《材料成形工艺 第2版 教学课件 ppt 作者 夏巨諶 张启勋 主编 第六章 模锻工艺及锻模设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料成形工艺 第2版 教学课件 ppt 作者 夏巨諶 张启勋 主编 第六章 模锻工艺及锻模设计（116页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、材料成形工艺,第六章 模锻工艺及锻模设计,第一节 毛坯加热与锻件冷却 第二节 锻件分类及锻件图设计 第三节 开式模锻的变形特征及终锻与预锻模膛设计 第四节 制坯工步的选择及模膛设计 第五节 锻模结构的设计 第六节 闭式模锻工艺及模具设计特点 第七节 精密模锻的特点及应用,第一节 毛坯加热与锻件冷却,一、毛坯加热的方法 二、锻件的冷却方法,一、毛坯加热的方法,1.燃料(火焰)加热 2.电加热 3.少无氧化加热,燃料加热是利用固体(煤、焦炭等)、液体(重油、柴油等)或气体(煤气、天燃气等)，在加热炉内燃烧产生高温炉气，通过炉气对流、炉围辐射和炉底热传导等方式对毛坯进行加热。在炉温低于650时，金属
2、主要依靠对流传热；在炉温为6501000或更高时，金属加热则以辐射方式为主。在普通高温锻造炉中辐射传热量可占到总传热量的90%以上。燃料加热的缺点是劳动条件差，炉内气氛、炉温及加热质量较难控制，容易造成环境污染。,1.燃料(火焰)加热,图6-1 感应电加热 的基本原理 1感应器 2毛坯,2.电加热,3.少无氧化加热,精密模锻时，毛坯必须采用少无氧化加热，可减少钢材的氧化和脱碳，有利于提高模具寿命。实现少无氧化加热的方法有多种，简单而效果较好的是带保护气氛的感应加热。 如前所述，在感应加热中钢材的氧化和脱碳较少，脱碳层约为0.10.4mm。但当温度从1050增加到1200时，烧损几乎增加0.5倍
3、，氧化层厚度已超出精锻允许的范围。随着温度和在高温下停留时间的增加，脱碳层也明显增厚。因此，为了实现少、无氧化加热，常采用带有工业惰性气体和还原性气体等保护性气体的感应加热。其具体做法是，在感应器炉膛内充满惰性气体或还原性气体，为了将气体保持在炉膛内，感应器进口及出口均装上活门。,二、锻件的冷却方法,1.在空气中冷却 2.在干燥的灰砂中冷却 3.在炉内冷却,1.在空气中冷却,在空气中冷却的速度较快，适合合金化程度低、导热性及塑性好的材料的中小锻件的锻后冷却。锻后一般是以单件直接散放或成堆摆放在地面上，但不能放在潮湿地面上或金属板上，也不要摆放在有穿堂风的地方，以免冷却不均匀或局部急冷引起翘曲变
4、形或开裂。,2.在干燥的灰砂中冷却,在干燥的灰、砂坑(箱)内冷却的速度较慢，适合合金化程度较高、导热性及塑性较差的合金材料锻后冷却。一般来说，锻件入砂温度不应低于500，周围灰、砂厚度不少于80mm。,3.在炉内冷却,在炉内冷却的速度最慢，适合合金化程度高、导热性及塑性差的高合金钢、特殊合金钢或大型锻件的锻后冷却。对白点敏感的钢(如铬镍钢34CrNiMo、34CrNi4Mo等)也需要在炉内慢冷，以便让氢有时间充分析出。锻件入炉温度不应低于600，炉温与入炉锻件温度相当。由于炉冷可通过炉温调节来控制锻件的冷却速度，可获得质量优良的锻件。,第二节 锻件分类及锻件图设计,一、锻件的分类 二、表示锻件
5、复杂程度的参数 三、锻件图的设计,第二节 锻件分类及锻件图设计,图6-2 拉臂锻件模锻工艺以及锻模的实例,一、锻件的分类,(1)短轴线类锻件 其特点是锻件高度方向的尺寸通常比其平面图中的长、宽尺寸小，锻件平面图呈圆形、方形或近似圆形和方形。 (2)长轴线类锻件 其特点是锻件的长度与宽度或高度的尺寸比例较大。,一、锻件的分类,表6-1 锻件的分类,一、锻件的分类,二、表示锻件复杂程度的参数,锻件形状对模锻时金属流动和变形力的影响很大，因此，必须找出表示锻件形状复杂程度的参数。一般是用锻件的体积与其外廓包容体的体积之比来表示锻件复杂性的，而且比较准确地估计到偏离主轴的那部分所带来的影响。,三、锻件
