《自由锻造》PPT课件.ppt

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1、第四章 自由锻造4-1 自由锻造设备,一、自由锻锤 产生冲击力使金属变形的，生产中使用的自由锻锤是空气锤和蒸汽-空气自由锻锤。自由锻锤的吨位是用落下部分（包括上砧、锤头和工作缸活塞）质量来表示，空气锤的吨位用一般为501000公斤。蒸汽-空气自由锻锤的吨位，一般为110吨。,二、水压机 水压机是以静压力使金属变形的。水压机的吨位用所能产生的最大压力来表示，一般为5150MN。水压机靠静压力工作，无振动，变形速度低（水压机上砧速度约为0.10.3m/s；锻锤锤头速度可达78m/s)，有利于改善材料的可锻性，并容易达到较大的锻透深度。常用于大型锻件的生产，所锻钢锭质量可达300吨以上。,1工作缸

2、2工作柱塞3上横梁 4活动横梁5立柱 6下横梁7回程缸 8回程柱塞9回程横梁 10拉杆11上砧 12下砧,4-2 自由锻概述,一、自由锻的特点 自由锻时利用锻压设备的砧块或锤头及一些简单的工具，使被加热的金属产生塑性变形，从而得到所需尺寸、形状和性能的锻件的一种锻造加工方法。自由锻造工艺特点：所用工具简单，通用性强，灵活性大，适合单件和小批量锻件的生产。自由锻件工具只与毛坯部分接触，所需设备功率比模锻要小得多，所以自由锻也适于锻造大型锻件。自由锻是靠人工操作来控制锻件形状和尺寸的，锻件的精度与操作者的技术程度有很大关系，故锻件的精度低，材料消耗大。劳动强度较大，生产效率较低。,二、自由锻工序与

3、锻件的分类1.自由锻工序分类,根据变形性质和变形程度的不同，自由锻工序分为：基本工序、辅助工序和修整工序。（1）基本工序：改变坯料的形状和尺寸以达到锻件基本成形的工序，包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移等。最常用的是镦粗、拔长、冲孔。（2）辅助工序：为了方便基本工序的操作，而使坯料预先产生某些局部变形的工序。如压钳口、倒棱和切肩。（3）修整工序：修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面的不平和歪扭，使锻件达到图纸要求的工序。如修整鼓形、平整端面、校直弯曲。,2.自由锻件分类,4-3 自由锻基本工序,一、镦粗 使锻件高度减小，横截面增大的锻造工序，称为镦粗。1.镦粗的作用（1）用于饼块类锻件

4、的成形；（2）用于空心类锻件的制坯。使冲孔前的坯料两端平整、截面增大；（3）锻造轴杆类锻件时，镦粗与拔长相结合可以提高锻造比；（4）对于钢锭，采用镦粗加拔长，以提高锻比，改善锻件的力学性能；（5）去除加热后坯料表面的氧化皮。2.镦粗的主要方法 主要有：平砧镦粗、局部镦粗和垫环镦粗。,3.镦粗变形分析（1）金属流动特点,镦粗时，随着高度的减小，金属不断向四周流动。由于坯料和砧面之间的摩擦，镦粗后坯料的侧面将变成鼓形，同时造成坯料内部变形不均匀。通过网格法的镦粗实验，根据坯料内部变形的不均匀程度，坯料可以分为三个变形区。区域：（难变形区）工具与坯料端面之间摩擦力最大，该区变形十分困难，称为“难变形

5、区”。在接触面上，由于中心处的金属流动还受到外层的阻碍，愈靠近中心部分受到的摩擦阻力愈大，变形愈困难。在平板间热镦粗坯料时，与工具结触的上下端金属由于温度降低快，变形抗力大，变形愈困难。区域：（大变形区）受摩擦的影响小，温度降低也慢，“大变形区”。应力状态也有利于变形。区域：（小变形区）受摩擦的影响小，温度降低稍慢，介于、之间，称为“小变形区”。,（2）从变形流动特点分析产生质量问题的原因,区金属变形程度小、温度低，故镦粗锭料时此区铸态组织不易破碎和再结晶，结果仍保留粗大的铸态组织。区金属变形程度大、温度高，铸态组织被破碎和再结晶充分，形成细小晶粒的锻态组织，锭料中部的原有间隙也被焊合了。（内

