第二篇-锻造工艺与模具设计课件.ppt

1、金属塑性成形概述金属塑性成形的分类，特点.体积成形（金属块料）锻造挤压拉拔扎制.板料成形（冲压）冲裁弯曲拉深翻边胀形锻压工艺特点n材料的利用率高n成形件力学性能好n尺寸精度高（相对）n生产效率高n劳动条件差，强度高n投资成本高第一节 锻造工艺概述一锻造目的及分类目的：成形和改性（力学性能，内部组织）分类：（按成形工具分）自由锻模锻胎模锻造特种锻造分类：（按成形温度分）热锻温锻冷锻第五章 模锻工艺自由锻造与模型锻造自由锻造 在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属块料锻成所需形状和尺寸。用于单件、小批量或大锻件生产。模型锻造 用专用模具来使金属成形，又分为开式模锻与闭式模锻，模锻件外形尺寸精确，效

2、率高，用于大批量生产。热锻温锻冷锻热锻：在再结晶温度以上进行的塑性变形减少金属的变形抗力改变钢锭的铸态结构提高钢的塑性温锻：室温再结晶温度之间进行的塑性变形减少锻造力精度较高冷锻：在室温时进行塑性变形没有温度波动和氧化作用，锻件精度高表面光洁提高锻件的强度和硬度用于较小的零件，低碳钢及有色金属二锻前加热加热目的提高金属塑性，降低变形抗力，使金属易于流动成形，是锻造生产过程中的一个极其重要的环节。加热方法火焰加热，电加热加热中的缺陷氧化脱碳过热过烧裂纹三金属材料锻造温度范围的确定锻造温度范围：始锻温度终锻温度原则：保证金属在锻造温度范围内具有较高的 塑性和较小的变形抗力，使锻件获得所希望的组织与

3、性能，锻造温度范围应尽可能取得宽一些。钢的锻造加热温度范围 碳钢始锻温度在始熔温度下碳钢始锻温度在始熔温度下150 250，终锻温度在，终锻温度在Ar1上，上，高于再结晶温度高于再结晶温度50100 加热规范就是要确定加热过程不同阶段的炉温、升温速度和加热与均热时间。四加热规范四加热规范第二节模锻件图的设计n作用：工艺规程制订、锻模设计与加工、模锻生产过程及锻件检验，都离不开锻件图。n锻件图分为冷锻件图和热锻件图，冷锻件图用于最终锻件检验和热锻件图设计；热锻件图用于锻模设计与加工制造。n冷锻件图常称为锻件图。模锻件图类似铸造中的铸造工艺图。属于锻造基本技术文件。内容包括：1）选择分模面；2）确

4、定工艺参数：机械加工余量，余块，模锻斜度，锻造圆角，锻件公差等；3）冲孔连皮形式和尺寸；4）制定锻件技术条件；5）绘制模锻件图。一确定分模面n基本原则：锻件形状尽可能与零件形状相同，容易从模腔中取出；此外应争取获得镦粗成形。选择最大水平投影面；良好的充填成形效选择最大水平投影面；良好的充填成形效果，金属流动阻力小；果，金属流动阻力小；上、下模膛内坯料力求对称分布；深度大上、下模膛内坯料力求对称分布；深度大致相同，模膛最浅。致相同，模膛最浅。2实例讨论红线处为合理的分红线处为合理的分模面。为什么？模面。为什么？使金属流线方向与工作中切应力方向相垂直使金属流线方向与工作中切应力方向相垂直对圆饼类锻

5、件，当对圆饼类锻件，当H23D时，宜取径向时，宜取径向分模，而不取轴向分模分模，而不取轴向分模 锻件的各种尺寸和余量公差锻件的各种尺寸和余量公差 二、加工余量和锻件公差影响因素影响因素 ：1 1）锻件重量和轮廓尺寸）锻件重量和轮廓尺寸 ；2 2）锻件形状复杂系数锻件形状复杂系数 S S，即：即：hdbG24hdVb24bdbdVVGGS式中式中锻件材质密度锻件材质密度 ，g/cmg/cm圆形锻件的外廓包容体体积：圆形锻件的外廓包容体体积：圆形锻件的外廓包容体重量：圆形锻件的外廓包容体重量：lbhGblbhVb级别级别代号代号形状复杂系数值形状复杂系数值形状复杂程度形状复杂程度S1S10.630

