塑性成形工艺第十一章锤上模锻工艺及模具设计

第十一章锤上模锻工艺及模具设计锤上模锻的特点：1.金属在型腔中的变形是在锤头的多次打击下逐步完成的，锤头的冲击力使金属变形，可以利用金属的流动惯性，有利于金属充填型腔；2.在锤上可实现多种工步成形，锤头打击速度快，生产效率高；3.由于模锻锤的导向精度不高，锤头行程不固定，模锻件的尺寸精度不高；第十一章锤上模锻工艺及模具设计锤上模锻的特点：4.由于无顶出装置，锻件出模困难，模锻斜度可适当大些；5.生产操作方便，劳动强度比自由锻小。第一节模锻件的分类按照锻件分模线和主轴线的形状，以及锻件在平面图上轮廓尺寸比例，将模锻件分为三类：第二节模锻件图的制定模锻件图是确定模锻工艺和设计锻模的依据，它又是指导模锻工进行生产和检验人员验收锻件的主要技术文件。在设计冷锻件图时，应考虑下列因素：分模面的位置、加工余量和公差、模锻斜度和圆角半径、冲孔连皮的形式和技术条件等。模锻件图分为冷锻件图和热锻件图。冷锻件图用于锻件的检验；热锻件图用于锻模设计与加工。第二节模锻件图的制定一、分模面位置的选择分模面的位置直接影响锻件成形、出模和材料利用率等问题。因此，在制定锻件图时要全面考虑各种因素，正确而合理地选择分模面位置。其选择原则如下：1）要保证锻件能从型腔中取出来；2）分模的位置要尽量使型腔的深度最小和宽度最大，使金属容易充满型腔；3）为了容易发现模锻时锻件错移，分模面应尽量使上、下两部分对称；第二节模锻件图的制定一、分模面位置的选择4）为了使模具制造方便，尽量采用平面分模，凸出部分也尽量不要高出分模面；5）金属容易充满上模型腔．锻件较复杂部分应尽量安排在上模。第二节模锻件图的制定二、加工余量的确定1）确定加工余量的原则：在不影响产品零件加工的前提下，应尽量选用小加工余量。加工余量的大小取决于零件的轮廓尺寸、重量大小、精度和表面粗糙度等。2）在模锻过程中，由于欠压、错模、锻模磨损、锻件表面氧化及锻件冷却收缩不均等原因，使锻件尺寸在一定的范围内上下波动。其大小取决于锻件外形尺寸、精度、表面粗糙度等级等。第二节模锻件图的制定三、模锻斜度的选择1）锻件冷却时，其外壁因收缩而离开型腔，容易出模，而锻件内壁收缩．则使锻件包住型腔突出部分，出模困难。因此，内斜度应比外斜度大一级。但为了减少材料损耗和机加工余量，应尽量选择小的模锻斜度。2）常用斜度：当锻件为钢、钛耐热合金时，外模锻斜度取5°～7°，内模锻斜度取7°、10°、12°；当锻件为铝、镁合金时，外模锻斜度取3°～5°，内模锻斜度取5°～7°。第二节模锻件图的制定三、模锻斜度的选择3）为了使分模线两侧的模锻斜度相互接头，而人为增大的斜度称为匹配斜度。第二节模锻件图的制定四、圆角半径的确定为了便于金属在型腔内流动，避免锻件产生折伤并保持金属流线的连续性，提高锻模使用寿命，必须把锻件上所有尖锐棱角做成圆弧。较大的圆角半径对金属充满型腔、提高锻件质量和模具寿命是有利的。但是，外圆角半径太大，会使锻件在圆角处的余量减小；而内圆角半径太大，又会增加金属的消耗。第二节模锻件图的制定四、圆角半径的确定r=余量+c为了便于选用标准刀具，对于同一锻件上不采取过多不同的圆角半径；对于以压人法成形和金属流动特别剧烈的部位，应适当加大圆角半径。R=(2~3)r第二节模锻件图的制定五、冲孔连皮具有通孔的零件，在模锻时不能直接锻出通孔，仅能冲出一个盲孔，即孔内还留有一层具有一定厚度的金属层，称为冲孔连皮。模锻时采用冲孔连皮的目的是为了使锻件更接近于零件形状，减少金属消耗，缩短机加工工时。同时，冲孔连皮可以减轻锻模的刚性接触，起缓冲作用，避免锻模的损坏。第二节模锻件图的制定五、冲孔连皮1）冲孔连皮的形式第二节模锻件图的制定五、冲孔连皮2）冲孔连皮的尺寸的确定（1）平底连皮（2）斜底连皮第二节模锻件图的制定六、锻件的技术要求一般说来，技术条件中包含以下内容：未注明的模锻斜度和圆角半径、锻件沿中心线的错移量、允许表面缺陷值、锻件允许翘曲范围、允许残留飞边和毛刺的大小、锻件壁厚差的规定、热处理硬度值、锻件的清理方法、印记项目和位置，以及其他特殊要求等。第三节终锻型腔的设计终锻型腔是锻件最后成形的型腔，通过它获得带飞边的锻件，终锻型腔是按照热锻件图设计的，因此，终锻型腔设计的主要内容是如何绘制热锻件图和确定飞边槽尺寸。