1第四章自由鍛主要工序分析2齒輪（盤形件）：某省市料34-1鐓粗一、定義使坯料截面增加，高度減小的鍛造工序。4二、用途1)由高徑比大的坯料得到高徑比小的鍛件；2)在沖孔之前增大坯料截面并平整端面；3)提高下一步拔長工序的鍛造比；4)提高鍛件的橫向機(jī)械性能，減小機(jī)械性能的異向性；5)反復(fù)鐓拔可打碎合金工具鋼中的碳化物，并使其均布。5三、金屬變形流動特點變形的不均勻性（變形分布不均勻，變形不同時性）。

變形不均勻的形成原因：坯料上下端接觸模具處的摩擦阻力及模具對工件的冷卻。61、網(wǎng)格變化注意觀察網(wǎng)格的變化：鐓粗過程中坯料的側(cè)表面逐漸向上翻轉(zhuǎn)成為端面。7變形的分區(qū)82、變形分區(qū)1)困難變形區(qū)（I區(qū)）該區(qū)域由于存在摩擦且低，不屈服條件，很難產(chǎn)生塑性變形。92)區(qū)（II區(qū)）

該區(qū)域在III區(qū)的包圍下變形，受強(qiáng)大的三向壓應(yīng)力作用生塑性變形，鑄態(tài)組織被充分打碎，再結(jié)晶充分（變形是再結(jié)晶的動力），得到細(xì)晶鍛態(tài)組織，錠料中原有孔隙被焊合。103)變形居中區(qū)（III區(qū)）

該區(qū)域相當(dāng)于一個受內(nèi)壓的圓環(huán)，該內(nèi)壓來自于II區(qū)的作用，在內(nèi)壓的作用下，該區(qū)域裂。113、變形不均的后果組織不均勻，表面裂紋12四、主要質(zhì)量問題1)上下端部分保留鑄態(tài)組織；2)表面縱向裂紋或45度方向裂紋；3)失穩(wěn)彎曲，發(fā)展成折疊。13141516五、解決措施I區(qū)：潤滑（摩擦）；預(yù)熱工具（低溫）；軟金屬墊（難變形）；III區(qū)：套環(huán)鐓粗（內(nèi)脹、縱裂）；鉚墩、疊鐓、搟鐵→凹形毛坯（鼓肚）。1718六、其它鐓粗形式前面講的主要是針對一般坯料(高徑比H/D=0.8~2）的鐓粗，而高坯料（H/D≥3）或矮坯料（H/D≤0.5）的鐓粗，還有一些不同于一般坯料的特點）。191、高毛坯鐓粗●變形的特點：

1)形成雙鼓形；

2)彎曲，進(jìn)而可能發(fā)展成為折疊。202122●雙鼓形成的原因：

1)坯料與模具之間的摩擦，困難變形區(qū)象楔形剛性塊向下運動，造成坯料兩端的應(yīng)力為一拉一壓，屈服條件而產(chǎn)生塑性變形

2)慣性（錘上鍛時，上部金屬流動速度快）。232、矮毛坯鐓粗

按變形程度大小也可分為三個區(qū)域，但變形較均勻。243、圓環(huán)鐓粗

1)無摩擦?xí)r，圓環(huán)均勻壓縮，均勻向外流動，其內(nèi)徑、外徑均增大;2)摩擦很大時，與模具表面接觸的金屬象“粘”在模具上一樣不能流動，結(jié)果部分金屬向內(nèi)流動，部分向外流動，造成內(nèi)徑減?。ㄏ騼?nèi)凸），外徑增大（向外鼓）；253)摩擦介于二者之間時，與模具表面接觸的金屬也能流動。

向內(nèi)、向外流動的金屬之間存在著一個分界面，這就是“中性層”。中性層的徑向流動速度為零，且其位置是隨時間變化的。M=0M=0.9M=0.45M=0.9M=0.4529

思考：中性層半徑與摩擦系數(shù)之間的關(guān)系？30圓環(huán)壓縮應(yīng)力分析：質(zhì)點受三向壓應(yīng)力作用。其中環(huán)向應(yīng)力對微元體有一個沿徑向向外的分力，該力與金屬向內(nèi)流動時摩擦力的方向相同，共同阻礙金屬向內(nèi)流動，所以中性層以內(nèi)的金屬較少，更多的金屬則位于中性層以外。314、反復(fù)鐓拔工藝（打碎網(wǎng)狀碳化物）

●單向鐓拔●雙向鐓拔（十字鐓拔）●三向鐓拔（雙十字鐓拔）325、矩形坯料鐓粗矩形截面在鐓粗過程中的變化趨勢：

由此引出下一個問題：“塑性變形時金屬流動的方向”……

逐漸由矩形向圓形過渡（趨圓）。336、塑性變形時金屬流動的方向古布金的最小阻力定律矩形坯料、方形坯料金屬流動的方向分三種情況：●摩擦很大時金屬沿最短的路徑流動；●無摩擦?xí)r金屬均勻向外流動；●一般摩擦?xí)r金屬的流動介于二者之間。34

