工艺技术_模锻工艺培训课程

材料科学与工程学院 第七章模锻工艺 一 模锻锤1 蒸汽空气模锻锤 简称模锻锤 普遍应用 2 无砧座锤3 高速锤4 液压模锻锤 7 1常用模锻设备及其工艺特点 常用锻模设备主要有 模锻锤 热模锻压力机螺旋压力机和平锻机 1 与热模锻压力机相比 其主要工作特性 1 靠冲击力变形 打击速度较高 7 9m s 受力系统不封闭 由下砧传给基础 2 行程不固定 打击次数多 3 抗偏载能力和导向精度较差 而且无顶出装置 2 工作特性其工艺特点 1 锻件上难充满的部分应尽量放在上模 因为上模模膛的填充性更好 2 一般不需其他设备为其制坯 具有广泛的通用性 3 其工作特性决定了其模锻件的精度不高 且拔模斜度较大 二 热模锻压力机 简称锻压机 分有 连杆式 双滑块式 楔式 它是为避免模锻锤的缺点而研制的一种专用曲柄压力机 设备规格6300kN 12万kN 依靠曲柄的传动 滑块作上下往复运动 1 与模锻锤相比 其工作特性为 1 静压成形 无震动和噪音 2 机架和曲柄连杆机构的刚性大 工作时弹性变形小 3 滑块行程一定 每一模锻工步只要一次行程完成 4 导向精度和承受偏载的能力强 5 有上下顶件装置 便于锻件脱模 工艺特点 1 流动特点及充填与模锻锤不同 采用多模膛模锻逐步成形 实际生产模膛数不超过四个 前者在水平方向的流动较为强烈 而后者在高度方向的流动较强 后者充填上模的能力强 而前者没有明显区别 2 锻件的内部质量高 3 锻件尺寸精度高 模锻斜度较小或不带斜度 带有上下顶件装置 高度方向 行程固定 机架刚性大 水平方向 滑块导向 模具导向 4 当需拔长和滚挤制坯的锻件 应利用其他设备制坯 然后再模锻成形 5 应尽量采用电加热或少无氧化加热或为一般加热配备清除氧化皮的装置 高压水装置或机械刷 氧化皮不易去除6 可采用组合结构模具 合模时分模面不能压靠 要留有间隙 7 对变形速度敏感的低塑性合金可在锻压机上锻造 8 与同等能力的模锻锤相比 造价高 小规模生产不宜采用 热模锻压力机的主要缺点是造价高 适用性较窄 需与其它设备配合使用才能最大限度地发挥其优越性 三 螺旋压力机 介于模锻锤与热模锻压力机之间 它们的共同特点是飞轮在外力驱动下储备足够的能量 再通过螺杆传递给滑块来打击毛坯做功 设备规格 630 1 25万 KN 液压螺旋 液压螺旋锤 压力机 电动螺旋压力机 摩擦压力机 1 工作特性 1 具有锤类设备与压力机的双重性能 行程不固定 有一定的冲击作用 与锤相似受力系统封闭 与压力机相似 2 行程次数少 打击速度低 摩擦 行程9 40次 min 速度0 5 1 0m s液压 行程20 79次 min 速度1 5 3 0m s 3 摩擦压力机传动效率低 多为中小型设备 2 螺旋压力机上模锻工艺特点 1 能满足各种变形工序的力能要求 工艺适应性广 为大变形工序 镦粗 挤压 提供大变形能量为小变形工序 终锻 精压 压印 提供较大的变形力 2 可进行精密模锻和闭式模锻 得到高精度锻件 3 适合模锻一些再结晶速度较低的低塑性合金钢和有色合金 速度低 金属变形过程中的再结晶充分 4 承受偏载能力差一般只进行单模膛锻造 用自由锻锤 辊锻机等设备制坯 在偏心载荷不大的情况下 也可有多个模膛 但中心距离不超过螺杆节圆半径 螺杆与滑块非刚性连接 5 既可采用整体式锻模 又可采用组合式锻模 6 螺旋压力机可以完成多种工艺 是一种工艺适应性好 通用性强的设备 除模锻外 还可进行切边 弯曲 精压 校正 挤压 和板料冲压等工序 3 与模锻锤和热模锻压力机相比 与模锻锤相比 没有沉重而庞大的砧座 也不需要蒸汽锅炉和大型空气压缩机等辅助设备 与热模锻压力机相比 制造成本便宜 维修简单 因此 从基建 动力消耗 维修费用三方面看 是三种设备中最低的 四 平锻机 工作部分 