金工实习：手工自由锻与机器自由锻的区别

自由锻分为手工自由锻和机器自由锻两种。利用简单的手工工具，使坯料产生变形而获得锻件的方法，称为手工自由锻；使用机器设备，使坯料在上、下砥铁之间受力变形，从而获得锻件的方法，称为机器自由锻。

手工自由锻的操作简单方便，但因完全依靠人力和手工工具进行操作，只能生产小型锻件。机器自由锻的适应性较广，可以生产大型、小型等多种规格的锻件。

1．机器自由锻设备

机器自由锻设备有空气锤、蒸汽-空气锤和水压机等，分别适合于小型、中型和大型锻件的生产。

1）空气锤　空气锤由锤身、压缩缸、工作缸、传动机构、操纵机构、锤头落下部分及砧座等部分组成。空气锤的工作原理如图3-1所示：电动机通过减速装置带动曲柄连杆机构转动，曲柄连杆机构把电动机的旋转运动转化为压缩缸活塞的上下往复运动，产生压缩空气，并通过上、下旋阀将压缩空气压入工作缸的下部或上部，推动工作活塞与上砥铁作升降运动，实现锤头对锻件的打击动作。空气锤的吨位以锤头落下部分的总质量表示，一般为50~1 000 kg，落下部分包括工作活塞、锤杆、锤头和上砥铁。例如65 kg空气锤是指其落下部分总质量为65 kg，而不是指锤头的打击力。

图3-1　空气锤的结构和工作原理

1—踏杆；2—砧座；3—砧垫；4—下抵铁；5—上抵铁；6—下旋阀；7—上旋阀；8—工作缸；9—压缩缸；10—减速装置；11—电动机；12—工作活塞；13—压缩活塞；14—连杆

2）蒸汽-空气锤　蒸汽-空气锤也是靠锤头的冲击力锻打工件，但蒸汽-空气锤自身不带动力装置，需要另配蒸汽锅炉向其提供具有一定压力的蒸汽，或另配空气压缩机向其提供压缩空气。蒸汽-空气锤的锻造能力明显大于空气锤，一般为0.5~5T，常用于中型锻件的锻造。

3）水压机　水压机是锻压生产中最常用的一种大型液压机，其规格为500~12 500 T，可以锻造重量为1~300 T的大型锻件。水压机工作时不依靠锤头的冲击力，而是依靠活塞的静压力使坯料产生变形，因此工作过程平稳震动较小，作用力的效果深达大型工件的内部，所得锻件的质量良好。

2．手工自由锻工具

手工自由锻不需要使用锻造机器，而是全部由手工操作完成锻造过程。手工自由锻工作时，可以由一个人独立操作，也可以由打锤工和掌钳工协同配合进行操作。常用的手工自由锻工具如图3-2所示，有铁砧、锤子、手钳、冲子、錾子、漏盘等。

图3-2　手工自由锻常用工具

自由锻的工序很多，主要包括基本工序、辅助工序和精整工序三类。

自由锻的基本工序是锻造工艺的最主要部分，它包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错位、扭转、扩孔等，其中镦粗、拔长、冲孔、弯曲这几种工序的应用最多。

1．镦粗

镦粗是通过锤头击打使坯料的高度减小、横截面积增大的工序，可用于锻造高度小、截面大的锻件，如齿轮、皮带轮、法兰盘等。镦粗可分完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗等几种，如图3-3所示。

图3-3　镦粗方法

（a）完全镦粗；（b）局部镦粗；（c）垫环镦粗

2．拔长

拔长是通过锻打使坯料减小截面、增加长度的锻造工序，主要用于制造长度大、截面小的轴类和杆类锻件，如直轴、曲轴、拉杆、套筒等。拔长可分平砧拔长、赶铁局部拔长、芯棒拔长等种类，见图3-4所示。

图3-4　拔长方法

（a）平砧拔长；（b）赶铁局部拔长；（c）芯棒拔长

拔长操作时应边锻打，边翻转，边送进坯料；每次的送进量和压下量应合适，既要避免产生夹层，又要考虑工作效率。将圆形截面的坯料拔长时，应该先锻打成方形；待边长接近所需直径时，再锻成八角形；最后锻成圆形。

