锻造工艺过程及模具设计 第八章.ppt

第8章 模锻工艺过程,锻模是金属在热态或冷态下进行体积成形时所用模具的统称由于各种模锻设备的工作特点不同，锻模的结构差别较大本章对锻模按设备进行分类，分别介绍各种设备上的锻模设计，以介绍锤锻模设计为主锤上模锻,8.1 锤用锻模,8.1.1 模锻模膛设计,模锻模膛：终锻模膛、预锻模膛,1.终锻模膛设计,作用：完成终锻工步，获得带有飞边的锻件 组成：模膛本体、飞边槽、钳口 1）热锻件图热锻件图上的尺寸等于冷锻件图尺寸＋收缩率减少尺寸A可延长模具奉命图8.1 齿轮锻件,将锻件复杂且较高的部位尽量放在下模，还可在相应部位加深图8.2 曲轴锻件局部加厚,,图8.3 切边和冲孔易变形锻件,图8.4 需增设定位余快的锻件,绘制热锻件图还需注意：标出分模面、冲孔连皮的位置和尺寸、未注圆角、模锻斜度、收缩率；高度方向尺寸以分模面为基准；不需标注零件的轮廓2）飞边槽及其设计飞边槽的作用：1.增加金属流出模膛阻力2.容纳多余金属3.起缓冲作用，减弱对下模的打击飞边槽的形式：标准式 倒置式双仓式 不对称式带阻力沟式,●设计方法：吨位法 计算法,3）钳口及其尺寸定义：模锻模膛前面加工的空腔，一般由夹钳口与钳口颈组成作用：放置棒料及钳夹头、检验时作为浇口、起模形式：长棒料钳口特殊钳口圆形钳口公用钳口,,2.预锻模膛设计作用：1.改善金属在终锻时的流动 2.避免折叠、裂纹和其他缺陷3.提高模具寿命(1）预锻模膛的设计要点1.宽和高：保证终锻时以镦粗成形为主2.斜度：一般和终锻模膛相同3.圆角半径：一般比终锻大(R1=R+C),,(2）典型预锻模膛的设计1.带工字断面锻件2.叉类锻件3.带枝芽锻件4.带高肋锻件,标准式： 一般采用此种型式。

其优点是桥口在上模，桥口受热时间短，温升较低，不易压坍和磨损返回,图8.5 飞边槽的结构形式1,倒置型：当锻件的上模部分形状较复杂，为简化切边冲头形状，切边需翻转时，采用此型式当上模无模膛，整个锻件模膛完全位于下模时，采用此型式的飞边简化了锻模的制造返回,图8.5 飞边槽的结构形式2,双仓型： 特点是仓部较大，能容纳较多的多余金属，适用于大型和形状复杂的锻件,,,返回,图8.5 飞边槽的结构形式3,不对称型: 此种结构的飞边槽加宽了下模桥部，提高了下模寿命此外，仓部较大，可容纳较多的多余金属用于大型、复杂锻件,,返回,图8.5 飞边槽的结构形式4,带阻力沟型: 更大地增加金属外流阻力，迫使金属充满深而复杂的模膛多用于锻件形状复杂、难以充满的部位，如高肋、叉口与枝芽等处返回,图8.5 飞边槽的结构形式5,图8.6 钳口,,返回,图8.7 常见的钳口形式,图8.8便于起模的特殊钳口,,返回,,图8.9 圆形钳口,,返回,,图8.10公用钳口,,带工字断面锻件预锻模膛设计,返回,图8.11 工字形断面的不同预锻方法,图8.12 工字截面锻件预锻模膛,叉类锻件的主要缺陷和变形流动,,返回,,,图8.13 叉类锻件内端角充不满,图8.14 叉类锻件金属的变形流动,图8.15叉类锻件预锻模上制动槽的布置,,返回,图8.16 叉形部分劈料台,图8.17 窄形叉形部分劈料台,图8.18 枝芽类锻件预锻模膛,,返回,,,,图8.19 带高肋锻件预锻模膛,8.1.2 制坯模膛设计,制坯模膛的作用：初步改变坯料的形状，合理分批坯料，使金属能较好的充满模膛。

