自由锻工艺过程概述
自由锻造和模型锻造的工艺过程
自由锻造和模型锻造的工艺过程自由锻造和模型锻造的工艺过程2009-06-28 20:50第6章自由锻造和模型锻造的工艺过程采用通用工具或直接在锻造设备的上下砧之间进行的锻造，称为自由锻造，简称自由锻。
自由锻的工艺灵活，锻造时金屑坯料只有部分表面与工具或上下砧面接触，其余为自由表面，坯料在水平方向进行塑性变形时流动自由，因而要求设备功率比模锻小；锻件形状和尺寸全凭锻工掌握和控制，因此生产效率低，锻件复杂程度和精度较低。
随着锻造生产的发展，批量的增加，自由锻件必然被生产效率高、精度高、锻件形状复杂的模锻件所代替，但特大型锻件还必须靠自由锻生产，而且随着科学技术的发展，自由锻造的现代化，锻件的内部质量、精度与生产效率都将有很大的提高。
采用模具在锻造设备上进行的锻造称为模型锻造，简称模锻。
模锻时金属坯料表面与模具全面接触，坯料在进行塑性变形时流动不自由，受到模壁限制，因而要求设备功率大；锻件的尺寸和形状由终锻模膛控制，余量小，精度与效率都高，而且便于实现机械化和自动化。
自由锻造适合于单件、小批生产，模型锻造则适合于大批量的生产。
6．1 自由锻造6．1．1 自由锻造基本工序自由锻造的基本工序有拔长、镦粗、冲孔、扩孔、切断、弯第97页形、扭转和错移等。
(1)拔长是使锻件长度增长、横截面积减小的操作工序，主要用于锻造轴类锻件，如台阶轴、拉杆和连杆等。
①拔长的基本方法拔长时沿坯料的一面顺次锻打一遍后，坯料一般会发生翘曲，应将坯料翻转180°后轻击拉直，然后再翻转90°顺次锻打。
对塑性较差的高合金钢等锻件，应采用沿螺旋方向翻转90°的方法锻造，以保证锻造时变形均匀和温度均匀。
翻转方法如图6—1所示。
②拔长的操作要点a．拔长时坯料每次进给量不得小于单面压下量，否则容易产生折叠。
b．直径较大的坯料拔成较小的圆截面时，应先锻成方形截面，当拔长到接近锻件直径时，再倒棱滚圆。
如果用圆钢拔成方钢，圆钢的最小直径应在方钢边长的1．4倍以上，才能保证锻得出。
锻造工艺过程及模具设计第5章自由锻工艺过程
锻造工艺过程及模具设计第5章自由锻工艺过程自由锻是一种常见的金属锻造工艺，其特点是材料在锻造过程中自由变形，不受模具限制，可以制造出形状复杂的零件。
在自由锻工艺过程中，对于模具的设计和选择非常重要，合理的模具设计可以提高产品质量和生产效率。
自由锻工艺过程分为以下几个主要步骤：1.材料准备：选择合适的金属材料，根据所需零件的要求进行预处理，如加热或降温处理，以提高材料的塑性和硬度。
2.模具设计：根据产品的形状和尺寸要求，设计合理的模具结构。
模具应该具有足够的强度和刚性，以承受锤击和材料的变形力。
3.热处理：对于一些特殊材料，需要进行热处理以改变其组织和性能。
热处理可以分为加热、保温和冷却三个阶段。
4.塔斯锻：将预处理后的材料放置在模具中，通过锤击将其塑性变形成所需形状。
根据材料的类型和形状要求，可采用单锻、多锻或自由锻等不同的锻造方式。
5.修整：在锻造过程中，可能会出现一些缺陷或不均匀性，需要通过修整来改善。
修整可以通过剪切、磨削、冲击等方式进行。
6.热处理：将锻造后的零件进行再次热处理，以消除残余应力，并使其形成稳定的组织和性能。
7.车床加工：根据产品的要求，对锻造后的零件进行车床加工，加工出精确的尺寸和表面质量。
8.表面处理：为了提高零件的耐腐蚀性和美观度，可以对锻造后的零件进行表面处理，如镀铬、喷涂等。
自由锻工艺过程中，模具设计起着至关重要的作用。
合理的模具设计可以提高产品质量和生产效率，避免或减少缺陷和废品的产生。
在模具设计过程中，需要考虑以下几个因素：1.材料的变形性能：不同金属材料具有不同的塑性和硬度，因此，在设计模具时需要考虑材料的变形性能，并合理选择模具的形状和尺寸。
2.零件的形状和尺寸要求：根据所需零件的形状和尺寸要求，设计相应的模具结构。
模具应该具有足够的强度和刚性，以承受锤击和材料的变形力。
3.生产效率和成本：考虑到生产效率和成本，模具设计应尽量简单化，减少加工和调整工序，提高生产效率和降低成本。
