第二篇 金属塑性成形工艺

1、第八章 锻模设计第一节 终锻模膛设计一、热锻件图 热锻件图依据冷锻件图设计，热锻件图上的尺寸应比冷锻件图上的相应尺寸有所放大。理论上加放收缩率后的尺寸按下式计算： 式中冷锻件尺寸； 终锻温度下金属的收缩率，钢为1.21.5，不锈钢为1.51.8，铝合金、铜合金为1，镁合金、钛合金为0.8。 二、飞边槽 开式模锻的终锻模膛周边需有飞边槽，其形式及尺寸大小是否合适，对锻件成形有很大影响。 1.开式模锻中金属流动过程分析在模锻过程中，随着上、下模的闭合，一方面金属充填模膛；另一方面多余金属被挤出模膛，形成飞边。这个过程大致可分为四个阶段：1)镦粗变形(图8-1a) 自坯料上端面同上模膛表面接触开始，

2、坯料高度减小，径向尺寸增大，直至金属与模壁接触为止。所需变形力不大。 2)形成飞边(图8-1b) 第一阶段结束后，由于金属流动受到模壁阻碍，有助于流向模膛高度方向，同时开始流入飞边槽。当压下量达到时，出现少许飞边。此时所需变形力明显增大。3)充满模膛(图8-1c) 在这一阶段中，随着飞边厚度变薄，宽度增大，温度下降，变形抗力明显上升，从而造成了更大的横向阻力，使金属流向飞边槽更加困难，促使整个模膛完全充满。4)打靠合模(图8-1d) 在此阶段中，上、下模打靠，模膛中多余金属被挤入飞边槽，得到合格锻件。由于毛坯温度降低，飞边的横向阻力增大，为把多余金属挤入飞边槽所需锻击力也最大。模锻根据最大锻击

3、力来选择模锻设备的吨位。通常，相应的压下量。 图8-1 模锻过程示意 a）镦粗b）形成飞边 c）充满模膛d）打靠合模 2.飞边槽的作用1)造成足够大的横向阻力，促使模膛充满。 2)容纳坯料上的多余金属，起补偿与调节作用。 此外，对锤类设备还有缓冲作用。 3.飞边槽的结构形式及尺寸 图8-2 飞边槽的基本结构形式 如图8-2所示，飞边槽由桥部和仓部组成，其基本结构形式有三种： 形式I是使用最广泛的一种，其优点是桥部设在上模，这样可减少受热，不易磨损和压塌。 形式用于高度方向不对称的锻件。在锤上和摩擦压力机上模锻时，为了有利于充填成形和简化切边模的冲头形状，常把锻件形状复杂的部分置于上模。但切边时

4、应把出模的锻件翻转180，为此，只好把桥部设在下模。 形式适用于形状复杂和坯料体积难免偏大的锻件，以容纳更多的金属。第二节 预锻模膛设计 一、预锻模膛的作用及选择 预锻模膛的作用有二：一是使制坯后的坯料进一步变形，以保证终锻时获得成形饱满、无折叠、裂纹或其它缺陷的优质锻件；二是有助于减少终锻模膛的磨损，提高使用寿命。生产批量大时，应采用预锻模膛。 二、预锻模膛的设计 预锻模膛是以终锻模膛或热锻件图为基础进行设计的，但两者间有所区别，一般具有如下设计要点： 1.模膛的宽与高预锻模膛应尽可能做到经预锻后的毛坯在终锻时只以镦粗成形为主。据此，预锻模膛的高度应比终锻模膛大25mm，宽度应小12mm。另

5、外，预锻模膛一般不设飞边槽，所以预锻模膛的横截面面积稍大于终锻模膛。两者的差别如图8-3所示。图8-3 预锻形状与终锻形状的差别 图8-4 预锻与终锻的尺寸关系 2.模锻斜度 预锻模膛的斜度一般与终锻模膛相同。预锻模膛中依靠压入成形的部位，上以增大模锻斜度来解决成形困难问题。图8-4取，若筋的高度比较大，取小的系数，反之则取大的系数。筋宽取。不难看出，在宽度和模锻斜度均相等的条件下，则有。为了使终锻时筋部顺利成形，并考虑使预锻件筋部的横截面面积小于终锻的相应面积，则应适当加大底部的圆角半径。 3.圆角半径 预锻模膛内的圆角半径应比终锻模膛的大，其目的是为了减小金属流动阻力，促进筋部预锻成形，同