6、图的设计,1.确定分型面 2.确定机械加工余量和公差 3.模锻斜度 4.圆角半径 5.冲孔连皮 6.技术条件,三、锻件图的设计,图6-3 直线类锻件分模面位置,1.确定分型面,1)易于发现上下模膛的相对错移(见图6-4a)。 2)尽可能选用直线分型，使锻模加工简单(见图6-4b)。 3)对圆饼类锻件，当HD时，宜取径向分型，而不取轴向分型(见图6-4d)。 4)应保证锻件有合理的金属流线分布(见图6-4e)。,图6-4 分型面位置选择,1.确定分型面,普通模锻件均经机械加工成为零件。在模锻过程中，由于以下原因：毛坯在高温下产生氧图6-5 锻件的内、外模锻斜度化和脱碳；毛坯体积变化及终锻温度波动
7、；由于锻件出模的需要，模膛壁带有斜度，锻件侧壁需添加敷料；模膛磨损和上下模难免的错移现象；锻件形状复杂，需作适当简化，保证模锻成形。锻件尺寸不仅要加上机械加工余量，还要规定适当的尺寸公差。简单地说，锻件上凡是要机械加工的部位，都应加上加工余量。确定锻件加工余量和公差时，既可用部颁标准，也可采用厂标。,2.确定机械加工余量和公差,图6-5 锻件的内、外模锻斜度,3.模锻斜度,4.圆角半径,图6-6 圆角半径过小对模具的影响,4.圆角半径,图6-7 圆角半径与折叠的关系 a)初始态 b)开始形成飞边 c)终止态,5.冲孔连皮,图6-8 冲孔连皮的形式 a)平底 b)斜底 c)带仓 d)拱底 e)压
8、凹,5.冲孔连皮,表6-2 冲孔连皮及其尺寸,6.技术条件,1)未注明的模锻斜度和圆角半径。 2)允许的错移量和残余飞边的宽度。 3)允许的表面缺陷深度。 4)表面清理方法。 5)锻后热处理方法及硬度要求。 6)需要取样进行金相组织检验和力学性能检测时，应在锻件上注明取样位置。,6.技术条件,图6-9 齿轮锻件图,第三节 开式模锻的变形特征及终锻与预锻模膛设计,一、开式模锻的变形特征 二、终锻模膛设计 三、预锻模膛设计,一、开式模锻的变形特征,1.开式模锻的变形过程分析 2.飞边槽的作用,1.开式模锻的变形过程分析,图6-10 开式模锻中金属变形过程及飞边槽的形式 a)开式模锻变形过程 b)飞
9、边槽形式,第阶段(镦粗变形) 毛坯在模膛中发生镦粗变形，对于某些形状的锻件可能伴有局部压入变形。当被镦粗的毛坯与模膛侧壁接触时，此阶段结束。这时变形金属处于较弱的三向压应力状态，变形抗力也较小。 第阶段(形成飞边) 第阶段后期金属流动受到模膛壁的阻碍，毛坯在垂直于作用力方向的自由流动受到限制，继续压缩时，金属沿着平行于受力方向流向模膛深处，又继续沿垂直于作用力方向流向飞边槽，形成少许飞边。此时变形抗力明显增大，模膛内的金属处于较强的三向压应力状态。,1.开式模锻的变形过程分析,第阶段(充满模膛) 飞边形成后，随着变形的继续进行，飞边逐渐减薄，形成阻力圈，使得金属流向飞边槽的阻力急剧增大。当阻力
10、大于金属流向模膛深处和圆角处的阻力时，迫使金属继续向模膛深处和圆角处流动，直到整个模膛完全充满为止。此阶段变形金属处于更强的三向压应力状态，变形抗力急剧增大。 第阶段(打靠) 通常毛坯体积略大于模膛容积，因此，当模膛完全充满后，尚须继续压缩至上下模接触，即打靠。多余金属全部排入飞边槽，以保证高度尺寸符合要求。这一阶段变形仅发生在分型面附近的区域内。此阶段由于飞边厚度进一步减薄和冷却，多余金属由飞边槽桥口流出的阻力很大，这时变形区处于最强的三向压应力状态，变形抗力也最大。,1.开式模锻的变形过程分析,2.飞边槽的作用,1)造成足够大的横向阻力,迫使金属充满模膛。 2)容纳毛坯上的多余金属，起补偿
11、与调节作用。 3)对于锤类设备上模锻，可缓冲模具撞击，提高锻模寿命。,二、终锻模膛设计,1.热锻件图设计 2.飞边槽设计 3.钳口设计,1.热锻件图设计,热锻件图设计是以冷锻件图为依据的，考虑到金属有冷缩现象，热锻件图上所有尺寸应计入收缩率，即按下式计算热锻件图尺寸：L=l(1+) 热锻件图形状与冷锻件图一般相同，有时为保证锻件成形质量，允许热锻件图上个别部位与冷锻件图有所差异，这时应按具体情况进行具体处理。 热锻件图在高度方向的尺寸标注是以分模面为基准，以便于锻模机械加工和准备样板。,2.飞边槽设计,(1)飞边槽的结构形式 (2)飞边槽尺寸的确定,(1)飞边槽的结构形式,飞边槽由桥部和仓部组
