第七章模锻工艺

1、第七章第七章 模锻工艺模锻工艺锻造锻造自由锻：自由锻：利用冲击功或压力使金属在上、下利用冲击功或压力使金属在上、下 砧之间产生变形，获得锻件的方法。砧之间产生变形，获得锻件的方法。模锻：模锻：把热态金属坯料放在具有一定形状和把热态金属坯料放在具有一定形状和 尺寸的锻模模膛内承受冲击功或静压尺寸的锻模模膛内承受冲击功或静压 力产生塑性变形获得锻件的加工方法。力产生塑性变形获得锻件的加工方法。第一节第一节 概概 论论模锻的优点：生产率高，能生产形状复杂的锻件，加模锻的优点：生产率高，能生产形状复杂的锻件，加 工余量少，尺寸精确，锻件纤维分布合工余量少，尺寸精确，锻件纤维分布合 理，力学性能好。理，

2、力学性能好。模锻的缺点：锻模成本高，只适用于大批量生产。受模锻的缺点：锻模成本高，只适用于大批量生产。受 模具限制，一般用于锻造模具限制，一般用于锻造 450kg以下的以下的 中小型锻件。中小型锻件。模锻工艺分类（按设备类型分）：模锻工艺分类（按设备类型分）： 锤上模锻、曲柄压力机模锻、平锻机模锻、螺旋压锤上模锻、曲柄压力机模锻、平锻机模锻、螺旋压力机模锻、水压机模锻、高速锤模锻等。力机模锻、水压机模锻、高速锤模锻等。 模锻方法虽多，但都是通过塑性变形迫使坯料在锻模锻方法虽多，但都是通过塑性变形迫使坯料在锻模模膛内成形。模模膛内成形。模锻工步内容：模锻工步内容： 镦粗、打扁、拔长、滚挤、弯曲、

3、卡压、成形、预镦粗、打扁、拔长、滚挤、弯曲、卡压、成形、预锻和终锻等，通过各类工步使锻件的形状得以成形。锻和终锻等，通过各类工步使锻件的形状得以成形。 一般情况下，锤上模锻都采用单件模锻。若锻件不一般情况下，锤上模锻都采用单件模锻。若锻件不大，为提高生产率或有时需要克服锤击错移力，可考虑大，为提高生产率或有时需要克服锤击错移力，可考虑采用双件或多件模锻方式。采用双件或多件模锻方式。第二节第二节 成形工序成形工序锻造工艺流程的组成工序：锻造工艺流程的组成工序：备料：备料：按尺寸或重量，将原材料切割成单件的原毛坯。按尺寸或重量，将原材料切割成单件的原毛坯。加热工序：加热工序：按变形工序要求的加热温

4、度和生产节拍，加按变形工序要求的加热温度和生产节拍，加 热原毛坯或中间坯料。热原毛坯或中间坯料。变形工序（锻造工序）：变形工序（锻造工序）：包括制坯和模锻工序。制坯的包括制坯和模锻工序。制坯的 方法比较多。模锻工序包括预锻和终锻。工序数取决于方法比较多。模锻工序包括预锻和终锻。工序数取决于 锻件的复杂程度，但终锻工序是必不可少的。锻件的复杂程度，但终锻工序是必不可少的。锻后工序：锻后工序：补充完成模锻工序，使锻件最终符合锻件图补充完成模锻工序，使锻件最终符合锻件图 及其技术条件的要求。包括：切边、冲孔、弯曲、扭转、及其技术条件的要求。包括：切边、冲孔、弯曲、扭转、 热处理、校正、表面清理、磨残

