第二篇锻造工艺与模具设计课件.ppt

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1、金属塑性成形概述,金属塑性成形的分类，特点.体积成形（金属块料）锻造挤压拉拔扎制.板料成形（冲压）冲裁弯曲拉深翻边胀形,锻压工艺特点,材料的利用率高成形件力学性能好尺寸精度高（相对）生产效率高劳动条件差，强度高投资成本高,第一节 锻造工艺概述一锻造目的及分类目的：成形和改性（力学性能，内部组织）分类：（按成形工具分）自由锻模锻胎模锻造特种锻造分类：（按成形温度分）热锻温锻冷锻,第五章 模锻工艺,自由锻造与模型锻造,自由锻造 在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属块料锻成所需形状和尺寸。用于单件、小批量或大锻件生产。模型锻造 用专用模具来使金属成形，又分为开式模锻与闭式模锻，模锻件外形尺寸精确，

2、效率高，用于大批量生产。,热锻温锻冷锻,热锻：在再结晶温度以上进行的塑性变形减少金属的变形抗力改变钢锭的铸态结构提高钢的塑性温锻：室温再结晶温度之间进行的塑性变形减少锻造力精度较高冷锻：在室温时进行塑性变形没有温度波动和氧化作用，锻件精度高表面光洁提高锻件的强度和硬度用于较小的零件，低碳钢及有色金属,二锻前加热,加热目的提高金属塑性，降低变形抗力，使金属易于流动成形，是锻造生产过程中的一个极其重要的环节。 加热方法火焰加热，电加热加热中的缺陷氧化脱碳过热过烧裂纹,三金属材料锻造温度范围的确定,锻造温度范围：始锻温度终锻温度原则： 保证金属在锻造温度范围内具有较高的 塑性和较小的变形抗力，使锻件

3、获得所希望的组织与性能，锻造温度范围应尽可能取得宽一些。,钢的锻造加热温度范围,碳钢始锻温度在始熔温度下150 250，终锻温度在Ar1上，高于再结晶温度50100 ,加热规范就是要确定加热过程不同阶段的炉温、升温速度和加热与均热时间。,四加热规范,第二节模锻件图的设计,作用：工艺规程制订、锻模设计与加工、模锻生产过程及锻件检验，都离不开锻件图。 锻件图分为冷锻件图和热锻件图，冷锻件图用于最终锻件检验和热锻件图设计；热锻件图用于锻模设计与加工制造。 冷锻件图常称为锻件图。,模锻件图类似铸造中的铸造工艺图。属于锻造基本技术文件。 内容包括： 1）选择分模面； 2）确定工艺参数：机械加工余量，余块

4、，模锻斜度，锻造圆角，锻件公差等； 3）冲孔连皮形式和尺寸； 4）制定锻件技术条件； 5）绘制模锻件图。,这一节是重点,一确定分模面,基本原则：锻件形状尽可能与零件形状相同，容易从模腔中取出；此外应争取获得镦粗成形。,选择最大水平投影面；良好的充填成形效果，金属流动阻力小；上、下模膛内坯料力求对称分布；深度大致相同，模膛最浅。,2实例讨论,红线处为合理的分模面。为什么？,对圆饼类锻件，当H23D时，宜取径向分模，而不取轴向分模,锻件的各种尺寸和余量公差,二、 加工余量和锻件公差,影响因素 ： 1）锻件重量和轮廓尺寸 ； 2）锻件形状复杂系数 S，即：,式中锻件材质密度 ，g/ cm,圆形锻件的

5、外廓包容体体积：,圆形锻件的外廓包容体重量：,非圆形锻件的外廓包容体重量和体积,3） 锻件材质系数（可锻性） 材料锻造难易程度，分为两级：,分为普通 , 精密两级。精密级公差适用于精密锻件。,M2级 碳的质量分数0.65的碳钢 或合金元素总量 3.0 的合金钢。,4）锻件精度等级,M1级 碳的质量分数0.65的碳钢 或合金元素总量3.0 的合金钢。,M2级 碳的质量分数0.65的碳钢 或合金元素总量3.0 的合金钢。,5）加热条件主要影响收缩量和表层氧化。 为什么要全面综合考虑上述因素来确定加工余量和锻件公差呢？因为：产品精度要求、材料消耗和加工成本。,6）其它因素,锻件出模受力分析F取=（F

