1、上次课内容的回顾砂型铸造工艺对砂型铸造工艺对铸件结构的要求铸件结构的要求铸件的外形设计铸件的内腔设计原则：外形设计应便于起模,简化造型工艺1.铸件的外形应力求简化，造型时便于起模2.铸件的外形应尽可能使铸件的分型面数目最少。3.在铸件上设计结构斜度 合金铸造性能合金铸造性能对铸件结构工对铸件结构工艺性的要求艺性的要求壁厚的设计壁厚的设计 铸件壁与壁铸件壁与壁连接的设计连接的设计 铸件的结构圆角；铸件的结构圆角；避免铸件壁的锐角连接；避免铸件壁的锐角连接；厚壁与薄壁厚壁与薄壁 间的连接要间的连接要逐步过渡；逐步过渡；合理设计铸件壁厚合理设计铸件壁厚1.对于较长易挠曲的梁形铸件，对于较长易挠曲的梁
2、形铸件，应将其截面设计成对称截面应将其截面设计成对称截面。2.铸件上易产生变形或裂纹的部铸件上易产生变形或裂纹的部位，设计加强筋结构，防止变形。位，设计加强筋结构，防止变形。其它其它第三章 压力加工主要内容：主要内容：3.1金属的塑性变形金属的塑性变形3.2自由锻自由锻3.3模锻模锻3.4板料冲压板料冲压3.5近净成形压力加工近净成形压力加工3.6快速模具制造技术快速模具制造技术本章重点本章重点：1.了解金属塑性成型的理论了解金属塑性成型的理论基础基础2.掌握金属的塑性成型方法掌握金属的塑性成型方法及工艺及工艺3.掌握薄板冲压成形工艺，掌握薄板冲压成形工艺，包括各种成形模具结构、基包括各种成形
3、模具结构、基本工序和典型零件的工艺制本工序和典型零件的工艺制定。定。概述金属塑性成型：金属塑性成型：利用金属在外力作用下所产生的利用金属在外力作用下所产生的塑塑性变形性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原原材料、毛坯或零件材料、毛坯或零件的生产方法，也称为的生产方法，也称为压力加工压力加工。常见的塑性成形方法常见的塑性成形方法：锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。轧板轧板轧棒轧棒挤压挤压挤压产品挤压产品拉拔拉拔拉拔产品拉拔产品锻造锻造特点：特点：改善金属组织，提高力学性能改善金属组织，提高力学性能材料的利用率高材料的利用
4、率高较高的生产率较高的生产率毛坯或零件的精度高毛坯或零件的精度高压力加工所用的金属材料应具有良好的塑性压力加工所用的金属材料应具有良好的塑性不适合成形复杂的零件不适合成形复杂的零件金属塑性变形的规律金属塑性变形的规律（1）塑性变形前后体积不变的假设）塑性变形前后体积不变的假设变形前物体的体积等于变形变形后的体积变形前物体的体积等于变形变形后的体积（2）最小阻力定律）最小阻力定律如果金属颗粒在几个方向上都可移 动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动，这就叫做最小阻力定律。圆形、方形、矩形截面上各质点在镦粗时的流动方向。3.13.1金属的塑性变形金属的塑性变形金属的塑性变形是进行金属压力加工的理
5、论依据。金属的塑性变形是进行金属压力加工的理论依据。3.1.13.1.1金属塑性变形机理金属塑性变形机理外力外力作用作用弹性变形弹性变形塑性变性塑性变性金属塑性变形的实质是：晶体内部产生滑移的结果a)未变形未变形d)塑性变形塑性变形单晶体滑移变形示意图单晶体滑移变形示意图b)弹性变形弹性变形c)弹塑性变形弹塑性变形一一.单晶体的塑性变形方式：单晶体的塑性变形方式：单晶体塑性变形的实质是：晶体内部产生滑移的结果滑移：在切应力的作用下，晶体的一部分相对另一部分沿着一定的晶面产生相对滑动。位错引起滑移变形示意图位错引起滑移变形示意图d)塑性变形塑性变形c)弹塑性变形弹塑性变形b)弹性变形弹性变形a)
6、未变形未变形二.多晶体的塑性变形多晶体塑性变形的特征多晶体塑性变形的特征:扭转扭转+滑移滑移多晶体塑性变形示意图多晶体塑性变形示意图1.晶界晶界对塑性变形的影响对塑性变形的影响变形主要在晶内进行变形主要在晶内进行,而在晶界受阻。而在晶界受阻。2.晶粒位向晶粒位向对塑性变形的影响对塑性变形的影响多晶体不同位向的晶粒按不同的先后顺序变形多晶体不同位向的晶粒按不同的先后顺序变形,多晶粒变多晶粒变形的大小也不相同。多晶体的塑性变形中，除晶粒内部的形的大小也不相同。多晶体的塑性变形中，除晶粒内部的滑移和转动外，晶粒之间也产生滑移和转动，即晶间变形。滑移和转动外，晶粒之间也产生滑移和转动，即晶间变形。3.
