模锻变形工步的确定.ppt

第五节模锻变形工步的确定模锻时 坯料在锻模的一系列模膛中变形 坯料在每一模膛中的变形过程称为模锻工步 模锻工步根据其作用不同可分为模锻工步 制坯工步 切断工步三类 模锻工步包括预锻工步和终锻工步 其作用是使经制坯的坯料得到最终锻件所要求的形状和尺寸 每类锻件都需要终锻工步 而预锻工步应根据具体情况决定是否采用 折迭和充不满 制坯工步的作用是改变原毛坯的形状 合理地分配坯料 以适应锻件横截面形状的要求 使金属能较好地充满模锻模膛 每类锻件所需的制坯工步是不同的 主要模锻设备常用工步如下 模锻锤模锻 拔长 滚压 卡压 成形 镦粗 压扁 预锻 终锻等 热模锻压力机模锻 镦粗 弯曲 卡压 压扁 成形 预锻 终锻等 螺旋压力机上模锻 镦粗 压扁 卡压 弯曲 成形 预锻 终锻等 平锻机模锻 聚集 预成形 预成形冲孔 预锻 成形冲孔 终锻 切边 压肩 弯曲 穿孔 切芯头 切断等 一 长轴类锻件制坯工步选择1 计算毛坯坯料沿轴向的金属分配对不同锻件要求不同 合适的形状应该是在保证模膛充满的条件下 在模锻之后 锻件各处飞边均匀 亦即应使坯料上各截面的面积等于锻件上相应截面积加上飞边的截面积 按这一要求计算的坯料 通常称为计算毛坯 计算毛坯是根据平面变形假设进行计算并经修正所得的具有圆形截面的中间坯料 其长度与锻件相等 而横截面积应等于锻件上相应截面积与飞边截面积之和 式中 计算毛坯截面积 锻件截面积 对于冲孔连皮及叉形锻件的内飞边应算在锻件内 飞边横截面积 充满系数 形状简单的锻件取0 3 0 5 形状复杂的取0 6 0 8 常取0 7 一般根据冷锻件图作计算毛坯图 首先应根据锻件的复杂程度及具体情况 从锻件图上选定具有代表性的若干个截面 计算出各截面面积值 然后 以计算毛坯的长度为横坐标 以算得的为纵坐标 在坐标纸上绘制计算毛坯的截面图 截面图作法如下 1 通常用缩尺比M除 得到用直线段来表示的所取各截面面积值 式中M 缩尺比 通常取为20 50mm2 mm 将计算出的绘制在坐标纸上并连接各端点成光滑曲线 即得计算毛坯截面图 如图7 37所示 计算毛坯截面图的每 处高度代表计算毛坯的截面积 截面图曲线下的整个面积就是计算毛坯 锻件与飞边之和 的体积 式中V计 计算毛坯体积 A 计算毛坯截面图曲线下的面积 M 缩尺比 mm2 mm 3 计算毛坯上任一截面的直径d计可由下式计算 以为横坐标 以d计为纵坐标 在截面图的下方绘制计算毛坯直径图 见图7 37 计算坯料图包括三个组成部分即锻件图 截面图和直径图 根据计算毛坯截面图和直径图可计算出平均截面积和平均直径 通常将平均截面积和平均直径分别在计算毛坯截面图和直径图上用虚线表示出来 在计算毛坯直径图上 d计 称为头部 d计 处 称为杆部 从计算毛坯截面图和直径上都能较直观地看出中间坯料横截面积及及外形的变化情况 也说明了金属沿长度上的分配情况 所以 计算毛坯图是长轴类锻件选择制坯工步 设计制坯模锻模膛和确定坯料尺寸的重要依据 在模锻工艺及模具设计中有着重要作用 实际生产中遇到的锻件形状是千变万化的 其计算毛坯也要较图7 37所示计算毛坯复杂 因此 设计中应根据其形状特点进行简化 2 制坯工步选择长轴类锻件常需采用第一类制坯工步 即拔长 滚压和卡压工步 使原坯料获得近似计算毛坯的形状 从对改变坯料的截面和使金属作轴向流动的能力来看 拔长工步最大 滚压工步次之 卡压工步最小 至于选用哪一步工步制坯需根据具体锻件的计算毛坯来确定 如果计算毛坯的头部相对尺寸越大 则金属需要在头部的聚集量越多 若锻件的相对长度越长 则金属需要流动的距离也越大 如果锻件大 原坯料重 则在其它条件相同时金属需要转移的绝对量也越大 制坯变形工作量的大小可用以下繁重系数表示 式中 