5、余毛刺、精压等。热处理、校正、表面清理、磨残余毛刺、精压等。检验工序：检验工序：一般采用抽检，避免造成成批的废品、次品。一般采用抽检，避免造成成批的废品、次品。 内容有几何尺寸、表面质量、金属组织和力学性能等，内容有几何尺寸、表面质量、金属组织和力学性能等， 具体的检验项目要根据锻件的要求确定。具体的检验项目要根据锻件的要求确定。第三节第三节 模锻件图设计模锻件图设计锻件图设计主要包括以下内容：锻件图设计主要包括以下内容：选择分模面的位置和形状。选择分模面的位置和形状。确定机械加工余量、余块和锻件公差。确定机械加工余量、余块和锻件公差。确定模锻斜度。确定模锻斜度。确定圆角半径。确定圆角半径。确

6、定冲孔连皮的形式和尺寸。确定冲孔连皮的形式和尺寸。制定锻件技术条件。制定锻件技术条件。绘制锻件图。绘制锻件图。一、锤上模锻锻件图设计一、锤上模锻锻件图设计 1分模面分模面选择分模面的原则：选择分模面的原则：锻件容易从锻模膛中取出，锻件锻件容易从锻模膛中取出，锻件形状尽可能与零件形状相同。能获得锻摸充填成形的形状尽可能与零件形状相同。能获得锻摸充填成形的良好效果。锻件分模位置应选择在具有最大的水平投良好效果。锻件分模位置应选择在具有最大的水平投影尺寸的位置上。影尺寸的位置上。 分模面位置和形状分模面位置和形状选择得正确与否会影响选择得正确与否会影响到锻件成形、锻件出模、到锻件成形、锻件出模、锻件

7、质量、材料利用率锻件质量、材料利用率和锻模、切边模制造的和锻模、切边模制造的复杂程度等。复杂程度等。注意：在保证分模原则的基础上，还应满足下列要求。注意：在保证分模原则的基础上，还应满足下列要求。分模位置应选在锻件侧面的中部，以便于发现上、下分模位置应选在锻件侧面的中部，以便于发现上、下 模在模锻过程中的错移，如图模在模锻过程中的错移，如图 7-2 锻件分模位置选在锻件分模位置选在 AA线是正确的。线是正确的。分模位置应尽可能用直线式，锻模结构简单，并防止分模位置应尽可能用直线式，锻模结构简单，并防止 上、下模错移，图上、下模错移，图7-3中中7-3a所示分模位置是合理的。所示分模位置是合理的

8、。头部尺寸较大的长轴类锻件，不宜用直线式分模，如头部尺寸较大的长轴类锻件，不宜用直线式分模，如 图图 7- 4。为使锻件较深尖角处能充满，应用折线式分。为使锻件较深尖角处能充满，应用折线式分 模，使上、下模的模膛深度大致相等。模，使上、下模的模膛深度大致相等。当圆盘类锻件的当圆盘类锻件的HD时，应取径向分模，便于锻模、时，应取径向分模，便于锻模、 切边模加工制造和减少金属损耗，如图切边模加工制造和减少金属损耗，如图7-5a，不应，不应 选图选图7-5c所示的轴向分模。所示的轴向分模。有金属流线方向要求的锻件，应考虑锻件工作时的有金属流线方向要求的锻件，应考虑锻件工作时的 受力特点。如图受力特点

9、。如图 7-6 所示，锻件在工作中承受切应所示，锻件在工作中承受切应 力，力， 其流线方向应与剪切方向相垂直，因此应取其流线方向应与剪切方向相垂直，因此应取I-I 为分模位置。为分模位置。2机械加工余量和锻件公差机械加工余量和锻件公差毛坯高温表面产生氧化、脱碳，导致锻件表面产生氧毛坯高温表面产生氧化、脱碳，导致锻件表面产生氧 化皮，毛坯体积变化及终锻温度波动，锻件尺寸不易化皮，毛坯体积变化及终锻温度波动，锻件尺寸不易 控制；控制；锻件出模斜度，模膛磨锻件出模斜度，模膛磨 损和上、下模错移，导损和上、下模错移，导 致锻件尺寸出现偏差；致锻件尺寸出现偏差；形状复杂的零件不能用形状复杂的零件不能用

