金属液态成形 —— 液态金属在铸型中冷却、凝结形成零件。液态成形是机械制造中生产机器零件或毛坯的主要方法之一。常用的锻造。
一 锻造定义
锻造（最宽泛）：将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，使其冷却凝结，获取毛坯或零件的成形工艺（生产方法） 。
二 锻造分类
1. 按铸型资料来分：砂型锻造、金属型锻造、石墨型锻造、陶瓷锻造； 2. 按充型方式来分：重力充型、高压充型、低压充型、离心力充型； 3. 按液态成形工艺方法的作使劲不一样又可分为两类：
重力作用下的液态成形工艺方法：砂型锻造、金属型锻造、熔模锻造、气化模锻造、陶瓷型锻造等； 外力作用下的液态成形工艺方法：离心锻造、压力锻造、低压锻造、挤压锻造等。
三 其锻造工艺 如下图
基本工艺过程
制作模样 配制型砂
}
凝结、落砂、清理、查验
造型
砂型
铸型
铸件
制作芯盒
}
下 芯
型芯
浇 注
造芯
烘干
熔炼
制作芯砂
液态金属 选配炉料
四 锻造的特色
1．能制成形状复杂、特别是拥有复杂内腔的毛坯：如阀体、泵体、叶轮、螺旋 浆等。
2．铸件的大小几乎不受限制，重量从几克到几百吨。
3．常用原资料根源宽泛，价钱便宜，成本较低，其应用及其宽泛。如机床、内燃机中铸件 70~80%；农业机械 40~70%。
4. 但锻造生产过程较复杂， 废品率一般较高， 易出现浇不足， 缩孔，夹渣、气孔、裂纹等缺点。
五 锻造常有的 主要问题
组织松散、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺点产生，导
致铸件力学性能，特别是冲击性能较低。
锻压：
对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改良性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。
主要方法：
锻造 :将坯料加热到高温状态后进行加工 冲压 :将坯料在常温下进行加工 特色 :
.
.
(1) 改良金属组织、提升力学性能 (2) 节俭金属资料 (3) 较高的生产率
(4) 毛坯或零件的精度较高 (5) 不可以加工脆性资料
(6) 不可以获取形状复杂的毛坯或零件 一 自由锻：
1.定义： 利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性变形而获取所需形状、 尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。 形的发展。
自由锻造时， 除与上、 下砧铁接触的金属部分遇到
不受外面的限制， 故没法精准控制变
拘束外， 金属坯料朝其余各个方向均能自由变形流动，
2. 分类：手工锻造和机器锻造 两种。手工锻造只好生产小型锻件， 生产率也较低。
机器锻造是自由锻的主要方法。
3. 特色：工具简单、通用性强，生产准备周期短。自由锻件的质量范围可由不及一千克到二、三百吨，关于大型锻件，自由锻是独一的加工方法，这使得自由
锻在重型机械制造中拥有特别重要的作用， 比如水轮机主轴、 多拐曲轴、 大型连杆、重要的齿轮等零件在工作时都蒙受很大的载荷，要求拥有较高的力学性能，
常采纳自由锻方法生产毛坯。
因为自由锻件的形状与尺寸主要靠人工操作来控制，所以锻件的精度较
低，加工余量大，劳动强度大， 生产率低。自由锻主要应用于单件、 小批量生产，修配以及大型锻件的生产和新产品的试制等。
4 自由锻工序
自由锻工序： 基本工序、协助工序和修整工序 。
（ 1）基本工序
使金属坯料产生必定程度的塑性变形，以获取所需形状、尺寸或改良材质性能的工
艺过程。它是锻件成形过程中必要的变形工序，如 镦粗、拔长、曲折、冲孔、切割、扭转和错移 等。实质生产中最常用的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。
１）．镦粗 沿工件轴向进行锻打，使其长度减小，横截面积增大的操作过程。常用来
锻造齿轮坯、凸缘、 圆盘等零件，也可用来作为锻造环、 套筒等空心锻件冲孔前的预备工序。
镦粗可分为全镦粗和局部镦粗两种形式，如下图。镦粗时，坯料不可以过长，高度
与直径之比应小于，免得镦弯，或出现细腰、夹层等现象。坯料镦粗的部位一定平均加热，以防备出现变形不平均。
图
镦粗
a）全镦粗 b）局部镦粗
２）．拔长 拔长是沿垂直于工件的轴向进行锻打，以使其截面积减小，而长度增添的操作过程，如下图。常用于锻造轴类和杆类等零件。
关于圆形坯料，一般先锻打成方形后再进行拔长，最后锻成所需形状，或使用 V 型砧铁进行拔长，如下图，在锻造过程中要将坯料绕轴线不停翻转。
图拔长 图 使用 V 型砧铁拔长圆坯料