6、.631 1简单简单S2S20.320.32 0.630.63一般一般S3S30.160.160.320.32比较复杂比较复杂S4S40.160.16复杂复杂锻件形状复杂程度等级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：分为普通分为普通 ,精密两级。精密级公差适用于精密两级。精密级公差适用于精密锻件。精密锻件。M2M2级级 碳的质量分数碳的质量分数0.650.65的碳钢的碳钢 或合金元素总量或合金元素总量 3.03.0 的合金钢。的合金钢。4 4）锻件精度等级）锻件精度等级 M M1 1级级 碳的

7、质量分数碳的质量分数0.650.65的碳钢的碳钢 或合金元素总量或合金元素总量3.03.0 的合金钢。的合金钢。M M2 2级级 碳的质量分数碳的质量分数0.650.65的碳钢的碳钢 或合金元素总量或合金元素总量3.03.0 的合金钢。的合金钢。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？因为：产品精度要求、材料消耗和加工成本。6 6）其它因素）其它因素 锻件上与分模面垂直的平面或曲面所附加的或锻件上与分模面垂直的平面或曲面所附加的或固有的斜度称为模锻斜度。固有的斜度称为模锻斜度。模锻斜度值依模膛深宽比选用模锻斜度值依模膛深宽比选用33、55、

8、7 7 等标等标准值。准值。上、下模模膛的模锻斜度应相互衔接和匹配，上、下模模膛的模锻斜度应相互衔接和匹配，如图所示。如图所示。三、模锻斜度（GB/T-12361-1990）四、锻模圆角半径（GB/T-12361-1990）锻模锻模圆角半径与圆角半径与 B/H B/H 有关。有关。H H大，圆角半径也应增大。大，圆角半径也应增大。锻件凸角处的最小半径锻件凸角处的最小半径 r r=余量余量+零件的倒角值；零件的倒角值；按铣刀标准值选取按铣刀标准值选取:1.01.0、1.51.5、2.02.0、2.52.5、3.03.0、4.04.0、5.0 5.0 等等模锻件的圆角半径模锻件的圆角半径圆角半径过

9、小，导致圆角半径过小，导致转角处出现开裂转角处出现开裂圆角半径与质量关系圆角半径与质量关系 圆角半径对金属纤维的影响圆角半径对金属纤维的影响 折迭与圆角半径的关系折迭与圆角半径的关系 a)a)模锻前情况模锻前情况 b b)模锻中间情况模锻中间情况 c)c)模锻最后情况模锻最后情况五、冲孔连皮对于对于dd25mmd25mm的加工孔，先锻制盲孔，用冲的加工孔，先锻制盲孔，用冲孔连皮隔离上下凸头。孔连皮隔离上下凸头。冲孔连皮形状分为平底连皮冲孔连皮形状分为平底连皮 、斜底连皮、斜底连皮、带仓连皮和拱底连皮四类。带仓连皮和拱底连皮四类。平底连皮平底连皮斜底连皮斜底连皮带仓连皮带仓连皮连皮！连皮！飞边飞

10、边拱底连皮拱底连皮1、平底连皮hhds6.0525.045.02 2m mm m0 0.1 1h hR RR R1 1适于适于d d2.5 h 2.5 h 或或25mm25mmd d60 mm 60 mm 的孔。的孔。连皮厚度连皮厚度 s s 按图确定或按图确定或计算，计算，2、斜底连皮 斜底连皮斜底连皮 适用于适用于 ：d d2.5 h 2.5 h 或或 d d60 mm60 mm常用于预锻模常用于预锻模.ssss 0.650.65 1.351.3521dd）3.025.0(13、带仓连皮预锻时斜底连皮的终锻模膛中采用。厚度s和宽度b，按飞边槽桥口值h，b 确定。4 4、拱底连皮、拱底连皮