锤头或滑块 是作垂直往复运动的 通常将这些锻压设备称为立式锻压设备 将工作部分作水平往复运动的模锻设备称为水平锻造机或卧式锻造机 简称平锻机 依据凹模分模方式的不同 平锻机分为垂直分模平锻机和水平分模平锻机两类 平锻机属于曲柄压力机类设备 所以它具有热模锻压力机模锻的一切特点 主要标志是 平锻机具有两个滑块 主滑块和夹紧滑块 因而有两个互相垂直的分模面 主分模面在冲头和凹模之间 另一个分模面在可分的两半凹模之间 1 与热模锻曲柄压力机比较 有以下相似的特点 设备刚度大 行程固定 锻件高度方向尺寸稳定工作时靠静压力 振动小 劳动条件好 不需庞大的基础 模具可采用组合式 镶块式 2 工艺特点 优点 a 锻造过程中坯料水平放置 其长度不受设备工作空间的限制 可锻出立式锻压设备不能锻造的长杆类锻件 也可用长棒料逐件连续锻造b 有两个分模面 在两个方向上有凹档 凹孔的锻件 如双凸缘轴套等 锻件形状更接近零件形状 c 因为平锻机导向性好 行程固定 所以锻件长度方向尺寸稳定性比锤上模锻高 但是 平锻机传动机构受力产生的弹性变形随压力的增大而增加 所以 要合理地预调闭合尺寸 否则将影响锻件长度方向的精度 d 平锻机可进行开式 闭式模锻 可进行终锻成形和制坯 也可进行弯曲 压扁 切料 穿孔 切边等工序 缺点 a 平锻机是模锻设备中结构最复杂的一种 价格贵 投资大 b 靠凹模夹紧棒料进行锻造成形 一般要用高精度热轧钢材或冷拔整径钢材 否则会夹不紧或在凹模间产生大的纵向毛刺 c 锻前需用特殊装置清除坯料上的氧化皮 否则表面粗糙度高于锤上模锻件 d 工艺适应性差 不适宜模锻非对称锻件 7 2模锻工艺及模锻件分类 模锻工艺分类 1 按设备分 可分为锤上模锻 热模锻压力机上模锻 螺旋压力机上模锻 平锻机上模锻等 2 按终锻模膛的结构分为 开式模锻 两模间间隙方向与设备运动的方向垂直闭式模锻 两模间间隙方向与设备运动的方向平行3 按所用模膛数目可分为 多模膛模锻 单模膛模锻4 按生产锻件精度可分为 普通模锻 精密模锻 对于形状类似的锻件 在一定生产条件下 设备 批量等 其模锻工艺及所用的设备 模锻工艺和锻模结构是大体相同的 模锻件的基本分类的锻件图例见表7 2 可将锻件分为 长轴类短轴类 圆饼类 顶镦类复合类型锻件 二 模锻件分类 1 意义 便于拟定工艺规程 合理进行锻件和锻模的设计 2 分类 依外形 工艺1 长轴类锻件主要特点 锻件的主轴线尺寸大于其它两个方向的尺寸 变形工序的锻击方向一般垂直于主轴线 金属主要沿着高度和宽度方向流动 由于在模锻工步时金属沿主轴线基本上没有流动 又可称为平面变形类 此类锻件数量多 形状复杂 按锻件的几何形状特征 也可分为四组 直长轴类 弯曲轴类 枝芽类和叉类锻件 第一组 直长轴类锻件主轴线和分模线都是直线 最典型的锻件是直轴 连杆和直的杠杆 通常采用拔长 滚挤制坯工步 视锻件复杂程度而定 第二组 弯曲轴类锻件主轴或分模线是弯曲的 或主轴和分模线皆为弯曲 典型锻件有曲轴 吊钩 曲的杠杆等 第三组 枝芽类锻件其主轴是直线或曲线均带有局部突出的分枝部分 通常需采用成形制坯或预锻工步 第四组 叉类锻件除具有第一组锻件特征 主轴和分模线都是直线 外 还带有叉形部分 因而其制坯工步与第一类锻件相似 再加带有劈开平台的预锻或弯曲工步 以便获得叉形部分 典型锻件有 万向接头 支架 等 2 短轴类 圆饼类 锻件常见的短轴类件有法兰 齿轮 十字轴 万向节等 其特点是 锻件的主轴线尺寸小于其它两个方向的尺寸 变形工序的作用力方向与主轴线方向一致 模膛中的金属变形是体积变形 又称为轴对称类锻件 此类锻件按其断面几何形状的复杂程度 可分为三组 简单形状 较复杂形状和复杂形状 3 顶镦类锻件采用顶镦 坯料端部的局部镦粗 工艺实现锻件成形 热顶镦工艺通常在平锻机上进行 所以又属于平锻类锻件 