第七章 锻压成形工艺

1、模型锻造 将加热到锻造温度的金属坯料放在 具有一定形状的模锻模膛内受压、变形，获得锻 件的方法。 特点： 1）生产率高； 2）锻件的尺寸精度和表面质量高； 3）材料利用率高；4）可锻造形状较复杂的零件； 5）模具成本高、设备昂贵； 6）锻件不能任意大。一般不得超过150kg。 第七章第七章 锻压成形工艺锻压成形工艺 锻造成形锻造成形 自由锻自由锻模膛锻模膛锻 模模 膛膛 模锻模膛模锻模膛 制坯模膛制坯模膛 拔长模膛拔长模膛 终锻模膛终锻模膛 预锻模膛预锻模膛 滚压模膛滚压模膛 弯曲模膛弯曲模膛 切断模膛切断模膛 模膛的种类模膛的种类 第一节第一节 模膛锻造形成模膛锻造形成 一、胎膜锻造形成一、

2、胎膜锻造形成 胎模锻造成型胎模锻造成型是在自由锻设备上，使用是在自由锻设备上，使用可移动的胎模可移动的胎模 生产锻件的锻造方法。生产锻件的锻造方法。 胎膜不是固定在自由锻锤上，胎膜不是固定在自由锻锤上，使用时放上去，不用时使用时放上去，不用时 取下来。取下来。 与自由成型相比，与自由成型相比，胎模成型具有较高的生产率，锻件胎模成型具有较高的生产率，锻件 质量好，节省金属材料，降低锻件成本。质量好，节省金属材料，降低锻件成本。 与模锻相比，与模锻相比，节约了设备投资，简化了模具制造。但节约了设备投资，简化了模具制造。但 生产率和锻件质量比模锻低，劳动强度大，安全性差，模生产率和锻件质量比模锻低，

3、劳动强度大，安全性差，模 具寿命短，生产率低。具寿命短，生产率低。 胎模锻适用于胎模锻适用于小型锻件小型锻件的的中小小批量生产中小小批量生产，多用在没，多用在没 有模锻设备的中小型工厂中。有模锻设备的中小型工厂中。 图 胎模种类 a）摔模 b）扣模 c）开式套筒模 d）闭式套筒模 e）合模 1）摔模，）摔模，用于锻造回转体锻件；用于锻造回转体锻件； 2）扣模，）扣模，用于平整侧面；用于平整侧面； 3）套筒模，）套筒模，用于镦粗锻件；用于镦粗锻件； 4）合模，）合模，用于锻造比较复杂的锻件。用于锻造比较复杂的锻件。 胎模结构可分为以下几类，如图所示。胎模结构可分为以下几类，如图所示。 实质：实质

4、：是通过塑性变形迫使坯料在锻模模膛内是通过塑性变形迫使坯料在锻模模膛内 成形。成形。 胎膜固定在自由锻锤上。胎膜固定在自由锻锤上。 固定模膛成型固定模膛成型工艺主要分为工艺主要分为锤上模膛锤上模膛成型工艺成型工艺 和和压力机上模膛压力机上模膛成型工艺。成型工艺。 锤上模锻成型锤上模锻成型用于大批量锻件生产。所用设备用于大批量锻件生产。所用设备 有蒸汽有蒸汽-空气锤、无砧座锤、高速锤等。空气锤、无砧座锤、高速锤等。 压力机上模膛成型压力机上模膛成型常用的设备有曲柄压力机、常用的设备有曲柄压力机、 摩擦压力机和平锻机、模锻水压机等。摩擦压力机和平锻机、模锻水压机等。 二、固定模膛锻造成形二、固定模

5、膛锻造成形 1 .预锻模膛预锻模膛 预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的 形状和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻模膛。同时形状和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻模膛。同时 减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。 预锻模膛和终锻模膛的区别是前者的圆角和斜预锻模膛和终锻模膛的区别是前者的圆角和斜 度较大，没有飞边槽。度较大，没有飞边槽。 第二节第二节 锻模模膛及其功用锻模模膛及其功用 一、模锻模膛一、模锻模膛 2. 终锻模膛终锻模膛 终锻模膛的作用是：终锻模膛的作用是：是使坯是使坯 料最后变形到锻件所要求

