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1、,第8章 模锻工艺过程,锻模是金属在热态或冷态下进行体积成形时所用模具的统称。由于各种模锻设备的工作特点不同，锻模的结构差别较大。本章对锻模按设备进行分类，分别介绍各种设备上的锻模设计，以介绍锤锻模设计为主。,锤上模锻,8.1 锤用锻模,8.1.1 模锻模膛设计,模锻模膛：终锻模膛、预锻模膛,1.终锻模膛设计,作用：完成终锻工步，获得带有飞边的锻件 。 组成：模膛本体、飞边槽、钳口 。1）热锻件图热锻件图上的尺寸等于冷锻件图尺寸收缩率。,减少尺寸A可延长模具奉命。,图8.1 齿轮锻件,将锻件复杂且较高的部位尽量放在下模，还可在相应部位加深。,图8.2 曲轴锻件局部加厚,图8.3 切边和冲孔易变
2、形锻件,图8.4 需增设定位余快的锻件,绘制热锻件图还需注意：标出分模面、冲孔连皮的位置和尺寸、未注圆角、模锻斜度、收缩率；高度方向尺寸以分模面为基准；不需标注零件的轮廓。,2）飞边槽及其设计飞边槽的作用：1.增加金属流出模膛阻力2.容纳多余金属3.起缓冲作用，减弱对下模的打击飞边槽的形式：标准式 倒置式双仓式 不对称式带阻力沟式,设计方法：吨位法 计算法,3）钳口及其尺寸定义：模锻模膛前面加工的空腔，一般由夹钳口与钳口颈组成作用：放置棒料及钳夹头、检验时作为浇口、起模形式：长棒料钳口特殊钳口圆形钳口公用钳口,2.预锻模膛设计作用：1.改善金属在终锻时的流动 2.避免折叠、裂纹和其他缺陷3.提
3、高模具寿命(1）预锻模膛的设计要点1.宽和高：保证终锻时以镦粗成形为主2.斜度：一般和终锻模膛相同3.圆角半径：一般比终锻大(R1=R+C),(2）典型预锻模膛的设计1.带工字断面锻件2.叉类锻件3.带枝芽锻件4.带高肋锻件,标准式： 一般采用此种型式。其优点是桥口在上模，桥口受热时间短，温升较低，不易压坍和磨损。,返回,图8.5 飞边槽的结构形式1,倒置型：当锻件的上模部分形状较复杂，为简化切边冲头形状，切边需翻转时，采用此型式。当上模无模膛，整个锻件模膛完全位于下模时，采用此型式的飞边简化了锻模的制造。,返回,图8.5 飞边槽的结构形式2,双仓型： 特点是仓部较大，能容纳较多的多余金属，适
4、用于大型和形状复杂的锻件,返回,图8.5 飞边槽的结构形式3,不对称型: 此种结构的飞边槽加宽了下模桥部，提高了下模寿命。此外，仓部较大，可容纳较多的多余金属。用于大型、复杂锻件,返回,图8.5 飞边槽的结构形式4,带阻力沟型: 更大地增加金属外流阻力，迫使金属充满深而复杂的模膛。多用于锻件形状复杂、难以充满的部位，如高肋、叉口与枝芽等处。,返回,图8.5 飞边槽的结构形式5,图8.6 钳口,返回,图8.7 常见的钳口形式,图8.8便于起模的特殊钳口,返回,图8.9 圆形钳口,返回,图8.10公用钳口,带工字断面锻件预锻模膛设计,返回,图8.11 工字形断面的不同预锻方法,图8.12 工字截面
5、锻件预锻模膛,叉类锻件的主要缺陷和变形流动,返回,图8.13 叉类锻件内端角充不满,图8.14 叉类锻件金属的变形流动,图8.15叉类锻件预锻模上制动槽的布置,返回,图8.16 叉形部分劈料台,图8.17 窄形叉形部分劈料台,图8.18 枝芽类锻件预锻模膛,返回,图8.19 带高肋锻件预锻模膛,8.1.2 制坯模膛设计,制坯模膛的作用：初步改变坯料的形状，合理分批坯料，使金属能较好的充满模膛。,制坯模膛的种类：拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛、成型模膛,1）拔长模膛,（1)拔长模膛的作用：减少坯料的截面积，增加坯料长度，去氧化皮。,（2)拔长模膛的形式：开式和闭式。,图8.20 开式拔长模膛,图8
