模锻工步的选择与应注意的问题（附表）

选择模锻工步时遵循的原则是：使坯料在良好的变形条件下成形，获得质量良好的锻件、操作安全方便、材料消耗少、生产效率高。

表3-2-2 各种模锻工步及模膛的特点和作用

（续）

选择模锻工步的依据是：锻件的工艺特征、设备条件和生产条件、生产批量以及工人的操作技术和操作习惯等。

在考虑模锻工步时，常常会涉及以下问题：

1）有无近似锻件的模锻先例以资借鉴。

2）有无使用更少的工步完成模锻的可能，如：拔长后不经过滚压直接终锻、不经过拔长用滚压延伸坯料等。

3）对利弊兼而有之的工步如何取舍，如：是否有必要采用预锻等。

4）怎样减少废料损失，如：设法减少钳夹头的用料或完全不用钳夹头等。

5）能否在制坯过程中减少坯料的调头次数，使操作方便。

6）能否采用调头锻、多件锻、合锻等，以改善成形条件，提高生产效率，减少废料损失等。

7）对于形状复杂或有其他特点的锻件采用联合锻造的可能。例如：

锻件大而复杂，采用的工步多，有时要用两台模锻锤联合锻造；

批量小而又复杂的锻件，从经济角度考虑，可用自由锻锤与模锻锤来联合锻造；

锻件有长的杆部，是否采用平锻机、电镦机等聚料后再模锻其他部分；或者用径向锻造机锻出杆部后再上模锤锻造；

是否用辊锻机、楔横轧机进行制坯之后再模锻；

大的圈形锻件是否采用扩孔机与锤联合锻造等。

8）经过分析比较，也可择优改选其他的成形工艺，如用楔横轧代替锻锤生产轴类件等。不囿于原来的考虑。

9）有的锻件在形状上稍作改动，便可以改善它的锻造工艺性，不应忽略或放弃提出改进建议的机会。

选择模锻工步的问题是既复杂而又灵活的问题，下面以各类锻件的工艺特点为基础，说明在一般情况下选择模锻工步的规律和应注意的问题。

1.饼类锻件

也称为短轴类锻件。其特点是坯料沿轴线方向镦粗成形，锻件的水平投影多呈均匀对称形状。选择模锻工步时，按其成形难易程度分为：普通锻件、高轮毂深孔锻件及高肋薄壁复杂锻件等三种情况。

（1）普通锻件 采用的工步为：镦粗、立镦去氧化皮、终锻。

这类锻件如齿轮、法兰、十字轴等，形状较为简单，如图3-2-3所示。

通过镦粗去掉坯料柱面上的氧化皮，然后再将坯料翻转90°立起轻轻镦压，去掉端面上的氧化皮。镦粗后的坯料直径以超过轮辐，达到轮缘的中部为宜，这样不致产生折叠并能使轮毂处充满，见图3-2-4。

锻件直径较大，在一台锻锤上布置不下镦粗台的情况下，可采用两台锻锤联合锻造。一台锤镦粗，另一台锤终锻，如图3-2-5所示。在不影响锻件充满的前提下，镦粗直径尽可能接近终锻，使坯料在终锻中的定位准确且可避免产生折叠。

