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1、资料科学与工程学院第六章第六章 模锻成形工序分析模锻成形工序分析Seite 2 一、模锻特点一、模锻特点定义：把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的模具定义：把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的模具内进展锻造的方法称为模锻。模锻是运用公用锻模进内进展锻造的方法称为模锻。模锻是运用公用锻模进展锻造来获得所需外形和尺寸锻件的主要工艺方法。展锻造来获得所需外形和尺寸锻件的主要工艺方法。模锻的特点是：在锻压机器动力作用下，热透坯料在模锻的特点是：在锻压机器动力作用下，热透坯料在锻模型腔中被迫塑性流动成形，从而获得比自在锻质锻模型腔中被迫塑性流动成形，从而获得比自在锻质量更高的锻件。量更高的锻件。 6-1
2、 概述概述Seite 3 Seite 4 优点：优点： 1消费率高；消费率高； 2锻件外形较复杂，尺寸精度较高；粗糙度也比自在锻件外形较复杂，尺寸精度较高；粗糙度也比自在锻低；锻低； 3锻件的机械加工余量较小，资料利用率较高；锻件的机械加工余量较小，资料利用率较高； 4可使流线分布更为完好合理，从而进一步提高零件可使流线分布更为完好合理，从而进一步提高零件的运用寿命；的运用寿命； 5消费过程操作简便，劳动强度比自在锻小；消费过程操作简便，劳动强度比自在锻小； 6锻件到达一定批量后，其本钱降低。锻件到达一定批量后，其本钱降低。Seite 5 缺陷：缺陷： 1设备投资大；设备投资大； 2消费预备周
3、期，尤其是锻模制造周期都比较长，消费预备周期，尤其是锻模制造周期都比较长， 批量小的锻件在经济上不合算；批量小的锻件在经济上不合算； 3锻模本钱高，且寿命较低；锻模本钱高，且寿命较低； 4工艺灵敏性不如自在锻。工艺灵敏性不如自在锻。Seite 6 二、工具二、工具(模具模具)外形对变形和金属流动的主要影响外形对变形和金属流动的主要影响1控制锻件的外形和尺寸：终锻模膛，终成形模控制锻件的外形和尺寸：终锻模膛，终成形模具具 为保证锻件的外形和尺寸精度，设计模具时应为保证锻件的外形和尺寸精度，设计模具时应留意以下两点：留意以下两点： (1) 热锻时应思索锻件和模具的热收缩；热锻时应思索锻件和模具的热
4、收缩； (2) 精细成形时还应思索模具的弹性变形。精细成形时还应思索模具的弹性变形。Seite 7 2控制金属的流动方向控制金属的流动方向塑性变形的金属主要沿最大主应力增大的方向流动。塑性变形的金属主要沿最大主应力增大的方向流动。在三向压应力情况下，金属主要沿最小阻力增大在三向压应力情况下，金属主要沿最小阻力增大的方向流动。的方向流动。3控制塑性变形区控制塑性变形区 靠利用不同工具在坯料内产生不同的应力形状，使靠利用不同工具在坯料内产生不同的应力形状，使部分金属首先满足屈服条件。部分金属首先满足屈服条件。Seite 8 4提高金属的塑性：尽量构成三向压应力的应力形状提高金属的塑性：尽量构成三向
5、压应力的应力形状 静水压力越大，资料的塑性越高静水压力越大，资料的塑性越高 芯轴扩孔、辗压扩孔、挤压，三向压应力芯轴扩孔、辗压扩孔、挤压，三向压应力 冲子、楔扩孔，切向受拉，塑性差冲子、楔扩孔，切向受拉，塑性差5控制坯料失稳提高成形极限：失稳弯曲，进而会开控制坯料失稳提高成形极限：失稳弯曲，进而会开展成为折迭展成为折迭 长杆料顶镦时，长杆料顶镦时，D1.25d0 管子弯曲时，应该用适当的模具或芯轴管子弯曲时，应该用适当的模具或芯轴 Seite 9 6-2 开式模开式模锻一、概念一、概念 开式模锻是变形金属的流动不完全受开式模锻是变形金属的流动不完全受模腔限制的一种锻造方式。开式模锻时，模腔限制
