CCS H 94
中华人民共和国国家标准
GB/T44847—2024
重型机械 锻件设计要求
Heavymechanical—Designrequirementsforforging
2024-10-26发布2024-10-26实施
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会发布
目 次
前言………………………………………………………………………………………………………… Ⅲ
1 范围……………………………………………………………………………………………………… 1
2 规范性引用文件………………………………………………………………………………………… 1
3 术语和定义……………………………………………………………………………………………… 1
4 锻件分类………………………………………………………………………………………………… 2
5 锻件设计原则…………………………………………………………………………………………… 2
6 材料选用………………………………………………………………………………………………… 3
7 锻件结构要素的设计…………………………………………………………………………………… 4
8 技术内容设计…………………………………………………………………………………………… 11
参考文献…………………………………………………………………………………………………… 13
前 言
本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
请 注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由全国冶金设备标准化技术委员会(SAC/TC409)提出并归口。
本文件起草单位:中国重型机械研究院股份公司、二重(德阳)重型装备有限公司、太原重工股份有
限公司、一重集团大连工程技术有限公司、太原通泽智能工程股份有限公司、西北工业大学、泰尔重工股
份有限公司。
本文件主要起草人:吴量、丘铭军、钟晓兵、宋国旺、王连生、王霞、邱立朋、权晓惠、张立波、张营杰、
阎颖、邵鞠民、夏娟、刘勇、李磊、李恒、苏振华、夏清华、徐伟、王大鹏、王頔、白兴红、李雪民、赵华国、
陈远、高卫军、郑永红、李学明。
1 范围
本文件规定了重型机械中锻件的分类、设计原则、材料选用、结构要素设计和技术内容设计。
本文件适用于重型机械用热锻成形的自由锻钢质件和模锻钢质件的设计。
注:在不引起混淆的情况下,本文件中的自由锻钢质件和模锻钢质件统称为“锻件”。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
GB/T321 优先数和优先数系
GB/T1182 产品几何技术规范(GPS) 几何公差 形状、方向、位置和跳动公差标注
GB/T4458.4 机械制图 尺寸注法
GB/T4458.5 机械制图 尺寸公差与配合注法
GB/T8541 锻压术语
GB/T16675.2 技术制图 简化表示法 第2部分:尺寸注法
GB/T37400.8—2019 重型机械通用技术条件 第8部分:锻件
GB/T37400.9 重型机械通用技术条件 第9部分:切削加工件
NB/T47008 承压设备用碳素钢和合金钢锻件
3 术语和定义
GB/T8541和NB/T47008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
锻造 forging
在加压设备及工(模)具的作用下,使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形,以获得一定几何尺寸、
形状和质量的锻件的加工方法。
[来源:GB/T8541—2012,3.1.19]
3.2
自由锻件 open-dieforging;freeforging
只用简单的通用性工具,或在锻造设备的上、下砧间直接对钢质坯料施加外力,使钢质坯料产生变
形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件。
[来源:GB/T8541—2012,3.5.5,有修改]
3.3
模锻件 dieforging
钢质坯料通过模具锻造产生塑性变形而得到的锻件。
