自由锻_机械百科_中国百科网
    
自由锻 open die forging
自由锻(卷名：机械工程)
open die forging
　　利用简单的工具和开放式的模具（砧块）对金属进行锻造成形的方法。自由锻时，金属仅有部分表面与工具或砧块接触，其余部分为自由变形表面。自由锻使用的都是通用的模具和工具，灵活性大，费用低，生产准备周期短，适合于单件、小批量生产。但自由锻造的生产率低，工人劳动强度大，锻件的精度差，加工余量大，因此自由锻件在锻件总量中所占的比重随着生产技术的进步而日趋减少。自由锻造也是大型锻件的主要生产方法，在重型的冶金机械、动力机械、矿山机械、粉碎机械、锻压机械、船舶和机车制造工业中占有重要的地位。
　　自由锻造分为手工锻造和机器自由锻。手工锻造是靠手抡铁锤锻打金属使之成形，是最简单的自由锻。它是一种古老的锻造工艺，在某些零星修理或农具配件行业中仍然存在，但正逐渐被淘汰。机器自由锻是在锻锤或水压机上进行。锤上自由锻时金属变形速度快，可以较长时间保持金属的锻造温度，有利于锻出所需要的形状。锤上自由锻主要用轧制或锻压过的钢材作为坯料，用于生产小批量的中小型锻件。水压机上自由锻的锻压速度较慢，金属变形深入锻坯内部，主要用于钢锭开坯和大锻件（几吨以上）制造，如冷、热轧辊，低速大功率柴油机曲轴，汽轮发电机和汽轮机转子，核电站压力壳筒体和法兰等，锻件质量可达250吨。
　　自由锻工序 　自由锻的基本成形工序有钢锭开坯、拔长、镦粗、冲孔、芯棒扩孔、芯棒拔长、弯曲、扭转和压实等（图1）。
　　钢锭开坯 　把钢锭锻压成锻坯的工序。钢锭开坯的主要作用是：①在钢锭冒口端压出便于夹持操作的钳把；②倒棱、滚圆，把多棱锥形的钢锭压制成圆柱形的坯料；③将有缩孔和偏析缺陷的冒口和底部的料头切掉，这部分通常占钢锭重量的25～35％；④根据需要切成一定长度的坯料。
　　拔长 　使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序。拔长是通过反复转动和送进坯料进行压缩来实现的，是自由锻生产中最常用的工序。它常用于锻造各类方、圆截面的轴、杆等。
　　镦粗 　使坯料断面增大而高度减小的锻造工序。镦粗用于：①以较小断面的坯料制造断面大、高度小的锻件，如圆盘、法兰、齿轮等盘形锻件；②冲孔前的预备工序；③增加金属变形量，提高内部质量的预备工序，也是提高锻造比为下一步拔长的预备工序。
　　冲孔 　在坯料上冲压出通孔或盲孔的锻造工序。冲孔用于制造带孔的盘形锻件，也用于芯棒拔长或扩孔的准备工序。
　　扩孔 　减小空心坯料臂厚而增加其内外径的锻造工序。扩孔的方法有:①冲头扩孔，先在坯料上冲出孔，然后用直径较大的冲头将孔径逐步扩大到所需尺寸。②芯棒扩孔，利用芯棒在马架上将坯料壁厚减薄，内外径同时增加，而高度增加不多，可以锻制薄壁锻件。
　　芯棒拔长 　使空心坯料外径减小、长度增加而内径不变的拔长工序。主要用于制造缸套、容器等筒形锻件。芯棒可以是实心的，也可以是空心带水冷的。
　　弯曲 　将坯料弯成曲线形或一定角度的锻造工序，与其他锻造工序结合，可以锻成各种弯曲形状的锻件，如吊钩、叉子等。
　　扭转 　使坯料的一部分相对于另一部分绕共同的中轴线旋转一个角度的工序。锻造时，可使锻件不在同一平面内的几部分，先在一个平面内锻制成坯，然后再扭转到所要求的位置。扭转用于制造多拐曲轴等锻件。
　　压实 　在锻造过程中，为了避免大钢锭中心部位出现拉应力，采用宽平砧强压，使锻坯中心呈压应力状态，以达到压实和焊合内部孔穴和疏松的目的。也可采用表面强冷中心压实的综合锻造工艺：加热的坯料经过不对称宽砧强压之后，表面强冷到800℃左右，形成硬层，心部则仍保持在1000℃以上。这时采用平砧强压，可压实内部空穴和疏松等缺陷，使中心部分致密。
