吉林大学锻模课件

1、锻模现代设计吉林大学材料科学与工程学院徐虹2010年11月复习和小节复习和小节5 5.6.6终锻型槽终锻型槽(finisher ;finishing impression )(finisher ;finishing impression )设计设计5 5.7 .7 预锻型槽预锻型槽(rougher; blocking impression(rougher; blocking impression ) )设计设计本节内容本节内容5 5.2 .2 开式模锻和闭式模锻开式模锻和闭式模锻5 5.3 .3 模锻件分类模锻件分类5 5.4 .4 模锻件图设计模锻件图设计5 5.6 .6 终锻型槽设计终锻型

2、槽设计5 5.7 .7 预锻型槽设计预锻型槽设计5 5.5.5模锻变形工步的确定模锻变形工步的确定5 5. . 制坯型槽设计制坯型槽设计5 5.9 .9 制坯工步选择制坯工步选择5 5.10 .10 坯料尺寸的确定坯料尺寸的确定5 5.11 .11 模锻锤吨位计算模锻锤吨位计算5 5.12 .12 锤锻模结构设计锤锻模结构设计1.零件的公称尺寸零件的公称尺寸 ：直径：直径D=80mm， H=50mm,已知已知查盘柱类自由锻件查盘柱类自由锻件机械加工余量与公差机械加工余量与公差(GB/T15826.2-1995)a=6 a=6 2 2，b=6 b=6 2,2,求锻件的公称尺求锻件的公称尺寸，锻件

3、最大尺寸和最小尺寸。寸，锻件最大尺寸和最小尺寸。2.零件的公称尺寸零件的公称尺寸 ：直径：直径=280mm， 内径内径d=210mm，H=45mm，查查锤上钢锤上钢质质自由锻件机械加工余量与公差自由锻件机械加工余量与公差圆环圆环类类(GB/T15826.4-1995)，查得外径，查得外径D双双边余量边余量a=a=1212 5 5，高度高度H H双边余量双边余量b=b=7 72,2, 内径内径d d双边双边余量余量c=16c=167,7,要求画要求画出锻件图。出锻件图。 作作 业业3.3.右图（右图（5 5）中圆）中圆环外径环外径D D2 2，内径，内径d d, ,高度高度H,H,经（经（4 4

4、）芯轴扩孔芯轴扩孔得到，（得到，（3)3)中实心中实心冲子冲孔直径冲子冲孔直径d,d,高度高度H H0 0, ,已知材料密度为已知材料密度为 ，钢料加热烧损率，钢料加热烧损率 ，求，求（1 1）中中坯料质量坯料质量和坯料直径和坯料直径。6.6.在水压机上镦粗圆形截面坯料，锻件的高度在水压机上镦粗圆形截面坯料，锻件的高度H=25mmH=25mm，直径，直径D=30mmD=30mm，该，该坯料材料在相应温度和速度下的真实流动应力为坯料材料在相应温度和速度下的真实流动应力为400MPa400MPa，摩擦因数为，摩擦因数为0.40.4，用理论计算法求锻件成形所需最大变形力是多少？若锻件的高度，用理论计

5、算法求锻件成形所需最大变形力是多少？若锻件的高度H=25mmH=25mm，直径，直径D=60mmD=60mm，用理论计算法求锻件成形所需最大变形力是多少？，用理论计算法求锻件成形所需最大变形力是多少？用经验类比法求锻锤吨位？用经验类比法求锻锤吨位？5.5.在马架上对环形坯料进行扩孔，坯料外径为在马架上对环形坯料进行扩孔，坯料外径为600mm,600mm,内径为内径为200mm,200mm,扩孔后外径变为扩孔后外径变为800mm,800mm,内径内径变为变为600mm600mm，求该锻件的锻造比。，求该锻件的锻造比。4.4.传动轴锻件头道工步（传动轴锻件头道工步（2 2）为拔长，锻件质量）为拔长

