材料成型基础20120327

材料成型基础周志斌2012.03.27第二节锻件分类及锻件图设计模膛模锻模膛制坯模膛拔长模膛终锻模膛预锻模膛滚压模膛弯曲模膛切断模膛1.预锻模膛预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻模膛。同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。一、模锻模膛预锻模膛和终锻模膛的区别：

预锻模膛的圆角、斜度较大，没有飞边槽。

终锻模膛的圆角、斜度较小，有飞边槽。2.终锻模膛终锻模膛的作用是：是使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，因此它的形状应和锻件的形状相同。

沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。

终锻后无法加工通孔而留下的一薄层金属，称为冲孔连皮。终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢件收缩量取1.5%

对形状复杂的模锻件,为使坯料形状基本接近模锻件形状，使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就必须预先在制坯模镗内制坯，因而设制坯模膛。二、制坯模膛当模锻件沿轴向横截面积相差较大时，常采用这种模膛进行拔长。拔长模膛分为开式和闭式两种.一般情况下，把它设置在锻模的边缘处。生产中进行拔长操作时。坯料除向前送进外并需不断翻转。1、拔长模膛——用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。滚压模膛分为开式和闭式两种：当模锻件沿轴线的横截面积相差不很大或对拔长后的毛坯作修整时，采用开式滚压模膛。当模锻件的截面相差较大时，则应采用闭式滚压模膛。在坯料长度基本不变的前提下用它来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。2、滚压模膛滚压操作时需不断翻转坯料，但不作送进运动。

对于弯曲的杆类模锻件，需采用弯曲模膛来弯曲坯料。坯料可直接或先经其它制坯工步后放入弯曲模膛进行弯曲变形。弯曲后的坯料需翻转90°再放入模锻模膛中成形。单件锻造时，用它从坯料上切下锻件或从锻件上切下钳口；多件锻造时，用它来分离成单个锻件。3、弯曲模膛4、切断模膛它是在上模与下模的角部组成的一对刃口，用来切断金属。根据模锻件的复杂程度不同，所需变形的模膛数量不等，可将锻模设计成单膛锻模或多膛锻模。单膛锻模是在一副锻模上只有终锻模膛一个模膛。如齿轮坯模锻件就可将截下的圆柱形坯料，直接放人单膛锻模中一次终锻成形。多膛锻模是在一副锻模上具有两个以上模膛的锻模。如弯曲连杆模锻件的锻模即为多膛锻模。弯曲连杆多模膛模锻过程锻件图的设计1)选择模锻件的分模面

分模面是指上下锻模在模锻件上的分界面。它在锻件上的位置是否合适，关系到锻件成形、锻件出模、材料利用率及锻模加工等一系列问题。选定分模面的原则是：(1)

应保证模锻件能从模膛中取出来。如图7-8所示轮形件，把分模面选定在a－a面时，已成形的模锻件就无法取出。一般情况，分模面应选在模锻件的最大截面处。(2)

按选定的分模面制成锻模后，应使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象，及时而方便地调整锻模位置。图7-8中的c－c面被选定为分模面，就不符合此原则。(3)分模面应选在能使模膛深度最浅的位置上。

这样有利于金属充满模膛，便于取件，并有利于锻模的制造。图7－8中的b-b面，就不适合作分模面。(4)选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。图7－8中的b-b面被选作分模面时，零件中间的孔不能锻出来，孔部金属都是敷料，既浪费金属，又增加了切削加工的工作量。所以该面不宜作分模面。(5)分模面最好是一个平面，以便于锻模的制造，并防止锻造过程中上下锻模错动。按上述原则综合分析，图7-8中的d-d面是最合理的分模面。敷料为了简化零件形状、便于锻造而增加的一部分金属称为敷料(也称为余块)。如消除零件上的键槽、窄环形沟槽、齿谷或尺寸相差不大的台阶结构而增加的金属均属敷料。机械加工余量

零件的加工表面上为机械加工而增加的一层金属。锻件公差

锻件的实际尺寸与名义尺寸之间所允许的偏差，称为锻件公差。2)确定敷料、机械加工余量和尺寸公差机械加工余量一般为：

1~4mm锻造公差一般取：

±0.3～3mm尺寸余量和公差的影响因素：

1）锻件重量和轮廓尺寸；

2）锻件形状复杂系数S，即：式中ρ—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：级别代号形状复杂系数值形状复杂程度ⅠS10.63～1简单ⅡS20.32～0.63一般ⅢS30.16～0.32比较复杂ⅣS4≤0.16复杂锻件形状复杂程度等级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=－（FTcosα－Fsinα）

=－F（μcosα－sinα）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连皮！飞边拱底连皮1、平底连皮

适于d＜2.5h或

25mm<d＜60mm

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：

d＞2.5h或d＞60mm

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。

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。第三节锻模结构的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（一）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冷精压冷校正工序间检验清除氧化皮去毛刺热校正一、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2～3kg，长度<350mm。一模多件：一锻模内一次2~3锻件，重量<0.5kg、长度<80mm

一模多件调头模锻多件合锻（二）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：δ—终锻温度下的合金收缩率。钢为1.2％～1.5％。从分模面起始标注模膛高度尺寸。终锻预锻模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Ⅰ

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。Ⅱ

容纳坯料上的多余金属，起补偿与调节作用。Ⅲ

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Ⅰ—飞边在上模膛内聚集，常用。形式Ⅱ—桥部在下模膛内。形式Ⅲ—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2～5mm，宽度应小

1～2mm。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=2～5mm;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h＜2b

时，B’=B－（2～3）mm;

当h≥2b

时，B’=B－（1～2）mm。

（三）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。轮毂较矮毛坯尺寸满足：

D1＞D镦＞D2轮毂较高毛坯尺寸满足：（D1＋D2）/2＞D镦＞D2轮毂高，凸缘大有内孔，采用成形镦粗毛坯尺寸满足：H’1＞H1，D’1≤D1，d’≤d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。辊锻弯曲预锻终锻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η——充满系数。对于形状简单的锻件取0.3～0.5；

对于形状简单的锻件复杂的取0.5～0.8。

（2）“计算毛坯”的作图步骤：

Ⅰ

绘制冷锻件图；

Ⅱ

在锻件图上选取若干具有代表性的截面，分别计算出A计；

Ⅲ

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=3～5mm2/mm）Ⅳ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

=MA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