第四节 自由锻工艺规程的制订

第四节自由锻工艺规程的制订制订工艺规程、编写工艺卡片是进行自由锻生产必不可少的技术准备工作，是组织生产、规范操作、控制和检查产品质量的依据。制订工艺规程，必须结合生产条件、设备能力和技术水平等实际情况，力求技术上先进、经济上合理、操作上安全，以达到正确指导生产的目的。工艺规程的内容:1)画锻件图,定技术条件2)算料,确定毛坯重量尺寸3)定变形工序,设计专用工具4)选锻造设备,计算工序变形力5)定加热工艺6)定热处理工艺7)确定工时定额8)提出检验要求（一）绘制自由锻件图以零件图为基础，结合自由锻工艺特点绘制而成的图形，它是工艺规程的核心内容，是制定锻造工艺过程和锻件检验的依据。锻件图必须准确而全面反映锻件的特殊内容，如圆角、斜度等，以及对产品的技术要求，如性能、组织等。绘制时主要考虑以下几个因素：1．敷料对键槽、齿槽、退刀槽以及小孔、盲孔、台阶等难以用自由锻方法锻出的结构，必须暂时添加一部分金属以简化锻件的形状。为了简化锻件形状以便于进行自由锻造而增加的这一部分金属，称为敷料，如图所示。2．锻件余量在零件的加工表面上增加供切削加工用的余量，称之为锻件余量，如图2-11所示。锻件余量的大小与零件的材料、形状、尺寸、批量大小、生产实际条件等因素有关。零件越大，形状越复杂，则余量越大。锻件余量及敷料1—敷料2—锻件余量3．锻件公差锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量，其值的大小与锻件形状、尺寸有关，并受生产具体情况的影响。自由锻件余量和锻件公差可查有关手册。钢轴自由锻件的余量和锻件公差，见表。钢轴自由锻件余量和锻件公差（双边）（mm）零件长度零件直径5050~8080~120120~160160~200200~250锻件余量和锻件公差3155±26±27±28±3——315~6306±27±28±39±310±311±4630~10007±28±39±310±311±412±41000~16008±39±310±311±412±413±4在锻件图上，锻件的外形用粗实线，如图所示。为了使操作者了解零件的形状和尺寸，在锻件图上用双点划线画出零件的主要轮廓形状，并在锻件尺寸线的上方标注锻件尺寸与公差，尺寸线下方用圆括弧标注出零件尺寸。对于大型锻件，还必须在同一个坯料上锻造出供性能检验用的试样来，该试样的形状与尺寸也在锻件图上表示典型锻件图•（二）计算坯料质量与尺寸•1．确定坯料质量按锻件图的名义尺寸计算自由锻所用坯料的质量为锻件的质量与锻造时各种金属消耗的质量之和，可由下式计算：•G坯料=G锻件+G烧损+G料头式中:•G坯料——坯料质量，单位为kg；•G锻件——锻件质量，单位为kg；•G烧损——加热时坯料因表面氧化而烧损的质量，单位为kg；第一次加热取被加热金属质量分数的2%~3%，以后各次加热取1.5%~2.0%；•G料头——锻造过程中被冲掉或切掉的那部分金属的质量，单位为kg；如冲孔时坯料中部的料芯，修切端部产生的料头等。•对于大型锻件，当采用钢锭作坯料进行锻造时，还要考虑切掉的钢锭头部和尾部的质量。2．确定坯料尺寸根据塑性加工过程中体积不变原则和采用的基本工序类型（如拔长、镦粗等）的锻造比、高度与直径之比等计算出坯料横截面积、直径或边长等尺寸。V坯=G坯/ρ典型锻件的锻造比见表锻件名称计算部位锻造比锻件名称计算部位锻造比碳素钢轴类锻件最大截面2.0~2.5锤头最大截面≥2.5合金钢轴类锻件最大截面2.5~3.0水轮机主轴轴身≥2.5热轧辊辊身2.5~3.0水轮机立柱最大截面≥3.0冷轧辊辊身3.5~5.0模块最大截面≥3.0齿轮轴最大截面2.5~3.0航空用大型锻件最大截面6.0~8.0（三）选择锻造工序自由锻锻造工序的选取应根据工序特点和锻件形状来确定。