自由鍛和模鍛

3.2自由鍛

利用沖擊力或壓力，使金屬在上、下砧鐵之間，產(chǎn)生塑性變形而獲得所需形狀、尺寸以及內(nèi)部質(zhì)量鍛件的一種加工方法。

自由鍛造時(shí)，除與上、下砧鐵接觸的金屬部分受到約束外，金屬坯料朝其它各個(gè)方向均能自由變形流動(dòng)，不受外部的限制，故無(wú)法精確控制變形的發(fā)展。

自由鍛分類(lèi)：

手工鍛造：手工鍛造只能生產(chǎn)小型鍛件，生產(chǎn)率也較低。

機(jī)器鍛造：機(jī)器鍛造是自由鍛的主要方法。

自由鍛：

優(yōu)點(diǎn)：

工具簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短。

自由鍛件的質(zhì)量范圍可由不及一千克到二、三百噸，對(duì)于大型鍛件，自由鍛是唯一的加工方法，這使得自由鍛在重型機(jī)械制造中具有特別重要的作用，例如水輪機(jī)主軸、多拐曲軸、大型連桿、重要的齒輪等零件在工作時(shí)都承受很大的載荷，要求具有較高的力學(xué)性能，常采用自由鍛方法生產(chǎn)毛坯。缺點(diǎn)：

由于自由鍛件的形狀與尺寸主要靠人工操作來(lái)控制，所以鍛件的精度較低，加工余量大，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低。

應(yīng)用：

自由鍛主要應(yīng)用于單件、小批量生產(chǎn)，修配以及大型鍛件的生產(chǎn)和新產(chǎn)品的試制等。

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）。

基本工序有鐓粗、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。基本工序

1)鐓粗

定義：在外力作用下使坯料高度減小、橫截面積增大的工序稱為鐓粗。

應(yīng)用：鐓粗主要用于鍛制齒輪、法蘭盤(pán)之類(lèi)的盤(pán)類(lèi)零件

鐓粗作用：

1.鐓粗時(shí)，坯料心部受三向壓應(yīng)力，表層是兩向壓應(yīng)力一向拉應(yīng)力，壓應(yīng)力數(shù)目多，可提高坯料的塑性，近而提高后續(xù)拔長(zhǎng)工序的鍛造比；

2.鐓粗可使纖維組織呈放射性分布（沿徑向分布），提高鍛件的力學(xué)性能和減少力學(xué)性能的各向異性等。

3.鐓粗能增大坯料橫截面積的平整端面注意事項(xiàng)：

1.鐓粗時(shí)，坯料不能過(guò)長(zhǎng)，高度與直徑之比應(yīng)小于2.5，以免鐓彎，或出現(xiàn)細(xì)腰、夾層等現(xiàn)象。

2.坯料鐓粗的部位必須均勻加熱，以防止出現(xiàn)變形不均勻。鐓彎腰鼓形（細(xì)腰）失穩(wěn)彎曲腰鼓形均勻變形難變形區(qū)相遇形成夾層分類(lèi)：整體鐓粗和局部鐓粗

圖2-7鐓粗

a）整體鐓粗b）局部鐓粗基本工序

2)拔長(zhǎng)

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

應(yīng)用：用于軸類(lèi)、桿類(lèi)鍛件成型，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。

拔長(zhǎng)使用V型砧鐵拔長(zhǎng)圓坯料注意事項(xiàng)：對(duì)于圓形坯料，一般先鍛打成方形后再進(jìn)行拔長(zhǎng)，最后鍛成所需形狀，或使用V型砧鐵進(jìn)行拔長(zhǎng)，如圖所示，在鍛造過(guò)程中要將坯料繞軸線不斷翻轉(zhuǎn)。

3)沖孔

定義：用沖頭將坯料沖出通孔或不通孔的鍛造方法稱為沖孔。

應(yīng)用：沖孔主要用于鍛造空心鍛件、如齒輪壞、圓環(huán)、套筒等。

方法：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。圖3－19實(shí)心沖子沖孔圖3－20空心沖子沖孔圖3－21墊環(huán)沖孔

