模具设计与制造——第8章--锤上模锻工艺及模具设计课件.ppt

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1、第八章 锤上模锻工艺及模具设计,内容简介：,1、对锤上模锻工艺有所了解；2、掌握预锻、终锻型腔的设计方法；3、认识锻模结构与锻模材料。,本章对模锻件的分类进行介绍，了解模锻件图的制订方法，以及终锻和预锻型腔的设计，了解毛坯体积计算与尺寸确定、锻锤吨位的确定，认识简单锻模的结构设计与锻模材料。,学习目的与要求：,锤上模锻,是在自由锻、胎模锻基础上最早发展起来的模型锻造，它是将上下模块分别固紧在锤头与砧座上，将加热透的金属坯料放入下模型腔中，借助于上模向下的冲击作用，迫使金属在锻模型腔中塑性流动和充填，从而获得与型腔形状一致的锻件。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,是批量和大批量锻件生产的主要方法

2、。,（1）金属在型腔中的变形是在锤头的多次打击下逐步完成的，锤头的冲击力使金属变形，可以利用金属的流动惯性，有利于金属填充型腔。,（2）在锤上可以实现多种工步成形，锤头打击速度快，效率高。,（3）由于模锻锤的导向精度不高，锤头行程不固定，模锻件的尺寸精度不高。,（4）由于无顶出装置，锻件出模困难，模锻斜度可适当大些。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,（5）生产操作方便，劳动强度比自由锻小。,锤上模锻特点,第一节 模锻件的分类,模锻工艺和模锻方法与锻件外形密切相关。形状相似的锻件，其模锻工艺流程、锻模结构和模锻设备基本相同。为了便于拟定工艺流程，加速锻件与锻模的设计，应将各种形状的模锻件进行分类

3、。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,分类的意义,第一节 模锻件分类,I类-短轴类锻件：锻件在平面图上两个相互垂直方向的尺寸相等或相近，在水平面上的投影为圆形或方形；主要变形工步的锤击方向与主轴线平行，模锻时金属沿高度、宽度、长度方向同时流动，属于体积变形。如齿轮、法兰盘等。,II类-长轴类锻件：轴线的长度大于其他两个方向的尺寸，锤击方向与轴线垂直，在模锻型腔中，变形的金属沿主轴线方向的变形流动很小，主要沿高度和宽度方向流动。如连杆和直轴。,III类-复杂类锻件：I类和II类锻件特征的组合。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,分类方法：按照锻件分模线和主轴线的形状，以及锻件在平面图上轮廓尺寸的比例

4、，将模锻件分为下面三类。,模锻图是确定模锻工艺和设计锻模的依据，又是指导模锻工进行生产和检验人员验收锻件的主要技术文件。模锻图分为冷锻件图和热锻件图。冷锻件图用于对锻件的检验。热锻件图用于锻模设计与加工。在设计冷锻件图时，需要考虑下列因素：分模面的位置加工余量和公差模锻斜度和圆角半径冲孔连皮的形式和技术条件等,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第二节 模锻件图的制订,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,一、分模面位置的选择,分模面位置的选择原则：要保证锻件能从型腔中取出来，因此锻件的侧表面上不得有内凹的形状。分模的位置要尽量使型腔的深度最小和宽度最大，这样金属容易充满型腔，因为宽而浅的型腔是以镦粗的

5、方式充满的。为了容易发现模锻时锻件错移，分模面应尽量使上、下两部分对称，而且尽量避免使分模面选择在过渡面上。为了使模具制造方便，尽量采用平面分模，凸出部分也尽量不要高出分模面。金属容易充满上模型腔，锻件较复杂部分应尽量安排在上模,第二节 模锻件图的制订,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,二、加工余量和公差的确定,加工余量在不影响产品零件加工的前提下，应尽量选用小加工余量。加工余量的大小取决于零件的轮廓尺寸、重量大小、精度和表面粗糙度等。尺寸公差的锻件的实际尺寸与锻件图规定的公称尺寸之间的偏差。在模锻过程中，由于欠压、错模、锻模磨损、锻件表面氧化及锻件冷却收缩不均等，使锻件尺寸在一定的范围内上下波

