自由锻造工艺规程Word文件下载.docx
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图8.3台阶轴类锻件余面
其计算公式为：
G余面=0.2（D-d）2（D+2d）（尺寸以dm计算）;
图8.4曲轴类锻件余面
G余面=h2B（尺寸以dm计算）。
G切头包括修切锻件端部时的料头重量和冲孔芯料等，端部料头重量的计算方法见表8.1。
表8.1是一种最简单的端部切料情况的计算方法，而实际上切料的数值与锻件的复杂程度有关。
例如锻造台阶时，为防止内凹和夹层现象，压痕和压肩时端部所留的最短长度应大于0.3D。
如果台阶轴的轴颈较短时，则切区的料头重量便要较多。
因此，复杂件切料的数值根据具体工艺来定。
表8.1端部料头的计算公式
毛坯形状
端部料头重量/kg
G=1.8D3
G=2.36HB2
冲孔芯料决定于冲孔方法和锻件尺寸，计算方法见表8.2.
表8.2冲孔芯料的计算
冲孔方法
芯料体积（mm3）
芯料重量（kg）
实心孔冲孔
V芯=（0.15～0.20）d2H
G芯=（1.18～1.57）d2H
在垫环上冲孔
V芯=（0.55～0.60）d2H
G芯=（4.32～4.71）d2H
注：
表中d--------实心孔之直径（mm）
H--------冲孔前坯料的高度（mm）
表8.3火耗与加热次数所占锻件重量的百分比
材料
加热介质
加热次数
第一火
第二、三、……火
一般碳钢及合金钢
煤、天然气
2.5%
2%
Cr12、Cr12Mo，
高速钢、不锈钢
1.5%
1.0%
烧损的重量G烧损与炉子的类型，毛坯的性质和加热次数等有关，一般用所占的百分数表示。
见表8.3。
钢锭冒口和底部切区的重量G冒口和G底部占整个钢锭重量百分比见表8.4。
8.2.2.毛坯尺寸的确定
毛坯尺寸的确定与所采用的第一个基本工步（镦粗或拔长）有关，所采用的工步不同，确定的方法也不一样。
表8.4钢锭冒口和底部切去的重量百分比（％）
原材料种类
切去重量
碳素钢锭
合金钢锭或锻
重要零件时
冒口
14～25
25～30
底部
5～7
7～10
（1）采用镦粗法锻制锻件时，毛坯尺寸的确定
对于钢坯，为避免镦粗时产生弯曲，应使毛坯高度H不超过其直径D（或方形边长A）的2.5倍，但为了在截料时便于操作，毛坯高度H不应小于1.25D（或A），即
1.25D（A）≤H≤2.5D（A）
对圆毛坯；
D=（0.8～1）
对方毛坯；
A=（0.75～0.8）
初步确定了D（或A）之后，应根据国家标准选用标准直径或边长。
最后根据毛坯体积V坯和毛坯的截面积F坯，即可求得毛坯的高度（或长度）
H=V坯/F坯
对算的的毛坯H，还需按下式进行检验；
H＜0.75H行程
式中H行程-------锤头的行程。
此外，毛坯高度，还应小于加热炉底的有效长度。
对于锭料，根据所需的毛坯重量和钢锭规格来选择
（2）采用拔长法锻制锻件时，毛坯尺寸的确定
对于钢坯，拔长时所用截面F坯的大小应保证能够得到所要求的锻造比。
F坯=KLF锻
即式中KL----锻造比。
F锻-------锻件的最大横截面积。
按上式求出钢坯的最小横截面积，并可进一步求出钢坯的直径（或边长）。
然后，根据国家标准或厂标选用标准直径（或边长），若没有所需的尺寸时，则取相邻的较大标准尺寸。
最后，根据毛坯体积V坯和确定的毛坯横截面积求出钢坯的长度L坯
L坯=V坯/F坯
8.2.3.钢锭规格的选择
当选用钢锭为原材料时，选择钢锭规格的方法有两种。
第一种方法：
首先确定各种金属损耗，求出钢锭利用率η：
η=[1-（δ冒口+δ锭底+δ烧损）]×
100%
式中δ冒口、δ锭底分别为切去冒口和锭底的重量占钢锭重量的百分数；
可参照表12-2估算。
δ烧损为加热烧损率。
然后计算钢锭的计算重量G锭=（G锻+G损）/η
式中G锻为锻件重量，G损为除冒口、锭底及烧损以外的损耗重量。
根据钢锭的计算重量，参照有关钢锭规格表，选取重量相等或稍大的钢锭规格即可。
第二种方法：
根据锻件类型参照经验资料先定出概略的钢锭利用率η，然后求得钢锭的计算重量G锭=G锻/η，再从有关钢锭规格表，选取所需的钢锭规格。
