锻模设计(含实例).ppt

锻模设计 绘 制 热 锻 件 图 校正模设计 终锻模膛设计 预锻模膛设计 飞边槽设计 钳口设计 锻 模 结 构 设 计 切边模设计 制坯模膛设计 确 定 模 锻 工 序 编 制 工 艺 流 程 第一节 模锻工艺方案的选择 原则：技术可行性； 经济合理性。 模锻工步(工艺流程图) ： 先备料制坯， 后预锻和终锻， 最终热处理、 校正、清理和 检验。 备 料 加 热 制 坯 加热 模 锻 切边 冲切孔内连皮 热处理 表面清理 最终检验冷精压 冷校正 工 序 间 检 验 清除氧化皮 去毛刺 热校正 一、模锻工艺过程的制定 工艺流程图 模锻工艺与锻模设计内容 1、产品工艺分析； 2、绘制模锻件图 (冷锻件图) ； 3、确定模锻工序； 4、编制工艺流程； 5、填写工艺卡； 6、锻模设计（据热锻件图） 。 120MN热模锻压力机锻造生产线（前轴 ） 下料 1250T剪床 加热（1240） 感应加热炉 辊锻制坯（二道） 930辊锻机 模锻成形（弯、预、终） 120MN热模锻压力机 切边 1250T压床 校正压平 1600T液压机 热处理 调质 清理 酸洗 校正 100T液压机 前轴是汽车中最重最大的锻件，原采用合金调质钢，经淬 火、高温回火处理，每吨前梁热处理加热耗电达600KWh。 采用低碳低合金空冷贝氏体钢，锻后无需热处理。 5 二、 模锻方法 单件模锻： 一个坯料锻一件，一般用于较大锻件的锻造 。 调头模锻 ：锻制锻件重 23kg ，长度350mm 。 一模多件 ：一锻模内一次23锻件，重量0.5kg、长度80mm 一 模 多 件调 头 模 锻 多 件 合 锻 第二节 模锻模膛设计 一 开式模锻的变形特征 开式模锻：在锻件周围形成横向飞边的模锻； 闭式模锻：在锻件周围不形成横向飞边仅形成小 的纵向飞边的模锻 第阶段（镦粗） 毛坯上端面同上模膛表 面接触毛坯被镦粗至鼓形 侧面同模膛侧壁接触。变形 金属处于较弱的三向压应力 ，F 较小。 第阶段（形成飞边） 金属流向模膛深处，又 沿垂直于作用力方向流向飞 边槽，形成少许飞边。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。 第阶段(充满型槽) 金属继续流向模膛深处和圆角处 ，直到整个模膛完全充满。金属 受三向压应力状态，变形抗力急 剧增大。 第阶段(打靠合模) 继续压缩至上下模接触即打靠 。变形仅发生在分模面附近的区 域内，处于最强的三向压应力状 态，变形抗力也最大。此阶段的 压下量小于2mm，它消耗的能量 却占总能量的30%50%。 1、模膛尺寸计算 热锻件图依据冷锻件图绘制。 热锻件图上尺寸比冷锻件图 中尺寸加大一个收缩率， 即 二、终锻模膛设计 式中：终锻温度下的 合金收缩率。 钢为 1.21.5。 从分模面起始标注模膛高度 尺寸。 终锻预锻模 2、飞边槽设计 一般只有终锻模膛设计 有飞边槽。一些复杂锻件， 预锻模膛也采用飞边槽。 开式模锻中的终锻模膛 由模膛本部和飞边槽两部分 组成。 1） 飞边槽作用 产生足够大的横向阻力，促使模膛充满。 热模锻压力机上模膛内横向阻力不太大。 容纳坯料上的多余金属，起补偿与调节作 用。 对锤类设备还有缓冲作用。 2）飞边槽结构形式 与尺寸 3 、钳口设计 主要为终锻模膛和预锻模膛沿分模面上下局部加 工装配成的特制凹腔，作为钳夹操作空间。 形式 使用广泛，桥部与坯料 接触时间短，能减轻桥部磨损。 