6、时尚可防止产生折迭。其凸圆角半径可按下式计算： 式中 R终锻模膛相应部位上的圆角半径； c系数，终锻模膛深H10mm，c2，H2025mm，c3，H2550mm，c4，H50mm，c5。 4.带枝芽的锻件 为了便于金属流入枝芽处，预锻模膛的枝芽形状可以简化，与枝芽连接处的圆角半径适当增大，必要时可在分模面上设阻尼沟，加大预锻时金属流向飞边槽的横向阻力，如图8-6所示。8-6 带枝芽锻件的预锻模膛 5.叉形锻件锻件叉间距离不大时，必须在预锻时使用劈料台。预锻时依靠劈料台把金属劈开挤向两侧，流入叉部模膛内。一般情况下用图8-7a形式，当叉部较窄时，可使用8-7b形式。有关尺寸按下式确定： ，当时，

7、建议采用图8-7b形式。图8-7 劈料台a）一般情况下b）叉部较窄时第三节 制坯工步的选择及制坯模膛设计 一、圆饼类锻件制坯工步的选择 1轮毂较矮的锻件。为了防止轮毂和轮缘间过渡区产生折迭，镦粗后毛坯直径应满足，如图8-10所示。 2轮毂较高的锻件。为保证轮毂成形和防止折叠产生，镦粗后毛坯直径应满足，如图8-11所示。 图8-10 轮毂矮的锻件 图8-11 轮毂高的锻件3轮毂高且有内孔和突缘的锻件。为保证镦件充满型腔，并便于毛坯在终锻模膛中定位平稳，宜用成形镦粗。镦粗后的毛坯尺寸应满足：，如图8-12所示。图8-12 轮毂高突缘大的锻件a）锻件b）毛坯二、长轴类锻件制坯工步的选择 1制坯工步的

8、选择长轴类锻件有直长轴线、弯曲轴线、带枝芽的和叉形件等四种。长轴类锻件的模锻工序由拔长、滚挤、弯曲、卡压、成形等制坯工步和预锻及终锻工步所组成。 1)直长轴线锻件，一般采用拔长、滚挤、卡压、成形等制坯工步。制坯后得到的中间毛坯，其长度应与终锻模膛的长度相等，沿锻件轴线的每一横截面积等于相应处锻件截面积与飞边截面积之和。 2)弯曲轴线锻件 除采用上述制坯工步外，还需增加一道弯曲工步(图8-13)，使所得中间毛坯外形接近终锻(或预锻)模膛分模面上的形状。 3)带枝芽的长轴锻件 所需制坯工步与前面的大致相同，但需增加一道成形工步(图8-14)或非对称滚挤工步，保证预锻时枝芽模膛得以充满。 4)叉形件

9、 除采用直长轴线锻件的制坯工步外，一般还需预锻劈叉工步，来达到叉形部分的成形目的，如图8-15所示。 图8-13弯曲轴线锻件的制坯工步 图8-14带枝芽长轴锻件的制坯工步 图8-15 叉形件的制坯工步 2.计算毛坯 拔长、滚挤和卡压三种制坯工步通常用经验计算法即“计算毛坯”为依据来选择。 1)计算毛坯的依据和作法 假定长轴类锻件在模锻时为平面应变状态，因而计算毛坯的长度与锻件长度相等，而轴向各横截面积与锻件各相应处横截面积和飞边横截面积之和相等，即： 式中 飞边槽的横截面积(mm2)； 充满系数，形状简单的锻件取0.30.5，形状复杂的锻件取0.50.8。 一般根据冷锻件图作计算毛坯图，首先从

10、锻件图上选取若干个具有代表性的截面，计算出，然后在座标纸上绘制计算毛坯截面图。其作法如下： 用缩尺比除，得到用直线段来表示截面积变化特征的图形，如图8-16所示。 式中 M缩尺比，通常取35(mm2mm)。 可以看出，计算毛坯截面图上每一处的高度代表计算毛坯的截面积，因而截面图曲线下的整个面积就是计算毛坯(锻件与飞边)的体积。 式中 计算毛坯截面图曲线下的面积(mm2)； M缩尺比(mm2mm)。因此，计算毛坯上任一部分的直径可由下式计算： 计算了各个具有代表性的直径后，同样地用座标纸绘制出计算毛坯的直径图，如图8-16所示。从图中可以看到，完整的计算毛坯图包括锻件图、截面图和直径图。截面图和

11、直径图是均匀圆滑地连接而成的。 图8-16 计算毛坯图根据计算毛坯图可以确定坯料尺寸、制坯工步及有关的制坯模膛。为此，尚需作如下必要的运算。2)平均截面积和平均直径 平均截面积和平均直径的计算方法如下： ； 式中 平均截面积(mm2)； 平均截面图纵坐标(mm)； 一平均直径(mm)。 3)确定计算毛坯的头部和杆部 用虚线绘出平均截面图和平均直径图，如图8-16。对于截面图，凡大于虚线的部分称为头部，小于虚线的部分称为杆部。对应于直径图上，当时，称为头部，时，称为杆部。4)几项繁重系数的计算 制坯工步的选择取决于如下几项繁重系数：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；锻件

