金属塑性成形工艺设计(一)

3.3金属塑性成形工艺设计3.3.1自由锻工艺设计主要内容：①绘制锻件图；②确定变形工序；③计算坯料的重量和尺寸；④确定加热温度及冷却方式；⑤选定锻造设备等。1.绘制锻件图锻件图＝零件图+余块+加工余量+锻造公差绘制方法：一般用粗实线画出锻件最终轮廓,用双点划线画出零件的主要轮廓形状。在尺寸线上方或左面标注锻件的尺寸与公差；在尺寸线下方或右面用圆括号标出零件尺寸。例：如图所示的轴，批量为10件/月，材料为45号钢。

安徽工程科技学院机械系AUTS2.确定变形工序锻造变形工序应依据锻件的形状、尺寸、技术要求、生产批量和生产条件等综合考虑。一般来说，盘类锻件以镦粗为主，轴杆类锻件以拔长为主，空心件肯定要冲孔(大孔还需要进一步扩孔)，弯杆少不了弯曲。各类自由锻件的基本变形工序方案见表3-8。

3.计算毛坯重量

m0=（md+mc+mq）（1+δ）式中m0——毛坯重量（kg）md——锻件重量（kg）mc——冲孔芯料重量（kg）mq——切除料头重量（kg）δ——烧损率，燃料加热一般取2％~3％，电加热取0.5%~1%。4.计算毛坯尺寸当锻造的第一工序为镦粗时：则坯料直径：D0≥0.8当锻造的第一工序为拔长时：

D0≥DmaxD0—毛坯直径（mm）；V0—坯料的体积（mm3）；Dmax—拔长后锻件的最大直径（mm）；Y—锻造比。根据算出的坯料重量可算出坯料的体积，坯料的尺寸则取决于第一工序的性质。若是镦粗，则坯料的高径比不应超过2.5（以免镦弯），但要大于1.25（使下料方便）；若是拔长，则按锻件的最大截面（最小变形）处满足锻造比要求来选择坯料尺寸。最后所确定的坯料直径或边长应为标准值(市场可买到），再按体积计算坯料的长度，即：L0＝V0/F0＝4V0/D02采用钢锭为坯料的大型锻件，则根据算出的坯料重量选取标准钢锭。5.确定锻造温度范围及加热冷却规范