6、动其大小取决于锻件外形尺寸、精度、表面粗糙度等级等。,第二节 模锻件图的制订,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,三、模锻斜度的选择,为便于模锻件从型腔中取出，锻模侧壁必须做成一定的斜度外斜度与内斜度、自然斜度与匹配斜度原则：内斜度比外斜度大一级；尽量选小的模锻斜度；自然斜度不小于模锻斜度常用斜度确定：P289,第二节 模锻件图的制订,确定模锻斜度,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,四、圆角半径的确定,为便于金属在型腔内流动，避免锻件产生折伤并保护金属流线的连续性，提高锻模使用寿命，锻件上尖锐棱角要做成圆弧。向外凸出的圆角半径称为外圆角半径，用r表示；向内凹进的圆角半径称为内圆角半径，用R表示。锻件

7、r对应模具型腔的内圆角，作用是避免锻模在热处理和模锻过程中因应力集中而导致模具开裂，并保证金属充满型腔；锻件R对应模具型槽上的凸圆角，作用是使金属易于流动充满型槽，防止产生折叠和型槽过早被压塌。,第二节 模锻件图的制订,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,四、圆角半径的确定（续）,较大的圆角半径对金属充满型腔、提高锻件质量和模具寿命是有利的。外圆角半径过大使锻件在圆角处的余量减小。内圆角半径过大会增加金属的消耗。外圆角半径的确定 r=余量+c（零件相应处的倒角或圆角）锻件内圆角半径应比外圆角半径大，一般 R（23）r。为便于选用标准刀具，对同一锻件上不采取过多不同的圆角半径；对于以压入法和金属流动

8、特别剧烈的部位，应适当加大圆角半径。,第二节 模锻件图的制订,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,五、冲孔连皮,锤上模锻件不能直接锻出透孔，必须在孔内保留一层连皮，然后在切边压力机上除掉。其目的在于使锻件更接近零件形状减少金属消耗，同时也可减轻锻模的刚性接触，起缓冲作用，避免锻模损坏；一般情况下，当锻件内孔直径大于30mm时要考虑冲孔连皮。连皮厚度s要适当，过薄锻件容易发生锻不足和要求较大的打击力，从而导致型槽凸出部分加速磨损和打塌。若连皮太厚，虽可克服上述问题，但冲除连皮困难，容易使锻件形状走样，而且浪费金属。冲孔连皮的尺寸确定方法p291。,第二节 模锻件图的制订,第八章 锤上模锻工艺及模具设

9、计,六、锻件图的技术条件,技术条件应包含以下内容未注明的模锻斜度和圆角半径锻件沿中心线的错移量允许残留的飞边和毛刺的大小锻件壁厚差的规定热处理硬度值锻件的清理方法印记的项目和位置其他特殊要求,第二节 模锻件图的制订,I级涡轮盘锻件图,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第三节 终锻型腔的设计,终锻型腔是锻件最后成形的型腔，通过它获得带飞边的锻件，终锻型腔是按照热锻件图设计的。终锻型腔设计的主要内容是如何绘制热锻件图和确定飞边槽尺寸。,汽车曲轴锻造工艺影像,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第三节 终锻型腔的设计,热锻件图以冷锻件图为依据，但又有所区别：热锻件图的尺寸标注，高度方向尺寸以分模面为基准，

10、以便于模锻机械加工和准备检验样板。考虑到金属冷缩现象，热锻件图上的所有尺寸应计入收缩率。对于薄而宽或细而长的锻件，在模具中冷却快，或打击次数多而使终锻温度较低，其收缩率应适当减小。,一、热锻件图的制定和绘制,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第三节 终锻型腔的设计,在制定与绘制时注意的问题：热锻件图的尺寸应比冷锻件图的相应尺寸增加一个收缩率，一般为1.5%，细长件或终锻温度较低的可取1.21.3%。当吨位不足产生模锻不足（打不靠），可适当减小锻件的高度尺寸，其值可接近负偏差（最小极限尺寸）。当型腔承击面不足，易产生承击面塌陷时，可适当增加热锻件的高度尺寸，其值可接近正偏差（最大极限尺寸）。型腔容

