鍛造工藝過程及模具設(shè)計

鍛造工藝過程及模具設(shè)計第一章概述1.1鍛造生產(chǎn)1.2鍛造生產(chǎn)的發(fā)展過程1.3鍛造技術(shù)發(fā)展的未來1.1鍛造生產(chǎn)

鍛造的目的是使坯料成形及控制其內(nèi)部組織性能達(dá)到所需幾何形狀、尺寸以及品質(zhì)的鍛件。一般鑄件的內(nèi)部組織和力學(xué)性能不如鍛件。比較重要的零件都選用鍛造工藝過程生產(chǎn)。

原則上任何一種金屬材料都可用鍛造方法制成鍛件或零件。隨著鍛造工業(yè)的發(fā)展，鍛件的精度和表面粗糙度逐步達(dá)到了車床、銑床加工的水平。特別是粗糙度，有的精鍛件甚至超過磨削加工水平。

冷鐓、冷擠壓、冷精壓件（鍛件）可以不需機(jī)械加工或少量機(jī)械加工而直接裝機(jī)使用。

按所用的工具不同，鍛造可分為自由鍛和模鍛兩大類。

自由鍛（opendieforging）只使用簡單工具利用上下砧直接使坯料成形。模鍛（closdieforging）是利用模具使坯料成形。

隨著大型水壓機(jī)的出現(xiàn)，自由鍛件單件質(zhì)量達(dá)300～350噸以上，如大型吊鉤等。模鍛件的外徑達(dá)1000mm以上。重慶某廠有特大型鍛壓設(shè)備350MN(35000噸)水壓機(jī)。這種特大型水壓機(jī)可以用來壓制飛機(jī)零件如翅膀、起落架等。

為了發(fā)揮鍛造業(yè)的優(yōu)勢，增大每一品種的生產(chǎn)量，為集中生產(chǎn)和專門化生產(chǎn)創(chuàng)造條件，要按照相似的設(shè)計要求和制造條件對各種各樣的鍛件進(jìn)行科學(xué)分類并使之規(guī)格化和標(biāo)準(zhǔn)化。

將分散的鍛造廠（車間）相對集中，組合成地區(qū)性專門化鍛造中心(如有關(guān)軸承、齒輪、曲軸、連桿、葉片、輪盤、標(biāo)準(zhǔn)件的鍛造中心)，建立機(jī)械化、自動化程度高的鍛造生產(chǎn)線或生產(chǎn)車間，采用專門的鍛壓設(shè)備和模具裝置，按科學(xué)合理的工藝流程安排自動化生產(chǎn)相類似的鍛件組合，甚至可以綜合生產(chǎn)布局包括熱處理和機(jī)械加工等其它后續(xù)工序組成的生產(chǎn)線。

不僅鍛壓設(shè)備應(yīng)當(dāng)通用，而且工具、模具也應(yīng)當(dāng)做到通用。壓力機(jī)更適應(yīng)精鍛工藝。壓力機(jī)模鍛替代錘上模鍛，更易于實現(xiàn)機(jī)械化、自動化連續(xù)生產(chǎn)。

早在3000多年前，我國勞動人民就已熟練地應(yīng)用鍛造方法制造生產(chǎn)工具和各類兵器。河北藁城出土商代遺址中有兵器、金絲、金箔。1.2鍛造生產(chǎn)的發(fā)展過程

國內(nèi)外大多數(shù)鍛件仍處于毛坯生產(chǎn)階段，材料利用率只有40%～50%。自由鍛件大部分金屬變?yōu)榍行?。用鋼錠生產(chǎn)的自由鍛件，有25%～33%金屬作為冒口和底部切除。

模鍛件由于帶有機(jī)械加工余量、毛邊工藝輔料，以及加熱火耗等，材料利用率一般在50%左右。模鍛流程是指生產(chǎn)一個鍛件所經(jīng)過的模鍛生產(chǎn)過程，一般指備料、加熱、模鍛切邊、沖孔、熱處理、酸洗、清理、校正。

模鍛件占的比重說明了一個國家生產(chǎn)水平、生產(chǎn)率、材料利用率、生產(chǎn)成本及產(chǎn)品品質(zhì)在國際競爭中的地位。上一世紀(jì)50年代末至60年代初，中國制造成功了萬噸水壓機(jī)（上海江南造船廠）和各種類型的鍛壓機(jī)械。

汽車、摩托車工業(yè)的發(fā)展，大大促進(jìn)了我國精鍛技術(shù)的發(fā)展。一般的冷、溫精鍛采用國產(chǎn)設(shè)備是可行的。當(dāng)擠壓件的產(chǎn)量在10萬件以上，品種有2到3個時，投資購買冷擠壓設(shè)備就會有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

我國開發(fā)熱精鍛、冷鍛和溫鍛技術(shù)的一些典型應(yīng)用實例：

復(fù)動(閉塞)鍛造工藝過程是先進(jìn)的精鍛技術(shù)之一，與傳統(tǒng)的鍛造方式不同。它不是通過模具直接鍛打坯料成形，而是在封閉的模具型腔內(nèi)，通過沖頭單向或雙向復(fù)動擠壓成形。北京機(jī)電研究所于1998年開發(fā)成功“控制成形”(FlowControlForming-簡稱FCF)技術(shù)并應(yīng)用于汽車空調(diào)渦旋壓縮機(jī)渦旋盤和汽車安全氣囊氣體發(fā)生器等復(fù)雜精密鋁合金零件(如下圖)的批量生產(chǎn)。

前軸的精密輥鍛-整體模鍛生產(chǎn)過程：生產(chǎn)線布置鳥瞰

25MN(2500噸)螺旋壓力機(jī)彎曲——終鍛成形

1000mm自動輥鍛機(jī)精密成型輥鍛

精密輥鍛-整體模鍛各道工藝過程的產(chǎn)品

20世紀(jì)70年代，南京航空學(xué)院的鋅鋁合金有色金屬超塑性成形，洛陽工學(xué)院的碳鋼等黑色金屬甚至模具鋼的超塑性成形，北京機(jī)電研究所和兵器工業(yè)第五九研究所等單位的超塑性成形，都取得了一定的成績。

從上一世紀(jì)70年代開始，國內(nèi)有不少單位開展擺動輾壓研究，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、武漢理工大學(xué)、清華大學(xué)、中國兵器工業(yè)第五九研究所等。

2005年“汽車摩托車齒輪類零件冷擺輾精密成形關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎。

溫鍛較熱鍛可獲得較高精度的鍛件，如外星輪三銷套溫鍛-冷精整成形自動化生產(chǎn)線，30CrMnSiNi2A超高強(qiáng)度鋼殼體零件溫擠壓-冷變薄拉深生產(chǎn)線。粉末鍛造工藝過程能提高粉末冶金件的密度，大大提高了粉末件的抗拉強(qiáng)度。用板料毛坯代替體積毛坯的鍛造工藝過程也在發(fā)展之中。鍛造工藝過程飛速發(fā)展的同時也大大促進(jìn)了鍛壓設(shè)備的發(fā)展。鍛壓成形所使用的設(shè)備應(yīng)具有良好的剛性、良好的可靠性和穩(wěn)定性，對生產(chǎn)工序要能自動監(jiān)控和具備檢測功能，要有精密的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，等等。摩擦壓力機(jī)是我國20世紀(jì)的主要鍛壓設(shè)備。

20世紀(jì)50年代國內(nèi)出現(xiàn)了熱模鍛壓機(jī)，70年代中國第二汽車制造廠用它完全取代了模鍛錘。

1.3鍛造技術(shù)發(fā)展的未來

1.3.1數(shù)字化塑性成形技術(shù)鍛造技術(shù)發(fā)展的未來是鍛造技術(shù)數(shù)字化。發(fā)達(dá)國家重視鍛造業(yè)的發(fā)展，不僅著眼于鍛造業(yè)在本國工業(yè)產(chǎn)值中所占比例、對國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)、就業(yè)安排，而且更重視鍛造行業(yè)為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)提供重要的物質(zhì)技術(shù)，把鍛造行業(yè)看成是經(jīng)濟(jì)高級化不可缺少的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。

數(shù)字化主要體現(xiàn)在對鍛造過程和產(chǎn)品品質(zhì)、成本、效益的預(yù)測和可控程度。實用中已對汽車發(fā)動機(jī)連桿精密鍛造、汽輪機(jī)和壓縮機(jī)葉片輥鍛－模鍛的工藝過程和模具設(shè)計制造應(yīng)用了CADCAM一體化技術(shù)，如下圖所示。

計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)（CAD）和輔助制造系統(tǒng)（CAM）結(jié)合，便構(gòu)成了自動控制集成系統(tǒng)，即由計算機(jī)控制的自動化信息流對鍛件的工藝過程設(shè)計、鍛模的機(jī)械加工、裝配、檢驗和管理進(jìn)行連續(xù)處理，并且發(fā)展到以它為中心的鍛件、鍛模設(shè)計制造和鍛造過程模擬(CAE)一體化的自動控制系統(tǒng)。鍛造過程模擬技術(shù)(CAE)亦稱鍛造工藝過程虛擬制造技術(shù)或鍛造過程的計算機(jī)輔助工程分析。

鍛造過程模擬技術(shù)(CAE)豐富了塑性成形機(jī)理的研究手段，使塑性成形向智能化方向發(fā)展，為鍛模的設(shè)計制造提供了科學(xué)基礎(chǔ)，改善了鍛造工程師的工作環(huán)境，節(jié)省了試制費(fèi)用和設(shè)計時間，縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，改進(jìn)和提升了傳統(tǒng)鍛造工藝過程及模具設(shè)計水平。在實際應(yīng)用中采用三維模擬技術(shù)，對渦旋盤流動控制成形過程進(jìn)行的模擬，如下圖：圖1.11渦旋盤控制成形（FCF）工藝過程的三維模擬