（1）锻造温度范围：对于45号钢始锻温度：1200℃，终锻温度：800℃

（2）加热：箱式加热炉（煤、油或电能）可将冷的坯料直接送入高温的加热炉中，提高生产率。（3）冷却：空冷：WC≤0.5%的碳钢及WC≤0.3%的低合金钢中、小锻件一般采用空冷。6.选择锻造设备（1）选择依据：锻件重量、类型和尺寸。设备吨位大小要适当，既不能造成能量的过分浪费，又要保证锻件能充分锻透。（2）确定方法：理论计算法和查表法。目前生产中比较实用的是查表法，可根据锻件大小和形状查表选择锻锤的吨位。工艺设计还包括选用工夹具、确定加热设备、制定加热及冷却规范、热处理工艺等内容，最终需将设计结果填写在工艺卡片上。7.零件结构的自由锻工艺性①应避免锥形、楔形，尽量采用圆柱面或平行平面,以利于锻造。②各表面交接处应避免弧线或曲线，尽量采用直线或圆，以利于锻制。③应避免肋板或凸台，以利于减少余块和简化锻造工艺。④大件和形状复杂的锻件，可采用锻-焊、锻-螺纹联接等组合结构，以利于锻造和机械加工。8.自由由锻工艺艺设计示示例例：试绘出出图示齿齿轮轴的的自由锻锻件图，，并选择择锻造工工序和计计算坯料料尺寸。。安徽工程程科技学学院机械械系AUTS解：①绘锻件件图：根根据锻件件总长度度340，最大大直径100查查表知，，a=10±4绘出锻锻件图如如下。50±8150±±8360±±8(30)(130)(340)110±±470±450±4(40)(60)(100)②变形工工序：头头部镦粗粗→杆部部分段拔拔长③计算坯坯料：头部镦粗粗段V1＝3.14×0.552×0.5＝0.475dm3D01＝（0.8～1）＝＝（63～79））mm杆部拔长长段D02＝Dmax＝(1.14～1.22)×70＝（80～86）mm最终取D0＝80mmV锻＝3.14×(0.552×0.5+0.352×1+0.252×2.1)＝1.27dm3m锻＝V锻×ρ，m烧损＝m锻＝3％m锻，m料损忽略不计计m坯＝1.03m锻＝1.03×V锻×ρL0＝mm即坯料尺尺寸为φφ80××260。3.3.2锤锤模锻锻工艺艺设计计主要内内容：：1、绘绘制模模锻件件图；；2、计计算坯坯料的的重量量和尺尺寸；；3、确确定模模锻工工步；；4、选选择锻锻压设设备；；5、设设计锻锻模模模膛；；6、确确定锻锻造温温度范范围、、加热热和冷冷却规规范。。AUTS1.绘绘制模模锻件件图模锻件件图＝＝零件件图+分模模面+加工工余量量+模模锻斜斜度+冲孔孔连皮皮+余余块+圆角角+公公差★分模面面（上、、下模模的分分界面面）选择原原则：：A.应选在在锻件件最大大截面面处，，以利利锻件件脱模模;B.尽量选用用平面，，以简化化模具结结构、方方便制造造;C.应选在上上、下模模膛轮廓廓相同的的位置上上，以便便于及时发发现错模模；D.选在模膛膛深度最最浅且上上、下模模深度基基本一致致的位置，，以便于于金属充充满模膛膛。例1:★余块（为简化化形状而而增加的的料块））:窄槽、齿齿形、小小孔（孔径径小于25mm）、深深孔（深深度大于于3倍直直径）、、横向孔以以及其它它妨碍出出模的凹凹部均不不锻出。。★冲孔连皮皮（为避免上上、下冲冲头对撞撞损坏模模具而在在模锻通孔时留留下的金金属层）:连连皮厚度度一般为为4～8mm，锻后再由由冲孔切切边模切切除。★加工余量量和公差差：只在锻后后需机加加工之处处添加。。★模锻斜度度:垂直于分分型面的的表面上上加。外壁斜度度5º或或7º，，内壁斜度度7º或或10ºº★圆角半径径:所有转角角都应为为圆角。。内圆角r=1~4mm，外圆圆角R=(3~4)r安徽工程程科技学学院机械械系AUTS齿轮锻件件图3.计算算坯料尺尺寸：根据锻件件质量和和加热、、锻造过程程中的损损耗计算算。（略略）4.选定定模锻锤锤吨位：根据锻件件质量查查表确定定。5.确定定锻造温温度范围围、加热热和冷却却规范。。2.确定定模锻工工步拔or滚滚or弯弯制坯+预锻+终锻盘类（齿轮、法法兰等）：镦粗制坯坯+（预预锻）+终锻轴类（曲轴、连连杆等）：6.修整整工序:即模锻件件成形后后提高精精度和表表面质量量的工序序。①切边：：即带飞边边的模锻锻件终锻锻后切除除飞边的的工序。。②冲连皮皮：即带孔的的锻件经经终锻后后，冲除除孔内连连皮的工工序。③校正：：即为消除除锻件在在锻后产产生的弯弯曲、扭扭转等变变形，使使之符合合锻件图图技术要要求的工工序。④热处理理和清理理：模锻件经经过修整整后，一一般还需需通过热热处理和和清理。。采用正火火或退火火，细化化晶粒；；清理表面面缺陷或或氧化皮皮。7.零件件结构的的模锻工工艺性①应有合合理的分分模面，，保证锻锻件从模模膛中取取出又利利于金属属填充、、减少余余块和易易于制模模。②与分模模面垂直直的非加加工面应应有结构构斜度，，以利于于从模膛膛中取出出锻件。。③应避免免肋的设设置过密密或高宽宽比过大大，以利利于金属属充填模模腔。④应避免免腹板过过薄，以以减小变变形抗力力及利于于金属充充填模腔腔。

