第十二章-压力机模锻工艺及模具设计课件

第十二章

压力机模锻工艺及模具设计热模锻压力机模锻工艺及模具设计摩擦压力机模锻艺及模具设计平锻机上模锻工艺及模具设计返回第一节热模锻压力机模锻工艺及模具设计一、热模锻压力机上模锻的工艺特点1.热模锻压力机滑块行程一定，速度慢，不能实现逐步变形，易形成很大的飞边，型腔深处充不满。对于形状复杂锻件，必须经过制坯工步。2.

在热模锻压力机上采用拔长、滚挤时需要在其它设备上进行。3.为了获得精度高的锻件，采用电加热或少、无氧化加热，或者有效清除氧化皮。4.热模锻压力机导向精度高，能锻出精度高的锻件。型腔采用镶块制作的，更换方便，节约模具钢。5.热模锻压力机上模锻时，坯料表面的氧化皮不易去除。图１２１热模锻压力机结构简图１—电动机２—小带轮３—大带轮４—中间轴５—小齿轮６—大齿轮７—摩擦离合器８—曲柄９—连杆10—象鼻形滑块11—楔形工作台12—下顶杆13—斜楔14—下顶出机构15—带式制动器16—凸轮二、锻件的分类与锻件图的制订（1）锻件的分类根据模锻工艺特点将锻件分类（见表12－1）（2）锻件图的制订确定锻件图的原则和内容与锤上模锻相同，不同点如下：1）热模锻压力机有顶出装置，锻件能方便地从深型腔内取出，分模面可以灵活地选择。2）锻件拔模斜度一般比锤上模锻件小一级。外斜度为3°～7°,内斜度为7°～10°，或视孔的相对深度而定。当h＞0.75d时，采用两级拔模斜度。图12-2孔壁模锻两级斜度三、选择设备吨位1、确定热模锻压力机的吨位：根据锻件的锻造压力F：F＝（6.4～7.3）A2、选择压力及吨位时需要注意：（1）热模锻压力机的使用吨位最好不大于公称吨位的80％，有利于防止过载，提高锻件质量，减少设备的修理量。（2）生产实践表明，闷车往往在预锻过程中发生，在选用设备吨位时应予注意。。四、工步选择1．第Ⅰ类锻件的工步选择，见表12-1（1）按外形复杂程度来选择工步。（2）选择原则与锤上模锻相比不同点：常采用预锻工步和挤压工步。（3）常用的工步：镦粗、挤压、预锻、终锻。2．第Ⅱ类锻件的工步选择，选择原则见表12-1。（1）断面变化小的锻件：终锻或预锻~终锻。当此锻件宽度与毛坯直径之比大于1.6～2时，应增加压扁工步。（2）对断面有一定变化的锻件：断面变化不超过10％～15％时，采用压肩~终锻或压肩~预锻~终锻。（3）对截面变化大的锻件：采用其它设备制坯（辊锻、平锻、楔横轧、空气锤等）或采用成型毛坯。（4）对弯曲类锻件，是否需要采用弯曲工步与锤上模锻相同。在热模锻压力机上模锻质量和尺寸较小的锻件时，可以采用多件模锻。图12-3多件模锻示例a）交错排列法b）一字排列法五、工步设计与坯料尺寸计算热模锻压力机模锻型腔的设计过程和方法：与锤锻模基本相同。压力机模锻中较多使用预锻工步，除了设计热锻件图外，还要设计各工步的毛坯变形图，通常称为“工步图”，用来制造各个型腔。这个过程称为工步设计。以第Ⅰ类锻件为例，概述工步设计的原则和过程。（1）终锻工步设计：根据热锻件图设计的。与锤上模锻相似，不同之处有以下几点：1）上下模充满的难易程度差别不大，应考虑锻件的定位和取出方便。2）压机在一次行程中充满型腔，在型腔的深处，需设计排气孔，孔径约为1.2～2mm。3）压机有顶杆装置，顶杆与金属接触部分起型腔的作用。4）直径小于26mm的孔，一般不冲出。需冲孔时，连皮厚度通常取S=6～8mm。5）飞边槽的型式与锤上模锻相似，不同之处在于仓部是开通的。如图12－4图12-4飞边槽的形式a）用于形状较复杂锻件