7、多晶体塑性变形的特点：1）变形的不均匀多晶体的各晶粒间有不同的位向并受晶界的牵制，先后不一，变形大小不同，这种变形的不均匀性导致晶粒内和晶粒单产生内应力。2）变形抗力比单晶体大由于各晶粒位向不同，晶界对变形的牵制，多晶体的塑性变形阻力较大。3）纤维组织和各向异性多晶体塑性变形后，晶粒沿变形方向拉长并向外力方向转动，当变形程度很大（75%），多晶体晶粒将显著地沿同一方向拉长，形成纤维组织。此时，金属的性能出现各向异性。3.1.2塑性变形对组织和性能的影响塑性变形对组织和性能的影响金属在常温下经塑性变形，内部组织和性能将发生一系列重大变化：晶粒沿变形方向伸长，性能趋向各向异性；晶粒破碎，位错密度增
8、加，产生加工硬化；产生内应力。产生纤维组织产生纤维组织形成纤维状组织：晶粒沿变形方向拉长或成纤维状。纤维组织的出现是金属材料由原来的各向同性变形成各向异性。沿着纤维方向的强度大于垂直纤维方向。纯铁在塑性变形后的组织变化纯铁在塑性变形后的组织变化a)正火态正火态b)变形变形40%c)变形变形80%金属发生冷塑性变形时，随变形程度增加，强度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象称为加工硬化，又称冷变形强化。产生原因：随变形量位错密度位错在运动中相遇、缠结位错运动阻力变形抗力强度、硬度。加工硬化加工硬化作用：a.难以继续变形，需退火软化b.强化手段之一。（如形变铝合金）c.抵抗局部过载d.许多冷成型加工的
9、保证。（如冷拉、冷轧）产生内应力产生内应力 定义：外力去处后，残留且平衡于金属内部的应力。定义：外力去处后，残留且平衡于金属内部的应力。产生原因：各部分及各晶粒之间产生原因：各部分及各晶粒之间变形不均匀变形不均匀和和晶格畸变晶格畸变所产生所产生的。的。另外，内应力的存在还会另外，内应力的存在还会降低降低材料的抗腐材料的抗腐蚀性等蚀性等，即应，即应力腐蚀。主要表面在处于应力状态的金属腐蚀速度快。变形的力腐蚀。主要表面在处于应力状态的金属腐蚀速度快。变形的钢丝易生锈就是此理钢丝易生锈就是此理 内应力分为三类：内应力分为三类：第一类指由于金属表面与心部变形量不同而形成的平第一类指由于金属表面与心部变
10、形量不同而形成的平衡于表面与心部之间的宏观内应力（通常衡于表面与心部之间的宏观内应力（通常0.1%）第二类指第二类指晶粒之间或晶内不同区域晶粒之间或晶内不同区域的变形不均匀而形成的变形不均匀而形成的微观内应力（的微观内应力（12%之间）；之间）；第三类指由晶格缺陷引起的第三类指由晶格缺陷引起的晶格畸变晶格畸变内应力。内应力。第一类、二类内应力虽然占的比例不大，但是在一般情况下第一类、二类内应力虽然占的比例不大，但是在一般情况下都会降低材料的性能，而且还会因应力松驰或重新分布而引起材都会降低材料的性能，而且还会因应力松驰或重新分布而引起材料的变形。料的变形。3.1.33.1.3回复、再结晶回复、
11、再结晶将冷成形后的金属加热至将冷成形后的金属加热至一定温度一定温度后，使原子回复到后，使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减小的现象，称为回复。平衡位置，晶内残余应力大大减小的现象，称为回复。特点：特点：使晶格畸变减轻或消除，但晶粒的大小和形状并无改变。使晶格畸变减轻或消除，但晶粒的大小和形状并无改变。消除了晶格扭曲及大部分内应力。力学性能变化不大，强消除了晶格扭曲及大部分内应力。力学性能变化不大，强度、硬度稍有降低；塑性略有提高；内应力大大降低。度、硬度稍有降低；塑性略有提高；内应力大大降低。回复处理回复处理:低温退火或去应力退火。低温退火或去应力退火。T回回=(0.250.3)T熔熔（K
12、）二、再结结晶（不是相变变）塑性变形后金属被拉长了的晶粒出现重新生核、结晶，变为塑性变形后金属被拉长了的晶粒出现重新生核、结晶，变为等轴晶粒的现象，称为再结晶。等轴晶粒的现象，称为再结晶。再结晶温度一般为再结晶温度一般为0.4T熔熔(K)以上以上（T回回=0.4T熔熔）特点：特点：再结晶通过形核、长大的方式进行，得到细小均匀等轴晶再结晶通过形核、长大的方式进行，得到细小均匀等轴晶粒。粒。完全消除了残余应力和加工硬化现象，塑性提高。再结晶完全消除了残余应力和加工硬化现象，塑性提高。再结晶退火。退火。晶粒长大：晶粒长大：如温度继续升高或保温时间延长，晶粒会长大，使塑性、韧性明如温度继续升高或保温时