形式 用于高度方向形状不对 称锻件。可简化切边冲头形状。 形式 用于形状复杂，坯料体 积不易计算准确的锻件。 三、预锻模膛设计（终锻模膛尺寸相 应增、减） 1、 模膛的宽与高 若终锻时以镦粗为主， 预锻模膛的高度应比 终锻模膛大25mm，宽度应小12mm。一般不设 飞边槽。预锻模膛的横截面积F预 应比终锻模膛 相应处截面积F终大1%3%，或按下式计算： F预=F终+（0.21）F飞 若经预锻的毛坯在终锻模膛中是以压入方式成形 ，则预锻模膛的高度尺寸应略小于终锻模膛高 度尺寸，即h=（0.80.9）h。 若高宽比h/b较大，取小的系数，反之，取大的系 数。 2、 模锻斜度 预锻、终锻模膛的斜度相同。 3、 圆角半径： （C=25mm ; 模深大，取上限） 、 带枝芽的锻件，预锻模膛的枝芽形状可简化 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，以增大金属流向飞边的阻力 、 叉形锻件的预锻模膛设计 叉间距离不大时，必须在预锻模膛中使用劈料 台。 依靠劈料台把金属挤向两侧，流入叉部模膛内。 一般情况下采用图中a型；当45，叉部较窄 时，可使用b型，有关尺寸如下： A=0.25B 8A30；h=(0.40.7)H； =1045 劈料台 例如对带工字形断面的锻件，如各种连杆锻件， 根据肋的相对高度来设计预锻模膛。如右图 ： 当 h2b 时，B= B（23）mm;图a 当 h2b 时，B= B（12）mm;图b 预锻模膛舌形截面 B1=B+(1020)mm 、 H型截面锻件的预锻模膛设计 第三节 制坯工步的选择 制坯使坯料变成易于终锻成形的毛坯。包括镦 粗、拔长、卡压、滚挤、弯曲和扭转等 一、 圆饼类锻件 采用镦粗制坯或成形镦粗制坯。 轮毂较矮 中间毛坯尺寸满足： D1D镦D2 轮毂较高 中间毛坯尺寸满足： （D1D2）/2D镦D2 轮毂高，凸缘大 有内孔，采用成形镦粗 中间毛坯尺寸满足： H1 H1，D1D1， dd 锻件毛坯 二、 长轴类锻件 1、长轴类锻件的制坯工步 主要采用拔长(或辊锻)、滚挤、 弯曲、卡压、局部成形等制坯工步。 后再经过预锻和终锻等工步成形。 1) 直长轴线形 用拔长、滚挤、卡压或辊锻工 步等制成中间毛坯。 技术要点： 中间毛坯长度=终锻模膛长度； 沿轴线毛坯的每一横截面积相应处锻件截面积飞边截面积 。 辊 锻 2）弯曲轴线形 图中为汽车前梁，是一 个弯曲锻件。除了辊锻或拔长 、滚挤、卡压等制坯工步外， 还必须加一道弯曲工步才能得 到弯曲轴线。再经过预锻和终 锻等工步成形。 辊 锻 弯 曲 预 锻 终 锻 弯曲手柄的制坯工步 3)带枝芽形 增加成形工步或非对称滚挤工步，充满枝芽 模膛。 4) 叉形件 需增加预锻劈叉工 步，形成叉形部分。 2、长轴类锻件坯料尺寸的计算（这是一个重点内容） 1） 计算毛坯 (1) 依据 假定长轴类锻件在模锻时 为平面应变状态，计算毛坯的 长度与锻件长度相等。 轴向各横截面积A计=相应处锻件横截面积A锻+飞边横截面积A飞 ， 即： 式中充满系数。 对于形状简单的锻件取 0.30.5； 对于形状简单的锻件复杂的取 0.50.8。 （2）“计算毛坯”的作图 步骤： 绘制冷锻件图； 在锻件图上选取若干具有 代表性的截面，分别计算 出A计； 求出各相关截面的折算 高度h计 ，即用缩尺比 M 除 A计，得： 通常取（M=2050 mm2/mm） 将折算高度 h计 等比例沿轴向画出锻件截面积分布图。 （3）计算毛坯直径图 折算高度 h计 表示该轴类锻 件相关处的截面积。 由此， 计算毛坯上任一 处的直径 d计为： 右图为完整的计算毛坯图 , 包括锻件图、截面图和直径 图。 (1) 平均截面积与平均直径 (2) 确定计算毛坯的头部和杆部 2 ) 坯料规格尺寸计算 长轴类锻件的平均截面积与平均直径，用如下公式计算 ： 平均截面积： 平均直径（图中虚线所示） ： ; 平均截面折算高度： 杆部： 头部： (3) 几项繁重系数的计算 金属流入头部的繁重系数 ： 金属沿轴向流动的繁重系数： 杆部斜率 K ： 锻件重量 G 。 =L计 / d均 dmax 计算毛坯的最大直径； dmin 计算毛坯的最小直径； d拐 杆部与头部交接处的直径： 说明： 值越大，流向头部的金属体积越多； 值越大，金属沿轴向流动的距离越长； K 值越大，表明杆部锥度大，小头和杆部金属过剩； G 值越大，制坯难度加大。 上列式中： (4) 根据繁重系数确定制坯工序的 初步方案 长轴类锻件可根据 计算出的繁重系数在右 示经验图表中查出制坯 工序的初步方案，再依 据生产试验修改确定。 图中： 不表示无需制坯工序；卡 需卡压制坯； 开需开式滚挤制坯； 闭需闭式滚挤制坯。 （5）长轴类锻件坯料的规格尺寸 坯料截面积 ： A 坯 = k A均 ； k = 1.021.2 由 A坯 求出坯料直径 D 或方坯边长 a 或 b。 坯料长度： 坯料体积按下式计算： 式中：加热烧损率， 。 第四节 制坯模膛设计 一、镦粗台与压扁台的设计 镦粗台适用于圆饼类锻件。 压扁台适用于近似矩形锻件 的设计。 镦粗台高度：h = V/（D2/4） 式中 D 镦粗后毛坯直径， 镦粗台镦粗台压扁台压扁台 压扁台宽度： B = 0.5 B件B坯40 压扁台长度： L =L坯 40 二、拔长模膛设计 有关模膛 设 计参数，依据 计算毛坯尺寸 考虑。详见设 计参考资料。 拔长模膛用来减小坯料断面 积，增加其长度，兼有清除氧化 皮的作用。 拔 长 模 膛 开 式 拔长模膛 闭 式 拔长模膛 三、滚挤模膛设 计 滚挤模膛用于减小坯料局部断面积 ，增大另一部分断面积，兼有清除氧化 皮和滚光作用。 滚挤模膛有开式、闭式、 和非对称滚挤模膛三种结构 形式。常用后两种结构。 滚 挤 模 膛 非对称滚挤模膛闭式滚挤模膛 滚挤模膛设计主要是确定模膛 高度 h 、宽度B 等尺寸。 其结构尺寸详见锻模设计手册 或其他参考资料。 滚挤时金属流动情况 第五节 设备吨位的确定 生产中多用经验公式计算设备吨位或用类比方法判断 。 一、 模锻锤（双作用锤）吨位： G =k1 k2 A 对于单作用锤吨位： G 1 =（1.5 1.8 ）G 式中k1 锻件形状复杂系数，一般取 k1 =0.350.63； k2 材料系数，对于钢材，取 k2 =0.9 1.55 ； A 锻件和飞边（按飞边仓的50计算）在水平 面上的投影面积，mm2。 （计算实例参考教材 P224 ） 二、热模锻压力机 、平锻机吨位的确定 热模锻压力机 、平锻机吨位用公称压力表示。 1、 热模锻压力机吨位 根据锻件终锻时最大变形力计算。 经验公式： 式中 k 材料系数。 取 k = 0.9 1.25； 对于高强度钢材，取上限。 F = （6.47.3）k A ，（kN ） 东风汽车公司锻造厂用的热模锻压力 机吨位主要有1200、800、400、200MN（ 1MN =106 N）等。 