金属塑性成形工艺技术

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。第一页，共四十页。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。第二页，共四十页。例：如图所示的轴，批量为10件/月，材料为45号钢。

第三页，共四十页。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。

第四页，共四十页。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%。第五页，共四十页。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。第六页，共四十页。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。第七页，共四十页。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。第八页，共四十页。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。第九页，共四十页。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。第十页，共四十页。8.自由锻工艺设计示例例：试绘出图示齿轮轴的自由锻件图，并选择锻造工序和计算坯料尺寸。第十一页，共四十页。安徽工程科技学院机械系AUTS解：①绘锻件图：根据锻件总长度340，最大直径100查表知，a=10±4绘出锻件图如下。50±8150±8360±8(30)(130)(340)110±470±450±4(40)(60)(100)第十二页，共四十页。②变形工序：头部镦粗→杆部分段拔长③计算坯料：

头部镦粗段

V1＝3.14×0.552×0.5＝0.475dm3

D01＝（0.8～1）＝（63～79）mm

杆部拔长段D02＝Dmax＝(1.14～1.22)×70＝（80～86）mm

最终取D0＝80mm

V锻＝3.14×(0.552×0.5+0.352×1+0.252×2.1)＝1.27dm3

m锻＝V锻×ρ，m烧损＝

m锻＝3％m锻，m料损忽略不计

m坯＝1.03m锻＝1.03×V锻×ρ

L0＝mm

即坯料尺寸为φ80×260。第十三页，共四十页。3.3.2锤模锻工艺设计主要内容：1、绘制模锻件图；2、计算坯料的重量和尺寸；3、确定模锻工步；4、选择锻压设备；5、设计锻模模膛；6、确定锻造温度范围、加热和冷却规范。第十四页，共四十页。AUTS

1.绘制模锻件图

模锻件图＝零件图+分模面+加工余量+模锻斜度+冲孔连皮+余块+圆角+公差★分模面（上、下模的分界面）选择原则：

A.

应选在锻件最大截面处，以利锻件脱模;

B.

尽量选用平面，以简化模具结构、方便制造;

C.应选在上、下模膛轮廓相同的位置上，以便于及时发现错模；

D.选在模膛深度最浅且上、下模深度基本一致的位置，以便于金属充满模膛。第十五页，共四十页。例1:第十六页，共四十页。★余块（为简化形状而增加的料块）:窄槽、齿形、小孔（孔径小于25mm）、深孔（深度大于3倍直径）、横向孔以及其它妨碍出模的凹部均不锻出。★冲孔连皮（为避免上、下冲头对撞损坏模具而在模锻通孔时留下的金属层）:连皮厚度一般为4～8mm，锻后再由冲孔切边模切除。★加工余量和公差：只在锻后需机加工之处添加。★模锻斜度:垂直于分型面的表面上加。外壁斜度5º或7º，内壁斜度7º或10º★圆角半径:所有转角都应为圆角。内圆角r=1~4mm，外圆角R=(3~4)r第十七页，共四十页。安徽工程科技学院机械系AUTS齿轮锻件图第十八页，共四十页。

3.计算坯料尺寸：根据锻件质量和加热、锻造过程中的损耗计算。（略）4.选定模锻锤吨位：根据锻件质量查表确定。5.确定锻造温度范围、加热和冷却规范。2.确定模锻工步拔or滚or弯制坯+预锻+终锻盘类（齿轮、法兰等）：镦粗制坯+（预锻）+终锻轴类（曲轴、连杆等）：第十九页，共四十页。6.修整工序:

即模锻件成形后提高精度和表面质量的工序。①切边：即带飞边的模锻件终锻后切除飞边的工序。②冲连皮：即带孔的锻件经终锻后，冲除孔内连皮的工序。③校正：即为消除锻件在锻后产生的弯曲、扭转等变形，使之符合锻件图技术要求的工序。④热处理和清理：模锻件经过修整后，一般还需通过热处理和清理。采用正火或退火，细化晶粒；清理表面缺陷或氧化皮。第二十页，共四十页。7.零件结构的模锻工艺性①应有合理的分模面，保证锻件从模膛中取出又利于金属填充、减少余块和易于制模。②与分模面垂直的非加工面应有结构斜度，以利于从模膛中取出锻件。③应避免肋的设置过密或高宽比过大，以利于金属充填模腔。④应避免腹板过薄，以减小变形抗力及利于金属充填模腔。第二十一页，共四十页。

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应尽量避免深孔或多孔结构。以利于制模和减少余块。⑥形状复杂件宜采用锻-焊、锻-螺纹联接等组合结构，以简化模具和减少余块。第二十二页，共四十页。7.模锻工艺设计示例例：齿轮零件，材料为45钢，中批量生产。试编制模锻工艺规程。第二十三页，共四十页。（1）零件结构分析：零件结构合理。（2）绘制锻件图：该零件孔内应有连皮，参考有关标准和资料，选定机械加工余量、锻件公差、模锻斜度、模锻圆角等参数值，绘出锻件图。（3）确定变形工步：该锻件系盘类件，应采用镦粗－终锻工步。（4）选择修整工序：需安排切边、冲连皮、校正、热处理（正火或退火）、清理等修整工序。第二十四页，共四十页。3.3.3冲压工艺设计（自学）冲压工艺设计包括冲裁、弯曲、拉深等工序中的工艺设计以及冲压工序选择、模具选择等。1.冲裁工艺设计(1)落料模刃口尺寸:落料件尺寸取决于凹模刃口尺寸，且随着凹模磨损刃口尺寸会增大；(2)冲孔模刃口尺寸:由于制件孔的尺寸取决于凸模刃口尺寸,且随着凸模磨损刃口尺寸会减少。第二十五页，共四十页。安徽工程科技学院机械系AUTS

