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自由铸造工艺规程编制及举例
　制订自由锻工艺规程过程就是自由锻工艺设计过程。关键 有以下 内容 :
（一） 绘制锻件图
　自由锻件锻件图是在零件图基础上考虑了加工余量、铸造公差、工艺余块等以后绘制图。绘制自由锻件锻件图可按以下步骤进行 :
1.简化锻件形状 为了简化铸造工艺，零件上小孔、凹档、台阶等部分，可加上余块而不予锻出，图a。是否加余块要依据零件形状、尺寸、铸造技术水平和经济效果来确定。

ａ）

ｂ）
a) 机械加工余量、台阶、法兰、凹挡 b)锻件图
锻件
2. 确定加工余量和锻件公差
(1)机械加工余量
【机械加工余量】为使零件含有一定加工尺寸和表面粗糙度，在零件表面需要加工部分，在锻件上留一层供作机械加工用金属，称作机械加工余量 (见上图a)。
(2) 余块
【余块】为简化锻件外形及铸造过程，在锻件一些地方和添部分大于机械加工余量金属，这种加添金属称作余块 (见上图a)。
(3） 锻件公差
【 锻件公差 】锻件实际尺寸和基础尺寸之间所许可误差。公差值大小是依据锻件形状、尺寸并考虑生产具体情况而定。
3．绘制锻件图 在锻件图上，要求用粗实线绘出锻件形状。为了便于了解零件形状和检验锻件实际加工余量，在锻件图上还要用双点划线绘出零件关键形状，图10-27b。
（二）计算坯料质量和尺寸
【坯料质量】 坯料质量可按下式计算
　　　　　　　　　　　　　G 坯料 =G 锻件 +G 烧损 +G 料头
　　　　式中　 G 坯料 ——坯料质量
　　　　　　　G 锻件 ——锻件质量
　　　　　　　G 烧损 ——加热时因为坯料表面氧化而烧损质量。第一次加热取被加热金属2~3%，以后每次加热取1.5~2.0%
　　　　　　　G 料头 ——在铸造过程中冲掉或切掉那部分金属质量。如冲孔时坯料中部料芯，修切端部料头等。
　　当铸造大型锻件时，如采取钢锭作坯料，还要考虑应切掉钢锭头部和尾部质量。
2． 坯料尺寸 依据坯料质量即可确定坯料尺寸。 在计算坯料尺寸前，先要考虑铸造比。
【铸造比】是指坯料在铸造前后断面积比值。
　　　对于拔长工序来说，其铸造比 R d 可按下式计算:
　　　　　　　　　　　　　　　　R d =A 0 /A 1 或 L 1 /L 0
　　　　式中 A 0 、 A 1 —— 拔长前、后坯料断面积 ；
　　　　　　　L 0 、 L 1 —— 拔长前、后坯料长度。
　　　对于镦粗工序来说，其铸造比 (R u )可按下式计算:
　　　　　　　　　　　　　　　　　R u =A 1 /A 0 或H 0 /H 1
　　　　式中 A 0 、 A 1 ——镦 粗前、后坯料断面积 ；
　　　　　　H 0 、 H 1 ——镦 粗前、后坯料高度。
　　　确定坯料尺寸时，应满足对锻件铸造比要求，并应考虑变形工序对坯料尺寸限制。采取镦粗法铸造时，为避免镦弯，坯料高径比 (H 0 /D 0 <2.5)。但为下料方便，坯料高径比还应大于1.25。
　　　依据坯料质量，由下式求出坯料体积 V 坯 。
　　　　　　　　　　　　　　　　V 坯 =m 坯 / ρ
　　　　　　ρ—— 金属密度。对于钢铁 ρ =7.85kg/dm 3 。
　　　然后，求出坯料横截面积A 0 。
　　　采取拔长法铸造时，由公式：
　　　　　　　　　　　　　　　　A 0 =R d A 1
　　　因锻后横截面积A 1 可知，故可求出A 0 ( 坯料为钢锭时，铸造比R d 取2.3～3.0；坯料为轧材时， R d 取l.3～1.5)， 最终可求出坯料直径或边长。
（三） 制订铸造工序
　　依据不一样类型锻件选择不一样铸造工序。 工序确定后，尚须确定所用工夹具、加热设备、加热和冷却规范及依据锻件质量确定铸造设备。
（四） 自由锻件铸造工艺规程举例 。
　　自由锻件铸造工艺 规程举例见下表。
锻件名称
齿 轮 坯
工艺类别
自由铸造
材 料
45
设备
65kg空气锤
加热火次
１
铸造温度范围
1200～800℃
锻 件 图
坯 料 图

