锻造工艺过程及模具设计第7章模锻工艺

第7章模锻工艺过程7.1常用模锻设备及其工艺过程特征7.1.1模锻锤及其工艺过程特征第7章模锻工艺过程一、模锻锤的特点（1）结构简单、工艺过程性能好、生产效率高、设备造价低、适合于多模膛锻造。（2）模锻锤的打击能量可在操作中调整，能实现轻重缓急打击。（3）振动大、噪音大、工人劳动强度大。图7.1模锻锤的外观和操纵系统第7章模锻工艺过程二、锤锻模的结构锤锻模由上下两个模块组成，两模块借助燕尾、楔铁和键块分别紧固在锤头和下模座的燕尾槽中。燕尾使模块固定在锤头（或砧座）上，使燕尾底面与锤头（或砧座）底面紧密贴合。楔铁使模块在左右方向定位。键块使模块在前后方向定位。图7.2锤锻模结构1－锤头2－上模3－下模4－模座5－分模面第7章模锻工艺过程三、锤上模锻的分类1、按模锻时有无飞边分为开式模锻及闭式模锻.无飞边模锻节省飞边损耗，提高材料利用率。锻件坯料一般需要锯切下料或车床下料。2、按模块上布置模膛的个数不同分为单模膛模锻和多模膛模锻.单模膛模锻适用于形状简单的锻件。多模膛模锻的坯料可在一次加热后连续塑性变形。3、按模块上终锻模锻件数的不同分为一模一件的单件模锻和一模多件的多件模锻。第7章模锻工艺过程7.1.2热模锻压力机及其工艺过程特征热模锻压力机的机构和工作原理如图7.3所示。和锤上模锻相比，可以认为属于静压。振动小、噪音小、劳动条件好、操作安全，对操作工人技术要求低，便于实现机械化和自动化。第7章模锻工艺过程和同样能力的模锻锤相比，热模锻压力机的初次投资大，但维护费用低，动力消耗小。和摩擦压力机模锻相比，生产率较高，便于自动化。热模锻压力机结构复杂，制造条件要求高。第7章模锻工艺过程图7.3热模锻压力机机构及传动原理简图1-电动机2-小皮带轮3-大皮带轮（飞轮）4-传动轴5-小齿轮6-大齿轮7-离合器8-曲柄9-连杆10-象鼻形滑块11-上顶出机构12-上顶杆13-斜楔工作台14-下顶杆15-斜楔16-下顶出机构17-带式制动器18凸轮第7章模锻工艺过程热模锻压力机模锻工艺过程具有下列特点：1、对于横截面形状复杂、分模面接近圆形或方形的锻件(例如薄辐齿轮)，必须正确设计预锻工步。2、对于截面相差很大的长毛坯，一般需要用其它设备制坯。3、最好使用电加热及其它少无氧化加热，或在热坯料送进压力机前有效清除氧化皮。4、热模锻压力机导向精度较高，工作方式和普通冲床相近。第7章模锻工艺过程采用带导柱的组合模，能锻出精度较高的锻件。采用带镶块的组合模具，可节约大量模具钢。切边模也可以装在同一副模架上。第7章模锻工艺过程7.1.3螺旋压力机及其工艺过程特征图7.4摩擦压力机传动系统简图1-电机2-传送带3、5-摩擦盘4-轴6-飞轮7、10-连接杆8-螺母9-螺杆11-挡块12-滑块13-手柄目前国内用得较多的螺旋压力机是摩擦压力机。图7-4为摩擦压力机的传动系统简图。第7章模锻工艺过程1、摩擦压力机靠飞轮积蓄的能量工作，原则上可多次打击干大活。实际有效打击次数不超过3次。2、摩擦压力机兼有锻锤和压力机双重工作特性。对地基没有特殊要求。滑块没有固定的下死点和上死点。3、摩擦压力机设备制造成本低，劳动条件好。4、摩擦压力机的缺点是生产率低、传动效率低、抗偏载能力差。第7章模锻工艺过程工作部分作水平往复运动的模锻设备称为水平锻造机，简称平锻机。平锻机有两个滑块，主滑块沿水平方向运动，侧滑块垂直于主滑块运动方向运动。有垂直分模平锻机和水平分模平锻机两种。图7.5平锻机传动原理示意图1-主滑块2-冲头3-前定料板4-固定凹模5-活动凹模6-侧滑块7.1.4平锻机及其工艺过程特征第7章模锻工艺过程一、平锻机工艺过程特点：1．锻造过程中坯料水平放置，坯料长度不受设备工作空间限制。2．有垂直分模面和水平分模面两个分模面。3．导向性好，行程固定，锻件长度方向尺寸稳定性好。4．平锻机可进行开式和闭式模锻，可进行终锻成形和制坯，也可进行弯曲、压扁、切料、穿孔、切边等工步。