[来源:GB/T8541—2012,3.5.7,有修改]
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4 锻件分类
4.1 结构分类
按结构形状,锻件分为:
a) 轴类(实心)锻件;
b) 条形锻件;
c) 筒形锻件;
d) 饼形锻件;
e) 环(圈)形锻件;
f) 异形锻件[列项a)~列项e)以外的其他结构形状]。
注:异形锻件一般为模锻件。
4.2 功能分类
根据锻件受力情况、重要性程度及工况的不同,锻件分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类。
a) Ⅰ类锻件:用于承受复杂应力和冲击振动、重负载工作条件、设计质量受到限制的零件。这类
零件如果失效或损坏会直接导致产品产生严重的后果,发生等级事故,或该零件虽受力不
大,但损坏后会危及人身安全或导致系统功能失效造成重大经济损失。
b) Ⅱ类锻件;用于承受固定的重负载和较小的冲击振动工作条件的零件。这类零件如果失效或
损坏可能直接影响到其他零件、部件的损坏或失效。零件使用过程中一旦损坏将会影响产品
某一部分的正常工作,但不会导致等级事故和危及人身安全,不会导致系统工作的失效。
c) Ⅲ类锻件:用于承受固定的负载,但不受冲击和振动工作条件的零件。这类零件的损坏只会引
起产品局部出现故障。
d) Ⅳ类锻件:用于承受负载不大、强度要求不高、安全系数较大的零件及除上述三类之外的其他
锻件。
5 锻件设计原则
5.1 使用性原则
锻件设计使用性原则包括但不限于:
a) 零件承受交变载荷时,优先采用锻件;
b) 锻件设计计算强度的条件准则为:
1) 计算安全系数≥许用安全系数;
2) 最大工作应力≤许用应力;
c) 锻件设计计算刚度的条件准则为最大承载变形或位移≤许可变形或许可位移;
d) 锻件设计计算冲击、震动等的条件准则为根据锻件承受动载荷和锻件用材料的冲击韧度进行
使用性计算。
5.2 工艺性原则
锻件设计工艺性原则包括但不限于:
a) 锻件设计的结构宜简单、对称,避免出现过多的凹凸和急转弯,以减少锻造时的应力和变形。
同时,锻件的结构还宜结合锻件材料流动性和模具的制造工艺性来确定。
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b) 锻件设计尺寸时,宜根据产品的使用要求和锻件材料的性能进行综合考虑。宜充分考虑锻件
尺寸过大或过小、锻件壁厚均匀性、锻件转角处的圆角半径、锻件的拔模斜度等要素,避免导致
锻造过程出现影响锻件质量的应力集中、变形、折叠、裂纹等。
c) 锻件设计时,宜充分考虑锻造工艺方法与锻件材料的可锻性,宜满足重型机械锻件所需的良好
的综合性能和锻造工艺设备的设备能力要求。对于锻件而言,选择合理的锻造工艺和锻造工
艺设备———这些设备包括冶炼设备(如电弧炉、精炼炉等)、锻造设备(如液压机、锻锤等)、热处
理设备(如加热炉、热处理炉、淬火装置等)、机加工设备、起吊设备、无损检测设备等,能够使锻
件内部变形均匀、纤维流线符合产品结构、内部组织致密性高、晶粒度细小均匀。
5.3 经济性原则
锻件设计宜考虑重型机械产品的经济性。锻件设计时,应根据产品的批量性、锻件的形状结构、锻
造方法、锻件材料的可锻性、锻件余量、锻件材料利用率和锻件的检验项目等方面综合考虑。
6 材料选用
材料选用应以满足锻件的力学性能要求为前提,同时综合考虑锻件的加工难度、使用寿命、工作环
境和制造成本等因素确定材料牌号。常用锻件材料标准见表1。
表1 常用锻件材料标准
序号标准号标准名称
1 GB/T17107 锻件用结构钢牌号和力学性能
2 GB/T32289 大型锻件用优质碳素结构钢和合金结构钢
3 GB/T33083 大型碳素结构钢锻件 技术条件
4 GB/T33084 大型合金结构钢锻件 技术条件
5 GB/T37683 大型齿轮、齿圈锻件 技术条件
6 GB/T33522 渗碳轴承钢锻件 技术条件
7 JB/T6398 大型不锈、耐酸、耐热钢锻件 技术条件
8 JB/T3733 大型锻造合金钢热轧工作辊 技术条件
9 JB/T4120 大型锻造合金钢支承辊 技术条件
10 JB/T6401 大型轧辊锻件用钢 技术条件
11 JB/T11021 大型高铬锻钢支承辊 技术条件
12 JB/T13378 大型锻造合金钢铝轧机工作辊 技术条件