13、间延长，晶粒会长大，使塑性、韧性明显下降。显下降。金属回复与再结晶过程组织金属回复与再结晶过程组织(a)塑性变形后的组织塑性变形后的组织(b)回复后的组织回复后的组织(C)再结晶组织再结晶组织形变强化金属的回复和再结晶示意图形变强化金属的回复和再结晶示意图3.1.43.1.4金属的热加工金属的热加工由于金属在不同温度下变形后的组织和性能不同，由于金属在不同温度下变形后的组织和性能不同，因此在塑性加工中有因此在塑性加工中有冷变形冷变形与与热变形热变形之分。之分。冷变形冷变形：再结晶温度：再结晶温度以下以下的变形。其特征是存在的变形。其特征是存在加加工硬化工硬化现象，可使金属获得较高的硬度和精度，
14、提高产现象，可使金属获得较高的硬度和精度，提高产品性能，但变形程度不宜过大。品性能，但变形程度不宜过大。热变形热变形：再结晶温度：再结晶温度以上以上的变形。其特征是的变形。其特征是加工硬加工硬化和再结晶化和再结晶过程同时存在，没有加工硬化痕迹。能以较过程同时存在，没有加工硬化痕迹。能以较小的功完成较大的变形，同时获得力学性能较高的再结小的功完成较大的变形，同时获得力学性能较高的再结晶组织。晶组织。再结晶温度再结晶温度 T再再=0.4T熔熔纤维组织的明显程度与金属的变形程度有关，变形程度越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，纤维组织越明显。工程常用锻造比大，纤维组织越明显。工程
15、常用锻造比Y Y表示变形程度。表示变形程度。拔长锻造比：拔长锻造比：镦粗锻造比镦粗锻造比：纤维组织的形成使金属在性能上具有方向性。纤维组织的形成使金属在性能上具有方向性。纤维组织的稳定性很高，纤维组织不能热处理消除，只能纤维组织的稳定性很高，纤维组织不能热处理消除，只能通过锻压改变其形状和方向。通过锻压改变其形状和方向。如图如图a a所示的曲轴，纤维组织分布合理。而如图所示的曲轴，纤维组织分布合理。而如图b b所示是用所示是用切削加工出拐颈，纤维组织被切断，使用时容易沿轴肩断切削加工出拐颈，纤维组织被切断，使用时容易沿轴肩断裂。裂。曲轴中的纤维组织分布曲轴中的纤维组织分布a)锻造的拐颈锻造的拐
16、颈b)切削的拐颈切削的拐颈3.1.53.1.5金属的可锻性金属的可锻性可锻性常用金属材料在经受压力加工产生塑性变形的工艺性能来表示。可锻性的优劣是以金属的塑性和变形抗力来综合评定的。塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形，而不破坏其完整性的能力。变形抗力是指金属对变形的抵抗力。金属的可锻性取决于材料的性质(内因)和加工条件(外因)。1.1.材料材料性质的影响性质的影响(内因内因)化学成分的影响纯金属的可锻性比合金的可锻性好。钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。金属组织的影响纯金属及固溶体(如奥氏体)的可锻性好。
17、而碳化物(如渗碳体)的可锻性差。铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好2.2.加工加工条件的影响条件的影响(外因外因)1）变形温度的影响在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可 锻性。若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低，这种现象称为“过热”。若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料 报废，这一现象称为“过烧”。金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度。不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造的温度称终锻温度。碳素结构钢，加热温度超过碳素结构钢，加热温度超过A3线，组织为
18、单一线，组织为单一A，适宜，适宜塑性加工塑性加工锻造温度范围的确定：锻造温度范围的确定：始锻温度：固相线以下始锻温度：固相线以下200左右左右终锻温度：终锻温度：A1线以上线以上800750之间之间 2 2）变形速度的影响变形速度的影响一方面由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，可锻性变坏。另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高(称为热效应现象)。变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降(图中a点以后)，可锻性变好。3）应力状态的影响）应力状态的影响挤压时为三向受压状态。拉