6、.21 闭式拔长模膛,图8.22 拔长模膛的直排与斜排,图8-23 拔长台,拔长部分较短，或拔长台阶轴时，可以采用拔长台（图8.23），它是在锻模的分模面上留一平台，将边缘倒圆。,（3)拔长模膛的尺寸设计： 拔长模膛的坎部：主要工作部分，尺寸包括：高度、长度和宽度。 拔长模膛的仓部：容纳拔长后的金属。,坎部高度h：h=0.5(e- a)=0.5(3 a a)=,拔长后需要滚压时,坎部宽度B：,坎部长度C：,（1)作用：分配金属，使截面积一部分减小，另一部增大，得到近似计算毛坯的形状和尺寸；清除氧化皮；滚光毛坯等。,（2)形式：开式、闭式、混合式、不等宽式、不对称式。,2）滚压模膛,图8.24
7、不同形式的滚压模膛,滚压模膛高度h：h=kd计杆部：k=（0.70.8）头部：k=（1.051.15）,滚压模膛宽度B：,飞边槽,钳口,模膛本体,图8.25 不对称式滚压模膛,3）弯曲模膛,（1)作用：压弯坯料，使其符合终锻模膛在分模面上的形状,（2)形式：自由弯曲、夹紧弯曲,设计弯曲模膛要考虑终锻模膛在分型面的轮廓外形。 弯曲模膛的宽度为,还应考虑成型时的支撑和定位。为防止折叠应采用大圆角。,（3)设计依据：计算毛坯,（5)尺寸设计：高度、宽度、截面形状,（4)组成：钳口、本体、毛刺槽,图8.27 自由弯曲,4）成形模膛,（1)作用：成形坯料，使其符合终锻模膛在分模面上的形状。,（2)特点：
8、坯料的轴线不发生弯曲，靠局部转移金属获得所需形状。,（3)形式：对称式、不对称式,（4)设计原则和方法：与弯曲模膛的形同,图8.29 对称式成形模膛,图8.30 不对称式成形模膛,5）镦粗台和压扁台,（1)作用：用来镦粗坯料，减小坯料的高度使坯料在终锻模膛内能覆盖指定的部分，防止折叠与充填不满。,图8.31 镦粗台,图8.32 压扁台,6）切断模膛,（1)作用：在一棒多件连续模锻时，将锻件从棒料上切下。,图8.33 切断模膛,8.1 模锻模膛设计,8.1.3 锻模结构设计,锻模的作用：提高锻件品质、提高生产率、锻模和锻锤寿命,锻模设计的内容：考虑模膛的布排、错移力的平衡、锻模的强度校核。,1
9、模膛的布排,1)终锻与预锻模膛的布排：,（1)锻模中心与模膛中心锻模中心：锤锻模的紧固一般都是利用楔铁和鍵块配合燕尾紧固在下模。锻模中心指锻模燕尾中心线与燕尾鍵槽中心线的交点，它位于锤杆轴心线上，应是锻锤打击力的中心。,图8.34 锻模燕尾上键槽中心线,模膛中心：锻造时模膛承受锻件反作用力的合力作用点叫模膛中心。,图8.35 模膛中心的偏移,（2) 模膛中心的布排 无预锻：终锻模膛中心位置与锻模中心重合。 有预锻：终锻、预锻均不能与锻模中心重合，参见下图：,图8.36 终锻预锻模膛中心的布排,1.在锻模前后方向，两模膛中心均应在键槽中心线上。 2.在锻模左右方向，终锻模膛中心线与锻模燕尾中心线
10、的偏移量与锻锤吨位有关。 3.一般情况下，预锻模膛中心和终锻模膛中心至锻模燕尾中心线距离之比，应等于或略小于1/2，。 4.预锻模膛中心线必须在燕尾宽度内，模膛超出燕尾部分的宽度不得大于模膛总宽度的1/3。 5.当锻件因终锻模膛偏移使错差量过大时，允许采用L /5aL/3，即2L/3b4L/5。,锻模设计时要注意如下5点：,减小终锻与预锻模膛中心的距离，,图8.37 平行排列,图8.38 前后错开排列,图8.39 反向排列,方便操作，省力,有利于金属充满模膛,图8.40 锻件大头靠近钳 口的终锻模膛布置,图8.41 锻件大头在钳口 对面的终锻模膛布置,2)制坯模膛的布排：,终锻模膛和预锻模膛布
11、置好后，其它模膛可布置在两侧； （1）按工艺过程顺序排列，操作时只允许改变坯料运动方向一次； （2）模膛的排列应与加热炉、切边压力机和吹风管的位置相适应； （3）弯曲模膛的位置应便于将弯曲后的坯料顺手送入终锻模膛内； （4）拔长模膛位于锻模右边，应采用直式；在左边，应采取斜式。,图8.42 弯曲模膛的布置,2 错移力的平衡与锁扣设计,当锻件的分模面为斜面、曲面，或锻模中心与模膛中心的偏移量较大时，在模锻过程中将产生水平分力。这种分力会引起锻模在锻打过程中的错移，通常称为错移力 。,1)有落差锻件的错移力平衡,小锻件成对锻造,锻件较大，落差较小，可将锻件倾斜一定角度(7),图8.43 成对锻造,
