锻造作为一种古老而重要的金属塑性加工方法，在现代制造业中依然占据着核心地位。其中，自由锻是一种基础且应用广泛的锻造工艺，它凭借设备通用性强、生产准备周期短、适用于单件小批量生产等特点，在重型机械、船舶、航空航天、电力设备等行业发挥着不可替代的作用。本文将系统阐述自由锻的基本工序，并对常见的自由锻件进行分类介绍。
一、自由锻的基本工序
自由锻是指利用简单的通用工具，或直接在锻造设备的上、下砧铁之间，对加热后的金属坯料施加外力，使其产生塑性变形，从而获得所需几何形状、尺寸和内部质量的锻件的加工方法。其核心工序可归纳为以下几类：
- 基本工序：是使坯料产生主要变形的工序，直接决定了锻件的初步形状。
- 镦粗：使坯料高度减小、横截面积增大的工序。常用于制造齿轮毛坯、法兰盘等盘类锻件，或作为冲孔前的预备工序，以提高材料的横向塑性。
- 拔长：使坯料横截面积减小、长度增加的工序。是生产轴杆类锻件（如主轴、连杆等）的主要方法。
- 冲孔：在坯料上冲出透孔或不透孔的工序。用于制造带孔的锻件，如齿轮环、套筒等。
- 扩孔：减小空心坯料壁厚、增加其内外径的工序。常用于生产环形锻件，如轴承环、齿圈等。
- 弯曲：将坯料弯成一定角度或形状的工序。用于生产吊钩、弯杆等具有弯曲轴线的锻件。
- 切割：将坯料分割开的工序，如下料或切去锻件多余部分。
- 辅助工序：为配合基本工序，使坯料预先发生某些局部变形的工序，如压肩、压痕等。
- 修整工序：在基本工序完成后，用以精整锻件尺寸和形状，消除表面不平、歪扭等缺陷，使其完全符合图纸要求的工序，如滚圆、平整、校直等。
在实际生产中，一个自由锻件的成形往往是上述多个工序的合理组合与顺序实施。
二、自由锻件的常见分类
根据锻件的外形特征及其在毛坯图上的主轴线形态，自由锻件通常可分为以下几大类：
- 饼块类锻件：这类锻件的外形特征是其横向尺寸大于或接近高度尺寸，主轴线很短。典型的代表有齿轮毛坯、法兰盘、模块等。其锻造过程通常以镦粗为主要成形工序，有时也会辅以局部拔长、冲孔等。
- 轴杆类锻件：这类锻件的轴向尺寸远大于横向尺寸，主轴线是一条直线。常见的如各种实心或阶梯轴、传动轴、连杆、轧辊等。其锻造核心工序是拔长，对于有台阶或凹档的部分，则需辅以压肩、分段等辅助工序。
- 空心类锻件：这类锻件具有中心通孔，壁厚可能均匀也可能不均匀。典型的如各种圆环、套筒、缸体、空心轴等。其主要成形工序是镦粗、冲孔和扩孔的组合。对于长筒形件，可能在冲孔后还需进行芯轴拔长。
- 曲轴类锻件：这类锻件的主轴线由多条直线或曲线组成，且不在同一平面内，锻造时需要复杂的弯曲和扭转操作。典型的如曲轴、偏心轴等，是自由锻中难度较高的一类锻件。
- 弯曲类锻件：这类锻件的主轴线是一条曲线，如各种吊钩、弯杆、角尺等。弯曲是其最主要的成形工序。
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掌握自由锻的工序特点与锻件分类，是制定合理锻造工艺方案的基础。工艺设计者需要根据锻件的类别、尺寸、技术要求以及生产批量，科学地选择并组合基本工序、辅助工序和修整工序，确定加热规范、锻造比、工序尺寸等关键参数，在保证锻件内部质量（如晶粒细化、组织致密、流线合理）的前提下，高效经济地完成成形过程。随着现代控制技术和模拟技术的发展，自由锻这一传统工艺正朝着更精密、更智能、更高效的方向持续演进。