但也可以在螺旋压力机和热模锻压力机上进行 冷顶镦 整体凹模 组合凹模的自动冷镦机 第一组 具有粗大部分的杆类锻件 局部镦粗的长轴类锻件 头部无孔或带有不通孔 原坯料直径按杆部选用 模锻工步为 聚料 预成形和终成形 头部可采用开 闭式模锻 第二组 具有透孔或不透孔的锻件 通孔或盲孔锻件 原坯料直径由工艺需要确定 常用长棒料连续模锻 主要工步有 聚集 冲孔 预成形 终成形 穿孔或切断等 第三组 管类锻件 原坯料按锻件杆部管子的规格选用 采用单件后定位模锻 主要工步有 聚集 预成形和终成形 4 复合类型的锻件有些模锻件 兼有上述三类锻件的特征 对于这些锻件 制坯工步应根据锻件的具体形状特点及尺寸情况确定 必须指出 分辨锻件的类属时 最根本的问题还是要看所选择的模锻工步是否合理 而类型的编号可以说是无关紧要的 但是通过这样分类之后 使我们对变化无穷的锻件能找出一个共同的模锻规律 7 3模锻件图设计 锻件图是编制锻造工艺卡片 设计模具和量具以及最后检验锻件的依据 也是机械加工部门验收锻件 制定加工工艺 设计加工工具的依据 所以锻件图是最重要的基本工艺文件之一 模锻生产过程工艺规范制订锻模设计锻件检验锻模制造 都离不开锻件图锻件图的设计是项重要工作 锻件图的制定依据是产品零件图 包括技术条件 模锻件图分为冷锻件图和热锻件图1 检验用锻件图 又称冷锻件图 一般简称为锻件图 用于最终锻件的检验 2 制模用锻件图 又称热锻件图 根据冷锻件图设计的 也就是终锻模膛图 供制造和检验终锻模膛使用 冷锻件图 内容 1 选择分模面的位置和形状 2 确定机械加工余量 余块和锻件公差 3 确定模锻斜度 4 确定圆角半径 5 确定冲孔连皮的形式和尺寸 6 制定锻件技术条件 7 绘制锻件图 一 锤上模锻锻件图设计 一 确定分模面锻件的分模面也就是锻模型腔的分模面 它表现在锻件分模位置上是一条封闭的锻件外轮廓线 分模面的选择 会影响到 锻件成形 锻件出模 锻件质量 材料利用率 锻模和切边模制造等 两个目的 1 锻件易出模 形状与零件相似 2 便于充填型腔 争取镦粗成形 为此 分模位置应选在具有最大水平投影的位置上 如 图7 6连杆应选在A A线上 而不是B B线 C C线上 7个原则 1 一半原则 在锻件高度一半处分模 使锻件的余块 机械加工余量最小 2 大小原则 使模膛的宽度大而深度小 易充满模膛 易出模 3 平直原则 为使模具制造简单 尽量采用平面分模 凸出部分也尽量不要高出分模面 当头部尺寸较大的长轴类件 应采用折线式分模 如图7 9 4 错差原则 分模面应尽量设在容易发现锻件错差的位置 如图7 7 5 干净原则 飞边能切除干净 无毛刺 6 纤维原则 对金属流线方向有要求的锻件 应保证锻件有最好的纤维分布 如图7 11 II II处在工作时承受剪应力 其流线方向应与剪切方向垂直 抗剪 则分模应选在I I处 尤其是对铝合金锻件等 应考虑流线分布 7 径向原则 当圆饼类锻件H D时 应该径向分模 图7 10b 而轴向分模正相反 H D时 选择轴向分模 图7 10c 二 机械加工余量和锻件公差机械加工余量 简称余量 当普通锻造的锻件不能达到零件图纸的尺寸精度要求而需要进行机械加工时 则在锻件表面增加一层金属 这层留待机加工的金属称为余量 锻件上每一项尺寸都是在零件相应尺寸的基础上 加上机械加工余量而确定下来的 锻件上外形尺寸比零件尺寸大 内空尺寸比零件的尺寸小 净锻面余量为0 余量的大小取决于 零件尺寸和加工精度 表面粗糙度 锻件材质 设备的种类等有关 余量过大 将增加切削加工量和金属损耗 余量不足 将增加锻件废品率 模锻件的公差 代表模锻件要求达到的精度正公差 负公差 这是锻件公差的非对称性 原因 高度方向锻不足 水平方向型腔磨损和锻件错移等都造成增大锻件尺寸 而负公差是锻件的最低界限 