11、用于锻造内孔大，高度小用于锻造内孔大，高度小的锻件的锻件(d15h)(d15h)。可考虑用连皮形成小件，可考虑用连皮形成小件，即采用合锻，一次得到大小即采用合锻，一次得到大小两件。两件。六、模锻件图实例 齿轮锻件图锻件图(冷锻件图冷锻件图)是在零件图上画出是在零件图上画出加工余量、加工余量、余块、余块、模锻斜度、锻模圆角、冲孔连皮或其它工艺模锻斜度、锻模圆角、冲孔连皮或其它工艺参数。参数。锻件外形用粗实线锻件外形用粗实线。公称尺寸与公差公称尺寸与公差标注在尺标注在尺寸线上面寸线上面 零件零件外形用双点划线外形用双点划线。零件尺寸零件尺寸标注在标注在括号内。括号内。七、模锻件技术条件（书写在图面

12、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）特殊要求，如直线度、平面度、重量精度等。第六章 锻模设计绘绘制制热热锻锻件件图图校正模设计校正模设计终锻模膛设计终锻模膛设计预锻模膛设计预锻模膛设计飞边槽设计飞边槽设计钳口设计钳口设计锻锻模模结结构构设设计计切边模设计切边模设计制坯模膛设计制坯模膛设计确确定定模模锻锻工工序序编编制制工工艺艺流流程程第一节 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

13、热处理、校正、清理和 检验。备备 料料加加 热热制制 坯坯加热加热模模 锻锻切边切边 冲切孔内连皮冲切孔内连皮热处理热处理表面清理表面清理最终检验最终检验冷精压冷精压冷校正冷校正工工序序间间检检验验清除氧化皮清除氧化皮去毛刺去毛刺 热校正热校正一、模锻工艺过程的制定一、模锻工艺过程的制定工艺流程图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）。120MN热模锻压力机锻造生产线（前轴）下料下料 1250T1250T剪床剪床加热（加热（12401240）感应加热炉感应加热炉辊锻制坯（二

14、道）辊锻制坯（二道）930930辊锻机辊锻机模锻成形（弯、预、终）模锻成形（弯、预、终）120MN120MN热模锻压力机热模锻压力机切边切边 1250T1250T压床压床校正压平校正压平 1600T1600T液压机液压机热处理热处理 调质调质清理清理 酸洗酸洗校正校正 100T100T液压机液压机前轴是汽车中最重最大的锻件，原采用合金调质钢，经淬前轴是汽车中最重最大的锻件，原采用合金调质钢，经淬火、高温回火处理，每吨前梁热处理加热耗电达火、高温回火处理，每吨前梁热处理加热耗电达600KWh600KWh。采用低碳低合金空冷贝氏体钢，锻后无需热处理。采用低碳低合金空冷贝氏体钢，锻后无需热处理。二、

15、模锻方法单件模锻：单件模锻：一个坯料一个坯料锻一件，一般用于锻一件，一般用于较大锻件的锻造较大锻件的锻造。调头模锻调头模锻 ：锻制锻制锻件重锻件重 2 23kg 3kg，长度，长度 350mm 350mm。一模多件一模多件 ：一锻模内一次一锻模内一次2 23 3锻件，锻件，重量重量 0.5kg0.5kg、长度、长度 80mm80mm 一一 模模 多多 件件调调 头头 模模 锻锻多多 件件 合合 锻锻第二节 模锻模膛设计一 开式模锻的变形特征开式模锻：在锻件周围形成横向飞边的模锻；闭式模锻：在锻件周围不形成横向飞边仅形成小的纵向飞边的模锻 第阶段（镦粗）毛坯上端面同上模膛表面接触毛坯被镦粗至鼓形

16、侧面同模膛侧壁接触。变形金属处于较弱的三向压应力，F 较小。第阶段（形成飞边）金属流向模膛深处，又沿垂直于作用力方向流向飞边槽，形成少许飞边。变形抗力明显增大，模膛内的金属处于较强的三向压应力状态。第阶段(充满型槽)金属继续流向模膛深处和圆角处，直到整个模膛完全充满。金属受三向压应力状态，变形抗力急剧增大。第阶段(打靠合模)继续压缩至上下模接触即打靠。变形仅发生在分模面附近的区域内，处于最强的三向压应力状态，变形抗力也最大。此阶段的压下量小于2mm，它消耗的能量却占总能量的30%50%。1 1、模膛尺寸计算模膛尺寸计算 热锻件图热锻件图依据依据冷锻件图绘制。冷锻件图绘制。热锻件图热锻件图上尺寸

