锻造基础知识讲座.docx
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锻造基础知识讲座
锻造基础知识讲座
（一）锻造的基本概念。
锻造是锻压工艺的一部分，锻压包括锻造和冲压两部分。
锻造的根本目的：
是获得所需形状和尺寸，同时要求其性能
和组织符合一定的技术要求的毛坯。
锻造按温度来分有：
热锻、温锻和冷锻。
不同的锻造温度对
锻件的组织和性能的影响也是不同的。
下面介绍的内容主要是热锻部分知识。
锻造分自由锻和模锻两部分。
自由锻是自由锻造的简称，自由锻包括胎模锻，适用于单件
小批生产。
模锻适用于批量生产和大批量生产，如汽车制造行业。
自由锻和模锻是锻造工艺的主要支柱。
发达国家的模锻件占锻件总重量的70％以上；我国在50年
代模锻件占锻件总重量不到20％，现在有进步，但模锻件总重乃
比自由锻件少。
自由锻又分手工锻和机器锻。
手工锻在现在工厂用得很少，只在工具修理部门有，农村的
铁匠炉基本上还是用手工锻。
机器锻又分锤上自由锻和水压机上自由锻，前者用来生产大、
中、小锻件；后者用来生产大型和特大型锻件。
自由锻特点：
1.所用工具简单，通用性强，灵活性大。
2.靠工人的手工操作来控制锻件的形状和尺寸，因此，锻件的精度差，工人的劳动强度大，生产率低。
锻件的主要缺陷有：
1.裂纹：
有横向、纵向裂纹及其它各种裂纹。
2.过烧。
3.白点（锻件内部银白色、灰白色圆形的裂纹）
4.折叠。
5.疏松、非金属夹杂物。
6.机械性能达不到要求（锻比不够）。
7.弯曲、变形。
产生以上缺陷的原因很多，有铸锭缺陷引起的，有锻造
加热不当引起的，有锻造本身的原因，也有锻后冷却和热
处理不当引起的。
总之，原因很多。
所以当锻件的缺陷发现
后，需要综合起来进行分析，并要掌握在不同情况下产生缺
陷的不同特征，以便具体问题进行具体分析。
（二）锻造设备简介。
1.自由锻设备：
有锻锤和水压机两类。
（1）锻锤有：
简易锻锤---夹板（杆）锤：
最大吨位1～2吨。
弹簧锤：
最大吨位100公斤左右。
钢丝锤：
最大吨位3吨。
如我厂的
3吨落锤。
空气锤：
规格有：
40、65、75、150、250、400、
560、750、1000公斤等。
蒸汽—空气锤：
规格有：
1、2、3、5吨。
（老企业还有1/4吨和1/2吨。
）
形式有单臂（柱）、双臂（拱式）和桥式。
锻锤吨位的大小，是以它的落下部分的重量来表示。
落下部分包括：
活塞、锤杆、锤上砧（锤头）等。
如落下部为1吨重，则称该锻锤为1吨锤。
锻锤锻打坯料的力量，是依靠工作行程前，预先积蓄在
锻锤落下部分的能量来完成的。
动能：
E=1/2mu2------单位（公斤.米）
m-----质量，m=G/g
G-----锻锤落下部分的重量（公斤）
g------重力加速度=9.8米/秒2
u------锤头的打击速度，最大可达9米/秒
蒸汽空气锤一般为6～7米/秒
（2）水压机：
规格有：
500、630、800、1000、1250、1600、
2500、6000、12000吨等。
水压机是靠活塞的静压力使坯料成形。
静压力是根据巴斯卡液体静压定律（即加在密闭的液
体上的压强，能够按照它原来的大小，由液体向各个方向
传递）。
压强-----单位面积上受的力。
锻压设备规格的单位---千牛或吨（关系：
1千牛=0.1吨）
2.模锻设备：
（1）蒸汽—空气模锻锤：
规格有1、2、3、5、10、16吨等。
（2）无砧座模锻锤：
打击能量有：
1600、2500公斤.米
（3）热模锻压力机：
规格：
100吨～8000吨。
（4）平锻机：
规格：
100吨～3150吨。
用于大批量生产中：
顶锻、模锻、挤压、冲孔、
切断等工作。
自由锻锤和模锻锤的主要区别：
自由锻锤：
锤砧座和锤身是分开的。
模锻锤：
锤砧座和锤身是一体的。
3.锻造设备的锻造能力：
自由锻锻锤的锻造能力范围1千牛=0.1吨
锻锤吨位
（千牛）
锻件类型
2.5
5
7.5
10
20
30
50
圆饼
D（mm）
＜200
＜250
＜300
≤400
≤500
≤600
≤750
H（mm）
＜35
＜50
＜100
＜150
＜250
≤300
≤300
圆环
D（mm）
＜150
＜350
＜400
≤500
≤600
≤1000
≤1200
H（mm）
≤60
≤75
＜100
＜150
≤200
＜250
≤300
圆筒
D（mm）
＜150
＜175
＜250
＜275
＜300
＜350
≤700
d（mm）
≥100
≥125
＞125
＞125
＞125
＞150