由此可推知在有摩擦的情況下要想增加某個方向的尺寸，必須使多數(shù)金屬向這個方向流動。

由此引出下一節(jié)的內(nèi)容“拔長”……354-2拔長一、定義使坯料長度增加而截面減小的工序，分為矩形截面、圓截面及空心坯料的拔長。36二、受力及變形特點局部加載、局部受力、局部變形。371、變形特點與鐓粗的異同變形區(qū)的變形和流動與鐓粗相近（變形分區(qū)、變形分布），但又區(qū)別于自由鐓粗：

拔長是兩端帶有不變形區(qū)域（外端）的鐓粗，金屬的變形流動既受工具的影響（摩擦、降溫），又受外端的影響（限制橫向展寬）。382、外端及外端對變形區(qū)的影響外端：與變形區(qū)相連但又不變形的區(qū)域外端對拔長時金屬變形流動的影響：

限制橫向展寬，有利于金屬軸向流動39三、矩形截面拔長的生產(chǎn)率1、壓下量的確定

壓下量大，壓縮次數(shù)可減少，生產(chǎn)率高，但必須考慮下面兩個因素：⑴考慮金屬的塑性⑵考慮翻轉(zhuǎn)90度再壓時坯料是否彎曲，應(yīng)保證寬度與高度之比a/h<2.5。（拔長要打擊多次，以消除鼓肚和滿足截面尺寸）40412、送進(jìn)量的確定●送進(jìn)量小，金屬向流動，但壓縮次數(shù)多；●送進(jìn)量大，金屬不向流動，但壓縮次數(shù)少通常送進(jìn)量l=(0.4~0.8)b，b平砧的寬度42四、矩形截面拔長可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題、產(chǎn)生原因及解決方法1、表面橫向裂紋原因：上表面：由于外端的影響，變形區(qū)拉著外端變形，變形過度則開裂；側(cè)表面：鼓肚發(fā)展成裂紋43措施：上表面：控制壓下量、凸弧砧；側(cè)表面：控制壓下量442、角裂(主要出現(xiàn)在高合金工具鋼、耐熱合金)

合金成分復(fù)雜、塑性差、導(dǎo)熱性差←┚原因：引起塑性下降措施：操作時注意經(jīng)常倒角453、對角線裂紋原因：對角線附近強(qiáng)烈的剪切變形?！駸岢尚嗡苄怨D(zhuǎn)化為熱量，可能過燒；●未熱透或冷成形工件，因強(qiáng)烈的剪切變形和加工硬化，造成開裂。4647484950措施：“兩輕一重”打擊法●在始鍛及接近終端輕擊；●在900~1050℃剛材塑性好時重?fù)?，打碎鋼中的大塊碳化物；●避免在同一個地方反復(fù)重?fù)簟?14、倒角時的裂紋（對角裂紋）原因：不均勻變形、附加拉應(yīng)力措施：輕擊、圓形砧內(nèi)倒角525、橫向裂紋原因：變形不均引起附加拉應(yīng)力措施：增加送進(jìn)量536、折疊原因：1）送進(jìn)量過小造成只有表層變形；

2）壓下量過大翻轉(zhuǎn)90度打擊時，由彎曲發(fā)展成折疊。措施：增加送進(jìn)量、控制壓下量5455567、端面內(nèi)凹原因：送進(jìn)量過小造成只有表層變形措施：增加送進(jìn)量578、鍛不透（鐓粗、拔長）└→變形難以深入到金屬原因：送進(jìn)量過小造成只有表層變形由于鋼錠軸心部分有疏松、氣孔、微裂紋等缺陷，鋼錠越大缺陷越嚴(yán)重，若鍛不透則不能消除這些缺陷，影響鍛件質(zhì)量。58措施：⑴采用寬砧、大送進(jìn)量，用走扁方的方法進(jìn)行鍛造；⑵表面降法（中心壓實法）。使心部處于高水壓狀態(tài)，焊合缺陷。59五、圓截面拔長可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題、

產(chǎn)生原因及解決方法1、縱裂原因：附加拉應(yīng)力+困難變形區(qū)（剛性楔子）的作用606162措施：⑴圓→扁、方→圓；⑵型砧拔長（摔子，限制橫向流動）。圓形砧V形砧632、其余質(zhì)量問題同矩形截面拔長64六、空心件拔長減小坯料外徑，增加其長度，也叫芯軸拔長。圖中A區(qū)為直接受力區(qū)，B區(qū)為間接受力區(qū)。65思考：空心件為何不？661、外端對變形的影響●外端的存在限制了A區(qū)的切向流動，有利于金屬的軸向流動，這是對拔長有利的；●無外端則變成擴(kuò)孔（橢圓形孔）；●A區(qū)軸向流動時又拉著外端一起伸長。672、質(zhì)量問題：孔壁裂紋（尤其是在端部）原因：經(jīng)一次壓縮后內(nèi)孔擴(kuò)大，轉(zhuǎn)一定角度再壓時，孔壁與芯軸間存在間隙，在彎矩的作用下，產(chǎn)生切向拉應(yīng)力導(dǎo)致開裂。切向流動越多越。注意：坯料端部更容孔壁裂紋（該處外側(cè)無外端限制、間隙大、）6869措施：1）用V型砧；2）提高此處終鍛預(yù)熱芯軸;3）提高相對壁厚t/d（t為空心件壁厚，d為芯軸直徑)。