　　胎模锻造 　一种在自由锻设备上用可移动模具和简单工具进行锻造的方法。属于自由锻性质，也带有局部模锻性质。由于锻件尺寸和形状可以局部用模具控制，可以获得比自由锻形状较为复杂、尺寸较为精确的锻件，并可减少后续的切削加工量和材料的消耗，提高生产率。胎模锻造所用模具一般比较简单，容易制造，工艺万能性强；但锻造工序较多，金属留在模子中的时间较长，模具抬上抬下的劳动强度较大，生产率一般仍低于模锻。锻件的表面质量也比模锻差。
　　由于胎模锻可分段逐步成形，所以同样的锻件可以在较小的锤上锻出。例如锻造中间齿轮轴，模锻时需要3吨模锻锤，但若配备胎模就可以在750千克空气锤上锻出。
　　胎模的种类很多，常用的有摔模、扣模、弯曲模、套模、垫模、合模、冲切模和漏模等（图2）。胎模锻造是中小批量生产的有效锻造方法。在实际锻造过程中，一般采用自由锻制坯、胎模最终成形的工艺。
　　展望 　自由锻时，工人劳动强度比较大，只有实现辅助工作机械化，才能改善锻工的劳动条件，取得较好的经济效果。锻造机械化包括锻坯装出炉机械化、锻造操作机械化、坯料旋转调头机械化、工模具夹持机械化、胎模转换机械化、锻件尺寸测量和锻件搬运机械化等。为了提高锻件的质量和尺寸精度，自由锻造工序正向自动控制方向发展。现代化的水压机已实现程序控制，工作人员劳动强度大大减少。
　　参考书目
　王祖唐著：《锻压工艺学》，机械工业出版社，北京，1983。
　辛宗仁等编：《胎模锻工艺》，机械工业出版社，北京，1977。
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20.锻件拔长时，其锻造比Y应等于( C )
A.坯料体积与锻件体积之比
B.锻件最大截面积与坯料截面积之比
C.坯料截面积与拔长后最大截面积之比
D.坯料长度与锻件长度之比
21．拔长时的锻造比等于坯料拔长前与拔长后的（ A ）
A.截面积之比
B.长度之比
C.直径之比
D.体积之比
22.镦粗时的锻造比等于坯料镦粗前与镦粗后的（ B ）
A.截面积之比
B.高度之比
C.表面积之比
D.体积之比
23、为简化锻件形状，将小孔、凹档、小台阶不予锻出而添加的那部分金属，称为（ A ）
A.敷料（余块）
24、绘制自由锻锻件图时，为简化锻件形状，需加上( A )
25. 自由锻时，下列工序中属于基本工序的是（ C ）
26.自由锻时，下列工序中属于辅助工序的是（ A ）
27.自由锻工序中属于辅助工序的是（ A ）
28.自由锻件控制其高径比（H/D）为1.5～2.5的工序是( C )
29.生产大型锻件时应选用的锻造方法为（ D ）。
B.锤上模锻
30．锻造特大件的唯一方法是( A )
C.锤上模锻
31．锻造几吨重的大型锻件，一般采用( A )。
A.自由锻造
B.模型锻造
C.胎模锻造
32．加工重量约2.5t的大型锻件，应优先选用的锻造方法是( A )
A.自由锻造
B.胎模锻造
C.模型锻造
33．在下列加工方法中，应选用( A )的方法加工大型轴类毛坯。
C.切削加工
D.压力铸造
34. .大批量生产形状复杂的中小型锻件宜采用（ C ）
35. 模锻件的尺寸公差与自由锻件的尺寸公差相比为( D )。
B.相差不大
C.相比要大得多
D.相比要小得多
36. 在锤上模锻中，带有飞边槽的模膛是( B )
A. 预锻模膛
B. 终锻模膛
C. 制坯模膛
D. 切断模膛
37. 制坯时，当要求减少坯料某部分的横截面积以增加该部分的长度时,一般选用（ B ）
A.滚压模膛
B.拔长模膛
C.弯曲模膛
D.切断模膛
38．截面相差较大的轴、杆类模锻件，制坯常需（ C ）
39.在模锻件上两平面的交角处，一般均需做成圆角，这主要是为了（ D ）
A.提高金属塑性
B. 降低金属变形抗力
C.外形美观
D.金属易于充满模膛
40.模锻件上平行于锤击方向（垂直于分模面）的表面必须有斜度，其原因是（ D ）。
A.增加可锻性
B.防止产生裂纹
C.飞边易清除
D.便于从模膛取出锻件
41.模锻无法锻出通孔，一般需在孔中留下一层厚度为4～8mm的金属，这层金属称为（
B.加工余量
