哈工程材料成型课件--金属塑性加工工艺设计

1、制定工艺规程的目的： 组织生产过程 规定操作规范 控制和检查产品质量2.7 锻造工艺设计 自由锻工艺规程的内容：根据零件图绘制锻件图确定坯料的质量和尺寸确定锻造工序选择锻压设备确定锻造温度范围、加热冷却规范填写工艺卡片2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 1. 绘制锻件图-以零件图为基础2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 1. 绘制锻件图 1) 锻件敷料：是为了简化锻件形状，便于锻造而加上去的一部分附加金属。当零件上带有较小的凹槽、台阶、凸肩、法兰和孔时，皆需增加敷料。敷料2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 1. 绘制锻件图 1) 锻件敷料：是为了简化锻件形状

2、，便于锻造而加上去的一部分附加金属。当零件上带有较小的凹槽、台阶、凸肩、法兰和孔时，皆需增加敷料。2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 热处理夹头试样试样带热处理夹头和试样的轴类件 1. 绘制锻件图 2)机械加工余量：一般自由锻件的尺寸精度和表面质量都较差，达不到零件图的要求，在锻件的加工表面应增加供切削加工用的余量，称之为锻件机械加工余量，简称锻件余量。 材料，形状，材料，形状，尺寸，批量大小尺寸，批量大小锻件余量2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 1. 绘制锻件图余 量敷 料余量敷料热处理夹头试样试样(a) 带键槽轴类件 (b) 带孔小孔盘类件 (c) 带热处理夹头和

3、试样的轴类件 锻件各种敷料和加工余量锻件各种敷料和加工余量 2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 1. 绘制锻件图 3)锻件公差:在锻造过程中，由于各种因素的影响，如终锻温度的差异、锻压设备工具的精度和操作技术水平的差异等，使得锻件实际尺寸不可能达到公称尺寸，允许其有一定的误差，称为锻件公差。2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 典型锻件图（190）230 4（130）142 2（110）120 3（680）76012（310）35012（240）28022. 毛坯质量和尺寸的计算1）质量：加热方式加热方式烧损率烧损率（）（）首次首次以后各次以后各次室式烧炉室式烧炉2.54

4、1.52.0油炉油炉231.52.0煤气炉煤气炉1.52.51.52.0电阻炉电阻炉11.51.52.0接触感应电加热接触感应电加热0.51.52.0)()mmm(m1料头芯料锻件坯料2.7 锻造工艺设计 2.7.1 自由锻工艺设计2. 毛坯质量和尺寸的计算2）毛坯尺寸： 计算圆形截面毛坯直径（或方形截面边长）的公式：当头道工序为拔长时，坯料截面积的 大小应保证能够得到所要求的锻造比 ，通常原毛坯直径按下式计算： /坯坯mV5 . 225. 100DH30)0 . 18 . 0(坯VD 30)9 . 075. 0(坯Va )D/(VH20坯0420坯0a/VH2.7 锻造工艺设计 2.7.1

5、自由锻工艺设计坯A锻坯YAA锻YAD13. 103. 确定锻造工序 锻造工序的内容包括：变形工序的选择、决定工序顺序、设计工序尺寸等。 锻件所需变形工序及工序顺序应根据锻件形状、尺寸和技术要求，并考虑具体生产条件等而确定。 2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 3. 确定锻造工序1)1)盘类件盘类件: :镦粗、冲孔镦粗、冲孔2)2)轴类件轴类件: :拔长、切肩、锻台阶拔长、切肩、锻台阶3)3)筒类件筒类件: :镦粗、冲孔、心轴上拔长镦粗、冲孔、心轴上拔长4)4)环类件环类件: :镦粗、冲孔、心轴上扩孔镦粗、冲孔、心轴上扩孔6)6)弯曲类件弯曲类件: :拔长、弯曲拔长、弯曲5)5)曲轴

6、类件曲轴类件: :拔长、错移、锻台阶、扭转拔长、错移、锻台阶、扭转2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 3. 确定锻造工序 1)盘类件:镦粗（或拔长及镦粗）、冲孔2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 3. 确定锻造工序 1)盘类件:镦粗（或拔长及镦粗） 、冲孔下料 镦粗 镦挤台阶 冲孔 滚圆 平整齿轮坯的锻造过程2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 3. 确定锻造工序 1)盘类件:镦粗（或拔长及镦粗）、冲孔3. 确定锻造工序 2) 轴类件:拔长（或镦粗及拔长）、切肩、锻台阶2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 3. 确定锻造工序 2)轴类件:拔长（或镦粗