19、拔时为两向受压一向受拉的状态。压应力的数量愈多，则其塑性愈好，变形抗力增大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。1.纤维组织是怎样形成的?它对金属的力学性能有何影响?2.试分析用棒料切削加工成形和用棒料冷镦成形制造六角螺栓的力学性能有何 不同?思考题思考题上次课内容的回顾塑性变形理论及假设塑性变形机理：晶体内部产生滑移的结果，（位错运动）造成晶体的塑性变形金属变形过程中的组织与性能获得细化的再结晶组织；气孔、缩松等被压合；形成纤维组织；特点：各个方向上的力学性能不相同冷变形及热变形冷变形：只有加工硬化而无回复与再结晶现象热变形：变形温度在再结晶温度以上，无任何加工硬化影响塑性变形的因数塑性和变形抗
20、力内因：化学成分的影响；金属组织的影响外因：变形温度的影响；变形速度的影响；应力状态的影响锻造锻造3.23.2自由锻自由锻3.33.3模锻模锻重点内容：1.初步掌握自由锻和模锻的基本工序、特点及应用。2.能够根据自由锻和模锻设备、工具及工艺特点，合理地设计自由锻和模锻件结构。定义:只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的锻件，这种方法称为自由锻。锻造坯料准备1锻造用坯料：镦粗时，为避免锻弯，坯料的高径（H0/D0）不得超过2.5，为了下料方便，坯料高径比还应该大于1.25。2坯料的加热:(1)加热目的:坯料加热的目的是提高金属的塑性，降低变形力，以改善金属的锻造
21、性能，使之易于流动成形并获得良好的锻后组织。（2）锻造温度:金属坯料是在一定的温度范围内进行锻造的。3.23.2自由锻自由锻自由锻的特点自由锻的特点（1）坯料变形时，只有部分表面受到限制，其余）坯料变形时，只有部分表面受到限制，其余可自由流动；可自由流动；（2）所用设备及工具简单，适应性强，锻件重）所用设备及工具简单，适应性强，锻件重量不受限制；量不受限制；（3）由人工控制锻件的形状和尺寸，锻件的精）由人工控制锻件的形状和尺寸，锻件的精度低，生产率低；度低，生产率低；（4）适用于单件小批生产，也是大型锻件的唯）适用于单件小批生产，也是大型锻件的唯一锻造方法。一锻造方法。自由锻的方法自由锻的方法
22、（1）手工锻造）手工锻造（2）机器锻造）机器锻造 a）锻锤自由锻）锻锤自由锻 利用冲击力使坯料产生塑性变形利用冲击力使坯料产生塑性变形 常用设备有：常用设备有：空气锤，锻件重量范围是空气锤，锻件重量范围是50-1000公斤；公斤；蒸汽蒸汽-空气锤，锻件重量范围是空气锤，锻件重量范围是20-1500公斤。公斤。b）液压机自由锻）液压机自由锻 利用静压力使坯料变形利用静压力使坯料变形 常用设备是水压机（能加工常用设备是水压机（能加工300t质量的锻件，是重型质量的锻件，是重型机械厂锻造生产的主要设备）。机械厂锻造生产的主要设备）。空气锤空气锤双柱拱式蒸双柱拱式蒸汽汽-空气锤空气锤 水压机水压机自由
23、锻的工序自由锻的工序 工序基本工序，辅助工序和修整工序基本工序：用来改变坯料的形状和尺寸的主要工序，主要包括：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割。1.镦粗：镦粗：使坯料高度减小，横断面积增大的锻造工序称为使坯料高度减小，横断面积增大的锻造工序称为镦粗。镦粗。a)平砧间镦粗平砧间镦粗 b)局部锻粗局部锻粗2.拔长：使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序称为拔长。3.冲孔：在坯料上冲出通孔或盲孔的锻造工序称为冲孔。1）双面冲孔法。用冲头在坯料上冲至2/33/4深度时，取出冲头，翻转坯料，再用冲头从反面对准位置，冲出孔来。2）单面冲孔法。厚度小的坯料可采用单面冲孔法。冲孔时，坯料置于垫环上，一
24、略带锥度的冲头大端对准冲孔位置，用锤击方法打入坯料，直至孔穿透为止。单面冲孔单面冲孔 4.弯曲：采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序，称为弯曲。5.切割 是指将坯料分成几部分或部分地割开，或从坯料的外部割掉一部分，或从内部割出一部分的锻造工序6.扭转是将毛料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时，可用锤击方法。7.错移 是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离，但仍保持轴心平行的的锻造工序，常用于锻造曲轴零件。错移时，先对坯料进局部切割，然后在切口两侧分别施加大小相等、方法相反且垂直于轴线的冲击力或