第三节终锻型腔的设计一、热锻件图的制定和绘制热锻件图是根据冷锻件图制定的，但又不完全一样。在制定和绘制热锻件图时应注意以下几点：1.热锻件图的尺寸应比冷锻件图的相应尺寸增加一个收缩率。一般收缩率为1.5％，细长件或终锻温度较低的锻件可取1.2％～1.3％。2.当吨位不足产生模锻不足(打不靠)，可适当减小锻件的高度尺寸，其值可接近负偏差；当型腔承击面不足，易产生承击面塌陷时，可适当增加热锻件的高度尺寸，其值可接近正偏差。第三节终锻型腔的设计一、热锻件图的制定和绘制3.型腔容易磨损处，应在锻件负公差的范围内增加一定磨损量，以提高锻模寿命。4.锻件上形状复杂且较高的部分应尽量放在上模。第三节终锻型腔的设计二、开式模锻成形过程1.镦粗变形；2.飞边形成；3.型腔充满；4.打靠；第三节终锻型腔的设计三、开式模锻的应力应变分析1.镦粗变形；2.飞边形成；3.型腔充满；第三节终锻型腔的设计三、开式模锻的应力应变分析4.打靠；第三节终锻型腔的设计四、飞边槽的确定开式模锻的终锻型腔周边必需设置飞边槽，其形式及尺寸大小对锻件成形影响很大：1.飞边槽的影响因素与作用根据飞边对锻件质量、模具寿命、材料消耗、能量消耗等可能引起的影响及锻件成形的难易程度，选用合理的飞边槽结构。其作用如下：第三节终锻型腔的设计四、飞边槽的确定3）起缓冲作用，减轻上下模打击，防止锻模早期破裂和压塌；4）容易切边。1）容纳多余的金属；2）增加金属流入型腔的阻力，迫使金属更好地充满型腔；第三节终锻型腔的设计四、飞边槽的确定1.飞边槽的形式第三节终锻型腔的设计五、钳口的选定钳口是供放置钳子夹持毛坯用，当浇型检验型腔时，钳口可作浇型的浇口。在终锻型腔和预锻型腔的前端一般要设计钳口。第三节终锻型腔的设计五、钳口的选定第四节预锻型腔的设计对于形状复杂的锻件需经预锻方能成形。1.预锻可以改善金属在终锻型腔中的流动情况；2.避免在锻件上形成折伤；3.更好地充满型腔；4.减少终锻型腔的磨损，提高锻模的使用寿命。预锻型腔的作用第四节预锻型腔的设计对于形状复杂的锻件需经预锻方能成形。1.终锻型腔不能设计在锻模中心，产生偏心打击，引起上下模产生偏移；2.增加了模块尺寸；3.对于尺寸较大的锻件，当需要预锻和终锻两副模具联合生产时，要增加设备，生产率低。设计预锻型腔后，产生的问题第四节预锻型腔的设计预锻型腔一般用于有工字截面、叉形和带有较高筋的锻件。第四节预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计1.预锻型腔各处圆角半径要比终锻型腔大；为了便于制造，一般取R＝max(Rn)当h=b1时R3＝R1当h=b1时R3＝1.2R1+3第四节预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计1.预锻型腔各处圆角半径要比终锻型腔大；对于锻件急转弯处，截面突然改变的地方，其圆角半径应适当增大。第四节预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计2.型腔的宽与高；预锻后的毛坯在终锻过程中应以镦粗成形为主。因此，预锻型腔的高度应比终锻型腔的大2～5mm，宽度则比终锻型腔小1～2mm；横断面积应比终锻型腔稍大一些，即预锻型腔的容积略大于终锻型腔，预锻型腔不设飞边槽。第四节预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计3.模锻斜度；预锻型腔的模锻斜度与终锻相同。筋的尺寸设计。第四节预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计4.特殊剖面对锻件个别部位需进行特殊设计，并以剖面的形式画出。（1）叉形劈开部分第四节预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计4.特殊剖面对锻件个别部位需进行特殊设计，并以剖面的形式画出。