３）．冲孔 利用冲头在工件上冲出通孔或盲孔的操作过程。常用于锻造齿轮、套筒和
圆环等空心锻件，关于直径小于 25mm 的孔一般不锻出，而是采纳钻削的方法进行加工。
在薄坯料上冲通孔时，可用冲头一次冲出。若坯料较厚时，可先在坯料的一边冲到
孔深的 2／ 3 深度后， 拔出冲头， 翻转工件，从反面冲通， 以防止在孔的四周冲出毛刺，如下图。
实心冲头双面冲孔时，圆柱形坯料会产生畸变。畸变程度与冲孔前坯料直径
D0、高
度 H0 和孔径 d1 等相关。 D0/d1 愈小，畸变愈严重，此外冲孔高度过大时，易将孔冲偏，所以用于冲孔的坯料直径 D0 与孔径 d1 之比（ D0 /d1）应大于，坯料高度应小于坯料直径。
图 冲孔
a）薄坯料冲孔 b）厚坯料冲孔
1－冲头 2－坯料 3－垫环
4－芯料
冲孔
错移 扭转
（ 2）协助工序
为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为协助工序（压钳口、切肩等）
。
（ 3）修整工序
用以减少锻件表面缺点而进行的工序（如校订、滚圆、平坦等）
。
5. 自由锻工艺规程的拟订
制定工艺规程、编写工艺卡片是进行自由锻生产必不行少的技术准备工作，是组织生产、规范操作、控制和检查产质量量的依照。制定工艺规程，一定联合生产条件、设
备能力和技术水同等实质状况， 力争技术上先进、 经济上合理、操作上安全，以达到正确指导生产的目的。
自由锻工艺规程： 依据零件图绘制锻件图、计算坯料的质量与尺寸、确立锻造工序、选择锻造设施、确立坯料加热规范和填写工艺卡片等。
1）绘制自由锻件图
以零件图为基础，联合自由锻工艺特色绘制而成的图形，它是工艺规程的中心内容，是拟订锻造工艺过程和锻件查验的依照。锻件图一定正确而全面反应锻件的特别内容，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要素：
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，一定临时增添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添的这一部分金属，称为敷料，如图
2-11 所示。 2）．锻件余量 在零件的加工表面上增添供切削加工用的余量，称之为锻件余量，如图
所示。锻件余量的大小与零件的资料、形状、尺寸、批量大小、生产实质条件等要素有
关。零件越大，形状越复杂，则余量越大。
3）．锻件公差 锻件公差是锻件名义尺寸的同意改动量，其值的大小与锻件形状、尺寸
相关，并受生产详细状况的影响。
图
锻件余量及敷料
1—敷料 2—锻件余量
自由锻件余量和锻件公差可查相关手册。钢轴自由锻件的余量和锻件公差，见表
。
（
1
表 1 钢轴自由锻件余量和锻件公差
（双边） 零件直径
（ mm）
零件长度
<50 50 ～80 80 ～120 120 ～ 160 160 ～ 200 200 ～ 250 锻件余量和锻件公差
<315 5±2 6±2 7±2 8± 3 — —
315 ～ 6±2 630
7±2 8±3 9± 3 10±3 11±4
630 ～ 7±2
1000
8±3 9±3 10±3 11±4 12±4
1000 ～ 8±3
9±3 10± 3
11±4
12±413±4
1600
在锻件图上，锻件的外形用粗实线，如下图。为了使操作者认识零件的形状和尺寸，
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明锻件尺寸与公
差，尺寸线下方用圆括弧标明出零件尺寸。 关于大型锻件， 还一定在同一个坯料上锻造出供性能查验用的试样来，该试样的形状与尺寸也在锻件图上表示。
图 2 典型锻件图
（ 2）计算坯料质量与尺寸
1）．确立坯料质量
自由锻所用坯料的质量为锻件的质量与锻造时各样金属消
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%，此后各次加热取 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，修切端部产生的料优等。
关于大型锻件，当采纳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）．确立坯料尺寸
依据塑性加工过程中体积不变原则和采纳的基本工序种类
（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。
典型锻件的锻造比见表 2。
表 2
计算部位 最大截面 最大截面 辊
身
典型锻件的锻造比
锻件名称 锤
头
锻件名称 碳素钢轴类锻件 合金钢轴类锻件
锻造比 2.0 ～ 2.5 ～ 2.5 ～
计算部位 最大截面 轴 最大截面
锻造比
≥ 身≥ ≥