序号
工序名称
变形简图
１
墩粗

２
冲孔

３
修整外圆

４
修整平面

齿轮坯自由锻工艺过程
锻件结构工艺性
　　绘制锻件图等工艺设计工作是处理怎样铸造出合格锻件问题，而锻件结构工艺性，则是考虑什么样结构轻易优质高产地铸造出来问题。铸造方法不一样，对零件结构工艺性要求也不一样。 下面分别讨论自由锻、胎模锻和锤上模锻零件结构工艺性。
( 一 ) 自由锻件结构工艺性
1、 自由锻零件特点
　　自由锻关键生产形状简单、精度较低和表面粗糙度较高毛坯。 这是设计锻件结构时要首先考虑原因。 同时，还要在确保零件使用性能前提下， 考虑怎样便于锻打， 怎样才能提升生产效率。
2、 自由锻件结构工艺性要求
　　自由锻件结构工艺性要求见下表。
结构工艺性要求
不 合 理
合 理
锻件上应避免有锥形和楔形表面

应避免出现加强肋，工字形截面等复杂结构

应努力争取简化两球形面交接

应避免出现形状复杂凸台及叉形件内凸台等

自由锻件结构工艺性
(二) 胎模锻件和模锻件结构工艺性
1. 胎模锻和模锻件特点
　　胎模锻和模锻许可零件上有较复杂曲面、肋条和小凸台，甚至能够在锻件上制出花纹和文字。
　　因为坯料是在模膛内产生塑性变形，所以成形性好，锻件精度较高，表面粗糙度值较低，这是模锻和胎模锻优于自由锻地方。
　　必需注意，在和模锻锤击方向平行面上，通常是不许可有凹入和凸出部分，不然无法进行模锻。
2. 胎模锻件和模锻件结构工艺性要求
　　胎模锻件和模锻件结构工艺性要求见下表。
结构工艺性要求
不 合 理
合 理
模锻件必需有一个合理分模面 ，有利于坯料充满模膛，节省金属材料便于模具加工，降低错移量，以确保锻件能从锻模中顺利取出来。

应有合适模锻斜度和截面形状，便于脱模。

应有合适圆角半径，有利于金属充满模膛，便于起模和提升锻模寿命。

应尽可能含有对称结构，利于简化模具设计和制造。

不宜在锻件上设计出过高、过窄肋板或过薄辐板，降低模具劳动量，简化模具制造，提升模具寿命。

胎模锻件和模锻件结构工艺性
自由铸造
自由铸造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而取得所需形状及尺寸和一定机械性能锻件一个加工方法，简称自由锻。
1. 拔长
2. 镦粗
3. 冲孔
4. 弯曲
5. 切割
6. 错移
7. 锻接
8. 扭转
1. 裂纹
2. 末端凹陷和轴心裂纹
3. 折叠
铸造特点
　　自由铸造所用工具和设备简单，通用性好，成本低。 同铸造毛坯相比，自由锻消除了缩孔、 缩松、气孔等缺点，使毛坯含有更高力学性能。锻件形状简单，操作灵活。所以，它在重型机器及关键零件制造上有尤其关键意义。
自由铸造是靠人工操作来控制锻件形状和尺寸，所以锻件精度低，加工余量大，劳动强度大，生产率也不高，所以它关键应用于单件、小批量生产。
铸造分类
　　自由铸造分手工自由锻和机器自由锻。
　　手工自由锻生产效率低，劳动强度大，仅用于修配或简单、小型、小批锻件生产。
在现代工业生产中，机器自由锻已成为铸造生产关键方法，在重型机械制造中，它含有尤其关键作用。
关键设备
自由铸造设备分为锻锤和液压机两大类。生产中使用锻锤有空气锤和蒸汽-空气锤。液压机是以液体产生静压力使坯料变形，是生产大型锻件唯一方法。
基础工序
　　自由铸造基础工序包含镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。
拔长

