锻造模具设计.ppt

宁德职业技术学院机电工程系,1,锻造与压铸模,第四章锻前准备,宁德职业技术学院机电工程系,2,目录,第一节锻造前的准备和锻后热处理第二节锻造工艺的基本工序和工步第三节锻造设备简介,宁德职业技术学院机电工程系,3,第一节锻造前的准备和锻后热处理,一.锻造生产用的原材料锻造生产用的原材料可分为锻造用钢和锻造用有色金属。1.锻造用钢钢材按化学成分可分为碳素钢和合金钢。碳素钢按质量分数高低可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。按合金元素总的质量分数的多少，合金钢可分为低、中、高合金钢。2.锻造用有色金属锻造用有色金属主要有铜、铝及其合金等。（1）铜及铜合金纯铜、黄铜、青铜。（2）铝及铝合金纯铝、铝合金。,宁德职业技术学院机电工程系,4,二.下料在锻造前，一般要在专门的下料设备上把金属棒料切成所需长度。常用的下料方法介绍如下：1.锯切；2.剪切；3.冷折下料；4.砂轮切割；5.气割；6.精密剪切下料。除上述切割方法外，还有等离子切割法、电子束切割法、阳极切割法等。,宁德职业技术学院机电工程系,5,三.锻前加热、锻后冷却和热处理（一）锻前加热的目的与方法1.锻前加热的目的提高金属的塑性，降低变形力；以利于锻造和获得良好的锻后组织；减少设备吨位，降低燃料消耗。2.锻前加热的方法根据热源不同，在锻造生产中金属的加热可分为两大类：火焰炉加热，电加热。比较速热、控温、条件、成本等。,宁德职业技术学院机电工程系,6,（二）锻造温度范围的确定锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度间的一段温度间隔。钢料在高温单相区具有良好的塑性，所以锻造温度范围最好在这个区间。如图是在铁碳合金基础上制订的碳钢锻造温度范围（3）。,宁德职业技术学院机电工程系,7,（三）锻件的冷却和锻后热处理1.锻件的锻后冷却方法常用的锻件冷却方法，按其冷却速度的由快到慢的顺序分为空冷、堆冷、坑冷（或箱冷）、灰冷（或沙冷）、炉冷等。2.锻件的锻后热处理锻件的锻后热处理目的是调整锻件的硬度，以利于锻件切削加工；调整锻件内应力，避免在机械加工时变形；改善锻件内部组织，细化晶粒；对于不再进行最终热处理的锻件，应保证达到规定的力学性能要求。锻件最常采用的热处理方法有退火、正火、调质等。,宁德职业技术学院机电工程系,8,第二节锻造工艺的基本工序和工步,一.锻造工艺的种类和特点锻造工艺按加工方法的不同，又可分为自由锻、胎模锻和模锻。二.锻造工序和工步的内容一般情况下锻件生产流程为：备料加热锻造工序后续工序。,宁德职业技术学院机电工程系,9,宁德职业技术学院机电工程系,10,宁德职业技术学院机电工程系,11,宁德职业技术学院机电工程系,12,宁德职业技术学院机电工程系,13,宁德职业技术学院机电工程系,14,第三节锻造设备简介,一.锻造设备分类锻造设备种类很多，按照工作部分运动方式不同，锻造设备可分为直线往复运动和相对旋转运动两大类。（一）直线往复运动的锻造设备（1）动载撞击的锻造设备；（2）动、静载联合的锻造设备；（3）高效能冲击的锻造设备。（二）旋转运动的锻造设备这类设备运转时，锻模分别安装在两个或两个以上作相对旋转运动的辊轴上。