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 计算毛坯的最大直径 dmin 计算毛坯的最小直径 杆部与头部转接处的直径 即拐点直径 拐点直径按照杆部体积守恒转化为锥形的大头直径 图7 37 可按下式计算 式中 计算毛坯杆部体积 计算毛坯杆部长度 拐点直径也可以直接由计算毛坯的直径图或截面图求出近似值 越大 表明流到头部的金属体积越多 值越大 则金属轴向流动的路程越长 k值越大 表明杆部锥度大 小头或杆部一端的金属越为过剩 锻件重量G越重 表明金属量越大 制坯更为困难 因此 繁重系数代表了所需制坯变形工作量的大小 可以作为选择制坯工步的依据 图7 42是根据锤上模锻生产经验总结而绘成的图表 对其它模锻设备也可参考应用 选择制坯工步时 可由计算毛坯计算得的繁重系数 k G 从图表中查对出长轴类锻件所需第一类制坯工步的初步方案 例 直长轴类锻件制坯工步的选择 直长轴类锻件制坯工步可根据其计算毛坯确定繁重系数 按照图7 42给出的图表选择制坯工步 对于有较丰富实践经验的技术人员 可以根据经验采用类比的方法选择制坯工步 图7 43给出了连杆锻件的模锻工步 二 短轴类锻件制坯工步选择短轴类 圆饼类 锻件一般采用镦粗制坯 形状较复杂的宜用成形镦粗制坯 在特殊情况下 采用拔长 滚压或压扁制坯工步 镦粗制坯的目的是避免终锻时产生折迭 并兼有去除氧化皮从而提高锻件表面质量和提高锻模寿命的作用 根据锻件形状特点 坯料镦粗后的尺寸应按以下原则确定 1 轮毂较矮的锻件 图7 47 如齿轮 十字轴等 常采用镦粗制坯 终锻成形 为了防止轮幅和轮缘间过渡区产生折迭 镦粗后坯料直径D镦应在D1 D镦 D2范围内 2 轮毂较高的锻件 图7 48 为保证轮毂成形和防止产生折迭 镦粗后坯料直径D镦应在 D1 D2 2 D镦 D2范围内 3 轮毂高且有内孔和突缘的锻件 为便于坯料在终锻模膛中定位 有利于轮毂处充满 需采用镦粗一成形镦粗 终锻工步 如图7 49所示 三 顶镦类锻件变形工步确定顶镦类锻件通常可分为三组 见表7 2 顶镦类锻件多在平锻机和螺旋压力机上模锻 聚集 局部镦粗 是其模锻的基本工步 顶镦类锻件的制坯主要依据顶镦规则选择 平锻机上模锻与立式锻压设备上的一些局部镦粗工步的根本区别是棒科并非自由放入型槽 而是在局部夹紧的情况下使金属变形 所以它具有更大的稳定性 坯料尺寸和设备吨位选择主要是公式不讲了 第六章锻模设计锻模是金属在热态或冷态下进行体积成形时所用模具的统称 由于各种模锻设备的工作特点有所不同 其锻模的结构有较大差别 而在模膛设计上也稍有差异 因此 本章是锤锻模为主进行介绍 一个完善的锻模设计过程 首先应当考虑的是 能够获得满足尺寸精度要求和组织性能良好的锻件 同时要满足生产率的要求 其次还应考虑锻模要具有足够的强度和较高的寿命 并且制造简单 安装 调整 维修方便等要求 因此 设计锻模时应当进行综合分析 第一节锤用锻模在前一章中已经介绍了锤上模锻通常生产长轴类和短轴类锻件锻造工步如图7 43至图7 44所示 常用的模锻工步是 终锻 预锻 拔长 滚压 弯曲 镦粗等 本节介绍其模膛设计和锻模结构设计 一 模锻模膛设计模锻模膛包括终锻模膛和预锻模膛 所有锻件都要用终锻模膛 而预锻模膛则不一定都需要 要根据具体情况采用 终锻模膛和预锻模膛所起的作用及设计方法均不同 下面分别介绍 1 终锻模膛设计终锻是模锻工艺过程最重要的成形工步 模锻件的几何形状和尺寸是靠终锻模膛来保证的 任何锻件的模锻工艺过程都必须有终锻 终锻模锻是锻件最后成形的模膛 通过它获得带飞边的锻件 终锻模膛是根据热锻件图设计的 模膛设计的主要内容是绘制热锻件图 确定飞边槽尺寸及钳口尺寸 1 热锻件图的制定和绘制热锻件图是将锻件图的所有尺寸计入收缩率而绘制的 