17、比冷锻件图上尺寸比冷锻件图中尺寸加大一个收缩率，中尺寸加大一个收缩率，即即%)1(lL 二、终锻模膛设计二、终锻模膛设计式中：式中：终锻温度下的终锻温度下的 合金收缩率。合金收缩率。钢为钢为 1.21.21.51.5。从分模面起始标注模膛高度从分模面起始标注模膛高度尺寸。尺寸。终锻终锻预锻模预锻模2、飞边槽设计一般只有终锻模膛设计一般只有终锻模膛设计有飞边槽。一些复杂锻件，有飞边槽。一些复杂锻件，预锻模膛也采用飞边槽。预锻模膛也采用飞边槽。开式模锻中的终锻模膛开式模锻中的终锻模膛由模膛本部和飞边槽两部分由模膛本部和飞边槽两部分组成。组成。1）飞边槽作用 产生足够大的横向阻力，促使模膛充满。热模

18、锻压力机上模膛内横向阻力不太大。容纳坯料上的多余金属，起补偿与调节作用。对锤类设备还有缓冲作用。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。形式形式使用广泛，桥部与坯料使用广泛，桥部与坯料接触时间短，能减轻桥部磨损。接触时间短，能减轻桥部磨损。形式形式用于高度方向形状不对用于高度方向形状不对称锻件。可简化切边冲头形状。称锻件。可简化切边冲头形状。形式形式用于形状复杂，坯料体用于形状复杂，坯料体积不易计算准确的锻件。积不易计算准确的锻件。三、预锻模膛设计（终锻模膛尺寸相应增、减）1 1、模膛的宽与高模膛的宽与高 若终锻时以

19、镦粗为主，若终锻时以镦粗为主，预锻模膛的高度应比预锻模膛的高度应比终锻模膛大终锻模膛大25mm，宽度应小，宽度应小12mm。一般不设一般不设飞边槽。预锻模膛的横截面积飞边槽。预锻模膛的横截面积F F预预 应比终锻模膛应比终锻模膛相应处截面积相应处截面积F F终终大大1%1%3%3%，或按下式计算：，或按下式计算：F预预=F终终+（0.21）F飞飞 若经预锻的毛坯在终锻模膛中是以压入方式成形，则预锻模膛的高度尺寸应略小于终锻模膛高度尺寸，即h=（0.80.9）h。若高宽比h/b较大，取小的系数，反之，取大的系数。2 2、模锻斜度模锻斜度 预锻、终锻模膛的斜度相同。预锻、终锻模膛的斜度相同。3、圆

20、角半径：（C=25mm;模深大，取上限）、带枝芽的锻件，预锻模膛的枝芽形状可简带枝芽的锻件，预锻模膛的枝芽形状可简化化枝芽连接处的圆角半径适当增大，必要时在分模枝芽连接处的圆角半径适当增大，必要时在分模面上增设阻尼沟，以增大金属流向飞边的阻力面上增设阻尼沟，以增大金属流向飞边的阻力cRR、叉形锻件的预锻模膛设计叉间距离不大时，必须在预锻模膛中使用劈料台。依靠劈料台把金属挤向两侧，流入叉部模膛内。一般情况下采用图中a型；当45，叉部较窄时，可使用b型，有关尺寸如下：A=0.25B 8A30；h=(0.40.7)H；=1045 劈料台劈料台 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

21、度来设计预锻模膛。如右图：当 h2b 时，时，B=B（23）mm;图a 当 h2b 时，时，B=B（12）mm;图b 预锻模膛舌形截面 B1=B+(1020)mm、H型截面锻件的预锻模膛设计 第三节 制坯工步的选择制坯使坯料变成易于终锻成形的毛坯。包括镦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、弯曲和扭转等粗、拔长、卡压、滚挤、弯曲和扭转等一、一、圆饼类锻件圆饼类锻件 采用镦粗制坯或成形镦粗制坯。采用镦粗制坯或成形镦粗制坯。轮毂较矮轮毂较矮中间毛坯尺寸满足：中间毛坯尺寸满足：D D1 1D D镦镦D D2 2轮毂较高轮毂较高中间毛坯尺寸满足：中间毛坯尺寸满足：（D D1 1