25、压力，使坯料实现错移。辅助工序：为了完成基本工序而进行的预先变形工序（基本为了完成基本工序而进行的预先变形工序（基本工序前），主要包括：压钳口、倒棱、压肩等。工序前），主要包括：压钳口、倒棱、压肩等。精整工序：用来提高锻件尺寸及位置精度的工序（基本工序用来提高锻件尺寸及位置精度的工序（基本工序后），主要包括：校正、滚圆、平整等。后），主要包括：校正、滚圆、平整等。3.2.23.2.2自由锻工艺规程的制定自由锻工艺规程的制定制定工艺规程、编写工艺卡片是进行自由锻生产必不可少的技术准备工作，是组织生产、规范操作和检查产品质量的依据。制定工艺规程，必须结合生产条件、设备能力的技术水平等实际情况，力求
26、技术上先进、经济上合理、操作上安全，以达到正确指导生产的目的。自由锻工艺规程主要包括以下内容：设计锻件图、确定坯料质量和尺寸、确定变形工艺过程和锻造比、选择锻造设备等主要内容（1）绘制锻件图自由锻件的锻件图是在零件图的基础上考虑了加工余量、锻造公差、工艺余块等之后绘制的图。绘制自由锻件的锻件图可按以下步骤进行:1.简化锻件形状为了简化锻造工艺，零件上的小孔、凹档、台阶等部分，可加上余块而不予锻出。是否加余块要根据零件的形状、尺寸、锻造技术水平和经济效果来确定。（1）余块为了简化锻件外形以符合锻造工艺过程需要，零件上较小的孔、狭窄的凹槽、直径差较小而长度不大的台阶等难于锻造的地方，通常填满金属，
27、这部分附加的金属叫做锻造余块。（2 2）.加工余量加工余量一般锻件的尺寸精度和表面粗糙度达不到零件图的要求，锻件表面应留有供机械加工用的金属层，这层金属称为机械加工余量(简称余量)。余量大小的确定与零件的形状尺寸、加工精度、表面品质要求、锻造加热品质、设备工具精度和操作技术水平等有关。对于非加工面则无须加余量。零件公称尺寸加上余量，即为锻件公称尺寸。（3 3）.锻件公差锻件公差锻造生产中，由于各种因素的影响，如终锻温度的差异，锻压设备、工具的精度和工人操作技术水平的差异，锻件实际尺寸不可能达到公称尺寸，允许有一定的偏差。这种偏差称为锻造公差。锻件尺寸大于其公称尺寸的部分称为上偏差(正偏差)，小
28、于其公称尺寸的部分称为下偏差(负偏差)。锻件上各部位不论是否机械加工，都应注明锻造公差。通常锻造公差约为余量的1/41/3。锻件的余量和公差具体数值可查阅有关手册，或按工厂标准确定。在特殊情况下也可与机加工技术人员商定。锻件各种尺寸和余量公差关系锻件各种尺寸和余量公差关系（4 4）绘制锻件图）绘制锻件图在余量、公差和各种余块确定后，便可绘制锻件图。锻件图中，锻件形状用粗实线描绘。为了便于了解零件的形状和检验锻后的实际余量，在锻件图内，用假想线(双点划线)画出零件形状。锻件尺寸和公差标注在尺寸线上面，零件的公称尺寸要加上括号，标注在相应尺寸线下面。典型锻件图典型锻件图1.余块余块 2.余量余量2
29、.坯料重量和尺寸的确定自由锻用原材料有两种：一种是钢材、钢坯，多用于中小型锻件；另一种是钢锭，主要用于大中型锻件。(1).1).毛坯质量的计算毛坯质量的计算毛坯质量G坯为锻件质量与锻造时各种金属损耗质量之和：式中式中G锻锻锻件质量锻件质量(kg)。锻件质量按锻件的公称尺寸。锻件质量按锻件的公称尺寸计算；计算；G损损各种金属损耗质量各种金属损耗质量(kg)，包括钢料加热烧，包括钢料加热烧损损G烧、冲孔心料损失烧、冲孔心料损失G心、端部切头损失心、端部切头损失G切。切。用钢锭锻造时，还应考虑冒口质量和锭底质量。用钢锭锻造时，还应考虑冒口质量和锭底质量。钢料加热烧损钢料加热烧损G烧，即为烧损率。一般
30、以坯料质量的百分烧，即为烧损率。一般以坯料质量的百分比表示。其数值与所选用的加热设备类型有关，比表示。其数值与所选用的加热设备类型有关，冲孔心料损失G心(kg)，取决于冲孔方式、冲孔直径d(dm)和坯料高度H0(dm)。在数值上可按以下公式计算：实心冲子冲孔：实心冲子冲孔：空心冲子冲孔：空心冲子冲孔：垫环冲孔垫环冲孔 :端部的切头损失G切(kg)为坯料拔长后端部不平整而应切除的料头质量，与切除部位的直径D(dm)或截面宽度B(dm)和高度H(dm)有关，可按下式计算圆形截面：圆形截面：矩形截面矩形截面：l在采用钢锭锻造时，为保证锻件品质，必须切除钢锭的冒口和锭底。l切除的质量以占钢锭质量的百分
31、比表示。(2).坯料尺寸的确定坯料尺寸与锻件形工序有关，采用的锻造工序不同，计算坯料尺寸的方法也不同。1）当头道工序采用镦粗方法制造时，为避免产生弯曲，坯料的高径比应小于或等于2.5；但坯料过短会使坯料的剪切下料操作困难。为便于剪切下料，高径比应等于或大于1.25，即1.25H0/D02.5将H0(1.252.5)D0代入到：得到坯料直径D0(或边长a0)：(3)锻造比的确定锻造比的确定锻造比(简称锻比)是表示锻件变形程度的一种方法，也是保证锻件品质的一个重要指标。锻比的大小能反映锻造对锻件组织和力学性能的影响。一般规律是，随着锻比增大，由于内部孔隙的焊合，铸态树枝晶被打碎，锻件的纵向和横向力