6、的形状料最后变形到锻件所要求的形状 和尺寸，因此它的形状应和锻件和尺寸，因此它的形状应和锻件 的形状相同。的形状相同。 终锻模膛的尺寸应比锻件终锻模膛的尺寸应比锻件 尺寸放大一个收缩量。钢件收尺寸放大一个收缩量。钢件收 缩量取缩量取1.5% 沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出 的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。 终锻后在孔内留下一薄层金属，称为终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮冲孔连皮。 拔长模膛拔长模膛用来减小坯用来减小坯 料某部分的横截面积，以增加料某部分的横截面积，以增加

7、 该部分的长度。分开式和闭式该部分的长度。分开式和闭式 两种。见图两种。见图7-4 滚压模膛滚压模膛用来减小坯用来减小坯 料某部分的横截面积，以增大料某部分的横截面积，以增大 另一部分的横截面积。主要是另一部分的横截面积。主要是 使金属按模锻件形状来分布。使金属按模锻件形状来分布。 分开式和闭式两种。见图分开式和闭式两种。见图7-5 二、制坯模膛二、制坯模膛 弯曲模膛弯曲模膛对于弯曲的杆类模锻件，需用弯曲模膛对于弯曲的杆类模锻件，需用弯曲模膛 来弯曲坯料。来弯曲坯料。 切断模膛切断模膛上模与下模的角部组成的一对刀口，用上模与下模的角部组成的一对刀口，用 来切断金属。来切断金属。 图7-6 弯曲

8、和切断模膛 图7-7 弯曲连杆多模膛模锻过程 第三节 锤上模锻工艺设计 一、一、 模锻件图绘制模锻件图绘制 分模面应选在锻件的最大截面处；保证模锻件能从模 膛中取出 分模面的选择应使模膛浅而对称；上下两模沿分模面 的模膛轮廓一致模膛轮廓一致，便于模锻制造。 分模面的选择应使锻件上所加敷料最少； 分模面应最好是平直面。 绘制模锻件图时应考虑的几个问题： 1) 1)选择模锻件的分模面选择模锻件的分模面 2)2)确定加工余量、公差和敷料确定加工余量、公差和敷料 机械加工余量一般为：14mm 锻造公差一般取在0.33 mm 3 3）设计模锻斜度）设计模锻斜度 外壁斜度：57 0内壁斜度：712 0 4

9、 4）设计模锻圆角）设计模锻圆角 外圆角：r = 1.512mm 内圆角：R=（23）r 当模膛宽度b小而深度h大时， 模锻斜度要取大些。 锻件上所有转角处都应做成圆角 5 5）确定冲孔连皮）确定冲孔连皮 d25mm的孔，不能直接模锻，须在孔内保留一层连皮连皮； 连皮厚度：当d=3080mm，=48mm。 绘图时：粗实线粗实线表示锻件的形状；双点划线表示锻件的分模 面和零件的轮廓形状。 二、二、 模锻工步的确定及模膛种类的选择模锻工步的确定及模膛种类的选择 1 1）工步）工步 同一个模锻上的模锻工序同一个模锻上的模锻工序称为模锻工步。模锻工步。要根据模锻件 的形状和尺寸来确定。 长轴类锻件长轴

10、类锻件，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等(图7-12)；一 般为拔长、滚挤、预锻、弯曲、预锻、终锻成型。 盘类模锻件盘类模锻件，如齿轮、法兰盘等(图7-13)。一般为镦粗、预锻、终 锻成型。 2 2）修正工序）修正工序 切边；冲孔； 校正； 热处理；清理。 三、模锻件结构工艺性三、模锻件结构工艺性 1. 1. 模锻件必须具有一个合理的分模面，模锻件必须具有一个合理的分模面，保证易于从锻模中 取出锻件，敷料消耗最少、锻模容易制造； 2. 为使金属容易充满模膛和减少工序，零件外形尽量简单、零件外形尽量简单、 平直和对称，避免薄壁、高筋、凸起等结构；平直和对称，避免薄壁、高筋、凸起等结构； 模锻工步