b）用于形状较简单锻件（2）预锻工步设计：预锻工步设计原则与锤上模锻相似。设计时应着重考虑以下几点：1）预锻工步图的高度尺寸相应要比终锻大2～5mm，宽度尺寸比终锻要小0.5～1mm，对高筋和凸出部分，取较大差值。2）预锻工步的体积要比终锻工步略大，金属应合理地分配，避免终锻时产生摺纹。对于冲孔件，当孔径不大时，如图12-5a所示。当孔径较大时，如图12-5b所示。图12-5预锻冲孔a）孔径不大时b）孔径较大时3）在预锻工步图中，某些部位的形状尺寸与终锻工步应基本吻合，以便在终锻时更好地定位和防止形成摺纹。以齿轮为例：图12-6几种预锻工步的错误设计方法ａ）终锻工步图ｂ）预锻工步图的下部和终锻不吻合ｃ）预锻工步图的轮缘内径过大（3）镦粗工步设计，其镦粗形式如下：1）封闭式镦粗(如图12－7)：在型腔内镦粗。坯料经封闭式镦粗，更接近于预锻（或终锻）工步图，从而改善金属在预锻（或终锻）型腔中的流动。但氧化皮不易清除。要求模锻前加热质量高或事先清除氧化皮。

图12－7封闭式毛坯型腔2）开启式镦粗：在两个平面内进行镦粗，为便于在预锻时定位，在镦粗平面上做成一定的凹槽。（如图12－8所示）能清除坯料侧面的氧化皮。一般多采用开启式镦粗。图12－8敞开式毛坯模槽六、确定坯料尺寸与锤上模锻相同（参照锤上模锻）。

七、锻模结构（一）模架（夹持器）模架：是通用的，由上下模板﹑导柱﹑导套、顶出装置、以及安装（紧固）调整镶块用的零件等组成。有两种模架形式：压板式模架（图12-9）键式模架（图12-10）（1）压板式模架：采用斜面压板来压紧镶块。特点：镶块紧固钢性大，结构较简单，但通用性小，镶块拆装困难，不能翻新。图12-9为三型腔、矩形镶块、斜面压板式热模锻压力机模架。图12-9三型腔矩形镶块模具结构１—上模座２—下模座３—预锻模镶块４—终锻模镶块５—制坯模镶块６—楔形固定板７—螺栓2．键式模架（如图12－10）通用性很高，一副模架可以适应各种不同尺寸的锻件及不同形状（圆形或矩形）的镶块；镶块的装拆和调整轻便，可以快速更换、翻新。但垫板和键等零件加工精度要求较高，镶块紧固的刚性较差。图12-10四工位、二顶出器键式模架结构１—镶块２—压板３—中间垫板４—底层垫板５—偏头键６—导向键７—螺钉（二）镶块1、矩形镶块：适用于任何形状的锻件，调整错移方便。2、圆形镶块：仅适用于镦粗类锻件，节省模具钢、加工方便。图12-11

键式模架用的镶块外形ａ）圆形镶块ｂ）矩形镶块图12-12斜面压板式模架用的镶块结构形式ａ）矩形镶块ｂ）圆形镶块（三）顶出器(如图12－13）1、镶块里一般都有单独的顶出器，它在模架中的顶出装置推动下将锻件顶出。2、顶出器的配置应根据锻件情况来决定。图12－13镶块中顶出器的配置ａ）顶在飞边上ｂ）顶在连皮上ｃ）采用两个顶出器顶出ｄ）顶在锻件本体上（四）排气孔1、在终锻型腔中应开有排气孔。2、孔径：一般φ1.2～φ2mm，孔深为20～30mm，与直径为φ8～20mm的孔相连直至镶块底部。3、位置：在金属最后充填的地方。第二节摩擦压力机模锻艺及模具设计一、摩擦压力机模锻工艺特点1.常采用单型腔模锻，用其它设备（自由锻锤、辊锻机等）进行制坯。在偏心载荷不大的情况下可以布置两个型腔。如细长杆锻件两预终锻型腔中心线的距离应小于压下螺杆直径的一半。2.摩擦压力机行程不定及有顶出装置，很适合于精密模锻和长杆类的镦锻。3．摩擦压力机速度较慢，略带冲击性，金属变形经常要在二、三次打击中完成。二、设备吨位的选择根据实际生产经验，摩擦压力机吨位选择可按下式确定：F=（1.75～2.8）K·A总