6、的一种锻造方式。开式模锻时，多余的金属沿垂直于作用力的方向流动构多余的金属沿垂直于作用力的方向流动构成毛边。成毛边。Seite 10 二、飞边槽的作用二、飞边槽的作用1增大径向阻力，迫使金属充溢模膛；增大径向阻力，迫使金属充溢模膛；2包容多余的金属；包容多余的金属；3缓冲上、下模的打击，防止模具压塌和缓冲上、下模的打击，防止模具压塌和开裂。开裂。Seite 11 三、模锻过程的四个阶段三、模锻过程的四个阶段开式模锻时，金属流动的过程可以分为四个开式模锻时，金属流动的过程可以分为四个阶段：阶段：I第一阶段是自在变形或镦粗变形阶段；第一阶段是自在变形或镦粗变形阶段；II第二阶段为构成毛边阶段；第二
7、阶段为构成毛边阶段；III第三阶段为充溢型槽阶段；第三阶段为充溢型槽阶段；IV第四阶段为锻足或打靠阶段。第四阶段为锻足或打靠阶段。Seite 12 四、开式模四、开式模锻各各阶段的段的变形分析形分析 第第阶段段 坯料在型槽中坯料在型槽中发生生镦粗粗变形。形。此此时金属金属处于于较弱的三向弱的三向压应力形状，力形状，变形形抗力抗力较小。小。Seite 13 第第阶段段 金属流金属流动方向有两个方向，一个是充溢模腔，方向有两个方向，一个是充溢模腔，一方面流入毛一方面流入毛边槽，构成少槽，构成少许毛毛边。这时，两方面流，两方面流动阻力都很大，阻力都很大，处于明于明显的三向的三向压应力形状，力形状，变
8、形抗力形抗力显著上升。著上升。 该阶段的凹段的凹圆角被充溢后，角被充溢后，变形金属可分形金属可分为五个区五个区域：域：A内、内、A外外为镦粗和粗和B区金属好像在区金属好像在圆形砧内摔形砧内摔圆，C区区为弹性性变形区，形区，D区内的金属区内的金属变形犹如外径受限制的形犹如外径受限制的环形件形件镦粗。粗。Seite 14 3第第阶段段 金属流入毛金属流入毛边槽的阻力急槽的阻力急剧增大，构成一增大，构成一个阻力圈。迫使金属个阻力圈。迫使金属继续向型槽深向型槽深处和和圆角角处流流动，直到整个型槽完全充溢，直到整个型槽完全充溢为止。此止。此阶段金段金属属处于更于更强的三向的三向应力形状，力形状，变形抗力
9、急形抗力急剧增增大。大。Seite 15 4第第阶段段 多余金属排入多余金属排入飞边 变形区形区仅发生在分模面附近的一个区域内生在分模面附近的一个区域内(椭圆形形或菱形或菱形变形区形区)，其它区域，其它区域处于三向等于三向等压力力应力形状，力形状，即成即成为弹性性变形区形区(刚性区性区)。变形区的形区的应力力应变形状与形状与薄件薄件镦粗一粗一样。 此此阶段由于段由于飞边继续变薄和降温，薄和降温，变形抗力形抗力继续增增大，到达最大大，到达最大值。所需求的。所需求的锤击力最大，开式模力最大，开式模锻所需所需的的变形力即按此形力即按此阶段段计算。算。Seite 16 五、开式模锻时影响金属成形的主要
10、要素五、开式模锻时影响金属成形的主要要素 以上分析阐明，变形金属的流动取决于各流动方向以上分析阐明，变形金属的流动取决于各流动方向上的阻力之间的关系，此外，载荷的性质上的阻力之间的关系，此外，载荷的性质(设备速度设备速度)等等也有一定影响。也有一定影响。主要要素有：主要要素有：1模膛模膛(模锻件模锻件)的详细尺寸和外形。的详细尺寸和外形。 1变形金属与模壁的摩擦系数小，有利于充溢模膛变形金属与模壁的摩擦系数小，有利于充溢模膛 2模壁斜度：易于锻后取出锻件，不利于充溢模膛模壁斜度：易于锻后取出锻件，不利于充溢模膛Seite 17 3孔口孔口圆角半径：角半径： R过小小时，锻件能件能够折叠或切断金