不宜太大 否则影响实际加工余量 公差按所代表的技术要素分为 尺寸公差包括长度 宽度 厚度 中心距 角度 模锻斜度 圆弧半径和圆角半径等公差 形状位置公差包括直线度 平面度 深孔轴的同轴度 错移量 剪切端变形量和杆部变形量等 表面技术要素公差包括深度 剪拉毛刺的尺寸 顶杆压痕深度和表面粗糙度等 各项公差都不应互相叠加 1 影响锻件余量和公差的因素及其确定方法余量公差的确定方法主要有两种 按锻件形状或按设备吨位 厂标 根据经验公式或查经验图表 1 锻件重量和尺寸锻件重量根据锻件图的公称尺寸进行计算 按锻件大小初定余量 2 锻件形状复杂系数 S 为锻件的重量或体积 Gd Vd 与其外轮廓包容体的重量或体积 Gb Vb 的比值 即 S Gd Gb Vd Vb圆形锻件的外廓包容体按圆柱体计算 图7 12 非圆形锻件的外廓包容体按矩形六面体计算 图7 13 锻件形状复杂系数S可分为四个等级 S越小表示锻件形状越复杂 见表7 3 级别代号形状复杂系数值S形状复杂程度 S10 63 1简单 S20 32 0 63一般 S30 16 0 32较复杂 S4 0 16复杂 3 锻件材质系数 M 按材料可锻性难易程度划分 钢质模锻件分为两类 M1 M2 航标中将航空模锻件分为四类 M0 铝 镁合金 M1 0 65 C的碳钢或合金总含量 5 0 的合金钢 M2 0 65 C的碳钢或合金总含量 5 0 的合金钢 M3 不锈钢 高温耐热合金和钛合金 4 锻件精度等级 公差等级 一般分为三级 普通级 用于粗锻和普通模锻件 半精密级 用于普通模锻或半精锻 精密级 精锻件 其中精密模锻应根据需要单独确定锻件的公差 2 常见的几种不同类型的公差 1 长度 宽度和高度公差长 宽 高尺寸公差属外表面尺寸的 其正负偏差值大致按 2 3和 1 3比例分配 而内表面尺寸则按 1 3和 2 3分配 查表时应该注意 长 宽 高尺寸是指在分模线一侧同一块模具上的尺寸 2 厚度公差与高度公差的区别在于高度公差是分模线一侧沿高度方向的尺寸公差 而厚度公差是指跨过分模线的尺寸公差 影响厚度公差的因素除上述外 还有模具闭合情况 在锻件图上厚度公差控制着高度公差 根据模锻工艺的特点 锻件的所有厚度尺寸公差应该一致 因此厚度公差可按最大厚度尺寸查表确定 其正负偏差一般按 3 4 1 4或 2 3 1 3的比例分配 3 冲孔公差冲孔公差属内表面尺寸 大小应根据孔径确定 其正负偏差按 1 4 3 4的比例分配 4 错移公差错移公差是指锻件上分模线一侧的任一点和另一侧的对应点之间不一致的允许范围 其方向平行于主分模线 5 残留飞边及飞边过切量残留飞边是 从锻件本体到剪切边的距离 飞边过切量 是从切出平面到理论出模角在分模线上交点的距离 产生原因 在于错移 切边模刃口与锻件尺寸偏差 3 加工余量的确定z M m h x 2式中z 加工余量 mm M 精加工的最小余量 mm m 锻件的最大错移量等形位公差h 表面缺陷 凹坑 脱碳等 层深度x 锻件尺寸的下偏差值 机加中有中间热处理工序或零件须经焊接或组合加工时 应留有较多的余量 三 模锻斜度 出模斜度或拔模斜度 1 模锻斜度定义 为了克服模具的弹性收缩和摩擦阻碍作用 易于取件 在锻件侧表面上需要一定的斜度 称为模锻斜度 包括它固有的斜度 也就是自然斜度 和锻件侧表面上所附加的斜度 侧表面指 在锻件上与分模面相垂直方向上的平面或曲面 锻件外壁上的斜度称为外模锻斜度 内壁上的斜度称为内模锻斜度 2 作用 使锻件成形后能从模膛中顺利取出 取件 3 选择原则 取件方便 节省金属材料和加工 1 在保证出模的前提下 模锻斜度应尽量小 最小原则 大到一定值时 可自动脱模 但 太大将会增大金属的消耗量和余量 但是 为了便于出模 高度较小的锻件可采用较大的斜度 这时 多消耗的金属量不大 