塑性成形工艺第十一章锤上模锻工艺及模具设计

第十一章锤上模锻工艺及模具设计锤上模锻的特点：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，有利于金属充填型腔；2.在锤上可实现多种工步成形，锤头打击速度快，生产效率高；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；第十一章锤上模锻工艺及模具设计锤上模锻的特点：4.由于无顶出装置，锻件出模困难，模锻斜度可适当大些；5.生产操作方便，劳动强度比自由锻小。第一节模锻件的分类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比例，将模锻件分为三类：第二节模锻件图的制定模锻件图是确定模锻工艺和设计锻模的依据，它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。在设计冷锻件图时，应考虑下列因素：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。模锻件图分为冷锻件图和热锻件图。冷锻件图用于锻件的检验；热锻件图用于锻模设计与加工。第二节模锻件图的制定一、分模面位置的选择分模面的位置直接影响锻件成形、出模和材料利用率等问题。因此，在制定锻件图时要全面考虑各种因素，正确而合理地选择分模面位置。其选择原则如下：1）要保证锻件能从型腔中取出来；2）分模的位置要尽量使型腔的深度最小和宽度最大，使金属容易充满型腔；3）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；第二节模锻件图的制定一、分模面位置的选择4）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；5）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定二、加工余量的确定1）确定加工余量的原则：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。2）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原因，使锻件尺寸在一定的范围内上下波动。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定三、模锻斜度的选择1）锻件冷却时，其外壁因收缩而离开型腔，容易出模，而锻件内壁收缩．则使锻件包住型腔突出部分，出模困难。因此，内斜度应比外斜度大一级。但为了减少材料损耗和机加工余量，应尽量选择小的模锻斜度。2）常用斜度：当锻件为钢、钛耐热合金时，外模锻斜度取5°～

7°，内模锻斜度取7°、10°、12°；当锻件为铝、镁合金时，外模锻斜度取3°

～5°，内模锻斜度取5°～7°。第二节模锻件图的制定三、模锻斜度的选择3）为了使分模线两侧的模锻斜度相互接头，而人为增大的斜度称为匹配斜度。第二节模模锻件件图的制制定四、圆角角半径的的确定为了便于于金属在在型腔内内流动，，避免锻锻件产生生折伤并并保持金金属流线线的连续续性，提提高锻模模使用寿寿命，必必须把锻锻件上所所有尖锐锐棱角做做成圆弧弧。较大的圆圆角半径径对金属属充满型型腔、提提高锻件件质量和和模具寿寿命是有有利的。。但是，，外圆角角半径太太大，会会使锻件件在圆角角处的余余量减小小；而内内圆角半半径太大大，又会会增加金金属的消消耗。