12、重量。 ； 式中 计算毛坯的最大直径； 计算毛坯的最小直径； 杆部与头部交接处的直径()。值越大，表明流到头部的金属体积越多；值越大，则轴向流动的距离越长；K值越大，表明杆部锥度大，小头或杆部的金属越过剩；G越大，表明锻件重量大，制坯更难。三、镦粗台和压扁台的设计（自学） 镦粗台适用于圆饼类锻件，如图8-18所示，压扁台适用于其平面图形近似矩形的锻件，如图8-19所示。这类平台的作用是使坯料高度减小，水平尺寸增大，以便在终锻变形前将终锻模膛覆盖，从而防止产生折迭。图8-17 长轴类锻件制坯工步选用图表 图8-18 带锁扣的镦粗台 图8-19 压扁台 镦粗台高度的确定。镦粗时为了能以镦粗打靠的方

13、式锻出毛坯的高度，可在锻模上加工出尺寸 (图8-18)。 式中 原毛坯体积； 镦粗后毛坯直径。 压扁台有关尺寸如下(图8-19)： （ 式中 锻件宽度(mm)； 坯料压扁后宽度(mm)； 坯料压扁后长度(mm)。 四、拔长模膛设计（自学） 拔长模膛用来减小坯料的断面积，增加其长度。一般来说，拔长是变形工步中的第一道，兼有清除氧化皮的作用。拔长模膛设置在模块的旁边位置上，由钳口、拔长平台和空腔三部分组成。拔长模膛有开式和闭式两种。 1.开式拔长模膛 其拔长平台断面呈矩形，边缘开通，如图8-20所示。这种形式结构简单、制造方便，但拔长效率低。 2.闭式拔长模膛其拔长平台断面呈椭圆形，边缘封闭，如图

14、8-21所示。这种形式的拔长效率较高，而且毛坯表面光滑。对于的细长锻件，要求拔长效率高，均用闭式拔长。图中是拔长部分的长度，是拔长部分的厚度。 图8-20 开式拔长模膛 图8-21 闭式拔长模膛 拔长模膛是以计算毛坯为依据进行设计的。 1)拔长坎的高度 如果锻件杆部断面积变化不大，仅需拔长制坯工步时，高度按计算毛坯上杆部最小直径确定： 如果锻件杆部断面变化较大，不仅需要拔长而且还要滚挤制坯时，拔长坎高按计算毛坯杆部的平均断面确定： 式中 计算毛坯杆部体积(mm3)； 计算毛坯杆部长度(mm)； 、系数，与计算毛坯长度有关，查阅有关手册或资料。 2)拔长坎长度C C太短将影响毛坯表面质量，不光滑

15、；太长则降低拔长效率。根据生产经验，可按下式确定： 式中 坯料直径(mm)； 系数，查阅有关手册或资料。 3)模膛宽度 为了便于拔长操作，模膛宽度宜稍大些，可按下式确定： 直排时： ； 斜排时： ； 系数，查阅有关手册或资料。 4)其余尺寸 ；，当无小头时，；。五、滚挤模膛设计（自学） 滚挤模膛用于减小坯料局部断面积，以增大另一部分断面积，使毛坯体积分配符合计算毛坯的要求，也兼有去氧化皮和滚光的作用。 1.滚挤模膛的结构形式 滚挤模膛有开式、闭式和非对称三种结构形式。下面着重讲述后两种结构。1) 闭式滚挤模膛 模膛断面呈椭圆形，整个侧面封闭，如图8-22所示。由于模膛侧壁的阻力作用，金属沿轴向

16、流动较强烈，聚积效果良好，因此适用于断面变化较大的锻件 图8-22 闭式滚挤模膛 图8-24 非对称滚挤模膛 2) 非对称滚挤模膛 这种模膛兼有滚挤与成形的功能，适用于非对称的长轴类锻件，选用时要考虑到锻件的非对称程度，如图8-24所示。一般，时，可以使用非对称滚挤模膛。滚挤模膛由钳口、模膛本体和毛刺槽组成。滚挤模膛也是以计算毛坯为依据进行设计的，主要是 确定模膛高度、宽度及其它有关尺寸。 2.滚挤模膛的设计 1)模膛的高度 其设计原则是保证滚压后毛坯各部分的横断面积等于计算毛坯相应部分的面积。模膛的高度按杆部和头部分别考虑。模膛的杆部系对应于的部分，为计算毛坯的横截面积，为毛坯的横截面积。

