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1、锻模现代设计 Current design of forging die,吉林大学 材料科学与工程学院 徐虹 2010年11月,复习和小节,5.6 终锻型槽(finisher ;finishing impression )设计,5.7 预锻型槽(rougher; blocking impression )设计,本节内容,5.2 开式模锻和闭式模锻,5.3 模锻件分类,5.4 模锻件图设计,5.6 终锻型槽设计,5.7 预锻型槽设计,5.5模锻变形工步的确定,5. 制坯型槽设计,5.9 制坯工步选择,5.10 坯料尺寸的确定,5.11 模锻锤吨位计算,5.12 锤锻模结构设计,1.零件的公称尺寸
2、 ：直径D=80mm， H=50mm,已知查盘柱类自由锻件机械加工余量与公差(GB/T15826.2-1995) a=6 2，b=6 2,求锻件的公称尺寸，锻件最大尺寸和最小尺寸。,2.零件的公称尺寸 ：直径=280mm， 内径d=210mm，H=45mm，查锤上钢质自由锻件机械加工余量与公差圆环类(GB/T15826.4-1995)，查得外径D双边余量a=12 5，高度H双边余量 b=72, 内径d双边余量c=167,要求画出锻件图。,作 业,3.右图（5）中圆环外径D2，内径d,高度H,经（4）芯轴扩孔得到，（3)中实心冲子冲孔直径d,高度H0,已知材料密度为 ，钢料加热烧损率 ，求（1）
3、中坯料质量和坯料直径。,6.在水压机上镦粗圆形截面坯料，锻件的高度H=25mm，直径D=30mm，该坯料材料在相应温度和速度下的真实流动应力为400MPa，摩擦因数为0.4，用理论计算法求锻件成形所需最大变形力是多少？若锻件的高度H=25mm，直径D=60mm，用理论计算法求锻件成形所需最大变形力是多少？用经验类比法求锻锤吨位？,5.在马架上对环形坯料进行扩孔，坯料外径为600mm,内径为200mm,扩孔后外径变为800mm,内径变为600mm，求该锻件的锻造比。,4.传动轴锻件头道工步（2）为拔长，锻件质量G锻、密度、锻件最大截面积F锻、烧损率和锻比KL已知，求（1）坯料直径和下料高度。,7
4、.在锻锤自由镦粗圆柱体坯料，镦前直径30mm，高度40mm，镦后直径60mm，高度10mm，已知相应的材料流动应力为400MPa，两种方法计算锻锤吨位。,5.6 终锻型槽(finisher ;finishing impression )设计,终锻型槽：最重要的型槽，用来完成锻件最终成形。,1.热锻件图设计/2.飞边槽/3.钳口,以冷锻件图为依据，有两点区别：,（1十 ),1.热锻件图的尺寸标注，高度方向尺寸以分模面为基准，以便于锻模机械加工和准备检验样板。,2.考虑到金属冷缩现象，热锻件图上的所有尺寸应计入收缩率,按下式计算热锻件图尺寸。,热锻件图 终锻型槽,加工、制造、检验,L-热锻件尺寸；
5、l-冷锻件尺寸； -终锻温度下金属的收缩率;,钢为0.8%1.5%,不锈钢为1.0%1.8%，钛合金为0.5%0.9%，铝合金0.6%1.0%，铜合金0.6%1.3%，镁合金0.7%0.8%，镍基高温合金为1.3%1.8%。,当需要计入模具收缩率时，可按下式计算锻件的收缩率,(1)终锻型槽易磨损处，可在锻件负公差范围内增加一层磨损量，以提高锻模寿命。,齿轮锻件，其型槽在轮辐处易受磨损，使锻件轮辐厚度增加，因此热锻件图尺寸A比冷锻件图上的相应尺寸减小0508mm。,允许热锻件图上个别部位与冷锻件图有差异：,(2)下模型槽底部易积聚氧化皮，致使锻件表面压坑或缺肉。,为避免局部缺肉，在热锻件图上曲柄
6、端头加厚2mm,(3)形状特别而又不对称的锻件，上半部分复杂，下半部分简单。在锤击过程中，可能因转动而导致锻件报废，应考虑在热锻件图上增设方形定位余块。,(4)当锻锤吨位不足，发生锻不足或欠压现象时，应将锻件高度尺寸适当减小，以抵消欠压的影响。锻锤吨位偏大，上下模承击面可能压塌，应将热锻件图上高度尺寸适当加大。,(5)分模面两侧形状不对称的锻件，考虑到金属流动特点，将难以充填的复杂形状一侧放在上模。上模金属仍存在向上运动的惯性。,锤上模锻，金属充填上模效果好于下模。,(6)热锻件图不标注公差和技术条件，也不绘制零件轮廓线；有内孔，必须绘出连孔形式。,2.毛边槽（flash）设计,开式模锻的终锻