11、易磨损处，应在锻件负公差的范围内增加一定磨损量，以提高锻模寿命。锻件上形状复杂且较高的部分应尽量放在上模。,一、热锻件图的制定和绘制（续）,锻锤模锻时，金属流动过程大致分为四个阶段：第一阶段：镦粗变形过程第二阶段：飞边形成阶段第三阶段：型腔充满过程第四阶段：打靠或锻足阶段,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第三节 终锻型腔的设计,二、飞边槽的确定,开式模锻的终锻型腔周边必需有飞边槽，其形式及尺寸大小对锻件成形影响很大。,.金属变形分析,容纳多余的金属。增加金属流出型腔的阻力，迫使金属更好地充满型腔。起缓冲作用，减轻上下模打击，防止锻模早期破裂和压塌。切边要容易。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,

12、第三节 终锻型腔的设计,二、飞边槽的确定（续）,.飞边槽的影响因素与作用,I型：桥部设在上模，与坯料接触时间短，吸收热量少，因而温升少，能减轻桥部磨损或避免压塌。II型：适用高度方向形状不对称。复杂部分设在上模，为简化切边冲头形状，常将锻件180度翻转，桥部设在下模，切边时易于平稳。III型：形状复杂且坯料体积不易计算准确而往往偏多时，由于增加仓部容积，不致于发生上下模压不靠。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第三节 终锻型腔的设计,二、飞边槽的确定（续）,.飞边槽的形式,IV型：如III，由于加宽下模飞边槽桥部，因而提高桥部强度，以避免过快磨损和过早压塌。V型：只用于锻模局部，桥部增设阻力沟

13、，增加金属外流阻力，迫使金属更好地充满深而复杂的型腔。VI型：楔形飞边槽，其特点是终锻时水平方向金属流动愈来愈困难，适用形状更复杂件，缺点是切除飞边困难。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第三节 终锻型腔的设计,二、飞边槽的确定（续）,.飞边槽的形式（续）,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第三节 终锻型腔的设计,最主要尺寸：桥部高度尺寸h飞及宽度b；h飞增大，金属的流动阻力减小，反之阻力增大；b增加时阻力增大。确定方法 吨位法（PP294，表112）计算法,二、飞边槽的确定（续）,.飞边槽尺寸确定,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第三节 终锻型腔的设计,终锻型腔和预锻型腔前端留下的凹腔称为钳口

14、。主要用来容纳夹持坯料的夹钳和便于从型腔中取出锻件，另一作用是作为浇注检验用的铅或金属盐样件的浇口。钳口与型腔间的沟槽叫钳口颈，其作用是增加锻件与钳夹头连接的刚度，便于锻件出模，同时也是浇铅水或金属盐溶液的浇道。钳口尺寸的确定根据钳夹头直径d选定，而钳口颈尺寸按锻件质量选择，见PP295，表11-3，11-4。,三、钳口的选定,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第四节 预锻型腔的设计,预锻的主要目的是在终锻前进一步分配金属：确保金属无缺陷流动，易于充填型槽。减少材料流向飞边的损失。减少终锻型腔磨损。取得所希望的流线和便于控制锻件的力学性能。,不良影响预锻后，终锻型腔不能设在锻模的中心，产生偏心打

15、击，引起上下模的错移，同时也增加了模块尺寸。对大尺寸锻件，预锻和终锻两副模具，生产效率变低。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第四节 预锻型腔的设计,预锻型腔的宽与高当预锻后的坯料在终锻型腔中是以镦粗方式成形时，预锻型腔的高度尺寸应比终锻型腔大25mm，宽度则比终锻型腔小12mm，横断面面积应比终锻型腔相应处截面积大13。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第四节 预锻型腔的设计,模锻斜度一般与终锻型腔斜度相同。筋的高度略小于终锻型腔相应部位的高度，一般取（0.80.9）h，当h/b较大时，取小系数；反之取大系数筋的顶部宽度则尺寸相同。由于预锻后毛坯的横断面面积应小于终锻的相应面积，应适当加大底

16、部的圆角半径，使终锻时筋部顺利成形。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第四节 预锻型腔的设计,圆角预锻型腔周边不设飞边槽，而是在型腔分模面转角处用较大的圆弧。型腔内的圆角半径比终锻型腔对应处稍大。增加筋根部圆角半径的目的是减少金属流动阻力，促使预锻成形，同时也能补偿终锻时金属的不足，还可防止产生折叠。对横截面面积发生突然变化的锻件，预锻型腔在水平面拐角处的圆角半径应适当加大，使坯料变形逐渐过渡，以避免预锻和终锻时产生折叠。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第四节 预锻型腔的设计特殊剖面,叉形锻件锻件叉间距离不大时，必须在预锻型腔中使用劈料台。预锻时依靠劈料台把金属挤向两侧，流入叉部型腔内。其一