6、，锻件质量G G锻锻、密度、密度、锻件最大截面积、锻件最大截面积F F锻锻、烧损率、烧损率和锻和锻比比K KL L已知，求（已知，求（1 1）坯料直径和下料高度。）坯料直径和下料高度。7.7.在锻锤自由镦粗圆柱体坯料，镦前直径在锻锤自由镦粗圆柱体坯料，镦前直径30mm30mm，高度，高度40mm40mm，镦后直径，镦后直径60mm60mm，高度高度10mm10mm，已知相应的材料流动应力为，已知相应的材料流动应力为400MPa400MPa，两种方法计算锻锤吨位。，两种方法计算锻锤吨位。5 5.6.6终锻型槽终锻型槽(finisher ;finishing impression )(finish

7、er ;finishing impression )设计设计终锻型槽：最重要的型槽，用来完成锻件最终成形。终锻型槽：最重要的型槽，用来完成锻件最终成形。1.1.热锻件图设计热锻件图设计/2./2.飞边槽飞边槽/3./3.钳口钳口 以冷锻件图为依据，有两点区别：以冷锻件图为依据，有两点区别：（1 1十十) )1.1.热锻件图的尺寸标注，高度方向尺寸以分模面为热锻件图的尺寸标注，高度方向尺寸以分模面为基准，以便于锻模机械加工和准备检验样板。基准，以便于锻模机械加工和准备检验样板。2.2.考虑到金属冷缩现象，热锻件图上的所有尺寸应考虑到金属冷缩现象，热锻件图上的所有尺寸应计入收缩率计入收缩率, ,按

8、下式计算热锻件图尺寸。按下式计算热锻件图尺寸。 热锻件图热锻件图 终锻型槽终锻型槽加工加工、制造制造、检验检验L-L-热锻件尺寸；热锻件尺寸；l-l-冷锻件尺寸；冷锻件尺寸； - -终锻温度下金属的收缩率终锻温度下金属的收缩率; ;表表4-13按锻件厚度确定收缩率按锻件厚度确定收缩率界面厚度界面厚度mm一般钢一般钢奥氏体钢奥氏体钢1Cr18NiTiGH4036 GH4132铜合金铜合金铝合金铝合金镁合金镁合金钛合金钛合金50.80.91.21.40.60.70.40.55100.91.01.41.60.70.80.50.610151.01.11.61.70.80.90.60.7151.21.5

9、1.81.00.8钢为钢为0.8%1.5%,0.8%1.5%,不锈钢为不锈钢为1.0%1.8%1.0%1.8%，钛合金为，钛合金为0.5%0.9%0.5%0.9%，铝合，铝合金金0.6%1.0%0.6%1.0%，铜合金，铜合金0.6%1.3%0.6%1.3%，镁合金，镁合金0.7%0.8%0.7%0.8%，镍基高温合，镍基高温合金为金为1.3%1.8%1.3%1.8%。%100)tt(2211当需要计入模具收缩率时，可按下式计算锻件的收缩率当需要计入模具收缩率时，可按下式计算锻件的收缩率(1)(1)终锻型槽易磨损处，可在锻件负公差范围内增终锻型槽易磨损处，可在锻件负公差范围内增加一层磨损量，以

10、提高锻模寿命。加一层磨损量，以提高锻模寿命。 齿轮锻件，其型槽在轮辐处易受齿轮锻件，其型槽在轮辐处易受磨损，使锻件轮辐厚度增加，因此热锻磨损，使锻件轮辐厚度增加，因此热锻件图尺寸件图尺寸A A比冷锻件图上的相应尺寸减比冷锻件图上的相应尺寸减小小0 05 50 08mm8mm。允许热锻件图上个别部位与冷锻件图有差异：允许热锻件图上个别部位与冷锻件图有差异：(2)(2)下模型槽底部易积聚氧下模型槽底部易积聚氧化皮，致使锻件表面压坑化皮，致使锻件表面压坑或缺肉。或缺肉。为避免局部缺为避免局部缺肉，在热锻件肉，在热锻件图上曲柄端头图上曲柄端头加厚加厚2mm2mm (3)(3)形状特别而又不对称的锻件，

