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1、第六章 锤上模锻 1 谢利 xlustb 材料工程学院 锤上模锻：利用锻锤驱动完成模 锻成形的过程，简称锤锻 蒸汽-空气模锻锤、液压模锻锤、 对击模锻锤、机械锤和模锻空气 锤 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。 2 3 4 一、模锻锤的特点 工艺灵活、适应性广 优点：（1）锤头行程和 打击速度操控方便；（2）抗 偏载能力强；。 缺点：（1）锻件精度不 高；（2）锻模寿命低；（3 ）难以实现
2、自动化； 二、锤锻工艺流程 见课本图6-2 图图7.1 7.1 模锻锤的外观和操纵系统模锻锤的外观和操纵系统 6.1锻锤工艺特点及模锻工艺流程 5 6.2 模锻件分类 第一类锻件：短轴类或饼类锻件 主体轴线立置于模膛成形，水平方向二维尺寸相近 的锻件。其特点是： 锻件的主轴线尺寸小于其它两个方向的尺寸； 变形工序的作用力方向与主轴线方向一致； 模膛中的金属变形是体积变形。 这类锻件常利用镦粗台或拍扁台制坯。 常见的短轴类件有法兰、齿轮、十字轴、万向节 等。 圆饼类锻件 a) 简单形状 b) 较复杂形状 c) 复杂形状 6 第二类锻件：长轴类锻件 主要特点： 锻件的主轴线尺寸大于其它两个方向的尺
3、寸； 变形工序的锻击方向一般垂直于主轴线； 金属主要沿着高度和宽度方向流动，由于在模 锻工步时金属沿主轴线基本上没有流动，又可称为平 面变形类。 此类锻件数量多，形状复杂。按锻件的几何形状 特征，也可分为四组：直长轴类、弯曲轴类、枝芽类 和叉类锻件。 通常采用拔长或滚压等工序成形； 7 长轴类锻件分组 8 第三类锻件：复合类锻件 兼备两种或两种以上结构的特征，横截面差 别很大，制坯过程复杂，金属在模膛内比较难填 充的 锻件；如“轴-盘-耳”结构的转向节。 9 6.3 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
4、，分为 冷锻件图和热锻件图两种。 10 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。 11 锤上模锻件图设计 6.3.1分模面位置的选择 确定分模面位置最基本原则是保证锻件 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。 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。 12 （1）尽可能采用直线分模，使锻模结构简单， 防止上下模错移。 直线分
5、模防错移 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： 13 （2）尽可能将分模位置选在锻件侧面中部。这 样易于在生产过程中发现上下模错移。 分模位置居中便于发现错模 14 （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。 上下模膛深度大致相等易充满 15 （4）当圆饼类锻件HD时，应采取径向分 模，不宜采用轴向分模。 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。 16 6.3.2 余块、余量和锻造公差 锻件上凡是尺寸精度和表面品质（表面粗糙度 ）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