17、模膛杆部的作用是排料。设计时应考虑到：闭式滚挤出来的毛坯断面为一椭圆形，其长短轴之比为1.62.0。 模膛的头部是指对应于的部分，其作用是聚料。为了便于杆部的金属流入头部，其模膛高度应适当放大。 综上所述，模膛的高度h可按下式确定： 式中 K系数，查阅有关手册或资料。 当杆部较长时，为了有助于杆部金属流人头部，一般在杆部设计25的斜度，向头部倾斜。 在头部和杆部交界处，应用适当的圆弧连接起来，以利于金属流动。转角处圆角半径由相邻部分的台阶高度 (图8-22)确定： 2)模膛长度 直长轴线的锻件，模膛长度等于热锻件图长度；弯曲轴线锻件的长度见计算毛坯。 3)模膛宽度 模膛的宽度应合适，如宽度过大

18、，闭式模膛便会降低排料及聚料作用，并会增大模块面积。如宽度过窄，则滚挤时金属会流到模膛之外，形成飞边，翻转90时形成折纹。由此，模膛宽度应满足下式： 式中 毛坯直径； 计算毛坯最大直径； 计算毛坯杆部平均断面积，； 计算毛坯杆部体积； 计算毛坯杆部长度。4)毛刺槽与钳口 其尺寸查阅有关手册或资料。第四节锻模结构设计 着重介绍模锻锤、摩擦压力机和热模锻压力机三种主要模锻设备用的锻模结构设计。 一、锤锻模结构设计 锤锻模有整体式和镶块式两种。镶块模是把容易磨损的终锻模膛或其中一部分用优质模具钢制成镶块，用楔铁或热套法安装在一般钢材制成的模块上。 1.锻模紧固方法锤锻模紧固在下模座和锤头上，实践表明

19、，采用如图8-26所示楔铁和键块配合燕尾紧固的方法。8-26 锤锻模紧固法 2.模膛布置1)锻模中心和模膛中心 模膛中心为锻造时上模承受反作用力的合力作用点。变形阻力均匀的模膛，模膛中心可以认为是模膛(包括飞边桥部)在水平面上投影面积的重心，如图8-27所示。变形阻力不均匀时，模膛中心则应由面积重心向变形阻力较大的一边移动，其移动距离由经验确定。 2)模锻模膛的布置 模膛的排列以模膛的数量和锻件允许的错移量为依据。在排列模膛时，为尽量减少偏心打击，应遵循以下原则： 锻模上无预锻模膛时，终锻模膛中心应与锻模中心重合。 在设有预锻模膛时，偏心打击将不可避免，这时应把预锻模膛和终锻模膛分设在锻模中心

20、的两旁，并同时在键槽中心线上，使或，如图8-28所示。 图8-27 模膛中心的确定 图8-28 模膛排列 3)制坯模膛的布置 第一道制坯工步应当安排在吹风管的对面，以避免氧化皮落在终锻模膛里。其它制坯模膛则应符合模锻操作安排顺序，以便减少毛坯往返移动的次数。弯曲模膛的位置要便于弯曲后可直接地把坯料送到终锻模膛中。 3.模壁厚度 由模膛到模块边缘的距离，或模膛之间的距离都称为模壁厚度。模壁厚度应保证足够的强度，同时又要尽可能减小模块尺寸。可查阅有关手册或资料。 4.错移力平衡与锁扣设计当锻件的分模面为斜面、曲面、或锻模中心与模膛中心的偏移量较大时，在模锻过程中将产生水平分力，从而引起锻模错移。平

21、衡水平错移常采取锻件斜放、设置锁口、锻件斜放与设置锁口并用、锻件成对排列等措施来平衡错移力。参见有关锻模设计手册与资料。二、热模锻压力机锻模结构设计特点 同模锻锤相比，热模锻压力机滑块行程固定，且模锻变形速度较低，因此，其模锻工艺及相应的锻模设计具有如下特点。 1.工步图及工步设计 1）终锻工步设计 主要是设计热锻件图和确定飞边槽形式及尺寸。热模锻压力机上模锻由于采用了较完备的制坯工步，金属在终锻型槽内的变形主要以镦粗方式进行，飞边槽桥部及仓部高度比锤上的相应大一些，其结构形式及尺寸如图8-31。 2）预锻工步设计 设计预锻工步总的原则是使预锻后的坯件在终锻型槽里尽可能以镦粗方式成形。具体说来