11、属折叠或切断金属纤维，锻模易被模易被压塌；塌； R过大大时，添加金属耗，添加金属耗费和机械加工量；易于充溢模膛。和机械加工量；易于充溢模膛。 孔口孔口圆角半径角半径应适当大一些适当大一些4模膛的模膛的宽度与深度度与深度 模膛愈深、愈窄，充溢模膛越困模膛愈深、愈窄，充溢模膛越困难5模具温度：模具温度： 温度温度过高，降低模具寿命；高，降低模具寿命； 温度温度过低，金属充溢模膛困低，金属充溢模膛困难。 铝合金、高温合金合金、高温合金锻造造时，模具，模具应预热至至200300Seite 18 2飞边槽的影响飞边槽的影响桥口，仓部桥口，仓部1桥口的宽度越大，高度越小，即桥口的宽度越大，高度越小，即b/
12、h飞越大，飞越大，阻力越大；阻力越大；2阻力过大，变形抗力很大，能够呵斥上下模阻力过大，变形抗力很大，能够呵斥上下模打不靠；打不靠； 阻力过小，型腔充不满。阻力过小，型腔充不满。Seite 19 3型腔易充溢时，型腔易充溢时，b/h飞取小一些，反之，取大一些，飞取小一些，反之，取大一些，如压入成形时，如压入成形时，b/h飞大一些。飞大一些。4胎模锻造时，胎模锻造时，b/h飞比模锻时小，约为飞比模锻时小，约为1/25螺旋压力机模锻时，由于行程次数少，螺旋压力机模锻时，由于行程次数少， 胎模胎模 b/h飞飞锤上模锻锤上模锻Seite 20 6高速锤锻造时，易呵斥充不满型腔的景象，高速锤锻造时，易呵
13、斥充不满型腔的景象，b/h飞应飞应较大。较大。 比较难充溢的锻件还必需采取无飞边或小飞边模锻。比较难充溢的锻件还必需采取无飞边或小飞边模锻。7还应思索还应思索b，h飞的绝对值，飞的绝对值，b过小，模具易被打塌，过小，模具易被打塌，或很快被磨损。或很快被磨损。8同一锻件的不同部分，可根据充溢型腔的难易程度，同一锻件的不同部分，可根据充溢型腔的难易程度，采用不同的采用不同的b或或b/h飞，或采用制动槽叉形部分飞，或采用制动槽叉形部分Seite 21 3终锻前坯料的详细外形和尺寸。第八章终锻前坯料的详细外形和尺寸。第八章4坯料本身性质的不均匀。坯料本身性质的不均匀。5设备任务速度的影响：设备任务速度
14、的影响： 速度越快，越易成形外形复杂、要求准确的锻件。速度越快，越易成形外形复杂、要求准确的锻件。Seite 22 开式模锻中飞边金属的损耗较大，通常开式模锻中飞边金属的损耗较大，通常飞边占锻件质量的飞边占锻件质量的1050，为减少金属损，为减少金属损耗，提高资料利用率，出现了闭式模锻。耗，提高资料利用率，出现了闭式模锻。Seite 23 6-3 闭式模式模锻闭式模锻又称无飞边模锻闭式模锻又称无飞边模锻开式模锻可以以为是有飞边的模锻开式模锻可以以为是有飞边的模锻Seite 24 优点：点：减少减少飞边资料料损耗耗(飞边金属金属约为锻件件分量的分量的30%左右左右) 节省切省切边设备 在正常任在