12、成，常见的飞边槽形式有下列三种(见图6-10b)： 形式是使用最广泛的一种，其优点是桥部设在上模，与毛坯接触时间短，吸收热量少，因而温升少，能减轻桥部磨损或避免压塌。 形式适用于在高度方向形状不对称的锻件。因而复杂部分设在上模，为简化切边冲头形状，通常将锻件翻转180，故桥部设在下模，切边时锻件也易放平稳。 形式适用于形状复杂,毛坯体积不易计算准确而往往偏多的锻件，由于增大仓部容积，不至于发生上下模压不靠。,(1)飞边槽的结构形式,飞边槽的主要尺寸是桥部高度h、宽度b及入口圆角半径R1。当h减小，b增大时，则水平方向流动阻力增大，有利于充满模膛。但如果b过度增大，将导致锻造不足，并使锻模加速磨
13、损。若h太大，b过小，会造成金属向外流动的阻力太小，不利于充填模膛，并产生厚大飞边。入口处圆角半径R1太小，容易产生压塌内陷，影响锻件出模；若R1太大，又影响切边质量。,(2)飞边槽尺寸的确定,1)吨位法。飞边槽具体尺寸根据锻锤吨位大小来选定(可查有关手册)，吨位法是从实际生产中总结出来的，应用简便，但未考虑锻件形状复杂程度，因而准确性差。 2)计算法。计算法是采用经验公式计算飞边槽桥部高度，即 h=0.015A件或h=-0.0923Q-0.01Q 式中，h是飞边桥部高度(mm)；A件是锻件在分模面上的投影面积(mm2)；Q是锻件质量(kg)。然后根据计算得到的h值查相关手册确定飞边槽其他尺寸
14、。,3.钳口设计,终锻模膛和预锻模膛前端留下的凹腔称为钳口。钳口主要用来容纳夹持毛坯的夹钳和便于从型槽中取出锻件；另一作用是作为浇注检验时用的铅或金属盐样件的浇道。钳口与模膛间的沟槽叫钳口颈，其作用主要是增加锻件与夹钳头连接的刚度，便于锻件出模；同时也是浇铅水或金属盐溶液的浇道。,三、预锻模膛设计,(1)预锻模膛的宽与高 (2)预锻模膛的斜度、圆角半径及出模斜度 一般与终锻模膛相同。 (3)带枝芽的锻件 为便于金属流入枝芽处，预锻模膛的枝芽形状可简化,与枝芽连接处的圆角半径适当增大，必要时在分型面上增设阻尼沟，以增大金属流向飞边的阻力，如图6-12所示。 (4)叉形锻件的预锻模膛设计 锻件叉间
15、距离不大时，必须在预锻模膛中使用劈料台。 (5)H型截面锻件的预锻模膛设计,(1)预锻模膛的宽与高,图6-11 预锻与终锻的尺寸关系,(2)预锻模膛的斜度、圆角半径及出模斜度,表6-3 修正量C与R处肋深的关系,(3)带枝芽的锻件,图6-12 带枝芽锻件的预锻模膛,(4)叉形锻件的预锻模膛设计,图6-13 劈料台,(5)H型截面锻件的预锻模膛设计,1)当h2b时，如图6-14a所示，预锻模膛设计成梯形，其宽度B=B-(26)mm，高度h根据预锻模膛的横截面积等于终锻模膛横截面积与飞边截面积之和来计算，即A预+A欠=A终+2A飞。 2)当h2b时，见图6-14b。 3)预锻模膛采用舌形截面，用来
16、防止产生涡流或穿流缺陷。,图6-14 H形截面的预锻模膛,(5)H型截面锻件的预锻模膛设计,第四节 制坯工步的选择及模膛设计,一、圆饼类锻件制坯工步选择 二、长轴类锻件制坯工步选择 三、制坯模膛的设计,一、圆饼类锻件制坯工步选择,(1)轮毂较矮的锻件 这类锻件主要是要防止轮毂和轮缘过渡区产生折叠。 (2)轮毂较高的锻件 当轮毂较高且又有较宽的轮缘和较深的内孔时，一方面要保证轮毂成形，另一方面又要防止产生折叠，中间毛坯直径应为D2d(D2+D1)/2。,图6-15 套环锻件图,(1)轮毂较矮的锻件,图6-16 带孔的高轮毂锻件成形过程 a)毛坯 b)成形镦粗后 c)锻件,(2)轮毂较高的锻件,二、长轴类锻件制坯工步选择,1.长轴类锻件的制坯工步 2.计算毛坯 3.计算繁重系数,1.长轴类锻件的制坯工步,(1)直长轴线锻件 通常采用拔长、滚挤、卡压、成形等制坯工步。 (2)轴线弯曲类锻件 制坯工步与直长轴线类锻件相同，但需增加一道弯曲工步(见图6-17a)。 (3)带枝芽的长轴类锻件 这类锻件所用制坯工步大致与前两类锻件
