1、第第5 5章章 自由锻工艺过程自由锻工艺过程5.2 自由锻件变形工艺过程的确定自由锻件变形工艺过程的确定4.44.4自由锻工艺规程的制定自由锻工艺规程的制定（1 1）根据零件图绘制锻件图）根据零件图绘制锻件图（2 2）确定坯料的质量和尺寸）确定坯料的质量和尺寸（3 3）制定变形工艺和确定锻造比）制定变形工艺和确定锻造比（4 4）选择锻造设备）选择锻造设备（5 5）确定锻造温度范围，制定坯料加热和锻件冷却规范）确定锻造温度范围，制定坯料加热和锻件冷却规范（6 6）制定锻件热处理规范）制定锻件热处理规范（7 7）制定锻件的技术条件和检验要求）制定锻件的技术条件和检验要求（8 8）填写工艺规程卡片）
2、填写工艺规程卡片5.2 自由锻件变形工艺过程的确定自由锻件变形工艺过程的确定内容内容：确定基本工序、辅助工序、修整工序，以及：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确定各变形工序顺序和中间坯料尺寸等。制定变形工艺过程是编制自由锻规程最重要的一部分制定变形工艺过程是编制自由锻规程最重要的一部分4.44.4自由锻工艺规程的制定自由锻工艺规程的制定4.4.14.4.1锻件图的制定与绘制锻件图的制定与绘制锤上锻造空心锻件锤上锻造空心锻件的工艺过程方案选择的工艺过程方案选择5.2 自由锻件变形工艺过程的确定自由锻件变形工艺过程的确定水压机锻造空心锻件水压机锻造空心锻件
3、的工艺过程方案选接的工艺过程方案选接5.2 自由锻件变形工艺过程的确定自由锻件变形工艺过程的确定 是是以零件图为基础以零件图为基础，考虑了加工余量、锻件，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公差、锻造余块、检验试样及工艺夹头等因素绘制 而成。而成。5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定锻件图锻件图 1加工余量加工余量 当锻造不能达到零件的尺寸精度和粗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。属，称为机械加工余量，简称余量。5.3 自由工艺过
4、程规程的制定自由工艺过程规程的制定零件的公称尺寸零件的公称尺寸余量后的尺寸余量后的尺寸锻件公称尺寸锻件公称尺寸4.4.1锻件图的制定与绘制 2余块余块 为了简化锻件的外形或锻造工艺的需要，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。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，会增加金简化后的锻件形状，会增加金属的消耗和机械加工工时。属的消耗和机械加工工时。是否要加放余块应根据零件的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形状、尺寸和锻造技术水平及经济效益等具体情况而定。经济效益等具体情况而定。5.3 自由工艺过程规程的制定自
5、由工艺过程规程的制定4.4.14.4.1锻件图的制定与绘制锻件图的制定与绘制 3锻件公差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。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。来定。5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.14.4.1锻件图的制定与绘制锻件图的制定与绘制4检验用试样及工艺夹头检验用试样及工艺夹头 供锻后组织性能检验；供锻后组织性能检验；方便锻后热处理的吊挂、加持；方便锻后热处
6、理的吊挂、加持；机械加工的夹持等。机械加工的夹持等。5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.14.4.1锻件图的制定与绘制锻件图的制定与绘制 5绘制锻件图绘制锻件图 在锻造余量、公差和各种余块确定后，便可绘制在锻造余量、公差和各种余块确定后，便可绘制锻件图。锻件图。5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.14.4.1锻件图的制定与绘制锻件图的制定与绘制 5绘制锻件图绘制锻件图 典型锻件图 5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定1.1.锻件的外形用粗实线描绘锻件的外形用粗实线描绘2.2.标出锻造公称尺寸和公差标出锻造公称尺寸和公差3.3.在公