6、T cosFsin） = F（cossin）,锻件上与分模面垂直的平面或曲面所附加的或固有的斜度称为模锻斜度。 模锻斜度值依模膛深宽比选用3、5、7 等标准值。上、下模模膛的模锻斜度应相互衔接和匹配，如图所示。,三、模锻斜度（GB/T-12361-1990）,四、锻模圆角半径（ GB/T-12361-1990 ）,锻模圆角半径与 B/H 有关。H大，圆角半径也应增大。 锻件凸角处的最小半径 r = 余量+零件的倒角值； 按铣刀标准值选取:1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、 5.0 等,模锻件的圆角半径,圆角半径过小，导致转角处出现开裂,圆角半径与质量关系,圆角半径对金属纤维的影响

7、,折迭与圆角半径的关系 a) 模锻前情况 b) 模锻中间情况 c) 模锻最后情况,五、冲孔连皮,对于d25mm的加工孔，先锻制盲孔，用冲孔连皮隔离上下凸头。冲孔连皮形状分为平底连皮 、斜底连皮、带仓连皮和拱底连皮四类。,平底连皮,斜底连皮,带仓连皮,拱底连皮,1、平底连皮,适于d2.5 h 或25mmd60 mm 的孔。连皮厚度 s 按图确定或计算，,2、斜底连皮,斜底连皮 适用于 ： d2.5 h 或 d60 mm常用于预锻模.,3、带仓连皮,预锻时斜底连皮的终锻模膛中采用。厚度s和宽度b，按飞边槽桥口值h，b 确定。,4、拱底连皮 用于锻造内孔大，高度小的锻件(d15h)。可考虑用连皮形成

8、小件，即采用合锻，一次得到大小两件。,六、模锻件图实例 齿轮,锻件图(冷锻件图)是在零件图上画出加工余量、余块、模锻斜度、锻模圆角、冲孔连皮或其它工艺参数。锻件外形用粗实线。公称尺寸与公差标注在尺寸线上面 零件外形用双点划线。零件尺寸标注在括号内。,七、模锻件技术条件（书写在图面上）,1）未注明的模锻斜度和圆角半径； 2）允许错移量和残余飞边的宽度； 3）允许的表面缺陷深度； 4）锻后热处理方法及硬度要求； 5）表面清理方法； 6）金相组织和力学性能试验在锻件上的取样位置； 7）特殊要求，如直线度、平面度、重量精度等。,第六章 锻模设计,绘制热锻件图,校正模设计,终锻模膛设计,预锻模膛设计,飞

9、边槽设计,钳口设计,锻模结构设计,切边模设计,制坯模膛设计,确定模锻工序,编制工艺流程,第一节 模锻工艺方案的选择,原则：技术可行性； 经济合理性。模锻工步(工艺流程图) ： 先备料制坯， 后预锻和终锻， 最终热处理、 校正、清理和 检验。,备 料,加 热,制 坯,加热,模 锻,切边 冲切孔内连皮,热处理,表面清理,最终检验,一、模锻工艺过程的制定,工艺流程图,模锻工艺与锻模设计内容,1、产品工艺分析； 2、绘制模锻件图 (冷锻件图)； 3、确定模锻工序； 4、编制工艺流程； 5、填写工艺卡； 6、锻模设计（据热锻件图）。,120MN热模锻压力机锻造生产线（前轴）,下料 1250T剪床,加热（

