自由鍛造工藝分析

張洪濤

摘 要：自由鍛造是使用沖擊力或使用壓力將放置在上下砧面之間金屬無(wú)論處于任何方向都會(huì)自由變形，沒(méi)有任何限制能夠獲取所需要形狀和尺寸及一定機(jī)械性能的鍛造零件的一種加工方法。使用工具和機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單，良好的通用性，費(fèi)用低是自由鍛造的特點(diǎn)。與鑄造毛坯比較，自由鍛造去除了縮孔、縮松、氣孔等缺點(diǎn)，這樣使毛坯提高了力學(xué)性能。鍛造零件外觀簡(jiǎn)單，操控靈活，所以在制造重要零件和重型機(jī)器方面具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：自由鍛造；基本工序；特點(diǎn)

1 自由鍛造的基本工序

1.1 基本工序

為了達(dá)到所需要的形狀和尺寸，必須使金屬在一定程度范圍內(nèi)發(fā)生屬性變形。比如，鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、切割、彎曲、扭轉(zhuǎn)等。

1.2 輔助工序

為使基本工序操控方便，因而進(jìn)行的某些事先變形的工序。比如壓鉗口、壓肩等。

1.3 精整工序

應(yīng)該在終端溫度以下進(jìn)行。例如清理鍛件表面的凸凹不平部位和整形等，主要目的是減少鍛件表面存在的缺陷。

文章將重點(diǎn)介紹基本工序：

（1）拔長(zhǎng)。也稱延伸。這道工序能使坯料橫斷面積減小，但是長(zhǎng)度卻增加。鍛造桿、軸類零件經(jīng)常使用此工序。其方法主要分兩種。一種是拔長(zhǎng)工序在平砧上。另一種是拔長(zhǎng)工序在芯棒上。進(jìn)行鍛造時(shí)，首先將芯棒放入沖好孔的坯料里，之后作為實(shí)心坯料進(jìn)行拔長(zhǎng)。進(jìn)行拔長(zhǎng)時(shí)，多數(shù)情況不是一次拔成。首先把坯料拔成六角形，鍛造到需要長(zhǎng)度后，然后倒角滾圓，拿出芯棒。為了方便拿出芯棒，芯棒的工作部分應(yīng)該具有1：100左右的斜度。應(yīng)用這種拔長(zhǎng)方法能夠使空心坯料增加長(zhǎng)度，減少壁厚，內(nèi)徑保持原狀，鍛造套筒類長(zhǎng)空心鍛造零件經(jīng)常采用才方法。（2）鐓粗。鐓粗是將毛坯高度減少，橫截面積增加的鍛造工序。主要應(yīng)用在鍛造齒輪坯、圓餅式鍛件上。鐓粗工序能夠有效改善坯料組織，減小力學(xué)性能的變異。反復(fù)進(jìn)行鐓粗與拔長(zhǎng)能夠改善高合金工具鋼中碳化物的形態(tài)和狀態(tài)的分布。鐓粗主要有以下三種形式：一是完全鐓粗。把坯料垂直放置在砧面上。由于上砧的錘擊，坯料高度發(fā)生減小，橫截面積增加，從而發(fā)生塑性變形。二是端部鐓粗。把加熱后的坯料一端放置于漏盤或胎模內(nèi)，約束這一部分變形，之后錘擊坯料的另一端，促使其鐓粗成形。采用漏盤的鐓粗方法，一般用作小批量生產(chǎn)。胎模鐓粗的方法，一般用作大批量生產(chǎn)。把要鐓粗的部分加熱或是整體加熱后，把不用鐓粗的部分冷卻于水里，之后再進(jìn)行鐓粗。這是單件生產(chǎn)條件下采取的方法。三是中間鐓粗。此種方法應(yīng)用在鍛造中間橫斷面打，兩端斷面小的鍛造零件。（3）沖孔。此鍛造工序能夠在坯料上沖出透孔或不透孔。方法主要分為下面兩種：一是雙面沖孔法。使用沖頭在坯料上面沖到2/3～3/4深度的時(shí)候，拔出沖頭，將坯料翻轉(zhuǎn)，然后用沖頭在反面對(duì)準(zhǔn)位置，將孔沖出來(lái)。二是單面沖孔法。使用單面沖孔法可以在厚度小的坯料進(jìn)行沖孔。作業(yè)時(shí)，把坯料放在墊環(huán)上，將稍微帶有錐度的沖頭大端正對(duì)沖孔部位，采取錘擊方法打入坯料，孔被穿透后停止錘擊。（4）彎曲。此鍛造工序是使用一定的工模具把坯料彎成所需要的外形。經(jīng)常采取的彎曲方法分下面兩種：一是鍛造錘壓緊彎曲法。將坯料的一端放置在上、下砧壓緊，使用大錘打擊或使用吊車?yán)瓌?dòng)另一端，促使坯料彎曲成形。二是墊模彎曲法。要獲得形狀和尺寸比較準(zhǔn)確的小型鍛造零件，可將坯料放入墊模中彎曲。（5）切割。此鍛造工序是把坯料分割成幾部分或者部分地分割開(kāi)，或者把坯料的外部分割掉一部分，或者把坯料從內(nèi)部分分割出一部分。（6）錯(cuò)移。此鍛造工序是把坯料的這一部分相對(duì)另外一部分平行錯(cuò)開(kāi)一段距離，但是要求保持軸心平行。經(jīng)常用在鍛造曲軸零件。進(jìn)行錯(cuò)移時(shí)，首先將坯料局部切割，之后在切口兩側(cè)分別進(jìn)行大小相等、方法相反而且垂直在軸線的沖擊力或壓力，促成坯料發(fā)生錯(cuò)移。（7）鍛接。此鍛造工序是把坯料放入爐內(nèi)高溫加熱后，使用鍛造錘快速擊打，實(shí)現(xiàn)兩者固態(tài)結(jié)合。采用的方法有搭接、對(duì)接、咬接等。接縫強(qiáng)度在鍛接后可以達(dá)到被連接材料強(qiáng)度的70%～80%。（8）扭轉(zhuǎn)。此鍛造工序是把毛坯材料的這一部分相對(duì)于另一部分環(huán)繞其軸線旋轉(zhuǎn)一定角度。此工序大多用于鍛造多拐曲軸和校正一些鍛件?？梢杂缅N擊方法鍛造扭轉(zhuǎn)角度不大的小型坯料。