22、，要考虑以下几点： 预锻工步图的高度尺寸比终锻工步图相应大25mm，而宽度尺寸适当减小，并使预锻件的横截面积稍大于终锻件相应的横截面积。 若终锻件的横截面呈圆形，则相应的预锻件横截面应为椭圆形。横截面的椭圆度约为终锻件相应截面直径的45。 应严格控制预锻件各部分的体积，使终锻时多余金属能合理地流动，避免产生金属回流、折迭等缺陷。图8-32 终锻模膛连皮结构 应考虑预锻件在终锻模膛中的定位问题。为此，预锻工步图中某些部位的形状和尺寸应与终锻件基本吻合。 对形状简单的锻件，预锻模膛可以不设飞边槽。若设置飞边槽，桥部高度应比终锻模膛相应大30 60，而桥部宽度和仓部高度可适当减小。 图8-31 飞边

23、槽结构形式 当终锻时金属不能以镦粗而主要靠压入方式充填模膛时，预锻件的形状与终锻件应有显著差别，使预锻后坯件的侧面在终锻模膛中变形开始就与模壁接触，以限制金属径向剧烈流动，而迫使流向模膛深处。 预锻件的圆角半径及模锻斜度设计原则与锤上模锻相同； 2.锻模结构设计特点 1)锻模结构形式 热模锻压力机由于工作速度低、工作平稳、设有顶料装置，多数是采用在通用模座内装置模膛镶块的组合式锻模结构，它主要由模座、垫板、模膛镶块、镶块紧固零件、导柱、导套、顶料机构等零件组成，按照模膛镶块在模座中的紧固方法，热模锻压力机锻模结构见图8-34。 图8-34 压板紧固式模板结构l-上模座 2-下模座 3 -淬火垫

24、板 4-镶块 5-后挡板 6 -压板 7 -导套 8-导柱模具在闭合状态时，各零件在高度方向上的尺寸关系如图8-35所示。即： 式中 模具的闭合高度； 上、下模座厚度； 上、下垫板厚度； 上、下镶块高度； 上、下模间隙。 模座厚度应在容纳推出装置的情况下，保证足够的强度和刚度。它和垫板的尺寸都没有统一的标准，但应保证模具的闭合高度满足下式要求： 式中 锻压机最小闭合高度； 一工作台最大调节。2)镶块 镶块有圆柱和矩形(或方形)两种。圆形镶块加工方便、节省材料，适用于形状简单的回转体锻件。矩形镶块可适用于任何形状的锻件。镶块的平面尺寸决定于模膛尺寸及模壁厚度。模壁厚度可按下式确定： 式中 模膛最

25、宽处深度。镶块底面距模膛最深处厚度应不小于（0.60.65）。确定镶块高度时应留有翻新的余量，但总高度应不大于（0.350.4）。镶块如遇到终锻模膛中有较深的腔，则应在深腔中金属最后充满处开设排气孔。孔径为1.22mm，孔深2030mm，然后与直径为820mm的孔相连，直至镶块底部。当模膛底部有推出器或其它能排气的缝隙时，可不另开排气孔。3.推料装置锻模镶块中一般都有推出器，用来推出模膛中的已成形锻件。推出器的配置应视锻件的形状和尺寸而定。图8-38示出了在三种不同形状的锻件上推出器的位置。图8-38a表示在一般情况下推出器应顶在飞边上；图8-38b表示推出器顶在具有较大孔径的冲孔连皮上；图8

26、-38c为连杆锻件，推出器分别顶在小头及大头叉部上。推出器直径不能太细，否则易弯曲变形，般为1030mm。镶块上应有足够长度的导向部分，与推杆之间留有0.10.3mm的间隙，粗糙度不高于 。杠杆式推杆有各种结构形式，图8-39所示为单推杆结构简图。由推杆6将推出力通过杠杆3及托板2传给三个推出器1。图8-38 推出器的位置a）飞边顶出 b）冲孔连皮顶出c）锻件直接顶出 4.导向装置 热模锻压力机锻模的导向装置由导柱、导套等零件组成，参见(图8-34)。大多数锻模上采用双导柱，设在模座后面，个别采用四导柱。导柱、导套分别与上、下模座紧配合。导柱和导套之间则保证0.250.5mm的间 隙，并设有润

27、滑装置。导套上端有封盖，下部有油封圈，以防氧化皮入内及润滑油漏出。第五节 切边与冲孔模设计 如上所述，开式模锻所得锻件，沿分模面周围有一圈飞边，内孔有连皮，模锻后需在切边压力机上用切边模和冲孔模切掉飞边和连皮。如图8-40所示，切边模和冲孔模主要由凸模(冲头)和凹模组成。切边时，锻件放在凹模上，在凸模的推压下，锻件的飞边被凹模刃口剪切而与锻件分离。冲孔时，情况则相反。热切边时还要按锻件尺寸加收缩率1.2左右。凹模周围有刃口，其结构如图8-41所示。 图8-40 切边模和冲孔模简图 图8-41 切边模 a)切边模 b)冲孔模切边模的凸模形状要使冲切力能均匀地加在锻件各部分，并作用在凹模全部刃口上