鍛造過程模擬技術(shù)(CAE)通過引入計算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù)，架起了聯(lián)系材料科學(xué)基礎(chǔ)理論與熱加工工程實際的橋梁，使基礎(chǔ)學(xué)科的理論能夠直接定量地指導(dǎo)鍛造過程，改變鍛造過程設(shè)計中長期依賴經(jīng)驗的落后狀況。它使工藝設(shè)計由經(jīng)驗判斷走向定量分析，使鍛造過程由“技藝”發(fā)展為真正的工程科學(xué)，是信息化提升傳統(tǒng)工藝過程水平的一個重要體現(xiàn)。鍛造技術(shù)的發(fā)展還必須注意科學(xué)化和可控化。鍛造生產(chǎn)不再是簡單的坯件供應(yīng)，要發(fā)展為零件、部件供應(yīng)，還可以在產(chǎn)品初步設(shè)計階段，針對零件的可生產(chǎn)性，提供快速分析手段，形成將設(shè)計思想轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品原型零件，直至市場效果的快速評估系統(tǒng)。做到“設(shè)計、制造、營銷”一體，協(xié)同實現(xiàn)對市場需求的快速響應(yīng)。鍛造技術(shù)的發(fā)展已不僅是單純鍛造成形技藝的推陳出新，而是各種新材料、傳感技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、液壓技術(shù)、表面技術(shù)與鍛造原理的融合。鍛造技術(shù)將實現(xiàn)低噪音、少污染、對改善人類居住和工作環(huán)境有利。1.3.2鍛壓設(shè)備與鍛壓工藝技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

國家鍛壓加工能力主要體現(xiàn)為鍛壓設(shè)備能力與鍛壓工藝過程技術(shù)能力。鍛壓設(shè)備能力包括自有鍛造設(shè)備能力、模鍛設(shè)備能力、環(huán)形件輾擴(kuò)鍛造能力和板材成形設(shè)備能力。

1.鍛壓設(shè)備的大型化發(fā)展趨勢

由于鍛壓生產(chǎn)需要巨大的變形力，對大型零件的鍛造離不開重型鍛壓設(shè)備，成形力在100MN(萬噸級)以上。從某種意義說，重型鍛壓設(shè)備及其所能鍛造的大型零件的品質(zhì)，體現(xiàn)著一個國家重大裝備的制造能力。2.鍛壓設(shè)備和鍛壓工藝過程技術(shù)的自動化、精密化發(fā)展趨勢鍛造工業(yè)隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而壯大。一個國家汽車鍛件占鍛件總產(chǎn)量的比例反映了鍛造工藝過程技術(shù)與裝備的水平。我國是鍛件生產(chǎn)大國，鍛件總產(chǎn)量居世界前三位。汽車鍛件的巨大市場和產(chǎn)品品質(zhì)決定了我國鍛壓設(shè)備和鍛壓工藝過程技術(shù)向著自動化、精密化方向發(fā)展是必然趨勢。3.鍛壓設(shè)備和工藝過程技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展—綠色制造綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是使產(chǎn)品在整個生命周期中對環(huán)境影響最小，資源利用率最高。鍛壓生產(chǎn)決定了鍛壓設(shè)備和工藝過程對資源的消耗大，對環(huán)境的污染比較嚴(yán)重。鍛壓設(shè)備在制造領(lǐng)域中扮演著越來越重要的角色，因此鍛壓生產(chǎn)實現(xiàn)綠色制造的意義和經(jīng)濟(jì)效果尤為突出。鍛壓設(shè)備是裝備制造業(yè)中體現(xiàn)制造能力的重要手段，在國家重大工程項目和汽車工業(yè)中起著舉足輕重的作用。

我國鍛壓設(shè)備和鍛壓工藝技術(shù)應(yīng)該向大型化、自動化、精密化和綠色鍛造方向發(fā)展。第2章

鍛造用原材料及

坯料準(zhǔn)備

2.1鍛造用原材料鍛造用坯料一般為棒、板、管狀的黑色金屬、有色金屬和貴金屬。圓柱體毛坯要考慮高徑比H/d,當(dāng)高徑比H/d≥2時，要預(yù)制坯，防止在成形過程中彎曲失穩(wěn)，或產(chǎn)生彎曲，形成折疊；H/d較小時，可采用板料下料。薄板毛坯采用普通沖裁落料或精密沖裁下料2.1.1黑色金屬種類舉例普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q195、Q215、Q235優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼10、20、30、40

合金結(jié)構(gòu)鋼鉻鋼20Cr、30Cr、40Cr鉻鉬鋼20CrMo、30CrMo、40CrMo鉻鎳鉬鋼20CrNiMo、30CrNiMo鉻錳鋼20CrMn、30CrMn

不銹鋼奧氏體鋼0Cr18Ni9、0Cr17Ni11MoZ、00Cr18Ni10馬氏體鋼1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2鐵素體鋼1Cr17、0Cr13部分冷鍛用鋼

冷鍛用材料

狀態(tài)

鋼熱軋退火狀態(tài)；熱軋退火后的剝皮材或無心磨削坯料；經(jīng)小變形量拉拔的棒材；退火狀態(tài)的拉拔棒材；鑄錠；鍛坯

有色金屬熱軋棒材；熱軋板材；退火狀態(tài)的擠壓坯料；退火狀態(tài)的拉拔坯料；鑄件冷鍛用材料狀態(tài)冷鍛用鋼的尺寸公差圓鋼外徑mm允差mm圓度mmd<9.00+0-0.03<0.0159.0≤d<18.0+0-0.04<0.02d≥18.0+0-0.05<0.025

剝皮料、無心磨削料的直徑公差為0.05~0.1mm。棒材彎曲度≤1%。管材壁厚差<0.3mm。薄壁管的精度要高一些。鍛造用鋼的宏觀缺陷表面缺陷一般包括裂紋、疤痕、折疊和夾雜等。內(nèi)部缺陷包括低倍缺陷和顯微缺陷。低倍缺陷主要有殘余縮孔、疏松、氣孔、裂紋、樹枝晶偏析、異金屬夾雜等。顯微組織缺陷主要有非金屬夾雜物和晶粒度不合格(1)折疊折疊是軋材表面的常見缺陷，折痕方向為軋制方向，邊緣彎曲不齊，有時存在一些氧化物夾雜物。這些夾雜物一般較長，在棒材兩側(cè)對稱分布。若棒材表面存在折疊，必須剝皮去掉。否則將使大批成形件成為廢品。(2)劃痕材料縱向劃痕的產(chǎn)生是由于在軋制、擠壓、拉拔過程中，表面金屬的流動受到孔型或模具上某種機(jī)械阻礙（如毛刺、斑痕及積瘤）而形成的。在低溫下形成的劃痕，其根部有輕微的變形，附近沒有脫碳和氧化現(xiàn)象。劃痕能使棒材、板材報廢，是造成冷鍛成形件開裂的主要原因。(3)發(fā)紋

發(fā)紋一般順著鋼材的纖維方向，長短不一，細(xì)如發(fā)絲，頭部較淺較尖。往往在發(fā)紋中可以發(fā)現(xiàn)夾雜物，發(fā)紋的周圍無氧化脫碳現(xiàn)象。鋼材表面的發(fā)紋是冷鍛成形用鋼的一個重大缺陷。在冷鍛成形后開裂的零件中，多數(shù)由于產(chǎn)生這種缺陷引起。

鋼的低倍組織(1)偏析(2)縮孔殘余(3)白點(diǎn)(1)偏析偏析是鋼錠在凝固過程中產(chǎn)生的化學(xué)成份以及雜質(zhì)的不均勻現(xiàn)象。主要類型有方框偏析、點(diǎn)狀偏析和枝晶偏析。碳化物偏析會降低鋼的鍛造性能，嚴(yán)重者在熱加工過程中零件內(nèi)部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，引起鍛件開裂。嚴(yán)重硫偏析的存在，會造成材料強(qiáng)度的顯著降低，在零件加工后服役使用的過程中，易產(chǎn)生早期脆性斷裂。(2)縮孔殘余縮孔：鋼錠在凝固過程中，由于各部分結(jié)晶先后不同以及體積收縮，在鋼錠頭部的軸心處形成縮孔?？s孔殘余：鋼錠在開坯時未能全部去掉縮孔，縮孔殘留在隨后鍛軋好的鋼材之中，這就是縮孔殘余。（3）白點(diǎn)白點(diǎn)是由于鋼中存在一定量的氫和各種應(yīng)力（組織應(yīng)力、溫度應(yīng)力、塑性變形后的殘余應(yīng)力等）共同作用產(chǎn)生的。白點(diǎn)是隱藏在鍛坯內(nèi)部的一種缺陷，在鋼坯的縱向斷口上呈圓形或橢圓形的銀白色斑點(diǎn)，在橫向斷口上呈細(xì)小裂紋，顯著降低鋼的韌性。非金屬夾雜物

非金屬夾雜物在鋼中破壞了金屬基體的連續(xù)性，使材料的塑性和韌性降低；當(dāng)夾雜物呈鏈條狀分布，或者沿著晶界分布時，對金屬的力學(xué)性能，特別是動載荷下的力學(xué)性能的影響更為嚴(yán)重，常常由于應(yīng)力集中而導(dǎo)致零件突然斷裂。