如 H 50mm 查到3 改为5 H 30mm 查的3 5 一律改为7 2 同一锻件上内模锻斜度要比外模锻斜度大 大小原则 原因在于锻件冷却时 外壁趋向离开模壁 而内壁正相反 3 模锻斜度的大小 标准原则 外斜度 标准值为 3 5 7 10 12 等 常取7 内斜度 标准值为 5 7 10 12 15 等 一般取10 4 同一锻件上的外模锻斜度和内模锻斜度不应取多种斜度 而应各取一统一数值 统一原则 5 对于深而窄的锻模型腔 为方便出模 而且不至于过多的增加余块 可采用双级斜度 双级原则 6 只要锻件能形成自然斜度 不必另外增设模锻斜度 自然原则 4 匹配斜度 上下模深度不同时 应按较深一侧计算 为使分模线两侧的模锻斜度相连而人为加大了的斜度 图7 14 自然斜度是锻件上的固有斜度 无需另增设斜度 四 圆角半径 作用 保证金属流动 提高模具寿命 提高锻件质量和便于出模 锻件上的凸圆角半径称为外圆角半径r 也就是模具模膛上的凹圆角 作用是避免模具上的凹圆角太小造成应力集中导致开裂 以及锻件充满 凹圆角半径称为内圆角半径R 也就是模膛上的凸圆角 作用是便于金属流动 防止锻件折迭和模具压塌 外圆角半径r过小 充填困难 锻模崩裂 r过大 机械加工余量小R太小 会造成纤维被割断 折迭 锻件报废 模具压塌 影响出模 R太大 使余量加大 导致充不满 一般可按公式 r 余量 零件相应处圆角半径或倒角值R 2 3 r圆角半径应选标准数值 便于选用相应的制造模具的标准刀具 五 冲孔连皮 对于有内孔的锻件 锤上模锻不能直接锻出透孔 必须在孔内保留一层连皮 然后 在切边压力机上冲除 1 平底连皮 图7 20 常用形式 连皮厚度S可按图7 21定或按书上给的公式计算 因冲孔处金属流动激烈 连皮处圆角半径R1应比其它内圆角半径R大R1 R 0 1h 2mm 2 斜底连皮 图7 22 用于较大的内孔 d 2 5h 或d 60mm 以利于金属流动 避免产生折迭和模具过早磨损或压塌 但冲除时易使锻件走样 尺寸为 S大 1 35S S小 0 65S d1 0 25 0 3 d或d1 0 12d s s按平底连皮厚度计算 3 带仓连皮 图7 23 若锻件需采用预锻成形 对于较大的孔 可在预锻时采用斜底连皮 而在终锻时采用带仓连皮 优点是周边薄 易冲除 带仓连皮的S和b按飞边槽的桥口高度h和宽度b确定 仓部体积应足够容纳预锻后斜底连皮上多余的金属 4 拱底连皮 图7 24 锻件内孔大 d 15h 且高度h又较小时 金属向外流动更为困难 可采用拱底连皮 既可容纳更多的金属 又可减少冲切时的厚度 尺寸 S 0 4d R2 5h R1由作图定5 压凹 六 锻件图和锻件技术条件 锻件图 冷 是在零件图基础上 加上余量 余块或其它特殊留量后绘制的图 图中锻件外形用粗实线表示 零件外形用双点划线表示 锻件的公称尺寸与公差注在尺寸线的上面 而零件的尺寸注在尺寸线的下面的括号内 如图7 25所示的齿轮和立柱的锻件图 锻件图中无法表示的有关锻件质量和检验要求的内容 列入技术条件 未注明的模锻斜度 和圆角半径R 允许的错移量和残余飞边的宽度 允许的表面缺陷深度 锻后热处理方法及硬度要求 表面清理方法 需要取样的取样位置 其它特殊要求 如直线度 平面度等 二 热模锻压力机上模锻件图设计特点 热模锻压力机模锻锻件图的设计原则和方法与锤上模锻基本相同 但工艺参数和具体问题则需根据设备特点作适当处理 1 可灵活选择分模面 p145图7 26 由于热模锻压力机备有顶件机构 因而对一些长杆形或杯形锻件 如图7 26所示杆形锻件 可竖起进行模锻 分模面不再象锤上模锻那样取在锻件纵剖面上 而是取在锻件最大横截面上 这样分模的好处 1 由于分模轮廓线长度减少 形状简单 从而使飞边体积减少 切边模也易于制造 2 