10、1240） 感应加热炉,辊锻制坯（二道） 930辊锻机,模锻成形（弯、预、终） 120MN热模锻压力机,切边 1250T压床,校正压平 1600T液压机,热处理 调质,清理 酸洗,校正 100T液压机,前轴是汽车中最重最大的锻件，原采用合金调质钢，经淬火、高温回火处理，每吨前梁热处理加热耗电达600KWh。采用低碳低合金空冷贝氏体钢，锻后无需热处理。,二、 模锻方法,单件模锻： 一个坯料锻一件，一般用于较大锻件的锻造。调头模锻 ：锻制锻件重 23kg ，长度350mm 。,一模多件 ：一锻模内一次23锻件，重量0.5kg、长度80mm,一 模 多 件,调 头 模 锻,多 件 合 锻,第二节 模

11、锻模膛设计,一 开式模锻的变形特征,开式模锻：在锻件周围形成横向飞边的模锻；闭式模锻：在锻件周围不形成横向飞边仅形成小的纵向飞边的模锻,第阶段（镦粗）毛坯上端面同上模膛表面接触毛坯被镦粗至鼓形侧面同模膛侧壁接触。变形金属处于较弱的三向压应力，F 较小。 第阶段（形成飞边）金属流向模膛深处，又沿垂直于作用力方向流向飞边槽，形成少许飞边。变形抗力明显增大，模膛内的金属处于较强的三向压应力状态。,第阶段(充满型槽)金属继续流向模膛深处和圆角处，直到整个模膛完全充满。金属受三向压应力状态，变形抗力急剧增大。第阶段(打靠合模) 继续压缩至上下模接触即打靠。变形仅发生在分模面附近的区域内，处于最强的三向压

12、应力状态，变形抗力也最大。此阶段的压下量小于2mm，它消耗的能量却占总能量的30%50%。,1、模膛尺寸计算 热锻件图依据冷锻件图绘制。 热锻件图上尺寸比冷锻件图中尺寸加大一个收缩率，即,二、终锻模膛设计,式中：终锻温度下的 合金收缩率。 钢为 1.21.5。从分模面起始标注模膛高度尺寸。,2、飞边槽设计,一般只有终锻模膛设计有飞边槽。一些复杂锻件，预锻模膛也采用飞边槽。开式模锻中的终锻模膛由模膛本部和飞边槽两部分组成。,1） 飞边槽作用, 产生足够大的横向阻力，促使模膛充满。 热模锻压力机上模膛内横向阻力不太大。 容纳坯料上的多余金属，起补偿与调节作用。 对锤类设备还有缓冲作用。,2）飞边槽

13、结构形式与尺寸,3 、钳口设计 主要为终锻模膛和预锻模膛沿分模面上下局部加工装配成的特制凹腔，作为钳夹操作空间。,形式使用广泛，桥部与坯料接触时间短，能减轻桥部磨损。形式用于高度方向形状不对称锻件。可简化切边冲头形状。 形式用于形状复杂，坯料体积不易计算准确的锻件。,三、预锻模膛设计（终锻模膛尺寸相应增、减）,1、 模膛的宽与高 若终锻时以镦粗为主， 预锻模膛的高度应比终锻模膛大25mm，宽度应小12mm。一般不设飞边槽。预锻模膛的横截面积F预 应比终锻模膛相应处截面积F终大1%3%，或按下式计算：,F预=F终+（0.21）F飞,若经预锻的毛坯在终锻模膛中是以压入方式成形，则预锻模膛的高度尺寸

14、应略小于终锻模膛高度尺寸，即h=（0.80.9）h。 若高宽比h/b较大，取小的系数，反之，取大的系数。,2、 模锻斜度 预锻、终锻模膛的斜度相同。,3、 圆角半径： （C=25mm ; 模深大，取上限）,、 带枝芽的锻件，预锻模膛的枝芽形状可简化,枝芽连接处的圆角半径适当增大，必要时在分模面上增设阻尼沟，以增大金属流向飞边的阻力,、 叉形锻件的预锻模膛设计,叉间距离不大时，必须在预锻模膛中使用劈料台。 依靠劈料台把金属挤向两侧，流入叉部模膛内。 一般情况下采用图中a型；当45，叉部较窄时，可使用b型，有关尺寸如下： A=0.25B 8A30；h=(0.40.7)H； =1045,劈料台,例如