10、模锻方法直接成形。模锻方法直接成形。模锻件必须附注机械加工余量和锻件公差的原因：模锻件必须附注机械加工余量和锻件公差的原因： 确定锻件机械加工余确定锻件机械加工余量和锻件公差，参照国标量和锻件公差，参照国标 “钢质模锻件公差及机械钢质模锻件公差及机械加工余量加工余量”标准标准 GBT 12362-1990。确定影响锻造工艺因素的方法确定影响锻造工艺因素的方法锻件重量和尺寸：在锻件图未设计前可根据零件尺寸锻件重量和尺寸：在锻件图未设计前可根据零件尺寸 初定余量进行计算，按此重量查表确定公差和余量。初定余量进行计算，按此重量查表确定公差和余量。锻件形状复杂系数锻件形状复杂系数 (S)： 锻件重量或

11、体积锻件重量或体积 与其与其 外廓包容体的重量或体积的外廓包容体的重量或体积的 比值，即比值，即ddGV、bbGV、ddbbGVSGV圆形锻件的外廓包容体重量圆形锻件的外廓包容体重量 和体积和体积bGbV(图图7-8)为为24bGd h24bVd h非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Gb和体积和体积Vb(图图7-9)为：为：GblbhVblbh表表7-1锻件形状复杂程度等级锻件形状复杂程度等级级别级别代号代号形状复杂系数值形状复杂系数值形状复杂程度形状复杂程度S10.631简单简单S20.320.63一般一般S30.160.32比较复杂比较复杂S40.16复杂复杂锻件材料系数

12、锻件材料系数 ： 按材料可锻难易程度按材料可锻难易程度(可锻性可锻性)而划分等级的。而划分等级的。 分为分为M1和和M2两级。两级。 M1：碳质量：碳质量0.65的碳钢；合金元素总质量的碳钢；合金元素总质量3.0的的 合金钢。合金钢。 M2：与：与M1相反。相反。锻件精度等级：锻件精度等级： 普通级：公差系指用一般模锻方法能达到的精度公差。普通级：公差系指用一般模锻方法能达到的精度公差。 精密级：公差有较高的精度，适用于精密锻件。精密级：公差有较高的精度，适用于精密锻件。3模锻斜度模锻斜度模锻斜度：为使锻件成形后顺利地自模膛中取出，锻件模锻斜度：为使锻件成形后顺利地自模膛中取出，锻件 侧表面上

13、必须带有的斜度。侧表面上必须带有的斜度。注意：在保证锻件顺利取出的前提下，模锻斜度应尽可注意：在保证锻件顺利取出的前提下，模锻斜度应尽可 能取小值。能取小值。cossincossinTFFFF取 确定模锻斜度应注意以下几点：确定模锻斜度应注意以下几点：高度较小的锻件可以采用较大的斜度，锻件容易从模膛高度较小的锻件可以采用较大的斜度，锻件容易从模膛 中取出。中取出。 高度高度50mm锻件，若查表斜度为锻件，若查表斜度为3，改为，改为5； 高度高度300mm锻件，若查表斜度为锻件，若查表斜度为3或或5，改为，改为7。应注意上、下模模膛深度不同的模锻斜度的匹配关系（应注意上、下模模膛深度不同的模锻斜

14、度的匹配关系（ 称匹配斜度）。匹配斜度是为了使分模线两侧的模锻斜称匹配斜度）。匹配斜度是为了使分模线两侧的模锻斜 度相互接头而人为地增大了的斜度。度相互接头而人为地增大了的斜度。自然结构斜度：是锻件倾斜侧面上固有的斜度，就是将自然结构斜度：是锻件倾斜侧面上固有的斜度，就是将 锻件倾斜一定角度所得到的斜度。锻件倾斜一定角度所得到的斜度。只要锻件能够形成自只要锻件能够形成自 然结构斜度，就不必另外增设模锻斜度。然结构斜度，就不必另外增设模锻斜度。4圆角半径圆角半径 锻件上的圆角半径对于保证金属流动，提高锻模寿锻件上的圆角半径对于保证金属流动，提高锻模寿命，提高锻件质量和便于出模等来说是十分重要的。