一般而言，盘类零件多采用镦粗（或拔长－镦粗）和冲孔等工序；轴类零件多采用拔长，切肩和锻台阶等工序。一般锻件的分类及采用的工序见表(1)根据锻件形状,尺寸及技术要求确定(2)根据所选用设备特点制订(3)参考有关典型工艺(4)应合理选择锻比锻件类别图例锻造工序盘类零件镦粗（或拔长－镦粗），冲孔等轴类零件拔长（或镦粗－拔长），切肩，锻台阶等筒类零件镦粗（或拔长－镦粗），冲孔，在芯轴上拔长等环类零件镦粗（或拔长－镦粗），冲孔，在芯轴上扩孔等弯曲类零件拔长，弯曲等锻件分类及所需锻造工序自由锻工序的选择与整个锻造工艺过程中的火次（即坯料加热次数）和变形程度有关。所需火次与每一火次中坯料成形所经历的工序都应明确规定出来，写在工艺卡片上。（四）选择锻造设备根据作用在坯料上力的性质，自由锻设备分为锻锤和液压机两大类。锻锤产生冲击力使金属坯料变形。锻锤的吨位是以落下部分的质量来表示的。生产中常使用的锻锤是空气锤和蒸汽－空气锤。空气锤利用电动机带动活塞产生压缩空气，使锤头上下往复运动进行锤击。它的特点是结构简单，操作方便，维护容易，但吨位较小，只能用来锻造100kg以下的小型锻件。蒸汽－空气锤采用蒸汽和压缩空气作为动力，其吨位稍大，可用来生产质量小于1500kg的锻件，•液压机产生静压力使金属坯料变形。目前大型水压机可达万吨以上，能锻造300吨的锻件。由于静压力作用时间长，容易达到较大的锻透深度，故液压机锻造可获得整个断面为细晶粒组织的锻件。液压机是大型锻件的唯一成形设备，大型先进液压机的生产常标志着一个国家工业技术水平发达的程度。另外，液压机工作平稳，金属变形过程中无振动，噪音小，劳动条件较好。但液压机设备庞大、造价高。•自由锻设备的选择应根据锻件大小、质量、形状以及锻造基本工序等因素，并结合生产实际条件来确定。例如，用铸锭或大截面毛坯作为大型锻件的坯料，可能需要多次镦、拔操作，在锻锤上操作比较困难，并且心部不易锻透，而在水压机上因其行程较大，下砧可前后移动，镦粗时可换用镦粗平台，所以大多数大型锻件都在水压机上生产。计算变形力确定设备吨位•1.理论计算法(P70~73)•2.经验计算法•（五）确定锻造温度范围•锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的温度范围。•锻造温度范围应尽量选宽一些，以减少锻造火次，提高生产率。加热的始锻温度一般取固相线以下100~200℃，以保证金属不发生过热与过烧。终锻温度一般高于金属的再结晶温度50~100℃，以保证锻后再结晶完全，锻件内部得到细晶粒组织。碳素钢和低合金结构钢的锻造温度范围，一般以铁碳平衡相图为基础，且其终锻温度选在高于Ar3点，以避免锻造时相变引起裂纹。高合金钢因合金元素的影响，始锻温度下降，终锻温度提高，锻造温度范围变窄。部分金属材料的锻造温度范围见表。•此外，锻件终锻温度还与变形程度有关，变形程度较小时，终锻温度可稍低于规定温度。部分金属材料的锻造温度范围材料类型锻造温度/℃保温时间/min﹒mm-1始锻终锻10、15、20、25、30、35、40、45、5012008000.25～0.715CrA、16Cr2MnTiA、38CrA、20MnA、20CrMnTiA12008000.3～0.812CrNi3A、12CrNi4A、38CrMoAlA、25CrMnNiTiA、30CrMnSiA、50CrVA、18Cr2Ni4WA、20CrNi3A11808500.3～0.840CrMnA11508000.3～0.8铜合金800~900650~700—铝合金450~500350~380—（六）填写工艺卡片半轴的自由锻造工艺卡片见表。半轴自由锻工艺卡锻件名称半轴图例坯料质量25kg坯料尺寸φ130×240材料18CrMnTi火次工序图例1锻出头部拔长拔长及修整台阶拔长并留出台阶锻出凹档及拔长端部并修整