17、般形式如图a所示，当a45度，叉部较窄，图b。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第四节 预锻型腔的设计,工字形断面设计当锻件有工字形断面时，如不采用预锻型腔，易使锻件产生折叠，因此需要依据肋的高度采用适当的预锻方法。当h2b时，高度先假定预锻型腔为梯形断面求出H，然后按x=(H-H)/4来求解，使f1=f2，用圆弧线作出预锻型腔的形状，得到h值。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第四节 预锻型腔的设计,工字形断面设计当工字形截面两肋之间的间距很大时，可采用h1=(0.60.8)h作圆滑曲线连接，使f1=f2。预锻型腔采用舌形截面，用来防止根部产生涡流或穿肋缺陷，B1=B+(1020)mm。,第

18、八章 锤上模锻工艺及模具设计,第四节 预锻型腔的设计模锻工步选择,毛坯在每一个型腔中的变形过程叫做模锻工步合理的模锻工步，能使毛坯符合金属的变形规律，得到良好质量的锻件。操作安全，金属消耗少，生产效率高。选择模锻工步时除主要考虑锻件的形状特征外，还应考虑生产条件和生产批量等情况。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第四节 预锻型腔的设计模锻工步选择,锤上模锻工序包括三类工步模锻工步：包括预锻和终锻工步，其作用是使经制坯的坯料得到冷锻件图所要求的形状和尺寸。每类锻件都需要终锻工步，而预锻工步应根据具体情况决定。制坯工步：包括镦粗、拔长、滚挤、卡压、成形、弯曲等工步。制坯工步的作用是改变毛坯的形状，

19、合理分配坯料体积，以适应锻件横截面形状和尺寸的要求，使金属较好地充满型腔。切断工步：是当采用一火多件模锻时，切断已锻好的锻件，以便能继续锻造下一个，或用来切断钳口。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第四节 预锻型腔的设计模锻工步选择,短轴类锻件的模锻工步一般采用镦粗、终锻或者镦粗、成形、终锻。当轮毂较低并有较薄的轮辐或筋时，为防止轮辐与轮缘过渡区产生折叠，要求镦粗后毛坯直径满足轮毂较高并且有轮辐时，不仅要考虑防止产生折叠，而且还要保证锻件在高度方向上充满，因此，镦粗后毛坯的直径应满足当轮毂较高，又具有较大的突缘，且内孔较深，下模冲头凸出分模面时，为保证高度和突缘的充满，同时考虑毛坯放入终锻型腔

20、中的定位，要求采用成形镦粗。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第四节 预锻型腔的设计模锻工步选择,长轴类锻件一般采用制坯、预锻和终锻。制坯工序包括拔长、滚挤、弯曲、压肩等。毛坯的长度和截面与预锻件相近时，采用压肩、预锻、终锻。毛坯的长度和截面与预锻件相差较大或锻件有枝芽，金属沿轴线的分布不对称时，采用拔长、滚挤、预锻、终锻。带叉口的锻件均采用预锻，并在叉口部分设计劈料台。弯曲轴线锻件应采用弯曲、终锻。,弯曲轴线锻件的工步,叉形件工步,弯曲连杆的模锻过程,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第五节 其他型腔设计,第六节 毛坯体积计算与尺寸确定,第七节 锻锤吨位的确定,自己看书：P303310欲知更多

21、详情，请学习姚泽坤锻造工艺学西北工业大学出版社,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第八节 锻模的结构设计与锻模材料,锻模结构设计任务主要是解决生产一种锻件所采用的各工步型腔在模块上的合理布排，型腔之间和型腔至模块边缘的壁厚，模块尺寸、质量、纤维方向要求，以及平衡错移力的锁扣形式。锻模有整体式和镶块式。镶块式可以更新，但是由于锤上模锻振动大，镶块固定方式一直未能很好解决，因此，对生产批量大，形状复杂的锻件仍主张整体式。,当各型腔设计完毕之后，就可进行锻模的结构设计，即型腔的布排，确定各型腔在锻模上的相对位置和距离，进行锁扣设计，确定模块尺寸等。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第八节 锻模的结构设