13 JB/T14048 海工平台传动件合金钢锻件 技术条件
14 NB/T47008 承压设备用碳素钢和合金钢锻件
15 NB/T47009 低温承压设备用合金钢锻件
16 NB/T47010 承压设备用不锈钢和耐热钢锻件
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7 锻件结构要素的设计
7.1 自由锻件结构要素
7.1.1 自由锻只限于使用简单的通用性工具,或在锻造设备的上、下砧间直接使坯料成形,锻件形状主
要靠人工操作技术锻出,难以锻出形状复杂的锻件。为了适应重型机械用多品种、单件或小批量自由锻
件生产特点,在满足使用性、工艺性和经济性的条件下,设计自由锻件零件时应符合下列原则:
a) 避免带有复杂锥形和单斜面等特殊楔形结构;
b) 避免圆柱形表面与其他曲面交接出现截交与相贯,力求形状简化的结构;
c) 避免有加强筋、工字形截面等复杂形状结构;
d) 避免复杂形状的凸台以及叉形内凸台结构;
e) 避免形状复杂或者有骤变的横截面形状的结构;
f) 避免结构尺寸厚薄相差悬殊、非对称形状的结构。
7.1.2 自由锻件结构设计注意事项见表2。
表2 自由锻件结构设计注意事项
不合理结构合理结构说明
避免锥面或楔形,优先采用圆柱面或平行平
面,以利于锻造
避免各表面交接处弧线或曲线,优先采用直线
或圆,以利于锻造
避免椭圆形、工字形或其他非规则形状截面积
非规则外形,以利于锻造
避免筋板或凸台,以利于减少余块和简化锻造
工艺
避免相邻截面尺寸相差太大的大件和形状复
杂的锻件,可采用锻-焊、锻-螺纹连接等组合结
构,以利于锻造和机械加工
7.2 模锻件结构要素
7.2.1 模锻斜度
7.2.1.1 外模锻斜度:锻件在冷缩时趋向离开模壁的部分,用α 表示,见图1。
7.2.1.2 内模锻斜度:锻件在冷缩时趋向贴紧模壁的部分,用β 表示,见图1。
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图1 模锻斜度
7.2.1.3 模锻斜度系列可按下列数值选用:0°15',0°30',1°00',1°30',3°00',5°00',7°00',10°00',
12°00',15°00'。
7.2.1.4 模锻斜度要求如下。
a) 模锻锤、热模锻压力机、螺旋压力机的外模锻斜度α,按锻件各部分的高度H 与宽度B 的比值
H/B,以及长度L 与宽度B 的比值L/B 确定,数值见表3。内模锻斜度β 按外模锻斜度值加
大2°或3°(15°除外)。当模锻设备具有顶料机构时,外模锻斜度可缩小2°或3°。
表3 模锻锤、热模锻压力机、螺旋压力机的外模锻斜度α 数值
L/B
H/B
≤1 >1~3 >3~4.5 >4.5~6.5 >6.5
≤1.5 5°00' 7°00' 10°00' 12°00' 15°00'
>1.5 5°00' 5°00' 7°00' 10°00' 12°00'
b) 平锻件模锻斜度按表4、表5和表6确定。
表4 平锻件冲头内成形模锻斜度α 数值
H/d ≤1 >1~3 >3~5
α 0°15' 0°30' 1°00'
表5 平锻件内孔模锻斜度γ 数值
H/d孔≤1 >1~3 >3~5
γ 0°30' 0°30'~1°00' 1°30'
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表6 平锻件凹模成形内模锻斜度β 数值
Δ ≤10 >10~20 >20~30
β 5°~7° 7°~10° 10°~12°
θ 3°~5° 3°~5° 3°~5°
7.2.2 圆角半径
7.2.2.1 锻件外圆角半径r、内圆角半径R 按下列数值选用:(1.0),(1.5),2.0,2.5,3.0,4.0,5.0,6.0,
8.0,10.0,12.0,16.0,20.0,25.0,30.0,40.0,50.0,60.0,80.0,100.0。
注:括弧内的数值尽量少用。
当圆角半径超过100mm 时,按GB/T321选取。
7.2.2.2 外圆角半径r 按表7确定。内圆角半径R 按表8确定。
表7 外圆角半径r 数值
单位为毫米
t/H
台阶高度
≤10 >10~16 >16~25 >25~40 >40~63 >63~100 >100~160
≥0.5~1 2.5 2.5 3 4 5 8 12