,宁德职业技术学院机电工程系,15,二.主要锻造设备的结构原理和应用1.锻锤利用蒸汽或液压等传动机构，使落下部分产生运动并积蓄动能，将此动能施加到锻件上，使锻件产生变形的锻压机器称为锻锤。,宁德职业技术学院机电工程系,16,2.热模锻曲柄压力机热模锻曲柄压力机又称锻压机，其结构如图所示。电动机通过带轮、传动轴和一对齿轮带动曲柄连杆机构，使滑块作上、下往复运动。,宁德职业技术学院机电工程系,17,三.锻造设备吨位的确定各种锻造工序在变形过程中所需的锻压力，主要取决于两个因素：坯料屈服强度s和锻件在与锻压力垂直的平面上的投影A。（一）热模锻曲柄压力机、螺旋压力机、液压机吨位的确定1.所需锻压力F02.公称吨位F,宁德职业技术学院机电工程系,18,（二）锻锤吨位的确定锻锤是利用下落部分在高速下落时和锻模模腔内坯料发生撞击而使坯料成形的。它的打击力随着坯料抵抗情况而变化，空击或冷击时，打击力最大。所以它不是按打击力来选择设备，而是一次打击时能释放出的最大能量来确定锻锤吨位的。锻锤一次打击能量为，一次打击下坯料变形功为，根据能量守恒定律得：,宁德职业技术学院机电工程系,19,（三）工厂中常见的简便公式1.胎模锻2.模锻（1）模锻锤吨位经验公式（2）布留哈诺夫和列别尔斯基公式圆形锻件：非圆形锻件：3.热模锻曲柄压力机和锻锤换算公式自由锻：模锻：,宁德职业技术学院机电工程系,20,总结,本章主要讲述锻造工艺的基础知识、锻造的工艺过程和工艺方法，以及常用锻造设备的构造、原理和应用。重点掌握锻造材料、下料方法和锻造温度的确定及锻造设备的选用。,宁德职业技术学院机电工程系,21,锻造与压铸模,第七章锻模设计,宁德职业技术学院机电工程系,22,目录,第一节锻模的分类及特点第二节锻件图设计第三节终锻模镗设计第四节预锻模镗设计第五节制坯模镗设计第六节锤锻模结构设计第七节机锻模设计,宁德职业技术学院机电工程系,23,第一节锻模的分类及特点,一.锻模的分类锻模的种类很多，通常锻模是按制造设备来分类，可分为胎膜、锤锻模、机锻模、平锻模、辊锻模等。1.胎膜胎模锻是在自由锻设备上，利用不固定于设备上的专用胎膜，进行模锻件生产的一种工艺。适于小型锻件、中小批量生产。,宁德职业技术学院机电工程系,24,2.锤锻模在模锻锤上使坯料成行为模锻件或其半成品的模具称锤锻模。锤锻的特点是在锻压设备动力作用下，毛坯在锻模模镗中被迫塑性流动成形，从而获得比自由锻质量更高的锻件。,宁德职业技术学院机电工程系,25,3.机锻模在机械压力机上使坯料成形为模锻件或其半成品的模具称为机械压力机锻模，简称机锻模。,宁德职业技术学院机电工程系,26,4.平锻模在水平锻造机上使坯料成形为模锻件或其半成品的模具称平锻模。平锻机的工作特点是有两个分型面，主滑块在水平方向运动，有坯料夹持定位装置。,宁德职业技术学院机电工程系,27,5.滚锻模在辊锻机上将坯料纵轧成形的扇形模具称为滚锻模。辊锻工艺的生产特点是生产率比锤上模锻高510倍，节约金属材料，劳动条件好，比较容易实现机械化、自动化。,宁德职业技术学院机电工程系,28,二.模锻件的分类1.圆盘类,宁德职业技术学院机电工程系,29,宁德职业技术学院机电工程系,30,2.长轴类,宁德职业技术学院机电工程系,31,宁德职业技术学院机电工程系,32,三.