第7章模锻工艺过程二、平锻机模锻有如下缺点：1．平锻机结构复杂，价格贵、投资大。2．一般要用高精度热轧钢材或冷拔钢材。3．锻前需清除坯料上的氧化皮。4．平锻机工艺过程的适应性差，不适宜模锻非对称锻件。5．垂直分模平锻机不易实现操作机械化和自动化。第7章模锻工艺过程三、与垂直分模平锻机相比，水平分模平锻机在设备结构方面有如下优点：1．水平分模平锻机的传动环节少，基本零件数量比垂直分模平锻机少25%~30%。2．工作机构安排在一个平面上，机身呈对称布置。3．轮廓尺寸比垂直分模平锻机的轮廓尺寸小。4．水平分模平锻机的夹紧力等于或略大于主滑块的模锻力。第7章模锻工艺过程四、和垂直分模平锻机相比，水平分模平锻机在操作上的优点：1．夹紧力大，可利用夹紧滑块作为模锻变形机构，扩大了应用范围，提高了锻件精度。2．模锻时坯料沿水平方向传送，易于实现机械化和自动化。第7章模锻工艺过程五、和垂直分模平锻机相比，水平分模平锻机有如下缺点：1．曲柄连杆式的夹紧机构，夹紧保持时间有限，不宜进行深冲孔和管坯端部镦锻成形。2．连续锻造时，要辅助装置把锻好的锻件从模具表面卸开，而垂直分模平锻机可依靠锻件自重由两半凹模间落下。3．不易从凹模中清除氧化皮和冷却水，安装和调整模具也太方便。第7章模锻工艺过程7.2模锻工艺过程及模锻件分类7.2.1圆饼类锻件圆饼类锻件一般指在分模面上锻件的投影为圆形或长宽尺寸相差不大的锻件。模锻时，坯料轴线方向与打击方向相同。这类锻件常利用镦粗台或拍扁台制坯。圆饼类锻件的分类如图7.6。第7章模锻工艺过程图7.6圆饼类锻件a)简单形状b)较复杂形状c)复杂形状第7章模锻工艺过程7.2.2长轴类锻件按外形、主轴线、分模线特征，长轴类锻件可分为：1．直长轴锻件：一般采用拔长制坯或滚挤制坯。2．弯曲轴锻件：除了可能要拔长制坯或拔长加滚挤制坯外，还要有弯曲制坯或成型制坯。第7章模锻工艺过程3．枝芽类锻件：带有突出部分。除了需拔长制坯或拔长加滚挤制坯外，还要有成型制坯或预锻制坯。4．叉类锻件：头部呈叉状。若杆部较短，除拔长制坯或拔长加滚挤制坯外，还要进行弯曲制坯；若杆部较长，需用带劈料台的预锻制坯工步，不需弯曲制坯。第7章模锻工艺过程表7.1长轴类锻件分组第7章模锻工艺过程7.2.3顶镦类锻件为了便于进行工艺过程设计和模具设计，根据模锻件的形状特征，可将平锻件分为4类。第7章模锻工艺过程1．带头部的杆类锻件原材料直径按锻件杆部选用；多为单件、后定料模锻；模锻工步为聚料、预锻和终锻；开式模锻时有切边工步。第7章模锻工艺过程2．无杆部的锻件原材料直径尽量按孔径选用；多为长棒料、前定料连续锻造；主要工步为聚料、冲孔、预锻、终锻和穿孔。第7章模锻工艺过程3．管材镦粗原材料直径按锻件杆部的管子规格选用，基本是单件、后定料模锻；加热部分略超过变形部分尺寸；主要工步为聚料、预锻和终锻。第7章模锻工艺过程4．联合模锻件根据锻件的形状、尺寸，采用其它设备制坯、平锻机上成形；或者平锻机上制坯、其它设备成形；或采用不同设备成形锻件的不同部位。第7章模锻工艺过程7.3模锻件图设计模锻件图是模锻生产过程、模锻工艺过程规范制订、锻模设计、锻模检验及锻模制造的依据。模锻件图是根据产品图设计的，分为冷锻件图和热锻件图两种。第7章模锻工艺过程冷锻件图即为锻件图。冷锻件图用于最终锻件的检验和校正模的设计，也是机械加工部门制定加工工艺过程，设计加工夹具的依据。热锻件图用于锻模设计和加工制造。热锻件图是对冷锻件图上各尺寸相应地加上热胀量而绘制的。第7章模锻工艺过程7.3.1锤上模锻件图设计1．分模面位置的选择确定分模面位置最基本的原则是保证锻件形状尽可能与零件形状相同，以及锻件容易从锻模模膛中取出。第7章模锻工艺过程确定分模面时，应以镦粗成形为主，还应考虑材料利用率。分模面的位置与模锻方法直接有关，它决定着锻件内部金属纤维方向。锻件分模位置一般都选择在具有最大轮廓线的地方。此外，还应考虑下列要求：第7章模锻工艺过程（1）尽可能采用直线分模（图7.7），使锻模结构简单，防止上下模错移。