一般情况 热锻件图形状与锻件图形状是完全相同的 但在某些情况下 为了保证按热锻件图制造终锻模膛 能锻出合格的锻件 热锻件图的某些地方与锻件图是有差异的 这时应根据具体情况给予具体处理 1 终锻模膛易磨损处 应在锻件负公差范围内预先增加磨损量 以提高锻模寿命 保证锻件的合格率 2 锻件上形状复杂且较高的部分应尽量放在上模 3 当设备的吨位偏小 模锻不足现象严重时 应使热锻件图高度尺寸比锻件图上相应高度减小一些 接近于负偏差或更小一些 以抵消模锻不足的影响 4 锻件的某些部位在切边或冲孔时易产生变形而影响加工余量时 则应在热锻件图的相应部位适当地增加一定的弥补量 以提高锻件的合格率 5 当锻件的形状不能保证坯料在下模膛内或切边模确定位 则应在热锻件图上增加必要的定位余块 以保证多次锻击过程中的定位以及切飞边时的定位 在绘制热锻件图时需将分模面和冲孔连皮的位置 尺寸全部注明 还要写明末注明圆角半径 模锻斜度与收缩率 但不需注明锻件公差 技术条件和零件的轮廓线 2 飞边槽及其设计在本书第六章第二节中已介绍了飞边槽的作用 即 增加金属流出模膛的阻力 迫使金属充满模膛 容纳多余金属 锻造时飞边起缓冲作用 减弱上下模的打击 防止模具的压塌和开裂 型式I 一般都采用此种型式 因桥口在上模 受热时间短 温度较低 桥口不易过热和磨损 型式 当锻件的上模部分形状较复杂 切边需翻转时 为简化切边凸模形状而采用此型式 当整个锻件模膛完全位于下模时 为了简化锻模的制造亦采用此型式 型式 此种结构的飞边槽特点是仓部较大 能容纳较多的金属 适用于大型和形状复杂的锻件 型式 一般只用于锻件形状复杂 难以充满的局部地方 如高肋 叉口与枝芽等处 它能较大地增加桥口阻力 迫使金属充满深而复杂的模膛 2 飞边槽尺寸的确定 飞边槽最主要的尺寸是桥口高度h飞 宽度b h飞增大 阻力减小 而h飞减小则阻力增大 桥口宽度b增加时阻力也增加 具体见前面讲解内容 锻件的尺寸 准确地说是锻件在分模面上的投影面积 既是选择飞边槽尺寸的依据 也是选择设备吨位的主要依据 故生产中通常按设备吨位来选定飞边槽尺寸 3 钳口及其尺寸1 钳口的作用与型式 钳口是指在锻模的模锻模膛前面所做的空腔 它是由夹钳口与钳口颈两部分组成 用途是 I夹钳口在模锻时用来放置棒料及钳夹头 钳口颈用于加强夹钳料头与锻件之间的连接强度 齿轮类锻件在模锻时无夹钳料头 钳口是作为锻件起模之用 在锻模制造时 钳口作为浇铸模膛检验件 金属盐或铅 的浇口 钳口型式如图8 7及图8 8 图8 9所示 其中图8 7是常用型式 图8 8是用于模锻齿轮类锻件 图8 9则是用于模锻重量比较大的锻件 如果有预锻模膛 因预锻与终锻两模膛之间的距离较小 为了便于模具加工 可将两模膛的钳口开通 如图8 10所示 2 钳口尺寸的确定 钳口的尺寸 如图8 7所示 主要依据夹钳料头的直径及模膛壁厚等尺寸来确定 应能保证夹料钳子能进行自由操作 在调头锻造时应能放置下锻件的相邻端部 详细情况可参阅 锻模设计手册 中的有关部分 2 预锻模膛设计终锻时常见的缺陷有折迭和充不满等 这些缺陷都是由于终锻时金属不合理的变形流动流动引起的 与锻件本身的尺寸 形状 终锻前的坯料情况和模膛结构 型式等有关 对终锻时容易产生折迭和不易充满的锻件 常采用预锻工步以便合理地分配坯料各部分的金属体积 以避免折迭的产生和有利于金属充满模膛 同时可以减少终锻模膛的磨损 但应说明 并非所有可能产生上述缺陷的锻件都必需采用预锻 因为不少锻件通过采用完善的制坯工步也有可能获得良好的质量 而且采用预锻模膛后也带来一些不利的因素 1 折迭折迭是金属在变形流动的过程中 已氧化的表层金属汇合在一起而形成的 各种不同形状的锻件 