锻模设计步骤（1）设计锻件图；（2）设计终锻模镗；（3）确定模锻设备吨位；（4）设计制坯模镗；（5）确定坯料长度；（6）绘出锻模装配总图，给出锻模技术条件，再绘制锻模零件图。,宁德职业技术学院机电工程系,33,第二节锻件图设计,一.确定分模面1.分模面与分模线锻模的分模面是指上下模的分接面。分模轮廓线是指终锻模镗分模面与锻件轮廓的交线。分模轮廓线在视图平面上的投影称为分模线。2.确定分模面的原则（1）容易脱模；（2）成形良好；（3）平衡侧压力；（4）保证承力面强度；（5）便于检查错移；（6）简化锻模制造。,宁德职业技术学院机电工程系,34,宁德职业技术学院机电工程系,35,二.确定机械加工余量和锻件公差1.机械加工余量和工艺余块加工余量主要由锻件质量、零件机加工精度和锻件复杂程度查表确定或与加工部门协商。（1）锻件质量mf按锻件基本尺寸进行计算的质量。（2）零件机加工精度一般情况下，表面粗糙度值分成Ra1.6m和Ra1.6m两档。（3）锻件形状复杂系数S锻件形状复杂系数是锻件质量mf与相应的锻件外廓包容体质量mN之比：根据S值的大小，锻件形状复杂系数分为4级：S1级（简单）：0.63S1；S2级（一般）：0.32S0.63；S3级（较复杂）：0.16S0.32；S4级（复杂）：0S0.16。,宁德职业技术学院机电工程系,36,2.模锻件公差模锻件公差主要由锻件质量、锻件形状复杂系数、材质系数和分模面形状确定，同时要考虑锻造工艺、锻造设备和加热方法等。（1）分模线形状锻件分模线分为两类，一类是平直或对称的，另一类是不对称的。,宁德职业技术学院机电工程系,37,（2）材质系数M锻件材质系数分为M1和M2。M1：Wc0.65%，W3.0%M2：Wc0.65%，W3.0%（3）公差项目模锻件公差可分为精密级和普通级。GB/T123621990适于范围要求用电、油、煤气加热。若用煤或经二次加热，余量和公差均应适当增加。,宁德职业技术学院机电工程系,38,三.模锻斜度为便于模具制造，模具斜度可按下列数值选用：015，030，1，130，3，5，7，10，12，15。在同一锻模上不宜选用过多中模锻斜度。四.圆角半径在制件公差允许条件下，圆角半径应尽可能大。1.外圆角半径r一般情况下r值按下式确定：2.内圆角半径RR太小，会使脱模困难，还会造成模锻时金属流动形成的纤维被割断甚至产生折叠。,宁德职业技术学院机电工程系,39,五.冲孔连皮对内孔大于25mm的锻件模锻时不能直接锻出通孔，在分模面上留有较薄的一层金属称为连皮。常用连皮有四种形式：1.平底连皮连皮厚s可按下式计算：连皮内圆角半径R1可按下式取值：,宁德职业技术学院机电工程系,40,2.斜底连皮当锻件内孔直径d与孔深h之比大于2.5或d60mm时，应采用斜底连皮。各尺寸计算如下：,宁德职业技术学院机电工程系,41,3.带仓连皮为了解决切除连皮的困难，对内孔较大的锻件最好预锻时采用斜底连皮，终锻时采用带仓连皮。带仓连皮尺寸计算和终锻模飞边槽设计一致：连皮厚度为飞边槽桥部高度h飞，b为飞边槽桥部宽度。,宁德职业技术学院机电工程系,42,4.拱底连皮锻打直径大而高度低的内孔时金属流动很困难。当d/h15时应采用拱底连皮，其尺寸计算如下：,宁德职业技术学院机电工程系,43,六.