8.3.设计锻造工步、计算变形程度
设计锻造工步是编制工艺中最重要的部分，也是难度较大的部分，因为影响的因素很多，例如工人的经验、技术水平、车间设备条件、坯料情况、生产批量，工具辅具情况，锻件的技术要求等。
决定变形工艺时，在结合车间具体生产条件的情况下应尽量采用先进技术，以保证获得好的锻件质量、高的生产率和较少的材料消耗。
各类锻件变形工步的选择可根据各变形工步的变形特点，锻件的形状、尺寸，技术要求和参考有关典型工艺具体确定。
对具体工件确定锻造方法时应根据各厂的经验和工具情况具体确定。
因为甚至对同一锻件，在同一车间各人的锻造方法也不完全一样，尤其对位于分界线上或其附近的空心锻件可能有几种锻造方法。
例对批量较大、尺寸较小的空心锻件，也可以采用胎模锻造；
对环形件还可以在冲口后用扩孔机扩孔。
具体可参见前面章节。
工步尺寸设计和工步选择是同时进行的，具体确定工步尺寸时应注意下列各点：
（1）工步尺寸必须符合各工步的规则，例如镦粗时毛坯高度与直径比值应小于2.5～3。
拔长时截面变换经验计算公式见表8.5。
表8.5拔长过程坯料截面变换经验计算公式
截面变换内容
变形简图
计算公式
由圆变方
当l=b时：
D=（1.35-1.45）A；
l:
送进量；
b:
砧宽。
由方变圆
A=（0.88-1.0）D
由圆变扁方
（1）当H＜0.5B：
D=（2B+H）/3;
（2）当H≥0.5B：
D=
由方变扁方
A≥1.5H（
-1）
由八角变圆
D=1.03C
由扁方变方
当
≥1-1.4时：
B=（1.4-1.65）A
H=（0.75-0.8）A
拔长时截面变换经验计算公式见表8.5
（2）必须估计到各工步中毛坯尺寸的变化，例如冲孔时毛坯高度有些减小，扩孔时高度有些增加等等。
（3）必须保证各部分有足够的体积，这在使用分锻工步（压痕、压肩）时必须估计到。
（4）多火次锻打时必须注意中间各火次加热的可能性。
（5）必须保证在最后修光时有足够的修整留量，因为在压肩、错移、冲孔等工步中毛坯上有拉缩现象，这就必须在中间工步中留有一定的修整留量。
（6）有些长轴类零件长度方向尺寸要求很准确，但沿长度方向又不允许进行镦粗（例如曲轴等），设计工步尺寸时，必须估计到长度方向的尺寸在修整时会略有延伸。
图8.5、8.6、8.7、8.8、8.8、8.10、8.11、简单的描述了一些典型锻件的锻造变形工步。
图8.5齿轮锻造变形过程图8.6锤头锻造变形过程
图8.7圆环锻造变形过程图8.8圆筒锻造变形过程
图8.8三拐曲轴锻造变形过程
图8.1020吨吊钩锻造变形过程图8.11卡瓦锻造变形过程
表8.6锻造比的计算方法
序号
锻造工步
工步锻造比
1
钢锭或坯料拔长
2
拔长-镦粗-拔长或镦粗-拔长-镦粗
或
4
芯轴拔长
5
马杠扩孔
6
镦粗
轮缘
轮毂
说明
1.钢锭开坯倒棱锻造比不计入总锻比
2.连续拔长或连续镦粗，总锻造比等于工步锻比的乘积
，
3.两次拔长之间有镦粗或两次镦粗之间有拔长，总锻造比等于两次拔长（或镦粗）工步锻造比之和，
并且要求工步锻造比
≥2
锻造比是表示变形程度的一种方法，是衡量锻件质量的一个重要指标。
锻件比的计算方法，各国家、各行业均不一致。
锻造过程锻造比的我国的一般计算方法是按拔长或镦粗前后锻件的截面比或高度比计算，即锻比KL=
/
=
或KL=
（
、
、
分别是锻造前、后的截面积、直径和高度）。
如果采用两次镦粗、拔长，或者两次镦粗间有拔长时，按总锻造比等于两次分锻造比之和计算，即KL总=KL1+KL2。
如果是连续拔长或镦粗时，按总锻造比等于两次分锻造比之积计算，即KL总=KL1×
KL2。
表8.6列出了我国大锻件行业常用的锻造比计算方法。
锻造比大小反映了锻造对锻件组织和力学性能的影响，一般规律是：
锻造过程随着锻造比增大，由于内部孔隙焊合，铸态树枝晶被打碎，锻件的纵向和横向的力学性能均得到明显提高。
当锻造比超过一定数值后，由于形成纤维组织，横向力学性能（塑性、韧性）急剧下降，导致锻件出现各向异性。
因此制订锻造工艺规程时，应合理地选择锻造比的大小。
