材料成型工藝基礎(chǔ)教學(xué)課件

第3章壓力加工成型技術(shù)

第3章壓力加工成型技術(shù)

3.1壓力加工成型方法

3?2金屬材料的塑性成型基礎(chǔ)

3.3鍛造

3.4沖壓

3.5壓力加工新技術(shù)

第3章壓力加工成型技術(shù)*

3.1壓力加工成型方法

3.1.1型材生產(chǎn)方法

1.軋制生產(chǎn)

借助于坯料與軋輻之間的摩擦力，使金屬坯料連續(xù)地通

過(guò)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的軋輻的孔隙而受壓變形的加工方法稱(chēng)

為軋制，見(jiàn)圖3—1(a)。合理設(shè)計(jì)軋輻上的孔型，通過(guò)軋

制可將金屬鋼錠加工成不同截面形狀的原材料，軋制出的型

材如圖3—1(b)所示。

第3章壓力加工成型技術(shù)

(b)

圖3-1軋制不意圖

(a)軋制示意圖;(b)軋制型材

第3章壓力加工成型技術(shù)1

2.擠壓生產(chǎn)

將金屬坯料放入擠壓模內(nèi)，使其受壓被擠出?？锥冃?/p>

的加工方法稱(chēng)為擠壓。生產(chǎn)中常用的擠壓方法主要有兩種，

正擠壓和反擠壓。金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相一致的稱(chēng)

為正擠壓，如圖3—2(a)所示。金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)

方向相反的稱(chēng)為反擠壓，如圖3—2(b)所示。

第3章壓力加工成型技術(shù)

凸模擠壓筒坯料擠壓模凸模擠壓筒坯料擠壓模

圖3—2擠壓示意圖

(a)正擠壓；(b)反擠壓

第3章壓力加工成型技術(shù).

在擠壓過(guò)程中，坯料的橫截面依照?？椎男螤羁s小，長(zhǎng)

度增加，從而獲得各種復(fù)雜截面的型材或零件，如圖一所

示。擠壓不僅適用于有色金屬及其合金，而且適用于碳鋼、

合金鋼及高合金鋼，對(duì)于難熔合金，如鴇、鋁及其合金等脆

性材料也能適用。根據(jù)擠壓時(shí)金屬材料是否被加熱，擠壓又

分為熱擠壓和冷擠壓。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖一擠壓產(chǎn)品截面形狀圖

tfnr.

第3章壓力加工成型技術(shù)

3.拉拔生產(chǎn)

將金屬條料或棒料拉過(guò)拉拔的模孔而變形的壓力加工方

法稱(chēng)為拉拔，如圖3—4(a)所示。拉拔生產(chǎn)主要用來(lái)制造各

種細(xì)線材、薄壁管和各種特殊幾何形狀的型材，如圖3—4(b)

所示。多數(shù)拉拔是在冷態(tài)下進(jìn)行加工的，拉拔的產(chǎn)品尺寸精

度較高，表面粗糙度a較小。塑性高的低碳鋼和有色金屬及

其合金都可拉拔成型。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—4拉拔

⑶拉拔;(b)拉拔產(chǎn)品截面形狀圖

第3章壓力加工成型技術(shù).

3.1.2機(jī)械零件的毛坯及產(chǎn)品生產(chǎn)

L鍛造

鍛造是在加壓設(shè)備及工模具的作用下，使坯料、鑄錠產(chǎn)

生局部或全部的塑性變形，以獲得具有一定幾何尺寸、形狀

和質(zhì)量的鍛件的加工方法，按所用的設(shè)備和工模具不同，可

分為自由鍛造和模型鍛造兩類(lèi)。

自由鍛造是將加熱后的金屬坯料，放在上、下砥鐵(砧

塊)之間，在沖擊力或靜壓力的作用下，使之變形的壓力加

工方法，如圖3—5(a)所示。

模型鍛造(簡(jiǎn)稱(chēng)模鍛)是將加熱的金屬坯料，放在具有

一定形狀的鍛模模膛內(nèi)，在沖擊力或壓力的作用下，使金屬

坯料充滿(mǎn)模膛而成型的壓力加工方法，如圖3—5(b)所示。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—5鍛造與沖壓示意圖

（a）自由鍛造；（b）模型鍛造；（c）沖壓

第3章壓力加工成型技術(shù)

2.沖壓

沖壓是將金屬板料放在沖模之間，使其受沖壓力作用產(chǎn)

生分離或變形的壓力加工方法。常用沖壓工藝有沖裁、彎曲、

拉深、縮口、起伏和翻邊等，圖3—5(c)所示為拉深加

Io

第3章壓力加工成型技術(shù).

3.2金屬材料的塑性成型基礎(chǔ)

金屬在外力作用下產(chǎn)生的變形可分為三個(gè)連續(xù)的變形階

段：彈性變形階段、彈塑性變形階段、塑性變形階段和斷裂

階段。彈性變形在外力去除以后可自行恢復(fù)，塑性變形則不

可恢復(fù)，是金屬進(jìn)行壓力加工的必要條件，也是強(qiáng)化金屬的

重要手段之一。

第3章壓力加工成型技術(shù).

3.2.1金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)

金屬的塑性是當(dāng)外力增大到使金屬內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)

該金屬的屈服點(diǎn)時(shí)，使其內(nèi)部原子排列的相對(duì)位置發(fā)生變化

而相互聯(lián)系不被破壞的性能。工業(yè)上常用的金屬材料都是由

很多晶粒組成的多晶體，其塑性變形過(guò)程比較復(fù)雜。

第3章壓力加工成型技術(shù).

1.單晶體的塑性變形

單晶體是指原子排列方式完全一致的晶體。當(dāng)單晶體金屬受拉

力作用時(shí)，在一定晶面上可分解為垂直于晶面的正應(yīng)力。和平行于

晶面的切應(yīng)力工，如圖3—6所示。在正應(yīng)力。作用下，晶格被拉長(zhǎng),

當(dāng)外力去除后，原子自發(fā)回到平衡位置，變形消失，產(chǎn)生彈性變形。

若正應(yīng)力。增大到超過(guò)原子間的結(jié)合力時(shí)，晶體便發(fā)生斷裂，如圖3

—7所示。由此可見(jiàn)，正應(yīng)力。只能使晶體產(chǎn)生彈性變形或斷裂，而

不能使晶體產(chǎn)生塑性變形。在逐漸增大的切應(yīng)力工作用下，晶體從

開(kāi)始產(chǎn)生彈性變形發(fā)展到晶體中的一部分與另一部分沿著某個(gè)特定

的晶面相對(duì)移動(dòng)，稱(chēng)為滑移。產(chǎn)生滑移的晶面稱(chēng)為滑移面，當(dāng)應(yīng)力

消除后，原子到達(dá)一個(gè)新的平衡位置，變形被保留下來(lái)，形成塑性

變形，如圖3—8所示。由此可知，只有在切應(yīng)力作用下，才能產(chǎn)生

滑移，而滑移是金屬塑性變形的主要形式。

第3章壓力加工成型技術(shù)

六方底面

p

圖3—6單晶體拉伸示意圖

第3章壓力加工成型技術(shù)

MHI

Haill

(a)(b)

圖3—7單晶體在正應(yīng)力作用下的變形

（a）未變形；（b）彈性變形；（c）斷裂

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—8晶體在切應(yīng)力作用下的變形

（a）未變形；（b）彈性變形；（c）彈塑性變形；（d）塑性變形

第3章壓力加工成型技術(shù)

晶體在晶面上發(fā)生滑移，實(shí)際上并不需要整個(gè)滑移面上的所

有原子同時(shí)一起移動(dòng)，即剛性滑移。近代物理學(xué)理論認(rèn)為晶體內(nèi)

部存在有許多缺陷，其類(lèi)型有點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷三種。由

于存在缺陷，使晶體內(nèi)部各原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，高位能的原子

很容易從一個(gè)相對(duì)平衡的位置移動(dòng)到另一個(gè)位置上。位錯(cuò)是晶體

中典型的線缺陷。

滑移變形就是通過(guò)晶體中位錯(cuò)的移動(dòng)來(lái)完成的，如圖3—9所

示。在切應(yīng)力的作用下，位錯(cuò)從滑移面的一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)，形

成一個(gè)原子間距的滑移量，因?yàn)槲诲e(cuò)移動(dòng)時(shí)，只需位錯(cuò)中心附近

的少數(shù)原子發(fā)生移動(dòng)，不需要整個(gè)晶體上半部的原子相對(duì)下半部

一起移動(dòng)，所以它需要的臨界切應(yīng)力很小，這就是位錯(cuò)的易動(dòng)性。

因此，單晶體總的滑移變形量是許多位錯(cuò)滑移的結(jié)果。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—9位錯(cuò)移動(dòng)產(chǎn)生滑移的示意圖