15、因命，提高锻件质量和便于出模等来说是十分重要的。因此在锻件上各相交表面处必须做出圆角，不允许呈尖角此在锻件上各相交表面处必须做出圆角，不允许呈尖角状（图状（图7-12）。）。外圆角半径外圆角半径r：锻件上的凸圆角半径。模具模膛上的凹圆角。锻件上的凸圆角半径。模具模膛上的凹圆角。半径过小，金属充模阻力大，容易引起锻模崩裂半径过小，金属充模阻力大，容易引起锻模崩裂(图图7-13)。半径过大，机械加工余量将受到影响。半径过大，机械加工余量将受到影响。内圆角半径内圆角半径R：锻件上的凹圆角半径。模具模膛上的凸圆角。锻件上的凹圆角半径。模具模膛上的凸圆角。半径过小，金属流动形成的纤维会被割断半径过小，金

16、属流动形成的纤维会被割断(图图7-15)，力学性，力学性能下降，产生折叠，锻件报废；或模具模膛产生压塌变形，能下降，产生折叠，锻件报废；或模具模膛产生压塌变形，影响锻件出模。影响锻件出模。半径太大，加工余量和金属损耗增加。有些锻件内圆角半半径太大，加工余量和金属损耗增加。有些锻件内圆角半径过大，会使金属过早流失，导致充不满现象发生。径过大，会使金属过早流失，导致充不满现象发生。5冲孔连皮冲孔连皮连皮过薄：锻件成形打击力较大并容易发生锻不足现象，连皮过薄：锻件成形打击力较大并容易发生锻不足现象， 导致模膛凸出部分加速磨损或打塌；导致模膛凸出部分加速磨损或打塌；连皮太厚：锻件冲切连皮困难，锻件形状

17、误差大并造成连皮太厚：锻件冲切连皮困难，锻件形状误差大并造成 金属浪费。金属浪费。 模锻件有内孔时，不能直接锻出透孔，必须在孔内模锻件有内孔时，不能直接锻出透孔，必须在孔内保留一层连皮，形成盲孔，然后在切边压力机上切除。保留一层连皮，形成盲孔，然后在切边压力机上切除。平底连皮（图平底连皮（图7-16） 通常用于通常用于d2.5h或或25mmd2.5h或或d60mm时采用。时采用。 优点：增加连皮周边厚度，有助于排除多余金属，避免优点：增加连皮周边厚度，有助于排除多余金属，避免 形成折叠。形成折叠。缺点：斜底连皮在被切除时容易引起锻件变形。缺点：斜底连皮在被切除时容易引起锻件变形。主要尺寸：主要

18、尺寸：s1 = 1.35 ss2 = 0.65 sd1 = (0.250.3) d式中式中 s 按平底连皮计算按平底连皮计算 的厚度的厚度(mm)； d1 考虑坯料在模膛考虑坯料在模膛 中定位所需平台中定位所需平台 直径直径(mm)。带仓连皮带仓连皮(图图7-19) 对于比较大的孔，在终锻模膛中采用带仓连皮。对于比较大的孔，在终锻模膛中采用带仓连皮。特点：特点：终锻成形时，内孔中多余的金属不是全部向外排终锻成形时，内孔中多余的金属不是全部向外排 出，而是挤入连皮仓部，这样可避免折叠产生。出，而是挤入连皮仓部，这样可避免折叠产生。优点：优点：周边较薄，易于冲除，锻件形状不走样。周边较薄，易于冲除