鋼中常見的非金屬夾雜物(1)硫化物(2)硅酸鹽夾雜物(3)氧化物(4)夾渣(1)硫化物若鋼中含錳量較低，硫與鐵化合生成硫化鐵，硫化鐵與鐵形成共晶體。熱脆：硫化鐵熔點(diǎn)只有985℃，經(jīng)常存在于晶界處。一般鋼材在800~1200℃軋制或鍛造時，由于共晶體的熔化，導(dǎo)致鋼材沿晶界開裂，這種現(xiàn)象稱為“熱脆”。當(dāng)鋼中含錳量較高時可優(yōu)先形成硫化錳，可減輕硫的有害影響。如果鋼中存在較多的硫化物，將顯著降低材料的疲勞性能，尤其是橫向力學(xué)性能。

(2)硅酸鹽夾雜物硅酸鹽夾雜物可分為塑性和脆性兩種。塑性硅酸鹽的形態(tài)與硫化錳相似，也沿著鋼材軋制方向延伸，呈長條狀。脆性硅酸鹽也沿著金屬流動方向分布，在金屬變形時容易發(fā)生脆裂。(3)氧化物鋼中氧化物主要有FeO、SiO2及Al2O3等FeO很脆，熱加工過程中幾乎不發(fā)生變形，只有在很大的壓力下才稍呈橢圓形。SiO2在鋼中很少單獨(dú)存在，經(jīng)常與其它氧化物形成復(fù)雜化合物。Al2O3在顯微鏡的明場下觀察呈暗灰?guī)ё仙?，它的外形不?guī)則，常以細(xì)小顆粒積聚成群分布。Al2O3硬度高、脆性大，外形有棱角。在鋼中起到尖銳的缺口作用。(4)夾渣夾渣是用肉眼可觀察到的大塊夾雜物。夾渣通常是由于冶煉以及澆注過程中，鋼液表面的爐渣，或者從出鋼槽、鋼水包等內(nèi)壁剝落的耐火材料，在鋼液凝固前未能浮出，存留在鋼錠內(nèi)部。鋼材中存在大塊肉眼可見的夾雜物是不允許的鋼的晶粒度鋼的晶粒度一般指鋼的奧氏體晶粒大小，奧氏體晶粒度包括本質(zhì)晶粒度和實際晶粒度兩種。本質(zhì)晶粒度是指鋼加熱到930℃時所具有的奧氏體晶粒的大小。它表示該鋼的奧氏體晶粒長大傾向。實際晶粒度是指鋼在某一具體熱處理條件下所獲得的奧氏體晶粒的大小。它主要取決于加熱溫度和熱加工工藝過程制度。45鋼在不同回火溫度下晶粒度與沖擊韌度和硬度的關(guān)系序號回火溫度/℃晶粒度（7~8級）晶粒度（1~2級）ak(J/cm2)HBak(J/cm2)HB1315102.7

24217.02672425132.023421.02123540164.020731.02124650209.0

18770.0184鋼的實際晶粒度鋼的實際晶粒度過大，會顯著地惡化鋼材的塑性。鋼材的晶粒度較大時，其加工性能較好，淬透性可以提高。鋼的顯微組織(1)珠光體形態(tài)(2)表面脫碳層(3)再結(jié)晶組織(1)珠光體形態(tài)粗大片狀珠光體不利于冷鍛加工成形，而細(xì)小的球狀珠光體可顯著地提高鋼材塑性變形的能力。鋼材的金相組織由粗變細(xì)，由片狀變?yōu)榍驙?，冷鍛成形時不易開裂。對珠光體含量較多的中碳鋼和中碳合金鋼，在冷鍛前必須進(jìn)行球化處理，以便獲得均勻細(xì)致的珠光體。(2)表面脫碳層鋼材表面的脫碳層影響零件的強(qiáng)度及疲勞性能，降低零件的使用壽命。對冷鍛成形用毛坯一般要求在退火后車加工剝皮；退火后不車加工剝皮，那么每邊脫碳層深度不得大于其直徑的1.5%。（3）再結(jié)晶組織對于某些零件，為了保證其有較高的韌度和塑性，需要采用再結(jié)晶退火處理。再結(jié)晶處理時，要控制的主要參數(shù)是加熱溫度。鋼材再結(jié)晶時的初始溫度與冷鍛形變的程度也有關(guān)。2.1.2有色金屬和貴金屬純鋁、純銅成形容易；合金成份高的鋁合金變形性能差，難于成形；黃銅的變形抗力相當(dāng)于低碳鋼；純鎳、銀等成形容易。精鍛用有色金屬和貴金屬種類舉例鋁及其合金純鋁L2、L4、L6；防銹鋁LF21；鍛鋁LD2、LD10、LD31；硬鋁LY12、超硬鋁LC4鉛及其合金純鉛、鉛合金鋅及其合金純鋅、鋅合金錫及其合金純錫、錫合金銅及其合金純銅T2、無氧銅TU1、黃銅H65、H80、H96、鋅白銅Bzu15~20、白銅B19貴金屬鉑、金、銀、鎳、鈦、白金有色金屬和貴金屬的缺陷（1）鋁合金的氧化膜在熔煉工程中，敞露的熔體液面與大氣中的水蒸氣或其它金屬氧化物相互作用形成的氧化膜，在澆注時被卷入液體金屬內(nèi)部，鑄錠經(jīng)軋制或鍛造，其內(nèi)部的氧化物被拉成條狀或片狀，降低了橫向力學(xué)性能。（2）粗晶環(huán)鋁合金、鎂合金擠壓棒材，在其圓斷面的外層區(qū)域，常出現(xiàn)粗大晶粒，稱為粗晶環(huán)。粗晶環(huán)的產(chǎn)生與許多因素有關(guān)，其中主要是由于擠壓過程中金屬與擠壓筒之間的摩擦過大。有粗晶環(huán)的棒料，鍛造時容易開裂，如粗晶環(huán)保留在鍛件表層，會降低鍛件的性能。因此，鍛前須將粗晶環(huán)車去2.2下料和下料方法下料是自由鍛和模鍛的第一道工序。不同的下料方式，直接影響著鍛件的精度、材料的消耗、模具與設(shè)備的安全以及后續(xù)工序過程的穩(wěn)定。下料方法的優(yōu)缺點(diǎn)傳統(tǒng)的下料方法的下料品質(zhì)均不太理想，斷口不齊，坯料的長度與品質(zhì)重復(fù)精度低。離子束切割、電火花線切割等新型下料方法，能鋸切很硬的材料，剪切品質(zhì)很好，但成本高，不宜用于大批量生產(chǎn)。金屬帶鋸下料既能得到高的下料精度，又能適應(yīng)大批量生產(chǎn)。

傳統(tǒng)的下料方式：坯料體積和余量計算坯料體積應(yīng)以制件本身的體積為基礎(chǔ)，加上精鍛成形后飛邊、沖孔、切削加工等消耗的廢料體積。廢料體積大體占整個坯料體積的10%~30%，在特定情況下也可小到5%，大到50%。在采用冷精鍛工藝過程生產(chǎn)零件時，特別是在大批量生產(chǎn)的情況下，應(yīng)該優(yōu)先考慮節(jié)省材料。一般小件精鍛時，坯料直徑比模具內(nèi)腔直徑小0.1~0.2mm。

2.2.1剪切法一般棒料剪切法一般棒料剪切法有：剪床剪切、沖床剪切。在剪床上剪切的棒料截面尺寸在φ15~（φ150~φ200）mm。剪床的大小，一般由強(qiáng)度極限為450MPa的鋼材被剪切的最大直徑表示。棒料的剪切過程如下圖所示。圖2.2棒材的剪切過程

z值的大小與所剪切材料的力學(xué)性能有關(guān)。最差的情況下z值最大可達(dá)0.15~0.20倍棒料直徑。如果剪切質(zhì)量很好，在棒料的剪切端部只產(chǎn)生不大的壓痕（如圖2.2(d)）。剪切缺陷(如圖2.2(e))（1）端面裂紋y；（

2）端面剪切斜度χ過大；（

3）毛刺m；（

4）端面上產(chǎn)生凹陷w；（

5）較大的壓痕z。全封閉剪切模具裝置如下圖：圖2.3全封閉剪切模具裝置1－固定剪刀；2－坯料；3－活動剪刀；4－滑板5－上壓頭；6－打料銷；7－推料彈簧；8－推簧閥9－定位螺釘；10－滑輪；11－斜塊座；12－復(fù)位彈簧13－限位螺釘；14－棒料精密模鍛對下料的品質(zhì)要求

生產(chǎn)中評定毛坯的剪切質(zhì)量和精度，通常以，，，，和等技術(shù)參數(shù)或以、、、、等數(shù)值來表示。參見下圖。、、、、和分別為毛坯的體積偏差（或重量偏差）、塌陷、壓塌、截面不平度，截面橢圓度和截面傾角。為剪切后的毛坯實際體積與精鍛工藝所要求的毛坯體積的差值,v為精鍛工藝所要求的毛坯體積。

圖2.4評價毛坯剪切品質(zhì)的一些技術(shù)參數(shù)、－分別為靜、動剪刀形成的壓塌深度－截面不平度；－截面傾角；、－分別為棒料直徑和毛坯最小直徑；－截面光亮帶寬度；L－毛坯長度鍛造工藝對剪切的質(zhì)量要求精密棒料剪切法利用專用剪斷機(jī)的徑向夾緊剪切；在普通壓力機(jī)上安裝專用模具的徑向夾緊剪切。圖2.5徑向夾緊剪切原理1－動剪刀；2－夾緊塊；3－棒料；4－靜剪刀；5－擋板