自由锻的工艺流程
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简述自由锻的基本工序
简述自由锻的基本工序
自由锻是一种常见的金属加工工艺，它是通过应用力将金属材料加工成所需形状的过程。
自由锻的基本工序包括以下几个步骤：
1. 热处理
在进行自由锻前，首先需要对金属材料进行加热，以改变其组织结构和物理性质。
一般采用淬火加热，即将材料加热到其临界温度以上，然后迅速冷却。
2. 钢坯准备
钢坯是指用于自由锻的金属材料。
钢坯准备包括选择合适的钢坯材料、切割钢坯、加工和铣削钢坯。
3. 预加工
预加工是对钢坯进行初始加工，以便更容易进行自由锻。
预加工包括将钢坯加热至温度范围内、对钢坯进行热挤压、锻件锤打和锻件提齿等。
4. 自由锻
自由锻是将钢坯的断面形状变形成所需形状的过程。
自由锻的主要方式有锤击和压制两种。
锤击方式是通过锤子敲打钢坯，压制方式是通过压力均匀施加压力以形成钢坯所需的形状。
自由锻的目的是使钢坯在变形中去除缺陷和气孔，提高其拉伸和疲劳性能。
5. 水淬和热处理
自由锻完成后，需要对钢件进行气冷或水淬处理，以控制其组织结构和硬度。
然后再对其进行回火、退火或正火处理，以达到所需的力学性能和化学性能。
总之，自由锻是一种重要的金属加工工艺，其基本工序包括热处理、钢坯准备、预加工、自由锻以及气冷或水淬和热处理。
在实际应用中，不同的工件形状和要求需要采取不同的自由锻技术和加工方法，以实现更好的加工效果和产品质量。
第三章自由锻造工艺
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47
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平砧镦粗
平砧镦粗变形与应力状态分析
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2) 坯料尺寸的影响
Ⅰ—难变形区 Ⅱ—大变形区 Ⅲ—小变形区 Ⅳ—均匀变形
不同高径比坯料镦粗时鼓型情况与变形分布
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28
4 镦粗的质量问题及控制
质量问题： 侧表面产生纵向或45º裂纹；
侧表面出现鼓形； 上下端存留铸态组织； 高坯料镦粗易失稳弯曲；。 质量控制措施： a 采用润滑、预热工具
基本锻造工序：拔长、弯曲
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例：卡瓦的锻造过程
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非洲菊
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★
圆自
轴由
锻锻
锻 件 锻 造
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叉 杆 锻 件 锻 造
36
大 型 锻 件 锻 造
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42
全纤维自由锻造
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第三节 自由锻基本工序分析
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一、 镦粗
使坯料整体或一部分高度减小截面积增大的工序 锻造比为：Y镦=H0/H 镦粗比为：H0/D0
3精整工序
在完成基本工序之后，用以提高锻件 尺寸及位置精度的工序。
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辅助工序
预压钳把
钢锭倒棱
分段压痕