对于用钢材锻制的锻件（莱氏体钢锻件除外），由于钢材经过了大变形的锻或轧，其组织和性能已得到改善，一般不需要考虑锻造比；
用钢锭（包括有色金属铸锭）锻制的大型锻件，必须考虑锻造比，可参照表8.7选用。
零件技术条件提出有锻造比要求，则以技术条件要求选择锻造比；
如零件技术条件没有要求锻造比，则应根据零件化学成分、零件受力情况、以及所用钢锭大小等因素综合考虑。
表8.7典型锻件的锻造比
锻件名称
计算部位
总锻造比
碳素钢轴
合金钢轴
最大截面
2.0~2.5
2.5~3.0
模块
≥3.0
热轧辊
冷轧辊
辊身
3.5~5.0
汽轮机转子
发电机转子
轴身
3.5~6.0
船用轴
法兰
＞1.5
汽轮机叶轮
涡轮盘
4.0~6.0
6.0~8.0
水轮机空心轴
≥2.5
航空用大锻件
曲轴
曲拐
轴颈
＞2.0
一般情况下，合金结构钢比碳素结构钢钢锭的铸造缺陷严重，所需锻造比应大些。
如拔长5吨、15吨、和30吨以上的钢锭时，碳素结构钢锻件的最佳锻比相应为2、2.5、3，而合金结构钢锻件的最佳锻造比为3～4。
对一般结构钢锻件，当零件受力方向与纤维方向不一致时，为了保证锻件的横向性能，避免产生各向异性，应取锻比2～2.5。
当零件受力方向与纤维方向一致时，为使纵向纵向力学性能提高，可将锻造比选取为4。
对于一些重要零件（如航空锻件、高合金锻件）为了充分破碎铸态组织，获得较高的综合机械性能，常用镦粗拔长联合工艺，锻造比要求达到6～8。
8.4.确定锻造温度和加热火次、确定锻件复杂程度
8.4.1确定锻造温度。
即控制锻件材料锻造时的始端温度和终端温度。
主要根据文件手册、标准以及工厂实际经验进行控制。
表8.8列出了常用钢料的锻造温度范围，包括始锻温度和终锻温度。
8.4.2加热火次。
加热火次与炉子的类型，毛坯的性质和操作水平等有关，有关火耗的具体算法见本章第二节。
8.4.3确定锻件复杂程度
表8.8常用钢号的始锻、终锻（精锻）加热温度
组别
钢号
始锻温度℃
终端温度℃
钢坯
终锻
精整
Ⅰ
Q185~Q255，10~30
1280
1260
750
700
35~45，15Mn~35Mn,15Cr~35Cr
1240
Ⅱ
50,55,40Mn~50Mn,35Mn2~50Mn2,40Cr~55Cr,20SiMn~35SiMn,12CrMo~50CrMo,30CrMnSi,20CrMnTi,20MnMo,12CrMoV~35CrMoV,34CrMo1A,20MnMoNb,14MnMoV~42MnMoV,38CrMoAlA,38CrMnMo
1250
1220
800
Ⅲ
34CrNiMo~34CrNi3Mo,30Cr1Mo1V,25Cr2Ni4MoV,PCrNi1Mo~PcrNi3Mo,22Cr2Ni4MoV,5CrNiMo
30Cr2MoV,40CrNiMo,18CrNiW,50Si2~60Si2,65Mn,50CrNiW,50CrMnMo,60CrMnMo,60CrMnV
850
T7~T10,8Cr,8Cr2,8Cr2Mo,8Cr2V,8CrSi,70Cr3Mo,1Cr13~4Cr13,86Cr2MoV,Cr5Mo,0Cr18Ni8~2Cr18Ni8,0Cr18Ni8Ti,Cr17Ni2
1200
50Mn18Cr4,50Mn18Cr4N,50Mn18Cr4WN,GCr15,GCr15SiMn,3Cr2W8V,CrWMo,4CrW2Si~6CrW2Si
1180
Cr12MoV1,4Cr15MoVSi（H11）,W18Cr4
1160
锻件的复杂系数分为锤上锻造和水压机锻造。
参照JB/T4385.2-1888《锤上自由锻件复杂程度分类及折合系数》、JB/T8178.2-1888《水压机上自由锻件复杂程度分类及折合系数》、取复杂程度相近似的等级。
8.5确定锻造设备、工装及工具
自由锻常用的设备为锻锤和水压机。
这些设备虽无过载损坏问题，但若设备吨位选得过小，则锻件内部锻不透，而且生产率低，反之，若设备吨位选得过大，不仅浪费动力，而且由于大设备工作速度低，同样也影响生产率和锻件成本。
因此，正确确定设备吨位是编制工艺规程的重要环节之一。
锻造所需设备吨位，主要与变形面积、锻件材质、变形温度等因素有关。