2 自由鍛工藝規(guī)程的制定

（1）依據(jù)零件圖設(shè)計(jì)繪制鍛造零件圖。零件圖+鍛件余量+鍛件公差+余塊組成了鍛造零件圖。（2）計(jì)算坯料質(zhì)量。鍛件在鍛造過(guò)程中因?yàn)榧訜釙r(shí)表面氧化、燒損等情況，體積要損失一些，鍛件坯料質(zhì)量的計(jì)算采用下列公式：M坯=M鍛+M燒損+M切+M芯。（3）坯料尺寸計(jì)算。依據(jù)已經(jīng)算得鍛件質(zhì)量和截面積定：坯料質(zhì)量÷材料的比重=坯料體積。（4）挑選鍛造工序、鍛造溫度要確定。（5）鍛造設(shè)備合理選擇及確定。（6）規(guī)范相關(guān)技術(shù)要求、編寫工藝卡等。

3 自由鍛造的特點(diǎn)

3.1 軟件自動(dòng)計(jì)算功能極大地提高工作效率

軟件可自動(dòng)給出下料重量、鍛件重量及零件重量，十分迅速，極大地提高工作效率。軟件還具有的鍛件鍛前加熱規(guī)范、鍛后熱處理工藝，給熱處理工藝提供很好的參考依據(jù)。一個(gè)工藝工程師可以做幾個(gè)人的工作量，可以節(jié)約很多人力資源成本。

3.2 特殊圖形和工藝

任何復(fù)雜圖形及特殊的工藝都可以利用軟件的制圖功能進(jìn)行自行制作并可以儲(chǔ)存，鍛造工藝卻可以自動(dòng)生成，也可以自行修改工藝。

3.3 準(zhǔn)確的材料利用率

鍛前就可以準(zhǔn)確地給出熱耗和工藝損耗，可以使企業(yè)在鍛打產(chǎn)品前就可以給出材料的成本核算，利于企業(yè)準(zhǔn)確報(bào)價(jià)。

3.4 多級(jí)臺(tái)階軸的優(yōu)化和法蘭胎膜制作功能

多級(jí)臺(tái)階軸可以預(yù)先模擬出幾種各級(jí)的鍛件圖形進(jìn)行比較，可以很直觀地觀察出哪一種方案最佳，取最佳方案進(jìn)行鍛打。法蘭胎膜制作功能，在實(shí)際使用中效果也很顯著，鍛件還列有鍛打工步可作為工人鍛打依據(jù)。

3.5 減少材料的浪費(fèi)

避免新產(chǎn)品的反復(fù)試驗(yàn)工藝而造成損失；避免人為因素的失誤和錯(cuò)誤而造成損失；準(zhǔn)確的材料重量計(jì)算可以提高材料利用率。

3.6 強(qiáng)大的自動(dòng)計(jì)算和數(shù)據(jù)功能

軟件包含的幾十類數(shù)千種鍛件的工藝、數(shù)萬(wàn)種材料牌號(hào)、各類技術(shù)要求、所有噸位的鍛錘和水壓機(jī)、圖形的參數(shù)化都極大的方便。

3.7 方便管理，有助于企業(yè)形象的提升

工藝卡片可以根據(jù)客戶分類而自動(dòng)存貯在軟件里，可以隨時(shí)調(diào)用，不用另存其他地方，便于管理者和工藝人員查看。規(guī)范化的設(shè)計(jì)和管理，也利于提高企業(yè)形象。

3.8 軟件具有很強(qiáng)的升級(jí)功能

工藝可以取精華編制在軟件里，使鍛造工藝具有連續(xù)性和升級(jí)性，不至于使工藝人為流失。

3.9 操作簡(jiǎn)單

操作方便，就算不熟悉計(jì)算機(jī)的人，也能很容易掌握；不用另制作工藝卡，可以直接用打印機(jī)打出和分類保存在電腦里。

4 結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)企業(yè)中機(jī)械制造常用鍛造作為成形的方法。經(jīng)過(guò)鍛造可以避免金屬的鑄態(tài)疏松及焊合孔洞，鍛件在機(jī)械性能方面要優(yōu)良于相同材料的鑄件。負(fù)載高、工作場(chǎng)所嚴(yán)峻的機(jī)械設(shè)備中的重要零件，形狀比較簡(jiǎn)單的可以采用軋制板材、型材或焊接件的除外，一般均采用鍛件。

參考文獻(xiàn)

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