6、部组织不均匀）区变形大，区变形小，区金属向外流动时便对区金属作用有径向压应力，并使其在切向受拉应力。愈靠近坯料表面切向拉应力愈大。当切向拉应力超过材料的强度极限或切向变形超过材料允许的变形程度时，便引起纵向裂纹。低塑性材料由于抗剪切的能力弱，常在侧表面产生45方向的裂纹。不同高径比尺寸的毛坯进行镦粗时，产生的鼓形特征和内部变形分布也不同，参见下图。,双鼓形 失稳弯曲1）高径比 1H0/D02 有鼓形，出现侧面金属向表面转移现象；2）高径比 0.5H0/D01 鼓形较前者小，表面积有少量增加；3）高径比 2H0/D02.5 镦粗后坯料会产生双鼓形，在双鼓形的中间几乎不受摩擦力影响，变形均匀。4）

7、高径比 H0/D03 由于压杆失稳，很容易出现纵向弯曲，继续镦粗则出现折叠。为了防止镦粗缺陷的产生，镦粗时除了要求坯料端面平整，轴线垂直外，更重要的是要求坯料高径比符合要求：圆坯料高径比极限值：H0/D022.2 矩形坯料高径比的极限值：H0/A0 3.54,（3）镦粗表现程度的计算 镦粗的变形程度可用三种方法表示：压下量：式中：、分别为坯料和锻件镦粗前、后的高度。镦粗比：相对变形程度：对数变形程度：,4.镦粗不均匀变形的不利影响,（1）形成鼓形，侧面不平整，达不到规定的形状和尺寸要求，增加切削量；（2）坯料内部变形不均匀，引起锻件内部晶粒大小不均匀，导致锻件性能不均匀。对晶粒度要求高的合金钢

8、锻件影响较大；（3）鼓形表面受切向拉应力作用，超过强度极限时，引起外表面纵向裂纹，这对低塑性材料尤为敏感。,5.消除镦粗不均匀变形的措施,使用润滑剂和预热工具：镦粗低塑性材料时常用的润滑剂有：玻璃粉、玻璃棉、石墨粉等，为防止变形金属很快地冷却，镦粗用的工具均应预热至200300。采用凹形毛坯：锻造低塑性材料的大型锻件时，镦粗前将坯料压成凹形（下图）。可以明显提高镦粗时允许 的变形程度。这是因为凹 形坯料镦粗时沿径向有压 应力分量产生，对侧表面 的纵向开裂起阻止作用。,采用软金属垫：热镦粗大型和较大型的低塑性材料锻件时，在工具和坯料之间放置一块温度不低于坯料温度的软金属垫板（一般用碳素钢）。变形

9、金属不直接受到工具的作用，由于软垫的变形抗力较低，故先变形并拉着坯料作径向流动，结果坯料的侧面内凹；当继续镦粗时软垫直径增大，厚度变薄，温度降低，变形抗力增大，而此时坯料明显地镦粗，侧面内凹消失，呈现园柱形，再继续镦粗时，最后获得程度不太大的鼓形。由于镦粗过程中坯料侧面内凹，沿侧表面有压应力分量产生，因此，产生裂纹的倾向显著降低。又由于坯料上下端面部分也有了较大的变形，故不再保留铸态组织了。,铆镦法：对于中小坯料可先将坯料斜放，轻击，旋转打棱成下图的两头直径大，中间直径略小的凹形形状，然后在镦粗，得到侧面相对平直的锻件。叠镦法 将两件迭起来镦粗，形 成鼓形，然后各自换成下图 的形状继续镦粗消除

10、鼓形。迭锻不仅能使变形均匀，而 且能显著地降低变形抗力。,反复镦粗拔长 采用反复镦粗拔长，使镦粗时困难变形区的金属在拔长时变形，直至整个锻件的均匀变形。适用于高速钢等的锻造。6.垫环镦粗 毛坯在单个垫环上或在两个垫环间进行的镦粗成为垫环镦粗，采用的毛坯直径大于环孔直径镦挤。垫环镦粗时，金属可朝两个方向流动，即径向流动和轴向流动。必然存在一个不产生流动的分界面（分流面）。分流面的位置是经常变动的，与下列因素有关：H/D、d/D、变形程度、环孔斜度及摩擦条件等。7.局部镦粗 只在毛坯的局部长度（端部或中间）内进行镦粗称为局部镦粗。金属流动特征与平砧镦粗相似，但受不变形部分“刚端”的影响。局部镦粗成