11、确定以后，再根据已确定的工步选择相应的制坯模膛和模模锻工步确定以后，再根据已确定的工步选择相应的制坯模膛和模 锻模膛。锻模膛。 5. 形状复杂、不易模锻的锻件形状复杂、不易模锻的锻件应采用锻采用锻- -焊组合工艺焊组合工艺。 减少敷料，简化模锻工艺。 4. 避免设计深孔、多孔结构；避免设计深孔、多孔结构；图7-15中4-20mm孔不能 锻出。 3. 模锻件上与捶击方向平行的非加工表面捶击方向平行的非加工表面应设计出设计出模锻模锻 斜度；斜度；非加工表面所形成的角非加工表面所形成的角都应按模锻圆角设计模锻圆角设计。 锻件的结构工艺性锻件的结构工艺性 避免锥体和斜面结构避免锥体和斜面结构 几何体间

12、的交接处几何体间的交接处 不应形成空间曲线不应形成空间曲线 锻件的结构工艺性锻件的结构工艺性 自由锻件上不应设计自由锻件上不应设计 出加强筋、凸台、工字形截面出加强筋、凸台、工字形截面 截面变化大的锻件，截面变化大的锻件， 采用组合连接采用组合连接 第四节第四节 压力机上模锻压力机上模锻 （一）摩擦压力机上模锻（一）摩擦压力机上模锻 图7-17 摩擦压力机传动图 摩擦压力机是将飞轮旋转所积蓄的能量转化成金属的摩擦压力机是将飞轮旋转所积蓄的能量转化成金属的 变形能进行锻造的，属锻锤类锻压设备。其结构与传变形能进行锻造的，属锻锤类锻压设备。其结构与传 动原理如图动原理如图7-17所示。所示。 摩擦

13、压力机带有顶料装置，顶料装置，可以用来锻造带长杆 类锻件，并可锻造小斜度或无斜度的锻件以及小余量、无 余量的锻件，节省材料。 摩擦压力机具有模锻锤和曲柄压力机双重工作特 性，既具有模锻锤的冲击力，又有曲柄压力机与锻件接触 时间较长、变形力较大的特点。因此，既能完成镦粗、挤完成镦粗、挤 压等成形工序，压等成形工序，又可进行精锻、校正、切边等后续工序的 操作。 摩擦压力机的工艺特点及应用范围摩擦压力机的工艺特点及应用范围 4141 摩擦压力机螺杆和滑块螺杆和滑块间为非刚性连接，非刚性连接，承受偏心 载荷的能力较差，通常只能进行单模膛模锻，单模膛模锻，当偏心载荷不 大的情况下，也可布置两个模膛，但制

14、坯需在其它设备上进 行。 摩擦压力机依靠摩擦带动滑块进行往复运动实现锻 压操作，传动效率及生产率较低，能耗较大。传动效率及生产率较低，能耗较大。 打击速度低，可采用组合模具，组合模具，降低生产成本，缩 短生产周期； 滑块行程不固定，故工艺性广泛。工艺性广泛。 根据以上特点，摩擦压力机主要适用于中、小批量生中、小批量生 产中、小模锻件，产中、小模锻件，特别适合模锻塑性较差的金属及合金如高 温合金和有色金属合金等。 （二）曲柄压力机上模锻（二）曲柄压力机上模锻 视频 热模锻压力机 曲柄压力机的结构与传动原理如图曲柄压力机的结构与传动原理如图7-18所示，吨位一所示，吨位一 般为般为2001200k