第3章壓力加工成型技術(shù)

2.多晶體的塑性變形

實(shí)際金屬是由許多大小、形狀、晶格位向各不同的晶粒

組成的多晶體。各晶粒之間是一層很薄的晶粒邊界，晶界是

相鄰兩個(gè)位向不同晶粒的過(guò)渡層，且原子排列極不規(guī)則。因

此，多晶體的塑性變形要比單晶體的塑性變形復(fù)雜得多。

多晶體的變形首先從晶格位向有利于變形的晶粒內(nèi)開(kāi)始,

滑移結(jié)果使晶粒位向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，而難于繼續(xù)滑移，從而促使

另一批晶粒開(kāi)始滑移變形。因而，多晶體的變形總是一批一

批晶粒逐步發(fā)展的，從少量晶體開(kāi)始逐步擴(kuò)大到大量晶粒發(fā)

生滑移，從不均勻變形逐步發(fā)展到較均勻變形。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—10多晶體塑性變形圖

第3章壓力加工成型技術(shù)

與單晶體比較，多晶體具有較大的變形抗力，多晶體的

塑性變形如圖3—10所示。這是因?yàn)橐环矫娑嗑w內(nèi)晶界附

近的晶格畸變程度大，對(duì)位錯(cuò)的移動(dòng)起阻礙作用，表現(xiàn)為較

大的變形抗力；另一方面，多晶體內(nèi)各晶粒位向不同，若某

一晶粒要發(fā)生滑移，會(huì)受到周?chē)幌虿煌Я５淖璧K，必須

在克服相鄰晶粒的阻力之后才能滑移。這就說(shuō)明，多晶體金

屬的晶界面積及不同位向的晶粒越多，即晶粒越細(xì)，其塑性

變形抗力就越大，強(qiáng)度和硬度越高。同時(shí)，由于塑性變形時(shí)

總的變形量是各晶粒滑移效果的總和，晶粒越細(xì)，單位體積

內(nèi)有利于滑移的晶粒數(shù)目越多，變形可分散在越多的晶粒內(nèi)

進(jìn)行，金屬的塑性和韌性便越高。

第3章壓力加工成型技術(shù).

3.2.2塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響

金屬的塑性變形由金屬內(nèi)多晶體的塑性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)。在

塑性變形過(guò)程中金屬的結(jié)晶組織將發(fā)生變化，晶粒沿變形最

大的方向伸長(zhǎng)，晶格與晶粒發(fā)生扭曲，同時(shí)晶粒破碎。在變

形過(guò)程中及變形后，金屬的力學(xué)性能也將發(fā)生相應(yīng)的變化。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—11加熱溫度對(duì)冷變形金屬組織性能的影響

第3章壓力加工成型技術(shù)

L回復(fù)與再結(jié)晶

金屬發(fā)生塑性變形以后處于一種不穩(wěn)定的組織狀態(tài)，高

位能的原子有自發(fā)地回復(fù)到其低位能平衡狀態(tài)的趨勢(shì)，但在

低溫下原子活動(dòng)能力較低，若對(duì)它進(jìn)行適當(dāng)加熱，增加原子

擴(kuò)散能力，原子將向低能量的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，如圖3—11所

示。隨著加熱溫度的升高，這一變化過(guò)程可分為回復(fù)、再結(jié)

晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段。

第3章壓力加工成型技術(shù)

1）回復(fù)

回復(fù)階段由于加熱溫度不高，原子擴(kuò)散能力不強(qiáng)，通過(guò)

原子的少量擴(kuò)散，可消除部分晶格扭曲，降低金屬的內(nèi)應(yīng)力。

因其顯微組織無(wú)明顯變化，故金屬的強(qiáng)度和塑性變化不大，

這一過(guò)程稱(chēng)為回復(fù)。純金屬的回復(fù)溫度為

丁回=（0.25~0.3）T熔

式中：T回表示金屬回復(fù)的絕對(duì)溫度（K）；T熔表示金屬熔

點(diǎn)的絕對(duì)溫度（K）。

第3章壓力加工成型技術(shù)

2）再結(jié)晶

當(dāng)加熱溫度繼續(xù)升高到某一值時(shí)，由于原子獲得更多的

能量，擴(kuò)散能力加強(qiáng)，就會(huì)以某些碎晶或雜質(zhì)為核心，并逐

漸向周?chē)L(zhǎng)大，形成新的等軸晶粒，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為金屬的再

結(jié)晶。再結(jié)晶后，金屬的強(qiáng)度和硬度下降，塑性升高。能夠

進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度稱(chēng)為再結(jié)晶溫度。純金屬的再結(jié)晶溫

度為

T再=0.4T熔

式中：T再表示金屬再結(jié)晶的絕對(duì)溫度（K）。

第3章壓力加工成型技術(shù).

2.冷變形和熱變形

金屬在塑性變形時(shí)，由于變形溫度不同，對(duì)組織和性能

將產(chǎn)生不同的影響。金屬的塑性變形分為冷變形和熱變形兩

種。冷變形是指金屬在其再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行塑性變形。因

此，變形程度不宜過(guò)大，以避免制件破裂，冷變形能使金屬

獲得較小的表面粗糙度并使金屬?gòu)?qiáng)化。

熱變形是指金屬在其再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行塑性變形。熱

變形時(shí)，變形抗力低，可用較小的能量獲得較大的變形量，

并可獲得具有較高力學(xué)性能的再結(jié)晶組織。但熱變形時(shí)金屬

表面易產(chǎn)生氧化，產(chǎn)品表面粗糙度較大，尺寸精度較低。

第3章壓力加工成型技術(shù)

3.加工硬化

當(dāng)用手反復(fù)彎鐵絲時(shí)，鐵絲越彎越硬，彎起來(lái)越費(fèi)力，

這個(gè)現(xiàn)象就是金屬塑性變形過(guò)程中的加工硬化。即隨著塑性

變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度升高，塑性和韌性下降,

如圖3—12所示，金屬冷變形時(shí)必然產(chǎn)生加工硬化。但熱變

形時(shí)，無(wú)加工硬化痕跡，主要由于變形是在再結(jié)晶溫度以上

進(jìn)行的，變形時(shí)產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶消除。

第3章壓力加工成型技術(shù)

B

史d

W

gZ

b

變形程度/%

圖3—12低碳鋼冷變形程度與力學(xué)性能的關(guān)系

第3章壓力加工成型技術(shù)

產(chǎn)生加工硬化的原因有兩個(gè)方面：

一方面是由于經(jīng)過(guò)塑性變形晶體中的位錯(cuò)密度增高，位

錯(cuò)移動(dòng)所需的切應(yīng)力增大。

另一方面在滑移面上產(chǎn)生許多晶格方向混亂的微小碎晶,

它們的晶界是嚴(yán)重的晶格畸變區(qū)，這些因素增加了滑移阻力,

加大了內(nèi)應(yīng)力。

第3章壓力加工成型技術(shù).

加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要方法之一，尤其是對(duì)純金屬及累

些不能用熱處理方法強(qiáng)化的合金。例如冷拔鋼絲、冷卷彈簧等采

用冷軋、冷拔、冷擠壓等工藝，就是利用加工硬化來(lái)提高低碳鋼、

純銅、防銹鋁、奧氏體不銹鋼等所制型材及鍛壓件的強(qiáng)度和硬度。

但加工硬化亦給進(jìn)一步加工帶來(lái)困難，且使工件在變形過(guò)程中容

易產(chǎn)生裂紋，不利于壓力加工的進(jìn)行，通常采用熱處理退火工序

消除加工硬化，使加工能繼續(xù)進(jìn)行。在實(shí)際生產(chǎn)中可利用回復(fù)處

理，可使加工硬化的金屬既保持較高的強(qiáng)度，適當(dāng)提高韌性，又

降低了內(nèi)應(yīng)力。例如，冷拔鋼絲、冷卷彈簧后，采用250?300℃

的低溫回火，就是利用回復(fù)作用，而再結(jié)晶后的金屬則完全消除

了加工硬化組織。

第3章壓力加工成型技術(shù).