图7.7直线分模防错移第7章模锻工艺过程（2）尽可能将分模位置选在锻件侧面中部，如图7.8。这样易于在生产过程中发现上下模错移。图7.8分模位置居中便于发现错模第7章模锻工艺过程（3）对头部尺寸较大的长轴类锻件可以折线分模，使上下模膛深度大致相等，使尖角处易于充满，如7.9所示。图7.9上下模膛深度大致相等易充满第7章模锻工艺过程（4）当圆饼类锻件H≤D时，应采取径向分模，不宜采用轴向分模（图7.10）。图7.10圆饼类锻件分模位置（5）锻件形状较复杂部分应该尽量安排在上模。第7章模锻工艺过程2．加工余量和公差的确定锻件上凡是尺寸精度和表面品质达不到零件图要求的部位，需要在锻后进行机械加工，这些部位应预留加工余量。模锻件的加工余量要大小恰当。精密模锻的目的是在不影响零件加工品质的前提下模锻出小余量精锻件。第7章模锻工艺过程锻件的精度可用锻成尺寸与锻件公称尺寸的偏差判定。锻件图上的公称尺寸所允许的偏差范围称为尺寸公差，简称公差。(1)锻件的形状锻件形状的复杂程度由形状复杂系数S表示。S是锻件质量或体积(Gd，Vd)与其外廓包容体的质量或体积(Gb，Vb)的比值，即：S=Gd/Gb=Vd/Vb第7章模锻工艺过程代号组别形状复杂系数值形状复杂程度SlI0.63～1.0简单S2Ⅱ0.32～0.63一般S3Ⅲ0.16～0.32较复杂S4Ⅳ≤0.16复杂余量公差标准中，将锻件形状复杂系数分4级，见表7.3。表7.3锻件形状复杂程度等级第7章模锻工艺过程(2)锻件材质锻件材质由锻件材质系数按锻压的难易程度划分等级，材质系数不同，公差不同。航空模锻件的材质系数分为4类：M0——铝、镁合金；M1——低碳低合金钢(0.65％C，且Mn，Cr，Ni，Mo，V，W总含量在5％以下)；M2——高碳高合金钢(≥0.65％C，或Mn，Cr，Ni，Mo，V，W总含量在5％以上)；M3——不锈钢、高温耐热合金和钛合金。第7章模锻工艺过程(3)锻件的公称尺寸和质量根据锻件图的公称尺寸计算锻件的质量，再按质量和尺寸查表确定锻件余量和公差，在锻件图未设计前可根据锻件大小初定余量进行计算。第7章模锻工艺过程(4)模锻件精度模锻件精度与所使用的锻压设备类型、分模形式和模具状况有关。在查表确定锻件加工余量和公差时，应注意如下几个问题：第7章模锻工艺过程（A）一般表中的余量适用于表面粗糙度Ra=3.2~12.5。当表面粗糙度Ra大于或等于25μm时，应将该处余量增加0.25~0.5mm；当表面粗糙度Ra小于或等于1.6μm时，应将该处余量减少0.25~0.5mm。（B）对于台阶轴类模锻件，当其端部的台阶直径与中间的台阶直径差别较大时，可将端部台阶直径的单边余量增大0.5~1.0mm。（C）如果机械加工的基准面已经确定，可将基准面的余量适当减少。第7章模锻工艺过程3．模锻斜度的选择为了便于将成形后的锻件从模膛中取出，在锻件上与分模面相垂直的平面或曲面上必须加上一定斜度的余料，这个斜度就称为模锻斜度。外模锻斜度α和内模锻斜度β（图7.11）。在同一锻件上内模锻斜度β比外模锻斜度α大。锻件成形后，外模锻斜度有助于锻件出模，内模锻斜度的金属由于收缩反而将模膛的突起部分夹得更紧。图7.11模锻斜度示意图第7章模锻工艺过程4．圆角半径的确定锻件上凸起和凹下的部位均应带有圆角，如图7.12所示。凸圆角的作用是使金属易于充满，避免锻模在热处理和模锻过程中开裂。凸圆角半径r称为外圆角半径；凹圆角的作用也是使金属易于流动，防止模锻件产生折叠，还防止模膛过早磨损和被压塌。凹圆角半径R称为内圆角半径。图7.12圆角半径的相关尺寸第7章模锻工艺过程H/Br（mm）R（mm）≤20.05H+0.52.5r+0.52~40.06H+0.53.0r+0.540.07H+0.53.5r+0.5表7.4圆角半径计算表圆角半径的大小与模锻件各部分高度以及高度与宽度的比值H/B有关，可按表7.4给出的公式进行计算：第7章模锻工艺过程为保证锻件