第二节模模锻件图的的制定四、圆角半半径的确定定r=余量+c为了便于选选用标准刀刀具，对于于同一锻件件上不采取取过多不同同的圆角半半径；对于于以压人法法成形和金金属流动特特别剧烈的的部位，应应适当加大大圆角半径径。R=(2~3)r第二节模模锻件图的的制定五、冲孔连连皮具有通孔的的零件，在在模锻时不不能直接锻锻出通孔，，仅能冲出出一个盲孔孔，即孔内内还留有一一层具有一一定厚度的的金属层，，称为冲孔孔连皮。模锻时采用用冲孔连皮皮的目的是是为了使锻锻件更接近近于零件形形状，减少少金属消耗耗，缩短机机加工工时时。同时，，冲孔连皮皮可以减轻轻锻模的刚刚性接触，，起缓冲作作用，避免免锻模的损损坏。第二节模模锻件图的的制定五、冲孔连连皮1）冲孔连连皮的形式式第二节模模锻件图的的制定五、冲孔连连皮2）冲孔连连皮的尺寸寸的确定（1）平底连连皮（2）斜底底连皮第二节模模锻件图的的制定六、锻件的的技术要求求一般说来，，技术条件件中包含以以下内容：：未注明的的模锻斜度度和圆角半半径、锻件件沿中心线线的错移量量、允许表表面缺陷值值、锻件允允许翘曲范范围、允许许残留飞边边和毛刺的的大小、锻锻件壁厚差差的规定、、热处理硬硬度值、锻锻件的清理理方法、印印记项目和和位置，以以及其他特特殊要求等等。第三节终终锻型腔的的设计终锻型腔是是锻件最后后成形的型型腔，通过过它获得带带飞边的锻锻件，终锻锻型腔是按按照热锻件件图设计的的，因此，，终锻型腔腔设计的主主要内容是是如何绘制制热锻件图图和确定飞飞边槽尺寸寸。第三节终终锻型腔的的设计一、热锻件件图的制定定和绘制热锻件图是是根据冷锻锻件图制定定的，但又又不完全一一样。在制制定和绘制制热锻件图图时应注意意以下几点点：1.热锻件图的的尺寸应比比冷锻件图图的相应尺尺寸增加一一个收缩率率。一般收收缩率为1.5％，，细长件或或终锻温度度较低的锻锻件可取1.2％～～1.3％％。2.当吨位位不足产生生模锻不足足(打不靠靠)，可适适当减小锻锻件的高度度尺寸，其其值可接近近负偏差；；当型腔承承击面不足足，易产生生承击面塌塌陷时，可可适当增加加热锻件的的高度尺寸寸，其值可可接近正偏偏差。第三节终终锻型腔的的设计一、热锻件件图的制定定和绘制3.型腔容容易磨损处处，应在锻锻件负公差差的范围内内增加一定定磨损量，，以提高锻锻模寿命。。4.锻件上形状状复杂且较较高的部分分应尽量放放在上模。。第三节终终锻型腔的的设计二、开式模模锻成形过过程1.镦粗变变形；2.飞边形成；；3.型腔充满；；4.打靠；第三节终终锻型腔的的设计三、开式模模锻的应力力应变分析析1.镦粗变变形；2.飞边形成；；3.型腔充满；；第三节终终锻型腔的的设计三、开式模模锻的应力力应变分析析4.打靠；第三节终终锻型腔的的设计四、飞边槽槽的确定开式模锻的的终锻型腔腔周边必需需设置飞边边槽，其形形式及尺寸寸大小对锻锻件成形影影响很大：：1.飞边槽的影影响因素与与作用根据飞边对对锻件质量量、模具寿寿命、材料料消耗、能能量消耗等等可能引起起的影响及及锻件成形形的难易程程度，选用用合理的飞飞边槽结构构。其作用用如下：第三节终终锻型腔的的设计四、飞边槽槽的确定3）起缓冲冲作用，减减轻上下模模打击，防防止锻模早早期破裂和和压塌；4）容易切边。。1）容纳多多余的金属属；2）增加金金属流入型型腔的阻力力，迫使金金属更好地地充满型腔腔；第三节终终锻型腔的的设计四、飞边槽槽的确定1.飞边槽的形形式第三节终终锻型腔的的设计五、钳口的的选定钳口是供放放置钳子夹夹持毛坯用用，当浇型型检验型腔腔时，钳口口可作浇型型的浇口。。