三、终锻型腔和预锻型腔设计设计方法与锤上模锻的相同。但需要注意：摩擦压力机不宜承受偏心载荷。在一个模块上同时布置预锻和终锻型腔时，两型腔压力中心距离应小于摩擦压力机压下螺杆直径的二分之一，且终锻型腔和预锻型腔的压力中心距螺杆的中心分别为两型腔间距的三分之一和三分之二。四、锻件的制坯1、摩擦压力机上模锻用的毛坯，其制坯工步多数在其它设备上进行。2、在自由锻锤上制坯可分以下两种：（1）采用胎模锻方法制坯；（2）采用空气锤固定型砧的方法制坯。型砧结构，如图12-17。在型砧上可进行拔长、滚挤、镦粗、打扁、压肩、冲挤、切断、倒角等工步。图12-17五、模具结构设计1．模具结构型式的选择整体式锻模结构：如图12-18，与锤上锻模相同，用整体式锻模结构，设计步骤和方法也参考锤上模锻。组合式锻模（或镶块锻模）：如图12-19，图12-20图12-18整体式模锻组合式锻模或镶块锻模结构，便于实现模具零件的标准化，中小批量的生产多用此种形式。图12-19镶块式锻模图12-20用楔紧固模块摩擦压力机上模锻，上下模的导向方式见图12－21、图12-22。图12－21用导销导向图12-22凸凹模导向的结构型式ａ）圆柱面导向ｂ）圆锥面导向ｃ）喇叭形导向2．模块与模座的设计模块尺寸：根据锻件尺寸而定，尽可能标准化、系列化。模块结构形式：圆形模块：用于圆形锻件或长度较小的小型锻件；矩形模块：用于长杆类锻件；固定方法：用压板将模块紧固在模座上。结构型式：与大中型冲压模结构相同。六、摩擦压力机上精密模锻精密模锻及工艺特点1）能节约大量的机械加工工时，提高劳动生产率和材料利用率，大大降低零件成本。2）产品寿命高，力学性能优越。3）可生产复杂形状的零件。4）对毛坯要求严格。5）对毛坯加热质量要求高。行星齿轮精锻实例：零件名称：行星齿轮，材质：18CrMnTi，质量：0.62kg。图12-24行星齿轮零件图图12-25行星齿轮锻件图图12-26行星齿轮精锻过程图12-27行星齿轮精锻模1-下顶出杆2-凹模3-下模垫块4-模座5-螺栓6-应力圈7-压紧套圈8-导模9-凸模10-拉杆

11-螺栓12-压缩弹簧13-上模座第三节平锻机上模锻工艺及模具设计平锻机相当于卧式的曲柄压力机.有两个滑块：主滑块：主滑块带动凸模沿水平方向运动，完成镦锻工作侧滑块：带动可动凹模垂直于主滑块的运动方向运动，起夹紧棒料的作用。适合于锻造头部粗大、端部有孔、有槽的锻件和一些穿通孔或盲孔的锻件。

图12-28平锻机传动图ａ）立体图ｂ）传动简图１-电动机２-Ｖ带３-传动轴４-离合器５-带轮６-凸轮７-齿轮８-曲轴９-滑块10-凸模11-挡料板12-固定凹模13-副滑块和活动凹模14-杠杆

一、平锻机模锻的工艺特点1．应用最广泛的工步是局部镦粗，其次是冲孔和穿孔。此外，还可以进行卡细、切断、弯曲、切边等工序。2．能锻出两个不同方向上具有凹挡的锻件。3．平锻的模锻斜度小，或不需要模锻斜度，因而节约大量金属材料及机加工工时。(如图12－29）图12-29平锻机模锻时节约金属的实例ａ）锤模锻件ｂ）平锻件4．可用长棒料进行多件模锻，减轻了棒料剪切的劳动量。5．模具可用组合式和镶块式，模具钢的消耗较少。6．要求棒料尺寸精度高，否则将产生难以消除的毛刺，或不能夹紧棒料。7．平锻时坯料表面氧化皮不易清除，要求平锻前须清除氧化皮。8．对非回转体、中心不对称的锻件，较难锻造，适应性较差。9．平锻孔类锻件时，剩余料头较多，应该充分利用，否则会使材料消耗大。二、平锻机模锻的常用锻件根据平锻机模锻的工艺特点，