4.纖維組織

金屬在外力作用下發(fā)生塑性變形時(shí)，晶粒沿變形方向伸

長(zhǎng)，分布在晶界上的夾雜物也沿著金屬的變形方向被拉長(zhǎng)或

壓扁，成為條狀。在再結(jié)晶時(shí)，金屬晶?；謴?fù)為等軸晶粒，

而夾雜物依然呈條狀保留了下來(lái)，這樣就形成了纖維組織，

也稱(chēng)為鍛造流線。纖維組織形成后，金屬力學(xué)性能將出現(xiàn)方

向性，即在平行纖維組織的方向上，材料的抗拉強(qiáng)度提高，

而在垂直纖維組織的方向上，材料的抗剪強(qiáng)度提高。

另外，纖維組織很穩(wěn)定，用熱處理或其他方法均難以消

除，只能再通過(guò)鍛造方法使金屬在不同的方向上變形，才能

改變纖維組織的方向和分布。

第3章壓力加工成型技術(shù)

在金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，隨著變形程度的增加，纖維組

織形成則愈加明顯。變形程度常用鍛造比來(lái)表示。

徽粗工序的鍛造比Y徽為

式中：H。表示徽粗前金屬坯料的高度；H表示鍛粗后金屬

坯料的高度。

拔長(zhǎng)工序的鍛造比Y拔為

HD

—!!

式中：F。表示拔長(zhǎng)前金屬坯料的橫截面積；F表示拔長(zhǎng)后金

第3章壓力加工成型技術(shù)

在一般情況下增加鍛造比，可使金屬組織細(xì)密化，提高

鍛件的力學(xué)性能，但鍛造比增加到一定值時(shí)，由于纖維組織

的形成，將導(dǎo)致各向異性。因此，選擇合適的鍛造比是很重

要的。一般以軋材作為坯料鍛造時(shí)，取1.1?1.3,碳素鋼鋼

錠取2?3,合金結(jié)構(gòu)鋼鋼錠取3?4；某些合金工具鋼應(yīng)選擇

較大的鍛造比，以擊碎粗大的碳化物并使其均勻分布，如高

速鋼取5?12。

第3章壓力加工成型技術(shù)

由于纖維組織對(duì)力學(xué)性能的影響，特別是對(duì)沖擊韌性的

影響，在設(shè)計(jì)和制造易受沖擊載荷的零件時(shí)，必須考慮纖維

組織的方向，使零件工作時(shí)正應(yīng)力方向與纖維組織方向一致,

切應(yīng)力方向與纖維組織方向垂直；而且使纖維組織的分布與

零件的外形輪廓相符合，而不被切斷。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—13是用不同方法制造螺栓的纖維組織分布情況。當(dāng)采用

棒料直接用切削加工方法制造螺栓時(shí)，其頭部與桿部的纖維組織

不連貫而被切斷，切應(yīng)力順著纖維組織方向，故質(zhì)量較差，如圖3

-13(a)所示；當(dāng)采用局部鍛粗法制造螺栓時(shí)，如圖3—13(b)

所示，纖維組織不被切斷，纖維組織方向也較為合理，故質(zhì)量較

好。圖3—14是用不同成型方法制造的齒輪，從圖中可以看出其纖

維組織的分布狀態(tài)。圖3—14(a)為軋制棒料用切削加工方法制

成齒輪，原棒料的纖維組織被切斷，受力時(shí)齒根產(chǎn)生的正應(yīng)力與

纖維組織方向垂直，質(zhì)量差；圖3—14(b)為將軋制棒料采用局

部徽粗鍛成齒輪坯，纖維組織被彎曲呈放射狀，加工成齒輪后受

力時(shí)，所有齒根處的正應(yīng)力與纖維組織方向近于平行，質(zhì)量較

好；圖3—14(c)為用熱鍛成型法或精密模鍛制造的齒輪，沿齒

輪輪廓紅維組織全是連續(xù)的，承受力的情況好，質(zhì)量最好。

第3章壓力加工成型技術(shù)

1個(gè))

(b)

圖3—13螺栓的纖維組織比較

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—14不同成型方法制成齒輪的纖維組織

第3章壓力加工成型技術(shù)

3.3鍛造

3.3.1金屬材料的鍛造性能

1.鍛造性能及評(píng)定指標(biāo)

金屬的鍛造性能是用來(lái)衡量金屬材料利用鍛壓加工方法

成型的難易程度，是金屬的工藝性能之一。金屬的鍛造性能

好，表明該金屬適于采用鍛壓加工方法成型。金屬的鍛造性

能常用金屬的塑性和變形抗力來(lái)綜合衡量。塑性越好，變形

抗力越小，則金屬的鍛造性能越好。在實(shí)際生產(chǎn)中，選用金

屬材料時(shí)，優(yōu)先考慮的還是金屬材料的塑性。

第3章壓力加工成型技術(shù).

2.影響金屬鍛造性能的因素

1)金屬的本質(zhì)

金屬的本質(zhì)是指金屬的化學(xué)成分和組織狀態(tài)。

(1)金屬的化學(xué)成分。化學(xué)成分對(duì)金屬的鍛造性能影響

很大，一般純金屬的鍛造性能較好。金屬組成合金后，強(qiáng)度

提高，塑性下降，鍛造性能變差。碳素鋼的鍛造性能，隨著

含碳量的增加，鍛造性能變差，因此，低、中碳鋼的鍛造性

能優(yōu)于高碳鋼。鋼中合金元素的含量增多，鍛造性能也變差,

尤其是金屬中含有提高高溫強(qiáng)度的元素，如鴇、鋁、釵、鈦

等，因能與鋼中的碳形成硬而脆的碳化物，而使金屬的鍛造

性能顯著降低。

第3章壓力加工成型技術(shù)1

(2)金屬的組織狀態(tài)。金屬的組織結(jié)構(gòu)不同，其鍛造性

能有很大差別。由單一固溶體組成的合金具有良好的塑性，

其鍛造性能較好，若金屬中有化合物組織，尤其是在晶界上

形成連續(xù)或不連續(xù)的網(wǎng)狀碳化物組織時(shí)，塑性很差，鍛造性

能顯著下降。鋼的鑄態(tài)組織和粗晶組織，不如鍛軋組織和細(xì)

晶組織的鍛造性能好。

第3章壓力加工成型技術(shù)

2)變形條件

變形條件是指變形溫度、變形速度和變形時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)。

(1)變形溫度。變形溫度是影響鍛造性能的重要因素。

提高金屬的變形溫度可使原子動(dòng)能增加，削弱原子間結(jié)合力,

減少滑移阻力，從而提高了金屬的鍛造性能。因而，加熱是

鍛壓加工成型中很重要的變形條件。金屬通過(guò)加熱可得到良

好的鍛造性能，但是加熱溫度過(guò)高時(shí)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷，

如產(chǎn)生氧化、脫碳、過(guò)熱和過(guò)燒現(xiàn)象，造成鍛件的質(zhì)量變差

或鍛件報(bào)廢。因此，必須嚴(yán)格控制加熱溫度范圍，確定金屬

合理的始鍛溫度和終鍛溫度。

第3章壓力加工成型技術(shù)

始鍛溫度為開(kāi)始鍛造的溫度。在不出現(xiàn)過(guò)熱和過(guò)燒的前

提下，提高始鍛溫度可使金屬的塑性提高，變形抗力下降，

有利于鍛壓成型。一般選固相線以下100?200℃,如45鋼的

始鍛溫度為1200℃。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—15碳鋼的鍛造溫度范圍

第3章壓力加工成型技術(shù)

終鍛溫度為停止鍛造的溫度。終鍛溫度對(duì)高溫合金鍛件

的組織、晶粒度和機(jī)械性能均有很大的影響。一般選高于再

結(jié)晶溫度50?100℃,保證再結(jié)晶完全。當(dāng)終鍛溫度低于其

再結(jié)晶開(kāi)始溫度時(shí)，除了使合金塑性下降、變形抗力增大之

外，還會(huì)引起不均勻變形并獲得不均勻的晶粒組織，并導(dǎo)致

加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，變形抗力過(guò)大，易產(chǎn)生鍛造裂紋，損壞

設(shè)備與工具。但如果終鍛溫度過(guò)高，則在隨后的冷卻過(guò)程中

晶粒將繼續(xù)長(zhǎng)大，得到粗大晶粒組織，這是十分不利的。通

常，在允許的范圍內(nèi)，適當(dāng)降低終鍛溫度并加大變形量，則

可得到較為細(xì)小的晶粒。碳鋼的鍛造溫度范圍如圖3—15所

第3章壓力加工成型技術(shù).

碳鋼的終鍛溫度應(yīng)在GSE線以上，這時(shí)的碳鋼組織為單相

奧氏體，具有良好的鍛造性能。為了擴(kuò)大鍛造溫度區(qū)間，減

少加熱次數(shù)，實(shí)際的終鍛溫度，對(duì)低碳鋼定在A3線之下，

即在Ai?A3溫度區(qū)間，此時(shí)的組織為鐵素體和奧氏體，兩

種組織均有很好的塑性，故仍有較好的鍛造性能，如45鋼的

終鍛溫度為800℃。對(duì)過(guò)共析鋼，定在Ai線以上（50?