11、形时，毛坯尺寸最好按杆部直径选取，为了避免产 生纵向弯曲，毛坯变形部分高径比应小于2.53。,二、拔长,使坯料横截面减小，而长度增加的锻造工序称为拔长。1.拔长的作用 除了用于轴杆类锻件的成形外，常用来改善锻件内部质量，如与镦粗相结合的锻造工艺。2.拔长变形分析 坯料拔长时，是送进一部分，压下一部分，只有部分金属参与变形。故拔长是锻造生产中耗费时间最多的一种锻造工序。若在水压机上拔长，其时间要占整个锻造时间的7080%.当毛坯沿轴向逐次送进拔长时，变形相当于一系列镦粗工序的组合，但还受两端不变形金属的影响。,（1）拔长变形程度,设拔长前变形区的尺寸：l0送进量，坯料与砧子宽度接触部分长度；b0

12、坯料宽度，坯料与砧子长度方向的接触部分长度；H0坯料高度。拔长后变形区的长度为l、宽度b、高度h则，压下量：展宽量：拔出量：轴向变形程度：横向变形程度：,拔长变形程度锻造比：坯料拔长前后的截面积之比。式中：拔长前坯料的截面积，拔长后坯料的截面积，（2）拔长的特点当 时，：拔长量大于展宽量；当 时，：拔长量小于展宽量；当 时，：拔长量与展宽量相似（考 虑到未变形刚端的影响）,由上述分析可见，采用小送进量拔长时，拔长量大，而展宽量小，有利于提高拔长效率。但是拔长量不能太小，否则会增加压下次数，同样会降低拔长效率。拔长变形有以下特点：变形相当于一系列镦粗工序组合，即坯料侧面产生鼓形，内部变形也不均匀

13、；平砧镦粗时金属流动是自由的。拔长时，即是，因受刚端的影响，展宽量受到阻碍，轴向伸长大些；由于拔长变形是连续、转动变形，使坯料的各个部分都充分变形，即上下砧面接触处金属的困难变形区，在翻转变形后也产生了变形，锻后锻件的内部组织较均匀。这也是拔长有利于提高锻件质量的原因。,3.影响拔长质量的工艺因素,（1）送进量的影响1）送进量小：l0/h00.5时，会产生类似镦粗鼓形现象，变形集中在上下表面，锻件中心不能锻透，出现心部轴向裂纹（图b）。2）送进量较大：l0/h01时，拔长变形类似于镦粗单鼓形，心部变形量大，能锻透。但是鼓形侧面和角部受拉应力作用，变形程度过大，易引起横向裂纹和角裂。（图a、b）

14、。3）送进量小于单面压下量l0h/2时，会在锻件表面形成折叠（见下图）。,（2）压下量的影响,拔长时增大压下量，不但可以提高生产率，还可强化心部变形，有利于锻合内部缺陷。因此，只要钢的塑性允许，应尽量采用大压下量拔长。但压下量也不是无止境的大，与变形工艺有关；为了避免锻件产生折叠，单边压下h/2应小于送进量l0；还要考虑毛坯翻转90后拔长不产生弯曲，毛坯每次压下后的宽高比应小于2.53.0。（3）砧子形状的影响 上下V形砧拔长时，毛坯的变形程度最大，又处于强烈的三向压应力状态，能够很好锻合心部缺陷，且拔长效率也高，毛坯轴线不会偏移。上平下V形砧拔长时，最大的变形区不在毛坯中心，而在距中心1/2