避免横截面面积相差过大

避免薄壁、高肋及直径过大的凸缘

⑤应尽量量避免深深孔或多多孔结构构。以利利于制模模和减少少余块。。⑥形状复复杂件宜宜采用锻锻-焊、、锻-螺螺纹联接接等组合合结构，，以简化化模具和和减少余余块。7.模锻锻工艺设设计示例例例：齿轮轮零件，，材料为为45钢钢，中批批量生产产。试编编制模锻锻工艺规规程。（1）零零件结构构分析：：零件结构构合理。。（2）绘绘制锻件件图：该零件孔孔内应有有连皮，，参考有有关标准准和资料料，选定定机械加加工余量量、锻件件公差、、模锻斜斜度、模模锻圆角角等参数数值，绘绘出锻件件图。（3）确确定变形形工步：：该锻件系系盘类件件，应采采用镦粗粗－终锻锻工步。。（4）选选择修整整工序：：需安排切切边、冲冲连皮、、校正、、热处理理（正火火或退火火）、清清理等修修整工序序。3.3.3冲冲压工艺艺设计（（自学））冲压工艺艺设计包包括冲裁裁、弯曲曲、拉深深等工序序中的工工艺设计计以及冲冲压工序序选择、、模具选选择等。。1.冲裁裁工艺设设计(1)落落料模刃刃口尺寸寸:落料件尺尺寸取决决于凹模模刃口尺尺寸，且随着凹凹模磨损损刃口尺尺寸会增增大；(2)冲冲孔模刃刃口尺寸寸:由于制件件孔的尺尺寸取决决于凸模模刃口尺尺寸,且随着凸凸模磨损损刃口尺尺寸会减减少。安徽工程程科技学学院机械械系AUTS确定新制制凸模、、凹模尺尺寸的基基本原则则为：落料→以凹模为基准，，凹模尺尺寸接近近于落料料件的最最尺寸，，凸模比比凹模缩缩小一个个最小间间隙值；；冲孔→以凸模为基准，，凸模尺尺寸接近近于冲孔孔件的最最大尺寸寸，凹模模比凸模模放大一一个最小小间隙值值。2.弯曲曲工艺设设计(1)凸凸模圆角角半径rp：一般情况况下，凸凸模圆角角半径取取等于或或略小于于工件内内侧圆角角半径r。当工工件圆角角半径较较大时且且精度较较高时，，应进行行回弹计计算。(2)弯弯曲件毛毛坯长度度计算：：弯曲件毛毛坯长度度为弯曲曲件的直直线部分分和弯曲曲部分的的中性层层长度之之和。3.拉深深工艺设设计（1）拉拉深间隙隙Z：即拉深模模具中凸凸模和凹凹模之间间的单边边径向间间隙。（2）凸凸、凹模模直径：：当要求拉拉深件外外形正确确时，凹凹模直径径应等于于拉深件件外径，，凸模直直径为凹凹模直径径减去间间隙值。。当要求求拉深件件内形正正确时，，凸模直直径应等等于拉深深件内径径，凹模模直径等等于凸模模直径加加间隙值值。（3）毛毛坯直径径计算：：毛坯直径径通常是是根据拉拉深件与与坯料表表面积相相等的原原则计算算得出的的。（4）拉深次次数确定：当拉深件的拉拉深系数小于于极限拉深系系数时，须采采用多次拉深深工艺。4.冲压工序序选择（1）工序类类型的选择：：主要根据冲压压件的形状、、尺寸等确定定。查表（2）工序顺顺序：主要根据零件件的结构形状状和模具类型型确定。带孔平平板件件采用用单工工序模模时一一般先先落料料后冲冲孔，，采用连连续模模时则则须先先冲孔孔后落落料。。带空的的弯曲曲件或或拉深深件应应先弯弯曲或或拉深深后再再冲孔孔，以防孔孔变形形。形状复复杂的的弯曲曲件一一般先先弯两两端和和两侧侧，后弯中中间部部分。。5.模模具选选择（1））模具具类型型的选选择：：按照冲冲模完完成的的工序序性质质可分分为冲孔模模、落落料模模、弯弯曲模模、拉拉深模模等，，按其工工序的的组合合程度度可分为为：单工序序模、、复合合模和和连续续模三三类。。考虑因因素：冲压件件的形形状、、尺寸寸、精精度要要求和和生产产批量量等。。单工序序模---只能能完成成一道道冲压压工序序的冲冲模。。（简单单模））特点：：结构简简单、、制造造容易易，但但生产产效率率低，，适于生生产小小批量量、低低精度度的冲冲压件件。连续模模---在冲冲床一一次行行程中中，在在模具具不同同工（级进进模））上同时时完成成多道道冲压压工序序的冲冲模。。特点：结构构简单单，生生产效效率高高，AUTS复合模模---在冲冲床的的一次次行程程中，，在模模具的的同一一工位上上同时时完成成多道道冲压压工序序的冲冲模。。特点：生产产效率率高但但模具具结构构复杂杂，通通常用用于冲冲孔与与落料料、落落料与与拉深深等少少量工工序的的复合合，适合大批量量生产产高精精度的的冲压压件。。连续模模冲孔凸模落料料凸模模凹模导正销复合模模凸凹模模凸模凹模（2））模具具结构构的选选择：：考虑冲冲压件件的形形状、、尺寸寸、精精度及及生产产批量量等。。1）简简易模模：用用于新新品种种试制制或小小批量量生产产①镶块块式模模；②柔性性模；；③低熔熔点合合金模模。2）高高精度度冲模模：用用于精精密冲冲压件件。6.零零件结结构的的冲压压工艺艺性(1)冲压压件材材料：：应尽量量选用用价格格较低低的材材料，，并充分分利用用边角角余料料，以以降低低材料料费。。(2)冲压压件的的精度度和表表面质质量：：冲压件件的精精度要要求不不应超超过冲冲压工工艺所所能达达到的的一般般精度度，以减少少制模模成本本和工工序数数。