图4-60 锻件的各种尺寸、
余量和公差的关系
57
3.锻造余块 4.检验试样及工艺夹头
图4-61 锻件的各种余块
58
5.绘制锻件图
图4-64 齿轮零件图
图4-65 齿轮锻件图
59
4.4.2 坯料质量和尺寸的确定 1.坯料质量的计算
2.坯料尺寸的确定
3.钢锭规格的选择 1)首先确定钢锭的各种损耗，求出钢锭的利用率η为 2)根据锻件类型，参照经验资料先定出概略的钢锭利用率η，然后 求得钢锭的计算质量G锭＝G锻／η，再从有关钢锭规格表中，选取60 所需的钢锭规格。
自由锻视频
适用范围：1、中小型锻件的单件小批量生产； 2、大型锻件生产
优点：工具简单、通用性强、灵活性大 缺点：锻件精度低，加工余量大，劳动强度大，生产率低 2
中小型锻件，大型锻件。为模锻完成制坯工序。
3
4
16000吨水压机上， 重260吨的巨型钢锭4570毫米、 长3450毫米的核电筒节B 中国第二重型机械集团公司（以 下简称中国二重或二重）
66
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。
KL A0 / A D02 / D2
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
39
双面冲孔
1.实心冲头冲孔
图4-48 实心冲头冲孔
40
1—坯料 2—冲垫 3—冲子 4—芯料
(1)实心冲头冲孔时坯料变形特点 由于实心冲头冲孔时，坯料 处于局部加载，整体受力和整体发生变形的状态。 。
41
图4-49 冲孔时的应力应变简图
•冲孔坯料的形状与坯料直径D0与孔径d之比有关:
当D0/d≤2～3时：拉缩严重，外径明显增大； 当D0/d＝3～5时：几乎无拉缩，外径有所增大； 当D0/d＞5时：多余金属挤向端面形成凸台。
能也不 均匀； （４) 高径比较大的坯料，易产生纵向弯曲, 变形失
稳。
26
3） 为减少缺陷采取的措施
１.预热模具，使用润滑剂：如玻璃粉、石墨粉等； ２.凹形毛坯镦粗 ；
27
图4-10 侧凹坯料镦粗时的受力情况
28
图4-11 铆镦与端面辗压
３.软金属垫镦粗；
29
图4-12 软金属垫镦粗
4、铆鐓、叠料鐓粗
芯轴扩孔前坯料尺寸的计算方法：
(1)预冲孔直径d0
Hale Waihona Puke d01.1 3DD:锻件直径
(2)坯料外径D0
D0 1.13
V锻 H
(3)坯料高度H0 因扩孔后坯料高度略
有增加，则坯料高度H0应比锻件高度略小。
H0
H K
K:展宽系数
d0 / d d0 / H K H0
51
表4-5 锤上芯轴扩孔用最小芯轴直径
区域Ⅰ：难变形区； 区域Ⅱ：大变形区； 区域Ⅲ：小变形区，变形程度 介于区域Ⅰ与区域Ⅱ之间。
25
图4-9 平砧镦粗时变形分布与应力状态
镦粗变形不均匀，坯料容易出现的缺陷：
（１) 坯料侧面出现鼓形，可能引起表面纵裂； (２) 坯料上下两端出现粗大的铸造组织； (３) 坯料内部变形不均匀，晶粒大小不均匀，锻件性
23
1.平砧镦粗
1)平砧镦粗 平砧镦粗：坯料完全在上下平砧间或镦粗平板间 进行压制。
镦粗的变形程度可以用：相对变形Ɛe，对数变形eH； 镦粗比KH来表示
e
H0 H H0
H H0
KH
H0 H
eH
In
H0 H
24 图4-8 平砧镦粗
2)平砧间鐓粗的变形分析
鐓粗时，坯料的变 形不均匀，变形后 呈鼓形。由网格法 和有限元法模拟可 知，在变形过程中， 其应力和应变沿径 向和轴向都分布不 均。 根据镦粗后网格 的变形程度分为 三个变形区：
20
4.3.1 镦粗
镦粗：使坯料高度减小而横截面增大的成形工序。
镦粗的目的在于： 1)由横截面积较小的坯料得到横截面积较大而高度较小的坯料或 锻件。 2)增大冲孔前坯料的横截面积以便于冲孔、平整端面。 3)反复镦粗、拔长，可提高下一步坯料拔长的锻造比。 4)反复镦粗和拔长可使合金钢中碳化物破碎，达到均匀分布。 5)提高锻件的力学性能和减小力学性能的异向性。
预压钳把
钢锭倒棱
表4—1 自由锻工序2
分段压痕 9
(3)修整工序 当锻件在基本工序完成后，需要对其形 状和尺寸作进一步精整，使其达所要求的形状和尺寸 的工序。
鼓形滚圆
端面平整
弯曲校正
表4—1 自由锻工序3
10
4.2.2 自由锻件分类