徑向夾緊剪切原理如下圖所示：圖2.6差動式剪切模的工作原理

1－楔塊；2-楔形滑板；3-彈4－剪刀；5－棒料差動式剪切模的工作原理如下圖所示：2.2.2鋸切法

一般鋸切弓形鋸鋸條往復(fù)運(yùn)動，鋸割效率低，而且鋸斷大直徑圓鋼時，鋸條要加厚，材料利用率降低。圓盤鋸在鋸斷大直徑圓鋼時，必須使用大直徑的圓鋸片，機(jī)器也變大。鋸縫越大，材料利用率越低。弓形鋸、圓盤鋸、帶鋸機(jī)鋸切坯料時消耗鋸縫的質(zhì)量比為：1.56:1.87:1。帶鋸鋸切金屬帶鋸主要由六個部分構(gòu)成：變速機(jī)構(gòu)鋸帶張緊裝置無級變速液壓控制系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)鋸刷床身。下圖為GZ4025型臥式帶鋸的外形圖

圖2.7GZ4025型臥式帶鋸的外形圖雙金屬鋸帶

目前常用的金屬帶鋸鋸帶以高速鋼為齒部材料，以彈簧鋼為背部材料，通過電子束復(fù)合后開齒而成的雙金屬鋸帶。

圖2.8電子束焊接的雙金屬鋸帶典型鋸齒形狀如下圖：(a)a((b)(b)(c)(d)(e)

圖2.9典型鋸齒形狀(a)標(biāo)準(zhǔn)齒；(b)強(qiáng)力齒；(c)MG齒；(d)ACG齒；(e)變化齒

鋸齒定向也影響鋸帶的切削性能。如圖所示為三種典型的鋸齒定向型式：(a)(b)(c)

圖2.10典型的鋸齒定向形式(a)耙形定向；(b)波狀定向；(c)直線定向2.2.3其它下料方法砂輪切斷：由于砂輪高速旋轉(zhuǎn)下的熱影響，產(chǎn)生粉塵，噪音，污染環(huán)境。可燃?xì)怏w熔斷：主要是在切斷的過程中受到熔斷熱影響，材料的組織會發(fā)生變化，形成變質(zhì)層，需采用熱處理工藝過程消除這種變化。放電切割：成本高，普及率低，不能廣泛用于鋼材的切斷，只宜于應(yīng)用在經(jīng)過熱處理以后的模具以及高硬材料零件的切割。激光切割：在板料加工上用得較多，但在棒材、型材的切割上用得較少。2.3模鍛時的潤滑模鍛時接觸面上的單位壓力一般在800～1200MPa，也有高達(dá)2500MPa，溫度一般在1150～1200℃。在如此高的壓力和溫度下，建立潤滑膜非常困難，模鍛時變形金屬與模膛表面間的摩擦，將使模膛表面磨損，增大金屬的流動阻力并造成脫模困難。2.3.1傳統(tǒng)熱模鍛潤滑劑和溫鍛潤滑劑熱模鍛潤滑劑配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）使用石墨潤滑劑的一般要求使用石墨潤滑劑時，要求石墨純要高，粒要細(xì)。一般礦區(qū)提供的石墨純度平均在82%左右，粒度在40～140左右。在石墨中加入某種在升溫過程不能脫掉結(jié)晶水的無機(jī)鹽，可使石墨在升溫過程中不斷得到微量水分，保證提高石墨高溫潤滑性能。在水基石墨中加人少量親液膠體或締合膠體的分散劑，能顯著提高溶膠對電解質(zhì)的穩(wěn)定性，保護(hù)石墨顆粒不致凝聚結(jié)團(tuán)。為了減少石墨的表面張力，加入少量表面活性利，使水與液體或固體的表面張力顯著下降，以增強(qiáng)石墨能均勻地分散在水中的能力，防止石墨沉積。具有多性能的水基石墨潤滑劑的成分，其配方主要是由固體石墨和無機(jī)鹽類及介質(zhì)組成。無機(jī)鹽在潤滑劑中主要起潤滑脫模、絕熱和高溫濕潤作用。溫鍛潤滑劑可用作碳鋼和不銹鋼在300～700℃溫度下溫鍛的潤滑劑：2.3.2新型綠色熱精密模鍛潤滑劑由于石墨在生產(chǎn)和使用過程中可能對環(huán)境造成污染，21世紀(jì)以來，美國、德國、日本正推廣使用非石墨型復(fù)合材料合成的模鍛潤滑劑。國產(chǎn)DF型非石墨型復(fù)合材料具有良好的潤滑性能，可減少模鍛變形力，保證模鍛件易于脫模，有效延長模具使用壽命1～5倍。DF型非石墨型模鍛潤滑劑物理特性

DF型非石墨型復(fù)合材料合成的模鍛潤滑劑為膠態(tài)，在原封裝情況下保存12個月后潤滑性能仍不變。具有如下物理特性：

液體成分：去離子水。比重：1.1～1.2。

PH值：9~10。結(jié)冰點(diǎn)：0℃(32°F)。DF型非石墨型模鍛潤滑劑的優(yōu)點(diǎn)無色、透明，無任何毒性，使用安全，無煙、不燃燒。不產(chǎn)生沉淀。對鍛件無任何腐蝕作用，易洗滌清除。鍛壓后自然揮發(fā)，表面不留殘渣，自然附著一層油膜，保證鍛件表面光潔、美觀和避免模具型腔生銹。

2.4鋼的軟化退火退火軟化處理是為了減小變形抗力，提高塑性。對于含碳量0.3%以上的鋼材（共析鋼和過共析鋼），需作珠光體球化處理。參見下圖。對于含碳量0.2%以下的鋼（亞共析鋼）及非鐵金屬，鋼的加熱溫度可在Ac3相變點(diǎn)以上，按含碳量的不同在820~930℃變化。圖2.11珠光體球化處理曲線

a)碳素鋼b)合金鋼軟化退火退火后的坯料晶粒細(xì)化，改善了鋼的硬化性能，降低了硬度，一般為90~165HBs。退火還能使鋼的成份和組織均勻，消除前一工序中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，對于保證冷鍛件品質(zhì)起著舉足輕重的作用。為了避免退火時發(fā)生氧化或者脫碳，降低成本，縮短生產(chǎn)周期，得到光潔或光亮的表面，確保材料的力學(xué)性能，保證產(chǎn)品品質(zhì)，可以對材料進(jìn)行真空退火或保護(hù)氣氛熱處理，即所謂的光潔退火。20鋼不同熱處理狀態(tài)下的力學(xué)性能采用磷化處理可以使鋼坯料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成磷酸鹽被膜。磷酸鹽被膜是無機(jī)鹽，由細(xì)小片狀結(jié)晶組織構(gòu)成，它呈多孔狀態(tài)，對潤滑劑有很好的吸附作用。磷酸鹽被膜與鋼表面結(jié)合得很牢固，而且磷酸鹽被膜具有一定的塑性，冷擠壓和冷鍛時與鋼材一起變形，坯料和模具不直接接觸。磷化膜由磷酸鹽溶液與金屬鐵相互作用生成。2.5鋼的磷化處理

2.5.1鋼制坯料的一般磷化處理工藝2.5.2鋼制坯料的快速磷化處理工藝磷化液成份的調(diào)整工藝過程(1)當(dāng)游離酸度低時，加入馬日夫鹽。每升溶液加5~6g，可提高游離酸度1點(diǎn)。當(dāng)游離酸度高時，可加入ZnO。(2)游離酸度正常時，加入Zn（NO3）2

可提高總酸度，若降低總酸度則可加H2O稀釋。加入馬日夫鹽也可提高總酸度。如每升溶液加入1g馬日夫鹽，可提高總酸度1點(diǎn)。2.5.3磷化處理操作過程要點(diǎn)（1）處理液槽的體積要根據(jù)處理坯件質(zhì)量大小合理選擇，一般以1m3為宜。水洗、中和、脫脂、被膜處理、潤滑處理宜于采用鋼板制的液槽，磷酸鹽處理、酸洗時內(nèi)表面應(yīng)襯以不銹鋼板。在對不銹鋼進(jìn)行草酸鹽被膜處理和潤滑處理時，草酸鹽液槽宜用木槽或在鋼板槽內(nèi)表面襯橡皮。（2）加熱裝置可為電熱、蒸汽加熱等直接加熱裝置；加熱溫度不能低于或高于規(guī)定的加熱溫度；所配制的磷化液或其它溶液濃度不合適時，應(yīng)隨時添加水，注意水中含不超過30mg/l，硬度不超過15度。(3)坯料的攪拌很重要。(4)處理液槽可按直線布置。干燥要充分。被膜處理和潤滑處理過的坯料，應(yīng)充分干燥。

2.5.4被膜處理過的坯料潤滑被膜處理過的坯料，一般用被膜潤滑劑潤滑。被膜潤滑劑是以硬脂酸鈉（C17H35COONa肥皂為主要份,5~9g/l）和磷酸鹽起反應(yīng)生成金屬皂而產(chǎn)生潤滑效果；冷擠壓和冷鍛時，可以對被膜處理后的坯料薄薄地涂上一層低粘度的動、植物油；對于鋁合金和銅合金冷擠壓和冷鍛成形時，可采用羊毛脂、豬油、棕櫚油、菜油作潤滑劑。2.5.5磷化膜品質(zhì)不良的形式（1）不產(chǎn)生磷化膜或磷化膜太薄。（2）磷化膜有空白片。（3）磷化膜結(jié)晶粗大。（4）磷化膜膜層有黃色沉淀物。磷化膜品質(zhì)不良的形式（5）磷化膜分布不均勻，有花斑。（6）磷化膜層有掛灰。（7）磷化膜呈紅銹色。（8）磷化膜生黃銹，磷化膜結(jié)晶粗大。第三章