15、对带工字形断面的锻件，如各种连杆锻件， 根据肋的相对高度来设计预锻模膛。如右图 ： 当 h2b 时，B= B（23）mm;图a 当 h2b 时，B= B（12）mm;图b 预锻模膛舌形截面 B1=B+(1020)mm,、 H型截面锻件的预锻模膛设计,第三节 制坯工步的选择,制坯使坯料变成易于终锻成形的毛坯。包括镦粗、拔长、卡压、滚挤、弯曲和扭转等一、 圆饼类锻件 采用镦粗制坯或成形镦粗制坯。,二、 长轴类锻件1、长轴类锻件的制坯工步 主要采用拔长(或辊锻)、滚挤、弯曲、卡压、局部成形等制坯工步。后再经过预锻和终锻等工步成形。1) 直长轴线形 用拔长、滚挤、卡压或辊锻工步等制成中间毛坯。 技术要

16、点： 中间毛坯长度=终锻模膛长度；沿轴线毛坯的每一横截面积相应处锻件截面积飞边截面积。,辊 锻,2）弯曲轴线形图中为汽车前梁，是一个弯曲锻件。除了辊锻或拔长、滚挤、卡压等制坯工步外，还必须加一道弯曲工步才能得到弯曲轴线。再经过预锻和终锻等工步成形。,弯曲手柄的制坯工步,带枝芽形增加成形工步或非对称滚挤工步，充满枝芽模膛。,4) 叉形件 需增加预锻劈叉工步，形成叉形部分。,2、长轴类锻件坯料尺寸的计算（这是一个重点内容）,1） 计算毛坯 (1) 依据 假定长轴类锻件在模锻时为平面应变状态，计算毛坯的长度与锻件长度相等。轴向各横截面积A计=相应处锻件横截面积A锻+飞边横截面积A飞 ，即：,式中充满

17、系数。 对于形状简单的锻件取 0.30.5； 对于形状简单的锻件复杂的取 0.50.8。,（2）“计算毛坯”的作图,步骤： 绘制冷锻件图； 在锻件图上选取若干具有代表性的截面，分别计算出A计； 求出各相关截面的折算高度h计 ，即用缩尺比 M 除 A计，得：通常取（M=2050 mm2/mm）, 将折算高度 h计 等比例沿轴向画出锻件截面积分布图。,（3）计算毛坯直径图,折算高度 h计 表示该轴类锻件相关处的截面积。,由此， 计算毛坯上任一处的直径 d计为：,右图为完整的计算毛坯图,包括锻件图、截面图和直径图。,(1) 平均截面积与平均直径,(2) 确定计算毛坯的头部和杆部,2 ) 坯料规格尺寸

18、计算,长轴类锻件的平均截面积与平均直径，用如下公式计算：,平均截面积：,平均直径（图中虚线所示） ：,; 平均截面折算高度：,头部：,第五节 设备吨位的确定,生产中多用经验公式计算设备吨位或用类比方法判断。一、 模锻锤（双作用锤）吨位：,G =k1 k2 A 对于单作用锤吨位： G 1 =（1.5 1.8 ）G式中k1 锻件形状复杂系数，一般取 k1 =0.350.63； k2 材料系数，对于钢材，取 k2 =0.9 1.55 ； A 锻件和飞边（按飞边仓的50计算）在水平面上的投影面积，mm2。 （计算实例参考教材 P224 ）,二、热模锻压力机 、平锻机吨位的确定 热模锻压力机 、平锻机吨位用公称压力表示。 1、 热模锻压力机吨位 根据锻件终锻时最大变形力计算。 经验公式： 式中 k 材料系数。 取 k = 0.9 1.25； 对于高强度钢材，取上限。,F = （6.47.3）k A ，（kN）,