在锻件的生产批量很少，又不易出折叠的情况下，也可直接在终锻模膛中镦粗并终锻。但这种方法应谨慎采用，因为模具寿命较低，并要特别注意氧化皮的清除。

（2）高轮毂深孔锻件 采用的工步为：镦粗、成形镦粗、终锻。

图3-2-3 简单的短轴类锻件

图3-2-4 镦粗、立镦去氧化皮、终锻

a）坯料 b）镦粗 c）立镦 d）终锻（飞边未示出）

图3-2-5 大锻件用两台锤联合锻造

a）坯料 b）3t锤镦粗 c）5t锤终锻（飞边未示出）

为了使坯料在终锻模膛中便于定位，有利于轮毂处充满，增加了镦粗成形工步，预先锻出凹孔，翻转180°后进行终锻，其模锻顺序如图3-2-6所示。

（3）高肋薄壁锻件 采用的工步：镦粗、预锻、终锻。

为保证锻件充满或避免产生折叠，需改善金属流动条件采用预锻工步。

对于直径较大的圈形件，如无预锻，可能出现折叠。进行预锻后，改善了成形条件。但在一台锻锤上有时布置不开，需要用两台锻锤联合锻造，其工艺如图3-2-7所示。

对于这类锻件，也可以在其他设备上预先制出环形坯料，再经锻锤终锻成形。

对于具有窄而高的突肋的锻件，为了保证锻件充满，也要采用预锻。图3-2-8为内燃机车一种锻件的模锻工艺，凸起部分置于上模以利充满，锻件下部中央增加长圆形的工艺凸台A，使锻件在下模中得以定位。

2.杆类锻件

也称为长轴类锻件。其特点是锻造时坯料轴线与锻锤的打击方向垂直，金属沿坯料轴线分配并成形为锻件。选择工步时，按锻件的成形特点分为：较短的锻件、直长轴锻件、带枝桠的锻件、带叉口的锻件、有工字形截面的锻件以及弯曲轴线锻件等六种情况。

（1）较短的锻件 当锻件的截面沿轴线变化不大，坯料长度与锻件长度相近时采用的工步为：

压扁、终锻、或：（镦粗）、压肩或卡压、终锻。

图3-2-6 采用了成形镦粗

a）坯料 b）镦粗 c）成形镦粗 d）终锻（飞边未示出）

锻件截面变化不大时，采用压扁工步，压扁能除去氧化皮，压扁后将坯料绕轴线转90°，以窄边置入终锻，见图3-2-9。

图3-2-7 采用了预锻，在两台锤上联合锻

a）坯料 b）镦粗 c）2t锤预锻 d）另一台2t锤终锻（飞边未示出）

图3-2-8 采用预锻，在两台锤上联合锻

a）镦粗 b）3t锤预锻 c）5t锤终锻（飞边未示出）

图3-2-9 压扁后转90°终锻

a）坯料 b）压扁 c）终锻

图3-2-10 压扁、压肩后平移终锻

a）坯料 b）压扁 c）卡压 d）终锻

当锻件扁平，宽度较大时，坯料压扁后平移置入终锻。图3-2-10为压扁、压肩、然后以宽面置入终锻的例子。

对于截面变化较大的锻件，也可采用压肩工步。图3-2-11所示为汽车突缘叉锻件的模锻工艺。由于锻件的凹部宽度较大，同时为了使压肩后的坯料容易在终锻模膛定位摆稳，压肩后坯料不翻转，平移置入终锻。镦粗的目的是使端面平整，避免出折叠，并除去氧化皮，一般镦粗量都较小。

难以充满的锻件应考虑采用预锻。图3-2-12为重型汽车主动圆柱齿轮的例子。锻件法兰部分直径大，厚度小，在模块能布置下的情况下采用预锻能够改善金属流动条件，有助于终锻的充满。坯料卡压后翻转90°以窄边置入预锻，这样定位方便，对充满也有利。

（2）直长轴锻件 此类锻件的轴线较长，截面沿轴线往往有较大变化。所用坯料的长度较之锻件要短，经常要采用的工步有拔长、滚压、卡压或压肩等。

图3-2-11 镦粗、压肩、终锻

a）坯料 b）镦粗 c）压肩 d）终锻

图3-2-12 采用了预锻

a）镦粗 b）卡压 c）预锻 d）终锻

在坯料较短的情况下是否需要采用拔长工步，可以按如下原则决定：

当以经济的锤击次数——2～3次滚压后，坯料的长度能被延伸到模锻工步所需的长度时，则不需拔长；否则应考虑采用拔长。

根据经验，锻件长度与坯料长度（不计钳夹头部分）之差不大于下列数值时，可以只用滚压，不需拔长：

1t、2t锤： 20～35mm

3t锤： 35～45mm

5t锤： 45～50mm

也可以按下式确定，符合下式时可以不拔长：

L_d-L_p＜（0.7～0.8）d_p （3-2-4）

式中 L_d——锻件长度（mm）；

L_p——坯料长度（不计钳夹头部分）（mm）；

d_p——坯料直径（mm）。

采用滚压的主要目的是聚料。当坯料截面小于锻件最大截面（含飞边），需要使坯料局部截面增大以保证锻件充满时，采用滚压工步。坯料拔长之后，即使不需聚料也往往进行滚压，使坯料金属分配准确，表面光滑圆浑，避免产生折叠并能更好地除掉氧化皮。不过，拔长后的滚压有时能用卡压或压肩代替，之后坯料绕轴线转90°或平移置入模锻模镗。