＞500
L（mm）
≤150
≤200
≤275
≤300
≤350
≤400
≤550
圆轴
D（mm）
＜80
＜125
＜150
≤175
≤225
≤275
≤350
G（公斤）
＜100
＜200
＜300
＜500
≤750
≤1000
≤1500
方块
H=B（mm）
≤80
≤150
≤175
≤200
≤250
≤300
≤450
G（公斤）
＜25
＜50
＜70
≤100
≤350
≤800
≤1000
扁方
B（mm）
≤100
≤160
＜175
≤200
＜400
≤600
≤700
H（mm）
≥7
≥15
≥20
≥25
≥40
≥50
≥70
成型锻件
G（公斤）
5
20
35
50
70
100
300
吊钩
起重量（吨）
3
5
10
20
30
50
75
钢锭直径（mm）
125
200
250
300
400
450
600
钢坯边长（mm）
100
175
225
275
350
400
550
注：
D-锻件外径，d-锻件内径，H-锻件高度，B-锻件宽度，L-锻件长度，G-锻件重量。
自由锻水压机的锻造能力范围1千牛=0.1吨
水压机吨位
（千牛）
锻件类型
8000
12500
25000
31500
60000
120000
钢锭
对径（mm）
740
900
1360
1450
2000
3000
钢锭重（吨）
7
12
45
50
130
300
镦粗
D（mm）
800
1100
1600
1800
2600
3200
钢锭重（吨）
2.5
6
24
30
60～90
150～230
圆轴
D（mm）
500
750
1000
1350
1900
2500
L（mm）
4500
14000
16000
18000
20000
26000
锻件重（吨）
4
7
25
30
80
150
宽板
H≥（mm）
100
125
140
150
200
400
B（mm）
800
1000
1400
1500
2200
3700
圆筒
L（mm）
2500
4000
6500
10000
16000
18000
锻件重（吨）
1.5
3.5
14
20
40
130
圆盘
D（mm）
1000
1200
1800
2000
2500
3500～5000
H≥（mm）
80～100
100～120
100～150
130～150
180～200
250～300
圆环
D（mm）
1200
1600
2200
2600
3800
5000～6000
注：
D-锻件外径，H-锻件高度，B-锻件宽度，L-锻件长度。
以上各表中的规定仅供参考，因为每个厂都有根据本厂
情况，制定出本厂的锻造设备能力表。
另外，有许多按表中
规定，用水压机锻的小尺寸锻件，可以用锻锤来锻。
锻锤的锻造范围，大致上是：
圆并类锻件：
重量为1吨左右；最大尺寸：
800毫米左右。
轴类锻件：
重量为1吨左右；最大尺寸：
φ350毫米左右。
圆环类锻件：
最大尺寸：
φ1000毫米左右。
（三）常用锻造术语。
参看厂标：
QJ/DXS01.02.4-87《锻造工艺术语》
或GB/T8541-1997《锻压术语》
1.锻造：
锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使金属
坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得所
需的几何形状，尺寸和质量的锻件的加工方法。
2.自由锻（自由锻造的简称）：
只用简单的通用工具或在锻造
设备的上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何
形状尺寸和内部质量的锻件，这种方法称为自由锻。
3.模锻：
利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法。
模具直接安装在锤头和下砧上，依靠锤头上的导锁
定位。
4.胎模锻（胎模锻造的简称）：
它是在自由锻设备上使用可移
动模具，生产模锻件的一种锻造方法。
胎模不固定在
锤头或砧座上，只是用时才放上去。
它是介于自由锻和模锻之间的一种锻造方法，它既有
自由锻的某些特点（设备简单，工艺灵活多样）；又有模锻
的某些特点（可获得形状复杂，尺寸准确的锻件）。
胎模锻优点：
生产率高（比自由锻高1～5倍），锻件
质量较好，节约材料，减少机械加工工
时，胎模设计制造简便，成本低，使用
方便，适用于中、小批量的锻件生产。
胎模锻缺点：
模具寿低，锻锤机件容易损坏，降低锻
锤的打击能量，工人劳动强度大。