鍛造的加熱規(guī)范鍛前加熱 提高金屬塑性，降低變形抗力，使坯料易于變形并獲得良好的鍛件。鍛后冷卻和熱處理獲得良好的鍛后組織，便于機(jī)械加工。3.1一般加熱方法

加熱方法：火焰加熱和電加熱1、火焰加熱 利用燃料燃燒時所產(chǎn)生的熱量，通過對流、輻射加熱坯料。燃料來源方便、加熱爐修造容易、 加熱費(fèi)低、適應(yīng)性強(qiáng)。 缺點(diǎn)：：勞動條件差，加熱速度慢，質(zhì)量低、熱效率低。應(yīng)用范圍：大、中、小型坯料。2電加熱利用電能轉(zhuǎn)換熱能來加熱坯料。

1）電阻加熱電阻加熱與火焰加熱原理相同，根據(jù)發(fā)熱元件的不同分為：電阻爐加熱、鹽浴爐加熱、接觸電加熱

電阻爐加熱原理：利用電流通過爐內(nèi)的電熱體產(chǎn)生的能量，加熱爐內(nèi)的金屬坯料。原理如圖3.1。電熱體材料：鐵鉻鋁合金 鎳鉻合金碳化硅元件二硅化鉬

圖3.1電阻爐原理圖1－電熱體2－坯料3－變壓器●鹽浴爐加熱原理：電流通過爐內(nèi)電極產(chǎn)生的熱量把導(dǎo)電介質(zhì)——鹽熔融，通過高溫介質(zhì)的對流與傳導(dǎo)將埋入介質(zhì)中的金屬加熱?！覃}浴爐的分類：按照熱源的位置分外熱式和內(nèi)熱式。●鹽浴爐加熱的優(yōu)點(diǎn)：升溫快、加熱均勻，可以實現(xiàn)金屬坯料整體或局部的無氧化加熱。●鹽浴爐加熱的缺點(diǎn)：熱效率低、輔助材料消耗大、勞動條件差。

圖3.2電極鹽浴爐原理圖

1－電熱體2－高溫計3電極

4－熔鹽5－坯料6－變壓器●接觸電加熱的加熱原理：以低電壓（一般為2～15V）大電流直接通過金屬坯料，由坯料自身電阻在通過電流時產(chǎn)生的熱量加熱金屬坯料。原理如圖3.3。●接觸電加熱的優(yōu)點(diǎn):

速度快、燒損少、加熱范圍不受限制、熱效率高、耗電少、成本低、設(shè)備簡單、操作方便、使用于長坯料的整體或局部加熱的優(yōu)點(diǎn)?！窠佑|電加熱的缺點(diǎn)：對坯料的表面粗糙度和形狀尺寸要求嚴(yán)格。加熱溫度的測量和控制也比較困難。

圖3.3接觸電加熱原理圖1－變壓器2－坯料3－觸頭2）感應(yīng)加熱坯料放入通過交變電流的螺旋線圈內(nèi)，利用電磁感應(yīng)發(fā)熱直接加熱。速度快、質(zhì)量好、溫度易控制、燒損少、易實現(xiàn)機(jī)械化。適于精密成形的加熱。缺點(diǎn)：投資費(fèi)用高，加熱的坯料尺寸范圍窄、電能消耗大。圖3.4感應(yīng)電加熱原理圖1－感應(yīng)器2－坯料3－電源3.2少、無氧化火焰加熱3.2.1少、無氧化加熱 減少金屬的氧化燒損（使燒損量小于5％）和脫碳，限制氧化皮厚度在0.05～0.06mm以下。

提高加熱質(zhì)量，提高鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量、提高模具壽命。

快速加熱、少無氧化火焰加熱和介質(zhì)保護(hù)加熱。3.2.2少、無氧化火焰加熱采用火焰加熱的方法，通過控制燃燒爐氣的性質(zhì)，使鋼料加熱且少無氧化。這就稱為少無氧化火焰加熱?；鹧婕訜釙r，主要化學(xué)反應(yīng)為：

Fe+O2→2FeOFe3C+O2→Fe+CO2Fe+CO2→Fe+COFe3C+CO2→Fe+2COFe+H2O→FeO+H2Fe3C+H2O→3Fe+CO+H21）反應(yīng)是可逆反應(yīng)，向右：氧化反應(yīng)，向左：還原反應(yīng)。2）加熱時，與空氣消耗系數(shù)有關(guān)。 空氣消耗系數(shù)：又稱空氣過剩系數(shù)，是燃料燃燒實際供給的空氣量與理論計算空氣量之比。3）空氣充足時，爐氣呈氧化性，空氣不足時，爐氣呈還原性。4）控制反應(yīng)前后的生成物與反應(yīng)物的濃度比。爐氣和被加熱鋼材的平衡圖如下：AB線：爐氣為氧化性和還原性的分界線。鍛造加熱爐（爐溫1000～1300℃），α降到0.5或更低時，才會形成加熱爐正常工作條件的無氧化氣體，這時的爐氣成分應(yīng)保持為：

圖3.5爐氣和被加熱鋼材的平衡圖

3.3鋼加熱時的缺陷及防止措施氧化、脫碳；過熱、過燒；裂紋、開裂。3.3.1氧化、脫碳、增碳1、氧化1）金屬在高溫加熱時，表層中的離子和爐內(nèi)的氧化性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使表面生成氧化物，這種現(xiàn)象叫氧化，也叫燒損。2）氧化的實質(zhì)是一種擴(kuò)散過程。3）影響氧化的因素 金屬化學(xué)成分 爐氣成分 加熱溫度 加熱時間4）減少或消除加熱時金屬氧化的措施：快速加熱控制加熱爐氣的性質(zhì)爐內(nèi)應(yīng)保持不大的正壓力介質(zhì)保護(hù)加熱2脫碳1）坯料在加熱時，其表層的碳和爐氣中的氧化性氣體以及某些還原性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成坯料表層的含碳量減少，這一表層常稱脫碳層，這種缺陷既為脫碳。2）影響脫碳的因素爐氣成分坯料的化學(xué)成分加熱溫度加熱時間3）防止措施與防氧化的措施相同。3增碳

由于油和空氣混合得不太好，燃燒不完全，在坯料表面形成還原性的滲碳?xì)夥眨蚨a(chǎn)生增碳現(xiàn)象。 不良影響：鍛件力學(xué)性能變壞，在機(jī)械加工時易打刀。3.3.2過熱和過燒1、過熱當(dāng)鋼加熱超過某一溫度時，或在高溫下停留時間過長，會引起奧氏體晶粒迅速長大，這種現(xiàn)象稱為過熱。

a)鍛造變形大時，晶粒粗大組織一般可以消除。

b)鍛造變形小時，終鍛溫度高，鍛后冷卻時出現(xiàn)非正常組織。使強(qiáng)度和沖擊韌性降低。

c)增加生產(chǎn)周期和費(fèi)用。防止措施：遵守加熱規(guī)范，控制加熱溫度和加熱時間。避免截面尺寸相差大的坯料同爐加熱。控制爐氣的氧化性氣體。2過燒當(dāng)坯料加熱超過過熱溫度，并且在此溫度下停留時間過長，不但引起奧氏體晶粒迅速長大，而且還有氧化性氣體滲入晶界，這種缺陷稱為過燒。過燒時易形成易熔共晶氧化物，晶界局部熔化，使晶粒間結(jié)合完全破壞。過燒是加熱的致命缺陷，最后使坯料報廢。如坯料只發(fā)生局部過燒，可將過燒的部分切除。防止措施：遵守加熱規(guī)范，控制加熱溫度以及限制坯料在高溫時的停留時間。3.3.3裂紋如果坯料在加熱過程的某一溫度下，拉應(yīng)力超過它的強(qiáng)度極限，那么就要產(chǎn)生裂紋。產(chǎn)生裂紋的原因：溫度應(yīng)力；組織應(yīng)力；殘余應(yīng)力。3.4鍛造溫度范圍的確定鍛造溫度范圍是指坯料開始鍛造時的溫度和結(jié)束鍛造時的溫度之間的溫度區(qū)間。確定鍛造溫度范圍的原則： 使金屬具有良好塑性和較低的變形抗力；保證鍛件質(zhì)量； 鍛造溫度范圍盡可能寬。圖3.6碳鋼鍛造溫度范圍圖確定鍛造溫度范圍的方法： 以合金平衡相圖為基礎(chǔ)，參考塑性圖、抗力圖和再結(jié)晶圖，由塑性、質(zhì)量和變形抗力三個方面加以綜合分析。碳鋼鍛造溫度范圍的確定參見下圖：圖3.6碳鋼的鍛造溫度范圍

3.5鋼的加熱規(guī)范3.5.1金屬加熱規(guī)范制定的原則和方法1）加熱規(guī)范加熱規(guī)范（加熱制度）：爐溫－時間的變化曲線（有稱加熱曲線）表示加熱規(guī)范。加熱規(guī)范類型：一段、二段、三段、四段、五段。參見下圖：