15、正常任务情况下，情况下，闭式模式模锻普通不普通不产生生飞边，故可以，故可以节约金属和金属和节省切省切边设备。Seite 25 有利于金属充溢型槽，有利于有利于金属充溢型槽，有利于进展精展精细模模锻； 缘由是：上、下模由是：上、下模间的的间隙很小，在模隙很小，在模锻过程中程中间隙隙坚持不持不变。由于。由于间隙很小，金属流入隙很小，金属流入间隙的阻力一隙的阻力一开开场就很大，就很大，这有利于金属充溢型槽，适用于精有利于金属充溢型槽，适用于精细模模锻。闭式模式模锻时金属金属处于明于明显的三向的三向压力形状，有利于力形状，有利于低塑性低塑性资料的成形。料的成形。 由于由于闭式模式模锻时处于很高的三向于
16、很高的三向压应力形状，力形状，变形形抗力很大，模具容易抗力很大，模具容易损坏。坏。Seite 26 进展展闭式模式模锻的必要条件：的必要条件： 坯料体坯料体积准确准确 坯料外形合理并能在模膛内准确定位；坯料外形合理并能在模膛内准确定位； 可以可以较准确地控制打准确地控制打击能量或模能量或模压力；力； 有有简便的取件措施或便的取件措施或顶料机构。料机构。由于上述由于上述这些必要条件，使些必要条件，使闭式模式模锻在模在模锻锤和和锻压机机上的运用遭到限制。上的运用遭到限制。Seite 27 适用范围：适用范围： 适用于轴对称变形或近似对称变形。目前用的适用于轴对称变形或近似对称变形。目前用的最多的是
17、短轴类回转体。最多的是短轴类回转体。Seite 28 一、一、闭式模式模锻的的变形形过程分析程分析 闭式模式模锻的的变形形过程，可分程，可分为三个三个阶段：段： 第第阶段是根本成形段是根本成形阶段；段； 第第阶段是充溢段是充溢阶段；段； 第第阶段是构成段是构成纵向向飞边阶段。段。Seite 29 1第第阶段段根本成形根本成形阶段段 由开由开场变形至金属根本充溢型槽，此形至金属根本充溢型槽，此阶段段变形形力的添加相力的添加相对较慢。金属慢。金属变形能形能够是是镦粗、粗、压入、入、冲孔或冲孔或挤压成形；有能成形；有能够是整体是整体变形，也能形，也能够是是部分部分变形。形。Seite 30 2第第阶
18、段段充溢充溢阶段段 从前从前阶段段终了到金属完全充溢了到金属完全充溢为止。最止。最大大变形力比第形力比第阶段可增大段可增大23倍，但倍，但变形量形量很小。很小。Seite 31 3第第阶段段构成构成纵向毛刺向毛刺(飞边)阶段段 坯料已根本上成坯料已根本上成为不不变形的形的刚性体，只需在性体，只需在极大的模极大的模压力作用下，或在足力作用下，或在足够的打的打击能量作用能量作用下，才干使端部的金属下，才干使端部的金属产生生变形流形流动，构成，构成纵向向毛刺。毛刺的厚度愈薄，高度愈高，模膛毛刺。毛刺的厚度愈薄，高度愈高，模膛侧壁的壁的压应力力R也愈大。也愈大。 这个个阶段的段的变形形对闭式模式模锻有
19、害无益，是不希有害无益，是不希望出望出现的。的。Seite 32 由此：由此： 闭式模式模锻变形形过程宜在第程宜在第阶段段刚完成，即构完成，即构成成纵向毛刺之前向毛刺之前终了。了。 模壁的受力情况与模壁的受力情况与锻件的件的H/D有关，有关，H/D越小，越小，模壁受力情况越好。模壁受力情况越好。 坯料体坯料体积的准确性的准确性对锻件尺寸和能否出件尺寸和能否出现纵向向毛刺有重要影响。毛刺有重要影响。 打打击能量或模能量或模压力能否适宜力能否适宜对闭式模式模锻的成形的成形情况有重要影响。情况有重要影响。 坯料外形和尺寸比例能否适宜，在模膛中定位坯料外形和尺寸比例能否适宜，在模膛中定位能否正确能否正确对金属分布的均匀性有重要影响。金属分布的均匀性有重要影响。Seite 33 6-3 挤压正挤压正挤压反挤压反挤压径向挤压径向挤压复合挤压复合挤压Seite 34 6-4 顶镦坯料端部的部分镦粗称为顶镦或称聚集。坯料端部的部分镦粗称为顶镦或称聚集。