模锻时能否形成折迭以及形成折迭的部位和条件那是有一定规律 仅就工字形断面的锻件和带孔锻件 从防止折迭出发介绍预锻模膛的设计 图8 11是工字形锻件和带孔锻件模锻时形成折迭的部位 图8 12是折迭形成过程的示意图 模锻时折迭产生的条件主要是 1 靠近接触面附近的金属要有流动 见图8 12 2 该部分金属必需沿水平方向外流 3 由中间部分排出的金属量较大 三个条件中 靠近接触面a b附近的金属能否流动是与锻件的尺寸直接有关的 一般是不易改变的 而其余条件是可以人为控制的 因此 为防止折迭产生 应当控制上面的三个条件 2 充不满模锻时 引起充不满的原因可能是 在模膛深而窄的部分由于阻力大不易充满 在模膛的某些部分 例如叉形件的内端角 由于金属很难流到而不易充满 制坯时某些部分坯料体积不足 或操作时由于放偏 某部分金属量不足引起充不满等 二 制坯模膛设计前一章已经以连杆为例说明制坯工步的作用是初步改变原坯料的形状 合理地分配坯料 以适应锻件横截面积和形状的要求 使金属能较好地充满模膛 不同形状的锻件采用的制坯工步也是不同的 例如长轴类锻件在锤上模锻时常用的制坯工步是拔长 滚压 弯曲 成形等 而短轴类锻件则常用镦粗或成形镦粗 形状较复杂的锻件 等制坯工步 上述各制坯工步所用的模膛分别叫做拔长模膛 滚压模膛 弯曲模膛 成形模膛等等 1 滚压模膛设计滚压工步用以改变坯料的形状 减小某一部分截面积 增大另一部分的截面积 以获得接近计算毛坯图形状和尺寸的坯料的制坯工步 另外 滚压还可以起到清除氧化皮的作用 将接近于计算毛坯平均直径的棒料放在滚压模膛内 然后进行锤击 图8 27 首先杆部的高度减少 宽度增加 部分金属流入头部 由于钳口的阻止作用 使头部坯料加粗 而坯料总长稍有增加 滚压变形可以近似地看作是拔长和镦粗的组合 杆部拔长 头部镦粗 2 拔长模膛使坯料某部分的截面积减小 长度增加的变形工步叫拔长工步 用来完成拔长工步的模膛拔长模膛 拔长模膛按横截面形状可分为开式和闭式两种 开式模膛的横截面形状为矩形 如图8 37b所示 这种型式结构简单 制造方便 应用较广 闭式模膛的横截面形状为椭圆形 如图8 37b所示 这种型式拔长效果较好 但操作较难 要求把坯料准确地放置在模膛中 否则坯料易弯曲 般用于L杆 d杆 1 5的细长锻件 按在锻模上的布置情况分为直式 图8 37a 和斜式 图8 37b 两种 按工作特点也可分成两种 种是杆部的最小高度和最大长度靠模具控制 所示 另一种是杆部的高度及长度完全靠操作者控制 如图8 37b所示 第二节其它设备模锻一 热模锻压力机用锻模模锻锤目前虽然应用很广 但由于其结构和工艺性存在不少缺点 其发展受到一定限制 在大批量和专业化生产条件下 国内外先进的模锻厂目前都普遍采用热模锻压力机代替模锻锤 相对于模锻锤 热模锻压力机主要的工作特点是 滑块的行程一定 滑块的运动速度低 工作时是静压力 有上下顶出装置 有良好的导向装置 承受偏载的能力较强等 由于上述特点 表7 2中的前三类模锻件在热模锻压力机上大都可以生产 但是 由于滑块的行程一定 在其上不便于进行拔长和滚压等制坯工步 因此 它只能完成截面积变化不大 10 一15 的制坯工作 当遇到截面积变化较大的锻件时 制坯工作应放在其它设备 锤 辊锻机等 上进行 或采用成形坯料 包括型钢和周期性断面坯料等 因为有上下顶出装置 某些顶镦类锻件可以在热模锻压力上生产 由于热模锻压力机工作时是静压力 金属充填模膛的能力不如模锻锤好 在模膛设计上与锤锻模稍有差异 在热模锻压力机上常常要用到预锻工步 有时一次预锻还不够 还需要两次或多次预锻 在热模锻压力机上常用的变形工步是 终锻 预锻 镦粗 成形镦粗 压挤 压扁 弯曲 成形等 常生产的锻件类型如表8 8所示 二 螺旋压力机用锻模在中 小批量生产和精密