圖3.7鍛造加熱類型2）制定加熱規(guī)范的基本原則優(yōu)質(zhì)、高效、低消耗。3）制定加熱規(guī)范的方法加熱規(guī)范的要素：溫度、速度和時間。加熱三階段：預(yù)熱、加熱和保溫。（1）裝料爐溫裝料爐溫決于溫度應(yīng)力，與鋼的導(dǎo)溫性和坯料的大小有關(guān)。導(dǎo)溫性好，尺寸小的鋼材，裝爐溫度不受限制。而導(dǎo)溫性差，尺寸大的鋼材，則應(yīng)規(guī)定裝爐溫度，并在該溫度下保溫一定時間。鋼錠加熱的裝爐溫度及保溫時間如下圖所示：

圖3.8鋼錠加熱的裝爐溫度及保溫時間1－Ⅰ組冷錠的裝爐溫度2－Ⅱ組冷錠的裝爐溫度3－Ⅲ組冷錠的裝爐溫度4－熱錠的裝爐溫度返回（2）加熱速度●加熱速度用單位時間內(nèi)金屬表面溫度升高的多少（℃/h）；或單位時間內(nèi)金屬截面熱透的數(shù)值mm2/min來表示。●最大可能的加熱速度●坯料允許的加熱速度[v]圓柱體坯料允許加熱速度[v]

加熱導(dǎo)熱性好的坯料時，用最大的加熱速度加熱。 加熱導(dǎo)熱性差的坯料時，在低溫階段，以坯料允許的加熱速度加熱，升到高溫后，按最大加熱速度加熱。（3）保溫時間保溫目的（1）裝爐溫度下的保溫：防止金屬在溫度應(yīng)力作用下破壞。特別是鋼在200～400℃可能因藍(lán)脆而發(fā)生破壞。（2）700～850℃的保溫：減少前段加熱后鋼料截面上的溫差，從而減少鋼料截面內(nèi)的溫度應(yīng)力和使鍛造溫度下的保溫時間不至過長。（3）鍛造溫度下的保溫：除減少鋼料的截面溫差使溫度均勻外，還借助擴(kuò)散作用，使組織均勻化。3、終鍛溫度下的保溫時間：最小保溫時間和最大保溫時間●最小保溫時間是指能夠使鋼料溫差達(dá)到規(guī)定的均勻程度所需的最短時間，可參考圖3.9和3.10。●最大保溫時間是不產(chǎn)生過熱、過燒缺陷的最大允許保溫時間。圖3.9爐溫為1200℃時鋼料截面溫度差與溫度頭、坯料直徑的關(guān)系圖3.10均熱最小保溫時間與溫度頭坯料直徑的關(guān)系m坯料截面溫度差/℃/%最小保溫時間坯料表面加熱到始鍛溫度所需時間（4）加熱時間加熱時間為加熱各個階段保溫時間和升溫時間的總和。兩種確定加熱時間的方法：

1）鋼錠（或大型鋼坯）的加熱時間冷鋼錠（或鋼坯）在室式爐中加熱到1200℃所需要的加熱時間可按下式計算：

2）鋼材（或中小型鋼坯）的加熱時間在連續(xù)爐或半連續(xù)爐中加熱時間t可按下式確定：采用室式爐加熱時，加熱時間的確定方法如下： 對于直徑小于200mm的鋼坯，碳素鋼在室式爐中單個放置時的加熱時間如下圖所示：圖3.11碳素鋼在室式爐中單個放置時的加熱時間3.5.2鋼錠、鋼材與中小鋼坯的加熱規(guī)范1）鋼錠的加熱規(guī)范大型鋼錠：多段加熱規(guī)范小型碳素鋼和低合金鋼錠：一段快速加熱規(guī)范高合金鋼小錠：多段加熱規(guī)范熱錠：以最大的加熱速度進(jìn)行加熱。2）鋼材與小鋼坯的加熱規(guī)范：直徑小于150～

200mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼材和直徑小于100mm的合金結(jié)構(gòu)鋼材，采用一段加熱規(guī)范。直徑為200～350mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼坯（含碳量大于0.45～0.50%）和合金結(jié)構(gòu)鋼坯，采用三段加熱規(guī)范。對于導(dǎo)溫性差、熱敏感性強(qiáng)的高合金鋼坯（如高鉻鋼、高速鋼），則需采取低溫裝爐，裝爐溫度為400～6500C。3.6鋼鍛后的冷卻

金屬的鍛后冷卻：終鍛溫度→室溫3.6.1鍛件冷卻時常見缺陷1）裂紋：鍛件在冷卻過程中，由于溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力以及殘余應(yīng)力之和超過材料的強(qiáng)度極限而形成裂紋。（1）溫度應(yīng)力初期：表層受拉應(yīng)力、心部受壓應(yīng)力。冷卻后期：心部受拉應(yīng)力，表層受壓應(yīng)力。鍛件冷卻過程中軸向溫度應(yīng)力變化和分布示意圖如下。

圖3.12鍛件冷卻過程中軸向溫度應(yīng)力變化和分布示意圖

a)軟鋼鍛件b)硬鋼鍛件1-表面應(yīng)力2-心部應(yīng)力（2）組織應(yīng)力由于相變前后組織的比容不同而產(chǎn)生。冷卻時的組織應(yīng)力：三向應(yīng)力狀態(tài)，且切向應(yīng)力最大，這就是有時引起表面縱裂的原因之一。（3）殘余應(yīng)力2）網(wǎng)狀碳化物過共析鋼、軸承鋼、奧氏體不銹鋼在鍛后冷卻時易產(chǎn)生網(wǎng)狀碳化物。3）白點(diǎn)白點(diǎn)是一種內(nèi)部缺陷。白點(diǎn)是在鋼的縱向呈圓形或橢形的銀白色斑點(diǎn)，合金鋼白點(diǎn)的色澤光亮，碳素鋼白點(diǎn)較暗。白點(diǎn)橫向呈細(xì)小的裂紋。白點(diǎn)呈純脆性。3.6.2鍛件的冷卻規(guī)范1．空冷：在空氣中冷卻，速度較快。2．坑（箱）冷：鍛件鍛后放到地坑或鐵箱中封閉冷卻，或埋入坑中砂子、石灰或爐渣內(nèi)冷卻。3．爐冷：鍛件鍛后直接裝入爐中按一定的冷卻規(guī)范緩慢冷卻。3.7中小鋼鍛件的熱處理3.7.1退火退火是將鋼加熱到一定的溫度，保溫一定的時間后緩慢冷卻下來的熱處理工藝方法。退火的主要目的有：

1）降低硬度，改善切削加工性。

2）細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能。

3）消除內(nèi)應(yīng)力，防止鍛件變形或開裂，穩(wěn)定工件尺寸，減少淬火時變形或開裂的傾向。

4）提高塑性、便于冷加工。中小鍛件常用的退火有完全退火（通常稱退火）和球火退火（不完全退火）兩種。3.7.2正火

正火是將亞共析鋼加熱到Ac3+(30～50)℃、過共析鋼加熱到Accm+(30～50)℃,保溫一定時間后在空氣中冷卻的熱處理工藝方法。正火的主要應(yīng)用有：

1）作為普通結(jié)構(gòu)鋼鍛件最終熱處理，可細(xì)化晶粒、提高力學(xué)性能。2）作為低中碳結(jié)構(gòu)鋼的預(yù)熱處理，可獲得合適的硬度，有利于切削加工。3）可以抑制或消除過共析鋼網(wǎng)狀二次滲碳體的形成。正火比退火生產(chǎn)周期短，節(jié)省能源，所以低碳鋼多采用正火而不采用退火。正火后鍛件硬度較高，為了降低硬度還應(yīng)進(jìn)行高溫回火。各種鍛件熱處理加熱溫度范圍示意圖如下：圖3.12各種鍛件熱處理加熱溫度范圍示意圖3.7.3淬火、回火、調(diào)質(zhì)淬火是將鍛件加熱到Ac3+(30～50)℃（亞共析鋼）或Ac1～Acm之間（過共析鋼），經(jīng)保溫后進(jìn)行急冷?；鼗鹗菍㈠懠訜岬紸c1以下某一溫度，保溫一定時間，然后空冷或快冷。

中碳鋼或中碳低合金鋼的調(diào)質(zhì)處理：淬火＋高溫回火。

調(diào)質(zhì)處理主要用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是在交變載荷下工作的連桿、連接螺栓、齒輪及曲軸等。

含碳量小于0.25％的低碳鋼鍛件，可采用淬火、回火處理。含碳量小于0.15％的低碳鋼鍛件，可只進(jìn)行淬火。含碳量為0.15～0.25％的低碳鋼鍛件，淬火后需進(jìn)行低溫回火。對于高溫合金及鋁合金，為了提高塑性與韌性，需進(jìn)行固溶處理；為了提高合金的強(qiáng)度和硬度，需進(jìn)行時效處理。3.7.4鍛件余熱熱處理●鍛件余熱熱處理：鍛后利用鍛件自身熱量直接進(jìn)行熱處理。●鍛件余熱熱處理分為：不等冷卻直接裝入熱處理爐，再按常規(guī)熱處理；鍛后立即進(jìn)行熱處理。鍛后立即進(jìn)行熱處理就叫作形變熱處理。