32、学性能均得到明显提高；当锻比超过一定数值时，由于形成纤维组织，其横向力学性能(塑性、韧性)急剧下降，导致锻件出现各向异性。用钢材锻制锻件(莱氏体钢锻件除外)，由于钢材经过了大变形的锻造或轧制，其组织与性能均已得到改善，一般不必考虑锻比。用钢锭(包括有色金属铸锭)锻制大型锻件时，就必须考虑锻比。锻比一般取24。合金结构钢比碳素结构钢铸造缺陷严重，锻比应大些，重要受力件的锻比要大于一般锻件的锻比，可达68。由于各锻造变形工序变形特点不同，则各工序锻比和变形过程总锻比的计算方法也不尽相同，可参照表计算。3.确定锻造工序确定锻造工序自由锻造工序是根据工序特点和锻件类型来确定。按外形特征及其成形方法，为
33、6 类：盘类、空心类、轴杆类、曲轴类、弯曲类、复杂形状类。（1）.盘类锻件 外形特征为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。所用基本工序为镦粗。随后的辅助工序和修整工序为倒棱、滚圆、平整等。盘类锻件的自由锻过程盘类锻件的自由锻过程（2）空心类锻件）空心类锻件外形特征有中心通孔，一般为圆周等壁厚中空锻件，轴向可有阶梯变化。如圆环、齿圈和各种圆筒(异形筒)、缸体、空心轴等。空心类锻件的自由锻过程空心类锻件的自由锻过程所采用的基本工序为镦粗、冲孔、扩孔和轴拔长，辅助工序和修整工序为倒棱、滚圆、校正等。3.3.轴杆类锻件轴杆类锻件外形特征为轴向尺寸远远大于横向尺寸的实轴轴
34、杆，可以是直轴或阶梯轴，如传动轴、车轴、轧辊、立柱、拉杆等，也可以是矩形、方形、工字形或其他形状截面的杆件，如连杆、摇杆、杠杆、推杆等。轴类锻件的自由锻过程轴类锻件的自由锻过程基本工序是拔长，或镦粗加拔长；辅助工序和修整工序为倒棱、滚圆和校直。4.4.曲轴类锻件曲轴类锻件外形特征不仅沿轴线有截面形状和面积变化，而且轴线有多方向弯曲的实心长轴，包括各种形式的曲轴，如单拐曲轴和多拐曲轴等曲轴类锻件的锻造过程曲轴类锻件的锻造过程锻造曲轴类锻件的基本工序是拔长、错移和扭转；辅助工序和修整工序为分段压痕、局部倒棱、滚圆、校正等。5.5.弯曲类锻件弯曲类锻件外形特征是轴线有一处或多处弯曲，沿弯曲轴线，截面
35、可以是等截面，也可以是变截面。弯曲可以是对称弯曲和非对称弯曲。弯曲类锻件的锻造过程弯曲类锻件的锻造过程锻造弯曲锻件的基本工序是拔长、弯曲；辅助工序和修整工序是分段压痕、滚圆和平整。(1)下料(120kg)(2)压槽卡出两端(3)拔出中间部分(4)弯曲左端圆弧(5)弯曲右端圆弧(6)弯曲中间圆弧6.6.复杂形状类锻件复杂形状类锻件复杂形状类锻件:外形特征除了上述五类锻件以外的其他形状锻件，也可以是由上述5类锻件特征所组成的复杂锻件，如阀体、叉杆、吊环体、十字轴等。复杂形状类:由于这类锻件锻造难度较大，所用辅助工序较多，因此，在锻造时应合理选择锻造工序，保证锻件顺利成形。制定自由锻工艺过程规程举例
36、制定自由锻工艺过程规程举例以齿轮零件为例，制定自由锻工艺过程规程。该零件材料为45钢，生产批量小，采取自由锻锻造齿轮坯图图1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 自由锻工艺过程不可能锻出零件的齿形和圆周上的狭窄凹槽，应加上余块，简化锻件外形。根据JB4249.61986圆环类自由锻件机械加工余量和公差标准查得：锻件水平方向的双边余量和公差为a(125)mm，锻件高度方向双边余量和公差为b(72)mm，内孔双边余量和公差为(166)mm。绘制齿轮的锻件图，如图所示。图图2齿轮锻件图2.2.确定变形工序及工序尺寸确定变形工序及工序尺寸 由锻件图知D=292mm,凸肩部分D肩
37、=198mm，d=104mm,H=57mm.凸肩部分高度H肩=30mm,得到D肩/d=1.9,H/d=0.548。根据锻件形状特点，各工步坯料尺寸如下：变形工序为：镦粗冲孔冲子扩孔根据锻件形状特点，各工序坯料尺寸确定如下：(1)镦粗 由于锻件带有单面凸肩，需采用垫环镦粗，如图所示，需确定垫环尺寸图图3齿轮锻造工艺过程齿轮锻造工艺过程 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（1）镦粗由于锻件带有单面凸肩，需用垫环镦粗，如图2，则应确定垫环尺寸。垫环孔腔体积V垫应比锻件凸肩体积V肩大10%15%，取13%，由式V肩=（D肩-d）.H
38、肩/4，计算得V肩=668876.5mm.于是：V垫=1.13668876.5=755830.4mm因冲孔时会使坯料产生拉缩，所以H垫应比锻件凸肩高度H肩增大15%35%，取20%为宜。H垫=1.2H肩=1.230=36mm垫环内径d垫根据体积不变原则得：d垫=1.13（V垫/H垫）=163.7mm垫环内壁应有斜度（7），上孔直径定为164mm，下端孔定位为155mm.为除去氧化皮，在垫环镦粗之前应进行自由镦粗，工艺过程如图3所示。自由镦粗后坯料的直径应略小于垫环内径，而经垫环镦粗后上端法兰部分应比锻件最大直径略小。为除去氧化皮，在垫环镦粗之前应进行自由镦粗，工艺过程如图3所示。自由镦粗后坯料