19、，锻件形状不走样。注意：仓部体积注意：仓部体积应足够容纳预锻应足够容纳预锻后斜底连皮上多后斜底连皮上多余的金属。余的金属。拱底连皮拱底连皮(图图7-20) 锻件内孔大（锻件内孔大（d 15h），高度又较小时，金属向外），高度又较小时，金属向外流出更为困难，应采用拱底连皮。流出更为困难，应采用拱底连皮。特点：特点：可避免在连皮周边产生折叠或穿肋裂纹，可以容可避免在连皮周边产生折叠或穿肋裂纹，可以容 纳更多的金属，冲切省力。纳更多的金属，冲切省力。尺寸可按下式确定：尺寸可按下式确定：0.4sd25Rh6锻件图和锻件技术条件锻件图和锻件技术条件锻件图：锻件图：在零件图的基础上，加上机械加工余量、余块

20、在零件图的基础上，加上机械加工余量、余块 或其他特殊留量后绘制的图形。或其他特殊留量后绘制的图形。图中粗实线表示锻件外形。双点划线表示零件外形。图中粗实线表示锻件外形。双点划线表示零件外形。锻件的公称尺寸与公差标注在尺寸线的上面。锻件的公称尺寸与公差标注在尺寸线的上面。零件的尺寸标注在尺寸线下面的括号内。零件的尺寸标注在尺寸线下面的括号内。生产用立柱锻件图（图生产用立柱锻件图（图7-21）：）：锻件技术条件：锻件技术条件：锻件图无法表示的锻件质量和检验要求锻件图无法表示的锻件质量和检验要求 的内容，均应列入技术条件中加以说明。的内容，均应列入技术条件中加以说明。包括内容：包括内容：未注明的模锻

21、斜度和圆角半径。未注明的模锻斜度和圆角半径。允许错移量和残余飞边的宽度。允许错移量和残余飞边的宽度。允许的表面缺陷深度。允许的表面缺陷深度。锻后热处理方法及硬度要求。锻后热处理方法及硬度要求。表面清理方法。表面清理方法。需要取样进行金相组织和力学性能试验时，需要取样进行金相组织和力学性能试验时， 应注明在锻件上的取样位置。应注明在锻件上的取样位置。其他特殊要求，如直线度、平面度等。其他特殊要求，如直线度、平面度等。二、热模锻压力机上模锻件图设计要点二、热模锻压力机上模锻件图设计要点 热模锻压力机上模锻件图设计的原则、内容、方法热模锻压力机上模锻件图设计的原则、内容、方法与锤上模锻基本相同。与锤

22、上模锻基本相同。根据热模锻压力设备特点，锻件图设计有以下要求：根据热模锻压力设备特点，锻件图设计有以下要求：热模锻压力机有顶出装置，锻件可以顺利地从较深的热模锻压力机有顶出装置，锻件可以顺利地从较深的 模膛内取出，分模面选择较灵活。模膛内取出，分模面选择较灵活。头部沿轴向的内孔无头部沿轴向的内孔无法锻出，飞边体积较法锻出，飞边体积较多，金属浪费大。多，金属浪费大。热模锻压力机上模锻不用顶杆时，模锻件斜度与锤热模锻压力机上模锻不用顶杆时，模锻件斜度与锤 上模锻相同。若采用顶杆顶出锻件，则模锻斜度一上模锻相同。若采用顶杆顶出锻件，则模锻斜度一 般比锤上模锻件小一级。外斜度为般比锤上模锻件小一级。外

23、斜度为37，一般，一般 常用常用5；内斜度为；内斜度为7l0。三、平锻机上模锻件图设计要点三、平锻机上模锻件图设计要点 平锻机上模锻主要适用于生产顶镦类锻件，其锻件平锻机上模锻主要适用于生产顶镦类锻件，其锻件图的设计方法与模锻锤、热模锻压力机、螺旋压力机上图的设计方法与模锻锤、热模锻压力机、螺旋压力机上模锻有较多区别。模锻有较多区别。1分模面选择分模面选择 平锻机具有两个互相垂直的分模面，分别由凸模与平锻机具有两个互相垂直的分模面，分别由凸模与凹模、固定凹模与活动凹模组成。凹模、固定凹模与活动凹模组成。 可成形带双凸缘的可成形带双凸缘的锻件（图锻件（图7-23）。）。平锻分为：平锻分为：闭式模