22、计与锻模材料,型腔排列顺序的原则：终锻或预锻的变形力较制坯大得多，为了减小偏心力矩，改善锻锤及模具的工作条件，获得良好的锻件质量，应尽可能使终锻型腔及预锻型腔中心线靠近锻模的中心。型腔的排列应与加热炉、切边压力机位置相适应。氧化皮最多的型腔，应位于吹风向的下方。弯曲型腔的位置应使锻件翻转后能直接放入终锻或预锻型腔。拔长型腔，如在右边应取直式为宜，在左边应取斜式为宜。前切刀一般位于锻模的右前角，后切刀一般位于锻模的左后角。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第八节 锻模的结构设计与锻模材料,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第八节 锻模的结构设计与锻模材料,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第八节 锻

23、模的结构设计与锻模材料,锁扣当模锻时由于分模面不在一个平面上，锻模的反作用力将产生一个水平分力，这个分力会使上下模相互之间发生错移，锁扣就是用来平衡这个水平分力的。常用锁扣类型及设计，如pp313图1145、1146、1147、1148、1149。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第八节 锻模的结构设计与锻模材料,模壁厚度及型腔距离的确定依据经验公式而定，查表1112，pp314,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第八节 锻模的结构设计与锻模材料,模块尺寸的确定和模块标准 模块尺寸是根据锻模中型腔的数量、尺寸、安排方法及型槽间的距离等因素来确定其模块的最小轮廓尺寸，并根据工厂标准模块中相近的较大

24、值来选定。型腔布排后，要校核下模块中心与锻模中心是否重合，如不重合，则两者之间的偏移量不允许大于模块轮廓尺寸的10。锻模允许的最小承击面积，应满足模块允许的最大宽度要使上模边缘与锻锤导轨之间的最小间隙不小于20mm。锻模最小宽度应保证模块左右两侧超出燕尾相应两侧各10mm。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第八节 锻模的结构设计与锻模材料,模块尺寸的确定和模块标准 当锻件较长时，必须使锻模伸出模座和锤头外时，则所伸出的悬空部分长度应满足考虑锻模翻新的需要，其高度值希望大些，但高度太大会影响锻锤上下摆动的距离，一般锻模高度上模块的最大重量最大不得超过锻锤吨位的35，下模块重量不限。锻模材料金属流

25、线方向应与打击方向相垂直，禁止金属流线与打击方向一致。,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第八节 锻模的结构设计与锻模材料,锻模材料应具备的特点（常用锤锻模材料pp315）在高温下具有较高的强度、硬度和冲击韧性，以便能承受较大的变形抗力和具有良好的耐磨性。具有较好的耐热疲劳性能，锻模在冷热交变的工作条件下仍能有较高的使用寿命。淬透性好，使整个模块具有均匀的力学性能。良好的回火稳定性能，使锻模在工作时不致因受热而产生硬度下降的现象。良好的导热性和抗氧化性，以避免模具因工作部分表面温度过高而降低其力学性能，保持模具工作部分表面的粗糙度。良好的加工工艺性能，包括切削加工性能和热加工性能。,第八章 锤上

26、模锻工艺及模具设计,影象资料展示,热模锻的特点,锤上模锻,模膛,辊锻,摔模,圆轴锻件的生产,盘套锻件的锻造生产,热模锻压力机上模锻,平锻机上模锻,平锻机在生产中应用,拼分套模,轧制麻花钻,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,飞边槽形式,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,按锻锤吨位确定的飞边槽尺寸,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,钳口,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,劈料台,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,工字形截面的预锻型槽,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,工字形截面肋间距离较大时的预锻型槽,舌形截面的预

27、锻型槽,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,轮毂较低的锻件,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,带孔的高轮毂锻件成形过程（a）坯料（b）成形镦粗粗后（c）锻件,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,热模锻的特点,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,锤上模锻,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,模膛,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,汽车曲轴锻造,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,辊锻,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,摔模,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,圆轴锻件的生产,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,盘套锻件的锻造生产,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,热模锻压力机上模锻,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,平锻机上模锻,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,平锻机在生产中应用,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,拼分套模,第八章 锤上模锻工艺及模具设计,轧制麻花钻,