拔长示意图
【拔长】也称延伸，它是使坯料横断面积减小、长度增加铸造工序。拔长常见于铸造杆、轴类零件。拔长方法关键有两种：
　　1、在平砧上拔长。
　　2、在芯棒上拔长。铸造时，先芯棒插入冲好孔坯料中，然后看成实心坯料进行拔长。拔长时，通常不是一次拔成，先将坯料拔成六角形，锻到所需长度后，再倒角滚圆，取出芯棒。为便于取出芯棒，芯棒 工作部分应有1：100 左右斜度。这种拔长方法可使空心坯料长度增加， 壁厚减小， 而内径不变，常见于铸造套筒类长空心锻件。[3]
镦粗
　　【镦粗】是

镦粗示意图
使毛坯高度减小，横断面积增大铸造工序。 镦粗工序关键用于铸造齿轮坯、圆饼类锻件。镦粗工序能够有效地改善坯料组织，减小力学性能异向性。 镦粗和拔长反复进行，能够改善高合金工具钢中碳化物形态和分布状态。
　　镦粗关键有以下三种形式：
　　1、 完全镦粗。完全镦粗是将坯料竖直放在砧面上， 在上砧锤击下， 使坯料产生高度减小，横截面积增大塑性变形。
　　2、 端部镦粗。将坯料加热后，一端放在漏盘或胎模内，限制这一部分塑性变形，然后锤击坯料另一端， 使之镦粗成形。用漏盘镦粗方法， 多用于小批量生产；胎模镦粗方法， 多用于大批量生产。在单件生产条件下，可将需要镦粗部分局部加热，或全部加热后将不需要镦粗部分在水中激冷，然后进行镦粗。
　　3、 中间镦粗。这种方法用于铸造中间断面大，两端断面小锻件，比如双面全部有凸台齿轮坯就采取此法铸造。坯料镦粗前，需先将坯料两端拔细，然后使坯料直立在两个漏盘中间进行锤击，使坯料中间部分镦粗。
　　为了预防镦粗时坯料弯曲，坯料高度h和直径d之比h/d ≤ 2.5 。[3]
冲孔
　　【冲孔】是在坯料

冲孔示意图
上冲出透孔或不透孔铸造工序。 冲孔方法关键有以下两种：
　　1、双面冲孔法。用冲头在坯料上冲至2/3～3/4深度时，取出冲头，翻转坯料，再用冲头从反面对准位置，冲出孔来。
　　2、单面冲孔法。厚度小坯料可采取单面冲孔法。冲孔时，坯料置于垫环上，一略带锥度冲头大端对准冲孔位置，用锤击方法打入坯料，直至孔穿透为止。[3]
弯曲
　　【弯曲】采取

弯曲示意图
一定工模具将坯料弯成所要求外形铸造工序，称为弯曲。
　　常见弯曲方法有以下两种：
　　1、 锻锤压紧弯曲法。 坯料一端被上、下砧压紧，用大锤打击或用吊车拉另一端，使其弯曲成形。
　　2、模弯曲法。在垫模中弯曲能得到形状和尺寸较正确小型锻件。[3]
切割

切割示意图
【切割】是指将坯料分成几部分或部分地割开，或从坯料外部割掉一部分，或从内部割出一部分铸造工序。
错移

错移示意图
【错移】是指将坯料一部分相对另一部分平行错开一段距离，但仍保持轴心平行铸造工序，常见于铸造曲轴零件。错移时，先对坯料进局部切割，然后在切口两侧分别施加大小相等、方法相反且垂直于轴线冲击力或压力，使坯料实现错移。[3]
锻接

锻接示意图
【锻接】是将坯料在炉内加热至高温后，用锤快击，使二者在固态结合铸造工序。锻接方法有搭接、对接、咬接等。锻接后接缝强度可达被连接材料强度70%～80%。[3]
扭转

扭转示意图
【扭转】是将毛料一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度铸造工序。 该工序多用于铸造多拐曲轴和校正一些锻件。小型坯料扭转角度不大时，可用锤击方法。[
自由铸造缺点
裂纹
　　可能由坯料质量不好、加热不充足、铸造温度过低、锻件冷却不妥和铸造方法有误造成。
末端凹陷和轴心裂纹
　　可能因为铸造时坯料内部未热或坯料整个截面未锻透，变形只产生在坯料表面造成。
折叠
　　可能因为坯料在锻压时送进量小于单面压下量而造成。