15、3/4半径处，锻透性比较差，还由于毛坯上下变形深入程度不等，不断翻转后会使轴线变成螺旋线，其结果将造成中心缺陷区的扩大。上下平砧拔长矩形截面毛坯时，只要相对送进量选得合适，能使毛坯的中心锻透。如采用大压下量，把毛坯压成扁方（走扁方），则锻透的效果更好，但用上下平砧拔长大型圆形截面毛坯时，由于工件与砧子接触面很窄，金属横向流动大，轴向流动小，与拔长的目的相反，拔长效率低。同时，由于变形集中于上下表层，在心部产生拉应力，容易引起中心裂纹（见前页图c）。,平砧拔长 上平下V型砧拔长 采用型砧拔长，使金属的横向流动受到限制，变形区处于压应力状态。通常中、低碳钢等塑性较好的坯料采用平砧拔长，高合金钢采用

16、V型砧拔长，V型砧使压应力数目增多，提高金属的可锻性，可以有效防止坯料心部出现裂纹。适合于拔长塑性较差的高合金钢和大型锻件。,大型圆截面坯料在平砧上拔长的变形工艺：大型圆截面坯料在平砧上拔长时，先将圆形截面锻成面积相似的矩形坯料，再在矩形坯料的基础上进行拔长。待锻制截面积于要求的圆形截面积基本相同时，再锻成多角形，并滚圆。这种方法不但可以提高拔长效率，还能减小中心开裂危险。,4.拔长操作方法,（1）螺旋翻转90 采用这种方法可以防止产生偏心。适宜于锻造小型台阶轴类锻件及方截面锻件的最后精整。（2）反复翻转90 操作灵活，适宜于小型锻件的拔长。（3）沿整个坯料长度方向走一遍，再翻转90拔长一遍。

17、大型锻件操作时，不可能每锤击一次翻转一次，故采用沿整个长度方向锻打一遍后，翻转180后校直因拔长造成的轴线弯曲，然后再翻转90逐次锻打。,三、芯轴拔长,减小空心毛坯外径（壁厚）而增加其长度的锻造工序，称为芯轴拔长。用于锻制长筒类锻件。1.芯轴拔长的实质 其变形与拔长一样，区别仅仅是用空心毛坯拔长。芯轴拔长的操作过程是对套在芯轴上的空心坯料连续地边旋转边施压，而使坯料筒壁减薄，长度增加。与拔长工序一样，芯轴拔长同样存在拔长效率和类似拔长的质量问题。2.提高芯轴拔长效率的具体措施：减小毛坯温度下降，可提高毛坯的加热温度，拔长前将芯轴预热到150250。芯轴做成斜度，芯轴表面光滑，涂润滑剂（石墨加油

18、），以减小轴向摩擦阻力。用型砧拔长，限制金属横向流动，提高轴向流动能力。采用较高的毛坯，H0=（0.61）D0,3.产生主要质量问题的原因,（1）内壁裂纹 经一次施压后内孔扩大，转一定角度再一次施压时，由于孔壁与芯轴间有一定间隙，在孔壁与芯轴上、下端压靠之前，内壁金属由于弯曲作用受切向拉应力。（见图）内孔壁长时间与芯轴接触，温度较低，塑性较差，当应力值或延伸率超过材料当时允许的指标时便产生裂纹。金属切向流动得愈多，即内孔增加愈大时，愈易产生孔壁裂纹，因此，在平砧上拔长时，t/d愈小（即壁越薄）时愈易产生裂纹。采用V型砧，可以减小孔壁裂纹产生的倾向,（2）端部孔壁更易产生裂纹 由于芯轴对变形区金

19、属摩擦阻力的作用，空心件端部呈图形状，下一次施压时端部孔壁与芯轴间的间隙比其他部分大。由于端部的外侧没有外端（刚端），故此处被施压时，切向拉应力很大。端部金属与冷空气长时间接触，降温较大，塑性较低。,4.改善质量问题的措施,毛坯加热要均匀，拔长时每次转动角度和压下量也要均匀；在高温下先锻毛坯的两端，然后再拔长中间部分。厚壁锻件（0.5)，一般采用上平下型砧；薄壁空心锻件（0.5)，上、下均为型砧；在锤上拔长厚壁锻件时，为了节约型砧的制造费用等，上、下都用平砧，但必须先锻成六方形再进行拔长，达到一定尺寸时再锻成圆形。,四、冲孔,采用冲子将毛坯冲出透孔或不透孔的工序称为冲孔。常用的冲孔方法有：实心