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修整工序
鼓形滚圆
端面平整
弯曲校正
20
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二、自由锻件分类
饼块类 、空心类、轴杆类、 曲轴类、弯曲类、复杂形状类
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1 饼块类锻件
外形横向尺寸大于高度尺寸，或两者 相近，如圆盘、叶轮、齿轮、模块、锤头 等。
97
八 切割 将毛坯一部分或几部分切掉以获得所需形状的锻件的工序
98
第四节 自由锻工艺规程的制定
一、概述 二、自由锻件的结构工艺性 三、自由锻工艺规程的制定
2-自由锻模锻工艺
弯曲连杆旳模锻过程
三 锤上模锻工艺规程（锻件图）旳制定
1 绘制锻件图： 设计和制造锻模旳根据；计算坯料旳根据；检验锻件旳根据。 工艺参数旳拟定： (1)分模面： 即锻模上、下模或凸、凹模旳分界面。
选择分模面旳原则： 要确保锻件能从模膛中取出；
d
有利于发觉上下模错移，预防出废品；
a b
a 使模膛有最浅旳深度，便于充斥； b
四 模锻件旳构造工艺性
具有合理旳分模面、斜度和圆角半径，以便于从模膛中取出锻件； 非配合表面设计成不加工表面； 使模锻成形轻易，降低工序：
零件力求简朴、平直、对称； 截面差不要过大，Fmax/Fmin≤2 不宜过于扁薄； 应防止高旳凸起和深凹。 防止小孔、多孔构造，防止窄沟、深槽构造；
4 -φ20
c
c 分模面最佳是平面；
降低余块，节省金属。 d
a-a
b-b
c-c
d-d
(2)加工余量和铸造公差： 余量1～4mm，公差±0.3～3mm, 冲孔连皮4～8mm。 (3) 斜度： 斜度一般为5～12° (4) 圆角半径：在锻件上全部两平面交角处都需做成圆角，
目旳是降低模具旳磨损和便于金属旳充填。
2 拟定模锻工步 3 算料 4 选择模锻设备 5 模锻旳后续工序
（六）填写工艺卡
三 自由锻零件构造工艺性
1 尽量防止锥面和斜面以及不规则曲面；
2 两部分连接处不用弧面（采用截柱体）；
3 锻件上不得有加强筋和小凸台； 4 形状复杂件可分几种部分锻出。
§2-4 模锻
将金属坯料放在锻模旳模膛内，在锻压力旳作用下，迫 使金属料依模膛旳形状而变形旳一种铸造措施。
一 锻模和模膛
样旳要求。 如精整表面外形、鼓形滚圆、弯曲矫正等。
自由锻工艺过程
智能化发展趋势与挑战
1 2 3
数据驱动模型
基于大数据和机器学习技术，建立数据驱动模型， 实现自由锻工艺的智能化预测和优化。
智能传感器与控制系统
研发高精度、高稳定性的智能传感器和控制系统， 实时监测和调整自由锻工艺参数，提高产品质量 和生产效率。
多学科交叉融合
结合材料科学、力学、热力学等多学科知识，深 入研究自由锻工艺机理，为智能化发展提供理论 支撑。06自由锻数值模拟与 Nhomakorabea能 化发展
数值模拟技术应用现状
有限元法（FEM）应用
通过建立物理模型的数学方程，利用有限元法模拟自由锻过程中 的应力、应变和温度分布。
有限体积法（FVM）应用
有限体积法适用于处理复杂几何形状和边界条件，广泛应用于自由 锻工艺模拟。
粒子法（SPH）应用
光滑粒子流体动力学方法（SPH）适用于模拟大变形和自由表面流 动，为自由锻工艺提供了新的模拟手段。
辅助工序
为了保证锻件质量和提高生产效率，自由锻还包括一些辅助工序，如预锻、修整、校直等。预锻是为了减少终锻 时的变形量，提高锻件的精度和表面质量；修整是对锻件进行局部的加工和调整，以满足尺寸和形状要求；校直 是对弯曲的锻件进行矫正，以保证其直线度。
冷却与热处理
冷却
锻造完成后，需要对锻件进行冷却。冷却方式包括空冷、坑 冷、炉冷等。冷却速度对锻件的组织和性能有很大影响，因 此需要根据锻件材质和要求选择合适的冷却方式。
应变分析
应变是金属在自由锻过程中发生的形状和尺寸变化。通过应变分析，可以了解金属的变形程度和分布 情况，进而评估锻件的几何形状和尺寸精度。同时，应变分析还可以为后续的工艺优化提供重要依据 。