●形變熱處理按變形與相變的先后順序分類：1）變形在相變前的形變熱處理2）變形在相變中的形變熱處理3）變形在相變后的形變熱處理●形變熱處理按鍛壓變形溫度高低分類：1）與熱鍛相結(jié)合的形變熱處理2）與溫鍛相結(jié)合的形變熱處理3）與冷鍛相結(jié)合的形變熱處理3.8鋁合金和銅合金的加熱規(guī)范1、鋁合金分類鑄造鋁合金和變形鋁合金；防銹鋁、硬鋁、超硬鋁和鍛鋁。2、鋁合金的加熱規(guī)范

a)鍛造溫度范圍窄；

b)模鍛過程的時間無需加以限制；

c)嚴(yán)格控制加熱溫度。1、銅合金分類 黃銅、青銅和白銅。2、銅合金加熱規(guī)范和鍛造

a)銅合金種類不同，可鍛性差異很大。黃銅在高溫下具有良好的塑性和不大的變形抗力，所需的鍛壓力比普通碳鋼小。青銅的組織比黃銅復(fù)雜，塑性也比黃銅低，鍛造青銅比鍛造黃銅困難。

b)銅合金的鍛造溫度范圍窄。

c)銅合金毛坯要加熱到鍛造溫度上限。

第四章自由鍛主要工序分析4.1自由鍛工藝過程特征和工序分類4.1.1自由鍛工藝過程特征（1）工具簡單，通用性強(qiáng)，靈活性大，適合單件和小批鍛件的生產(chǎn)。（2）工具與坯料部分接觸，逐步變形，所需設(shè)備功率比模鍛小，可鍛造大型鍛件。（3）靠人工操作控制鍛件的形狀和尺寸，效率低、勞動強(qiáng)度大。4.1.2自由鍛工序分類（1)基本工序：鐓粗、拔長、沖孔、芯軸擴(kuò)孔、芯軸拔長、彎曲﹑切割﹑錯移﹑扭轉(zhuǎn)、鍛接等。（2)輔助工序：鋼錠倒棱、預(yù)壓鉗把、分段壓痕等。（3)修整工序：鼓形滾圓、端面平整、彎曲校正等。

表4—1自由鍛工序1預(yù)壓鉗把鋼錠倒棱分段壓痕

輔助工序

表4—1自由鍛工序2彎曲校正鼓形滾圓端面平整修整工序

表4—1自由鍛工序34.2鐓粗

定義：使坯料高度減小而橫截面積增大的鍛造工序。

用途:將高徑（寬）比大的坯料鍛成高徑（寬）比小的餅塊件；2.鍛造空心鍛件在沖孔前使坯料橫截面增大和平整；鍛造軸桿鍛件可以提高后續(xù)拔長工序的鍛造比；提高鍛件的力學(xué)性能等。4.2.1平砧鐓粗主要方法:

平砧鐓粗、墊環(huán)鐓粗和局部鐓粗。1.平砧鐓粗變形分析IIIIIIIIIIII

圖4.2平砧鐓粗變形分布與應(yīng)力狀態(tài)分析區(qū)域Ⅰ：難變形區(qū)；區(qū)域Ⅱ：大變形區(qū)；區(qū)域Ⅲ：小變形區(qū)，變形程度介于區(qū)域Ⅰ與區(qū)域Ⅱ之間。變形結(jié)果：變形不均勻，易出現(xiàn)缺陷。根據(jù)鐓粗后網(wǎng)格的變形程度分為三個變形區(qū):2.鐓粗坯料容易出現(xiàn)的缺陷：(１)坯料側(cè)面出現(xiàn)鼓形，可能引起表面縱裂；(２)坯料上下兩端出現(xiàn)粗大的鑄造組織；(３)坯料內(nèi)部變形不均勻，晶粒大小不均勻，鍛件性能也不均勻；(４)高徑比較大的坯料，易產(chǎn)生縱向彎曲,變形失穩(wěn)。3.為減少缺陷采取的措施１.預(yù)熱模具，使用潤滑劑：如玻璃粉、石墨粉等；２.凹形毛坯鐓粗；圖4.5鉚鐓與端面碾壓３.軟金屬墊鐓粗；

圖4.6軟金屬墊鐓粗4.鉚鐓、疊鐓、套環(huán)內(nèi)鐓粗；5.反復(fù)鐓粗、拔長；

圖4.7疊料鐓粗6.限制坯料的高徑比ⅠⅡⅢⅣⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅢⅢⅢⅢⅢⅢⅢⅢⅢⅣH0/D0=2.5HO/D0=1.45H0/D0=1～0.67H0/D0=0.22圖4.3不同髙徑比坯料鐓粗的變形情況4.2.2墊環(huán)鐓粗：單個墊環(huán)鐓粗、兩個墊環(huán)鐓粗。單墊環(huán)鐓粗雙墊環(huán)鐓粗墊環(huán)鐓粗的關(guān)鍵：能否鍛出所要求的凸肩高度。坯料高度與直徑之比（H0/D0）、環(huán)孔與坯料直徑之比(d/D0)、變形程度（εH）、環(huán)孔斜度（α）及摩擦條件等。分流面的位置與下列因素有關(guān)：α圖4.9單墊環(huán)鐓粗4.2.3局部鐓粗:

作用：鍛造凸肩直徑和高度較大的餅塊鍛件，或端部帶有較大法蘭的軸桿鍛件。特點(diǎn)：與平砧鐓粗相似，但受“剛端”的影響。4.10局部鐓粗4.3拔長定義：使坯料橫截面減小而長度增加的鍛造工序。

用途:成形軸桿類鍛件；改善鍛件內(nèi)部質(zhì)量。1.變形程度表示：以坯料拔長前后截面積之比——鍛造比KL表示，KL=A0∕A２.變形參數(shù)：設(shè)拔長前變形區(qū)的長、寬、高分別為l0、b0、h0，拔長后變形區(qū)的長、寬、高分別為l、b、h，送進(jìn)量l0

，相對送進(jìn)量l0/h0，壓下量Δh＝h0－h(huán)，展寬量Δb＝b－b0,拔長量Δl＝l－l0。4.3.1矩形截面坯料和圓形截面坯料的拔長影響拔長效率的因素1.送進(jìn)量l：通常取l=（0.4～0.8）b

；2.壓下量Δh：Δh大，效率高，在材料塑性允許的前提下，盡量提高。拔長變形實質(zhì)：一系列鐓粗工序的疊加組合。3．拔長工序分析

圖4.11矩形截面拔長4.影響拔長質(zhì)量因素:送進(jìn)量：相對送進(jìn)量l0/h0＝0.5～0.8較為合適，絕對送進(jìn)量常取l＝(0.4～0.8)B；壓下量：Δh大，強(qiáng)化心部變形，有利鍛合內(nèi)部缺陷。如坯料的塑性允許，盡量采取大壓下量拔長。圖4.12拔長送進(jìn)量對變形和應(yīng)力分布的影響砧子形狀：圖4.13拔長砧子形狀及其對變形區(qū)分布的影響a)上下V形砧b)上平下V砧c)上下平砧圖4.14平砧拔長圓形截面坯料時的變形區(qū)和橫向應(yīng)力的分布

圖4.15平砧拔長圓形截面坯料時截面變化過程拔長操作：4.16拔長操作方法4.3.2空心件拔長：減小空心坯料外徑而增加長度的鍛 造工序，用以鍛造各種長筒鍛件。

圖4.17心軸拔長1坯料2鍛件3心軸4砧子4.4.1沖孔：采用沖子將坯料沖出透孔或盲孔的鍛造工序。

沖孔方法：1.實心沖子沖孔；

圖4.19實心沖子沖孔1毛坯2沖墊3沖子4心料4.4自由鍛其他主要工序當(dāng)D0/d≤2～3時：拉縮嚴(yán)重，外徑明顯增大；當(dāng)D0/d＝3～5時：幾乎無拉縮，外徑有所增大；當(dāng)D0/d＞5時：多余金屬擠向端面形成凸臺。沖孔坯料的形狀與坯料直徑D0與孔徑d之比有關(guān):2.空心沖子沖孔圖4.20空心沖子沖孔1坯料2沖墊3沖子4心料3.在墊環(huán)上沖孔圖4.21在墊環(huán)上的沖孔1沖子2坯料3墊環(huán)4心料4.4.2擴(kuò)孔：減小空心坯料壁厚而增加其內(nèi)外徑的鍛造工序，用以鍛造各種圓環(huán)鍛件。1.沖子擴(kuò)孔

圖4.22沖子擴(kuò)孔2.心軸擴(kuò)孔：相當(dāng)于使坯料沿圓周方向拔長。圖4.23心軸擴(kuò)孔(馬架擴(kuò)孔）4.4.3彎曲：將坯料彎成所規(guī)定外形的鍛造工序，用以鍛造各種彎曲類鍛件。

圖4.24彎曲時坯料的形狀變化4.4.4錯移：將坯料的一部分相對另一部分相互平行錯移的鍛造工序。用以鍛造曲軸類鍛件，錯移前坯料需要壓肩。圖4.25錯移a)在一個平面內(nèi)的錯移

b)在兩個平面內(nèi)的錯移第5章自由鍛工藝過程

自由鍛應(yīng)根據(jù)鍛件的形狀和鍛造工藝過程特點(diǎn)制定的關(guān)自由鍛工藝過程規(guī)程，安排生產(chǎn)。制定自由鍛規(guī)程包括設(shè)計鍛件圖、確定坯料品質(zhì)和尺寸、確定變形工藝過程和鍛造比、選擇鍛造設(shè)備等主要內(nèi)容。5.1自由鍛件的分類5.2自由鍛件變形工藝過程的確定

自由鍛件變形工藝過程的確定就是確定基本工序、輔助工序、修整工序，以及確定各變形工序順序和中間坯料尺寸等。

制定工藝過程規(guī)程是編制自由鍛規(guī)程最重要的一部分。

錘上或水壓機(jī)上鍛造空心鍛件的工藝過程方案，可參考圖5-6和圖5-7。圖5.6錘上鍛造空心鍛件的工藝過程方案選擇圖5.7水壓機(jī)鍛造空心鍛件的工藝過程方案選接