>1 2 3 2.5 3 4 6 10
表8 内圆角半径R 数值
单位为毫米
t/H
台阶高度
≤10 >10~16 >16~25 >25~40 >40~63 >63~100 >100~160
≥0.5~1 4 5 6 8 10 16 25
>1 3 4 5 6 8 12 20
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7.2.3 最小底厚
最小底厚SB(见图2)按直径和宽度查表9确定。
a) b) c)
d) e) f)
g) h) i)
图2 最小底厚SB
表9 最小底厚SB
单位为毫米
旋转对称的非旋转对称的
直径d1
最小
底厚
SB
宽度b4
长度l
≤25 >25~40 >40~63>63~100>100~160>160~250>250~400 >400~630
≤20 2 ≤16 2 2 2.5 3 3 — — —
>20~50 3.5 >16~40 — 3.5 3.5 3.5 4 4 6 6
>50~80 4 >40~63 — — 4.5 4.5 5 6 7 9
>80~125 6 >63~100 — — — 6.5 7 9 9 11
>125~200 9 >100~160 — — — — 10 10 12 14
>200~315 14 >160~250 — — — — — 14 16 19
>315~500 20 >250~400 — — — — — — 20 23
>500~800 30 >400~630 — — — — — — — 29
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7.2.4 最小壁厚、筋宽及筋端圆角半径
最小壁厚SW 、筋宽SR 及筋端圆角半径rRK(见图3)按壁高hW 和筋高hR 查表10确定。
a) b) c)
d) e) f)
图3 最小壁厚SW 、筋宽SR 及筋端圆角半径rRK
表10 最小壁厚SW 、筋宽SR 及筋端圆角半径rRK
单位为毫米
壁高hW 或筋高hR 最小壁厚SW 筋宽SR 筋端圆角半径rRK
≤16 3 3 1.5
>16~40 7 7 3.5
>40~63 10 10 5
>63~100 18 18 8
>100~160 29 — —
7.2.5 最小冲孔直径、盲孔和连皮厚度
7.2.5.1 锻件最小冲孔直径为ϕ20mm,见图4。
7.2.5.2 单向盲孔深度:当L=B 时,H/B≤0.7;当L>B 时,H/B≤1.0。见图5。
7.2.5.3 双向盲孔深度:分别按单向盲孔确定,见图6。
7.2.5.4 连皮厚度:连皮厚度不小于腹板的最小厚度t2,见表11和图7。
图4 锻件最小冲孔直径图5 单向盲孔深度图6 双向盲孔深度
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图7 有限制腹板的最小腹板厚度
表11 腹板的最小厚度
锻件在分模面上的投影面积/cm2
腹板最小厚度
无限制腹板t1/mm 有限制腹板t2/mm
≤25 3 4
>25~50 4 5
>50~100 5 6
>100~200 6 8
>200~400 8 10
>400~800 10 12
>800~1000 12 14
>1000~1250 14 16
>1250~1600 16 18
>1600~2000 18 20
>2000~2500 20 22
注:表中t1、t2 允许根据设备、工艺条件协商变动。
7.2.6 最小腹板厚度
最小腹板厚度按锻件在分模面的投影面积,查表11确定,见图7和图8。
图8 无限制腹板的最小腹板厚度
7.2.7 模锻件结构设计注意事项
模锻件结构设计注意事项见表12。
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表12 模锻件结构设计注意事项
不合理结构合理结构说明
不改变零件形状,应模锻出非加
工面。模锻件侧面不应有凹陷
或直角,调整分模线使其能出模
有利于金属充满型槽。分模线
通过模锻件最大轮廓尺寸平面
内,尽可能多地实现镦粗成形
有利于发现错移。选在最大外
轮廓尺寸的中间部位
有利于模锻件获得理想流线。
根据对流线方向的要求选定或
在最大轮廓外形的平面内
减少毛坯工序。顺着弯曲主轴
外形分模
提高切边质量。分模线与水平