水轮机主轴 水轮机立柱
热轧辊
冷轧辊 齿轮轴
辊 身 3.5 ～ 2.5 ～
模 块 最大截面 最大截面
≥ 6.0 ～ 最大截面 航空用大型锻件
（3）选择锻造工序
自由锻锻造工序的选用应依据工序特色和锻件形状来确立。一般而言，盘
类零件多采纳镦粗（或拔长－镦粗）和冲孔等工序；轴类零件多采纳拔长，切
肩和锻台阶等工序。一般锻件的分类及采纳的工序见表
3。
表 3 锻件分类及所需锻造工序
锻件类型
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
曲折类零
拔长，曲折等
件
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
变形程度相关。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。
（ 4）选择锻造设施
依据作用在坯料上力的性质，自由锻设施分为 锻锤和液压机 两大类。
（ 5）确立锻造温度范围
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，提升生产率。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整，锻件内部
获取细晶粒组织。 碳素钢和低合金构造钢的锻造温度范围， 一般以铁碳均衡相图 为基础，且其终锻温度选在高于
Ar3 点，以防止锻造时相变惹起裂纹。高合金钢
因合金元素的影响，始锻温度降落，终锻温度提升，锻造温度范围变窄。部分金 属资料的锻造温度范围见表 4。别的，锻件终锻温度还与变形程度相关，变形程
度较小时，终锻温度可稍低于规定温度。
表 4 部分金属资料的锻造温度范围
锻造温度 / ℃
保温时间 /min ﹒ mm
资料种类
-1
始 锻 1200 1200 终 锻 800 800 10 、15、 20、 25、30、 35、 40、 45、 50
0.25 ～ 0.3 ～
15CrA、 16Cr 2 MnTiA、 38CrA、 20MnA、 20CrMnTiA
12CrNi 3A、 12CrNi 4A、 38CrMoAlA 、 25CrMnNiTiA 、
1180
850
0.3 ～
30CrMnSiA 、 50CrVA、 18Cr 2Ni 4 WA、 20CrNi 3A
40CrMnA 铜合金 铝合金
1150 800～ 900 450～ 500 800 650～ 700 350～ 380 0.3 ～ — —
（ 6）填写工艺卡片
二 模型锻造
以锻模模膛限制金属坯料的变形，进而获取锻件的成形方法 特色
(1) 生产效率较高 (2) 能锻造形状复杂的锻件 (3) 模锻件的尺寸较精准 (4) 节俭金属资料
(5) 模锻操作简单，劳动强度低
三 板料冲压：往常在室温下进行，所以又称冷冲压，简称冲压。 特色： 1)不需要对毛坯加热，是节俭能源的加工方法
2）生产操作简单，生产率高 3）尺寸精度较高，质量稳固
4）制造花费高。用于大量量生产条件下
固态资料连结过程
常有的连结成形工艺： 焊接、胶接和机械联接等。
一 定义
焊接往常是指金属的焊接。是经过加热或加压，或二者同时并用，使两
个分别的物体产生原子间结协力而连结成一体的成形方法。
二 分类：依据焊接过程中加热程度和工艺特色的不一样， 焊接方法能够分为三大类。
(1) 熔焊 将工件焊接处局部加热到融化状态， 形成熔池（往常还加入填补金属） ，
冷却结晶后形成焊缝，被焊工件联合为不行分别的整体。 常有的熔焊方法有气焊、
电弧焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。
(2) 压焊 在焊接过程中不论加热与否， 均需要加压的焊接方法。 常有的压焊有电
阻焊、摩擦焊、冷压焊、扩散焊、爆炸焊等。
(3) 钎焊 采纳熔点低于被焊金属的钎料（填补金属）融化以后，填补接头空隙，并与被焊金属互相扩散实现连结。 钎焊过程中被焊工件不融化， 且一般没有塑性变形。
三 焊接生产的特色：
(1) 节俭金属资料，构造重量轻。
(2) 以小拼大、化大为小，制造重型、复杂的机器零零件，简化锻造、锻造及切
削加工工艺，获取最正确技术经济成效。 (3) 焊接接头拥有优秀的力学性能和密封性。
(4) 能够制造双金属构造，使资料的性能获取充足利用。 四 应用
焊接技术在机器制造、造船工业、建筑工程、电力设施生产、航空及航天工业等应用十分宽泛。
五 不足
焊接技术也还存在一些不足之处， 如焊接构造不行拆卸， 给维修带来不
便；焊接构造中会存在焊策应力和变形；焊接接头的组织性能常常不平均，
并会产生焊接缺点等。
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容