確定各工序坯料尺寸時應(yīng)注意：（1）各工序坯料尺寸必須符合變形規(guī)則；（3）必須考慮火耗，保證鍛件各個部分有適當(dāng)?shù)捏w積公差；（4）在鍛造最后進(jìn)行精整時要有一定的修整量。（2）必須考慮各工序變形時坯料尺寸的變化；5.3自由鍛件工藝過程規(guī)程的制定1．根據(jù)零件圖繪制鍛件圖；2．決定坯料的質(zhì)量和尺寸；3．制訂變形工藝過程及選用工具；4．選擇鍛壓設(shè)備；5．確定鍛造溫度范圍、加熱和冷卻規(guī)范；6．確定熱處理規(guī)范；7．提出鍛件的技術(shù)條件和檢驗要求；8．填寫工藝過程卡片等。1.繪制鍛件圖1)加工余量2)鍛造公差3)鍛造余塊4)檢驗試樣及操作夾

頭5)繪制鍛件圖圖5.9鍛件的余塊2.確定坯料質(zhì)量和尺寸1）坯料質(zhì)量G坯為鍛件質(zhì)量與鍛造時各種金屬損耗質(zhì)量之和。2）坯料尺寸確定與所用工序有關(guān)。3）鋼錠或鋼材規(guī)格的選擇。3.鍛比（鍛造比）的確定鍛比：鍛比大小反映了鍛造對鍛件組織和力學(xué)性能的影響，表示鍛件在鍛造成形時變形程度，是保證鍛件品質(zhì)的一個重要指標(biāo)。當(dāng)零件受力方向與纖維方向一致時：取鍛比為4；重要鍛件：采用鐓粗拔長聯(lián)合工藝，鍛比要求高達(dá)6～8。一般結(jié)構(gòu)鋼鍛件：取鍛比為2～2.5；4.選定設(shè)備噸位確定鍛造設(shè)備噸位的方法：理論計算法：根據(jù)塑性成形原理建立的公式算出鍛件成形所需的最大變形力（或變形功），選取設(shè)備噸位。

經(jīng)驗類比法：在統(tǒng)計分析生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，整理出經(jīng)驗公式、表格或圖線，根據(jù)鍛件某些主要參數(shù)（如質(zhì)量、尺寸、接觸面積），直接按公式、表格或圖線選取設(shè)備噸位。

5.制訂自由鍛工藝規(guī)程卡

鍛造工藝規(guī)程卡上需填寫工藝過程規(guī)程制定的所有內(nèi)容。它包括下料方法、工序、火次、加熱設(shè)備、加熱及冷卻規(guī)范、鍛造設(shè)備、鍛件鍛后處理等等。5.4制定自由鍛工藝過程規(guī)程舉例圖5.11齒輪鍛件圖圖5.10齒輪零件圖1．設(shè)計、繪制鍛件圖圖5-12齒輪鍛造工藝過程示意圖1-下料2-鐓粗3-墊環(huán)局部鐓粗4-沖孔5-沖子擴(kuò)孔6-修整2．確定變形工序及工序尺寸

3．計算坯料尺寸坯料體積要考慮鍛件體積、沖孔心料體積和燒損體積。4．選擇設(shè)備噸位根據(jù)鍛件形狀尺寸查有關(guān)手冊而定。5．確定鍛造溫度范圍

45鋼的始鍛溫度為1200℃，終鍛溫度為800℃。

6．填寫工藝過程卡片(略)

第6章模鍛成形工步分析模鍛：利用模具使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法稱為模鍛。模鍛成形工步的成形方法：開式模鍛、閉式模鍛、擠壓、頂鐓。單模膛模鍛：一副模具上只有一個模膛；此模膛即為終鍛模膛。多模膛模鍛：一副模具上有多個模膛，從初始模膛到終鍛模膛，每個模膛各完成一個模鍛工步。

圖6.1單模膛模鍛示意圖

6.1模具對金屬變形的影響

模具形狀對金屬變形影響很大，為了使模鍛成形順利進(jìn)行，模鍛設(shè)計時，必須注意如下方面：一、控制鍛件的形狀和尺寸：為了保證鍛件的形狀和尺寸精度，設(shè)計熱鍛模具時應(yīng)考慮鍛件和模具的熱收縮，設(shè)計精密模鍛件還需考慮模具的彈性變形。

二、控制金屬的變形方向：

根據(jù)金屬塑性成形理論，塑性變形時金屬主要朝最大主應(yīng)力的方向流動。在三向壓應(yīng)力的情況下，金屬主要朝最小阻力方向流動。因此，對一個待加工的鍛件，通過設(shè)計不同的制坯工步如拔長、滾擠、彎曲、預(yù)鍛等（參見圖6.2），可控制金屬的變形方向，完成對坯料的塑性加工。圖6.2多模膛模鍛示意圖

三、改變變形區(qū)的應(yīng)力場

變形體內(nèi)的應(yīng)力場是在外力作用下產(chǎn)生的，一般外力通過模具施加在坯料上，坯料變形的反作用力也由模具承受。合理的模具設(shè)計還應(yīng)使鍛件變形時的流動阻力盡量小，使模具所承受的載荷分布均勻，降低峰值應(yīng)力。四、提高金屬的塑性

金屬的塑性與應(yīng)力狀態(tài)有很大關(guān)系，壓應(yīng)力個數(shù)越多，靜水壓力數(shù)值越大，材料的塑性越好。封閉的模膛使金屬在終鍛最后階段處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，材料的塑性好。

五、控制坯料失穩(wěn)，提高成形極限

細(xì)長桿在受壓時會由于塑性失穩(wěn)而彎曲，從而可能形成折疊。為控制頂鐓時桿件失穩(wěn)，要求模孔直徑D=(1.25～1.50）D0

（D0——坯料直徑），這樣可依靠模膛內(nèi)壁限制彎曲的發(fā)展，避免折疊產(chǎn)生。6.2開式模鍛6.2.1概述：錘上開式模鍛時，上模和下模間的間隙不斷變小，變形結(jié)束時，上下模完全打靠。從坯料開始接觸模具到上下模打靠，鍛造坯料最大外廓始終敞開，即飛邊的倉部未完全充滿。

鍛造過程中形成橫向飛邊，飛邊既能幫助鍛件充滿模膛，也可放松對坯料體積的要求。飛邊是工藝廢料，一般在后續(xù)工序中切除。開式模鍛示意圖如右。

圖6-3開式模鍛示意圖

6.2.2開式模鍛成形過程的分析開式模鍛的成形過程大體分為三個階段（見圖6.4）：

圖6.4開式模鍛成形過程的金屬流動

1、鍛粗階段：

鍛粗階段是開式模鍛的第一階段。壓下量△H1，模鍛力為P1（見圖6.5）。此時整個坯料都產(chǎn)生變形，在坯料內(nèi)部近似存在分流面。分流面外的坯料金屬流向法蘭部分，分流面內(nèi)的金屬流向凸臺部分。2、充滿模膛階段：

充滿模膛階段是開式模鍛的第二階段。壓下量△H2，模鍛力為P2（見圖6.5）。這時下模膛已經(jīng)充滿，凸臺部分尚未充滿，金屬開始流入飛邊槽。隨著橋部金屬變薄，金屬流入飛邊的阻力增大，迫使金屬流向凸臺和角部，直到完全充滿模膛，變形區(qū)仍然遍布整個坯料。3、打靠階段：

打靠階段是開式模鍛的第三階段。壓下量△H3，模鍛力為P3（見圖6.5）。此時金屬已完全充滿模膛，但上、下模面尚未打靠（錘上模鍛結(jié)束時要打靠），多余金屬擠入飛邊槽，鍛造變形力急劇上升，變形區(qū)縮小為模鍛件中心部分區(qū)域。

圖6.5開式模鍛成形過程鍛造力——行程曲線

—

研究鍛件的成形問題，主要研究第二階段。

—計算變形力可按第三階段的變形區(qū)域考慮，希望第三階段盡可能小。圖6.7是某回轉(zhuǎn)體鍛件模鍛第二階段子午面的網(wǎng)格變化情況。

圖6.7某回轉(zhuǎn)體鍛件模鍛第二階段子午面的網(wǎng)格變化——預(yù)成形工步的作用是按照鍛件圖的要求和金屬流動規(guī)律分配坯料體積，得到介乎坯料和終鍛件之間而接近終鍛件的過渡形狀。圖6.6分別為圓餅鍛件和長軸類鍛件在開式模鍛時的金屬變形模型。圖6.6鍛件鍛造時的金屬流動平面和變形方向(a)變形平面(b)鍛件形狀(c)變形方向6.2.3開式模鍛時影響金屬成形的主要因素

1.模膛尺寸和形狀的影響

金屬變形時在模膛內(nèi)遇到的阻力與下列因素有關(guān)：（1）變形金屬與模壁間的摩擦系數(shù)；（2）模壁斜度；（3）圓角半徑R；（4）模膛的寬度和深度；（5）模具溫度。圖6-8摩擦力對金屬充填模膛的影響

圖6.9模壁斜度對金屬充填模膛的影響

圖6.10模具圓角半徑對金屬流動的影響

2.飛邊槽的影響常見飛邊槽型式如圖6.11。它包括飛邊槽橋部和倉部。橋部的主要作用是阻止金屬外流，迫使金屬充滿模膛。較薄的飛邊槽橋部，也有利于飛邊在后續(xù)工序中切除。