12、图8.44 倾斜一定角度,锻件落差较大(l550mm） 采用平衡锁扣,锻件落差很大，可以综合采用平衡锁扣和倾斜一定角度,图8.45 平衡锁扣,图8.46 倾斜锻件并设置锁扣,带有平衡锁扣时，模膛中心不与鍵槽中心重合，而是沿着锁扣方向前后偏移。,图8.47 带平衡锁扣模膛中心的布置,2)模膛中心与锤杆中心不一致时用导向锁扣平衡错移力,图8.48 纵向锁扣,图8.49 侧向锁扣,图8.50 角锁扣,3 脱料机构设计,图8.51 有脱料装置的锤上闭式模锻的锻模 1-下模座 2、7-螺栓 3-下模芯 4-下模圈 5-锻件 6-上模 8-套管 9-弹簧10-U形钳,4 模具强度设计,模具强度失效形式,承
13、击面打塌,4 模具强度设计,1）模壁厚度与模膛深度、模壁斜度和模膛底部的圆角半径有关。,2）模块高度与模膛最大深度和翻新次数有关。,图8.52 模膛形状对模膛壁厚的影响,3）承击面积S与锻锤吨位G有关。S =(3040)GS的单位是2， G的单位是N,4)燕尾根部的转角锤击时，燕尾与锤头和下砧的燕尾槽接触，两侧悬空(间隙约为0.5mm）。燕尾根部转角半径愈小，加工愈粗糙、留有加工的刀痕愈明显，就愈易破坏。燕尾部分热处理后的硬度愈高 ，燕尾也愈易破坏。锻模材质不好也易产生这种损坏。燕尾根部的圆角一般取R5mm。,5)模块纤维方向任何锤锻模的纤维方向都不能与打击方向相同，否则模膛表面耐磨性下降，模
14、壁容易剥落。对于长轴类锻件，当磨损是影响锻模寿命的主要原因时，锻模纤维方向应与锻件轴线方向一致(参见图8-53a)。当开裂是影响锻模寿命的主要原因时，纤维方向应与锻模键槽中心线方向一致（参见图8-53b）。对短轴类锻件，锻模纤维方向应与键槽中心线方向一致（参见图8-53c）。,图8.53 锻模纤维方向,5 模块尺寸及校核,1）锻模宽度B不大于燕尾中心线到锻模边缘的最小尺寸B1 的两倍减20mm。即：B1B/2+10mm,2）锻模的伸出长度f不大于模块高度H的三分之一， 即 fH/3。,3）锻模高度等于(1.351.45)最小闭合高度。4）锻模中心相对模块中心的横向偏移量a和纵向偏移量b不能太大
15、，它们与锻模横向尺寸A和纵向尺寸B的关系为： a0.1A b0.1B。,5）锻模质量要保证上模块的质量（G）不能超过锻锤吨位（t）的35%，即G0.35t。,6）检验角：锻模上两个加工侧面所构成的90角称作检验角。这两个侧面深5mm，高度为50100mm。,8.2 热模锻压力机用锻模,热模锻压力机模锻的特点 热模锻压力机模锻件的尺寸精度较高。 热模锻压力机滑块行程一定，每次行程都能使锻件得到相同高度。 热模锻压力机滑块运动速度比模锻锤低，有良好的导向装置，承受偏载的能力较比模锻锤强。 热模锻压力机上模锻有利于延长模具使用寿命。,热模锻压力机的模锻易于实现机械化和自动化生产，特别适合于大批量生产
16、和机械化、自动化程度高的模锻车间。 热模锻压力机不需要强大的安装基础。 热模锻压力机结构复杂，制造成本高。 热模锻压力机有上、下顶出装置，宜于模锻短轴类和长轴类锻件。不少顶镦类锻件也可在热模锻压力机上生产。,热模锻压力机上常用的变形工步有：终锻、预锻、镦粗、成形镦粗、压挤、压扁、弯曲、成形等。 热模锻压力机工艺万能性差，不便于进行拔长和滚压等制坯工步。,1 模膛设计特点,1)终锻模膛设计,（1)飞边槽飞边槽没有承击面，防止“闷车”,（2)排气孔因设备速度低，一次成形的特点，在深腔需设排气孔,图8.54 排气孔的布置,（3)顶出器一般用于顶出预锻或终锻模膛内的锻件。,图8.55 顶出器的位置,2)预锻模膛设计使预锻后的坯料在终锻模膛中以镦粗方式成形。 (1)预锻模膛比终锻模膛的高度尺寸相应大25mm ，宽度尺寸适当减小。 (2)严格控制预锻件各部分的体积，使终锻时多余的金属合理流动。,
