锻模设计(含实例)

锻模设计绘制热锻件图校正模设计终锻模膛设计预锻模膛设计飞边槽设计钳口设计锻模结构设计切边模设计制坯模膛设计确定模锻工序编制工艺流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，最终热处理、校正、清理和检验。备料加热制坯加热模锻切边冲切孔内连皮热处理表面清理最终检验冷精压冷校正工序间检验清除氧化皮去毛刺热校正一、模锻工艺过程的制定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1250T剪床加热（1240℃）感应加热炉辊锻制坯（二道）ø930辊锻机模锻成形（弯、预、终）120MN热模锻压力机切边1250T压床校正压平1600T液压机热处理调质清理酸洗校正100T液压机前轴是汽车中最重最大的锻件，原采用合金调质钢，经淬火、高温回火处理，每吨前梁热处理加热耗电达600KWh。采用低碳低合金空冷贝氏体钢，锻后无需热处理。5二、模锻方法单件模锻：一个坯料锻一件，一般用于较大锻件的锻造。调头模锻：锻制锻件重2～3kg，长度350mm。一模多件：一锻模内一次2～3锻件，重量0.5kg、长度80mm一模多件调头模锻多件合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Ⅰ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Ⅱ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Ⅲ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Ⅳ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、模膛尺寸计算热锻件图依据冷锻件图绘制。热锻件图上尺寸比冷锻件图中尺寸加大一个收缩率，即%)1(lL二、终锻模膛设计式中：δ—终锻温度下的合金收缩率。钢为1.2％～1.5％。从分模面起始标注模膛高度尺寸。2、飞边槽设计一般只有终锻模膛设计有飞边槽。一些复杂锻件，预锻模膛也采用飞边槽。开式模锻中的终锻模膛由模膛本部和飞边槽两部分组成。1）飞边槽作用Ⅰ产生足够大的横向阻力，促使模膛充满。热模锻压力机上模膛内横向阻力不太大。Ⅱ容纳坯料上的多余金属，起补偿与调节作用。Ⅲ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Ⅰ使用广泛，桥部与坯料接触时间短，能减轻桥部磨损。形式Ⅱ用于高度方向形状不对称锻件。可简化切边冲头形状。形式Ⅲ用于形状复杂，坯料体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、模膛的宽与高若终锻时以镦粗为主，预锻模膛的高度应比终锻模膛大2～5mm，宽度应小1～2mm。一般不设飞边槽。预锻模膛的横截面积F预应比终锻模膛相应处截面积F终大1%～3%，或按下式计算：F预=F终+（0.2～1）F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’=（0.8～0.9）h。若高宽比h/b较大，取小的系数，反之，取大的系数。2、模锻斜度预锻、终锻模膛的斜度相同。3、圆角半径：（C=2～5mm;模深大，取上限）４、带枝芽的锻件，预锻模膛的枝芽形状可简化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．cRR５、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α＞45°，叉部较窄时，可使用b型，有关尺寸如下：A=0.25B8＜A＜30；h=(0.4～0.7)H；α=10°～45°劈料台例如对带工字形断面的锻件，如各种连杆锻件，根据肋的相对高度来设计预锻模膛。如右图：当h≤2b时，B’=B－（2～3）mm;图a当h＞2b时，B’=B－（1～2）mm;图b预锻模膛舌形截面B1=B+(10~20)mm６、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。包括镦粗、拔长、卡压、滚挤、弯曲和扭转等一、圆饼类锻件采用镦粗制坯或成形镦粗制坯。轮毂较矮中间毛坯尺寸满足：D1＞D镦＞D2轮毂较高中间毛坯尺寸满足：（D1＋D2）/2＞D镦＞D2轮毂高，凸缘大有内孔，采用成形镦粗中间毛坯尺寸满足：H’1＞H1，D’1≤D1，d’≤d锻件毛坯二、长轴类锻件1、长轴类锻件的制坯工步主要采用拔长(或辊锻)、滚挤、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。1)直长轴线形用拔长、滚挤、卡压或辊锻工步等制成中间毛坯。技术要点：中间毛坯长度=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。辊锻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。辊锻弯曲预锻终锻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）计算毛坯(1)依据假定长轴类锻件在模锻时为平面应变状态，计算毛坯的长度与锻件长度相等。轴向各横截面积A计=相应处锻件横截面积A锻+飞边横截面积A飞，即：飞锻计AAA2式中η——充满系数。对于形状简单的锻件取0.3～0.5；对于形状简单的锻件复杂的取0.5～0.8。