6、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 提下模锻出小余量或者无余量精锻件。 17 1、锻件公差的种类 尺寸公差 包括长度、宽度、厚度、中心距、 角度、模锻斜度、圆弧半径和圆角半径等公差。 形位公差 包括直线度、平面度、深孔轴的同 轴度、错移量、剪切端变形量和杆部变形量等。 表面技术要素公差 包括深度、剪拉毛刺的尺寸 、顶杆压痕深度和表面粗糙度等。 各项公差都不应互相叠加。 18 2、影响余量和锻件公差的因素 (1) 公称尺寸和锻件质量 锻件重量根据锻件图的公 称尺寸进行计算( 按锻件大小初定余量)。 (2) 锻件形状复杂系数(S) 为锻件的重
7、量或体积(Gd ，Vd)与其外轮廓包容体的重量或体积(Gb，Vb)的比值， 即：S = Gd/Gb = Vd/Vb 圆形锻件的外廓包容体按圆柱体计算； 非圆形锻件的外廓包容体按矩形六面体计算； 19 锻件形状复杂系数S可分为四个等级，S越小表示锻件形 状越复杂，见表6-2： 级别 代号 形状复杂系数值S 形状复杂程度 S1 0.631 简 单 S2 0.320.63 一 般 S3 0.160.32 较复杂 S4 0.16 复 杂 20 （3） 锻件材质系数(M) 按材料可锻性难易程度划分。 钢 质模锻件分为两类，M1，M2。 航标中将航空模锻件分为四类： M0： 铝、镁合金； M1：0.65%
8、C的碳钢或合金总含量 5.0%的合金钢 。 M2：0.65%C的碳钢或合金总含量5.0%的合金钢。 M3：不锈钢、高温耐热合金和钛合金。 21 3、余量和锻件公差的选取 选取余量和锻件公差的程序：零件公称尺寸 估选余量锻件公称尺寸估算锻件质量 查表修正 见课本P139示例。 22 6.3.3 模锻斜度（出模斜度或拔模斜度） 1、模锻斜度 定义： 为了克服模具的弹性收缩和摩擦阻碍作用，易于取件 。在锻件侧表面上需要一定的斜度，称为模锻斜度。 侧表面指，在锻件上与分模面相垂直方向上的平面或 曲面。 包括它固有的斜度（也就是自然斜度）和锻件侧表面 上所附加的斜度。 热锻件冷缩会离开模膛侧壁的部位称为
9、外斜度（锻 件外壁上的斜度） 热锻件冷缩会更加紧贴模膛侧壁的部位称为内斜度 （内壁上的斜度） 23 2、选择原则：取件方便，节省金属材料和加工 (1)在保证出模的前提下，模锻斜度应尽量小。（ 最小原则） 大到一定值时，可自动脱模，但太大将会增大 金属的消耗量和余量。 但是，为了便于出模，高度较小的锻件可采用较 大的斜度，这时，多消耗的金属量不大。如： H60mm。 以利于金属流动，避免产生折叠和模具过早磨损或压 塌。但冲除时易使锻件走样。 尺寸为： S大=1.35S；S小=0.65S； d1=(0.250.3)d 或d1=0.12d+s s按平底连皮厚度计算） 29 3、带仓连皮 若锻件需采用
10、预锻成形，对于较大的孔， 可在预锻时采用斜底连皮，而在终锻时采用带仓连皮。 优点是周边薄，易冲除。 带仓连皮的实质就是内飞边槽，仓部的作用是为斜 底连皮回流提供空间。 30 4、压凹 当锻件内孔直径较小，不易锻出连皮，应改为压凹形式 ，通过压凹变形有助于小头部分饱满成形。 压凹 带连皮的模锻件，不需绘出连皮的形状和尺寸。产品 图的主要轮廓线要用点划线在模锻件图上表示，便于表示 各部分的加工余量。 31 6.3.6 锻件图和锻件技术条件 锻件图(冷)是在零件图基础上，加上余量、余块 或其它特殊留量后绘制的图，图中锻件外形用 粗实线表示，零件外形用双点划线表示。 锻件的公称尺寸与公差注在尺寸线的上
11、面，而 零件的尺寸注在尺寸线的下面的括号内。 32 锻件图中无法表示的有关锻件质量和检验要求的内容， 列入技术条件： 未注明的模锻斜度和圆角半径R； 允许的错移量和残余飞边的宽度； 允许的表面缺陷深度； 锻后热处理方法及硬度要求； 表面清理方法； 需要取样的取样位置； 其它特殊要求，如直线度、平面度等。 33 6.4 模锻模膛设计 模锻模膛包括：终锻模膛和预锻模膛。 任何锻件的模锻工艺过程都必须有终锻，都 要用终锻模膛。 模锻件的几何形状和尺寸靠终锻模膛保证， 预锻模膛要根据具体情况决定否采用。 34 6.4.1终锻模膛设计 终锻模膛是锻模中各种模膛的最主要的模膛 ，它用来完成锻件最终成形的终