工艺参数优化方法
试验法
自由锻工艺过程
例题
1、绘制锻件图
2、确定变形工艺和工具（由D/d, H/d, H/D且依据于图5-9进 行）
基本概念： 机械加工余量、锻造余块、试样余块、锻件工称尺寸、
锻造比
思考题： 1、自由锻工艺的特点及其主要用途是什么？不同材料自
由锻面临主要问题是什么？为什么？ 2、试述自由锻件的分类及其采用的基本工序。 3、自由锻工艺过程的制定包括哪些内容？ 4、锻造比对锻件组织和力学性能有哪些影响？其选择与
材料成型技术
金属的塑性成型工艺
七、自由锻工艺过程
自由锻工艺过程实质是利用简单的工具逐步改变坯料形 状、尺寸和状态，以获得所需形状、尺寸和性能（组织）的 锻件的加工工序。
自由锻工艺的特点及其用途： 特点:工具简单、通用性强、灵活性大、所需设备吨位较
模锻小。 用途 : 单件、小批量生产；大锻件。 应注意的主要问题： 中小锻件为成形问题。应掌握金属流动规律，灵活运用 各种变形工序。 大锻件为质量问题。应提高材料冶金质量，采取合理的 工艺措施。
工序包括基本工序、辅助工序和修整工序。
工艺尺寸的设计原则： ⑴ 必须符合工艺特点； ⑵ 必须保证各部分有足够的体积； ⑶ 必须注意中间各火次加热的可能性； ⑷ 必须预计轴向修整时的伸长(轴向尺寸精确且不能镦粗时) 。
锻比的确定
锻比的确定
四、确定锻造设备吨位
1、目的 内部锻透，提高生产率；节省动力，降低成本。
1、自由锻件的分类 按照工艺特点进行分类，即将形状特征
相同、变形过程类似的锻件归为一类。
2、自由锻件变形方案的确定
影响因素：
技术要求、操作经验、生产管理水平、车间设备条件 、工具辅具情况、坯料供应状态、生产批量大小等。
应全面考虑实现工艺方案的可能性、锻件质量的可靠 性和经济上的合理性。
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5.42.自4自由由锻锻件工变艺规形程工的艺制过定程的确定
（1）根据零件图绘制锻件图 （2）确定坯料的质量和尺寸 （3）制定变形工艺和确定锻造比 （4）选择锻造设备 （5）确定锻造温度范围，制定坯料加热和锻件冷却规范 （6）制定锻件热处理规范 （7）制定锻件的技术条件和检验要求 （8）填写工艺规程卡片
5.3 自由工艺过程规程的制定
4.4.3. 制定变形工艺和确定锻造比
2.锻比大小 •反映了锻造对锻件组织和力学性能的影响 •表示锻件在锻造成形时变形程度 •是保证锻件品质的一个重要指标
5.3 自由工艺过程规程的制定
4.4.3. 制定变形工艺和确定锻造比
5.3 自由工艺过程规程的制定
G坯 (G锻 G芯 G 切）（1 ）
式中 G锻 ─ 锻件重量(kg)，依公称尺寸确定；
─ 钢的加热烧损率（见表）；
G芯 ─ 冲孔芯料损失，取决于冲孔方式； G切 ─ 拔长后切除料头的损失，取决于切除部位的尺寸；
5.3 自由工艺过程规程的制定
4.4.2确定坯料质量和尺寸
2．坯料尺寸的计算
V ＝G 坯
原坯料直径应按锻件最大截面积F锻, 并考虑锻比KL和修整量
等要求来确定： F坯＝KL·F锻
即 D0 = 1.13√KLF锻
再按国家材料规格，选取标准直径或标准边长。
计算坯料高度（下料长度）： 圆坯料
H0 = V坯/( /4 D02 )
方坯料
H0 = V坯 /a 02
54.3.4自.2确由定工坯艺料过质程量规和程尺的寸 制定
描绘出零件的轮廓形状。
(帮助了解成品零件的形状和便于锻后 检查余量)
5.3 自由工艺过程规程的制定
4.4.1锻件图的制定与绘制
例子
5.3 自由工艺过程规程的制定
4.4.1锻件图的制定与绘制
1.加余块（敷料）
敷料
5.3 自由工艺过程规程的制定
4.4.1锻件图的制定与绘制
2.锻件余量
锻件余量
5.3 自由工艺过程规程的制定
5.3 自由工艺过程规程的制定
4.4.1锻件图的制定与绘制
3．锻件公差
由于设备精度或技术差异，锻件实际尺寸达不到公称 尺寸，允许存在一定的误差，即锻件公差。