注意事項(xiàng)：

1.對(duì)于直徑小于25mm的孔一般不鍛出，而是采用鉆削的方法進(jìn)行加工。

2.在薄坯料上沖通孔時(shí)，可用沖頭一次沖出。

3.若坯料較厚時(shí)，可先在坯料的一邊沖到孔深的2／3深度后，拔出沖頭，翻轉(zhuǎn)工件，從反面沖通，以避免在孔的周?chē)鷽_出毛刺，

4.孔不能過(guò)深，與坯料相比孔也不能過(guò)大。實(shí)心沖頭雙面沖孔時(shí)，圓柱形坯料會(huì)產(chǎn)生畸變。畸變程度與沖孔前坯料直徑D0、高度H0和孔徑d1等有關(guān)。D0/d1愈小，畸變愈嚴(yán)重，另外沖孔高度過(guò)大時(shí)，易將孔沖偏，因此用于沖孔的坯料直徑D0與孔徑d1之比（D0/d1）應(yīng)大于2.5，坯料高度應(yīng)小于坯料直徑。a）薄坯料沖孔b）厚坯料沖孔1－沖頭2－坯料3－墊環(huán)4－芯料

沖孔過(guò)程

4)擴(kuò)孔

為了減小空心坯料壁厚而增加其內(nèi)徑的鍛造工序稱為擴(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。圖3－22沖子擴(kuò)孔圖3－23芯軸擴(kuò)孔

5）彎曲

定義：將坯料彎成一定角度和形狀的鍛造工序稱為彎曲。

優(yōu)點(diǎn)：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。

用途：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)

定義：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為扭轉(zhuǎn)。

用途：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為錯(cuò)移，如鍛制雙拐或多拐曲軸件。8）切割：將坯料分割開(kāi)的工序。用于下料和切除鍛件的余料。（二）輔助工序

為使基本工序操作方便而進(jìn)行的預(yù)變形工序稱為輔助工序（壓鉗口、切肩、鋼錠倒棱等）。鋼錠倒棱:對(duì)鋼錠的棱邊輕輕鍛壓，以清除棱角的工序（三）修整工序

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）。3.3模型鍛造定義：它是將坯料置于鍛模模腔內(nèi)，然后施加沖擊力或壓力使坯料發(fā)生塑性變形而獲得鍛件的成形過(guò)程。在變形過(guò)程中由于模膛對(duì)金屬坯料流動(dòng)的限制，因而鍛造終了時(shí)可獲得與模膛形狀相符的模鍛件。模型鍛造時(shí)坯料是整體塑性成形坯料三向受壓。模型鍛造與自由鍛相比具有以下特點(diǎn)：

(1)生產(chǎn)效率較高。模鍛時(shí)，金屬的變形在模膛內(nèi)進(jìn)行，故能較快獲得所需形狀。

(2)能鍛造形狀復(fù)雜的鍛件，并可使金屬流線分布更為合理，提高零件的使用壽命。

(3)模鍛件的尺寸較精確，表面質(zhì)量較好，加工余量較小。

(4)節(jié)省金屬材料，減少切削加工工作量。在批量足夠的條件下，能降低零件成本。

(5)模鍛操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低。

（6）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。

（7）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。應(yīng)用：

模鍛已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、機(jī)車(chē)、汽車(chē)、拖拉機(jī)、軍工、軸承等制造業(yè)中。

最常見(jiàn)的零件是齒輪、軸、連桿、杠桿、手柄等，但模鍛常限制在150kg以下的零件。按使用設(shè)備類(lèi)型不同，模鍛分為：

1.錘上模鍛

（動(dòng)畫(huà)）（錄像）

2.壓力機(jī)上模鍛

3.胎模鍛

分類(lèi)成形方法簡(jiǎn)圖特點(diǎn)及應(yīng)用范圍體積成形鍛造用通用工具或模具對(duì)金屬加壓，通過(guò)金屬體積轉(zhuǎn)移和分配來(lái)獲得零件或毛坯的成形方法。自由鍛主要用于單件、小批量或大鍛件生產(chǎn)；模鍛適用于大批量生產(chǎn)軋制通過(guò)一對(duì)旋轉(zhuǎn)坯料局部加壓連續(xù)成形的加工方法?？梢陨a(chǎn)型材，板材和管材，也可利用其原理來(lái)生產(chǎn)零件或毛坯擠壓通過(guò)模具使坯料在強(qiáng)烈壓應(yīng)力作用下從?？字袛D出以獲得所需尺寸、形狀和性能的制件?？缮a(chǎn)各種型材或直接加工零件拉拔使金屬通過(guò)凹模進(jìn)行拉伸，得到其截面與凹?？捉孛嫦嗤陌袅?、管材或線材基本塑性形成方法分類(lèi)分類(lèi)成形方法簡(jiǎn)圖特點(diǎn)及應(yīng)用范圍板料成形分離工序落料用模具沿封閉輪廓線沖切，沖下部分是零件。用于制造各種平板零件或者成形工序制坯沖孔用模具沿封閉輪廓線沖切，沖下部分是廢料。用于沖制各類(lèi)零件的孔形成形工序彎曲