μL /（D-d））
——μ：摩擦系数，热变形时:μ=0.3~0.5；
——d：反挤压后的内径；
——D：反挤压后的外径；
——h：反挤压后的底高度；
——H：反挤压后的总高度；
——L=H-h，当H<d/2时，取L=d/2-h；
——e：自然对数，e=2.718.
图2 反挤压形状图
2)σb:变形温度下材料的强度极限
温度950℃时，σb= 7 Kg/mm2；
3)F: 镦粗模与毛坯的接触面积F=πd2/4
注：公式（2）中其余字母同公式（1）中的字母取值。