当然，如果锻件形状平缓无急突变化，不易产生折叠时，也可在拔长之后径直进行终锻。

图3-2-13的例子是锻件的一端截面较小，是明显的杆部，坯料的长度与锻件接近。采用的工步是：滚压、终锻。这类锻件往往可以调头锻造，即锻造第二个锻件时以第一个锻件作为钳子的夹持部分。调头锻造可以省去钳子夹头。

图3-2-13 滚压、终锻

a）滚压 b）终锻

图3-2-14的例子是锻件的两端截面都较大，锻件的中部截面小。采用的工步是：拔长、滚压、终锻。

图3-2-15的锻件有明显的大小头之分，但因头部截面较大，选用的坯料较短，所以需要拔长。工步为：拔长、滚压、终锻。拔长之后坯料调头滚压。即以拔长端的端部为“钳夹头”，这一部分不参与滚压。滚压后，全部置入终锻模膛成形。未经滚压的部分截面不均匀，而且与所需的截面相比也较大，所以终锻模膛的这一部分开出双向飞边槽，以容纳较多的金属。

上例工艺的突出特点是不用钳夹头，节省材料。在现实生产中，像这样可以用调头滚压来省去钳夹头的锻件很多，列举如下供参考，见图3-2-16。

有的长轴类锻件中部截面大，两端截面小构成杆部。如果按照前面关于拔长工步原则的叙述，两端均需拔长时，则应调头拔长。如图3-2-17所示。设计拔长模膛时要兼顾两端，尽量使一个拔长模膛能用于两端的拔长，但其一端较短，则可拔长杆部较长的一端，调头后，以拔长部分的端头为“钳夹头”进行滚压。滚压时中部的金属聚集同时杆部也做延伸，如图3-2-18所示。

图3-2-14 拔长、滚压、终锻

a）拔长 b）滚压 c）终锻

图3-2-15 调头后滚压

a）拔长 b）调头滚压 c）终锻(https://www.xing528.com)

图3-2-16 可以不用钳夹头的锻件

a）凸轮轴 b）后拖钩 c）扭力杆

（3）带枝桠的锻件 这类锻件的特点是在锻件轴线中部一侧有凸出的枝桠，在这里金属沿轴线的分布是不对称的。模锻时重点要解决枝桠部分的充满问题，为此，往往采用不对称滚压并且一般均有预锻。

不对称滚压是滚压的一种特殊形式，它在聚集金属时，利用模膛的不对称性可将有枝桠一侧的聚料作用增强。不对称滚压模膛的形状可参见图3-2-86。

不过，不对称滚压的单侧聚料作用是有限度的，当枝桠较长，用料较多时，采用不对称滚压就难以解决问题了。此时，可在滚压之后增加成形工步，使金属有更强的向一侧转移的效果。

采用预锻的主要目的是促使坯料向枝桠处分出必需的金属量并形成枝桠的雏形，为终锻成形准备条件。因此，预锻在枝桠处的形状要加以简化，让金属有良好的流动条件。

为了限制金属向模锻模膛外面流动，还常常采用加大局部飞边桥的宽度、设置阻力肋等措施。

图3-2-19中的枝桠为扇形，为了改善其充满条件，预锻后翻180°置入终锻。其工步为：拔长、不对称滚压、预锻及终锻。

图3-2-17 两端都需要拔长

a）拔长 b）调头拔长 c）滚压 d）终锻

图3-2-18 兼起延伸作用的滚压

a）拔长 b）调头滚压 c）终锻

图3-2-19 预锻后翻转180°终锻

图3-2-20 采用了滚压及成形工艺

a）拔长 b）调头拔长 c）滚压 d）成形 e）预锻及终锻

图3-2-20为拨杆的锻造工步。枝桠较长采用了滚压及成形工艺。预锻设置了阻力肋。

（4）带叉口的锻件 各种连接叉、滑动叉、变速叉都属于这类锻件。在大多数情况下，这类锻件是不能用弯曲工步来分配金属的。为了锻出叉形，必须将坯料端部由中心分向两边。分料是由预锻模膛的劈料台来完成的，因此需要采用预锻。

