材料成形工艺 教学课件 ppt 作者 周述积 第二篇 材工塑性 第二篇材工7、8章锻造

第二篇 金属塑性成形工艺,板料冲压,锻造,本篇重点内容： 模锻工艺、冲压工艺及模具设计,学习本篇内容要求掌 握相关知识和技术，为从 事模锻工艺、冲压工艺及 模具设计工作打下基础。 一汽锻造厂、东风公 司锻造厂、湖北锻造厂 （丹江口）和东风公司 齿 轮精锻厂（六里坪）等企 业都是从事汽车模锻件生 产。,本篇内容分四章，PPT页，兼有录象 两节、动画和现场、实物图片。 序 P 第七章 模锻工艺 24P 第八章 锻模设计 46P 第九章 冲压工艺及模具设计 144P 第十章 金属塑性成形新技术 1P 章后附有复习题。,东风公司车身厂、车箱厂、车架厂、车轮厂、水 箱厂等许多专业化企业的零部件成形都要用到冲压工 艺及模具设计。 材料成形及控制工程专业的同学在毕业设计阶段可 从事模锻工艺、冲压工艺及模具设计的课题。将来可 到汽车行业或地方相关企业联系就业。,第七章 模锻工艺,第一节 概 述 模锻是把热态坯料在锻模模膛内受力成形。一般用于中小型 钢质锻件。 目前世界上最大模锻件达 450 kg。 模锻有带飞边槽的开式模锻和无飞边槽的闭式模锻等方式。,汽车锻件,第二节 模锻工艺流程（录象）,第三节 模锻件图,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，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、分模面的选择,1、原则 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； 锻件容易从锻模模膛中取出； 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,例一 ： 连杆类,红线所示为 合理的分模面。 为什么？,例二：圆饼（齿轮坯等）类,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。,M1级 指碳的质量分数小于0.65的碳或合金 元素总量小于3.0 的合金钢。,M2级 指碳的质量分数等于或大于0.65的碳钢 或合金元素总量等于或大于3.0 的合金钢。,4）锻件精度等级,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？ 这是因为： 一是国内外市场对产 品精度要求越来越高； 二是企业为了降低原 材料消耗和加工成本。,锻件的各种尺寸和余量公差 见（GB/T-12362-1990）,三、模锻斜度（GB/T-12361-1990）,锻件出模受力分析 F取=（FT cosFsin） = F（cossin）,模锻斜度值依模膛深宽比（H/B）选用3º、5º、7º、10º、 12º、15º 等标准值，便于选用标准铣刀加工。,上、下模模膛的模锻斜度应相互衔接和匹配，即加上匹配 斜度，如图所示。,四、锻模圆角半径（ GB/T-12361-1990 ）,锻模圆角半径与 B/H 有关。H大，锻模圆角半径也 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,折迭与圆角半径的关系 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d 25mm的加工孔，不予锻制。 对于d 25mm的加工孔，先锻制盲孔，用冲孔连皮隔离上下凸头。 冲孔连皮按锻孔直径大小分为平底连皮 、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 25mm d 60 mm 的孔。 连皮厚度 s 按图确定或计算，,即,2、斜底连皮,斜底连皮 适用于 ： d2.5 h 或 d60 mm,3、带仓连皮,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 用于锻造大孔，孔高小。 连皮增加金属消耗。 可考虑用连皮形成小件，即采用合锻，一次得 到大小两件。,六、模锻件图实例 齿轮与立柱,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。 零件外形用双点划线。 公称尺寸与公差标注 在尺寸线上面，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）其它特殊要求，如直线度、平面度、重量精度 等。,第八章 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）。,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 23 kg ，长度 350mm 。,一模多件 ：一锻模内一次23锻件，重量0.5 kg、长度80mm,一 模 多 件,调 头 模 锻,多 件 合 锻,第二节 模锻模膛设计,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,一、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,开式模锻中的终锻模膛由模膛本部和飞边槽两部分组成。 一般只有终锻模膛设计有飞边槽。 但对于一些复杂锻件，预锻模膛也采用飞边槽。,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。,模锻过程示意 a）镦 粗 b）形成飞边 c）充满模膛 d）打靠合模,2）飞边槽结构形式与尺寸,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。,三种： 形式飞边在上模膛内聚集，常用。 形式桥部在下模膛内。 形式用于形状复杂件。,二、预锻模膛设计（参照终锻模膛尺寸相应增、减）,1、 模膛的宽与高 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。,2、 模锻斜度 预锻、终锻模膛的斜度相同。,3、 圆角半径：比终锻模膛大一个系数 c （ C=25mm ; 模深大，取上限） 即,例如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 ; 当 h2b 时，B= B （12 ）mm 。,第三节 制坯工步的选择,制坯工步是从坯料到预锻或直接终锻间的变形工步。 通过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。 后再经过预锻和终锻等工步成形。,这是一个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） 计算毛坯图 (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。 则： 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 以A计 ，得： （通常取M=35mm2/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,计算毛坯图（中图）上每一折算高度 h计 表示该轴类锻件相关处的截面积。 可以将曲线下的整个面积看成是计算毛坯的体积。 即 V计 = M A计,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：,(3) 几项繁重系数的计算, 金属流入头部的繁重系数 ： 金属沿轴向流动的繁重系数： 杆部斜率 K ： 锻件重量 G 。,=L件 / d均,上列式中：,dmax 计算毛坯的最大直径； dmin 计算毛坯的最小直径； d拐 杆部与头部交接处的直径： 说明： 值越大，流向头部的金属体积越多； 值越大，金属沿轴向流动的距离越长； K 值越大，表明杆部锥度大，小头和杆部金 属过剩； G 值越大，制坯难度加大。,(4) 根据繁重系数确定制坯工序的初步方案,长轴类锻件可根据计算出的繁重系数在右示经验图表中查出制坯工序的初步方案，再依据生产试验修改确定。,图中： 不表示无需制坯工序；卡需卡压制坯； 开需开式滚挤制坯；闭需开式滚挤制坯。,（5）长轴类锻件坯料的规格尺寸, 坯料截面积 ： A 坯 = k A均 ； k = 1.021.2 由 A坯 求出坯料直径 D 或方坯边长 a 或 b 。 坯料长度：,坯料体积按下式计算：,式中：加热烧损率， 。,第四节 制坯模膛设计,一、镦粗台与压扁台的设计 镦粗台适用于圆饼类锻件。 压扁台适用于近似矩形锻件 的设计。 镦粗台高度：h = V / （D2×/4） 式中 D 镦粗后毛坯直径，mm；,镦粗台,压扁台宽度： B = 0.5 B件B坯40 mm 压扁台长度： L =L坯 40 mm,二、拔长模膛设计,有关模膛设 计参数，依据 计算毛坯尺寸 考虑。详见设