绘制锻件图一般锻件图上技术条件内容如下：1.锻件热处理及硬度要求；2.未注圆角半径和模锻斜度；3.允许表面缺陷深度；4.允许错差量和残余飞边量；5.标出试验取样的位置；6.表面清理方法；7.其它要求。,宁德职业技术学院机电工程系,44,第三节终锻模镗设计,一.热锻件图1.收缩率为保证锻件冷却后符合冷锻件图的要求，热锻件图上尺寸均在冷锻件图基础上加放收缩率。2.绘制热锻件图通常热锻件图形状和冷锻件图相似。热锻件图上圆角半径、模锻斜度同于冷锻件图，锻件若有内孔，要在热锻件图上绘出连皮形状并标明尺寸。在热锻件图上不绘出制件轮廓线，也不标注锻件公差。,宁德职业技术学院机电工程系,45,二.飞边槽设计1.飞边形成过程坯料在锤上模锻时，金属在终锻模镗内成形有如下四个阶段：（1）自由墩粗变形阶段；（2）形成飞边阶段；（3）充满模镗阶段；（4）最好锻足阶段。,宁德职业技术学院机电工程系,46,2.飞边槽的作用（1）造成足够大的水平方向的阻力；（2）容纳多余的金属；（3）承受冲击力，起缓冲作用。3.飞边槽形式常见的飞边槽形式如图所示：,宁德职业技术学院机电工程系,47,4.确定飞边槽尺寸设计飞边槽目前有计算法和吨位法两种方法。（1）计算法按经验公式计算飞边桥h飞：（2）吨位法在生产中，常根据锻锤吨位确定飞边槽尺寸。,宁德职业技术学院机电工程系,48,三.钳口根据钳口不同的功能可分为常用钳口、特殊钳口、圆形钳口、共享钳口等形式。,宁德职业技术学院机电工程系,49,第四节预锻模镗设计,一.预锻模镗作用1.改善金属的流动条件；2.使坯料易于充满型腔，避免充不满的缺陷；3.减少终锻模镗磨损，提高锻模寿命。采用预锻模镗后也会产生如下缺点：1.使终锻时产生偏心打击，上下模容易错移；2.增大了模块尺寸；3.预锻、终锻若用两套模具分别在两台设备上联合捶打，成本高；4.降低了生产率。,宁德职业技术学院机电工程系,50,二.预锻模镗设计1.预锻模镗仅用来减少终锻模镗的磨损这种情况下，基本和终锻模镗一样，只有外圆角半径比终锻模镗相应处大，分模面出圆角也大些。2.预锻模镗主要用来改善终锻时成型条件这种情况下预锻模镗设计与终锻模镗有较大区别。可以从这三个方面考虑其设计：（1）模镗的宽和高；（2）模锻斜度；（3）外圆角半径。,宁德职业技术学院机电工程系,51,3.复杂锻件的预锻模镗形状复杂的锻件，应根据锻件的轮廓形状特征进行预锻模镗的设计。（1）枝芽类锻件简化枝芽形状，减少金属流动阻力。,宁德职业技术学院机电工程系,52,（2）叉形锻件为了防止终锻时在内圆角处充不满，一般在预锻模镗中设计劈料台。其有关尺寸为：,宁德职业技术学院机电工程系,53,（3）工字形截面的锻件工字形截面根据其截面形状和尺寸可分为三种，其设计如下：1）当工字形相对高度h/b1时，可不采用预锻模镗；2）当工字形相对高度1h/b2时，预锻模镗可设计成矩形；3）当工字形相对高度h/b2时，用大圆弧连接。,宁德职业技术学院机电工程系,54,第五节制坯模镗设计,一.制坯工步选择用以初步改变坯料形状，合理分配金属，以适应锻件和横截面积要求，使金属更好充满锻模模腔的工步称制坯工步。（一）圆盘类锻件制坯工步选择1.