7、及拔长）、切肩、锻台阶下料 拔长 镦台阶 拔长传动轴的锻造过程2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 3. 确定锻造工序 2)轴类件:拔长、切肩、锻台阶3. 确定锻造工序 3)筒类件:镦粗、冲孔、芯轴上拔长2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 3.确定锻造工序 3)筒类件:镦粗、冲孔、芯轴上拔长 下料 镦粗 冲孔 心轴拔长 锻件 圆筒的锻造过程2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 3.确定锻造工序 4)环类件:镦粗、冲孔、芯轴上扩孔2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 3.确定锻造工序 4)环类件:镦粗、冲孔、芯轴上扩孔 下料 镦粗 冲孔 心轴扩孔 平整端

8、面圆环的锻造过程2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 3.确定锻造工序 5)曲轴类件:拔长、错移、锻台阶、扭转2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 3.确定锻造工序 6)弯曲类件:拔长、弯曲2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 4. 选择锻造设备 自由锻常用设备为锻锤和水压机两种。这些设备虽无过载损坏问题，但若设备吨位选得过小，则锻件内部锻不透，且生产率低，反之，若设备吨位选得过大，不仅浪费动力，还会因为设备工作速度低而影响生产效率和增加生产成本。 锻造设备的选择主要与变形面积、锻件材质和变形温度等因素有关。在自由锻中，变形面积由锻件大小和变形工序性质来确定。由于

9、镦粗时锻件与工具的接触面积相对于其它变形工序要大得多，而很多锻造过程又均与镦粗有关，因此常以镦粗力的大小来选择设备。 2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 5. 确定温度范围 锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的温度范围。金属在锻造前的加热是为了提高金属的塑性，降低变形抗力，减小锻造设备的吨位。 锻造温度范围应在保证不出现过热和过烧的前提下尽量提高始锻温度，使材料具有良好的塑性和较低的变形抗力，以减少锻造火次，提高生产效率。2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 齿轮零件自由锻工艺过程零件材料为45钢，生产数量为20件。 (a) 正面 (b) 背面 齿轮零件三维模型 2.

10、7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 182173160145182230268290+0.0-0.1202+0.00-0.058-3010184252511300.81.6其余0.4齿轮零件图齿轮零件自由锻工艺过程2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 齿轮零件自由锻工艺过程 1）设计、绘制锻件图 302 5（290）131 6（145） 214 5（202）284（18）624（52）齿轮锻件图齿轮坯锻件三维模型 2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 齿轮零件自由锻工艺过程 2）确定变形工序 垫环局部镦粗冲孔冲子扩孔2862130302214123456131下料；

11、2镦粗；3垫环局部镦粗；4冲孔；5冲子扩孔（三次）；6修整齿轮锻造工艺过程2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 齿轮零件自由锻工艺过程 3）计算原始坯料体积与尺寸 （1）原始坯料体积 （2）原坯料直径和高度)1 ()(0芯料锻件VVVmmVD1484 .1183239046)0 . 18 . 0()0 . 18 . 0(330坯mmD1300mmDVH244)1304/(3239046)4/(22000303239046mmV 2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 齿轮零件自由锻工艺过程4. 选择锻造设备 锻锤吨位可按下式进行近似计算， G=（0.0020.003）KS K

12、可由文献查得，为安全起见，取最大值13，镦粗后锻件的横截面积S最大不超过锻件的横截面积，可按锻件的最大横截面积计算，为716cm2。经计算，所需锻锤最大吨位为G=0.00313716=28kg，因此可选0.25以上吨自由锻锤。5. 确定锻造温度范围 45钢的始锻温度为1200，终锻温度为800。2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 齿轮零件自由锻工艺过程6.填写工艺卡片 3 0 2 5（2 9 0 ）1 3 1 6（1 4 5 ） 2 1 4 5（2 0 2 ）284（18）624（52）锻件名称齿轮坯工艺类别自由锻材料45设备0.5t空气锤加热火次1锻造温度范围1200800锻件图