39、的直径应略小于垫环内径，而经垫环镦粗后上端法兰部分应比锻件最大直径略小。（2）冲孔冲孔时应注意两个问题，1、冲孔芯料损失小2、扩孔次数不能太多。冲孔直径d冲应小于D/3,即d冲D/3=198/3=66mm.实际选用d冲=60mm。（3）扩孔总扩孔量为锻件孔径减去冲孔直径，即10460=44mm.按课本表34每次扩孔量为2530mm，分配各次扩孔量，各次扩孔为20mm,24mm。（4）修整锻件按锻件图2进行最后修整。原坯料体积V0包括锻件体积V锻和冲孔芯料体积V芯，以及加热过程的烧损体积，即V0=（V锻+V芯）（1+）锻件体积按锻件图公称尺寸计算：V锻=2247602.2mm。冲孔芯料体积：冲孔
40、芯料厚度与毛坯厚度有关，因冲孔毛坯高度H孔坯=1.05H锻=1.0557=59.85mm,H芯=（0.150.2）H孔坯，此处取0.2。则H芯=0.259.85=11.97mm。于是V芯=（d冲H芯）/4=33844.4mm烧损率取3.5%。则V0=2361297mm由于第一道工步为镦粗，为防坯料失稳，则按一下公式计算坯料直径D0=（0.81.0）V0=107133mm。取D0=120mmH0=V0/(D0/4)=208.8mm取210mm3.3.计算坯料尺寸计算坯料尺寸 3.2.33.2.3自由锻锻件结构工艺性自由锻锻件结构工艺性设计选用自由锻加工零件时，应在保证使用要求的性能、结构的条件下
41、，应充分考虑自由锻设备和工艺特点。只有这样，才能使所设计的零件具有较好的自由锻工艺性。因此合理的结构设计，可达到锻造方便、节约金属、保证质量及提高生产率的效果1.尽量避免锻件上的斜面、锥体等复杂形面。锻造具有锥体或斜面结构的锻件，需制造专用工具，锻件成形也比较困难，从而使工艺过程复杂，不便于操作，影响设备使用效率，应尽量避免。2.锻件体应由简单几何体构成且其交线为简单曲线、避免复杂曲线，如相贯线等。图a所示的圆柱面与圆柱面相交，锻件成形十分困难。改成图b所示的平面相交，消除了空间曲线，使锻造成形容易。3.锻件上不应设计筋条（板）、凸台、工字形、椭圆形或其它非规则截面及外形等。图a所示的锻件结构
42、，难以用自由锻获得，若采用特殊工具或特殊工艺来生产，会降低生产率，增加产品成本。4.锻件的截面有急剧变化或形状复杂时，应设计成由几个简单体构成的组合体3.3模锻模锻模锻模锻：坯料在模膛内受冲击力或压力产生变形，：坯料在模膛内受冲击力或压力产生变形，得到所需形状的锻造方法。得到所需形状的锻造方法。按使用设备的不同，分为锤上模锻、曲柄压力机按使用设备的不同，分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻、胎模锻等。上模锻、摩擦压力机上模锻、胎模锻等。与自由锻相比，与自由锻相比，模锻的特点模锻的特点：生产率较高生产率较高锻件尺寸精确，加工余量小锻件尺寸精确，加工余量小可锻出形状复杂锻件可锻出形状复
43、杂锻件材料利用率高材料利用率高锤上模锻是我国目前应用最多锤上模锻是我国目前应用最多的一种模锻方法。其设备统称的一种模锻方法。其设备统称为为模锻锤模锻锤。模锻锤的吨位（落。模锻锤的吨位（落下部分的重量）为下部分的重量）为116吨，可吨，可锻制锻制150Kg以下的锻件。以下的锻件。锤上模锻用的上、下锻模分别锤上模锻用的上、下锻模分别放置在锤头与砧座之上。砧座放置在锤头与砧座之上。砧座与锤身连成一个整体，锤头与与锤身连成一个整体，锤头与导轨之间的配合也比自由锻锤导轨之间的配合也比自由锻锤精密，因而锤头的运动精度较精密，因而锤头的运动精度较高，使上模和下模准确对位，高，使上模和下模准确对位，可以获得形
44、状和尺寸比较精确可以获得形状和尺寸比较精确的锻件。的锻件。模具是模锻生产中最重要的要素。模具型腔模具是模锻生产中最重要的要素。模具型腔(又称模膛又称模膛)直直接决定了最终锻件的形状尺寸。而锻件的形状尺寸又是由接决定了最终锻件的形状尺寸。而锻件的形状尺寸又是由零件尺寸推算出来的，因此，模膛的设计通常是按零件、零件尺寸推算出来的，因此，模膛的设计通常是按零件、锻件、模膛顺序逐步计算得到的。下面以锤上模锻模具为锻件、模膛顺序逐步计算得到的。下面以锤上模锻模具为例介绍模具设计。例介绍模具设计。锤上模锻用的锻模结构锤上模锻用的锻模结构模膛设计模膛设计模膛根据其功用的不同可分为模锻模膛和制坯模膛两大类。1