7、称尺寸后面或下面标出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零件尺寸并加上括号以示区别4.4.用假想线（双点划线或细实线）用假想线（双点划线或细实线）描绘出零件的轮廓形状。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帮助了解成品零件的形状和便于锻后检查余量检查余量)4.4.14.4.1锻件图的制定与绘制锻件图的制定与绘制例子例子5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.14.4.1锻件图的制定与绘制锻件图的制定与绘制敷料1.1.加余块（敷料）加余块（敷料）5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.14.4.1锻件图的制定与绘制锻件图的
8、制定与绘制2.2.锻件余量锻件余量锻件余量5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.14.4.1锻件图的制定与绘制锻件图的制定与绘制4.4.14.4.1锻件图的制定与绘制锻件图的制定与绘制3.3.锻件公差锻件公差（310）(240)(680)(190)280235012760121203(110)142+3-4(130)23045.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.24.4.2确定坯料质量和尺寸确定坯料质量和尺寸1坯料重量的计算坯料重量的计算 坯料的重量包括锻件重量和损耗重量：坯料的重量包括锻件重量和损耗重量：式中式中 G锻锻 锻件重量锻件重量(kg)，
9、依公称尺寸确定；，依公称尺寸确定；钢的加热烧损率钢的加热烧损率（见表）；（见表）；G芯芯 冲孔芯料损失，取决于冲孔方式；冲孔芯料损失，取决于冲孔方式；G切切 拔长后切除料头的损失，取决于切除部位的尺寸；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自由工艺过程规程的制定）（切芯锻坯1(GGGG4.4.24.4.2确定坯料质量和尺寸确定坯料质量和尺寸2坯料尺寸的计算坯料尺寸的计算G/V坯坯 头道工序为镦粗头道工序为镦粗为避免弯曲，高径比应小于为避免弯曲，高径比应小于2.52.5，为便于下料，高径，为便于下料，高径比应大于比应大于1.25:1.25:001.25H/D2
10、.5 可得可得 D D0 0=(0.8=(0.81.0)1.0)a a0 0=(0.75=(0.750.9)0.9)3V坯3V坯5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.24.4.2确定坯料质量和尺寸确定坯料质量和尺寸3钢锭规格的选择钢锭规格的选择 头道工序为镦粗头道工序为镦粗为避免弯曲，高径比应小于为避免弯曲，高径比应小于2.52.5，为便于下料，高径，为便于下料，高径比应大于比应大于1.25:1.25:001.25H/D2.5 可得可得 D D0 0=(0.8=(0.81.0)1.0)a a0 0=(0.75=(0.750.9)0.9)3V坯3V坯5.3 自由工艺过程规程
11、的制定自由工艺过程规程的制定）（切芯锻坯1(GGGG2坯料尺寸的计算坯料尺寸的计算G/V坯坯头道工序为拔长头道工序为拔长:200H =V/(/4 D)坯200H=V/a坯5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定原坯料直径应按锻件最大截面积原坯料直径应按锻件最大截面积F F锻锻,并考虑锻比并考虑锻比KLKL和修整量和修整量等要求来确定：等要求来确定：F F坯坯K KL LFF锻锻 即即 D D0 0=1.13K=1.13KL LF F锻锻再按国家材料规格，选取标准直径或标准边长。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）：计算坯料高度（下料长度）：圆坯料圆坯料
12、 方坯料方坯料4.4.24.4.2确定坯料质量和尺寸确定坯料质量和尺寸3钢锭规格的选择钢锭规格的选择5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.24.4.2确定坯料质量和尺寸确定坯料质量和尺寸1 1）首先确定钢锭的各种损耗，求钢锭的利用率）首先确定钢锭的各种损耗，求钢锭的利用率%1001烧损锭底冒口碳素钢钢锭：碳素钢钢锭：合金钢钢锭：合金钢钢锭：%7-%5%25-%18锭底冒口，0%1-%70%3-%25锭底冒口，计算钢锭质量：计算钢锭质量：损锻锭GGG2 2）根据锻件类型，参照资料选取）根据锻件类型，参照资料选取/锻锭GG4.4.3.4.4.3.制定变形工艺和确定锻造比制定变
13、形工艺和确定锻造比1.制定变形工艺：包括必须的制定变形工艺：包括必须的变形工序、工序的顺序、计算坯变形工序、工序的顺序、计算坯料尺寸等料尺寸等5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定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。确定工序毛坯尺寸时应注意的问题：确定工序毛坯尺寸时应注意的问题：4.4.3.4.4.3.制定变形工艺和确定锻造比制