C.冲孔连皮
43.利用自由锻设备进行模锻生产的工艺方法称为（ C ）。
B.锤上模锻
D.压力机上模锻
42.以下冲压工序中，属于冲裁工序的是( A )
43.板料冲压工序中，属于变形工序的是（ D ）
44.板料冲压时，落下部分是零件的工序为（ B ）
45．板料冲压时，冲下部分为成品而周边是废料的工序称为（ B ）
46.板料冲压时，落下部分是废料的工序为（ A ）
47.板料冲裁时，若不考虑模具的磨损，则落料凸模的尺寸应等于（ D ）
A. 落料凹模的尺寸加间隙
B.基本尺寸
C.基本尺寸加间隙
D.基本尺寸减间隙
48.板料冲裁时，若不考虑模具的磨损，落料凹模的尺寸应等于（ B ）
A.落料凸模的尺寸减间隙
B.落料件的基本尺寸
C.落料件的基本尺寸加间隙
D.落料件的基本尺寸减间隙
49. 下列工序中，属于板料冲压变形工序的是（ D ）
50．板料冲压工序中，属于变形工序的是（ B
51.板料弯曲时，若弯曲半径过小则会产生（ A ）
D. 回弹严重
51.设计弯曲模时，为保证成品件的弯曲角度，必须使模具的角度（ B ）
A.与成品件角度一样大
C. 比成品件角度大100
B.比成品件角度小一个回弹角
D.比成品件角度大一个回弹角
52.板料在冲压弯曲时，弯曲圆弧的弯曲方向应与板料的纤维方向(
D. 300斜交
53.对薄壁弯曲件，如弯曲半径过小则会引起（
54.在多工序冷拉钢丝过程中，插入中间退火，是为了消除( C )
A.纤维组织
B.回弹现象
C.加工硬化
D.成分偏析
55.在多次拉深工艺过程中，插入中间退火，是为了消除( C )
A.纤维组织
B.回弹现象
C.加工硬化
D.成分偏析
56.金属材料承受三向压应力的压力加工方法是（ B ）
57.变速箱中传动轴，其毛坯的成形方法当是( A )
（三）问答
1、解释铸锭锻造后力学性能提高的原因。
由于塑性变形及再结晶，改变了粗大、不均匀的铸态组织，获得细化了的再结晶组织；
将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使金属更加致密。
2、简述化学成分和金相组织对金属可锻性的影响。
纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性好；钢中有形成碳化物的元素时，可锻性显著下降。
纯金属及固溶体的可锻性好，碳化物的可锻性差；铸态铸状组织和粗晶结构的可锻性不如晶粒细小而均匀的组织。
3.什么是金属的可锻性？可锻性以什么来衡量？简要叙述影响可锻性的因素。
金属的锻造性是衡量材料经受压力加工时的难易程度的一种工艺性能。锻造性的好坏，常用金属的塑性和变形抗力两个指标来衡量。塑性高，变形抗力低，则锻造性好；反之，则锻造性差。
金属的锻造性取决于金属的本质和变形条件。
4.简述变形速度对塑性和变形抗力的影响。
一方面随着变形速度增大，金属的冷变形强化趋于严重，在
热加工时来不及再结晶，以消除材料在变形时产生的形变强化，
使金属在变形过程中产生的形变强化现象逐渐积累，塑性变形
能力下降。另一方面，金属在变形过程中会将变形时的动能转
变为热能，当变形速度很大时，热能来不及散发，使变形金属
的温度升高，有利于提高金属的塑性，金属塑性变形能力也相
应提高。因此变形速度有一临界值。当变形速度小于临界值时，
随变形速度的增加，塑性降低，变形抗力增加；当变形速度大
于临界值时，随变形速度的增加，，塑性增加，变形抗力降低。
5.简述应力状态对塑性和变形抗力的影响。
在三向应力状态下，压应力的数目越多、数值越大，金属的塑性越高；拉应力的数目越 多、数值越大，则金属的塑性越差。因为，拉应力易使滑移面分离，在材料内部的缺陷处产生应力集中而破坏，压应力状态则与之相反。
但同号应力状态之下的变形抗力的大于异号应力状态之下的变形力。
6.冷塑性变形后，金属内部组织和性能发生了什么变化？
组织变化：晶粒沿变形方向伸长。晶格扭曲。晶界产生碎晶。