20、冲子冲孔、空心冲子冲孔和在垫环上冲孔。1.实心冲子冲孔 适应于直径小于400500mm的锻件。（1）金属变形流动特点 冲孔时，毛坯分成两部分：冲头下面的圆柱体A和冲头以外的圆环区B。应力应变见下页简图,A区金属的变形相当于圆环包围下的镦粗，冲孔时的单位压力比自由镦粗时要大，环壁愈厚时单位冲孔力也愈大。B区金属的变形主要是由于A区的变形引起的。总的变形趋势是：径向压缩变形，切向伸长变形，轴向应变则可能是伸长，也可能是缩短，主要取决于径向压应力的大小，即取决于环壁的厚度1）当D/d23时，外径明显增大，出现“拉缩”现象，冲孔后坯料高度减小，即上口小，下底大。2）当D/d35时，壁厚较大，几乎没有拉

21、缩现象，而外径有所增大。,应力 应变,3）D/d5时，环壁很厚。此时扩径困难，多余金属被挤向端面形成凸台，即冲孔后坯料内孔处的高度要明显高于外径处的高度。（2）坯料高度计算 综上所述，生产中确定冲孔前坯料高度时可按下式计算：D/d2.53时，H0D;D/d5时，H0=(1.11.2)H;D/d5时，H0=H;式中：V坯料体积（mm3）；f冲孔冲子横截面积（mm2）；F0坯料横截面积（mm2）；H冲孔后高度（mm）；h料芯厚度（mm）；D冲孔后直径（mm）。,（3）实心冲孔的主要质量问题,走样：开式冲孔时坯料高度减小，外径上小下大，下端面凸出，上端面凹进，这些现象统称为“走样”。其程度大小与D/

22、d有关，D/d愈小，“走样”愈严重，一般取D/d3。裂纹：低塑性材料冲孔时常易在侧表面和内孔圆角处产生纵向裂纹。外侧表面裂纹是由于A区金属向外流动时B区的外径被迫地扩大，使外层金属受到切向拉应力，当超过金属当时的强度极限时，便产生裂纹破坏。冲孔时内孔圆角处的裂纹是由于此处温度降低较多，塑性较低，加之冲子一般都有锥度，当冲子往下运动时，此处便被涨裂。孔冲偏：冲子放偏、环形部分金属性质不同、冲头各处的圆角、斜度不一致等，均可使孔冲偏。2.空心冲子冲孔 大型锻件在水压机上冲孔时，当孔径大于450mm时，一般采用空心冲子冲孔。,空心冲子冲孔的目的：（1）减小环形处的切向拉应力，避免产生侧表面裂纹；（2

23、）能把钢锭中心质量差的部分切掉。（钢锭心部存在粗大等轴晶及夹杂物）3.在垫环上冲孔 当锻件的高径比为H/D0.125的薄料冲孔时，一般采用在垫环上冲孔。在垫环上冲孔的特点：冲孔时坯料的形状变化小，但是料芯损耗较大。在垫环上冲孔料芯的厚度：h=（0.70.75）H 实心冲子冲孔料芯的厚度：h=(0.20.25)H,五、扩孔,扩孔可分芯轴扩孔（马架扩孔）、冲子扩孔和辗压扩孔等。1.芯轴扩孔 芯轴扩孔也称马架扩孔，是将芯轴穿过空心坯料内孔架在在支架上，然后使坯料每转过一个角度压下一次，逐渐使坯料的壁厚压薄，内、外径扩大。（1）变形特点1）变形实质相当于毛坯沿圆周方向拔长。毛坯与工具（芯轴）接触弧长是

24、变形区的宽度，毛坯的高度是变形区的高度，按最小阻力定律，金属主要沿毛坯切向流动，高度方向流动很少，因此，芯轴扩 孔时随着壁厚减薄，内外径同时扩 大，高度稍有增加。芯轴扩孔时变形区金属主要沿切向流动，并增大内外径，其原因是：变形区沿切向的长度远小于宽度（锻件的高度）；芯轴扩孔的锻件一般壁较薄，故外端对变形区金属切向流动 的阻力远比高度方向的小；芯轴与锻件的接触面呈弧形，有利于金属沿切向流动。,2）变形区金属受三向压应力，故不易产生裂纹破坏。因此，芯 轴 扩孔可以锻制薄壁的锻件。3）扩孔用的芯轴，相当于一根受均布载荷的梁，随着锻件壁厚的减薄，芯轴上所受的均布载荷变大（锻件高度增加）。为了保证芯轴的