（2）“计算毛坯”的作图步骤：Ⅰ绘制冷锻件图；Ⅱ在锻件图上选取若干具有代表性的截面，分别计算出A计；Ⅲ求出各相关截面的折算高度h计，即用缩尺比M除A计，得：通常取（M=20～50mm2/mm）MAh/计计Ⅳ将折算高度h计等比例沿轴向画出锻件截面积分布图。（3）计算毛坯直径图计计Ad13.1折算高度h计表示该轴类锻件相关处的截面积。由此，计算毛坯上任一处的直径d计为：右图为完整的计算毛坯图,包括锻件图、截面图和直径图。(1)平均截面积与平均直径(2)确定计算毛坯的头部和杆部2)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：计计均LVA平均截面积：均均Ad13.1平均直径（图中虚线所示）：MAh均均;平均截面折算高度：均计dd杆部：均计dd头部：(3)几项繁重系数的计算①金属流入头部的繁重系数α：②金属沿轴向流动的繁重系数β：③杆部斜率K：④锻件重量G。均ddmax计拐LminddK=L计/d均dmax—计算毛坯的最大直径；dmin—计算毛坯的最小直径；d拐—杆部与头部交接处的直径：说明：α值越大，流向头部的金属体积越多；β值越大，金属沿轴向流动的距离越长；K值越大，表明杆部锥度大，小头和杆部金属过剩；G值越大，制坯难度加大。Mhd拐拐13.1上列式中：(4)根据繁重系数确定制坯工序的初步方案长轴类锻件可根据计算出的繁重系数在右示经验图表中查出制坯工序的初步方案，再依据生产试验修改确定。图中：不—表示无需制坯工序；卡—需卡压制坯；开—需开式滚挤制坯；闭—需闭式滚挤制坯。（5）长轴类锻件坯料的规格尺寸①坯料截面积：A坯=kA均；k=1.02～1.2由A坯求出坯料直径D或方坯边长a或b。②坯料长度：%1连飞件坯VVVV钳坯坯坯LSVL③坯料体积按下式计算：式中：δ—加热烧损率，％。第四节制坯模膛设计一、镦粗台与压扁台的设计镦粗台适用于圆饼类锻件。压扁台适用于近似矩形锻件的设计。镦粗台高度：h=V/（D2×π/4）式中D—镦粗后毛坯直径，镦粗台压扁台压扁台宽度：B=0.5B件＋B坯＋40压扁台长度：L=L坯＋40二、拔长模膛设计有关模膛设计参数，依据计算毛坯尺寸考虑。详见设计参考资料。拔长模膛用来减小坯料断面积，增加其长度，兼有清除氧化皮的作用。拔长模膛开式拔长模膛闭式拔长模膛三、滚挤模膛设计滚挤模膛用于减小坯料局部断面积，增大另一部分断面积，兼有清除氧化皮和滚光作用。滚挤模膛有开式、闭式、和非对称滚挤模膛三种结构形式。常用后两种结构。滚挤模膛非对称滚挤模膛闭式滚挤模膛滚挤模膛设计主要是确定模膛高度h、宽度B等尺寸。其结构尺寸详见锻模设计手册或其他参考资料。滚挤时金属流动情况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=k1k2A对于单作用锤吨位：G1=（1.5～1.8）G式中k1—锻件形状复杂系数，一般取k1=0.35～0.63；k2—材料系数，对于钢材，取k2=0.9～1.55；A—锻件和飞边（按飞边仓的50％计算）在水平面上的投影面积，mm2。（计算实例参考教材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=（6.4～7.3）kA，（kN）东风汽车公司锻造厂用的热模锻压力机吨位主要有1200、800、400、200MN（1MN=106N）等。2、平锻机吨位经验公式：F=57.5kA，kN。式中k—材料系数。取k=1.0～1.3；第六节锻模结构设计锻模有整体式、镶块式两种。模具块、镶块常用5CrNiMo、4Cr5MoSiV(H11)、4Cr5MoSiV(H13)等热作模具钢加工成。整体模具块、镶块一般用楔铁和燕尾槽安装在模架上。一、锻模合理结构的两个基本点1、锻模上无预锻模膛时，终锻模膛中心应与锻模中心重合。锻模中心为锻模燕尾槽中心线与键槽中心线的交点。2、有预锻模膛时，应把预锻模膛和终锻模膛分设在锻模中心两旁。a/b≤1/2或a≤1/3L二、热模锻压力机上锻模结构设计1、工步及工步图设计1）终锻工步设计主要内容是绘制热锻件图和确定飞边槽形式与尺寸。边槽主要起排泄和容纳多余金属作用。充填模膛的阻力作用相对次要。锻件高度由压机行程保证。上下分模面间保留一定间隙，不发生碰撞。间隙大小根据飞边槽高度而定。2）预锻工步设计预锻工步图根据终锻工步图设计。总的原则是使预锻后的坯料尽可能以镦粗方式进行。1、预锻工步图高度比终锻工步图相应高出2～5mm，宽度尺寸适当减小。2、若终锻件横截面为圆形，则相应的预锻件横截面为椭圆形。3、严格控制预锻件各部分的体积，使终锻时多余金属能够合理地流动。4、应考虑预锻件在终锻模膛中的定位问题。5、预锻模膛中的飞边槽，其桥部高度应比终锻模膛相应大30%-60%。桥部宽度和仓部高度可适当减小。预锻件在终锻模膛中的压入过程2、热模锻压力机上锻模结构设计特点压板紧固式模板结构1）多采用镶块装配结构。用压板紧固。上下模块与模座间加淬火垫板。用导柱、导套导向，立于模座一侧。下模中心处有顶料装置。2）模具闭合高度HH=2（h1＋h2＋h3）＋hn满足：H=A＋0.5a式中A—压机最小闭合高度；a—压机工作台最大调节高度。3）模壁厚度t，st=（1～1.5）h≥40mm。s≥（0.35～0.65）h式中h—模膛最宽处深度。4）排气孔如遇到终锻模膛中有较深的内腔，则应在深腔中金属最后充满处开设排气孔。5）推杆、顶料装置顶飞边顶锻件顶冲孔连皮正确不正确杠杆、托板三顶料装置第七节切边与冲孔模设计一、功能：切除飞边与冲孔连皮。二、结构：1、切边：凸模推压；凹模刃口剪切。2、冲孔：凹模支承；凸模刃口剪切。三、间隙：凸、凹模间保留一定间隙。第八节锻模设计实例汽车连杆的锻模设计技术条件1、模锻斜度7°；2、表面不应有未充满、分层、裂纹、毛刺、氧