28、。常用的四种凸模如图8-42所示。第六节 典型锻模结构及模具设计一、典型锤用锻模结构及模具设计的步骤和内容1.汽车连杆的锤锻模具设计 图8-43是汽车连杆的零件图。现以此零件为例简要介绍轴类件锤用锻模的设计步骤和内容。1）锻件图设计 锻件图设计的内容包括：选择分模面的位置和形状；确定加工余量和公差；确定模锻斜度和圆角半径；制定锻件技术条件；绘制锻件图。 图8-43 连杆零件图图8-44 连杆锻件图图8-45 连杆热锻件图图8-46 连杆的截面图和计算毛坯图2）计算锻件的基本参数 主要包括：锻件在水平面或分模面上的投影面积；锻件周边长度；锻件体积和重量。3）确定锻锤的吨位 根据锻件在水平面上的投

29、影面积与假定飞边水平投影面积之和，按经验公式计算打击力并选用锻锤。4）确定飞边槽的形式和尺寸 根据所确定锻锤的吨位，分析连杆锻件图的结构特点即可选定飞边槽的形式，确定其尺寸。5）终锻模膛设计 终锻模膛设计的主要内容是绘制热锻件图(或称之为制模用锻件图)，图8-45是根据锻件图增加1.5收缩率绘制而成的连杆热锻件图。6）预锻模膛设计 由于锻件形状复杂，需设置预锻模膛。预锻模膛在叉部采用了劈料台。预锻模膛与终锻模膛不同之处均在热锻件图上作了注明。 7）绘制计算毛坯图 图8-46是根据零件的形状特点，选取13个截面，分别计算锻件截面积，计算毛坯截面积和计算毛坯上任一截面的边长()或直径()所绘出的连

30、杆截面图和计算毛坯图：一般根据冷锻件图作出计算毛坯图。截面图和计算毛坯图是选用制坯工步的依据。 8）选择制坯工步 本例中计算毛坯两头一杆，简化成两个简单的计算毛坯，由制坯工步 的设计程序和参数确定采用拔长一开式滚压制坯工步。模锻工艺方案确定为：拔长一开式滚压一预锻一终锻。 9）确定坯料尺寸 由截面图和计算毛坯图可确定坯料的计算边长 ，根据坯料体积即可计算出坯料长度。由实际生产情况，根据坯料的重量和长度选用调头模锻，一料两件，料长取为246mm。 10）制坯模膛设计 参考有关文献和设计资料，根据计算毛坯图来设计滚压模膛和拔长模膛。根据实际生产情况和经验对个别尺寸和模具参数作适当修改。 11）锤锻

31、模结构设计 上述工作完毕后即可进行锻模的结构设计并绘制锻模图。锤锻模的结构设计一般包括模具紧固方式选择；模膛的布置；错移力的平衡与导向；模具强度；模块尺寸确定等几方面的内容。图8-47显示了一套典型的汽车连杆锤用锻模图。2.锤用锻模的结构特点及模具材料 分析图8-47可见锤用锻模结构具有以下特点。锤锻模由上模和下模两部分组成。上、下模采用楔和键分别紧固在锤头和模座上；因加热炉在锤的右方，故拔长模膛布置在右边，滚压模膛在左边，预锻及终锻工步从左到右；采用纵向锁扣来平衡错移力和导向；为保证滚压和拔长模膛处上模的锁扣强度，将两模膛中心线分别下移5mm和4.5mm；锻模有足够的承击面以保证模具的强度；

32、因采用调头模锻，将预锻钳口颈尺寸加大。锤锻要求模具材料具有较高的冲击韧度和耐热疲劳性。目前常用的模具钢为5CrNiMo、5CrMnMo和6SiMnV等。图8-47 连杆锤用锻模图二、 典型热模锻压力机用锻模结构及其特点图8-48是热模锻压力机连杆锻模。由图中可见压力机用锻模是由模架(包括上、下模板，紧固零件，定位调整零件，垫板和压板等)、模块、导向装置和顶出器等4部分组成。与锤上用锻模相比，热模锻压力机用锻模结构有如下一些特点： 1.采用通用模架内装模膛镶块的组合结构锻模 常用的模架有压板式模架和键式模架两种。键式模架通用性强，拆装、调整方便，但垫板、键等零件加工精度高。模块分整体式和镶块式两