70℃）,鍛造時(shí)鋼中出現(xiàn)的滲碳體雖使鍛造性能有些降低，

但可以阻止形成連續(xù)的網(wǎng)狀滲碳體，從而提高鍛件的力學(xué)性

能。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—16變形速度對(duì)金屬鍛造性能的影響

第3章壓力加工成型技術(shù).

(2)變形速度。變形速度是指金屬在鍛壓加工過(guò)程中單晨

時(shí)間內(nèi)的變形量，表示單位時(shí)間內(nèi)變形程度的大小。變形速度對(duì)

金屬鍛造性能的影響是復(fù)雜的，如圖3—16所示。一方面由于變

形速度增快，回復(fù)和再結(jié)晶不能及時(shí)消除加工硬化現(xiàn)象，加工硬

化逐漸積累，使金屬的塑性下降，變形抗力增加，鍛造性能變

差；另一方面，當(dāng)變形速度超過(guò)某一臨界值時(shí)，熱能來(lái)不及散發(fā),

而使塑性變形中的部分功轉(zhuǎn)化為熱能，致使金屬溫度升高，這種

現(xiàn)象稱(chēng)為“熱效應(yīng)”，于是，金屬塑性升高，變形抗力下降。一般

來(lái)講，變形速度越快，熱效應(yīng)越顯著，鍛造性能越好。

在實(shí)際生產(chǎn)中，除高速錘鍛造外，一般常用的各種鍛造方法

變形速度都低于臨界變形速度。因此，在一般鍛造生產(chǎn)中，對(duì)于

鍛造性能較差的合金鋼和高碳鋼，應(yīng)采用減小變形速度的工藝，

以防坯柱被鍛裂。

第3章壓力加工成型技術(shù).

(3)變形時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)。變形方式不同，金屬在變形區(qū)

內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)也不同。即使在同一種變形方式下，金屬內(nèi)部不

同部位的應(yīng)力狀態(tài)也可能不同。擠壓時(shí)，三個(gè)方向均受壓；拉

拔時(shí)，兩個(gè)方向受壓，一個(gè)方向受拉。自由鍛鍛粗時(shí)，坯料內(nèi)

部金屬三向受壓，而側(cè)面表層金屬兩向受壓，一向受拉。

實(shí)踐證明，在金屬塑性變形時(shí)，三個(gè)方向中壓應(yīng)力的數(shù)目

越多，則金屬的塑性越好，拉應(yīng)力的數(shù)目越多，則金屬的塑性

越差。而且同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下引起的變形抗力大于異號(hào)應(yīng)力狀態(tài)

下的變形抗力。如擠壓時(shí)，三向受壓，金屬塑性提高，但其變

形抗力大；拉拔時(shí)，兩向受壓，一向受拉，金屬塑性降低，但

其變形抗力比擠壓的變形抗力小。

第3章壓力加工成型技術(shù)“金

3.常用合金的鍛造特點(diǎn)

各種鋼材、鋁、銅合金都可以鍛造加工。其中，Q195、

Q235、10、15、20、35、45、50鋼等中低碳鋼、20Cr、銅及銅合

金、鋁及鋁合金等鍛造性能較好。

1）合金鋼

與碳鋼比較，合金鋼具有綜合力學(xué)性能高、淬透性和熱穩(wěn)定

性好等優(yōu)點(diǎn)，但鋼中由于合金元素的加入，其內(nèi)部組織復(fù)雜、缺

陷多、塑性差、變形抗力大、鍛造性能較差。因此，鍛造時(shí)必須

嚴(yán)格控制工藝過(guò)程，以保證鍛件的質(zhì)量。

首先，選擇坯料時(shí)，表面不允許有裂紋存在，以防鍛造中裂

紋擴(kuò)展造成鍛件報(bào)廢，并且為了消除坯料的殘余應(yīng)力和均勻內(nèi)部

組織，鍛前需進(jìn)行退火。

第3章壓力加工成型技術(shù)

其次，合金鋼的導(dǎo)熱性比碳鋼差，如果高溫裝爐，快速

加熱，必然會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，致使金屬坯料開(kāi)裂。因此,

應(yīng)先加熱至800℃保溫，然后再加熱到始鍛溫度，即采用低

溫裝爐及緩慢升溫。

另外，與碳鋼相比較，合金鋼的始鍛溫度低，終鍛溫度

高。這是由于一方面合金鋼成分復(fù)雜，加熱溫度偏高時(shí)，金

屬基體晶粒將快速長(zhǎng)大，分布于晶粒間的低熔點(diǎn)物質(zhì)熔化，

容易出現(xiàn)過(guò)熱或過(guò)燒缺陷，因此，合金鋼的始鍛溫度較低；

另一方面合金鋼的再結(jié)晶溫度高，再結(jié)晶速度慢、塑性差、

變形抗力大、易斷裂，故其終鍛溫度較高。

第3章壓力加工成型技術(shù)

因此，合金鋼的鍛造溫度范圍較窄，一般只有100?

200℃,增加了鍛造過(guò)程的困難，必須注意以下幾點(diǎn)：

(1)控制變形量。嚴(yán)格執(zhí)行“兩輕一重”的操作方法，始

鍛和終緞時(shí)應(yīng)變形量小，中間過(guò)程變形量加大。因?yàn)楹辖痄?/p>

內(nèi)部缺陷較多，在始鍛時(shí)，若變形量過(guò)大，易使缺陷擴(kuò)展，

造成鍛件開(kāi)裂報(bào)廢。終鍛前，金屬塑性低，變形抗力增大，

鍛造時(shí)變形量大也將導(dǎo)致鍛件報(bào)廢。而在鍛造過(guò)程中間階段

如果變形量過(guò)小，則達(dá)不到所需的變形程度，不能很好地改

變鍛件內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，難以獲得良好的力學(xué)性能。

第3章壓力加工成型技術(shù).

(2)增大鍛造比。合金鋼鋼錠內(nèi)部缺陷多，某些特殊鋼種，鋼

中粗大的碳化物較多，且偏析嚴(yán)重，影響了鍛件的力學(xué)性能。增

大鍛造比，能擊碎網(wǎng)狀或塊狀碳化物，可以消除鋼中缺陷，細(xì)化

碳化物并使其均勻分布。

(3)保證溫度、變形均勻。合金鋼鍛造時(shí)要經(jīng)常翻轉(zhuǎn)坯料，盡

量使一個(gè)位置不要連續(xù)受力，送進(jìn)量要適當(dāng)均勻，而且鍛前應(yīng)將

砧鐵預(yù)熱，以使變形及溫度均勻，防止產(chǎn)生鍛裂現(xiàn)象。

(4)鍛后緩冷。合金鋼鍛造結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)采取工藝措施保證

鍛件緩慢冷卻。例如，鍛后將鍛件放入灰坑或干砂坑中冷卻，或

放入爐中隨爐冷卻。這是因?yàn)楹辖痄摰膶?dǎo)熱性差，塑性低，且終

鍛溫度較高，鍛后如果快速冷卻，會(huì)因熱應(yīng)力和組織應(yīng)力過(guò)大而

導(dǎo)致鍛件出現(xiàn)裂紋。

第3章壓力加工成型技術(shù).

2）有色金屬一,

（1）鋁合金的鍛造特點(diǎn)。幾乎所有鍛造用鋁合金（變

形鋁合金）都有較好的塑性，可鍛造成各種形狀的鍛件，但

是鋁合金的流動(dòng)性差，在金屬流動(dòng)量相同的情況下，比低碳

鋼需多消耗約30%的能量。鋁合金的鍛造溫度范圍窄，一般

為150℃左右，導(dǎo)熱性好，應(yīng)事先將所用鍛造工具預(yù)熱至

250~300℃o操作時(shí)，要經(jīng)常翻轉(zhuǎn)，動(dòng)作迅速，開(kāi)始時(shí)要輕

擊，隨后逐漸加大變形量時(shí)，則應(yīng)重打。鋁合金的流動(dòng)性差,

模鍛時(shí)容易黏模，要求鍛模內(nèi)表面粗糙度將在0.8um以下，

并采用潤(rùn)滑劑。

第3章壓力加工成型技術(shù)

(2)鈦合金的鍛造特點(diǎn)。鈦合金是飛機(jī)、宇航工業(yè)常

用的有色金屬材料。鈦合金可以鍛造成各種形狀的鍛件，鈦

合金的可鍛性要比合金鋼差，其塑性隨著溫度的升高而增大，

若在1000?1200℃下鍛造，變形程度可達(dá)80%以上。但隨著

變形溫度下降，變形抗力急劇增大，因此，操作時(shí)動(dòng)作要快，

盡量減少熱損失。鍛造溫度范圍一般。鈦為850?1050C,

a+B鈦為750?1150℃,B鈦為900?1150℃。因?yàn)殁伜辖?/p>

的流動(dòng)性比鋼差，所以，模鍛時(shí)模膛的圓角半徑應(yīng)設(shè)計(jì)大些，

而且鈦合金的黏?，F(xiàn)象比較嚴(yán)重，要求模膛表面粗糙度要達(dá)

到后0.2?0.4口mo

第3章壓力加工成型技術(shù).