24、锻闭式模锻和和开式模锻开式模锻。使用前挡板的锻件，因能控制变形金属的体积，多采使用前挡板的锻件，因能控制变形金属的体积，多采 用闭式模锻（图用闭式模锻（图7-24a）。）。使用后挡板或钳口挡板的锻件，多采用开式模锻（图使用后挡板或钳口挡板的锻件，多采用开式模锻（图 7-24b）。）。形状复杂的锻件，虽然使用前挡板，但也采用开式模形状复杂的锻件，虽然使用前挡板，但也采用开式模 锻，以便于用飞边槽存贮多余金属。锻，以便于用飞边槽存贮多余金属。 分模面位置：应选择在锻件最大轮廓处。分模面位置：应选择在锻件最大轮廓处。前前端端面面中中间间后后端端面面优点：凸模结构筒单，可保优点：凸模结构筒单，可保 证

25、头部和杆部同心度。证头部和杆部同心度。缺点：切边易产生纵向毛刺。缺点：切边易产生纵向毛刺。优点：切边质量好，优点：切边质量好，缺点：凸凹模调整不好时，缺点：凸凹模调整不好时， 易产生错移；易产生错移；优点：内外径和前后台阶同优点：内外径和前后台阶同 心度好。心度好。缺点：锻件在切边模膛内不缺点：锻件在切边模膛内不 易定位，锻件和坯料易定位，锻件和坯料 之间易产生错差，采之间易产生错差，采 用较少。用较少。2机械加工余量和公差机械加工余量和公差 平锻件和机械加工余量根据估算锻件重量、加工精平锻件和机械加工余量根据估算锻件重量、加工精度和锻件形状复杂系数按度和锻件形状复杂系数按GBT 12362-

26、1990确定。确定。3模锻斜度模锻斜度 冲头在滑块回程时，避免冲头拉毛锻件外侧及内孔，冲头在滑块回程时，避免冲头拉毛锻件外侧及内孔，应在锻件外侧及内孔壁上设置模锻斜度应在锻件外侧及内孔壁上设置模锻斜度和圆角半径和圆角半径r(图图7-26)。 4圆角半径（图圆角半径（图7-26）在冲头中的成形部分：在冲头中的成形部分： 外圆角半径外圆角半径 r = 0.1H +1 mm 内圆角半径内圆角半径 R= 0.2 H+1 mm式中式中 H 冲头中工作部分深度。冲头中工作部分深度。 在凹模中的成形部分：在凹模中的成形部分：122aarb外圆角半径外圆角半径第六节第六节 模锻工艺过程的制定和模锻工艺方案的选

27、择模锻工艺过程的制定和模锻工艺方案的选择一、模锻工艺过程的制定一、模锻工艺过程的制定 1）根据产品零件的形状、尺寸、技术要求和生产批量，）根据产品零件的形状、尺寸、技术要求和生产批量， 结合具体生产条件，合理地选择模锻工艺方案。结合具体生产条件，合理地选择模锻工艺方案。 2）设计锻件图）设计锻件图 确定所需的工序。确定所需的工序。 确定模锻工艺流程并填写模锻工艺卡。确定模锻工艺流程并填写模锻工艺卡。一一般般模模锻锻工工艺艺流流程程二、模锻工艺方案的选择二、模锻工艺方案的选择基本原则：基本原则：保证锻件生产的保证锻件生产的技术可行性技术可行性和和经济合理性经济合理性。 在工艺上应满足对锻件质量和数量的要求；在工艺上应满足对