25、强度和刚度，以及不会使锻件内壁形成梅花压痕，芯轴直径应随孔径扩大而增大。4）在芯轴上扩孔时，为保证壁厚均匀，每次转动量和压下量应尽可能一致；为提高扩孔的效率，采用窄上砧（b=100150）,2.冲子扩孔,用比坯料内径大的，且带锥度的冲子，穿过坯料内孔，而使其内、外径胀大的锻造工序称为冲子扩孔。冲子扩孔适宜于D/d1.7和H0.125D的带孔饼块类锻件扩孔。（1）变形特点 用直径较大并带有锥度的冲子进行胀孔。扩孔时坯料径向受压应力，切向受拉应力，轴向受力很小。坯料壁厚减薄，内外径扩大，毛坯上端面略有“拉缩“现象。（2）常见缺陷及防止 由于扩孔时毛坯在切向有拉应力，容易胀裂。为了防止其胀裂，首先要

26、求每次扩孔变形量不宜过大，扩孔量的大小可参考设计手册。其次，应避免扩孔时温度过低，即每火扩孔次数不宜多。当锻件重量小于30时，冲孔后可扩孔12次，再加热一次，允许再扩孔23次；当锻件重量大于30时，冲孔后可扩孔一次，再加热一次，允许再扩孔23次。（3）扩孔前坯料高度尺寸计算 扩孔前坯料的高度尺寸 H0=1.05H式中：H0坯料高度（mm）；H锻件高度（mm）。,4.辗压扩孔,环形毛坯套在芯辊上，在汽缸压力P作用下，将旋转的碾压轮压下，坯料壁厚减薄，金属沿切线方向伸长（轴向也有少量展宽），环的内、外尺寸增大。工作原理：在摩擦力作用下，碾压轮带动坯料和芯辊一起旋转。因此，坯料的变形是一个连续的过程

27、。当环的外径增大与导向辊接触时，使环在外径增大的同时产生弯曲变形。另外，导向辊在碾压过程中使环转动平稳以及环的中心不产生左右摆动。当环外圈与信号辊接触时，碾压轮停止压下并开始回程，卸料机构将锻件自动卸下，锻件的外径尺寸由碾压终了时的碾压轮，导向辊和信号辊三者的位置决定。为了避免增宽，可在扩孔机上装置两对自由转动的椎形辊，以保证高度方向尺寸。,六、弯曲,将坯料弯成所规定外形的锻造工序称为弯曲。用于锻造各种弯曲类锻件，如起重吊钩、弯曲轴杆等。坯料在弯曲时的注意点：1.弯曲后毛坯的断面形状有所改变，见下图。即在弯曲区内，断面面积减小，长度略增加。弯曲半径越小，弯曲角度越大，则上述现象越严重。2.弯曲

28、区内边金属受压缩，可能产生折叠；弯曲区外边金属受拉伸，容易引起裂纹。3.在确定毛坯的形状和尺寸时，应考虑到弯曲区断面面积减小。一般可取断面比锻件稍大的毛坯，先拔长不弯曲的部分，然后再进行弯曲成形。也可取与锻件断面相等的毛坯，但在弯曲部位需进行局部聚料（镦粗），然后弯曲成形。4.为了保证锻件质量，毛坯加热部分不宜过长，最好仅加热弯曲段。5.当锻件需多处弯曲时，一般弯曲的先后顺序是：首先弯曲锻件的端部，其次弯曲与直线相连接的部分，然后再弯其余部分。,七、错移,将毛坯的一部分相对另一部分相互平行错移开的锻造工序称为错移，用以锻造曲轴类锻件。错移前毛坯需要压肩。,4-4自由锻工艺规程制定,一、自由锻工