3.3.2自由鍛造

自由鍛造是利用簡(jiǎn)單的通用工具或直接將加熱好的金屬坯料

放在鍛造設(shè)備上、下砥鐵之間，施加沖擊力或壓力，使之產(chǎn)生塑

性變形，從而獲得所需鍛件的一種鍛造方法，簡(jiǎn)稱(chēng)自由鍛，是鍛

造工藝中廣泛采用的一種工藝方法。自由鍛有手工鍛造和機(jī)器鍛

造兩種。手工鍛造生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，錘擊力小，在現(xiàn)代工

業(yè)生產(chǎn)中機(jī)器鍛造是自由鍛的主要生產(chǎn)方式。

自由鍛生產(chǎn)率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，鍛件精度低，材料消耗

較多，鍛件形狀不能過(guò)于復(fù)雜，因而，適用于在品種多、產(chǎn)量不

大的生產(chǎn)中應(yīng)用。鍛件重量可從不足千克到二三百?lài)崳渌?/p>

設(shè)備及工具通用性大，便于更換產(chǎn)品，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，在國(guó)內(nèi)

外的現(xiàn)代鍛造中，自由鍛仍占有重要地位。

第3章壓力加工成型技術(shù)

對(duì)于大型鍛件，如水輪發(fā)電機(jī)機(jī)軸、軋輻等重型鍛件，

自由鍛是唯一可能加工的一種工藝方法。自由鍛造時(shí)，金屬

受力變形時(shí)在砥鐵間水平方向自由流動(dòng)，變形不受限制，因

此，鍛件的形狀及大小由工人的操作技術(shù)來(lái)保證，常用逐漸

變形方式來(lái)達(dá)到成型目的，因而能以較小設(shè)備鍛制較大鍛件。

第3章壓力加工成型技術(shù)1

1.自由鍛造工序

自由鍛工序可分為基本工序、輔助工序和精整工序（修

整工序）。基本工序有鍛粗、拔長(zhǎng)、沖孔、擴(kuò)孔、彎曲、扭

轉(zhuǎn)、錯(cuò)移等。輔助工序?yàn)槭够竟ば虿僮鞣奖愣M(jìn)行的預(yù)變

形工序，如壓鉗口、切肩等。修整工序是用以減少鍛件表面

缺陷而進(jìn)行的工序，如校正、滾圓、平整等。以下介紹基本

工序的主要內(nèi)容。

第3章壓力加工成型技術(shù).

1）徽粗

在外力作用下使坯料高度減小、橫截面積增大的工序稱(chēng)為徽

粗。鍛粗主要用于鍛制齒輪、法蘭盤(pán)之類(lèi)的餅類(lèi)零件，它能增大

坯料橫截面積的平整端面，提高后續(xù)拔長(zhǎng)工序的鍛造比，提高鍛

件的力學(xué)性能和減少力學(xué)性能的各向異性等。如圖3—17所示，

坯料徽粗時(shí)，隨著高度減小，金屬不斷向四周流動(dòng)，由于工具及

砧面與坯料的接觸面上有摩擦力和冷卻作用存在，使坯料內(nèi)部的

應(yīng)力分布和變形極不均勻。鎖粗后坯料的側(cè)面將成鼓形。設(shè)坯料

高為”，直徑為。，當(dāng)坯料高徑比/D>2.5時(shí)，鍛粗中容易失

穩(wěn)而產(chǎn)生彎曲。一般選擇”。/D=0.8?2,可得到較均勻的變形,

鼓形也較小，但需要很大的變形力。

第3章壓力加工成型技術(shù)

2）拔長(zhǎng)

拔長(zhǎng)是使坯料的橫截面積減小、長(zhǎng)度增加的鍛造工序，

如圖3—18所示。拔長(zhǎng)除用于軸類(lèi)、桿類(lèi)鍛件成型外，還常

用來(lái)改善鍛件內(nèi)部質(zhì)量。拔長(zhǎng)從垂直于軸線方向?qū)ε髁线M(jìn)行

逐段壓縮變形，是鍛件成型中耗費(fèi)工時(shí)最多的一種鍛造工序。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—17徽粗

第3章壓力加工成型技術(shù)

P

送料

/////

圖3—18

第3章壓力加工成型技術(shù)

3）沖孔

用沖頭將坯料沖出通孔或不通孔的鍛造方法稱(chēng)為沖孔。

對(duì)于直徑小于25mm的孔一般不予沖出。沖孔主要用于鍛造

空心鍛件、如齒輪壞、圓環(huán)、套筒等。生產(chǎn)中采用的沖孔方

法有實(shí)心沖子沖孔（見(jiàn)圖3—19）、空心沖子沖孔（見(jiàn)圖3—

20）和墊環(huán)沖孔（見(jiàn)圖3—21）三種。

第3章壓力加工成型技術(shù)

沖頭

（沖子）

坯料

漏盤(pán)

（墊圈）

實(shí)心沖子沖孔

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—20空心沖子沖孔

i!

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—21墊環(huán)沖孔

i!

第3章壓力加工成型技術(shù)1

4）擴(kuò)孔

為了減小空心坯料壁厚而增加其內(nèi)外徑的鍛造工序稱(chēng)為

擴(kuò)孔。常用的擴(kuò)孔方法有沖子擴(kuò)孔（見(jiàn)圖3—22）和芯軸擴(kuò)

孔（見(jiàn)圖3—23）,后者在軸承行業(yè)中廣泛采用。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—22沖子擴(kuò)孔

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—23芯軸擴(kuò)孔

第3章壓力加工成型技術(shù).

5）彎曲

將坯料加工成規(guī)定形狀的鍛造工序稱(chēng)為彎曲。彎曲成型

時(shí)金屬纖維組織不被切斷，從而提高了鍛件質(zhì)量。彎曲多用

于鍛制鉤、夾鉗、地腳螺栓等彎曲類(lèi)零件。

6）扭轉(zhuǎn)

將坯料的一部分相對(duì)于另一部分繞共同軸線旋轉(zhuǎn)一定角

度的鍛造方法稱(chēng)為扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)用于鍛制曲軸、矯正鍛件等。

7）錯(cuò)移

將坯料的一部分與另一部分錯(cuò)開(kāi)一定距離，但仍保持軸

線平行的鍛造方法稱(chēng)為錯(cuò)移，如鍛制雙拐或多拐曲軸件。

自由鍛應(yīng)用上述基本工序生產(chǎn)不同類(lèi)型的鍛件。圖3—

24為齒輪坯自由鍛的工藝過(guò)程圖。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—24齒輪坯自由鍛的工藝過(guò)程

（a）下料；（b）徽粗；（c）墊環(huán)局部徽粗;

（d）沖孔；（e）沖壬折孔；⑴修整「

第3章壓力加工成型技術(shù).

