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1、第三章 闭式模锻工艺及模具设计,第一节 闭式模锻的特点 第二节 闭式模锻的分类及成形工步选择 第三节 闭式模锻成形过程分析 第四节 闭式模锻成形力的计算 第五节 闭式模锻工艺的制订 第六节 闭式模锻模具设计 第七节 闭式模锻工艺与模具应用实例,闭式模锻也称无飞边模锻，即在成形过程中模膛是封闭的，凸、凹模间隙的方向与模具运动的方向相平行，在模锻过程中分模面间隙大小不变。 闭式模锻的优点是：减少飞边材料损耗，一般开式模锻件的飞边金属约为锻件重量的10%50%，平均约为30%；节省切边设备；由于间隙很小，金属流入间隙的阻力一开始就很大，有利于金属充满模膛，有利于进行精密模锻；闭式模锻时金属处于明显的
2、三向压应力状态，有利于低塑性材料的成形。,第一节 闭式模锻的特点及应用,闭式模锻能够正常进行的必要条件主要是：坯料体积准确；坯料形状合理，并能在模膛内准确定位；有简便的取料措施或顶料机构；能够较准确地控制打击能量或模压力。由于以上条件，闭式模锻在模锻锤和热模锻压机上的应用受到一定限制，而摩擦压力机、液压机和平锻机则较适合进行闭式模锻。,第二节 闭式模锻件的分类及成形工步选择,一、锻件的分类 第一类：饼盘类 第二类：法兰凸缘类 第三类：轴杆类 第四类：杯筒类 第五类：枝芽类 第六类：叉形类 二、成形工步的选择,闭式模锻的变形过程及模压力变化情况如图3-1所示，变形过程可分为基本成形阶段、充满阶段
3、、形成纵向飞边三个阶段。 图3-1 闭式模锻变形过程及模压力变化情况,第三节 闭式模锻成形过程分析,1)基本成形阶段 该阶段由开始变形至金属基本充满模膛，此阶段变形量最大（H1），但变形力的增加相对较慢（OA段）。根据锻件和坯料的具体情况不同，金属在此阶段的变形流动可能是镦粗成形、压入成形、冲孔成形或者是挤压成形。 闭式模锻与挤压工艺的差别，只是在于前者最终充满整个模膛，而后者金属挤出端是处于无约束的自由状态。,2)充满阶段 由基本成形阶段结束到金属完全充满模膛为止。此阶段变形力增加迅速（AB段），结束时的变形力比第1段末可增大23倍，但变形量H2却很小。 如图3-2所示，坯料端部的锥形区和坯
4、料中心区都处于三向（或接近三向）等压应力状态，不发生塑性变形。坯料的变形区（图中阴影处）位于未充满处附近的两个刚性区之间，并且随着变形过程的进行逐渐缩小，最后消失。,图3-2 充满阶段变形示意图,3)形成纵向飞边阶段 该阶段为形成纵向飞边阶段，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作用下，或在足够的打击能量作用下，才能使端部的金属产生变形流动，形成纵向飞边。飞边的厚度越薄、高度越大，模膛侧壁的压应力也越大，容易使模膛损坏。 这个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，清除比较困难。,由上述分析可以看出： 闭式模锻变形过程宜在
5、第2阶段，即形成纵向飞边之前结束，允许在分模面处有少量充不满或仅形成很矮的纵向飞边； 模壁的受力情况与锻件的高径比H/D有关，H/D越小，模壁受力状况越好； 坯料体积的精确性对锻件尺寸和是否出现纵向飞边有重要影响； 打击能量或模压力是否合适影响闭式模锻的成形情况； 坯料形状尺寸和在模膛中的位置对金属分布的均匀性有重要影响。,第四节 闭式模锻成形力的计算,一、锻件圆角半径对闭式模锻力的影响 二、回转体锻件闭式模锻力的计算 1.端部不出现飞边时的单位压力 2.端部出现纵向飞边时的单位压力 3.闭式模锻力的一般计算公式,第五节 闭式模锻工艺的制订,一、锻件的工艺性分析 1.锻件材料 2.锻件形状 3