5.锻件图（或叫锻造工艺图）：
它是根据零件图（或机加工艺图），考虑了加工余量、
锻造公差、锻造余块、检验试样及工艺卡头等绘制而成的。
锻件图上：
锻件的外形是用粗线条表示。
零件的外形是用双点划线表示。
尺寸线上方是锻件尺寸和公差；
尺寸线的下方括号内尺寸是零件尺寸（或机
加工艺尺寸）。
锻件图是编制锻造工艺、设计模具、指导生产和验收
锻件的根据。
6.锻比（锻造比的简称）：
一般用字母“Y”或“R”表示。
锻比是锻造时变形程度的一种表示方法。
通常用变形
前后的截面比、长度比或高度比“Y”表示。
例如：
拔长时：
Y=F0/F=L/L0；
镦粗时：
Y=F/F0=H0/H；
式中：
F0、L0、H0----为锻坯变形前的截面积、长度和高度。
F、L、H--------为锻坯变形后的截面积、长度和高度。
锻造比数值的大小，反映了锻造时对锻件组织和机械性
能的影响。
一般规律是：
锻造时随着锻比的增大，由于金属
内部孔隙焊合，铸态树枝晶被打碎，锻件的纵向和横向机械
性能均得到明显提高。
当锻比超过一定数值后，由于形成纤
维组织，横向机械性能（塑性，韧性）急剧下降，导致锻件
出现各向异性。
锻比过小，锻件达不到性能要求，锻比过大，
不但增加了锻造的工作量，并且还会引起各向异性。
所以在
制定锻造工艺时，应合理的选取锻比数值的大小。
用钢材锻造的锻件（莱氏体钢锻件除外，如高速钢等），
由于钢材经过了大变形的锻或轧，其组织与性能均已得到改
善，一般不需考虑锻比；用钢锭锻制的大型锻件，就必须考
虑锻比。
因为钢锭的结晶组织较差，内部缺陷较多（如偏析、
夹杂、气体、缩孔和疏松等），需要经过锻打，达到适当的
锻比，才能把钢锭内部缺陷消除。
就像揉面一样，面越揉越
有筋。
钢锭的结构，参看《锻工工艺学》P28页，图2-4
合金结构钢锻件的最佳锻比为：
3～4。
典型锻件的锻比
锻件名称
计算部位
总锻比
锻件名称
计算部位
总锻比
碳素钢轴类锻件
最大截面
2.0～2.5
曲轴
曲拐
≥2.0
合金钢轴类锻件
最大截面
2.5～3.0
轴颈
≥3.0
热轧辊
辊身
2.5～3.0
锤头
最大截面
≥2.5
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
高压封头
最大截面
3.5～5.0
船用尾轴、中间轴、推力轴
法兰
＞1.5
汽轮机转子
轴身
3.5～6.0
轴身
≥3.0
发电机转子
轴身
3.5～6.0
水轮机主轴
法兰
最好≥3.0
汽轮机叶轮
轮毂
4.0～6.0
轴身
≥2.5
旋翼轴、涡轮轴
法兰
6.0～8.0
水压机立柱
最大截面
≥3.0
航空用大型锻件
最大截面
6.0～8.0
锻比的计算方法，参考《锻造工艺学》P92页，表4-9
7.始锻温度：
即开始锻造的最高加热温度，称为始锻温度。
它的温度要低于过热和过烧温度。
碳钢的始锻温度应低于《铁碳平衡图》中固相线
150～250°C。
8.终锻温度：
即停止锻造的最低温度，称为终锻温度。
此温度必须保证金属在停锻前具有足够的塑性，
而且在停锻后能获得细小再结晶组织。
对亚共析钢（C＜0.8％）：
终锻温度应在A3线
以上15～50°C。
对含C＜0.3％的低碳钢，可降到A3线以下。
对过共析钢（C=0.8～2.0％）：
终锻温度应在A1线
以上50～100°C。
9.锻造温度范围：
金属从开始锻造（始锻温度）到结束锻造
（终锻温度）之间的这段温度区间称为锻造温度范围。
见下图或参考《锻造工艺学》P33页，图3-11
铁---碳合金平衡图参看《机械设计手册第6章热处理》
各类钢的锻造温度范围
钢种
始锻温度（°C）
终锻温度（°C）
锻造温度范围（°C）
普通碳素钢
1280
700
580
优质碳素钢
1200
800
400
碳素工具钢
1100
770
330
合金结构钢
1150～1200
800～850
350
合金工具钢
1050～1150
800～850
250～300
高速工具钢
1100～1150
900
200～250
耐热钢
1100～1150
850
250～300
弹簧钢
1100～1150
800～850
300
轴承钢
1080
800
280
10.过热：
当钢坯的加热超过某一温度，并在此温度停留的时
间过长，会引起奥氏体晶粒迅速长大，这种现象称
为过热。
晶粒开始急剧长大的温度称为过热温度。
钢中：
C、Mn、S、P等元素，会增加钢的过热倾向。
Ti、W、V、N等元素，可减少钢的过热倾向。
过热分“不稳定过热”---一般用热处理方法可以消除。
“稳定过热”---不能用一般的热处理方法消除。
钢的过热温度