制坯模膛的种类：拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛、成型模膛,1）拔长模膛,（1)拔长模膛的作用：减少坯料的截面积，增加坯料长度，去氧化皮2)拔长模膛的形式：开式和闭式图8.20 开式拔长模膛,图8.21 闭式拔长模膛,图8.22 拔长模膛的直排与斜排,图8-23 拔长台,拔长部分较短，或拔长台阶轴时，可以采用拔长台（图8.23），它是在锻模的分模面上留一平台，将边缘倒圆3)拔长模膛的尺寸设计： 拔长模膛的坎部：主要工作部分，尺寸包括：高度、长度和宽度 拔长模膛的仓部：容纳拔长后的金属坎部高度h：h=0.5(e- a)=0.5×(3 a –a)=,拔长后需要滚压时,坎部宽度B：,坎部长度C：,,,,（1)作用：分配金属，使截面积一部分减小，另一部增大，得到近似计算毛坯的形状和尺寸；清除氧化皮；滚光毛坯等2)形式：开式、闭式、混合式、不等宽式、不对称式2）滚压模膛,图8.24 不同形式的滚压模膛,滚压模膛高度h：h=kd计杆部：k=（0.7~0.8）头部：k=（1.05~1.15）,滚压模膛宽度B：,,,,,飞边槽,,钳口,,模膛本体,图8.25 不对称式滚压模膛,3）弯曲模膛,（1)作用：压弯坯料，使其符合终锻模膛在分模面上的形状,（2)形式：自由弯曲、夹紧弯曲,设计弯曲模膛要考虑终锻模膛在分型面的轮廓外形。

弯曲模膛的宽度为,还应考虑成型时的支撑和定位为防止折叠应采用大圆角3)设计依据：计算毛坯,（5)尺寸设计：高度、宽度、截面形状,（4)组成：钳口、本体、毛刺槽,图8.27 自由弯曲,4）成形模膛,（1)作用：成形坯料，使其符合终锻模膛在分模面上的形状2)特点：坯料的轴线不发生弯曲，靠局部转移金属获得所需形状3)形式：对称式、不对称式,（4)设计原则和方法：与弯曲模膛的形同,图8.29 对称式成形模膛,图8.30 不对称式成形模膛,5）镦粗台和压扁台,（1)作用：用来镦粗坯料，减小坯料的高度使坯料在终锻模膛内能覆盖指定的部分，防止折叠与充填不满图8.31 镦粗台,图8.32 压扁台,6）切断模膛,（1)作用：在一棒多件连续模锻时，将锻件从棒料上切下图8.33 切断模膛,8.1 模锻模膛设计,8.1.3 锻模结构设计,锻模的作用：提高锻件品质、提高生产率、锻模和锻锤寿命,锻模设计的内容：考虑模膛的布排、错移力的平衡、锻模的强度校核1 模膛的布排,1)终锻与预锻模膛的布排：,（1)锻模中心与模膛中心锻模中心：锤锻模的紧固一般都是利用楔铁和鍵块配合燕尾紧固在下模锻模中心指锻模燕尾中心线与燕尾鍵槽中心线的交点，它位于锤杆轴心线上，应是锻锤打击力的中心。

图8.34 锻模燕尾上键槽中心线,模膛中心：锻造时模膛承受锻件反作用力的合力作用点叫模膛中心图8.35 模膛中心的偏移,（2) 模膛中心的布排 无预锻：终锻模膛中心位置与锻模中心重合 有预锻：终锻、预锻均不能与锻模中心重合，参见下图：,图8.36 终锻预锻模膛中心的布排,1.在锻模前后方向，两模膛中心均应在键槽中心线上 2.在锻模左右方向，终锻模膛中心线与锻模燕尾中心线的偏移量与锻锤吨位有关 3.一般情况下，预锻模膛中心和终锻模膛中心至锻模燕尾中心线距离之比，应等于或略小于1/2， 4.预锻模膛中心线必须在燕尾宽度内，模膛超出燕尾部分的宽度不得大于模膛总宽度的1/3 5.当锻件因终锻模膛偏移使错差量过大时，允许采用L /5