45、）.模锻模膛分为终锻模膛和预锻模膛两种。（1）终锻模膛：使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸。因此 它的形状应和锻件的形状相同。考虑到冷却时要收缩，终端模膛应比锻件尺寸放大一个收缩量（1.5%）。模膛四周留有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。带有冲孔连带有冲孔连皮和飞边的皮和飞边的模锻件模锻件 具有通孔的锻件，终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮。（2）预锻模膛）预锻模膛预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终锻时金属容易充满终锻模膛。同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。预锻模膛和终锻模膛的区别是前者的圆角和斜度较大
46、，高度较后者高，宽度较后者窄，没有飞边槽。2）制坯模膛）制坯模膛对于形状复杂的模锻件，为了使坯料能合理分布和对于形状复杂的模锻件，为了使坯料能合理分布和很好地充满模膛，就必须预先在制坯模膛内制坯。很好地充满模膛，就必须预先在制坯模膛内制坯。拔长模膛用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。滚压模膛用来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。主要是使金属按模锻件形状来分布。弯曲模膛对于弯曲的杆类模锻件，需用弯曲模膛来弯曲坯料。切断模膛上模与下模的角部组成的一对刀口，用来切断金属。锻模可设计成单膛锻模或多膛锻模锻模可设计成单膛锻模或多膛锻模 弯连杆的模锻过程及所用锻模弯连杆的模
47、锻过程及所用锻模 制坯制坯工步工步模锻模锻工步工步切断切断工步工步2.2.模锻工艺规程的制定模锻工艺规程的制定模锻工艺规程包括模锻工艺规程包括：主要内容：6项u绘制模锻件图；u计算坯料的重量和尺寸；u确定模锻工步；u选择锻压设备；u设计锻模模膛；u确定锻造温度范围、加热和冷却规范。（1 1）绘制模锻件图）绘制模锻件图 模锻件图零件图模锻件图零件图+分模面分模面+加工余量加工余量+模锻斜度模锻斜度 +冲孔连皮冲孔连皮+余块余块+圆角圆角+公差公差1 1）确定）确定分模面分模面分模面分模面：分模面即上、下模或凸、凹模的分界面。分模面：分模面即上、下模或凸、凹模的分界面。分模面可以是平面，也可以是曲
48、面。可以是平面，也可以是曲面。选择原则：选择原则：A.A.应选在锻件最大截面处，以利锻件脱模应选在锻件最大截面处，以利锻件脱模;B.B.尽量选用平面，以简化模具结构、方便制造尽量选用平面，以简化模具结构、方便制造;C.C.应选在上、下模膛轮廓相同的位置上，以便于及时发现应选在上、下模膛轮廓相同的位置上，以便于及时发现错模；错模；D.D.选在模膛深度最浅且上、下模深度基本一致的位置，以选在模膛深度最浅且上、下模深度基本一致的位置，以便于金属充满模膛。便于金属充满模膛。E.E.应使锻件余块最小应使锻件余块最小。模锻分模面分模面的选择比较（2 2）模锻件的机械加工余量及公差机械加工余量一般为14 m
49、m，锻造公差一般取在0.33 mm之间。（3）模锻斜度模锻件的侧面，即平行于锤击方向的表面必须具有一定的斜度（50150），模锻斜度不包括在加工余量之内，一般应取5、7、10、12等标准值。当模膛宽度b小而深度h大时，模锻斜度要取大些。内壁斜度要略大于 外壁斜度(a 2 a 1)。外壁斜度5或7，内壁斜度7或10（4）模锻圆角半径锻件上两个面的相交处均应以圆角过渡，其作用是减少坯料流入模槽的摩擦阻力，使坯料易于充满模膛，避免锻件被撕裂或纤维组织被拉断，减少模槽凹角处的应力集中，提高模具使用寿命等。内圆角r=1 4mm，外圆角R=(3 4)r（5)5)留留出冲孔连皮出冲孔连皮锻件上直径小于25m
50、m的孔，一般不锻出，或只压出球形凹穴。大于25mm的通孔，也不能直接模锻出通孔，而必须在孔内保留一层连皮。冲孔连皮的厚度s与孔径d有关，当d=3080mm时，s=48mm。（2 2）确定模锻工步）确定模锻工步模锻工步主要根据模锻件形状和尺寸来确定。模锻件按形状分为以下两类：长轴类锻件模锻件的长度与宽度(或直径)之比较大，锻造时锤击方向垂直于锻件轴线。终锻时金属沿高度与宽度方向流动，长度方向流动不显著。长轴类锻件常选用拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工步。短轴类锻件模锻件在分模面上的投影为圆形或长度与宽度相近。锻造时锤击方向与坯料轴线相同。终锻时金属沿高度（轴向）、宽度及长度方向均产生流动。常选用