33、种。上、下模块可分成两块，一块为模座，一块为加工出模膛的镶块。 2.采用多模膛模锻使坯料逐步成形 由于行程固定，只能完成断面变化不大(1015%）的制坯操作。拔长和滚压等制坯工步需在其它设备上进行。 3.设有导向装置 多数锻模采用双导柱、导套装置。 4.终锻模膛设有排气孔和顶出装置。 5.模具闭合高度受压力机装模高度限制。压力机模锻靠静压力使金属变形，模具工作条件较好，对模具材料在韧性上要求比锤锻模稍低。常用模块材料有5CrNiMo，5CrMnMo，3Cr2W8V和H11、H13等。图8-48热模锻压力机连杆锻模复 习 思 考 题1画出飞边槽的形状，说明各部分的作用。2如何设计预锻模膛？3锻件

34、的计算毛坯图是如何做出的？4制坯工步应如何选择？5热模锻压力机锻模有何特点？6切边模、冲孔模的设计要点是什么？第八章 锻模设计第一节 终锻模膛设计一、热锻件图 热锻件图依据冷锻件图设计，热锻件图上的尺寸应比冷锻件图上的相应尺寸有所放大。理论上加放收缩率后的尺寸按下式计算： 式中冷锻件尺寸； 终锻温度下金属的收缩率，钢为1.21.5，不锈钢为1.51.8，铝合金、铜合金为1，镁合金、钛合金为0.8。 二、飞边槽 开式模锻的终锻模膛周边需有飞边槽，其形式及尺寸大小是否合适，对锻件成形有很大影响。 1.开式模锻中金属流动过程分析在模锻过程中，随着上、下模的闭合，一方面金属充填模膛；另一方面多余金属被

35、挤出模膛，形成飞边。这个过程大致可分为四个阶段：1)镦粗变形(图8-1a) 自坯料上端面同上模膛表面接触开始，坯料高度减小，径向尺寸增大，直至金属与模壁接触为止。所需变形力不大。 2)形成飞边(图8-1b) 第一阶段结束后，由于金属流动受到模壁阻碍，有助于流向模膛高度方向，同时开始流入飞边槽。当压下量达到时，出现少许飞边。此时所需变形力明显增大。3)充满模膛(图8-1c) 在这一阶段中，随着飞边厚度变薄，宽度增大，温度下降，变形抗力明显上升，从而造成了更大的横向阻力，使金属流向飞边槽更加困难，促使整个模膛完全充满。4)打靠合模(图8-1d) 在此阶段中，上、下模打靠，模膛中多余金属被挤入飞边槽

36、，得到合格锻件。由于毛坯温度降低，飞边的横向阻力增大，为把多余金属挤入飞边槽所需锻击力也最大。模锻根据最大锻击力来选择模锻设备的吨位。通常，相应的压下量。 图8-1 模锻过程示意 a）镦粗b）形成飞边 c）充满模膛d）打靠合模 2.飞边槽的作用1)造成足够大的横向阻力，促使模膛充满。 2)容纳坯料上的多余金属，起补偿与调节作用。 此外，对锤类设备还有缓冲作用。 3.飞边槽的结构形式及尺寸 图8-2 飞边槽的基本结构形式 如图8-2所示，飞边槽由桥部和仓部组成，其基本结构形式有三种： 形式I是使用最广泛的一种，其优点是桥部设在上模，这样可减少受热，不易磨损和压塌。 形式用于高度方向不对称的锻件。

37、在锤上和摩擦压力机上模锻时，为了有利于充填成形和简化切边模的冲头形状，常把锻件形状复杂的部分置于上模。但切边时应把出模的锻件翻转180，为此，只好把桥部设在下模。 形式适用于形状复杂和坯料体积难免偏大的锻件，以容纳更多的金属。第二节 预锻模膛设计 一、预锻模膛的作用及选择 预锻模膛的作用有二：一是使制坯后的坯料进一步变形，以保证终锻时获得成形饱满、无折叠、裂纹或其它缺陷的优质锻件；二是有助于减少终锻模膛的磨损，提高使用寿命。生产批量大时，应采用预锻模膛。 二、预锻模膛的设计 预锻模膛是以终锻模膛或热锻件图为基础进行设计的，但两者间有所区别，一般具有如下设计要点： 1.模膛的宽与高预锻模膛应尽可

