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1、1236.1 概述一、定义利用模具对金属施加力，使之产生塑性变形，充满模膛，获得给定形状和尺寸的锻件的锻造工序。模锻件的特点及应用尺寸精度高；锻件形状复杂；操作简单，生产效率高；流线完整、性能好。特点：应用：中、小型锻件的成批和大量生产为什么？答案：1）受模锻设备吨位的限制；2）锻模成本高。6二、模锻设备 模锻锤 热模锻压力机 液压机（水压机、油压机） 摩擦压力机 平锻机等相对于自由锻设备而言，模锻设备精度、刚度更高。国内最大的22000吨锻压设备，其中不可拆卸 的最大零件就重达500吨。 由中国重型机械研究院（原西安重型机械研究 所）设计并技术总负责、上海重型机器厂有限 公司制造的1.65万
2、吨自由锻造油压机,具有锻 造600吨以上锻件能力，可满足大型核电、火 电、水电、船舶、化工、机械制造等关系我国 经济建设和国防安全的重点工程项目所需大型 锻件的需求。模锻设备锻造力性质锻件精度 生产率模锻锤冲击力较低较低曲柄压力机 压力较高较高平锻机压力较高较高摩擦压力机 冲击力压力 较高较低(1)模锻锤可以镦粗、拔 长、滚挤、弯 曲、成形、预 锻、终锻。长 轴 类 锻 件短 轴 类 锻 件9(2)曲柄压力机行程不能调节； 不能拔长和滚挤； 每个变形工步在一次行程中完成。11热模锻压力机(3)平锻机平锻机上模锻过程及其锻件(4)摩擦压锻机螺杆与滑块非刚性连接 ，承受偏心能力差；滑块行程、打击能
3、量可 自动调节。摩 擦 压 力 机17液压机（水压机、油压机）19三、模锻分类1、 按使用设备分 锤上模锻 摩擦压力机上模锻 热模锻压力机上模锻 平锻机上模锻 液压机上模锻等202、 按变形温度分 热模锻 温锻（700左右） 冷锻213、 按模具结构分 开式模锻 闭式模锻22四、模具对金属变形流动的影响四、模具对金属变形流动的影响 控制锻件的最终形状和尺寸；（充满模膛、一模一样） 控制金属流动的方向；（局部变形：轧制） 控制塑性变形区；（改变变形区的应力场：拉拔、缩口） 提高金属的塑性；（应力状态：压应力个数） 控制坯料失稳提高成形极限。（增加约束）236.2 开式模锻一、开式模锻的特点 上下
4、模的间隙与模块运动方向垂直； 上下模的间隙随着上下模的相互靠近而减小； 锻件有横向飞边。24二、开式模锻各阶段金属的变形流动分析1、 第一阶段从模压开始，直到坯料与模具侧壁接触为止，该阶段类似于自由镦粗或孔板间镦粗。特点：金属处于三向压应力状态（不太明显），变形抗力相对较小，还未形成飞边。26开 式模 锻 第 一阶 段27图中A区为直接受力区，A区相当于环形件镦粗，存在流动分界面，分界面位置随金属向内（外）流动阻力的增加而向内（外）移动。B 区为间接受力区，其受力和变形是由 A 区的塑性变形引起的，可看成是在圆形砧内的拔长。282、 第二阶段从坯料与模具侧壁接触到金属完全充满模膛为止。特点：金
5、属处于明显的三向压应力状态，变形抗力迅速增加。金属开始由桥口处流出，形成飞边并逐渐减薄。30开式模锻第二阶段313、 第三阶段（打靠阶段）从金属充满模膛到上下模打靠为止，此时多余金属从桥口流出。特点：塑性变形仅仅局限在分模面附近，其它部位则处于弹性状态，变形区的应力、应变状态与薄件镦粗相同。变形抗力及飞边阻力急剧上升。模锻锻成形 力行程曲线线锻造成形力-行程曲线。可见，力-行程曲线呈单调增趋势，锻造结束时，成形力达到最大值。模锻时力-行程曲线呈现出明显的阶段性特征，后期成形力急剧增大。 34三、开式模锻时影响金属成形的主要因素1、 成形方式2、 模膛的尺寸和形状3、飞边槽的影响4、设备工作速度