14、定变形工艺和确定锻造比2.锻比大小锻比大小反映了锻造对锻件组织和力学性能的影响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自由工艺过程规程的制定5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.3.4.4.3.制定变形工艺和确定锻造比制定变形工艺和确定锻造比用用钢材钢材锻造，因其一般经过大变形的锻轧，组锻造，因其一般经过大变形的锻轧，组织性能均得到改善，一般不须考虑锻造比。织性能均得到改善，一般不须考虑锻造比。钢锭钢锭的锻造必须考虑锻造比。一般要求锻造
15、比的锻造必须考虑锻造比。一般要求锻造比取取2-4。重要锻件重要锻件：采用镦粗拔长联合工艺，锻比要求：采用镦粗拔长联合工艺，锻比要求高达高达6 68 8。5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.3.4.4.3.制定变形工艺和确定锻造比制定变形工艺和确定锻造比锻件名称锻件名称 计算部位计算部位 锻造比锻造比 锻件名称锻件名称 计算部位计算部位 锻造比锻造比 碳素钢轴碳素钢轴类锻件类锻件 最大截面最大截面 2.02.5 2.02.5 锤锤 头头 最大截面最大截面 2.5 2.5 合金钢轴合金钢轴类锻件类锻件 最大截面最大截面 2.53.0 2.53.0 水轮机主水轮机主轴轴 轴轴
16、 身身 2.5 2.5 热轧辊热轧辊 辊辊 身身 2.53.0 2.53.0 水轮机立水轮机立柱柱 最大截面最大截面 3.0 3.0 冷轧辊冷轧辊 辊辊 身身 3.55.0 3.55.0 模模 块块 最大截面最大截面 3.0 3.0 齿轮轴齿轮轴 最大截面最大截面 2.53.0 2.53.0 航空用大航空用大型锻件型锻件 最大截面最大截面 6.08.0 6.08.0 5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.3.4.4.3.制定变形工艺和确定锻造比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自由工艺过程规程的制定4.4.3.4.4.3.制定变形工艺和确定锻造比制定变
17、形工艺和确定锻造比5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.3.4.4.3.制定变形工艺和确定锻造比制定变形工艺和确定锻造比根据作用在坯料上力的性质，自由锻设备分为根据作用在坯料上力的性质，自由锻设备分为锻锤锻锤（空气锤和蒸汽空气锤空气锤和蒸汽空气锤）水水(液液)压机压机5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.3.4.4.3.选择锻造设备选择锻造设备空气锤空气锤利用电动机带动活塞产生利用电动机带动活塞产生压缩空气，使锤头上下往复运动压缩空气，使锤头上下往复运动进行锤击。进行锤击。特点特点:结构简单，操作方便，维护结构简单，操作方便，维护容易，但吨位较小，只
18、能用来锻容易，但吨位较小，只能用来锻造造100kg100kg以下的小型锻件。以下的小型锻件。蒸汽空气锤蒸汽空气锤采用蒸汽和压缩空采用蒸汽和压缩空气作为动力，其吨位稍大，可用气作为动力，其吨位稍大，可用来生产质量小于来生产质量小于1500kg1500kg的锻件，的锻件，4.4.3.4.4.3.选择锻造设备选择锻造设备液压机产生静压力使金属坯料变形液压机产生静压力使金属坯料变形。由于静压力作用时间长，容易达到较由于静压力作用时间长，容易达到较大的锻透深度，可获得整个断面为细大的锻透深度，可获得整个断面为细晶粒组织的锻件。晶粒组织的锻件。液压机是大型锻件的唯一成形设备液压机是大型锻件的唯一成形设备，
19、大型先进液压机的生产常标志着一个大型先进液压机的生产常标志着一个国家工业技术水平发达的程度。国家工业技术水平发达的程度。液压机工作平稳，金属变形过程中无液压机工作平稳，金属变形过程中无振动，噪音小，劳动条件较好。但设振动，噪音小，劳动条件较好。但设备庞大、造价高。备庞大、造价高。5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.3.4.4.3.选择锻造设备选择锻造设备用小的设备锻造太大的锻件，锻件内部锻不透，而且用小的设备锻造太大的锻件，锻件内部锻不透，而且生产率低。生产率低。反之，小型锻件用太大的设备进行锻造速度慢，打击反之，小型锻件用太大的设备进行锻造速度慢，打击力不易控制，也不