3.自由鍛工藝規(guī)程的制定

自由鍛工藝規(guī)程是鍛造生產(chǎn)的依據(jù)。生產(chǎn)中根據(jù)零件圖

繪制鍛件圖，確定鍛造工藝過(guò)程并制定工藝卡。工藝卡中規(guī)

定了鍛造溫度、尺寸要求、變形工序和程序及所用設(shè)備等。

自由鍛工藝規(guī)程主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容。

1）鍛件圖的繪制

鍛件圖是以零件圖為基礎(chǔ)，結(jié)合自由鍛工藝特點(diǎn)繪制而

成的圖形，它是工藝規(guī)程的核心內(nèi)容，是制定鍛造工藝過(guò)程

和鍛件檢驗(yàn)的依據(jù)。

第3章壓力加工成型技術(shù)

繪制鍛件圖應(yīng)考慮以下內(nèi)容：

(1)敷料(余塊)。為簡(jiǎn)化鍛件形狀而增加的那部分

金屬稱(chēng)為敷料。零件上不能鍛出的部分，或雖能鍛出，但從

經(jīng)濟(jì)上考慮不合理的部分均應(yīng)簡(jiǎn)化，如某些臺(tái)階、凹槽、小

孔、斜面、錐面等。因此，鍛件的形狀和尺寸均與零件不同,

需在鍛件圖上用雙點(diǎn)劃線畫(huà)出零件形狀，并在鍛件尺寸的下

面用括號(hào)注上零件尺寸。

第3章壓力加工成型技術(shù)1

(2)加工余量。自由鍛件的精度及表面質(zhì)量較差，表

面應(yīng)留有供機(jī)械加工的一部分金屬，即機(jī)械加工余量，又稱(chēng)

鍛件余量。余量的大小主要取決于零件形狀、尺寸、加工精

度及表面粗糙度的要求，其數(shù)值的確定可查閱鍛工手冊(cè)。

(3)鍛造公差。由于鍛件的實(shí)際尺寸不可能達(dá)到公稱(chēng)

尺寸，因此允許有一定的誤差。為了限制其誤差，經(jīng)常給出

11

其公差，稱(chēng)為鍛造公差，其數(shù)值約為加工余量的3。

第3章壓力加工成型技術(shù)

2)坯料計(jì)算

鍛造時(shí)應(yīng)按鍛件形狀、大小選擇合適的坯料，同時(shí)還應(yīng)

注意坯料的質(zhì)量和尺寸，使坯料經(jīng)鍛造后能達(dá)到鍛件的要求。

坯料質(zhì)量可按下式計(jì)算：

G坯=6鍛+G燒+G料頭(kg)

式中：G坯表示坯料質(zhì)量(kg)；G鍛表示鍛件質(zhì)量(kg)；G燒

表示加熱過(guò)程中坯料表面氧化燒損的那部分金屬的質(zhì)量(kg),

與加熱火次有關(guān)，第一次加熱取被加熱金屬的2%?3%,以

后各次加熱取1.5%?2.0%；G料頭表示鍛造時(shí)被切掉的金屬

質(zhì)量及修切端部時(shí)切掉的料頭的質(zhì)量(kg)。

第3章壓力加工成型技術(shù)

坯料質(zhì)量確定后，還須正確確定坯料的尺寸，以保證鍛

造時(shí)金屬得到必需的變形程度及鍛造的順利進(jìn)行。坯料尺寸

與鍛造工序有關(guān)，若采用鍛粗工序，為防止鎖彎和便于下料,

坯料的高度與直徑之比應(yīng)為1.5?2.5。若采用拔長(zhǎng)工序，則

應(yīng)滿(mǎn)足鍛造比要求。典型鍛件的鍛造比見(jiàn)表3—1。

第3章壓力加工成型技術(shù)

表3—1典型鍛件的鍛造比

鍛件名稱(chēng)計(jì)算部位鍛造比鍛件名稱(chēng)計(jì)算部位鍛造比

碳素鋼軸類(lèi)鍛件取大截面錘頭

2.07.5取人徵mi22.5

合金鋼軸類(lèi)鍛件取人截面2.5V.0水輪機(jī)主軸軸身22.5

熱軋輻輯身2.5-3.0水輪機(jī)立柱衩人微聞23.0

冷軋輯輯身3.5~5.0模塊取人截面23.0

齒輪軸

取大截面2.5-3.0航空用大型鍛*?取大截面6.0~8.0

第3章壓力加工成型技術(shù).

3）正確設(shè)計(jì)變形工序

設(shè)計(jì)變形工序的依據(jù)是鍛件的形狀、尺寸、技術(shù)要求、

生產(chǎn)批量及生產(chǎn)條件等。設(shè)計(jì)變形工序包括鍛件成型所必需

的基本工序、輔助工序和精整工序，以及完成這些工序所使

用的工具，確定各工序的順序和工序尺寸等。一般而言，盤(pán)

類(lèi)零件多采用鍛粗（或拔長(zhǎng)徽粗）和沖孔等工序；軸類(lèi)零

件多采用拔長(zhǎng)、切肩和鍛臺(tái)階等工序。一般鍛件的分類(lèi)及采

用的工序見(jiàn)表3—2。

第3章壓力加工成型技術(shù)

表3—2一般鍛件的分類(lèi)及采用的工序

鍛件類(lèi)別圖例鍛造工序

，

盤(pán)類(lèi)零件c中）?1y|1

rYR；71；7徽粗（或拔長(zhǎng)一徽粗），沖孔等

軸類(lèi)零件

拔長(zhǎng)（或徽粗一拔長(zhǎng)），切肩，鍛臺(tái)階等

筒類(lèi)零件徽粗（或拔長(zhǎng)一徽粗），沖孔，在芯軸上拔長(zhǎng)等

環(huán)類(lèi)零件徽粗（或拔長(zhǎng)一徽粗），沖孔，在芯軸上擴(kuò)孔等

o奠

彎曲類(lèi)零件拔長(zhǎng)，彎曲等

第3章壓力加工成型技術(shù)1

4）選擇設(shè)備

一般根據(jù)鍛件的變形面積、鍛件材質(zhì)、變形溫度等因素

選擇設(shè)備噸位。空氣錘頭落下部分的重量表示其噸位?？諝?/p>

錘的噸位一般為650?1500N。合理地選擇設(shè)備噸位，可提

高生產(chǎn)率，降低消耗。

除上述內(nèi)容外，鍛造工藝規(guī)程還應(yīng)包括加熱規(guī)范、加熱

火次、冷卻規(guī)范和鍛件的后續(xù)處理等。

第3章壓力加工成型技術(shù)

4.自由鍛實(shí)例

表3—3為半軸的自由鍛造工序。

表3—3半軸自由鍛工藝卡

鍛件名稱(chēng)rw

(

坯料質(zhì)量25kg等W

0S

ZW

坯料尺寸6130X240u

4ISIs

S-H

」S

3

材料

18CrMnTi4512(31)

287I5O±2(140)

第3章壓力加工成型技術(shù)

鍛出頭部

拔長(zhǎng)

拔長(zhǎng)及修整臺(tái)階

拔長(zhǎng)并留出臺(tái)階

鍛出凹檔及拔長(zhǎng)端部并修整

第3章壓力加工成型技術(shù)

5.自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性

由于鍛造是在固態(tài)下成型的，鍛件所能達(dá)到的復(fù)雜程度

遠(yuǎn)不如鑄件，而自由鍛件的形狀和尺寸主要靠人工的操作技

術(shù)來(lái)保證。因此，對(duì)自由鍛零件結(jié)構(gòu)工藝性總的要求是在滿(mǎn)

足使用要求的前提下，零件形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、規(guī)則，以達(dá)到

方便鍛造、節(jié)約金屬和提高生產(chǎn)率的目的。自由鍛結(jié)構(gòu)工藝

性如表3—4所示。但是不能由此認(rèn)為，自由鍛工藝只限于加

工形狀簡(jiǎn)單的零件，在實(shí)際需要時(shí)，依靠工人的技術(shù)并借助

一些專(zhuān)用工具，自由鍛也可以鍛造出形狀相當(dāng)復(fù)雜的鍛件。

第3章壓力加工成型技術(shù)

表3-4自由鍛結(jié)構(gòu)工藝性

要求結(jié)構(gòu)對(duì)比

盡量避免錐面或斜面

-E—cQ-S-

不合理合理

避免曲面相交

避免筋板和凸臺(tái)等結(jié)構(gòu)

不合理合理不合理合理

第3章壓力加工成型技術(shù).