6、的影响381、 成形方式镦粗方式：易充填模膛； a）压入方式：不易充填模膛。b）P106 图6-16392、 模膛的尺寸和形状1） 变形金属与模壁间的摩擦系数摩擦系数越小越有利于充填。402） 模具斜度斜度大有利于取件，但对充填模膛不利。413） 模膛孔口圆角半径成形：R过小充填困难；锻件：R过小易形成折叠，易切断流线，锻后不易取出；模具：R过小模具易变形（压塌）。434） 模膛的深度和宽度模膛深度越深，宽度越窄，对充填型腔越不利。5） 模具温度温度降低对充填不利，模具一般要预热200300。441） 飞边槽的组成 桥口主要作用是阻止金属外流，迫使金属充满模膛，且使飞边变薄，以便于切除。 仓部
7、仓部的作用是容纳多余金属，避免金属流到分模面上，影响上下模打靠。3、飞边槽的影响45462）飞边槽的作用调节作用：容纳多余金属； 阻流作用：增大金属外流的阻力迫使金属充满模膛；缓冲作用：避免上下模直接打击。473） 飞边槽的阻力（为2b）该力在桥口处引起的径向压应力（桥口阻力）为=2b/hb/h。484）飞边阻力的确定阻力太大易使上下模打不靠，太小则不易充满模膛。当模膛较易充满时飞边阻力可取小一些，反之取大一些。具体地说：49(1) 锻造方式与设备不同：高速锤上模锻的飞边阻力锤上模锻摩擦压力机上模锻胎模锻；(2) 进行模具设计时，既要考虑比值b/h也要考虑b和h的大小（考虑模具强度及模具加工）
8、；50(3) 对同一个锻件的不同部位而言，复杂部分应加大飞边阻力，简单部分应减小飞边阻力，为简便起见。通常固定h而改变b（考虑模具强度及加工方便）。515） 飞边槽的类型(1) 小飞边消耗于飞边的金属较少，由于模具侧壁的作用迫使金属首先充满模膛，但要求下料准确，且要将飞边设置在变形较困难的地方，这种飞边在平锻机上应用较广。5253(2) 楔形飞边消耗于飞边的金属少，飞边的斜面部分将产生水平分力， 阻止金属的横向流动，使金属较早地充满模膛，缺点在于切边 困难。54(3) 扩张形飞边槽用于锻件形状较简单且易充满成形，但因某种原因变形力较大，易产生模锻不足的情形。55(4) 无飞边模锻（闭式模锻）5
9、6注 意：为什么总是把锻件复杂的部分、难成形的部分放在上模？4、设备工作速度的影响一般地，设备工作速度高金属变形流动的速度就快，这将引起摩擦系数的下降，金属流动的惯性和热效应更加突出。586-3 闭式模锻（无飞边模锻）一、闭式模锻的特点 上下模的间隙与模块运动方向平行； 上下模的间隙随着上下模的相互靠近没有变化； 锻件有纵向飞刺（很小的飞边）。5960二、闭式模锻的优缺点1、 优点 节约材料（约30%） 节约加工工时及设备（无切边） 有利于金属充填模膛 有利于低塑性材料的成形612、缺点 要求坯料体积准确； 对坯料的形状和定位要求高； 要求设备能控制其压下量和变形能量； 要求设备有顶出机构；
10、加热质量要求高，一般要求用电炉（氧化少）。挖掘机斗齿64三、闭式模锻变形过程分析1、 第一阶段（基本成形阶段）从金属开始变形到基本充满模膛，此阶段变形力的增加相对较慢。65由于模膛及坯料形状的不同，金属变形流动的形式可能是镦粗成形、压入成形、冲孔成形或挤压成形，可以是整体变形或局部变形。662、 第二阶段（充满阶段）从第一阶段末到完全充满模膛，此阶段变形力增加较快（可增大23倍），模具压下量很小。67不管第一阶段以何种方式成形，第二阶段的变形情况都是相似的：本阶段开始时坯料端部的锥形区和坯料中心区域都处于（或接近于）三向等压应力状态，不能产生塑性变形。变形区位于未充满处附近的两个刚性区域之间，
11、且随着变形过程的进行而逐渐减小，最后消失。683、 第三阶段（形成纵向飞边阶段）此时坯料基本上已成为不变形的刚性体，只有在极大的模压力下，或在足够大的打击能量作用下，才能使端部的金属产生变形流动，形成纵向飞边。飞边的厚度越小、高度越大，模膛侧壁所受的压应力也越大。69该阶段的变形对闭式模锻有害无益，是不希望出现的，它不仅影响模具寿命，而且容易产生过大的纵向飞边，增加清除飞边的难度。704、 综合分析三个阶段 闭式模锻变形过程宜在第二阶段结束，即在形成纵向飞边前结束，允许分模面处有少量充不满或仅形成很矮的纵向飞边； 锻件的 H/D越小，模壁受力状况越好； 坯料体积要精确； 打击能量或模压力对成形