22、D D2 2）/2/2D D镦镦D D2 2轮毂高，凸缘大轮毂高，凸缘大有内孔，采用成形镦粗有内孔，采用成形镦粗中间毛坯尺寸满足：中间毛坯尺寸满足：HH1 1 H H1 1，DD1 1DD1 1，ddd d锻件锻件毛坯毛坯二、二、长轴类锻件长轴类锻件1 1、长轴类锻件的制坯工步、长轴类锻件的制坯工步 主要采用拔长主要采用拔长(或辊锻或辊锻)、滚挤、滚挤、弯曲、卡压、局部成形等制坯工步。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。后再经过预锻和终锻等工步成形。1)1)直长轴线形直长轴线形 用拔长、滚挤、卡压或辊锻用拔长、滚挤、卡压或辊锻工工步步等制成中间毛坯。等制成中间毛坯。技

23、术要点：技术要点：中间毛坯长度中间毛坯长度=终锻模膛长度；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。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。辊辊 锻锻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。再经过预锻和终锻等工步成形。辊辊锻锻弯弯曲曲预预锻锻终终锻锻弯曲手柄的制坯工步弯曲手柄的制坯工步3)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 1）计算毛坯计算毛坯(1)依据依据 假定

24、假定长轴类锻件在长轴类锻件在模锻时模锻时为平面应变状态，计算毛坯的为平面应变状态，计算毛坯的长度与锻件长度相等。长度与锻件长度相等。轴向各横截面积轴向各横截面积A A计计=相应处锻件横截面积相应处锻件横截面积A A锻锻+飞边横截面积飞边横截面积A A飞飞 ，即：即：飞锻计AAA2 式中式中充满系数。充满系数。对于形状简单的锻件取对于形状简单的锻件取 0.30.30.50.5；对于形状简单的锻件对于形状简单的锻件复杂的取复杂的取 0.50.50.80.8。（2）“计算毛坯”的作图步骤：绘制冷锻件图；在锻件图上选取若干具有代表性的截面，分别计算出A计计；求出各相关截面的折算高度h计 ，即用缩尺比

25、M 除 A计，得：通常取（M=2050 mm2/mm）MAh/计计 将折算高度将折算高度 h h计计 等比例沿轴向画出锻件截面积分布图。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直径图计计计计Ad13.1折算高度折算高度 h h计计 表示该轴类锻表示该轴类锻件相关处的截面积。件相关处的截面积。由此，由此，计算毛坯上任一计算毛坯上任一处的直径处的直径 d d计计为：为：右图为完整的计算毛坯图右图为完整的计算毛坯图,包括锻件图、截面图和直径包括锻件图、截面图和直径图。图。(1)(1)平均截面积与平均直径平均截面积与平均直径 (2)(2)确定计算毛坯的头部和杆部确定计算毛坯的头部

26、和杆部 2)2)坯料规格尺寸计算坯料规格尺寸计算 长轴类锻件的平均截面积与平均直径，用如下公式计算：长轴类锻件的平均截面积与平均直径，用如下公式计算：计计均LVA平均截面积：平均截面积：均均Ad13.1平均直径（图中虚线所示）平均直径（图中虚线所示）：MAh均均;平均截面折算高度平均截面折算高度：均计dd 杆部：杆部：均计dd 头部：头部：第五节 设备吨位的确定 生产中多用经验公式计算设备吨位或用类比方法判断。一、模锻锤（双作用锤）吨位：G G=k k1 1 k k2 2 A A 对于对于单作用锤吨位：单作用锤吨位：G G 1 1=（1.5 1.5 1.8 1.8）G G式中式中k k1 1

27、锻件形状复杂系数，一般取锻件形状复杂系数，一般取 k k1 1=0.35=0.350.630.63；k k2 2 材料系数，对于钢材，取材料系数，对于钢材，取 k k2 2=0.9=0.9 1.55 1.55；A A 锻件和飞边（按飞边仓的锻件和飞边（按飞边仓的5050计算）在水平计算）在水平面上的投影面积，面上的投影面积，mmmm2 2。（计算实例参考教材（计算实例参考教材 P224 P224）二、热模锻压力机、平锻机吨位的确定 热模锻压力机、平锻机吨位用公称压力表示。1、热模锻压力机吨位 根据锻件终锻时最大变形力计算。经验公式：式中 k 材料系数。取 k=0.9 1.25；对于高强度钢材，取上限。F =（6.47.3）k A，（，（kN）