6、.锻件尺寸精度和表面质量 二、锻件图的制订 .1 确定分模面,确定分模位置最基本的原则是：保证锻件形状尽可能与零件形状相同，容易从模腔中取出；此外应争取获得镦粗成形。故此，锻件分模位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上 。 2 确定锻件的机械加工余量和公差 锻件需要切削加工的表面均应有足够的余量,而余量的大小,受下列因素的影响： 1.锻件的尺寸大小 2.零件的尺寸精度、表面粗糙度要求以及零件的形状复杂程度。,3.锻件各类公差对加工余量有影响，尤其应着重考虑错移、直线度、平面度、同轴度、顶杆压痕等形位公差。 4.零件机械加工方法与工艺。 5.锻件的材料。 确定模锻件公差的依据 ： 1.锻件的精度
7、等级。 2.锻件的质量和公称尺寸的大小。 3.锻件的形状复杂系数。 4.锻件的材质系数。 5.锻压工艺类型。,3模锻斜度 为了便于模锻件从型槽中取出，须将型槽壁部加工成一定的角度，称模锻斜度或出模角。模锻斜度可以是锻件侧壁附加的斜度，也可以是锻件侧壁的自然斜度。模锻时金属被压入型槽后，锻模受到弹性压缩，外力去除后，由于锻模的弹性恢复，对锻件锻件产生很大的压力N，取出锻件时，要克服模壁对锻件的摩檫阻力以及锻件自重。摩檫力F的大小是由摩檫因数及模壁压力N决定的，即F=N。当模壁具有斜度后，模壁压力N所产生的垂直分力Nsin将抵消摩檫阻力Fcon，有助于锻件出模。如不计锻件本身质量，则出模力P出为P
8、出=FconNsin,.4 圆角半径 为了使金属易于流动和充满型槽，提高锻件的成型质量并延长锻模的使用寿命，模锻件上所有的转接处都要用圆弧连接，使尖角、棱边呈圆弧过渡，此过渡处称为锻件的圆角。 圆角半径的大小与锻件的形状尺寸有关，锻件高度尺寸大，圆角半径应加大。为保证锻件外圆角处有必要的加工余量，可按下述公式确定： r=余量+零件相应处半径或倒角 或是参考有关手册确定。 三、模锻工序及锻坯的设计,第六节 闭式模锻模具设计,一、模具的类型 1.按模锻设备可分为锤用锻模、螺旋压力用锻模、机械压力机用锻模、液压机用锻模和高速锤用锻模等。 2.按凹模结构可分为整体凹模和可分凹模。 二、减少模镗工作压力
9、的设想和分流降压腔的设计 1.减少模镗工作压力的设想 2.分流降压腔的设计,分流降压腔的设置原则： 1.分流降压腔的位置应选择在模镗最后充满的部位，确保模镗完全充满后多余金属才分流。 2.多余金属分流时在模镗内所 产生的压力应比模镗刚充满时所产生的压力略有增加，以免增加总的模锻力和加快模镗的磨损。 分流腔的结构形式及设计计算： 1.孔式分流腔 2.在毛坯上预留分流孔或形成减压轴 3端部轴向分流孔,三、可分凹模模具设计要点： 1.在凹模上必须设置分流腔 2.可分凹模的夹紧力必须大于或等模锻时变形金属在分模面上产生的张模力，防止变形金属流入分模面而形成分边。 3.模锻时，模具的动作顺序应是先使可分
10、凹模闭合并夹紧，然后冲头挤压毛坯而模锻成形；模锻结束后，冲头首先退出复位，然后可分凹模张开。 4.对于需要两个或两个以上冲头的多向闭式模锻，当要求毛坯自动对中定位时，首先使接触毛坯的两个冲头同步动作；当不能使毛坯自动对中定位时，应在凹模中设有定位基准，避免在模锻时因毛坯没有对中定位而发生一端充不满另一端有多余金属而产生飞边。,5.在满足工艺要求的前提下，模具结构力求简单可靠，便于操作，易于清除模镗中的氧化皮和润滑剂残渣。 6.模架上的运动副及凸、凹模工作部分尽量采用镶块结构，以便于磨损或损坏后要更换。 7.凸模尺寸和强度计算，对于凸模，除了核算抗压强度外，还应该核算弯曲的稳定性。,第七节 闭式模锻工艺与模具应用实例,一、模锻锤上整体凹模式模锻实例 1.齿轮闭式模锻 2.齿轮镦粗制坯与闭式模锻 3.轮盘类齿轮锻件的闭式锻模 二、螺旋压力机上整体凹模闭式模锻实例 1.螺旋压力机上闭式模锻成形的特点 2.齿轮锻件整体凹模闭式模锻 3.齿轮坯无飞边模锻,三、机械压力机上可凹模闭式模锻实例 1.三通管接头垂直可分凹模模锻 2.大桥螺母式温锻,