钢种
过热温度（°C）
纯铁（含C=0.006％）
1300
碳钢（含C＜0.40％）
1300
碳钢（含C＞0.40％）
1150
铬钢
1050～1100
铬镍钢
1100～1150
11.过烧：
钢坯加热到接近熔点温度，并在此温度长时间停留
这时不但奥氏体晶粒粗大，而且晶界低熔点物质开
始溶化，由于炉气中的氧化性气体渗入晶粒边界，
使晶间物质（Fe、C、S）氧化，破坏了晶粒间的联
系，一经锻打即破碎而成为废品，此种现象称为过
烧。
产生过烧的温度称为过烧温度。
钢中：
Al、Cr、W等元素，能减少钢的过烧倾向。
钢的过烧温度（°C）
钢种
过烧温度
钢种
过烧温度
碳钢1.5％C
1140
硅锰弹簧钢
1350
碳钢1.1％C
1180
镍钢3％Ni
1370
碳钢0.9％C
1220
渗碳镍钢5％Ni
1450
碳钢0.7％C
1280
铬钒钢
1350
碳钢0.5％C
1350
高速钢
1380
碳钢0.2％C
1470
奥氏体铬镍钢
1420
碳钢0.1％C
1490
12.自由锻工序术语。
自由锻工序可分为：
基本工序，辅助工序和修整工序。
基本工序---改变坯料形状和尺寸以获得锻件的工序。
有镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、
弯曲、错移、扭转、切割和锻焊等。
辅助工序---为完成基本工序，而使坯料预先产生某一变形
的工序。
如钢锭倒棱、预压钳把、分段压痕等。
修整工序---用来精整锻件形状和尺寸，消除表面不平、歪
扭等，使坯料完全达到锻件图要求的工序。
（1）镦粗：
使坯料高度减小而横断面积增大的锻造工序称
为镦粗。
镦粗又分完全镦粗和局部镦粗（端部镦粗和中间镦粗）。
（2）拔长：
使坯料横断面积减小而长度增加的锻造工序称为拔
长。
（3）冲孔：
采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序称为
冲孔。
（4）扩孔：
减小空心坯料壁厚而增加其内外径的锻造工序称为
扩孔。
用于锻造各种圆环锻件。
常用的扩孔方法有：
冲头（子）扩孔和芯轴扩孔两种。
a.冲子扩孔：
利用直径较大并带有锥度的冲子进行胀
孔。
由于坯料是沿径向胀孔，因此在坯料
切向有拉应力，容易胀裂。
冲子扩孔适用于：
D/d＞1.7和H≥0.125D的壁不太薄的锻件。
扩孔时坯料上端面略有拉缩现象，因此扩孔前坯料高
度H0为：
H0=1.05H（H为锻件高度）
b.芯轴扩孔（马架扩孔）：
将冲孔后的坯料套在芯轴上
（芯轴放在马架上），围绕圆周进行锤击，每锤击一，二次
必须将坯料旋转一次。
芯轴扩孔，切向应力小，锻件不易破裂，常用来锻制
薄壁锻件。
（5）芯轴拔长：
它是在空心毛坯中加入芯轴进行拔长，以减小
空心毛坯的外径（壁厚）而增加其长度的锻造
工序称为芯轴拔长。
芯轴拔长用于锻造长筒锻件，也称为芯棒拔长。
（6）弯曲：
采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造
工序称为弯曲。
用于锻造各种弯曲类锻件，如起重
吊钩的锻造。
参考《锻造工艺学》P67页图4-8和图4-9
（7）错移：
将坯料的一部分相对另一部分相互平行错移开的锻
造工序称为错移。
错移前坯料压肩的尺寸可按以下决定：
h=（H0-1.5d）/2b=0.9V/H0B0
H0---坯料高度；B0---坯料宽度；
d---锻件轴颈直径（或高度）；V---锻件轴颈体积
（8）扭转：
将坯料的一部分相对另一部分绕其共同轴线旋转一
定角度的锻造工序称为扭转。
扭转用来锻造曲轴、麻花钻、地脚螺栓等锻件。
（9）切割：
将毛坯分为几部分，或部分的割开，或从毛坯的内、
外割掉一部分的锻造工序称为切割。
参看《锻工工艺学》P119页，图5-40。
（10）锻接（锻焊）：
是将两种相同或不同成分的钢料锻焊在一
起的工序。
这是一种类古老的锻造工序。
参看《锻工手册》P4-59页，图4-61。
现在电焊技术发展很快，绝大部分锻焊都可用
电焊代替。
现在锻焊多用在刀具、刃具制造的夹钢和贴钢
上。
如菜刀和木工工具的夹钢。
所夹的钢料一般是：
50、60、65Mn、T7、T8、
CrWMn等。
含碳量在0.15～0.25％的低碳钢（软钢）容易锻焊。
含碳量超过0.3～0.35％的中碳钢锻焊较困难。
（四）典型零件的锻造工艺简介。
1.饼块类锻件。
（1）
齿轮：
（2）
机筒：
如5848.4.16G-1锻件量：
G=280.0gk
2.空心类锻件。
（1）
圆环：
锻造过程：
（2）圆筒：
锻造过程：
3.
