热模锻工艺及模具设计-初向光

热模锻成形及模具设计_主要热模锻压力机上锻造编制:初向光,课程主要内容:一.热模锻般工艺特点-热模锻齿轮毛坯生产工艺流程-四工步锻压成型工艺特点二.热模锻模具设计-闭式模锻模具设计(以齿坯为例)-开式模锻模具设计(以连杆为例),一.热模锻一般工艺特点(和锤上模锻相比),压机滑块行程固定,载荷为静压力,锻件精度高,能较好控制锻件高度公差;但不便于进行制坯.大尺寸工作台面,可多工位布局,如:镦粗/预锻/终锻/冲孔;模具结构复杂,初次投资大.设备有顶料机构,实现自动化生产,生产效率高模具模块可按工步单独设计/制造/安装,调整/更换/维修方便.-热模锻压力机因各个工位金属流动变形量不同，产生变形抗力不同，各个工位变形所需要的设备压力也不同;在实际生产中压力机负载工作状况总是存在偏载现象,1.DYPT热模锻齿轮毛坯生产工艺流程,钢棒剪切下料*:端面角度/毛刺,中频感应棒料加热*:温度,四工步锻压成型*:尺寸/表面质量,等温退火热处理*:温度曲线/金相组织,抛丸处理*:表面氧化皮残留物,质量检验*:尺寸/表面质量,2.四工步锻压成型工艺,1).DYPT齿轮毛坯锻造模式为：多工位级进/闭式/热/模锻,*:锻造坯料由送料同步器(T/F)实现在各工位间顺序进级。,锻造工艺设计一般思路：,缩比,冷态锻件图设计,热态锻件图设计,预锻成型毛坯设计,变形量(高/瘦)可靠定位,圆周定位,镦粗制坯,镦粗比减少钢棒的规格(直径),选材,2).四工步锻压成型工艺设计思路,合理机加工余量原因分析:1.棒料剪切后，端面有斜度，锻造生产以料径（剪切端面)为定位，容易造成材料镦粗后偏向一边，使材料分布不均匀，2.镦粗过程中,坯料侧面金属向上流动变形不均匀,产生变形抗力不均.易产生影响:导致后续锻件一边充不满，一边毛刺过高的情况出现。,图b,模具下压，坯料产生变形抗力不均匀,二.模具结构设计(闭式)预锻模腔,1.预锻模腔：预锻模腔改善金属在终锻模腔内的成形条件,尽可能减少变形量使金属易于充满终锻模腔,可以改善终锻模具使用寿命并尽可能减少压力偏载；2.设计要点:2.1模锻角度:复杂形状模锻斜度,预锻比终锻斜度大1-2,右上图示2.2封闭模腔容积：预锻模腔容积较终锻模腔大10-20%,预锻模腔过渡处多为较大R,预锻毛坯外圆周和内孔边缘以成型圆鼓状为好,预锻毛坯不要求充满模腔。如右下图示,预锻模腔,终锻模腔,基准尺寸相同或预锻比终锻单边小,此部位多不充满,镦粗圆饼状坯料落入本区域,下模浮动顶出,二.模具结构设计(闭式)预锻模腔,2.3镦粗坯料定位：由于镦粗坯料端面圆角与侧面多为大圆弧过渡,坯料定位于下模接近坯料直径的凹腔内,如图示区域；2.4镦粗坯料放置：坯料由送料同步器夹持到达位置后，坯料与模具成型面多有一定高度差，坯料放置与成型后顶出，需要保证其运动过程中的平稳性；多采用浮动下模结构，利用浮动顶出机构来接、送坯料，有利于运动平稳性和坯料定位准确。,合模时，上下模啮合面,二.模具结构设计(闭式)预锻模腔,设计要点:2.5预防终锻成型时产生错差/折叠：1)因热模锻压力机为多工位进级方式，很难保证使模腔布局于压力机工作压力中心位置，并且因各个工位金属流动变形量不同，产生变形抗力也不同，各个工位变形所需要的设备压力也不同。2)在实际生产中压力机负载工作状况总是存在偏载现象；3)偏载现象与模具制造、装配等累积误差必然影响到锻件的错差，工步间错差过大，后续锻压易出现折叠。4)在模座导柱导向之外，增加预锻工步与终锻工步的模具结构导向。依靠合模初期，上下模外衬啮合，对工步模具起导向作用，右图示,1.终锻模腔：DYPT热模锻齿轮均为闭式模锻，即为无飞边锻造，因此终锻模腔设计较为简单，仅须考虑热态锻件尺寸，无需考虑飞边槽设计。2.设计要点:2.1缩比及尺寸调整：在没有类似参考及相关经验的前提下，终锻模腔可以根据锻件材料缩比系数（1.2-1.5）进行设计。