只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间经多次锻打和逐步变形而获得所需几何形状及内部质量的锻件，这种方法称为自由锻。自由锻有手工自由锻(简称手锻)和机器自由锻(简称机锻)之分。机锻是自由锻的主要方法。

自由锻使用的工具简单，操作灵活，但锻件的精度低，生产率不高，劳动强度大，故只适用于单件、小批和大件、巨型锻件的生产。

1)加热

锻坯加热的目的是提高金属的塑性和降低金属的变形抗力，以利于金属的变形和得到良好的锻后组织和性能。

(1)钢在加热中的常见缺陷

钢在加热中常见的缺陷及防止措施见表4－2－1。

表4-2-1　钢在加热时的缺陷及其防止措施

(2)锻造加热温度范围及其控制

必须根据金属的化学成分严格控制其加热锻造温度范围。锻造温度范围从始锻温度(锻坯锻造时所允许的最高加热温度)到终锻温度(锻坯停止锻造时的温度)的区间。

一般说来，始锻温度应使锻坯在不产生过热和过烧的前提下，应尽可能高些;终锻温度应使锻坯不产生冷变形强化的前提下，尽可能低一些。这样便于扩大锻造温度范围，以减少加热火次和提高生产率。常用金属材料的锻造温度范围见表4－2－2。

表4-2-2　常用金属材料的锻造温度范围

续表4-2-2　

锻造时的测温方法有观火色法及仪表检测法。其中目测是根据钢在高温下的火色与温度关系来判断，其方法简便，应用较广，表4－2－3为碳钢的加热温度与其火色的对应关系。

表4-2-3　碳钢的加热温度与其火色的对应关系

(3)加热设备的特点及其应用

加热方法按热源不同，可分为火焰加热和电加热两大类。

表4－2－4为常用加热设备的特点及应用。

表4-2-4　常用加热设备的特点及应用

图4-2-1　常用加热设备

(4)锻件的冷却

锻件的冷却应做到使冷却速度不要过大和各部分的冷却收缩比较均匀一致，以防表面硬化、工件变形和开裂。锻件常用的冷却方法有空冷、坑冷和炉冷三种。空冷适用于塑性较好的中、小型的低、中碳钢锻件;坑冷(埋入炉灰或干砂中)适用于塑性较差的高碳钢、合金钢锻件;炉冷(放在500～700℃的加热炉中随炉缓冷)适用于高合金钢、特殊钢的大件及形状复杂的锻件冷却。

2)自由锻成形

自由锻成形主要借助于锻造设备和通用的工具来实现。

(1)自由锻设备(www.daowen.com)

锻造中、小型锻件常用的设备是空气锤和蒸汽－空气自由锻锤;大型锻件常用水压机。空气锤是由压缩缸和工作缸等部分组成，其结构如图4－2－2所示。

图4-2-2　空气锤的工作原理

空气锤的规格是以落下部分(包括工作活塞、锤杆与锤头)的质量来表示的。但锻锤产生的打击力，却是落下部分质量的1 000倍左右。例如牌号上标注65 kg的空气锤，就是指其落下部分的质量为65 kg，打击力约是650 kN。常用规格是50～750 kg。空气锤既可进行自由锻，也可用于胎模锻。它的特点是：操作方便，但吨位不大并有噪音与振动，只适用于小型锻件。

空气锤通过操纵手柄或脚踏板的位置来控制旋阀，以改变压缩空气的流向，从而实现空转、连打、单打、上悬及下压等五种动作循环。

空气锤规格的选择依据是锻件尺寸与质量，见表4－2－5。

表4-2-5　空气锤规格选用的概略数据

(2)自由锻的基本工序

自由锻的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、错移、扭转及切割等。其中镦粗、拔长、冲孔用得较多。自由锻基本工序的定义、操作要点和应用见表4－2－6。

表4-2-6　自由锻基本工序及应用

续表4-2-6

续表4-2-6

续表4-2-6

3)典型锻件自由锻工艺实例

(1)齿轮坯自由锻工艺过程(表4－2－7)

(2)铰手柄自由锻工艺过程(表4－2－8)

表4-2-7　齿轮坯自由锻工艺过程

续表4-2-7　

表4-2-8　铰手柄自由锻工艺过程

续表4-2-8