20、适宜。力不易控制，也不适宜。5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.3.4.4.3.选择锻造设备选择锻造设备理论计算法：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），选取设备吨位大变形力（或变形功），选取设备吨位。5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.3.4.4.3.选择锻造设备选择锻造设备5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.3.4.4.3.选择锻造设备选择锻造设备（1)1)在水压机上锻造在水压机上锻造最大变形力最大变形力pAF 平均单位压力平均单位
21、压力p p根据不同情况分别计算根据不同情况分别计算1 1）圆形截面锻件镦粗）圆形截面锻件镦粗当当 时，时，5.0DH)31(HDps5.0DH)41(HDps当当 时，时，D D、H H分别是锻造终了锻件的直径和高度，分别是锻造终了锻件的直径和高度，在相应变在相应变形温度和速度下的真实流动应力形温度和速度下的真实流动应力 s摩擦系数，热锻时取摩擦系数，热锻时取0.3-0.50.3-0.5，无润滑取，无润滑取0.50.55.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.3.4.4.3.选择锻造设备选择锻造设备2 2）长方形截面锻件镦粗）长方形截面锻件镦粗)631(15.1HBLBLps
22、L L、B B、H H分别为坯料的长、宽、高分别为坯料的长、宽、高3 3）矩形截面在平砧间拔长）矩形截面在平砧间拔长)31(15.1hlpsl l是送尽量，是送尽量，h h是坯料截面高度是坯料截面高度4.4.3.4.4.3.选择锻造设备选择锻造设备4 4）圆截面坯料在圆弧砧上拔长）圆截面坯料在圆弧砧上拔长)321(dlpsl l是送尽量，是送尽量，d d是坯料直径是坯料直径（2 2）在锻锤上锻造。根据锻件的变形功来计算设备的打击能量）在锻锤上锻造。根据锻件的变形功来计算设备的打击能量或吨位或吨位1 1）圆柱体坯料镦粗变形功）圆柱体坯料镦粗变形功W(J)W(J)103000)(91ln15.1H
23、DHDHHVWs4.4.3.4.4.3.选择锻造设备选择锻造设备2 2）长方形坯料镦粗变形功）长方形坯料镦粗变形功W(J)W(J)103000)(81lnHHHBHHVWs经验类比法：经验类比法：在统计分析生产实践数据的基础上，整理出经验在统计分析生产实践数据的基础上，整理出经验公式、表格或图线，根据锻件某些主要参数（如公式、表格或图线，根据锻件某些主要参数（如质量、尺寸、接触面积），直接按公式、表格或质量、尺寸、接触面积），直接按公式、表格或图线选取设备吨位。图线选取设备吨位。5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.3.4.4.3.选择锻造设备选择锻造设备5.3 自由工艺
24、过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.3.4.4.3.选择锻造设备选择锻造设备填写工艺过程规程制定的所有内容，包括：填写工艺过程规程制定的所有内容，包括：下料方法下料方法工序工序加热设备、加热及冷却规范加热设备、加热及冷却规范锻造设备锻造设备锻件锻后处理等锻件锻后处理等5.3 自由工艺过程规程的制定自由工艺过程规程的制定4.4.5.4.4.5.选择锻造设备选择锻造设备5.4 5.4 制定自由锻工艺过程规程举例制定自由锻工艺过程规程举例图图5.11齿轮锻件图齿轮锻件图图图5.10 齿轮零件图齿轮零件图1 1设计、绘制锻件图设计、绘制锻件图图图5-12 齿轮锻造工艺过程示意图齿轮锻造工艺过程
25、示意图 1-下料下料 2-镦粗镦粗 3-垫环局部镦粗垫环局部镦粗 4-冲孔冲孔 5-冲子扩孔冲子扩孔 6-修整修整2 2确定变形工序及工序尺寸确定变形工序及工序尺寸5.4 5.4 制定自由锻工艺过程规程举例制定自由锻工艺过程规程举例 3 3 计算坯料尺寸计算坯料尺寸坯料体积要考虑锻件体积、冲孔心料体积和烧损体积。坯料体积要考虑锻件体积、冲孔心料体积和烧损体积。4 4 选择设备吨位选择设备吨位根据锻件形状尺寸查有关手册。根据锻件形状尺寸查有关手册。5 5 确定锻造温度范围确定锻造温度范围 4545钢的始锻温度为钢的始锻温度为12001200，终锻温度为，终锻温度为800800。6 6 填写工艺过
26、程卡片填写工艺过程卡片(略略)5.4 5.4 制定自由锻工艺过程规程举例制定自由锻工艺过程规程举例5.4 5.4 制定自由锻工艺过程规程举例制定自由锻工艺过程规程举例5.4 5.4 制定自由锻工艺过程规程举例制定自由锻工艺过程规程举例4.5大型锻件自由锻造工艺特点大型锻件自由锻造工艺特点大型锻件生产的主要特点如下：(1)质量要求严格由于大型锻件多数是机器中的关键件和重要件，一般工作条件特殊，承受载荷大，所以要求其质量必须可靠，性能必须优良，才能确保运行安全。(2)工艺过程复杂大型锻件的生产过程包括冶炼、铸锭、加热、锻造、粗加工、热处理等。(3)生产费用高大型锻件的原材料、能源、劳动力及工具消耗大，生产周期长，占用大型设备多，因而生产成本高。