选择余量和公差可查有关手册或根据工厂的实际情况 来定。
54..34自.1锻由件工图艺的过制程定与规绘程制的制定
4．检验用试样及工艺夹头
供锻后组织性能检验； 方便锻后热处理的吊挂、加持； 机械加工的夹持等。
5.3 自由工艺过程规程的制定
4.4.3. 制定变形工艺和确定锻造比
1.制定变形工艺：包括必须的变形工序、工序的顺序、计算坯 料尺寸等
确定工序毛坯尺寸时应注意的问题：
1) 坯料各工序的变形尺寸必须符合变形工艺规则。 2)必须保持锻件各部分有足够的体积，锻件最后需要精整时， 应留有充足的修整量。 3)在多火次锻打较大锻件时，应考虑中间各火次加热的可能 性。 4)有些长轴类锻件的轴向尺寸要求精确，且因锻件太长不能 镦粗(例如曲轴等)，必须预计到锻件在精修时轴向会略有伸 长。
坯
/
• 头道工序为镦粗
为避免弯曲，高径比应小于2.5，为便于下料，高径 比应大于1.25: 1.25 H0/D0 2.5
可得
D0 = (0.8～1.0) 3 V坯
a0 = (0.75～0.9)3 V坯
5.43.4自.2由确定工坯艺料过质程量规和程尺的寸制定
3．钢锭规格的选择
G坯 (G锻 G芯 G切）（1 ）
5.42.自4自由由锻锻件工变艺规形程工的艺制过定程的确定
4.4.1锻件图的制定与绘制 制定变形工艺过程是编制自由锻规程最重要的一部分
内容：确定基本工序、辅助工序、修整工序，以及 确定各变形工序顺序和中间坯料尺寸等。
5.2 自由锻件变形工艺过程的确定
锤上锻造空心锻件的工艺过程方案选择
5.2 自由锻件变形工艺过程的确定
水压机锻造空心锻件的工艺过程方案选接
5.3 自由工艺过程规程的制定
锻件图 是以零件图为基础，考虑了加工余量、锻件 公差、锻造余块、检验试样及工艺夹头等因素绘制 而成。
54.3.4自.1锻由件工图艺的过制程定规与绘程制的制定
1．加工余量 当锻造不能达到零件的尺寸精度和粗 糙度要求时，零件表面需增加一层供切削加工用的金 属，称为机械加工余量，简称余量。
零件的公称尺寸＋余量后的尺寸＝锻件公称尺寸
54..34自.1锻由件工图艺的过制程定与规绘程制的制定
2．余块 为了简化锻件的外形或锻造工艺的需要， 通常需要添加金属。这种加添的金属部分叫做余块。
简化后的锻件形状，会增加金 属的消耗和机械加工工时。 是否要加放余块应根据零件的 形状、尺寸和锻造技术水平及 经济效益等具体情况而定。
3．钢锭规格的选择
1）首先确定钢锭的各种损耗，求钢锭的利用率
1 冒口 锭底 烧损 100%
碳素钢钢锭： 冒口 18% - 25%，锭底 5% - 7%
合金钢钢锭： 冒口 25% - 30%，锭底 7% -10%
计算钢锭质量：
G锭
G锻 G损
2）根据锻件类型，参照资料选取 G锭 G锻 /
• 头道工序为镦粗
为避免弯曲，高径比应小于2.5，为便于下料，高径 比应大于1.25: 1.25 H0/D0 2.5
Байду номын сангаас可得
D0 = (0.8～1.0) 3 V坯
a0 = (0.75～0.9)3 V坯
5.3 自由工艺过程规程的制定
4.4.2确定坯料质量和尺寸
2．坯料尺寸的计算
V ＝G 坯
坯
/
•头道工序为拔长:
5.3 自由工艺过程规程的制定
4.4.1锻件图的制定与绘制
5．绘制锻件图 在锻造余量、公差和各种余块确定后，便可绘制 锻件图。
5.3 自由工艺过程规程的制定
4.4.1锻件图的制定与绘制
5．绘制锻件图
典型锻件图
1.锻件的外形用粗实线描绘 2.标出锻造公称尺寸和公差 3.在公称尺寸后面或下面标出
零件尺寸并加上括号以示区别 4.用假想线（双点划线或细实线）
4.4.1锻件图的制定与绘制
3.锻件公差
120±3 ( 110) 142+-34 ( 130) 230±4 ( 190)
280±2 (240)
350±12 （310）
760±12 (680)
5.3 自由工艺过程规程的制定
4.4.2确定坯料质量和尺寸
1．坯料重量的计算 坯料的重量包括锻件重量和损耗重量：