（2）工字形断面设计第四节预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计（2）工字形断面设计h2bB`=B-(2~3)h2bB`=B-(1~2)第四节预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计（2）工字形断面设计生产中常有的设计方法B1=B+(10~20)mmA=(1.0~1.1)A`第四节预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计（2）高肋生产中常有的设计方法第四节预锻型腔的设计二、模锻工步的选择合理的模锻工步能使毛坯符合金属的变形规律，得到良好质量的锻件，同时操作安全，金属消耗少，生产效率高。选择模锻工步时除主要考虑锻件的形状特征外，还应考虑生产条件和生产批量等情况。第四节预锻型腔的设计二、模锻工步的选择该类锻件的模锻工步一般采用镦粗、终锻或者镦粗、成形、终锻。（一）短轴类锻件第四节预锻型腔的设计二、模锻工步的选择该类锻件的模锻工步一般采用镦粗、终锻或者镦粗、成形、终锻。（一）短轴类锻件第四节预锻型腔的设计二、模锻工步的选择该类锻件的模锻工步一般采用制坯、预锻、终锻。制坯工序包括：拔长、滚挤、弯曲、压肩等。在选择制坯工步时，应考虑以下几点：（二）长轴类锻件1.毛坯的长度和截面与预锻件相近时，采用压肩、预锻、终锻；2.毛坯的长度和截面与预锻件相差较大或锻件有枝牙，金属沿轴线的分布不对称时，采用拔长、滚挤、预锻、终锻；第四节预锻型腔的设计二、模锻工步的选择（二）长轴类锻件3.带叉口的锻件均采用预锻，并在叉口部门设计劈料台；4.弯曲轴线锻件应采用弯曲、终锻；制坯工步的作用是初步改变原毛坯的形状，合理地分配金属，以适应锻件横截面面积要求，使金属能较好地采用弯曲、终锻。第四节预锻型腔的设计二、模锻工步的选择毛坯沿轴向的金属分配对不同锻件要求是不一样，合适的形状应该是:在保证型腔充满的条件下，在模锻之后，锻件各处飞边均匀，亦即应使毛坯上各截面的面积等于锻件长度上各相应截面面积加上飞边的面积。按这一要求得到的毛坯，通常称为计算毛坯。计算毛坯是拔长、滚挤、压肩工步设计的基础。（二）长轴类锻件第四节预锻型腔的设计1、计算毛坯计算毛坯的长度等于锻件的长度，即L计=L锻弯曲锻件计算毛坯的长度分三种情况：A.弯曲时毛坯无拉长现象（1）计算毛坯的长度第四节预锻型腔的设计1、计算毛坯B.弯曲时毛坯拉长现象严重可近似地取锻件水平投影的长度。第四节预锻型腔的设计1、计算毛坯（2）计算毛坯的各截面与计算毛坯截面图截面图的特点是：其上各部分的面积乘以比例系数，即代表计算毛坯上相应部分的体积。flashfjAAA2第四节预锻型腔的设计1、计算毛坯（3）计算毛坯各截面直径及毛坯直径图（4）计算毛坯平均面积及其平均直径jjAd13.1jXjjLMALVAAd13.1第四节预锻型腔的设计1、计算毛坯（5）计算毛坯的头部和杆部第四节预锻型腔的设计1、计算毛坯（6）计算毛坯形状的简化第四节预锻型腔的设计1、计算毛坯（7）简单/复杂计算毛坯第四节预锻型腔的设计2、制坯工步的确定需综合考虑如下因素：α＝dmax/dP越大，挤到头部的金属就越多，应采用聚料效果较高的制坯工步；β＝Lj/dP越大，金属沿轴向移动的距离越大，应采用拔长效率较高的制坯工步；锥度K=(dk-dmin)/Lg越大，金属在制坯型腔中变形时作用在金属上的水平分力越大；锻件的质量M越大，标志着流动金属的体积越大；第四节预锻型腔的设计2、制坯工步的确定需综合考虑如下因素：第五节其它腔的设计一、拔长型腔设计拔长型腔和拔长台是用来减小毛坯某部分的横断面积，同时增加其长度，具有分配金属的作用。但毛坯被拔长部分较短时，用拔长台拔长。第五节其它腔的设计一、拔长型腔设计第五节其它腔的设计二、滚挤型腔设计滚挤型腔用来减小毛坯某部分的横截面积而增大另一部分的横截面积，并少量增加毛坯的长度，起到分配金属的作用，使毛坯接近于计算毛坯的形状，同时滚光毛坯表面，避免产生折叠和去除氧化皮。第五节其它腔的设计二、滚挤型腔设计第五节其它腔的设计二、滚挤型腔设计第五节其它腔的设计二、滚挤型腔设计第五节其它腔的设计二、滚挤型腔设计第五节其它腔的设计三、卡压型腔设计卡压型腔亦称压肩型腔，其作用是用来略为减少毛坯高度，增大宽度，使头部有少量聚料作用。毛坯卡压型腔中只锤击一次，并平移送入预/终锻型腔。第五节其它