t/d越大對金屬切向流動的限制越強(qiáng)，一般說來：●t/d>0.5采用上平下V，●t/d<=0.5采用上V下V；70兩端首先拔長？714-3

沖孔72壓下量9mm壓下量15mm壓下量30mm73一、定義在坯料上制透孔或不透孔的工序。沖孔一般屬于局部加載、整體受力、整體變形。二、沖孔的受力與變形分析1、各區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)可將坯料分為直接受力區(qū)（A區(qū)）和間接受力區(qū)(B區(qū))，各區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)如圖所示。7476A區(qū)：變形近似于在環(huán)形金屬（B區(qū)）包圍下的鐓粗，處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)，具有鐓粗的一些特點。由于摩擦及作用力的分散等因素的影響，A區(qū)金屬不是同時進(jìn)入塑性狀態(tài)的，當(dāng)坯料較高時，隨著沖頭的下移，變形區(qū)也逐漸下移（變形逐漸由上往下發(fā)展）。77B區(qū)：

B區(qū)的變形主要是由A區(qū)的變形引起的，該區(qū)域內(nèi)層最塑性條件，所以變形從內(nèi)向外逐次進(jìn)入塑性狀態(tài)，而隨著沖頭的下移，該區(qū)域的變形也逐漸由上向下發(fā)展。782、沖孔力的大小與自由鐓粗進(jìn)行比較。793、坯料軸向（Z方向）尺寸的變化●D/d較小，則εz<0，軸向縮短（“拉縮”）●D/d較大（D/d≈5），則εz≈0，軸向尺寸基本不變●D/d很大，則εz>0，軸向尺寸增大（坯料內(nèi)側(cè)高度增加）其中，D為坯料直徑，d為沖頭直徑。804、沖孔前坯料高度H0的確定●D/d<5，則H0=1.1～1.2H●D/d≥5，則H0=H為何不取H0<H？81三、沖孔質(zhì)量分析1、走樣現(xiàn)象：沖孔后使坯料高度下降，外徑上小下大，上端凹進(jìn)，下端凸出。為減小走樣，應(yīng)使D0/d≥3。822、裂紋●外側(cè)表面的裂紋

A區(qū)金屬向外流動，迫使B區(qū)外徑擴(kuò)大，使外層金屬受到切向拉應(yīng)力作用而開裂。

D/d越小越容，為保證質(zhì)量，一般要求D0/d≥3。對大型鍛件進(jìn)行沖孔時，若孔徑較大（大于φ450mm），一般要采用空心沖頭。8384●內(nèi)孔圓角處開裂：脹裂（考慮、沖頭錐度）853、孔沖偏原因：●沖頭放偏；●沖頭圓角錐度不均；●坯料性質(zhì)不均；●坯料過高（應(yīng)使H0/D0≤1.5，通常?。?/p>

H0/D0≤1）。864.4擴(kuò)孔一、定義指減小空心坯料的壁厚，增加其內(nèi)外徑的工序。87二、常用的擴(kuò)孔方法1、拔長類擴(kuò)孔●芯軸擴(kuò)孔（孔）●輾壓擴(kuò)孔

這類擴(kuò)孔的變形特點類似于拔長。88輾軋輪芯輥工件89寬度方向與切向方向的速度大小對比圖91●芯軸擴(kuò)孔（孔）變形過程中金屬主要沿環(huán)向流動，這是因為（根據(jù)矩形截面拔長進(jìn)行分析）：⑴變形區(qū)沿環(huán)向的尺寸大，沿軸向的尺寸?、票诤窦巴舛藢η邢蛄鲃拥淖枇π、禽殙狠喅驶⌒?，有利于金屬的切向流動92出現(xiàn)質(zhì)量問題1、壁厚不均產(chǎn)生原因：坯料加熱不均，錘擊輕重不均，或轉(zhuǎn)動時送進(jìn)量不均等。解決辦法：在芯棒上焊接一壁厚等于鍛件壁厚的圓環(huán)作為擋鐵。93●輾壓擴(kuò)孔應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)與孔相同，不同之處在于輾壓擴(kuò)孔中工具是旋轉(zhuǎn)的，變形連續(xù)進(jìn)行，且有表面變形的特點，斷面凹坑。凹坑（魚尾）主要原因是環(huán)件壁厚與接觸弧長(環(huán)件與軋輥接觸