夹角不大于60°
简化模具制造。尽量采用平直
分模,避免复杂分模;尽量采用
单面分模;使水平方向或垂直方
向易制模的简单形状
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表12 模锻件结构设计注意事项(续)
不合理结构合理结构说明
节约材料又利于金属变形。应
锻出孔腔
有利于切边定位。应有足够的
切边定位高度,圆形零件因无定
位方向,应避免不对称的形状与
冲头接触,压坏锻件
防止锻件裂纹或折叠。沿圆弧
面分模
适当的圆角半径。圆角过小会
导致模具易发生裂纹,低寿命;
圆角过大会导致机械加工余量
过大
8 技术内容设计
8.1 总则
一般情况下,技术内容设计中宜依次注明但不限于以下信息:
a) 锻件材料;
b) 锻件组别;
c) 无损检测(必要时);
d) 尺寸和几何公差;
e) 表面结构;
f) 制造工艺(必要时)。
8.2 锻件材料
材料的技术内容设计包括但不限于:
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GB/T44847—2024
a) 材料标准;
b) 材料牌号;
c) 化学成分;
d) 力学性能参数;
e) 热处理方式和/或硬度。
8.3 锻件组别
锻件组别分为Ⅰ组、Ⅱ组、Ⅲ组、Ⅳ组和Ⅴ组共五种,具体技术内容设计按GB/T37400.8—2019中
表3执行。
8.4 无损检测
锻件无损检测的技术内容设计包括:
a) 无损检测类别(如磁粉、超声波等);
b) 无损检测标准,常用锻件无损检测标准见表13;
c) 无损检测质量等级或验收等级;
d) 无损检测范围(区域)或部位(必要时)。
表13 常用锻件无损检测标准
序号标准号标准名称
1 GB/T6402 钢锻件超声检测方法
2 GB/T37400.15 重型机械通用技术条件 第15部分:锻钢件无损探伤
3 JB/T8466 锻钢件渗透检测
4 JB/T8467 锻钢件超声检测
5 JB/T8468 锻钢件磁粉检测
8.5 尺寸和几何公差
锻件尺寸和几何公差的主要技术内容设计包括:
a) 尺寸标注,按GB/T4458.4、GB/T16675.2执行;
b) 尺寸极限偏差或公差带标注,按GB/T4458.5执行;
c) 几何公差标注,按GB/T1182执行;
d) 如未标注极限偏差,按GB/T37400.9执行;
e) 如未标注几何公差,按GB/T37400.9执行。
8.6 表面结构
锻件表面结构的主要技术内容设计包括:
a) 表面粗糙度;
b) 附加设计,如抛、磨、硬化等;
c) 表面防护设计:镀铬、镀锌、涂漆等。
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参 考 文 献
[1] GB/T6402 钢锻件超声检测方法
[2] GB/T17107 锻件用结构钢牌号和力学性能
[3] GB/T32289 大型锻件用优质碳素结构钢和合金结构钢
[4] GB/T33083 大型碳素结构钢锻件 技术条件
[5] GB/T33084 大型合金结构钢锻件 技术条件
[6] GB/T33522 渗碳轴承钢锻件 技术条件
[7] GB/T37400.15 重型机械通用技术条件 第15部分:锻钢件无损探伤
[8] GB/T37683 大型齿轮、齿圈锻件 技术条件
[9] JB/T3733 大型锻造合金钢热轧工作辊 技术条件
[10] JB/T4120 大型锻造合金钢支承辊 技术条件
[11] JB/T6398 大型不锈、耐酸、耐热钢锻件 技术条件
[12] JB/T6401 大型轧辊锻件用钢 技术条件
[13] JB/T8466 锻钢件渗透检测
[14] JB/T8467 锻钢件超声检测
[15] JB/T8468 锻钢件磁粉检测
[16] JB/T11021 大型高铬锻钢支承辊 技术条件
[17] JB/T13378 大型锻造合金钢铝轧机工作辊 技术条件
[18] JB/T14048 海工平台传动件合金钢锻件 技术条件
[19] NB/T47008 承压设备用碳素钢和合金钢锻件
[20] NB/T47009 低温承压设备用合金钢锻件
[21] NB/T47010 承压设备用不锈钢和耐热钢锻件
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