13、坯料图2.7.1 自由锻工艺设计2.7 锻造工艺设计 齿轮零件自由锻工艺过程序号工序名称工序简图使用工具操作要点1自由镦粗火钳镦粗后的高度为90mm 2局部镦粗火钳和镦粗漏盘控制镦粗后的高度为62mm 3冲孔火钳、镦粗漏盘、冲子和冲孔漏盘1注意冲子对中；2采用双面冲孔，左图为工件翻转后将孔冲透的情况 4一次扩孔火钳、镦粗漏盘、冲子和扩孔漏盘注意冲子对中齿轮零件自由锻工艺过程5二次扩孔火钳、镦粗漏盘、冲子和扩孔漏盘注意冲子对中6三次扩孔火钳、镦粗漏盘、冲子和扩孔漏盘注意冲子对中7修整外圆火钳和冲子边轻打边旋转锻件，使外圆消除弧形并达到直径为3025mm8修整平面火钳和镦粗漏盘轻打（如砧面不平还要

14、打边转动锻件），使锻件厚度达到624mm 模锻工艺规程的内容：n根据产品零件的形状、尺寸、技术要求和生产批量，结合具体生产条件合理地选择模锻工艺方案 n设计锻件图n计算坯料的质量和尺寸n确定模锻变形工序 n选择锻造设备 n确定锻造温度范围、加热和冷却规范n确定锻后热处理规范 n填写工艺卡片2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 1.模锻工艺方案的选择1）模锻工艺方案的选择n同一锻件可以在不同设备上采用不同的工艺方案制造。不同的工艺方案所用的工艺装备（设备和模具等）不同，其经济效果也不同。n当生产批量较大时，可采用模锻锤或热模锻压力机；若批量不太大时，可采用螺旋压力机或在自由锻锤上用简易

15、模进行模锻成形。n无论采用哪种工艺方案必须保证锻件的质量要求，工艺方案的选择还必须考虑工厂的具体条件，尽量根据工厂目前的设备状况选择合理的工艺方案。 2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 1.模锻工艺方案的选择2）模锻方法的选择n单件模锻：单件模锻：多数锻件是单个模锻，即一个坯料只锻一个锻件。 n调头模锻：调头模锻：指用可供两个锻件用的坯料，整个加热，锻成第一个锻件之后，180调头，用钳子夹住第一个锻件再锻另一个锻件的方法。 n一火多件：一火多件：一火多件是用一根加热好的棒料连续锻几个锻件。每锻完一个锻件，用切刀将锻件从棒上分离下来，再锻另一个锻件。n合锻：合锻：是将两个不同的锻件组

16、合在一起同时锻出，然后再分开的锻造方法。n一模多件一模多件：是在同一模块上一次模锻两个或多个锻件。2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 2.设计锻件图-以零件图为基础 分为冷锻件图和热锻件图两种。冷锻件图用于最终锻件的检验，热锻件图用于锻模的设计和加工制造。 1）确定分模面：组成模具型腔的各模块的分合面称为“分模面”。选择分模面的最基本原则：选择分模面的最基本原则： 保证锻件形状尽可能与零件形状相同，锻件容易从锻模模膛中取出，为此，锻件的分模面应选在具有最大水平投影尺寸的截面上。2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 选择分模面的最基本原则：选择分模面的最基本原则：为防止上、

17、下模产生错移现象，分模面的位置应保证其上、下模膛的轮廓相同。2.7.2 模锻工艺设计 2. 设计锻件图1）确定分模面为便于模具制造，分模面应尽可能采用直线分模。2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 2. 设计锻件图1）确定分模面头部尺寸较大的长轴类锻件，为了保证整个锻件全部充满成形，应以折线式分模，从而使上、下模膛深度大致相等。2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 1.设计锻件图1）确定分模面对于有金属流线方向要求的锻件，应考虑到锻件在工作中的承力情况。 2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 2. 设计锻件图2) 确定加工余量和锻造公差 普通模锻由于欠压、锻模磨损

18、、上下模错移、毛坯体积和终锻温度的波动，再加上为便于出模，模膛壁带有斜度，使得锻件与零件有较大的差别。另外，由于高温条件下锻件表面产生氧化与脱碳，合金元素的蒸发与污染等，使得锻件的表面质量远远低于机械加工零件的表面质量。因此，锻件上凡是需要机械加工的表面，都应给予加工余量。加工余量的大小与零件的形状复杂程度、尺寸精度、表面粗糙度、锻件材质和模锻设备等因素有关.模锻件需要留有的加工余量和公差可查阅相关手册和标准。 2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 模锻斜率和圆角半径 2. 设计锻件图3) 确定模锻斜度和圆角半径 为了使锻件易于从模膛中取出，锻件与模膛侧壁接触部分需带一定斜度，称为模