在终锻型型腔和预锻锻型腔的前前端一般要要设计钳口口。第三节终终锻型腔的的设计五、钳口的的选定第四节预预锻型腔的的设计对于形状复复杂的锻件件需经预锻锻方能成形形。预锻可以改改善金属在在终锻型腔腔中的流动动情况；避免在锻件件上形成折折伤；更好地充满满型腔；减少终锻型型腔的磨损损，提高锻锻模的使用用寿命。预锻型腔的的作用第四节预预锻型腔的的设计对于形状复复杂的锻件件需经预锻锻方能成形形。终锻型腔不不能设计在在锻模中心心，产生偏偏心打击，，引起上下下模产生偏偏移；增加了模块块尺寸；对于尺寸较较大的锻件件，当需要要预锻和终终锻两副模模具联合生生产时，要要增加设备备，生产率率低。设计预锻型型腔后，产产生的问题题第四节预预锻型腔的的设计预锻型腔一一般用于有有工字截面面、叉形和和带有较高高筋的锻件件。第四节预预锻型腔的的设计一、预锻型型腔的设计计1.预锻型型腔各处圆圆角半径要要比终锻型型腔大；为了便于制制造，一般般取R＝max(Rn)当h<=b1时R3＝R1当h<=b1时R3＝1.2R1+3第四节预预锻型腔的的设计一、预锻型型腔的设计计1.预锻型型腔各处圆圆角半径要要比终锻型型腔大；对于锻件急急转弯处，，截面突然然改变的地地方，其圆圆角半径应应适当增大大。第四节预预锻型腔的的设计一、预锻型型腔的设计计2.型腔的的宽与高；；预锻后的毛毛坯在终锻锻过程中应应以镦粗成成形为主。。因此，预预锻型腔的的高度应比比终锻型腔腔的大2～～5mm，，宽度则比比终锻型腔腔小1～2mm；横横断面积应应比终锻型型腔稍大一一些，即预预锻型腔的的容积略大大于终锻型型腔，预锻锻型腔不设设飞边槽。。第四节预预锻型腔的的设计一、预锻型型腔的设计计3.模锻斜斜度；预锻型腔的的模锻斜度度与终锻相相同。筋的尺寸设设计。第四节预预锻型腔的的设计一、预锻型型腔的设计计4.特殊剖剖面对对锻件个别别部位需进进行特殊设设计，并以以剖面的形形式画出。。（1）叉形形劈开部分分第四节预预锻型腔的的设计一、预锻型型腔的设计计4.特殊剖剖面对对锻件个别别部位需进进行特殊设设计，并以以剖面的形形式画出。。（2）工字字形断面设设计第四节预预锻型腔的的设计一、预锻型型腔的设计计（2）工字字形断面设设计h<2bB`=B-(2~3)h>2bB`=B-(1~2)第四节预预锻型腔的的设计一、预锻型型腔的设计计（2）工字字形断面设设计生产中常有有的设计方方法B1=B+(10~20)mmA=(1.0~1.1)A`第四节预预锻型腔的的设计一、预锻型型腔的设计计（2）高肋肋生产中常有有的设计方方法第四节预预锻型腔的的设计二、模锻工工步的选择择合理的模锻锻工步能使使毛坯符合合金属的变变形规律，，得到良好好质量的锻锻件，同时时操作安全全，金属消消耗少，生生产效率高高。选择模模锻工步时时除主要考考虑锻件的的形状特征征外，还应应考虑生产产条件和生生产批量等等情况。第四节预预锻型腔的的设计二、模锻工工步的选择择该类锻件的的模锻工步步一般采用用镦粗、终终锻或者镦镦粗、成形形、终锻。。（一）短轴轴类锻件第四节预预锻型腔的的设计二、模锻工工步的选择择该类锻件的的模锻工步步一般采用用镦粗、终终锻或者镦镦粗、成形形、终锻。。（一）短轴轴类锻件第四节预预锻型腔的的设计二、模锻工工步的选择择该类锻件的的模锻工步步一般采用用制坯、预预锻、终锻锻。制坯工工序包括：：拔长、滚滚挤、弯曲曲、压肩等等。在选择择制坯工步步时，应考考虑以下几几点：（二）长轴轴类锻件1.毛坯的长度度和截面与与预锻件相相近时，采采用压肩、、预锻、终终锻；2.