轴类锻件。
锻造过程：
（五）常见的锻造问题与处理。
1.在锻造工艺编制过程中，要掌握的两个关键环节：
一个是
下料要准确或基本准确；另一个是胎具设计要好用。
（1）下料要准确或基本准确：
首先要绘制出一个合理的锻件工艺图，合理的锻件工
艺图必须满足三个条件：
设计图纸的要求；机加工艺要求；
锻件要能锻出来而且形状尺寸要合理。
锻件工艺图绘出来
后，接着就要计算锻件重量，计算各种工艺耗损，最后得
出锻件的下料重量。
在自由锻工艺中根据实践还要加点保
险系数，因为自由锻是手工操作，锻件的形状和尺寸不容
易控制，留有一定的保险系数就可以减少锻件的废品产生。
下料重=锻件重+工艺耗损+保险系数
（2）胎模设计：
胎模设计，首先要满足锻件工艺图的形状和尺寸的要
求，其次是胎模的形状和尺寸要符合金属流动规律，否则，
金属就很难充满模膛。
此外对胎模材料和硬度的选择也要
合理。
2.在生产服务中可能遇到的问题。
（1）锻造工艺错误：
有锻件尺寸写错了和锻件重量计算错
了，出现这种错误要立即改正。
（2）锻件尺寸和形状不符合工艺要求。
有几种情况：
一是工艺要求与实际生产有出入，这就要根据实际
情况来决定是否需要修改工艺；
二是外协员不按工艺要求来外协锻件（如工艺要求
用水压机锻的活，随便改用锤锻），这个问题工艺没
法控制，所以出了问题我们可以不管；
三是外协厂的操作问题，这个问题按理也与工艺无关，
如果找到工艺，我们就帮他们分析锻件是否能用，
怎样才能用。
（3）锻件的锻比不符合要求，钢锭的利用率过高。
这个问题一般是锻造检查员反映的，我们只能要求
锻造检查员把情况反映给领导或者我们也把知道的情况
反映给领导。
3.产品出厂后，发生断裂的原因分析（指断裂件是锻件）：
这就需要到现场去看断裂件的断口情况，综合分析。
由于出厂后的零件经过锻造、机加工、热处理和使用，因
此发生断裂的原因有：
设计的问题、锻造的问题、机加工
的问题、热处理的问题和使用的问题。
还要对断口进行金
相分析，综合各方面的情况，才能大致分析出断裂的原因。
（六）锻造工艺工作中对其他工程技术人员的要求。
1.对设计人员的要求：
（1）对锻件的设计应参照《机械设计手册》第一篇第三章
“锻造和冲压设计的工艺性及结构要素”来设计。
对某些形状复杂尺寸变化大的零件，在不影响使
用情况下，一体件，能改为焊接结构的，尽量改成
焊接件。
（2）对有图纸的直角弯头、等径三通、等径四通和异径三
通等零件的不加工部分的外径尺寸，应参照下面的尺
寸来选用：
直角弯头：
φ15、φ20、φ23、φ27、φ31、φ34、φ37、
φ42、φ46、φ52、φ56、φ59、φ65、φ71。
等径三通：
φ20、φ23、φ27、φ31、φ34、φ42、φ46、
φ52、φ59、φ71。
等径四通：
φ31、φ34、φ42、φ52、φ59。
异径三通：
φ35Xφ29、φ41Xφ29、φ52Xφ43、
φ41Xφ35
φ58Xφ37、φ72Xφ33
φ58Xφ43、φ72Xφ45
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