2、平锻机吨位 经验公式： F = 57.5kA， kN。 式中 k 材料系数。 取 k = 1.01.3 ； 第六节 锻模结构设计 锻模有整体式、镶块式两种。模具块、镶块常用 5CrNiMo、4Cr5MoSiV(H11)、4Cr5MoSiV(H13) 等热作模具钢加工成。 整体模具块、镶块一般用楔铁和燕尾槽安装在模架上 。 一、锻模合理结构的两个基本点 1、锻模上无预锻模膛时， 终锻模膛中心应与锻模 中心重合。 锻模中心为锻模燕尾槽 中心线与键槽中心线的交 点。 2、有预锻模膛时，应把预 锻模膛和终锻模膛分设 在锻模中心两旁。 a/b1/2 或 a 1/3 L 二、热模锻压力机上锻模结构设计 1、工步及工步图设计 1）终锻工步设计 主要内容是绘制热锻件图和确定 飞边槽形式与尺寸。 边槽主要起排泄和容纳多余金属 作用。 充填模膛的阻力作用相对次要。 锻件高度由压机行程保证。上下 分模面间保留一定间隙，不发生 碰撞。 间隙大小根据飞边槽高度而定。 2）预锻工步设计 预锻工步图根据终锻工步图设计。总的原则是使预锻 后的坯料尽可能以镦粗方式进行。 1、预锻工步图高度比终锻工步图相应高出 25mm，宽 度尺寸适当减小。 2、若终锻件横截面为圆形，则相应的预锻件横截面为 椭圆形。 3、严格控制预锻件各部分的体积，使终锻时多余金属 能够合理地流动。 4、应考虑预锻件在终锻模膛中 的定位问题。 5、预锻模膛中的飞边槽，其桥 部高度应比终锻模膛相应大30% -60%。 桥部宽度和仓部高度可适当减小。 预锻件在终锻模膛中 的压入过程 2、热模锻压力机上锻模结构设计特点 压板紧固式模板结构 1）多采用镶块装配结构 。用压板紧固。 上下模块与模座间加淬火 垫板。用导柱、导套导向 ，立于模座一侧。 下模中心处有顶料装置。 2）模具闭合高度 H H = 2（h1h2h3 ） hn 满足 ：H = A0.5 a 式中 A 压机最小闭合高度； a 压机工作台最大调节高度。 3）模壁厚度 t，s t =（11.5）h 40 mm。 s （0.35 0.65）h 式中h 模膛最宽处深度。模膛最宽处深度。 4）排气孔 如遇到终锻模膛 中有较深的内腔 ，则应在深腔中 金属最后充满处 开设排气孔。 5）推杆、顶料装置 顶飞边顶锻件顶冲孔连皮 正确不正确 杠杆、托板三顶料装置 第七节 切边与冲孔模设计 一、功能：切除飞边与 冲孔连皮。 二、结构： 1、切边：凸模推压； 凹模刃口剪切。 2、冲孔：凹模支承； 凸模刃口剪切。 三、间隙： 凸、凹模间保留一定间 隙。 第八节 锻模设计实例 汽车连杆的锻模设计 技术条件 1、模锻斜度7； 2、表面不应有未充满、 分层、裂纹、毛刺、 氧化皮及腐蚀现象； 3、硬度207241HBS； 4、流线方向与连杆外廓、 形状相符合； 5、金相组织应为均匀的 细晶结构。 材 料 40 钢 零 件 连 杆 连杆零件图 1、模锻件图的设计 连杆零件的冷模锻件图。 冷模锻件图冷模锻件图 上应该反映上应该反映 出哪些基本出哪些基本 内容呢？内容呢？ 图中表示出： 1）分模面位置：取水平投影面积最大的中心平面为分模面 。 2）公差、加工余量的确定： 锻件重 1.44 kg ； 材质系数 M1 （40钢）； 锻件形状复杂系数 S = m锻/m 廓 = 0.19，定为 S3 级， 为比较复杂的锻件。 查表得 ：h (+1.4，-1.6) ； L (+1.9，