7、型槽周边必须设计毛边槽，其形式和尺寸对锻件质量影响很大。毛边槽有如下几种形式：,形式I 使用最广泛，其优点是桥部设在上模块，与坯料接触时间短，吸收热量少，温升少，能减轻桥部磨损或避免压塌。,形式 适用于高度方向形状不对称锻件。其复杂部分设在上模，为简化切边冲头形状，通常将锻件翻转180，桥部设在下模，切边时锻件也易放平稳。,形式 使用对象同形式 ，加宽下模毛边槽桥部，提高了桥部强度，以避免过快地磨损和过早地压塌。,形式 适用于形状复杂，坯料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致于发生上下模压不靠。,形式 只用于锻模局部，桥部增设阻尼沟，增加金属向仓部流动的阻力，迫使金属流向型槽
8、深处或枝芽处。,形式 楔形毛边槽，其特点是终锻时水平方向金属流动愈来愈因难，适用形状更复杂的锻件，缺点是切除毛边困难。,毛边槽的主要尺寸是桥部高度h和宽度b及入口圆角半径R1,毛边桥部高度h和宽度b对阻力和流动的影响： 桥口高度h飞增大，阻力减小；桥口宽度b增加，阻力增加。在成形过程中如阻力过大，导致锻不足，锻模过早磨损或压坍；如阻力太小，产生大的飞边，模膛不易充满。,毛边槽尺寸确定方法：,(1)吨位法 毛边槽具体尺寸根据锻锤吨位大小来 选定 来自实践 查表简单 准确性差,(2)计算法 采用经验公式计算毛边槽桥部高度 （a),F件一锻件在分模面上的投影面积(mm2)。,(b) Q锻件质量（kg
9、),然后根据计算得到的h值查表415确定毛边槽其它尺寸。,表4-15桥部高度h确定的毛边槽尺寸,3.钳口(gate ),钳口: 终锻型槽和预锻型 槽前端留下的凹腔,作用：容纳夹持坯料的夹钳(tongs )和便于从 型槽中取出锻件。,作为浇注检验用的铅或金属盐样件的浇口。,钳口颈: 钳口与型槽间的沟槽,2.也是浇铅水或金属盐溶液的浇道。,作用: 1.增加锻件与钳夹头 连接的刚度，便于锻 件出模;,钳口尺寸根据钳夹头直径选定,钳口颈尺寸按锻件质量选择,如果锻件质量大于g，钳口应设计成圆形。钳口颈直径(mm)，但不大于0mm。,当预锻型槽也开有钳口，且与终锻型槽钳口间壁厚小于15mm时，可将两钳口开
10、通，便于机械加工。,预锻的主要目的：在终锻前进一步分配金属,分配金属的意义：,(1)确保金属无缺陷流动，易于充填型槽；,(2)减少材料流向毛边的损失；,(3)减小终锻型槽磨损(由于减少金属流动量)；,(4)取得所希望的流线和便于控制锻件的力学性能。,预锻型槽以终锻型槽或热锻件图为基础进行设计。,5.7 预锻型槽(rougher; blocking impression )设计,预锻的不利影响: 易偏心打击，影响锤杆寿命 易上下模错移 增大模块尺寸 降低生产率,须具体考虑如下问题：,设计的原则：经预锻型槽成形的坯料，在终锻型槽中最终成形时，金属变形均匀，充填性好，产生的毛边最小。,1. 预锻型槽
11、的宽与高,2模锻斜度,3圆角半径,1.预锻型槽的宽与高：与预锻后的坯料在终锻型槽 中的成形方式有关。,2模锻斜度,3圆角半径,一般与终锻模具型槽相同。,1) 预锻型槽周边不设毛边槽，而是在型槽分模面 转角处用较大的圆弧； 2) 型槽内的圆角半径比终锻型槽对应处稍大。,横截面积发生突然变化的锻件,预锻型槽在水平面上拐角处的圆角半径应适当加大，使坯料变形逐渐过渡，以避免预锻和终锻时产生折叠，如右图。,4带枝芽的锻件,为便于金属流入枝芽处，预锻型槽的枝芽形状可简化。与枝芽连接处的圆角半径适当增大，必要时在分模面上增设阻尼沟，以增大金属流向毛边的阻力。,5.叉形锻件,锻件叉间距离不大时，必须在预锻型槽
12、中使用劈料台。预锻时依靠劈料台把金属挤向两侧，流入叉部型槽内。,有关尺寸如下： A=0.25B 8A30 h=(0.40.7)H =10 45,一般情况下采用下图(a)式；,当 45，叉部较窄时，可使用(b)式,6.带工字形截面的锻件,设计带工字形截面的锻件如连杆等的预锻型槽，应按下述情况考虑：,(1)当h2b时，见右图,横截面设计成梯形。 其宽度B=B-(26)mm，a1=a2 高度h根据预锻型槽的横截面积等于终锻型槽横截面积与毛边截面积之和来计算，即,(2)当h2b时，见右图。B=B-(12)mm，高度h 的确定方法是，先假设预锻型槽为梯形截面，求出H。然后x=(H-H)/4求解，则hH十2x。通过x作圆弧并令截面积f1f2，得到预锻型槽的形状。,(3)当工字形截面两肋之间的间距很大时，见下图，可采用h1(0. 608)h作圆滑曲线连接，使f1=f2。,(4)预锻型槽采用舌形截面，用来防止根部产生涡流或穿流缺陷。下图是舌形截面的预锻型槽，横截面的宽度设计时取B1B+(1020)mm。,舌形截面的厚度H是通过宽度B1的两个端点作圆弧R，使截面积f1=(1.01.1)f2来确定。,