确定新制凸模、凹模尺寸的基本原则为：

落料→以凹模为基准，凹模尺寸接近于落料件的最尺寸，凸模比凹模缩小一个最小间隙值；

冲孔→以凸模为基准，凸模尺寸接近于冲孔件的最大尺寸，凹模比凸模放大一个最小间隙值。

第二十六页，共四十页。2.弯曲工艺设计(1)凸模圆角半径rp：一般情况下，凸模圆角半径取等于或略小于工件内侧圆角半径r。当工件圆角半径较大时且精度较高时，应进行回弹计算。(2)弯曲件毛坯长度计算：弯曲件毛坯长度为弯曲件的直线部分和弯曲部分的中性层长度之和。第二十七页，共四十页。3.拉深工艺设计（1）拉深间隙Z：即拉深模具中凸模和凹模之间的单边径向间隙。（2）凸、凹模直径：当要求拉深件外形正确时，凹模直径应等于拉深件外径，凸模直径为凹模直径减去间隙值。当要求拉深件内形正确时，凸模直径应等于拉深件内径，凹模直径等于凸模直径加间隙值。（3）毛坯直径计算：毛坯直径通常是根据拉深件与坯料表面积相等的原则计算得出的。（4）拉深次数确定：当拉深件的拉深系数小于极限拉深系数时，须采用多次拉深工艺。第二十八页，共四十页。4.冲压工序选择（1）工序类型的选择：主要根据冲压件的形状、尺寸等确定。查表（2）工序顺序：主要根据零件的结构形状和模具类型确定。带孔平板件采用单工序模时一般先落料后冲孔，采用连续模时则须先冲孔后落料。带空的弯曲件或拉深件应先弯曲或拉深后再冲孔，以防孔变形。形状复杂的弯曲件一般先弯两端和两侧，后弯中间部分。第二十九页，共四十页。5.模具选择（1）模具类型的选择：按照冲模完成的工序性质可分为冲孔模、落料模、弯曲模、拉深模等，按其工序的组合程度可分为：单工序模、复合模和连续模三类。考虑因素：冲压件的形状、尺寸、精度要求和生产批量等。第三十页，共四十页。单工序模---只能完成一道冲压工序的冲模。（简单模）

特点：结构简单、制造容易，但生产效率低，适于生产小批量、低精度的冲压件。连续模---在冲床一次行程中，在模具不同工（级进模）上同时完成多道冲压工序的冲模。

特点：结构简单，生产效率高，第三十一页，共四十页。AUTS复合模---在冲床的一次行程中，在模具的同一工位上同时完成多道冲压工序的冲模。特点：生产效率高但模具结构复杂，通常用于冲孔与落料、落料与拉深等少量工序的复合，

适合大批量生产高精度的冲压件。连续模冲孔凸模落料凸模

凹模导正销复合模凸凹模凸模凹模第三十二页，共四十页。（2）模具结构的选择：考虑冲压件的形状、尺寸、精度及生产批量等。1）简易模：用于新品种试制或小批量生产①镶块式模；②柔性模；③低熔点合金模。2）高精度冲模：用于精密冲压件。第三十三页，共四十页。6.零件结构的冲压工艺性(1)冲压件材料：应尽量选用价格较低的材料，并充分利用边角余料，以降低材料费。(2)冲压件的精度和表面质量：冲压件的精度要求不应超过冲压工艺所能达到的一般精度，以减少制模成本和工序数。第三十四页，共四十页。(3)冲压件的形状和尺寸

1)冲裁件的形状和尺寸落料件的外形和冲孔件的孔形均应简单、对称，落料件形状还应使排样时废料较少。冲裁件的各边交接处应采用圆弧过渡，以防止模具相应部位易于磨损或产生应力集中。冲裁件孔径和孔边距不得过小，以防止凸模刚性不足或孔边冲裂第三十五页，共四十页。2）弯曲件的形状和尺寸弯曲件的形状：弯曲件的形状应力求简单、对称，尽量采用V形、Z形等简单、对称的形状，以利于制模和减少弯曲次数。弯曲半径：弯曲件的弯曲半径不应小于最小弯曲半径，以防止弯曲处开裂：但也不宜过大，以免因回弹量过大而使制件精度降低。第三十六页，共四十页。弯曲边高度h：弯曲件的弯曲边不应过短，以利于弯曲成形：不允许增加弯曲边高度h时，可在弯曲后再切短或先预压工艺槽后再弯曲。防止孔变形：带孔工件弯曲时，孔的位置应避开变形区，或在孔附近预冲工艺孔、槽，以免弯