12、锻工步。 通过终锻模膛可以获得带飞边的锻件。 终锻模膛通常由模膛本体、飞边槽和钳口三 部分组成，其中模膛本体是根据热锻件图设 计的。 终锻模膛设计的主要任务是设计热锻件图、 选择飞边槽和设计钳口。 35 热锻件图是将冷锻件图的所有尺寸计入收缩 率而绘制的。钢锻件的收缩率取1.2%-1.5% ；钛合金锻件取0.5%-0.7%；铝合金锻件取 0.8%-1.0%；铜合金锻件取1.0%-1.3%；镁 合金锻件取0.8%左右。 加放收缩率时，对无坐标中心的圆角半径不 加放收缩率；对于细长的杆类锻件、薄的锻 件、冷却快或打击次数较多而终锻温度较低 的锻件，收缩率取小值；带大头的长杆类锻 件，可根据具体情况
13、将较大的头部和较细杆 部取不同的收缩率。 1、热锻件图设计 36 由于终锻温度难以准确控制，不同锻件的准确收 缩率往往需要在长期实践中修正。 一般情况下，热锻件图形状与锻件图形状完全相 同。但在某些情况下，需将热锻件图尺寸作适当 的改变以适应锻造工艺过程要求。 (1) 模膛易磨损处，应在锻件负公差范围内减小 模膛尺寸（预留磨损量），以在保证锻件合格率 的情况下延长锻模寿命。 如图所示的齿轮锻件，轮辐 部分易磨损，使锻件轮辐 厚度增加。因此，应将热 锻件图上的尺寸A比锻件图 上的相应尺寸减小0.5-0.8 mm。 37 (2) 形状复杂且较高的部位 应尽量放在上模。 在特殊情况下要将复杂且 较高
14、的部位放在下模时， 锻件在该处表面易“缺肉 ”（充不满）。这是由于 下模局部较深处易积聚氧 化皮。如图所示的曲轴， 可在其热锻件图相应部位 加深约2 mm。 38 (3) 当设备的吨位偏小，上下模有可能打 不靠时，应使热锻件图高度尺寸比锻件图 上相应高度减小(接近负偏差或更小一些) ，抵消模锻不足的影响。相反，当设备吨 位偏大或锻模承击面偏小时，可能产生承 击面塌陷，应适当增加热锻件图高度尺寸 ，其值应接近正公差，保证在承击面下陷 时仍可锻出合格锻件。 39 (4) 锻件某些部位在 切边或冲孔时易产生 变形而影响加工余量 ，应在热锻件图的相 应部位增加一定的弥 补量，提高锻件合格 率，如图所示
15、。 40 (5) 一些形状特别的 锻件，不能保证坯 料在下模膛内或切 边模内准确定位。 在锤击过程中，可 能因转动而导致锻 件报废。热锻件图 上需增加定位余块 ，保证多次锻击过 程中的定位以及切 飞边时的定位。 41 在绘制热锻件图时还需将分模面和冲孔连 皮的位置、尺寸全部注明，写明未注圆角 半径、模锻斜度与收缩率。高度方向尺寸 以分模面为基准，以便锻模机械加工和准 备检验样板； 在热锻件图中不需注明锻件公差和零件的 轮廓线。 42 2、飞边槽及其设计 锤上模锻为开式模锻，一般终锻模膛周边必须有飞 边槽。 飞边槽作用： a. 增加金属流出模膛阻力，使金属充满模膛； b. 容纳多余金属； c. 锻造时飞边起缓冲作用，减弱上模对下模的 打击，使模具不易压塌和开裂； d. 飞边处厚度较薄，便于切除。 43 (1) 飞边槽的结构形式 飞边槽一般由桥口与仓 部组成。 形式I：基本型（标准形），一般都采用此种形 式。其优点是桥口在上模，模锻时受热时间短 ，温升较低，桥口不易压坍和磨损。 44 形式：倒置形，当锻件上模部分形状较复杂 ，为简化切边冲头形状，切边需翻转时，采用 此形式。当上模无模膛，整个模膛完全位于下 模时，采用此种形式飞边简化了锻模的制造。 45 形式：双仓形，此种结构的飞边槽特点是仓 部较大，能容纳较多的多余金属，适用于大型 和形状复杂的锻件。 46 形