为了配合分料，还可以在叉口前方设置阻力肋，以限制金属向前方的流动。

其他工步的采用要视锻件沿自身轴线上的截面（含飞边）大小变化是否明显而定。

截面变化不大者采用压扁或压肩；截面相差较大者采用滚压，甚至拔长及滚压，图3-2-21采用压扁、预锻、终锻。压扁后平移置入预锻容易定位，同时使劈料台在坯料的平面上分料效果较好。

图3-2-21 压扁、预锻、终锻

a）压扁 b）预锻（头部劈开） c）终锻

图3-2-22是采用拔长、不对称滚压、预锻及终锻的例子。预锻模膛带劈开台及阻力肋。

图3-2-23也是采用压扁制坯的例子。由于锻件杆部较长，进行两次压扁。第一次整体压扁后，坯料转90°立起再压前端。这时，坯料在叉部有较宽的平面便于分料。而在杆部，坯料以窄边置入模膛对成形有利。锻模压扁平面的前部边缘，应有不小于R8的圆弧。

图3-2-24是采用压肩的例子。锻件叉部与杆部连接处的截面较大，压肩有一定的聚料效果。不过，实用上往往以更简单的压扁代替压肩。

图3-2-25中的锻件圆台处截面很大，需聚料，叉部扁薄用料不多，采用的工步为滚压、预锻和终锻。

图3-2-26的锻件为小型锻件，锻后用切刀将锻件从棒料上切下，采用一火多件模锻。

图3-2-27的转向节也可看做叉形件。因杆部截面小，需要拔长杆部，然后预锻、终锻。具体的工艺过程为：镦粗去氧化皮并使端面平整、将坯料轴线放倒后在拔长台拔出杆部、调头后预锻并劈开叉部、绕轴线翻转180°终锻。

对于叉口宽而敞开、杆部很短的锻件，可以看做轴线沿着一叉脚到另一个叉脚的轴线弯曲的锻件。这时即可采用弯曲制坯工步，不用劈料台分料，因而可以不用预锻。图3-2-28即是一例。

（5）有工字形截面的锻件 这类锻件以连杆为代表，各种发动机的连杆种类繁多，生产批量大，是最常见的典型锻件。连杆的尺寸要求严，而且有很大一部分表面不经机械加工，表面质量要求高，不允许有折叠。连杆有大头、小头和杆部。杆部截面很小，因此往往要采用拔长和滚压工步。

图3-2-22 采用不对称滚压及预锻

a）拔长 b）调头拔长 c）不对称滚压 d）预锻及终锻

杆部工字形有高肋，薄辐板。为了改善金属流动条件，避免多余的金属高速地径直排入飞边槽，造成穿肋废品，需根据肋的相对高度采取适当的预锻工步。采用预锻还可以提高终锻模膛的寿命，使锻件厚度尺寸和重量保持稳定。

图3-2-23 坯料前端较宽便于分料

a）压扁 b）压扁头部 c）预锻（头部劈开） d）终锻

图3-2-24 采用压肩

a）坯料 b）压肩 c）预锻（头部劈开） d）终锻

图3-2-25 截面差大的叉形锻件

图3-2-26 小型叉形锻件

a）滚压 b）预锻（头部劈开）及终锻

对于大型的连杆，杆部工字形比较浑厚，锻件尺寸、质量大，终锻时金属流动速度较慢，可以不用预锻。也避免了因模膛布排困难而采用两台设备联合锻造所带来的种种不便。

图3-2-29为拔长、滚压、预锻、终锻。

图3-2-30也为拔长、滚压、预锻、终锻，但连杆是开口的，预锻时要劈开分料、为了省料不用钳子夹头，采用调头模锻。

图3-2-31为大型连杆，拔长时除了拔长杆部外还要拔出钳口，然后调头滚压及终锻。也可将滚压改为开式压肩。即先将大头在卡压模膛中部的加宽处压扁展宽，之后转90°，将坯料整体压肩后平移置入终锻。先将大头展宽再压肩使头部截面略呈方形，对大头的充满有利。在使用圆形毛坯时，这是必要的。此例不用预锻。