竖立模锻时可以锻制锤上难以锻出的深孔腔 3 竖立模锻改变了锻件的成形方法 即可用挤压 镦粗法代替拔长 滚压法 对于外形复杂的长轴类锻件 分模方法与锤上模锻相同 仍然按锻件纵向最大剖面进行分模 2 用小一级模锻斜度外斜度a 3 7 常取 5 内斜度 7 10 当不用顶杆时 模锻斜度应当与锤上模锻一样选取 如采用顶杆模锻斜度可显著减小 但不应过小 否则会急剧增加顶件力而导致顶杆过早损坏 3 余量和公差较小热模锻压力机模锻能得到比锤上模锻更精确的锻件 余量的平均值在0 4 2mm范围内 较锤上模锻小30 50 公差也相应减小 一般为0 2 0 5mm 4 圆角半径和冲孔连皮它们的确定以及锻件图绘制规则等均可参照锤上模锻方法处理 因锻压机模锻的惯性小 金属充填型槽能力差 故圆角半径应比锤上模锻件大 三 螺旋压力机上模锻件图设计特点 1 分模面1 更应遵循锤上模锻件图分模面宽大深小原则 由于螺旋压力机上开式模锻多为无钳口模锻 当不采用顶杆装置时 应注意减小模膛方向的尺寸 以利于出模 2 顶镦类锻件和在两个方向上有凹坑的锻件 分模面可以是一个或者多个 并且采用闭式模锻 分模位置基本固定 一般设在金属最后充满处 2 机械加工余量和公差带有杆部的顶镦类件 可参考平锻机上模锻的标准 3 模锻斜度和圆角半径1 模锻斜度取决于有无顶杆装置 有顶杆其模锻斜度可减少1 2级 2 圆角半径 r R 主要取决于锻件材质和尺寸 按国标选择 四 平锻机上模锻件图设计特点 平锻机主要适合用于生产顶镦类锻件 它的锻件图设计方法与模锻锤 热模锻压力机 螺旋压力机有很多区别 平锻件设计主要解决分模位置 余量公差 模锻斜度 圆角半径等四个问题 1 分模面选择1 有两个相互垂直的分模面 2 可以采用开式模锻和闭式模锻 3 分模面选择在最大轮廓处 2 机械加工余量和公差 按标准确定3 模锻斜度1 为了保证冲头在机器回程时 锻件外侧及内孔不被冲头 拉毛 外侧及内孔中应有外模锻斜度 2 在凹模内成形带双凸缘的锻件时 应设置内模锻斜度 4 圆角半径1 在冲头中成形的部分 外圆角半径r 0 1H 1mm内圆角半径R 0 2H 1mmH 冲头部分成形的高度2 在凹模中成形的部分 外圆角半径r a1 a2 2 s内圆角半径R 0 2 0 1mm一般R 3mm式中 a1 锻件高度方向机械加工余量 a2 锻件径向机械加工余量 s 倒角值 凸缘高度 7 4模锻工艺过程制定的内容和模锻工艺方案选择 一 模锻工艺过程制定的内容1 组成模锻工艺的几种工序 1 备料工序 2 加热工序 3 锻造工序 制坯和模锻 预锻和终锻 4 锻后工序 弥补模锻工序和其他前期工序的不足 使锻件完全符合要求 锻后工序包括 切边 冲孔 热处理 校正 表面清理 磨毛刺 精压等 5 检验工序 工序间检验和最终检验工序间检验为抽检 检验项目有 几何形状尺寸 表面质量 金相组织和力学性能等 2 模锻工艺过程制定的内容 1 合理选择模锻工艺方案 2 设计锻件图 3 确定所需工序 并选择所用设备 4 确定模锻工艺流程并填写工艺卡片 二 模锻工艺方案选择 包括工艺和方法的选择 1 工艺方案选择的基本原则 技术上可能 经济上合理 保质量 低成本 高效益 2 模锻工艺的选择1 同一锻件可采用不同设备 不同工艺制造 但产生的经济效果不同 2 生产批量较大时 采用模锻锤或热模锻压力机生产批量较小时 采用螺旋压力机 自由锻锤上胎模锻 固定模模锻 3 模锻方法的选择在某种设备上锻件生产可采用不同的方法 选择合理 则生产率高 模锻工步简单 材料消耗低 如单件模锻 调头模锻 一火多件 一模多件 合锻等 1 单件模锻 一个坯料只锻一个锻件 较大的锻件都是单件模锻 2 调头模锻 毛坯下料长度可供锻两个锻件 可以省去钳夹头 提高生产率 适合于单件重量2 3kg 长度不超过350mm的中小型件 