19、锻斜度模锻斜度应取3，5，7，10，12等标准度数。内壁斜度应比相应的外壁斜度大一级。 为了使金属在模膛内易于流动，防止应力集中，模锻件上的转角处都应有适当的圆角过渡。凸圆角半径r为单面加工余量+成品零件的圆角半径（或倒角值），凹圆角半径为R（23）r。圆角半径一般按下列数值选取：1mm，1.5mm，2mm，2.5mm，3mm，4mm，5mm，6mm，8mm，10mm，12mm，15mm。圆角半径大于15mm时，逢5递增。 2.7.2 模锻工艺设计 冲孔连皮(a)平底连皮；(b)斜底连皮2. 设计锻件图4) 确定冲孔连皮 模锻无法锻出通孔，孔内需留有一层称为“连皮”的金属层，被称之为冲孔连皮。

20、孔径d25mm、且深度h2d，此孔应锻出，冲孔连皮的厚度与孔径d有关，当孔径为3080 mm时，其厚度为48 mm。2.7.2 模锻工艺设计 锻模结构分析2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 2. 设计锻件图2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 齿轮的零件图和锻件图(示意图)3080801601902228538R10机械加工的粗基准面9.7582.5R 10801601941.926128.7557(a)零件图(b)锻件图4.确定模锻工序 模锻件的成形一般包括三种类型的工步：（1）制坯工步：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

21、属能较好地充满模锻模膛。包括镦粗、拔长、滚挤、卡压、成形、弯曲等制坯工步；（2）模锻工步：包括预锻和终锻；（3）切断修整工步：包括切断、切边、冲孔、校正、精压等。2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 4.确定模锻工序制坯工步：1) 圆饼类(盘类）模锻件: 分模面的投影为圆形或长度接近宽度的锻件，如齿轮、法兰盘等。 圆饼类锻件的制坯:镦粗，成形镦粗（形状复杂）2) 长轴类模锻件： 分模面的投影与宽度相差比较大，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等。长轴类锻件的制坯:拔长、滚挤、卡压、成形制坯.2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 （1）制坯工步：使毛坯形状基本符合锻件形状，以便使

22、金属能合理分布和很好地充满模膛。拔长模膛（a）开式 （b）闭式2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 滚压模膛（a）开式 （b）闭式（1）制坯工步：使毛坯形状基本符合锻件形状，以便使金属能合理分布和很好地充满模膛。2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 弯曲模膛（1）制坯工步：使毛坯形状基本符合锻件形状，以便使金属能合理分布和很好地充满模膛。2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 切断模膛（1）制坯工步：使毛坯形状基本符合锻件形状，以便使金属能合理分布和很好地充满模膛。2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 4. 确定模锻工序弯曲连杆的模锻过程 2.7.2 模锻

23、工艺设计 2.7 锻造工艺设计 4. 确定模锻工序2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 5. 选择锻压设备 选用适当的模锻设备是获得优质锻件、节省能量和保证正常生产的重要条件。常用的模锻设备有：模锻锤、热模锻压力机、摩擦螺旋压力机和平锻机等。具体选用何种设备，要根据锻件的尺寸大小、结构形状、精度要求、生产批量及现有条件等综合考虑。无论选用何种设备，都要根据模锻变形力来确定设备的吨位，如果设备吨位达不到变形要求，生产将无法进行。2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 6. 确定锻造温度范围和加热冷却规范-冷却规范根据对冷却速度快慢的要求不同可分为三种方法：n小中型碳钢和低合金钢锻件，锻后置于车间地面冷却；n成分复杂的合金钢，锻后在地坑中冷却；n对于高合金钢锻件，则必须按其冷却规范装炉缓慢冷却。2.7.2 模锻工艺设计 2.7 锻造工艺设计 1. 自由锻件结构工艺性 尽量避免锥体或斜面结构 不合理不合理合理合理不合理不合理合理合理2.9 锻件及冲压件结构工艺性分析 2.9.1 锻件结构工艺性分析 1. 自由锻件结构工艺性自由锻件结构工艺性 避免圆柱面与圆柱面相交不合理不合理合理合理2.9 锻件及冲压件结构工艺性