圆盘类锻件制坯工步选择（1）轮毂较低的锻件常用镦粗和终锻；（2）轮毂较高的锻件镦粗后坯料直径应能保证高度方向充满；（3）高毂深孔锻件采用镦粗、成形镦粗和终锻；（4）高筋薄壁锻件采用镦粗、预锻和终锻。,宁德职业技术学院机电工程系,55,宁德职业技术学院机电工程系,56,2.坯料尺寸的确定（1）火秏率坯料在加热过程中因生成氧化皮而造成的损失成火秏，用火秏率表示。（2）原材料规格和下料尺寸的确定坯料体积：圆钢直径：下料长度：,宁德职业技术学院机电工程系,57,3.镦粗台设计镦粗台是为镦粗坯料而在锻模分模面的局部设置的平台，有利于锻件成形饱满。镦粗台高度按下式确定：,宁德职业技术学院机电工程系,58,（二）长轴类锻件制坯工步选择长轴类锻件的锻压方向和轴线垂直，金沿轴线流动困难。长轴类锻件的制坯工步是根据锻件轴向横截面积变化的情况和锻件的形状来确定的。1.绘制计算毛坯图（1）计算毛坯计算毛坯是假想的具有圆形或方形截面的中间坯料。（2）绘制毛坯截面图用高度尺寸h计来代表计算毛坯各标定点出的截面积A计。（3）绘制毛坯直径图计算毛坯各标定点处直径d计为,宁德职业技术学院机电工程系,59,2.确定制坯工步（1）变形量指标制坯工步变形量大小可用金属流入头部系数、金属轴向流动系数、杆部锥度和锻件重量四个指标来衡量。四个变形量指标越大，制坯难度就越大。,宁德职业技术学院机电工程系,60,（2）制坯工步长轴类锻件制坯工步主要有拔长、滚压和卡压，特殊锻件还要采用弯曲制坯和成形制坯。如图是根据生产经常把变形量指标和制坯工步的关系绘制成的图表。,宁德职业技术学院机电工程系,61,（3）复杂毛坯若锻件超过一个头部或一个杆部时，称为复杂毛坯。,宁德职业技术学院机电工程系,62,3.确定坯料尺寸原材料截面形状应尽量接近锻件，截面尺寸大小根据制坯工步确定。确定A坯后按标准规格选择并计算实际原材料截面积A坯，下料长度L坯按下式计算：,宁德职业技术学院机电工程系,63,二.制坯模镗设计1.拔长模镗设计（1）作用减少坯料某部分截面积增加长度，使中间坯料形状向计算毛坯靠近。（2）形式分为开式和闭式两种。,宁德职业技术学院机电工程系,64,（3）设计计算拔长模镗由拔长坎高度h、拔长坎长度C、模镗宽度B、模镗深度h、圆角圆弧半径R、R1及总长度L组成。,宁德职业技术学院机电工程系,65,2.滚压模镗设计（1）作用使坯料某部分截面积缩减，另一部分截面积增加，长度方向变形不大。（2）形式常见滚压模镗有四种形式。开式滚压模镗：闭式滚压模镗：,宁德职业技术学院机电工程系,66,混合式滚压模镗：非对称滚压模镗：（3）设计计算滚压模镗由钳口、工作部分和毛刺组成，其设计计算公式见教材表518。,宁德职业技术学院机电工程系,67,3.卡压模镗卡压模镗又称压肩模镗。形式和滚压相似，其作用使坯料宽度增加，高度略减小，头部可由少量聚料。操作时只锻压一次，坯料不翻转直接送入预锻或终锻。分开式和闭式，开式应用较广。计算公式见下表。,宁德职业技术学院机电工程系,68,4.压扁台压扁台用来压扁坯料增加宽度。锻打方向和轴线垂直，适用于长轴类扁宽锻件或锻件平面图近似矩形的锻件。压扁台有关尺寸计算如下：,宁德职业技术学院机电工程系,69,第六节锤锻模结构设计,一.锤锻模紧固方法锤锻模由上模和下模组成，上模紧固在锤头上随活塞作上下往复运动，下模紧固在上承受锤击力。