不适合锻细长 扁薄和带落差的锻件 3 一火多件 平锻机上常用 带杆锻件采用切断 空心锻件采用穿孔的方法分离 锤上也可使用此方法 切断由切断模膛来完成 4 一模多件 在同一模块上一次模锻数个锻件 大大提高了生产率 适用于0 5kg以下 不超过80mm的小型锻件 2 3件 可以与一火多件结合使用 4 10件 5 合锻 套锻 将两个不同锻件组合在一起锻造 可使锻件易成形 节省金属 减少模具数量 提高生产率 7 5模锻变形工步的确定 一 模锻变型工步坯料在每一模膛中的变形过程称为模锻锻造工步 一般的模锻工艺流程 任何一种锻件投入生产前 首先必须根据产品零件的形状尺寸 性能要求 生产批量和所具备的生产条件 确定模锻工艺方案 制订模锻生产的全部工艺过程 在模锻时 一个模膛通常只完成一个相应的同名工步 反之 有一个工步必有一相应模膛 工步的名称和所用模膛的名称是一致的 模锻锻造工步 按其作用可分为三大类 1 模锻工步预锻 易产生折叠和充不满的锻件应采用 预锻需根据锻件的复杂程度及其要求等因素加以选择 并不象终锻那样是每一模锻件所必不可少的工步 终锻 必不可少 2 切断工步 只有一种 就是切断 使锻件和毛边分离 3 制坯工步 拔长 滚挤 卡压 直长轴类 为第一类合理分配坯料成形 弯曲 弯轴类 带枝芽类 为第二类镦粗 拍扁 短轴类 为第三类作用 改变原毛坯的形状 合理分配坯料 以适应锻件横截面形状的要求 更好的充满模锻模膛 另外 顶镦类件常用积聚 冲孔 此外 还有弯曲 压扁等制坯工步 二 主要模锻设备的常用工步 锤上模锻 拔长 滚挤 镦粗 卡压 压扁 成形 预锻 终锻 切边等热模锻压力机上模锻 镦粗 弯曲 卡压 压扁 成形 预锻和终锻螺旋压力机上模锻 镦粗 弯曲 卡压 压扁 成形 预锻和终锻平锻机上模锻 聚集 预成形 预成形冲孔 预锻 成形冲孔 终锻 切边 弯曲 压肩 穿孔 切芯头 切断 三 长轴类锻件制坯工步选择 长轴类模锻件有直长轴件 弯曲轴件 带枝芽长轴件和带叉长轴件等 由于形状的需要 长轴类模锻件的模锻工序有拔长 滚挤 弯曲 成形等制坯工步 长轴类模锻件制坯工步示例 拔长滚挤 1 直长轴锻件 制坯工步说明 制坯工步简图 模锻件简图 模锻件类型 拔长滚挤弯曲 2 弯曲轴锻件 拔长成形预锻 3 带枝芽长轴件 拔长滚挤预锻 4 带叉长轴件 按金属流动效率 长轴类模锻件制坯工步的优先次序是 拔长 滚挤 卡压 为了得到弯曲轴模锻件或带枝芽 带叉长轴件 还要用到弯曲和成形工步 拔长 滚挤和卡压三种制坯工步 以 计算毛坯 为基础 参照经验和图表资料 结合具体生产情况确定 也可用经验类比法选定制坯工步 改变坯料的形状 改变金属沿轴向的再分配 使坯料的形状能保证模膛充满的情况下 在模锻后 锻件各处的飞边均匀 亦即应使坯料上各截面的面积等于锻件上相应的截面积加上飞边的截面积 按这一要求计算的坯料 称为计算毛坯 一般计算步骤为 1 绘制计算毛坯的截面图和直径图以模锻件图为依据 沿模锻件轴线作若干个横截面 计算出每个横截面的面积 同时加上飞边处的金属面积 式中 计算毛坯的截面积 模锻件的截面积 飞边充满系数 形状简单的模锻件取0 3 0 5 形状复杂的取0 5 0 8 飞边槽的截面积 计算毛坯的截面图 如下图 就是以模锻件轴线为横坐标 计算毛坯的截面积为纵坐标绘出的曲线 该曲线下的面积就是计算毛坯的体积 计算毛坯的直径图是以模锻件轴线为对称轴 计算毛坯的半径为纵坐标绘出的对称曲线 一张完整的计算毛坯图包括三个部分 即模锻件的主视图 截面图和直径图 计算毛坯图 2 计算平均直径将计算毛坯的体积除以模锻件长度或模锻件计算坯料长度 可得到平均截面积 再确定其计算平均直径 3 确定计算毛坯的头部及杆部 将平均截面积和平均直径在图上用虚线绘出 凡是大于平均直径的部分称为头部 反之称为杆部 