毛坯的长度度和截面与与预锻件相相差较大或或锻件有枝枝牙，金属属沿轴线的的分布不对对称时，采采用拔长、、滚挤、预预锻、终锻锻；第四节预预锻型腔的的设计二、模锻工工步的选择择（二）长轴轴类锻件3.带叉口的锻锻件均采用用预锻，并并在叉口部部门设计劈劈料台；4.弯曲轴线锻锻件应采用用弯曲、终终锻；制坯工步的的作用是初初步改变原原毛坯的形形状，合理理地分配金金属，以适适应锻件横横截面面积积要求，使使金属能较较好地采用用弯曲、终终锻。第四节预预锻型腔的的设计二、模锻工工步的选择择毛坯沿轴向向的金属分分配对不同同锻件要求求是不一样样，合适的的形状应该该是:在保证型腔腔充满的条条件下，在在模锻之后后，锻件各各处飞边均均匀，亦即即应使毛坯坯上各截面面的面积等等于锻件长长度上各相相应截面面面积加上飞飞边的面积积。按这一要求求得到的毛毛坯，通常常称为计算算毛坯。计计算毛坯是是拔长、滚滚挤、压肩肩工步设计计的基础。。（二）长轴轴类锻件第四节预预锻型腔的的设计1、计算毛毛坯计算毛坯的的长度等于于锻件的长长度，即L计=L锻弯曲锻件计计算毛坯的的长度分三三种情况：：A.弯曲时时毛坯无拉拉长现象（1）计算算毛坯的长长度第四节预预锻型腔的的设计1、计算毛毛坯B.弯曲时时毛坯拉长长现象严重重可近似地取取锻件水平平投影的长长度。第四节预预锻型腔的的设计1、计算毛毛坯（2）计算算毛坯的各各截面与计计算毛坯截截面图截面图的特特点是：其其上各部分分的面积乘乘以比例系系数，即代代表计算毛毛坯上相应应部分的体体积。第四节预预锻型腔的的设计1、计算毛毛坯（3）计算算毛坯各截截面直径及及毛坯直径径图（4）计算算毛坯平均均面积及其其平均直径径第四节预预锻型腔的的设计1、计算毛毛坯（5）计算算毛坯的头头部和杆部部第四节预预锻型腔的的设计1、计算毛毛坯（6）计算算毛坯形状状的简化第四节节预预锻型型腔的的设计计1、计计算毛毛坯（7））简单单/复复杂计计算毛毛坯第四节节预预锻型型腔的的设计计2、制制坯工工步的的确定定需需综综合考考虑如如下因因素：：α＝dmax/dP越大，，挤到到头部部的金金属就就越多多，应应采用用聚料料效果果较高高的制制坯工工步；；β＝Lj/dP越大，，金属属沿轴轴向移移动的的距离离越大大，应应采用用拔长长效率率较高高的制制坯工工步；；锥度K=(dk-dmin)/Lg越大，，金属属在制制坯型型腔中中变形形时作作用在在金属属上的的水平平分力力越大大；锻件的的质量量M越越大，，标志志着流流动金金属的的体积积越大大；第四节节预预锻型型腔的的设计计2、制制坯工工步的的确定定需需综综合考考虑如如下因因素：：第五节节其其它腔腔的设设计一、拔拔长型型腔设设计拔长型型腔和和拔长长台是是用来来减小小毛坯坯某部部分的的横断断面积积，同同时增增加其其长度度，具具有分分配金金属的的作用用。但毛坯坯被拔拔长部部分较较短时时，用用拔长长台拔拔长。。第五节节其其它腔腔的设设计一、拔拔长型型腔设设计第五节节其其它腔腔的设设计二、滚滚挤型型腔设设计滚挤型型腔用用来减减小毛毛坯某某部分分的横横截面面积而而增大大另一一部分分的横横截面面积，，并少少量增增加毛毛坯的的长度度，起起到分分配金金属的的作用用，使使毛坯坯接近近于计计算毛毛坯的的形状状，同同时滚滚光毛毛坯表表面，，避免免产生生折叠叠和去去除氧氧化皮皮。第五节节其其它腔腔的设设计二、滚滚挤型型腔设设计第五节节其其它腔腔的设设计二、滚滚挤型型腔设设计第五节节其其它腔腔的设设计二、滚滚挤型型腔设设计第五节节其其它腔腔的设设计二、滚滚挤型型腔设设计第五节节其其它腔腔的设设计三、卡卡压型型腔设设计卡压型型腔亦亦称压压肩型型腔，，其作作用是是用来来略为为减少少毛坯坯高度度，增增大宽宽度，，使头头部有有少量量聚料料作用用。