3.3.3模型鍛造和胎模鍛造

1.模型鍛造

模型鍛造是利用模具使加熱后的金屬坯料變形而獲得鍛件的

鍛造方法。在變形過(guò)程中，金屬的流動(dòng)受到模具的限制和引導(dǎo)，

從而獲得要求形狀的鍛件。模型鍛造與自由鍛相比具有以下特點(diǎn):

(1)由于有模具引導(dǎo)金屬的流動(dòng)，鍛件的形狀可以比較復(fù)

雜。

(2)鍛件內(nèi)部的纖維組織比較完整，從而提高了零件的力

學(xué)性能和使用壽命。

(3)鍛件尺寸精度高，表面光潔，能節(jié)約材料和節(jié)約切削

加工工時(shí)。

第3章壓力加工成型技術(shù)

(4)生產(chǎn)率高，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。

(5)所用鍛模價(jià)格較昂貴，模具材料通常為5CrNiMo

或5CrMnMo等模具鋼，而且模具加工困難，制造周期長(zhǎng)，

故模鍛適用于大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)批量越大，成本越低。

(6)需要能力較大的專(zhuān)用設(shè)備。由于模鍛是整體變形,

并且金屬流動(dòng)時(shí)與模具之間產(chǎn)生很大的摩擦力，因此所需設(shè)

備噸位大。目前，由于設(shè)備能力限制，模鍛只適用于中、小

型鍛件的大批量生產(chǎn)。鍛件的質(zhì)量為0.5?150kg。

第3章壓力加工成型技術(shù)

按使用設(shè)備類(lèi)型不同，模鍛又分為錘上模鍛、曲柄壓力

機(jī)上模鍛、摩擦壓力機(jī)上模鍛、平鍛機(jī)上模鍛等。本節(jié)主要

介紹錘上模鍛，其工藝適應(yīng)性廣泛，是典型的模型的常用鍛

造方法。

1）鍛模結(jié)構(gòu)

如圖3—25所示，錘上模鍛用的鍛模由帶燕尾的上模和

下模兩部分組成，上、下模分別用楔鐵固定在錘頭和模座上,

上、下模閉合所形成的空腔即為模膛。模膛是進(jìn)行模鍛生產(chǎn)

的工作部分，按其作用來(lái)分，模膛可分為模鍛模膛和制坯模

膛。

第3章壓力加工成型技術(shù)

1一錘頭；

2一上模；

2

3一飛邊槽；

34一下模；

45一模墊；

56、7、10—緊固楔鐵;

8一分模面；

9一模膛

圖3—25模鍛示意圖

第3章壓力加工成型技術(shù)

(1)制坯模膛。對(duì)于形狀復(fù)雜的鍛件，為了使坯料形狀、

尺寸盡量接近鍛件，使金屬能合理分布及便于充滿(mǎn)模膛，就必

須讓坯料預(yù)先在制坯模膛內(nèi)制坯。制坯模膛主要有以下幾種形

式。

①拔長(zhǎng)模膛。拔長(zhǎng)模膛是用來(lái)減小坯料某部分的橫截面積

而增加該部分長(zhǎng)度，如圖3—26所示。操作時(shí)，坯料要送進(jìn)，

也需要翻轉(zhuǎn)。

②滾壓模膛。滾壓模膛是用來(lái)減小坯料某部分的橫截面積

增大另一部分的橫截面積，如圖3—27所示。操作時(shí)，坯料需

要不斷翻轉(zhuǎn)。

③彎曲模膛。彎曲模膛是用于軸線彎曲的桿形鍛件的彎曲

制坯，如圖3-28所小。

0第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—27滾壓模膛

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—28彎曲模膛

第3章壓力加工成型技術(shù)

（2）模鍛模膛。鍛模上進(jìn)行最終鍛造以獲得鍛件的工

作部分稱(chēng)為模鍛模膛。模鍛模膛分為預(yù)鍛模膛和終鍛模膛兩

種。

①預(yù)鍛模膛。預(yù)鍛模膛的作用是使坯料變形到接近鍛件

的形狀和尺寸，再進(jìn)行終鍛，金屬容易充滿(mǎn)模膛成型，以減

小終鍛模膛的磨損。對(duì)形狀簡(jiǎn)單、批量不大的鍛件，可不必

采用預(yù)鍛模膛。

第3章壓力加工成型技術(shù).

②終鍛模膛。模膛形狀及尺寸與鍛件形狀及尺寸基本相

同，但因鍛件的冷卻收縮，模膛尺寸應(yīng)比鍛件大一個(gè)金屬收

縮量，鋼件收縮量可取1.5%。終鍛模膛沿模膛四周設(shè)有飛

邊槽，如圖3—29所示，其作用是容納多余的金屬；飛邊槽

橋部的高度小，對(duì)流向倉(cāng)部的金屬形成很大的阻力，可迫使

金屬充滿(mǎn)模膛；飛邊槽中形成的飛邊能緩和上、下模間的沖

擊，延長(zhǎng)模具壽命。飛邊槽在鍛后利用壓力機(jī)上的切邊模去

除。

第3章壓力加工成型技術(shù)

（C）(d)

圖3—29飛邊槽結(jié)構(gòu)

第3章壓力加工成型技術(shù).

終鍛模膛和預(yù)鍛模膛的區(qū)別在于預(yù)鍛模膛的圓角和斜度

較大，并且沒(méi)有飛邊槽。

根據(jù)鍛件的復(fù)雜程度不同，鍛?？煞譃閱翁佩懩：投嗵?/p>

鍛模兩種。單膛鍛模是在一副鍛模上只有終鍛模膛；多膛鍛

模是在一副鍛模上具有兩個(gè)以上模膛的鍛模，比如可以有拔

長(zhǎng)、滾壓、預(yù)鍛和終鍛模膛。

第3章壓力加工成型技術(shù)

2)模鍛工藝規(guī)程的制定

模鍛工藝規(guī)程包括繪制模鍛件圖、確定模鍛工序步驟、

計(jì)算坯料、選擇設(shè)備噸位及確定修整工序等。

(1)繪制模鍛件圖。鍛件圖是鍛造生產(chǎn)的基本技術(shù)文

件，是設(shè)計(jì)和制造鍛模、計(jì)算坯料和檢查鍛件的依據(jù)。其中

模鍛件的敷料、加工余量和鍛造公差與自由鍛件的相同，但

由于模鍛時(shí)金屬坯料是在鍛模中成型的，模鍛件的尺寸較精

確，所需敷料少，加工余量和鍛造公差均較自由鍛件的小，

具體數(shù)值的確定可參考鍛工手冊(cè)。另外，在繪制模鍛件圖時(shí),

還應(yīng)考慮下列內(nèi)容。

第3章壓力加工成型技術(shù).

①選擇分模面。上模和下模在鍛件上的分界面稱(chēng)為分模

面。分模面的選擇將影響鍛件的成型質(zhì)量、材料利用率和成

本等問(wèn)題，對(duì)比圖3—30中鍛件的四種分模方案，可說(shuō)明其

選擇原則。

第3章壓力加工成型技術(shù)

b

圖3—30分模面的選擇比較

第3章壓力加工成型技術(shù)

(a)鍛件應(yīng)能從模膛中順利取出，以a—a面為分模面，鍛

件無(wú)法取出。一般情況下，分模面應(yīng)選在鍛件最大截面處。

(b)應(yīng)使上、下模沿分模面的模膛輪廓一致，便于發(fā)現(xiàn)

在模鍛過(guò)程中出現(xiàn)的上、下模間錯(cuò)移，c—c面不符合要求，

通常分模面應(yīng)選在鍛件外形無(wú)變化處。

(c)應(yīng)盡量減少敷料，以降低材料消耗和減少切削加工

工作量，若以b—b作分模面，則孔不能鍛出，需加敷料。

(d)模膛深度應(yīng)盡量小，以利于金屬充滿(mǎn)模膛，便于取

出鍛件，且利于模膛的加工，因此b—b面不適合作分模面。

(e)分模面應(yīng)為平直面，以簡(jiǎn)化模具加工。

綜上所述，圖3—30中的d—d面作分模面是合理的。

第3章壓力加工成型技術(shù).

②模鍛斜度。為便于從模膛中取出鍛件，鍛件上垂直于

分模面的表面均應(yīng)有斜度，稱(chēng)為模鍛斜度，如圖3—31所示

鍛件外壁上的斜度a1叫外壁斜度，鍛件內(nèi)壁上的斜度a2叫

內(nèi)壁斜度。鍛件的冷卻收縮使其外壁離開(kāi)模膛，但內(nèi)壁收縮

會(huì)把模膛內(nèi)的凸起部分夾得更緊。因此，內(nèi)壁斜度a2應(yīng)比

外壁斜度。1大，鋼件的模鍛斜度一般為。1=5。?7。，a2

=7°~12°o

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—31模鍛斜度與圓角半徑

第3章壓力加工成型技術(shù)1

③圓角半徑。鍛件上凡是面與面的相交處均應(yīng)成圓角過(guò)

渡，如圖3—31所示。這樣在鍛造時(shí)，金屬易于充滿(mǎn)模膛，

減少模具的磨損，提高模具的使用壽命。外凸的圓角半徑

川目外圓角半徑，內(nèi)凹的圓角半徑R叫內(nèi)圓角半徑。圓角半

徑的數(shù)值與鍛件的形狀、尺寸有關(guān)，通常取―1.5?12mm,

R=(2?3)A模膛越深，圓角半徑取值越大。

第3章壓力加工成型技術(shù).