如果选用的坯料直径恰与计算毛坯的平均直径相等 并且不制坯 模锻时将导致头部金属不足而杆部金属多余 应选择合适的坯料直径和制坯工步 4 计算工艺过程繁重系制坯工步的难易程度可用金属变形工艺过程繁重系数描述 式中 金属流入头部的繁重系数 dmax 计算毛坯的最大直径 d均 计算毛坯的平均直径 金属沿轴向变形的繁重系数 dmin 计算毛坯的最小直径 K 计算毛坯的杆部斜率 d拐 计算毛坯的拐点处直径 可由拐点处截面积来换算 5 查表确定制坯工步 据生产经验绘制的工步方案如图 制坯工步的难易程度还与锻件质量有关 长轴类模锻件制坯工步选择图 6 最后 根据计算出来的 K G 查表即可得出第一类制坯工步的初步方案 四 短轴类锻件制坯工步选择 圆饼类模锻件一般使用镦粗制坯 形状复杂的宜用成型镦粗制坯 不过在特殊情况下 也有用拔长 滚挤或打扁制坯的 圆饼类锻件制坯工步示例 在确定坯料镦粗后的尺寸时 尚需明确以下几点 1 轮毂较矮的锻件 参见下图 为了防止轮毂和轮缘间产生折叠 镦粗后直径应满足 轮毂矮的锻件 2 轮毂较高的锻件 为了防止轮毂和轮缘间产生折叠 镦粗后直径应满足 轮毂高的锻件 3 轮毂高且有内孔和凸缘的锻件为保证锻件充满并便于坯料在终锻模膛中放稳 宜采用成形镦粗 镦粗后的坯料尺寸应符合下列条件 a b 轮毂高凸缘大的锻件 a 坯料 b 锻件 7 6坯料尺寸的确定 原坯料尺寸是下料的依据 确定下料长度 是计算锻件材料消耗定额的依据 原坯料尺寸的计算 主要包括断面尺寸和长度的计算 一 长轴类锻件原坯料直径大小与制坯工步的性质有关 对于直长轴类 弯曲类 枝芽类及叉形类锻件 其原坯料直径 基本上就是 计算毛坯 的平均直径 但考虑到制坯过程中坯料长度会略有增长 因此 原坯料直径应选得大些 根据实践经验 不同的制坯工步有不同的数值 1 坯料截面积 1 不用制坯工步S坯 1 02 1 05 S均 2 用卡压或成形制坯S坯 1 05 1 3 S均 3 用滚挤制坯S坯 S滚 1 05 1 2 S均以上各式中S坯 坯料截面积 S均 计算毛坯图的平均截面积 4 用拔长制坯当采用拔长方法制坯时 原坯料直径则应按 计算毛坯 大头部分的平均直径来计算 S坯 S拔 V头 L头式中V头 包括氧化皮在内的锻件头部体积 L头 锻件头部长度 5 用拔长 滚压联合制坯 先拔长后滚挤 S坯 S拔 K S拔 S滚 K 计算毛坯直径图杆部的锥度先进行制坯操作 先拔长使杆部伸长 而滚挤时头部得到一定的聚料 所以 考虑到滚挤作用 适当减少坯料截面积 6 用辊锻制坯S坯 S计max这样坯料截面积确定下来了 直径或边长也随之确定 最后按照国家标准选择标准规定的圆钢或方钢 2 坯料长度 1 求原坯料的体积包括锻件 飞边 连皮 氧化皮及钳料头等部分的体积 原坯料计算公式为 V坯 V件 V飞 V连 1 式中V件 锻件体积 包括锻件正公差之半 V飞 飞边体积 V连 冲孔连皮体积 烧损的火耗 普通钢材的 值可按表3 2计算 2 求原坯料的长度L坯L坯 V坯 S 坯 L钳式中S 坯 钢材的截面积 L钳 钳夹头的长度 二 短轴类锻件饼类或短轴类锻件一般用镦粗制坯 所以毛坯尺寸应以镦粗变形为依据进行计算 毛坯体积为 V坯 1 k V件式中 k 宽裕系数 考虑锻件复杂程度影响飞边体积 并计及火耗量 对于圆形锻件 k 0 12 0 25 对非圆形锻件 k 0 2 0 35 镦粗时坯料高径比不能太大 否则坯料会产生纵向弯曲 而且不容易锻透 坯料高度 长度 与直径之比m值为1 8 2 2时 镦粗坯料不易于产生纵向弯曲 m值取得小 对锻造有利 但是对下料不利 因为坯料直径越粗 下料就越困难 由此坯料直径或边长可选为 D坯 0 8 0 9 V坯对于方坯 a坯 0 77 0 82 V坯按国标选取标准规定的圆钢或方钢后 再根据坯料体积确定坯料的长度