根据最终锻件成品进行调整终锻模腔相关尺寸。2.2预锻件放置及定位：因终锻模腔与锻件成品有直接关联，终锻模腔不易采用浮动接送料的方式，且终锻模腔是各个工步中变形受力最大的工步，下模多采用热态紧配合，改善模具受力状态,以增强抗打击能力;预锻件的放置完全依靠自由落体进入模腔，预锻件靠其与终锻模腔相近的下模外形定位.,二.模具结构设计(闭式)终锻模腔,设计要点:2.3冲孔连皮设计：冲孔连皮的设计多跟锻件的内孔形状/内孔深度与直径等因素有关，目前我们热模锻齿轮的冲孔连皮有两种结构模式。（预锻模腔的连皮形式多跟终锻模腔形式接近）,二.模具结构设计(闭式)终锻模腔,图a结构有：一档从动齿轮/三四档从动结合齿/五档从动齿轮/倒档惰轮图b结构有：其他零件,-终锻模腔按热锻件图设计:加工面机加工余量及工艺余量(需与机加工厂协商)例如:拉断连杆(T200)需考虑连杆体和连杆盖断开的加工余量,而涨断连杆(GEN3)不需考虑.考虑收缩率,对钢锻件,收缩率一般取1%1.5;考虑后续工序(如校正或压印),收缩率取为1%1.5.同时还应考虑:.切边和冲孔时,锻件可能产生的拉缩变形;.终锻模膛的局部磨损;.模膛较深处易积聚氧化皮引起锻件局部“缺肉”;.机加工定位面.锻件的追溯性标识及内部标识所以在使用CAD/UG等软件进行模具设计时,首先要对得到的图纸和三维数模进行修改,做出一个合理的热锻件图.,二.模具结构设计(开式)终锻模腔,设计出热锻件图,下一步要考虑的是:-飞边槽的确定,(根据设备确定)(飞边槽的作用:-增加金属流动阻力,便于充满;-容纳多余金属)-排气孔针对较深的腔,在金属最后充满处钻出排气孔,(直径12，深度5-15mm);如模腔底部有顶出器或其它排气的缝隙时,不需开排气孔.,二.模具结构设计(开式)终锻模腔,-顶料装置:1.顶杆位置:-顶杆位置视锻件的形状和尺寸而定,分为两类:1.顶杆位置在锻件本体上;2.顶杆位置在飞边或冲孔连皮上-T200连杆锻模采用的顶杆位置在飞边和冲孔连皮上,除考虑锻件顶出平稳,顶杆及时复位等,还应参照模座顶出装置合理布置顶杆位置,特别是顶杆位置在飞边上,既要防止顶杆顶不上,又要考虑模具强度.,二.模具结构设计(开式)终锻模腔,设计要点:,1.高度尺寸比终锻工步尺寸图相应大2-5mm,而宽度尺寸适当减小,并使预锻件的截面面积稍大于终锻件相应的横截面积;2.严格控制预锻件各部分的体积,使终锻时多余的金属能合理地流动,避免产生金属回流,折叠等缺陷;3.预锻件在终锻模腔的定位.预锻件图的某些部位的形状和尺寸应与终锻件基本吻合;4.预锻件的圆角半径和模锻斜度设计原则与锤上模锻相同.,二.模具结构设计(开式)预锻模腔,.举例,T200连杆与L850连杆工艺比较:,T200,L850,1.工艺流程Process,原材料进厂检验RawMaterial,棒料剪切CuttingtheStick,棒料感应加热StickInductionHeating,辊锻制坯（4工步）RollerFoundry(4Steps),锻压成型（5工步）ForgingPressing(5Steps),淬火回火QuenchingTemperature,精压AccuratePressing,去应力Temperature,抛丸处理BallBlast,磁粉探伤MagneticDetection,1）S200连杆毛坯锻造生产工艺流程ForgingProcessofS200ConnectingRodProduction,终检入库FinalAcceptance,原材料进厂检验RawMaterial,棒料剪切CuttingtheStick,棒料感应加热StickInductionHeating,辊锻制坯（4工步）RollerFoundry(4Steps),锻压成型（5工步）ForgingPressing(5Steps),可控风冷ControllableWindCooler,精压AccuratePressi