图8.42 弯曲模膛的布置,2 错移力的平衡与锁扣设计,当锻件的分模面为斜面、曲面，或锻模中心与模膛中心的偏移量较大时，在模锻过程中将产生水平分力这种分力会引起锻模在锻打过程中的错移，通常称为错移力 1)有落差锻件的错移力平衡,小锻件成对锻造,锻件较大，落差较小，可将锻件倾斜一定角度(γ<7°),图8.43 成对锻造,图8.44 倾斜一定角度,锻件落差较大(l5~50mm） 采用平衡锁扣,锻件落差很大，可以综合采用平衡锁扣和倾斜一定角度,图8.45 平衡锁扣,图8.46 倾斜锻件并设置锁扣,带有平衡锁扣时，模膛中心不与鍵槽中心重合，而是沿着锁扣方向前后偏移图8.47 带平衡锁扣模膛中心的布置,2)模膛中心与锤杆中心不一致时用导向锁扣平衡错移力,图8.48 纵向锁扣,图8.49 侧向锁扣,图8.50 角锁扣,3 脱料机构设计,图8.51 有脱料装置的锤上闭式模锻的锻模 1-下模座 2、7-螺栓 3-下模芯 4-下模圈 5-锻件 6-上模 8-套管 9-弹簧10-U形钳,4 模具强度设计,●模具强度失效形式,●承击面打塌,4 模具强度设计,1）模壁厚度与模膛深度、模壁斜度和模膛底部的圆角半径有关。

2）模块高度与模膛最大深度和翻新次数有关图8.52 模膛形状对模膛壁厚的影响,3）承击面积S与锻锤吨位G有关S =(30～40)GS的单位是ｍｍ2， G的单位是ｋN,4)燕尾根部的转角锤击时，燕尾与锤头和下砧的燕尾槽接触，两侧悬空(间隙约为0.5mm）燕尾根部转角半径愈小，加工愈粗糙、留有加工的刀痕愈明显，就愈易破坏燕尾部分热处理后的硬度愈高 ，燕尾也愈易破坏锻模材质不好也易产生这种损坏燕尾根部的圆角一般取R＝5mm5)模块纤维方向任何锤锻模的纤维方向都不能与打击方向相同，否则模膛表面耐磨性下降，模壁容易剥落对于长轴类锻件，当磨损是影响锻模寿命的主要原因时，锻模纤维方向应与锻件轴线方向一致(参见图8-53a)当开裂是影响锻模寿命的主要原因时，纤维方向应与锻模键槽中心线方向一致（参见图8-53b）对短轴类锻件，锻模纤维方向应与键槽中心线方向一致（参见图8-53c）图8.53 锻模纤维方向,5 模块尺寸及校核,1）锻模宽度B不大于燕尾中心线到锻模边缘的最小尺寸B1 的两倍减20mm即：B1≥B/2+10mm,2）锻模的伸出长度f不大于模块高度H的三分之一， 即 f≤H/33）锻模高度等于(1.35～1.45)×最小闭合高度。

4）锻模中心相对模块中心的横向偏移量a和纵向偏移量b不能太大，它们与锻模横向尺寸A和纵向尺寸B的关系为： a<0.1A b<0.1B5）锻模质量要保证上模块的质量（G）不能超过锻锤吨位（t）的35%，即G<0.35t6）检验角：锻模上两个加工侧面所构成的90°角称作检验角这两个侧面深5mm，高度为50～100mm8.2 热模锻压力机用锻模,热模锻压力机模锻的特点 热模锻压力机模锻件的尺寸精度较高 热模锻压力机滑块行程一定，每次行程都能使锻件得到相同高度 热模锻压力机滑块运动速度比模锻锤低，有良好的导向装置，承受偏载的能力较比模锻锤强 热模锻压力机上模锻有利于延长模具使用寿命热模锻压力机的模锻易于实现机械化和自动化生产，特别适合于大批量生产和机械化、自动化程度高的模锻车间 热模锻压力机不需要强大的安装基础 热模锻压力机结构复杂，制造成本高 热模锻压力机有上、下顶出装置，宜于模锻短轴类和长轴类锻件不少顶镦类锻件也可在热模锻压力机上生产热模锻压力机上常用的变形工步有：终锻、预锻、镦粗、成形镦粗、压挤、压扁、弯曲、成形等 热模锻压力机工艺万能性差，不便于进行拔长和滚压等制坯工步1 模膛设计特点,1)终锻模膛设计,（1)飞边槽飞边槽没有承击面，防止“闷车”,（2)排气孔因设备速度低，一次成形的特点，在深腔需设排气孔,图8.54 排气孔的布置,（3)顶出器一般用于顶出预锻或终锻模膛内的锻件。

图8.55 顶出器的位置,2)预锻模膛设计使预锻后的坯料在终锻模膛中以镦粗方式成形 (1)预锻模膛比终锻模膛的高度尺寸相应大2～5mm ，宽度尺寸适当减小 (2)严格控制预锻件各部分的体积，使终锻时多余的金属合理流动。