15、N；与锤上模锻比，具有下述特点：；与锤上模锻比，具有下述特点： 优点：优点： 1）锻造力是）锻造力是压力，压力，坯料的变形速度较低，可锻造较低塑坯料的变形速度较低，可锻造较低塑 性合金；性合金； 2）锻造时）锻造时滑块的行程不变，滑块的行程不变，每个变形工步在一次行程中每个变形工步在一次行程中 即可完成，便于实现机械化和自动化，具有即可完成，便于实现机械化和自动化，具有很高生产率；很高生产率； 3）滑块运动精度高，并有锻件顶出装置，使模锻斜度、）滑块运动精度高，并有锻件顶出装置，使模锻斜度、 加工余量、锻造公差减小，加工余量、锻造公差减小，锻件精度比锤上模锻高。锻件精度比锤上模锻高。 4）振动

16、和噪声较小，振动和噪声较小，劳动条件改善。劳动条件改善。 缺点：缺点： 1 1）设备费用高，设备费用高，模具结构复杂；模具结构复杂； 2 2）滑块行程和压力不能在锻造过程中调整，因此）滑块行程和压力不能在锻造过程中调整，因此不能进行不能进行 拔长、滚压等制坯。拔长、滚压等制坯。 3838 平锻机的主要结构与曲柄压力机相似，因因 滑块沿水平方向运动，带动模具对坯料水平施滑块沿水平方向运动，带动模具对坯料水平施 压，故称为平锻机。压，故称为平锻机。 (1)平锻机的工作原理平锻机的工作原理 平锻机根据凹模 分模方式的不同，可分为垂直分模平锻机和水垂直分模平锻机和水 平分模平锻机平分模平锻机两种。水平

17、分模平锻机的工作原 理如图7-19所示。电动机1通过传动带2带动带 轮4转动，带轮带动离合器3并通过传动轴5、 齿轮8使曲轴7转动。随曲轴转动，连杆9推动 主滑块11及上面的凸模12在水平面作前后往复 运动，同时曲轴又驱使凸轮6旋转，凸轮6通过 杠杆16使副滑块及活动凹模15在水平面作往 复的夹紧运动。锻造时，将坯料放入固定凹模 14，前端由挡料板定位，启动开关，活动凹模 15右行与固定凹模合模，挡料板退回，凸模前 行向坯料施加压力，坯料成形。回程时，凸模 先退出，活动凹模随后左移复位，取出锻件。 图7-19 平锻机的工作原理示意图 1电动机；2传动带；3离合器；4带轮； 5传动轴；6凸轮；7

18、曲轴；8齿轮；9连杆； 10小凸轮；11主滑块；12凸模；13挡料板； 14固定凹模；15活动凹模；16杠杆17副滑块 三、三、 平锻机上模锻平锻机上模锻 平锻机的工作过程见图7-19和视频。 3939 图7-19 平锻机的工作过程视频 平锻机上模锻 (2) 平锻机的工艺特点及应用范围平锻机的工艺特点及应用范围 平锻机除了具有曲柄压力机的特点以外，还具有以下特点： 1 1）坯料都是）坯料都是棒料或管材棒料或管材，并且只进行，并且只进行局部（一端）局部（一端）加加 热和局部变形加工，因此可锻造立式锻压设备上不能锻造的热和局部变形加工，因此可锻造立式锻压设备上不能锻造的 某些长杆类锻件。如带实心或空心头部的长杆类锻件和带头某些长杆类锻件。如带实心或空心头部的长杆类锻件和带头 部的长管类锻件，也可用长棒料逐件连续模锻带通孔或不通部的长管类锻件，也可用长棒料逐件连续模锻带通孔或不通 孔的锻件。孔的锻件。 2 2）平锻机的锻模是由三部分组成的，具有）平锻机的锻模是由三部分组成的，具有两个互相垂两个互相垂 直的分模面，直的分模面，锻件出模方便，可以锻出在其它设备上难以完锻件出模方便，可以锻出在其它设备上难以完 成的在两个