29、艺规程的内容 根据零件图绘制锻件图；确定毛坯的重量和尺寸；制定变形工艺及选用工具；选择锻压设备；确定锻造温度范围、加热和冷却规范；确定热处理规范；提出锻件的技术条件和检验要求；填写工艺卡片等。,二、绘制锻件图,1.锻件图的作用 锻件图是在零件图的基础上考虑加工余量、锻造公差、锻造余块、检验试样及工艺卡头等绘制而成的，它是制定变形工艺、计算毛坯、设计工具、和检验锻件的依据。2.绘制方法 根据零件图，考虑切削加工量、锻造公差、锻造余块、检验试样及工艺夹头等绘制。（1）机械加工余量 锻件表面留有供机械加工用的金属层，称为机械加工余量。一般锻件的尺寸精度、表面粗糙度或表面组织不能达到零件图的要求，锻后

30、必须进行机械加工，将这部分表面层切削掉。,1）影响机械加工余量的因素,零件的形状、尺寸精度和表面粗糙度；锻件的表面组织，如脱碳层的深浅及表面质量，如凹坑、麻点等；生产条件、工具、设备精度和操作人员的技术水平。2）确定机械加工余量的原则 在技术上可能，经济上合理的条件下，尽可能减少机械加工余量；对于不需要机械加工、保留锻件黑皮部分，不要放机械加工余量。（2）锻造公差 在实际锻造生产中，由于锻造时测量误差、终锻温度的差异、工具与设备状态和操作者技术水平等因素造成锻件的实际尺寸不可能达到锻件的名义尺寸，允许有一定限度的误差，叫做锻造公差。锻造公差一般为机械加工余量的1/41/3。为节约原材料，一般正

31、偏差取1/3，负偏差取2/3。机械加工余量、锻造公差可参考锤上钢质自由锻件机械加工余量与公差标准。,（3）锻造余块 为了简化锻件外形或根据锻造工艺要求，在零件的某些地方添加一部分大于余量的金属，这部分附加的金属叫锻造余块。（4）检验试样 对于某些重要锻件，为了检验锻件内部组织和力学性能，需在锻件适当部位留出试样余块。3.锻件图的绘制要求（1）锻件图上的锻件形状用粗实线表示。在锻件图中用双点划线画出零件的主要形状，以便于了解零件的形状和检查锻后的实际余量；（2）锻件的尺寸和公差标注在尺寸线上方，零件的尺寸加括号标注在尺寸线的下方；（3）锻件带有检验试样、热处理夹头使，在锻件图上应注明其尺寸及位置

32、；（4）在图上无法表示的某些要求，可以技术条件的形式用文字说明。,三、确定锻件重量,1.锻件重量计算式中：锻件重量（kg）；锻件体积（dm3）；锻材密度（kg/dm3）。2.坯料重量和尺寸计算（1）采用轧制或锻制钢材式中：坯料重量（kg）；锻造时金属的损耗重量（kg），包括冲孔芯料，轴 杆锻件的端部切头；金属加热时的烧损率。1）采用镦粗方法锻造时 确定镦粗的高径比H0/D0，防止镦粗双鼓形或弯曲。,根据坯料重量计算坯料体积 计算坯料尺寸圆截面坯料：得：式中：D0坯料的计算直径。矩形截面坯料：式中：A0矩形坯料的计算边长。初步确定坯料的计算直径或计算边长后，在按国标对计算结果进行圆整，确定标准直

33、径或边长D标或A标。国家标准：热轧圆钢（GB702-65），热轧方钢（GB7.3-65），锻制圆钢、方钢（GB908-72）。,确定完标准直径或边长后，再计算坯料高度H0，也即下料长度。式中：F坯按标准直径或边长计算的坯料截面积（mm2）。2）采用拔长方法锻造时 按照锻件最大截面积F锻，考虑锻造比、修正量确定坯料尺寸：式中：K拔长锻造比；F坯坯料截面积（dm2）。拔长坯料尺寸计算如下：圆形截面坯料：矩形截面坯料：然后按照国标选取标准直径或标准边长D标、A标。,（2）采用钢锭锻造时，钢锭重量的计算,先确定金属的损耗，计算出钢锭的利用率式中：、分别为被切除的冒口、锭底的重量占钢锭 重量的比重。碳素