38、能做到经预锻后的毛坯在终锻时只以镦粗成形为主。据此，预锻模膛的高度应比终锻模膛大25mm，宽度应小12mm。另外，预锻模膛一般不设飞边槽，所以预锻模膛的横截面面积稍大于终锻模膛。两者的差别如图8-3所示。图8-3 预锻形状与终锻形状的差别 图8-4 预锻与终锻的尺寸关系 2.模锻斜度 预锻模膛的斜度一般与终锻模膛相同。预锻模膛中依靠压入成形的部位，上以增大模锻斜度来解决成形困难问题。图8-4取，若筋的高度比较大，取小的系数，反之则取大的系数。筋宽取。不难看出，在宽度和模锻斜度均相等的条件下，则有。为了使终锻时筋部顺利成形，并考虑使预锻件筋部的横截面面积小于终锻的相应面积，则应适当加大底部的圆角

39、半径。 3.圆角半径 预锻模膛内的圆角半径应比终锻模膛的大，其目的是为了减小金属流动阻力，促进筋部预锻成形，同时尚可防止产生折迭。其凸圆角半径可按下式计算： 式中 R终锻模膛相应部位上的圆角半径； c系数，终锻模膛深H10mm，c2，H2025mm，c3，H2550mm，c4，H50mm，c5。 4.带枝芽的锻件 为了便于金属流入枝芽处，预锻模膛的枝芽形状可以简化，与枝芽连接处的圆角半径适当增大，必要时可在分模面上设阻尼沟，加大预锻时金属流向飞边槽的横向阻力，如图8-6所示。8-6 带枝芽锻件的预锻模膛 5.叉形锻件锻件叉间距离不大时，必须在预锻时使用劈料台。预锻时依靠劈料台把金属劈开挤向两侧

40、，流入叉部模膛内。一般情况下用图8-7a形式，当叉部较窄时，可使用8-7b形式。有关尺寸按下式确定： ，当时，建议采用图8-7b形式。图8-7 劈料台a）一般情况下b）叉部较窄时第三节 制坯工步的选择及制坯模膛设计 一、圆饼类锻件制坯工步的选择 1轮毂较矮的锻件。为了防止轮毂和轮缘间过渡区产生折迭，镦粗后毛坯直径应满足，如图8-10所示。 2轮毂较高的锻件。为保证轮毂成形和防止折叠产生，镦粗后毛坯直径应满足，如图8-11所示。 图8-10 轮毂矮的锻件 图8-11 轮毂高的锻件3轮毂高且有内孔和突缘的锻件。为保证镦件充满型腔，并便于毛坯在终锻模膛中定位平稳，宜用成形镦粗。镦粗后的毛坯尺寸应满足

41、：，如图8-12所示。图8-12 轮毂高突缘大的锻件a）锻件b）毛坯二、长轴类锻件制坯工步的选择 1制坯工步的选择长轴类锻件有直长轴线、弯曲轴线、带枝芽的和叉形件等四种。长轴类锻件的模锻工序由拔长、滚挤、弯曲、卡压、成形等制坯工步和预锻及终锻工步所组成。 1)直长轴线锻件，一般采用拔长、滚挤、卡压、成形等制坯工步。制坯后得到的中间毛坯，其长度应与终锻模膛的长度相等，沿锻件轴线的每一横截面积等于相应处锻件截面积与飞边截面积之和。 2)弯曲轴线锻件 除采用上述制坯工步外，还需增加一道弯曲工步(图8-13)，使所得中间毛坯外形接近终锻(或预锻)模膛分模面上的形状。 3)带枝芽的长轴锻件 所需制坯工步

42、与前面的大致相同，但需增加一道成形工步(图8-14)或非对称滚挤工步，保证预锻时枝芽模膛得以充满。 4)叉形件 除采用直长轴线锻件的制坯工步外，一般还需预锻劈叉工步，来达到叉形部分的成形目的，如图8-15所示。 图8-13弯曲轴线锻件的制坯工步 图8-14带枝芽长轴锻件的制坯工步 图8-15 叉形件的制坯工步 2.计算毛坯 拔长、滚挤和卡压三种制坯工步通常用经验计算法即“计算毛坯”为依据来选择。 1)计算毛坯的依据和作法 假定长轴类锻件在模锻时为平面应变状态，因而计算毛坯的长度与锻件长度相等，而轴向各横截面积与锻件各相应处横截面积和飞边横截面积之和相等，即： 式中 飞边槽的横截面积(mm2)； 充满系数，形状简单的锻件取0.30.5，形状复杂的锻件取0.50.8。 一般根据冷锻件图作计算毛坯图，首先从锻件图上选取若干个具有代表性的截面，计算出，然后在座标纸上绘制计算毛坯截面图。其作法如下： 用缩尺比除，得到用直线段来表示截面积变化特征的图形，如图8-16所示。 式中 M缩尺比，通常取35(mm2mm)。 可以看出，计算毛坯截面图上每一处的高度代表计算毛坯的截面积，因而截面图曲线下的整个面积就是计算毛坯(锻件与飞边)的体积。 式中 计算毛坯截面图