(3)冲压压件的的形状状和尺尺寸1)冲冲裁件件的形形状和和尺寸寸落料料件件的的外外形形和和冲冲孔孔件件的的孔孔形形均应应简简单单、、对对称称，，落料料件件形形状状还还应应使使排排样样时时废废料料较较少少。。冲裁裁件件的的各各边边交交接接处处应应采采用用圆圆弧弧过过渡渡，，以防止模模具相应应部位易易于磨损损或产生生应力集集中。冲裁件孔孔径和孔孔边距不不得过小小，以防止凸凸模刚性性不足或或孔边冲冲裂2）弯弯曲件的的形状和和尺寸弯曲件的的形状：：弯曲件件的形状状应力求求简单、、对称，，尽量采采用V形形、Z形形等简单单、对称称的形状状，以利利于制模模和减少少弯曲次次数。弯曲半径径：弯曲曲件的弯弯曲半径径不应小小于最小小弯曲半半径，以以防止弯弯曲处开开裂：但但也不宜宜过大，，以免因因回弹量量过大而而使制件件精度降降低。弯曲边高高度h：：弯曲件件的弯曲曲边不应应过短，，以利于于弯曲成成形：不不允许增增加弯曲曲边高度度h时，，可在弯弯曲后再再切短或或先预压压工艺槽槽后再弯弯曲。防止孔变变形：带带孔工件件弯曲时时，孔的的位置应应避开变变形区，，或在孔孔附近预预冲工艺艺孔、槽槽，以免免弯曲时时孔变形形。防止撕裂裂：仅有有局部弯弯曲的工工件，应应在交接接处冲孔孔、以避避免产生生应力集集中而撕撕裂。3）拉深深件的形形状和尺尺寸拉深件形形状：拉拉深件形形状应力力求简单单、对称称，尽量量采用回回转体，，尤其是是圆筒形形，并尽尽量减少少拉深件件深度，，以利于于制模和和减少拉拉深次数数。拉深件转转角：拉拉深件各各转角的的圆角半半径不宜宜过小，，以免增增加拉深深次数和和整形工工序。孔的位置置：拉深深件上的的孔应避避开转角角处，以以防止孔孔变形或或利于冲冲孔。4）采用用组合工工艺或切切口工艺艺形状复杂杂件和大大件可采用冲冲-焊、、冲-铆铆接、冲-螺纹纹联接等等组合工工艺。形状复杂杂件还可采用用切口工工艺。优缺点点:以简化模模具结构构和冲压压工艺，，省工省省料；但制件的的结构刚刚性较差差。7.冲压压工艺设设计示例例（自学学）(1)零零件结构构分析(2)冲冲裁间隙隙(3)模模具刃口口尺寸(4)冲冲压工序序选择1)工工序类型型，2））工序顺顺序。(5)模模具类型型9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。21:53:5921:53:5921:5312/29/20229:53:59PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2221:53:5921:53Dec-2229-Dec-2212、故人江海海别，几度度隔山川。。。21:53:5921:53:5921:53Thursday,December29,202213、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。12月-2212月-2221:53:5921:53:59December29,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。29十十二二月月20229:53:59下下午午21:53:5912月月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月229:53下下午12月-2221:53December29,202216、行动出成成果，工作作出财富。。。2022/12/2921:53:5921:53:5929December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。9:53:59下午9:53下下午21:53:5912月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。21:53:5921:53:5921:5312/29/20229:53:59PM11、成成功功就就是是日日复复一一日日那那一一点点点点小小小小努努力力的的积积累累。。。。12月月-2221:53:5921:53Dec-2229-Dec-2212、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。21:53:5921:53:5921:53Thursday,December29,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2221:53:5921:53:59December29,202214、意志坚强强的人能把把世界放在在手中像泥泥块一样任任意揉捏。。29十二二月20229:53:59下下午21:53:5912月-2215、楚塞三湘接接，荆门九派派通。。。十二月229:53下下午12月-2221:53December29,202216、少少年年十十五五二二十十时时，，步步行行夺夺得