34、钢锭：冒口切除1825%，底部切除57%；合金钢：冒口切除2530%，底部切除710%。加热烧损率。钢锭的计算重量：式中：锻件重量（kg）；除冒口、锭底及烧损以外的损耗重量，如料芯重量、端部切除重量等；钢锭的计算重量（kg）。根据钢锭的计算重量，参照钢锭的规格，选取重量相当或稍大重量的钢锭作为坯料。,也可按照钢锭的类型，参照经验资料，先确定出初步的钢锭利用率。然后计算出钢锭的计算重量，再按标准选取钢锭。,四、锻造比的选择及计算,1.锻造比（锻比）的意义 锻造比是锻件在锻造成形时，变形程度的一种表示方法。是衡量锻件质量的一个重要指标。锻比的大小，反映了锻造对锻件组织和力学性能的影响。2.锻造比对

35、锻件质量的影响 用钢材、钢坯锻造的锻件，因原材料经过了大变形量的锻造或轧制，其组织和性能已得到改善，一般情况下可不需要考虑锻造比。用钢锭锻造锻件，特别是大型锻件，因钢锭的组织性能所决定，必须考虑锻造比对锻件组织和性能的影响。锻造比的影响：（1）锻造时，随锻造比的增大，坯料内部孔隙被焊合，铸态的粗大等轴晶粒被打碎，锻件纵向和横向力学性能明显改善。,（2）锻造比超过一定数值，特别是沿一定方向变形，则会形成纤维组织（金属流线），横向力学性能（塑性、韧性）急剧下降，导致各向异性。变形程度越大，纤维组织越明显。纵向（平行于纤维方向）上的塑性、韧性提高；横向（垂直于纤维方向）上的塑性、韧性则降低。纤维组织

36、的稳定性很高，不能用热处理或其它方法加以消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。,对于结构钢而言，锻比与纤维方向的一般情况如下：1）受力方向与纤维方向不一致时，K=22.5;2）受力方向与纤维方向一致时，K=4；3）重要锻件，要求力学向能好时，K=68。3.锻比的计算按镦粗或拔长前后，锻件截面积或高度比计算：K=F0/F1=D02/D12或K=H0/H1式中：F0、D0、H0锻前尺寸；F1、D1、H1锻后尺寸。,五、锻造设备吨位,1.理论计算法 通过计算锻件成形所需变形功A来选择设备打击能量和吨位式中：D0、H0坯料的直径和高度（mm）；D、H镦粗后的直径和高度（mm）；V锻件体积

37、（mm3）；锻造温度下材料的屈服强度（MPa）。锻锤打击能量：式中：L锻锤打击能量（J）；A最后一击的变形功（变形程度可取=35%)（J）；打击效率，=0.70.9。锻锤的吨位：式中：G锻锤吨位（kg）；,2.经验计算法 在实际生产中，经常采用经验法来选择锻压设备，这是因为：（1）常用的自由锻设备多为锤或水压机，这些设备无过载问题；（2）自由锻设备的吨位级差大，选择的余地不大；（3）影响变形力的主要因素是变形面积，而自由锻的变形面积是不固定的。镦粗时 锻锤吨位：G=（0.0020.003）kF式中：G锻锤吨位（kg）；F锻件镦粗后的横截面积（mm2）；k与锻材强度极限 有关系数。拔长时 G=2

38、.5F式中：F坯料截面积（mm2）。,六、提出锻件的技术条件和检验要求,1.规定锻造用钢，代用材料时由供需双方协商解决；2.使用钢锭锻造时，应规定锻造比；3.规定锻后热处理（第一热处理）的要求；4.规定锻件外形和表面质量要求；5.对特殊要求锻件要规定锻件试块的位置和尺寸；6.对性能和组织要求严格的锻件，规定检验项目和要求：（1）硬度试验：HB、HRB等；（2）力学性能试验：、等；（3）低倍组织：检验冶金和锻造质量等；（4）酸洗：磁粉探伤等；（5）超声波、涡流探伤等；（6）其他：硫印、断口、残余应力、高倍组织、晶界腐蚀以及冷弯、持久、蠕变、疲劳和物理性能等。（硫印：检验钢中硫化物杂志及其分布情况，是化学及其他检验方法的一种补充。只有当含硫量过大或硫化物偏析严重使才进行检验）,