12、影响很大；71 坯料形状尺寸及其在模膛中的定位，对金属 分布的均匀性影响很大。(a、b、c) 第一阶段(d) 第二阶段73四、坯料体积和模膛体积变化对锻件尺寸的影响坯料体积或模膛体积的变化主要反映在锻件的高度尺寸上：H=V/AV=模膛体积-坯料体积74五、打击能量和模压力对成形质量的影响 在不加限程装置的情况下，打击能量（或模压力）合适时，成形良好，过大则产生飞边，过小则充不满； 对体积准确的坯料，增加限程装置可改善因打击能量过大而产生飞边的情况，以获得成形良好的锻件；75 对机械压力机，其行程固定，模压力的大小和成形情况取决于坯料体积的大小。闭式模锻时采取有效措施吸收剩余打击能量和容纳多余金
13、属是保证成形质量、改善模具受力情况、提高模具寿命的重要途径。76六、各类锻压设备闭式模锻的特点1、液压机静载，可以控制压力大小使变形过程在产生飞 边前结束。772、 平锻机行程固定，坯料长度可准确调节（坯料体积变化很小），可以不产生或只产生很小的飞边。遇意外情况产生很大的飞边时，侧向力急剧增加，夹紧滑块保险机构使凹模张开而自行卸载，当工作载荷消除后保险机构可自行恢复。783、 锻压机具有与平锻机类似的工作特性，但不具备保证闭式模锻工艺稳定性的条件，遇闷车不能自行卸载和自行恢复。794、 模锻锤冲击大，打击强度、打击能量不易准确控制，锻模寿命低，纵向飞边较大且不易脱模（无顶出机构）。805、 螺
14、旋压力机由于系统刚度的限制，最大打击力（冷击力）有一定限度，对纵向飞边有一定限制作用。要从模具结构上想办法吸收剩余能量和保证锻件最小高度尺寸。816、 高速锤有顶出机构，设备打击能量控制较准确，但模具寿命低（要求严格控制打击能量和坯料体积，并解决剩余能量的吸收问题）。827、 自由锻锤（胎模锻）打击强度远小于模锻锤，打击能量较易控制，模具的弹性变形可吸收部分剩余能量，取件较方便。83闭式模锻在模锻锤和锻压机上的应用受到限制，而在液压机、平锻机、螺旋压力机、高速锤和自由锻锤上都是可行的。846-4 挤压一、定义金属在三向不均匀压应力作用下，从模孔中挤出，流入模膛内获得所需形状尺寸的制品或零件的锻
15、造工序。85二、分类1、按金属流动方向与模具运动方向的相对关系分 正挤压：金属流动方向与模具运动方向相同； 反挤压：金属流动方向与模具运动方向相反；86 复合挤压：相同+相反； 径向挤压：金属沿径向流动，流动方向与模具运动方向垂直。2、按变形温度分 冷挤 温挤 热挤88三、 挤压 过程的应 力应 变分 析89 A区：直接受力区，相当于外径受限的圆环镦粗 B区：间接受力区，相当于圆形砧内拔长90四、挤压筒内金属的变形流动1、 金属与筒壁间摩擦系数较小、坯料较高金属在挤压筒孔口附近有显著的塑性变形，冲头下部金属近似刚性下移，死区较小。912、 金属与筒壁间摩擦系数很大、坯料较高挤压筒内金属变形不均
16、匀，轴心部分金属流动很快，靠近筒壁处的外层金属流动很慢，死区较大。随着冲头向下运动，A 区金属的变形先从上部开始，并向轴心部分流动。变形结果：原坯料后端的外层金属挤压后进入了零件的前端。933、 金属与筒壁间摩擦系数较大、坯料较高挤压筒内所有金属都有显著的塑性变形，且轴心部分金属流动较快，死区较大。9495五、死区的应力应变分析1、死区形成的原因 摩 擦：挤压筒底部和侧壁的摩擦 温度降：挤压筒底部和侧壁的冷却作用962、 死区可能的变形情况 有少量变形（变形流动缓慢）A、B区的变形流动对死区有拉动作用，使得该区有可能产生少量的变形。97 不变形死区与变形区交界处产生了强烈的剪切变形，可能引起剪裂和折叠，此时死区实际上起到了模具的作用。若这种强烈的剪切变形保留在工在表面，可能引起工件表