④沖孔連皮?？讖叫?0mm的孔可以鍛出，但不能鍛

出通孔，必須留有一層金屬，稱(chēng)為沖孔連皮，鍛后沖去沖孔

連皮，才能獲得通孔鍛件。沖孔連皮的厚度S應(yīng)適當(dāng)，厚度

太小，增大了鍛造力，加速了模具的磨損；厚度太大，不僅

浪費(fèi)金屬，且使沖力增加。沖孔連皮厚度的數(shù)值與孔徑、孔

深有關(guān)，當(dāng)d=30?80mm時(shí)，一般取S=4?8mm。

模鍛鍛件圖可根據(jù)上述內(nèi)容繪制，圖3—32為齒輪坯的

模鍛件圖。圖3—32中雙點(diǎn)劃線為零件輪廓外形，分模面選

在零件高度方向的中部。零件輪輻部分不加工，故不留加工

余量，內(nèi)孔中部?jī)芍本€為沖孔連皮切掉后的痕跡。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—32齒輪坯模鍛件圖

皿tn

第3章壓力加工成型技術(shù)

（2）確定模鍛工序步驟。確定模鍛工序步驟的主要依

據(jù)是鍛件的形狀和尺寸。模鍛件按其外形可分為盤(pán)類(lèi)鍛件和

軸（桿）類(lèi)鍛件。

盤(pán)類(lèi)鍛件終鍛時(shí)，金屬沿高度、寬度及長(zhǎng)度方向均產(chǎn)生

流動(dòng)。這類(lèi)鍛件的變形工序步驟通常是徽粗制坯和終鍛成型。

形狀簡(jiǎn)單的盤(pán)類(lèi)零件，可只用終鍛成型工序。

軸（桿）類(lèi)鍛件的長(zhǎng)度與寬度（直徑）相差較大，鍛造

過(guò)程中錘擊方向與坯料軸線垂直。終鍛時(shí)，金屬沿高度、寬

度方向流動(dòng)，長(zhǎng)度方向流動(dòng)不顯著，制造時(shí)需采用拔長(zhǎng)、滾

壓等工序制坯。對(duì)于形狀復(fù)雜的鍛件，還需選用預(yù)鍛工序，

最后在終鍛模膛中模鍛成型。

第3章壓力加工成型技術(shù).

(3)計(jì)算坯料。模鍛件的坯料質(zhì)量按下式計(jì)算：

6坯=(G鍛+G飛)(1+8%)(kg)

式中：G坯表示坯料質(zhì)量(kg)；G鍛表示模鍛件質(zhì)量

(kg)；G飛表示飛邊質(zhì)量(kg),與鍛件形狀和大小有關(guān)，差

別較大，一般可按鍛件質(zhì)量的15%?25%計(jì)算，形狀復(fù)雜件

取上限，形狀簡(jiǎn)單件取下限；5表示氧化燒損率，按鍛件

與飛邊質(zhì)量之和的3%?4%計(jì)算。

第3章壓力加工成型技術(shù).

模鍛件坯料尺寸與鍛件形狀有關(guān)。

對(duì)以鍛粗為主要變形的盤(pán)類(lèi)鍛件，其坯料尺寸可按下式

計(jì)算：19

1.25<_^<2$或125,<檢<2.5'

4

式中：H坯表示坯料高度(mm)；D坯表示坯料直徑(mm)。

對(duì)以拔長(zhǎng)為主要變形的軸類(lèi)鍛件，其坯料尺寸可按下式

計(jì)算：

人坯<(1.051.30)V坯〃?_/、

-----三----------<(1.341d.66)(mm)

尸坯

式中：L坯表示坯料長(zhǎng)度(mm)；F坯表示坯料截面積(mm)；

2

V坯表示坯料體積(mrrp)；D坯表示坯料直徑(mm)。

第3章壓力加工成型技術(shù)

(4)設(shè)備噸位選擇。鍛錘噸位可根據(jù)鍛件重量和形狀,

查閱鍛工手冊(cè)。鍛錘噸位一般為75?160kN。

(5)確定修整工序。終鍛只是完成了鍛件最主要的成

型過(guò)程，成型后尚需經(jīng)過(guò)切邊、沖孔、校正、熱處理、清理

等修整工序，才能得到合格的鍛件。對(duì)于精度和表面粗糙度

要求嚴(yán)格的鍛件，還要進(jìn)行精壓。

第3章壓力加工成型技術(shù)

①切邊和沖孔。切邊是切除鍛件分模面四周的飛邊，如

圖3—33(a)所示。沖孔是沖去鍛件上的沖孔連皮，如圖3

-33(b)所示。切邊模和沖孔模均由凸模(沖頭)和凹模

組成。切邊時(shí)，鍛件放在凹模內(nèi)孔的刃口上，凹模的內(nèi)孔形

狀與鍛件和分模面上的輪廓一致。凹模的刃口起剪切作用，

凸模只起推壓作用。沖孔時(shí)則相反，沖孔時(shí)凹模起支承作用,

而帶刃口的凸模起剪切作用。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—33切邊和沖孔模示意圖

(a)切邊模；(b)沖孔模

第3章壓力加工成型技術(shù)

切邊與沖孔在壓力機(jī)上進(jìn)行，分為熱切（沖）和冷切

（沖）。熱切（沖）是利用模鍛后的余熱立即進(jìn)行切邊和沖

孔，其特點(diǎn)是所需切斷力小，鍛件塑性好，不易產(chǎn)生裂紋，

但容易產(chǎn)生變形；冷切（沖）則在室溫下進(jìn)行，勞動(dòng)條件好,

生產(chǎn)率高，變形小，模具易調(diào)整，但所需設(shè)備噸位大，鍛件

易產(chǎn)生裂紋。較大的鍛件和高碳鋼、高合金鋼鍛件常采用熱

切；中碳鋼和低合金鋼的小型鍛件常采用冷切。

第3章壓力加工成型技術(shù)

②校正。在模鍛、切邊、沖孔及其他工序中，由于冷卻

不均、局部受力等原因而引起鍛件產(chǎn)生變形，如果超出允許

范圍，則在切邊、沖孔后需進(jìn)行校正。校正分為熱校正和冷

校正，熱校正一般用于大型鍛件、高合金鍛件和容易在切邊

和沖孔時(shí)變形的復(fù)雜鍛件；冷校正作為模鍛生產(chǎn)的最后工序,

一般安排在熱處理和清理工序之后，用于結(jié)構(gòu)鋼的中小型鍛

件和容易在冷切邊、冷沖孔及熱處理和清理中變形的鍛件。

校正可在終鍛模膛或?qū)ｉT(mén)的校正模內(nèi)進(jìn)行。

第3章壓力加工成型技術(shù).

③熱處理。為了消除模鍛件的過(guò)熱組織或加工硬化組織，

提高模鍛件的力學(xué)性能，一般采用正火或退火對(duì)模鍛件進(jìn)行熱

處理。

④清理。模鍛或熱處理后的模鍛件還需進(jìn)行表面處理，去

除在生產(chǎn)過(guò)程中形成的氧化皮、所沾油污和殘余毛刺等，以提

高模鍛件的表面質(zhì)量，改善模鍛件的切削加工性能。

⑤精壓。這是一種提高鍛件精度和降低表面粗糙度的加工

方法，通常在校正后進(jìn)行。精壓在精壓機(jī)上進(jìn)行，也可在摩擦

壓力機(jī)上進(jìn)行，精壓分為平面精壓和整體精壓，如圖3—34所

示。平面精壓主要用來(lái)獲得模鍛件某些平行平面間的精確尺

寸；整體精壓主要用來(lái)提高模鍛件所有尺寸的精度，減少鍛件

質(zhì)量的差別。

第3章壓力加工成型技術(shù)

圖3—34精壓

(a)平面精壓；(b)整體精壓

第3章壓力加工成型技術(shù).

3)模鍛件結(jié)構(gòu)的工藝性

設(shè)計(jì)模鍛零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)模鍛的特點(diǎn)和工藝要求，使零件結(jié)構(gòu)符合

下列原則，以便于加工和降低成本：

(1)鍛件應(yīng)具有合理的分模面，以滿(mǎn)足制模方便、金屬容易充滿(mǎn)

模膛、鍛件便于出模及敷料最少的要求。

(2)鍛件上與分模面垂直的非加工表面，應(yīng)設(shè)計(jì)有結(jié)構(gòu)斜度，非

加工表面所形成的角都應(yīng)按模鍛圓角設(shè)計(jì)。

(3)在滿(mǎn)足使用要求的前提下，鍛件形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)化，尤其應(yīng)避

免薄片、高筋、高臺(tái)等結(jié)構(gòu)，如圖3—35(a)所示的零件凸緣高而薄，

兩凸緣間形成較深的凹槽，難于用模鍛方法鍛制。圖3—35