毛坯卡卡压型型腔中中只锤锤击一一次，，并平平移送送入预预/终终锻型型腔。。第五节节其其它腔腔的设设计四、弯弯曲型型腔设设计弯曲型型腔是是将毛毛坯放放入型型腔内内经过过弯曲曲后，，使其其符合合终锻锻型腔腔在分分模面面上的的形状状要求求。弯曲型型腔没没有聚聚料作作用。。第五节节其其它腔腔的设设计四、弯弯曲型型腔设设计弯曲型型腔形形式：：自由弯弯曲夹紧弯弯曲。。第五节节其其它腔腔的设设计四、弯弯曲型型腔设设计弯曲型型腔设设计：：在弯曲曲处应应做成成较大大的圆圆角；；在下模模应有有两个个支撑撑点；；弯曲是是毛坯坯的定定位问问题；；第五节节其其它腔腔的设设计四、弯弯曲型型腔设设计弯曲型型腔设设计：：设计弯弯曲型型腔的的突出出部分分时，，应使使上下下模大大致相相等；；型腔应应有一一定的的斜度度，使使毛坯坯易于于取出出。第五节节其其它腔腔的设设计五、镦镦粗台台与压压扁台台第五节节其其它腔腔的设设计六、切切断型型腔常用于于一料料多件件或一一火多多件模模锻。。第六节节毛毛坯体体积的的计算算确定模模锻所所需原原毛坯坯尺寸寸时，，应根根据锻锻件的的形状状、尺尺寸及及所采采用的的模锻锻方法法，先先计算算出所所需的的金属属体积积，然然后再再算出出毛坯坯的截截面尺尺寸和和下料料长度度。。。不同类类别的的锻件件，由由于其其变形形特点点不同同，所所需毛毛坯的的计算算方法法也不不同第六节节毛毛坯体体积的的计算算一、短短轴类类锻件件短轴类类锻件件在终终锻时时的变变形是是属于于体积积变形形，一一般用用镦粗粗制坯坯。毛毛坯计计算应应以镦镦粗变变形为为依据据计算算：毛坯体体积：：毛坯直直径：：第六节节毛毛坯体体积的的计算算二、长长轴类类锻件件长轴类类锻件件在模模锻型型腔中中的变变形形形式近近似平平面变变形，，所以以在确确定原原毛坯坯尺寸寸时，，应以以计算算毛坯坯图为为依据据，并并考虑虑采用用不同同的制制坯工工步计计算出出所需需毛坯坯的截截面积积A`B，然后后选取取标准准直径径DB，并确确定毛毛坯的的长度度。或第七节节锻锻锤吨吨位的的确定定终锻成成形时时所需需的最最大打打击能能量较较为复复杂，，在实实际实实践中中，模模锻锤锤的吨吨位可可按下下列经经验公公式计计算：：双动模模锻锤锤：单动模模锻锤锤：无砧座座锤：：第八节节锻锻模的的结构构设计计与锻锻模材材料当各型型腔设设计完完毕后后，就就可进进行锻锻模的的结构构设计计，即即型腔腔的排排列，，确定定各型型腔在在锻模模上的的相对对位置置锁扣扣设计计、确确定模模块尺尺寸等等：一、型型腔的的排列列：1、型型腔的的排列列原则则：1）终终锻型型腔和和预锻锻型腔腔尽可可能靠靠近锻锻模中中心；；2）型型腔的的排列列应与与加热热炉、、切边边压力力机位位置相相适应应；3）氧氧化皮皮最多多的型型腔应应位于于吹风风向的的下方方；第八节节锻锻模的的结构构设计计与锻锻模材材料1、型型腔的的排列列原则则：4）弯弯曲型型腔的的位置置，应应使锻锻件翻翻转后后能直直接放放入终终锻或或预锻锻型腔腔；5）拔拔长型型腔，，如在在右边边应取取直式式为宜宜，在在左边边应取取斜式式为宜宜；6）前前切刀刀一般般位于于锻模模的右右前角角，后后切刀刀一般般位于于锻模模的左左后角角；第八节节锻锻模的的结构构设计计与锻锻模材材料2、终终锻型型腔与与预锻锻型腔腔的排排列型腔中中心、、锻模模中心心1）两两型腔腔间距距应尽尽可能能缩小小并靠靠近键键槽中中心线线；2）两两型腔腔