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論處于任何方向都會自由變形，沒有任何限制能夠獲取所需要形狀和尺寸及一定機械性能的鍛造零件的一種加工方法。使用工具和機械設(shè)備簡單，良好的通用性，費用低是自由鍛造的特點。與鑄造毛坯比較，自由鍛造去除了縮孔、縮松、氣孔等缺點，這樣使毛坯提高了力學性能。鍛造零件外觀簡單，操控靈活，所以在制造重要零件和重型機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

1 自由鍛造的基本工序

1.1 基本工序

為了達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、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。

文章將重點介紹基本工序：

（1）拔長。也稱延伸。這道工序能使坯料橫斷面積減小，但是長度卻增加。鍛造桿、軸類零件經(jīng)常使用此工序。其方法主要分兩種。一種是拔長工序在平砧上。另一種是拔長工序在芯棒上。進行鍛造時，首先將芯棒放入沖好孔的坯料里，之后作為實心坯料進行拔長。進行拔長時，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)用這種拔長方法能夠使空心坯料增加長度，減少壁厚，內(nèi)徑保持原狀，鍛造套筒類長空心鍛造零件經(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，減小力學性能的變異。反復進行鐓粗與拔長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深度的時候，拔出沖頭，將坯料翻轉(zhuǎn)，然后用沖頭在反面對準位置，將孔沖出來。二是單面沖孔法。使用單面沖孔法可以在厚度小的坯料進行沖孔。作業(yè)時，把坯料放在墊環(huán)上，將稍微帶有錐度的沖頭大端正對沖孔部位，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拉動另一端，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，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）錯移。此鍛造工序是把坯料的這一部分相對另外一部分平行錯開一段距離，但是要求保持軸心平行。經(jīng)常用在鍛造曲軸零件。進行錯移時，首先將坯料局部切割，之后在切口兩側(cè)分別進行大小相等、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，實現(xiàn)兩者固態(tài)結(jié)合。采用的方法有搭接、對接、咬接等。接縫強度在鍛接后可以達到被連接材料強度的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）計算坯料質(zhì)量。鍛件在鍛造過程中因為加熱時表面氧化、燒損等情況，體積要損失一些，鍛件坯料質(zhì)量的計算采用下列公式：M坯=M鍛+M燒損+M切+M芯。（3）坯料尺寸計算。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

3.1 軟件自動計算功能極大地提高工作效率

軟件可自動給出下料重量、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)。一個工藝工程師可以做幾個人的工作量，可以節(jié)約很多人力資源成本。

3.2 特殊圖形和工藝

任何復雜圖形及特殊的工藝都可以利用軟件的制圖功能進行自行制作并可以儲存，鍛造工藝卻可以自動生成，也可以自行修改工藝。

3.3 準確的材料利用率

鍛前就可以準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)準確報價。

3.4 多級臺階軸的優(yōu)化和法蘭胎膜制作功能

多級臺階軸可以預(yù)先模擬出幾種各級的鍛件圖形進行比較，可以很直觀地觀察出哪一種方案最佳，取最佳方案進行鍛打。法蘭胎膜制作功能，在實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

避免新產(chǎn)品的反復試驗工藝而造成損失；避免人為因素的失誤和錯誤而造成損失；準確的材料重量計算可以提高材料利用率。

3.6 強大的自動計算和數(shù)據(jù)功能

軟件包含的幾十類數(shù)千種鍛件的工藝、數(shù)萬種材料牌號、各類技術(shù)要求、所有噸位的鍛錘和水壓機、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)客戶分類而自動存貯在軟件里，可以隨時調(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)計和管理，也利于提高企業(yè)形象。

3.8 軟件具有很強的升級功能

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

3.9 操作簡單

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

4 結(jié)束語

工業(yè)企業(yè)中機械制造常用鍛造作為成形的方法。經(jīng)過鍛造可以避免金屬的鑄態(tài)疏松及焊合孔洞，鍛件在機械性能方面要優(yōu)良于相同材料的鑄件。負載高、工作場所嚴峻的機械設(shè)備中的重要零件，形狀比較簡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

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[3]陳柏金，黃樹槐，高俊峰，等.自由鍛造液壓機控制策略[J].機械工程學報，2008.endprint