要求紧固可靠、安装调试方便。目前，普遍采用楔铁和键配合燕尾紧固的方法。根据模锻锤安模空间尺寸，设计锤锻模燕尾尺寸、楔铁尺寸及键孔尺寸。,宁德职业技术学院机电工程系,70,二.模镗布置1.锻模中心与模镗中心锻模中心即锻模燕尾中心与键槽轴线的交点，它位于锤杆中心线上，是锻锤打击力的作用点。,宁德职业技术学院机电工程系,71,2.预锻、终锻模镗布置单模镗锻模的模镗中心应和锻模中心重合。对于多模镗锻模，当同时具有预锻模镗和终锻模镗时，布置模镗应考虑以下原则：（1）终锻与预锻模镗中心到锻模燕尾中心线距离之比应等于或略小于1/2；（2）终锻模镗中心与燕尾中心线偏移量L/3不能超出下表规定；（3）两模镗中心都要尽量在键槽中心线上；（4）预锻模镗中心必须在燕尾槽宽度内。,宁德职业技术学院机电工程系,72,3.制坯模镗布置制坯模镗布置应考虑以下原则：（1）终、预锻安排在中间，制坯布置在两侧；（2）制坯第一工步模镗的位置，要考虑吹氧化皮的压缩空气风管的位置来确定，以防止氧化皮吹落到其它模镗；（3）模镗排列次序应考虑操作方便，制坯模镗尽量可能按工艺顺序排列，减少坯料移动距离；（4）弯曲模镗的位置要便于弯曲后把坯料送到终（预）锻模镗中。,宁德职业技术学院机电工程系,73,三.锁扣1.锁扣作用在锻模的上下模分别加工出互相配合的凸、凹部分组成滑动副，这种滑动副称为锁扣。锁扣可以平衡水平错移力，起到导向作用，提高模具寿命和锻件精度，也便于锻模的安装、调整。,宁德职业技术学院机电工程系,74,2.锁扣设计锁扣通常分为平衡锁扣和一般锁扣两大类。,宁德职业技术学院机电工程系,75,四.模壁厚度模锻至模具侧面的壁厚及模镗之间的壁厚称为模壁厚度。1.预锻、终锻模镗的最小壁厚（1）模镗的最小外壁厚S0如图所示，按下式确定：（2）模镗间壁厚S1（3）制锻模镗的最小壁厚制坯模镗之间的最小壁厚一般取S3=1015mm；滚压模镗的最小壁厚，一般取S4=510mm。,宁德职业技术学院机电工程系,76,五.模块尺寸模块尺寸确定的原则是根据锻模中模镗的数量与尺寸进行布置，考虑最小壁厚等因素，得出所必需的模块最小轮廓尺寸，然后按标准规格选取模块尺寸。同时还应考虑下列问题：（1）承击面；（2）模锻中心和模块中心的关系；（3）锻模宽度；（4）锻模长度；（5）锻模高度；（6）锻模重量；（7）模块纤维方向；（8）检验角；（9）模块规格。,宁德职业技术学院机电工程系,77,第七节机锻模设计,一.机锻模特点及应用1.锻压机滑块的压力基本上属于静压力；2.锻压机机架和曲柄连杆刚性大，工作时弹性变形小，滑块导向精度高，并设有顶料装置，所以锻压机上模锻的机械加工余量、锻件公差和模锻斜度都比锤锻模上小；3.锻压机模锻时，坯料在模镗中只一次锻压成形，毛坯内外几乎同时发生变形，各处力学性能较为一致，流线分布也较均匀，锻件内在质量高；4.锻压机行程固定。,宁德职业技术学院机电工程系,78,二.锻压机上模锻件分类根据锻件形状和模锻工艺特点，锻压机上模锻件可以分为五类。,宁德职业技术学院机电工程系,79,宁德职业技术学院机电工程系,80,三.锻件图设计特点1.分模面确定分模面的原则与锤上模锻相同，但由于锻压机有顶出装置，使锻件有可能方便地从较深的模镗内取出，所以锻件分模面选择是不同的。,宁德职