3．冲孔

在锻件上锻出通孔或不通孔的工艺，称为冲孔。常用的冲孔方法有单面冲孔和双面冲孔两种，参见图3-5和图3-6所示。较薄的工件可采用单面冲孔；较厚的工件单面冲孔难以完成，需要采用双面冲孔。双面冲孔时，先从一边冲至总深度的三分之二左右，再翻面从另一边将孔冲通。

图3-5　单面冲孔

图3-6　双面冲孔(www.xing528.com)

4．弯曲

使坯料弯成一定角度或一定形状的工序，称为弯曲，如图3-7所示。

图3-7　弯曲

5．切割

将坯料切断或切除锻件余量的工序，称为切割，如图3-8所示。切割方形截面的锻件时，先从一面用剁刀切入锻件，至快断开时，将锻件翻转，再用剁刀或克棍截断；切割圆形截面的锻件时，先将锻件放在带有圆凹槽的剁垫中，边用剁刀切割边旋转锻件，直至切断。

图3-8　切割

（a）方料的切割；（b）圆料的切割

1．锻击方法

手工自由锻时，持锤锻击的方法有：

1）手挥法　主要靠手腕的运动来挥锤锻击。手挥法的锻击力较小，常用于指挥大锤的打击点和打击轻重。

2）肘挥法　肘部与手腕同时作用、同时用力，锤击的力度较大。

3）臂挥法　手腕、肘部和臂部一起运动，作用力较大，可使锻件产生较大的变形量，但费力甚大。

2．锻击姿势

手工自由锻时，操作者站离铁砧约半步，右脚在左脚之后相距半步，上身稍向前倾，眼睛注视锻件的锻击点。左手握住钳杆的中部，右手握住手锤柄的端部，用手锤指示大锤的锤击。锻击过程中，必须始终将锻件平稳地放置在铁砧上，并且按锻击变形的需要，不断将锻件翻转或移动。

3．“六不打”

为了杜绝安全事故和防止出现锻件开裂等缺陷，在锻造过程中要严格做到“六不打”：低于终锻温度不打；锻件放置不平不打；冲子不垂直不打；剁刀、冲子、铁砧等工具上有油污不打；镦粗时工件弯曲不打；工具、料头易飞出的方向有人时不打。

锻件锻前加热温度的掌握，是保证锻造顺利进行和保证锻件质量的重要技术关键，如果掌握不当往往会产生缺陷，这些缺陷有以下三种：

1．过热和过烧

金属受热温度过高，或者保温时间过长，金属内部晶粒急剧长大，形成粗大的晶粒，此种缺陷称为过热。金属受热到达更高温度并作较长时间的停留，空气中的氧渗入金属内部使晶界处发生氧化，晶粒间的联系被削弱和破坏，遇到锻压外力就会发生破裂，此种缺陷现象称为过烧。

金属加热时的过热，可以在锻造后通过热处理（正火）细化晶粒，恢复原有性能。但金属的过烧则无法挽回，只得报废。为了防止过热和过烧，应该严格控制加热温度和保温时间，切勿超过所允许的温度范围。

2．氧化和脱碳

在高温状态下，锻件表层中的铁、碳与炉膛内的氧、二氧化碳、水蒸气等接触，产生化学反应，形成氧化皮和脱碳层，称为氧化和脱碳。为了防止或减少氧化皮、脱碳层的产生，可以采用快速加热或无氧化加热法。

对于氧化皮和脱碳层的处理措施，通常是加大锻件的加工余量，以便在后续的机械切削加工过程中将它们切除。

3．裂纹

锻件毛坯在加热过程中由于热传导因素的影响，表面与内部存在一定的温度差，从而产生热应力。当热应力超过金属本身的强度极限时，就会产生裂纹。防止产生加热裂纹的主要措施是控制加热速度，缩小表层与内部的温度差。