在自由锻中变形面积由锻件大小和变形工步性质而定。
镦粗时锻件与工件的接触面积相对于其它变形工步要大得多，而很多锻造过程均与镦粗有关，因此，常以镦粗力的大小来选择设备。
确定设备吨位的方法有：
理论计算法和经验类比法两种。
1.理论计算法
理论计算法是根据塑性成形理论建立的公式来计算设备的吨位。
尽管目前这些计算公式还不够精确，但仍能给设备确定吨位提供一定的参考依据。
水压机锻造时，由于压力变化比较平稳，故可根据锻件成形所需的最大变形力来选择设备吨位。
水压机锻造时，锻件成形所需最大变形力可按以下公式计算：
F=P·
A
（式中A：
锻件与工具的接触面在水平方向上的投影面积；
P：
锻件与工具接触面上的单位流动压力，即评均单位压力）。
用锻锤锻造，由于其打击力是不定的，所以应根据锻件成形所需变形功来选择设备打击能量或吨位。
圆柱体锻件镦粗变形功为：
W=
V[In（
/H）+（（D/H）－（D0/H））/8]
（式中D0、H0：
为坯料的直径和高度；
D、H：
为锻件的直径和高度；
V：
锻件的体积。
）
长板形锻件镦粗变形功为
/H）+（（b/H）－（b0/H））/8]
（式中b0、H0：
为坯料的宽度和高度；
b、H：
为镦粗后宽度和高度；
根据最后一击的变形功W，考虑锻锤的打击效率η，便可算出所需打击能量E（J），即
E=W/η
通常锻锤吨位是以落下重量G（kg）表示，与打击能量有如下关系：
G=2g/υ2-W/η
（式中g：
重力加速度，g=8.8m/s；
υ：
为锻锤打击速度，一般取υ=6～7m/s；
η：
打击效率）。
如取υ=6.5m/s,η=0.8,则得
G=W/1.72
2.经验类比法
经验类比法是在统计分析生产实践数据的基础上，总结归纳出的经验公式或图表来估算锻造所需设备吨位的一种方法，应用时只需根据锻件的某些主要参数（如重量、尺寸、材质）便可迅速确定设备吨位。
锻锤吨位（kg）可按如下公式计算：
表8.8系数Ｋ
（MPa）
K
400
3～5
600
5～8
8～13
镦粗时G=（0.002～0.003）K·
S
（式中K：
与材料强度极限
有关的系数，按表8-8确定；
S：
锻件镦粗后的横截面积（cm2））。
拔长时G=2.5S
（式中S：
坯料的横截面积（cm2））。
自由锻用锻锤的锻造能力范围可参照表8.10。
表8.10自由锻造锻锤能力
设备吨位
锻件类型
0.25
0.5
0.75
1.0
2.0
3.0
5.0
圆饼
D（mm）
＜200
＜250
＜300
≤400
≤500
≤600
≤750
H（mm）
＜35
＜50
＜100
＜150
≤250
≤300
圆环
＜350
＜400
≤1000
≤1200
≤60
≤75
≤200
圆筒
＜175
＜275
＜360
≤700
d（mm）
≥100
≥125
＞125
＞150
＞500
≤150
≤275
≤350
≤550
圆轴
＜80
＜125
≤175
≤225
G（kg）
＜500
≤1500
方块
≤80
≤450
＜25
＜70
≤100
≤800
扁方
B（mm）
≤160
≥7
≥15
≥20
≥25
≥40
≥50
≥70
锻件成型
20
35
50
70
100
300
吊钩
起重量（t）
3
10
30
75
钢锭直径（mm）
125
200
250
450
钢锭边长（mm）
175
225
275
350
550
自由锻液压机能力及配套设备，见表8.11。
表8-11液压机能力及配套设备
液压机公称压力/MN
镦粗最大钢锭
拔长最大钢锭
操作机
锻造吊车、翻料机
运输吊车
加热炉
热处理炉
质量/t
平均对径/mm
起重量/t
倾翻力矩/（KN·
m）
台数
炉底总面积/㎡
8
2.5
488
634
15/3
24.3
30.25
12.5
751
20/5
50/10
36.45
67.56
25
24
1063
48
1406
10～20
250～500
80/30
60
（翻料机自重10）
30/5
（保温）
103
120
32
1178
52
20～40
500～1000
65
升级会员 