性能变化：强度、硬度升高，塑性、韧性下降。即加工硬化。
7.金属在锻造前为何要加热？加热温度为什么不能过高
因为加热使原子运动能力增强，很容易进行滑移，因而塑性提高，变形抗力降低，可锻造性明显改善。
加热温度过高，会产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷，甚至坯料报废。
8.金属锻造时始锻温度和终锻温度过高或过低各有何缺点？
始锻温度过高会出现出现过热、过烧现象；始锻温度过低，加热次数多，生产率低。 终锻温度过低，再结晶无法进行，冷变形强化现象无法消除，变形抗力大，塑性降低，甚至在锻件上产生裂纹及损坏设备、工具；终锻温度过高，坯料变形后晶粒长大，形成粗大组织，使锻件力学性能下降。
9.模锻与自由锻相比，有何优点？
（1）生产效率高。
（2）模锻件尺寸精确，表面粗糙度低，加工余量小。
（3）模锻可锻造形状较复杂件。
（4）操作简单，易于实现机械化、自动化生产，
（5）大批量生产时，成本较低。
10.与自由锻相比，模锻具有哪些特点？
模锻具有锻件精度高、结构更复杂、表面粗糙度低、生产效率以及要求操作者技术水平低等优点。但是模锻不能锻造巨型锻件，而且模具成本高，不适应单件小批量生产。
11.按功用不同，锻模模膛如何分类?
锻模模膛按其作用可分为模锻模膛和制坯模膛。
模锻模膛包括预锻模膛和终锻模膛
制坯模膛包括拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛、切断模膛。
12.预锻模膛和终锻模膛的作用有何不同？什么情况下需要预锻模膛？
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，有利于金属充满终锻模膛。 同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。
终锻模膛的作用是使金属坯料最终变形到锻件所要求的形状与尺寸。
只有在锻件形状复杂、成形困难且批量较大的情况下，才设置预锻模膛。
13.模锻时，预锻模膛的作用是什么？它的结构与终锻模膛有何不同？
预锻模膛的作用使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，有利于金属充满终锻模膛； 减少终锻模膛的磨损，延长锻模的使用寿命。
预锻模膛的圆角、斜度和高度比终锻模膛大；无飞边槽
14.锤上模锻的终锻模膛设有飞边槽，飞边槽的作用是什么？是否各种模膛都要有飞边槽？
飞边槽的作用：增加金属从模膛中流出阻力，促使金属更好地充满模膛；容纳多余的金属；缓冲作用，减弱对上下模的打击，防止锻模开裂。
不是，只有终锻模膛才设飞边槽。
15.为什么要考虑模锻斜度和圆角半径？锤上模锻带孔的锻件时,为什么不能锻出通孔？
为便于从模膛中取出锻件，模锻件上平行于锤击方向的表面必须具有斜度。
圆弧过渡有利于金属的变形流动，锻造时使金属易于充满模膛，提高锻件质量，并且可
以避免在锻模上的内角处产生裂纹，减缓锻模外角处的磨损，提高锻模使用寿命。
孔内留有留有冲孔连皮的目的，是为了使锻件更接近于零件形状，减少金属消耗和机械加工时间，同时，冲孔连皮还可以减轻锻模的刚性接触，起到缓冲作用，避免锻模的损坏。
16．用φ250×1.5板料能否一次拉深直径为φ50的拉深件？应采取哪些措施才能保证正常生
产？(板料极限拉深系数为0.5) 因为：m?d
250?0.2＜0.5
所以此件不能一次拉深成形。
应采取的措施是：①多次拉深（可安排4～5次）；
②多次拉深后，对工件进行退火处理，保证足够的塑性；
③加润滑剂，减少摩擦阻力。锻造方法_图文_百度文库
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&&锻​造​方​法
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