1.实心圆柱体轴杆类锻件、2.实心矩形断面类锻件、3.盘饼类锻件、4.曲轴类锻件 5.空心类锻件、6.弯曲类锻件、7.复杂形状类锻件
使金属分 流的界面
图4-18 垫环镦粗 35
➢分流面的位置与下列因素有关：
坯料高度与直径之比（H0/D0）、环孔与坯 料直径之比(d/D0)、变形程度（εH）、环孔斜 度（α）及摩擦条件等。
α
36
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
图4-59 错移 a)在一个平面内错移 b)在两个平面内错移
55
4.4 自由锻工艺规程的制订
4.4.1 锻件图的制订与绘制 4.4.2 坯料质量和尺寸的确定
4.4.3 4.4.4 4.4.5
制订变形工艺和确定锻造比 选择锻造设备 制订自由锻工艺规程举例
56
1.加工余量 2.锻造公差
4.4.1 锻件图的制订与绘制
5
4.2.1 自由锻工序组成
(1)基本工序 较大幅度地改变坯料形状和尺寸的工序，是锻件 变形与变性的核心工序，也是自由锻的主要变形工序，如镦粗、 拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲、切割、错移、扭转 等。
6
表4—1 自由锻工序1
7
表4—1 自由锻工序1
8
表4—1 自由锻工序1
(2)辅助工序 为了配合完成基本变形工序而做的工序
向异性
67
表4-8 典型锻件的锻造比
68
表4-7 锻造工序锻造比和变形过程总锻造比的计算方法
69
➢ 重要锻件：采用镦粗拔长联合工艺，锻比要求 高达6～8。
70
4.4.4选择锻造设备
不均匀等，可能会使锻件形状“走样”，产生孔冲偏、 斜孔、裂纹等缺陷
D0/d ＞ 3
H0/D0 ≤1.5
H0/D0 ≤1.5
图4-51 冲孔缺陷示意图
增多大次D加0/热d;小锥度4冲5 子；
2.空心冲头冲孔
冲直径大于400mm的孔，芯料损失大
图4-52 空心冲头冲孔
46
1—坯料 2—冲垫 3—冲子 4—芯料
5.空心类锻件
17
图4-5 195型单拐曲轴的全纤维锻造过程
6.弯曲类锻件
图4-7 弯曲类锻件的锻造过程
18
a) 20t吊钩的锻造过程 b)卡瓦的锻造过程
7.复杂形状类锻件
吊环螺钉 羊角吊钩
19
羊角锤头
4.3 自由锻基本工序分析
自由锻基本工序？
了解和掌握自由锻每种基本工序金属的流动 规律和变形分布，对合理选择成形工序，准 确分析锻件质量和制定锻件自由锻工艺规程 非常重要
49
一般用于D0/d ＞1.7, H ≥0.125D0且薄厚不太薄的锻件
2.芯轴扩孔（马架扩孔）
图4-55 芯轴扩孔 1—扩孔型砧 2—锻件 3—芯轴(杠) 4—支架(架)
局部加载，整体受力，局部变形，环形坯料沿圆周方向拔长
金属向切向和宽度方向流动。切向阻力小，宽度方向阻力大，t/d越
50
大，阻力越大。壁厚减薄，内外径扩大，宽度略有增加。
表4-6 不同加热炉中加热钢的一次火耗率 61
4.4.3 制订变形工艺和确定锻造比 1.制订变形工艺
主要内容：1、确定变形工序及其顺序 2、计算坯料工序尺寸
62
63
64
图4-62 锤上锻造空心锻件的工艺方案选择图线
图4-63 水压机锻造空心锻件
65
制订变形工艺应注意的问题
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。
11
表4-2 自由锻件分类
表4-2 自由锻件分类 12
1.实心圆柱体轴杆类锻件
图4-1 传动轴的锻造过程 13
2.实心矩形断面类锻件
14
图4-2 摇杆传动轴的锻造过程
3.盘饼类锻件
图4-3 盘饼类锻件的锻造过程
15
a)齿轮的锻造过程 b)锤头的锻造过程
4.曲轴类锻件
16
图4-4 三拐曲轴的锻造过程
图4-57 辗压扩孔工作原理图 1—环形坯料 2—芯辊 3—辗压辊
4—导向辊 5—信号辊 53
4.3.5 弯曲
将坯料弯曲成规定外形的锻造工序称为弯曲，这种方法可用于 锻造各种弯曲类锻件，如起重吊钩、弯曲轴杆等。
图4-58 弯曲坯料截面变化情况
54
4.3.6 错移 1)在一个平面内错移，如图4-59a所示。 2)在两个平面内错移，如图4-59b所示。
锻锤吨 0.3~0.5 0.75
1.0
2.0
3.0