图3-2-27 转向节的模锻工步

a）镦粗 b）拔长杆部 c）预锻（头部劈开） d）终锻（飞边未示出）

图3-2-28 采用弯曲制坯工步

a）拔长 b）调头拔长 c）滚压 d）弯曲 e）终锻

图3-2-29 典型的连杆模锻工步

a）拔长 b）滚压 c）预锻 d）终锻

图3-2-30 采用调头锻

a）拔长 b）滚压 c）预锻 d）终锻

图3-2-32也是大型连杆。为了使得锻件起模比较方便，使大头靠近操作者。由于用料直径较大，为了省料先拔出钳夹头，然后调头拔长、滚压及终锻。滚压模膛在大小头处为开式。

由于拔钳夹头时大部分毛坯在锻模外边，操作吃力。可将滚压改为压肩。大头及小头处为开式，杆部为闭式，模膛大头前端敞开。压肩后坯料转90°再压一次。第二次压时可用夹钳立住坯料。这时钳夹头可以完全省去。所用工步见图3-2-33。

图3-2-31 滚压前先拔钳夹头且不用预锻

a）拔杆部及钳夹头 b）压肩（开式） c）终锻

图3-2-32 先拔钳夹头

a）拔钳夹头 b）调头拔杆部 c）滚压（大小头为开式） d）终锻

图3-2-33 采用压肩、不用钳夹头

a）拔长 b）压肩（压肩两次） c）终锻

偏头连杆采用拔长、滚压、成形、预锻及终锻。成形工步可使金属坯料符合连杆的平面图形。图3-2-34为一不用滚压的例子。成形模膛在大头处为开式，其余部分为闭式。

图3-2-34 不用滚压

a）拔长（杆部及钳夹头） b）成形 c）预锻及终锻

（6）弯曲轴线锻件 轴线的弯曲情况有三种：

锻件在沿锤击方向上弯曲，包括有落差的锻件；锻件的水平投影方向上轴线弯曲；锻件在两个方向都弯曲（即空间弯曲）。

对于第一种情况，只要当做直长轴件选取工步即可，不必采用弯曲或成形工步。模锻第一锤时坯料自会弯曲，但制坯的长度要计及弯曲后的变化。

第二和第三种情况时，一般都要采用弯曲或成形工步，使坯料得以弯成符合锻件水平投影的形状。但锻件弯度很小时，也可以按直锻件处理，仅在终锻或预锻时随锻件的弯曲走势斜置坯料即可。

图3-2-35为拖拉机转向节支架，采用的工步为弯曲、终锻。

图3-2-35 弯曲、终锻

a）弯曲 b）终锻

图3-2-36为成形、终锻的例子，锻件为拖拉机拐轴，弯度不大。

图3-2-36 成形、终锻

a）成形 b）终锻

图3-2-37为空间弯曲的锻件。根据需要，采用拔长、滚压、弯曲、预锻、终端等五个工步。是复杂锻件的例子。

图3-2-37 复杂锻件的模锻工步

a）拔长 b）滚压 c）弯曲 d）预锻及终锻

发动机曲轴也是弯曲轴线锻件，往往要采用弯曲工步。如图3-2-38a，是一种连杆轴颈呈180°分布的曲轴，采用了弯曲、终锻工步。图3-2-38b则是一种连杆轴颈呈120°分布的曲轴，采用的是滚压、弯曲、终锻工步。

图3-2-38c是一种连杆轴颈呈90°分布的曲轴，由于它的平衡块夹板之间的距离B很小，不可能采用弯曲工步，实际采用的是滚压、预锻和终锻工步。预锻能在夹板处起到分料作用，使锻件平衡块容易充满，并提高模具的寿命。