11、上半部分复杂，形状特别而又不对称的锻件，上半部分复杂，下半部分简单。在锤击过程中，可能因转动而导下半部分简单。在锤击过程中，可能因转动而导致锻件报废，应考虑在致锻件报废，应考虑在热锻件图上增设方形定位热锻件图上增设方形定位余块余块。 (4)(4)当锻锤吨位不足，发当锻锤吨位不足，发生锻不足或欠压现象时，生锻不足或欠压现象时，应将锻件高度尺寸适当减应将锻件高度尺寸适当减小，以抵消欠压的影响。小，以抵消欠压的影响。锻锤吨位偏大，上下模承锻锤吨位偏大，上下模承击面可能压塌，应将热锻击面可能压塌，应将热锻件图上高度尺寸适当加大。件图上高度尺寸适当加大。(5)(5)分模面两侧形状不对称的锻件，考虑到金属

12、流分模面两侧形状不对称的锻件，考虑到金属流动特点，将动特点，将难以充填的复杂形状一侧放在上模难以充填的复杂形状一侧放在上模。上。上模金属仍存在向上运动的惯性。模金属仍存在向上运动的惯性。锤上模锻，金属充填上模效果好于下模。锤上模锻，金属充填上模效果好于下模。 (6)(6)热锻件图不标注公差热锻件图不标注公差和技术条件，也不绘制零和技术条件，也不绘制零件轮廓线；有内孔，必须件轮廓线；有内孔，必须绘出连孔形式。绘出连孔形式。2.2.毛边槽（毛边槽（flashflash）设计）设计 开式模锻的终锻型槽周边必须设计毛边槽，其开式模锻的终锻型槽周边必须设计毛边槽，其形式和尺寸对锻件质量影响很大。毛边槽有

13、如下几形式和尺寸对锻件质量影响很大。毛边槽有如下几种形式：种形式：形式形式I I使用最广泛，其优点是桥部设在上模块，使用最广泛，其优点是桥部设在上模块，与坯料接触时间短，吸收热量少，温升少，能减轻与坯料接触时间短，吸收热量少，温升少，能减轻桥部磨损或避免压塌。桥部磨损或避免压塌。 形式形式适用于高度方向形状不对称锻件。其复适用于高度方向形状不对称锻件。其复杂部分设在上模，为简化切边冲头形状，通常将锻杂部分设在上模，为简化切边冲头形状，通常将锻件翻转件翻转180180，桥部设在下模，切边时锻件也易放，桥部设在下模，切边时锻件也易放平稳。平稳。 形式形式使用对象同形式使用对象同形式 ，加宽下模毛边

14、槽桥，加宽下模毛边槽桥部，提高了桥部强度，以避免过快地磨损和过早地部，提高了桥部强度，以避免过快地磨损和过早地压塌。压塌。形式形式适用于形状复杂，坯料体积不易计算准确适用于形状复杂，坯料体积不易计算准确而往往偏多的锻件，由于增大仓部容积不致于发生而往往偏多的锻件，由于增大仓部容积不致于发生上下模压不靠。上下模压不靠。 形式形式只用于锻模局部，桥部增设阻尼沟，增只用于锻模局部，桥部增设阻尼沟，增加金属向仓部流动的阻力，迫使金属流向型槽深处加金属向仓部流动的阻力，迫使金属流向型槽深处或枝芽处。或枝芽处。形式形式楔形毛边槽，其特点是终锻时水平方向金楔形毛边槽，其特点是终锻时水平方向金属流动愈来愈因难

15、，适用形状更复杂的锻件，缺点属流动愈来愈因难，适用形状更复杂的锻件，缺点是切除毛边困难。是切除毛边困难。毛边槽的主要尺寸是桥部高度毛边槽的主要尺寸是桥部高度h h和宽度和宽度b b及入口圆角半及入口圆角半径径R1R1毛边桥部高度毛边桥部高度h h和宽度和宽度b b对阻力和流动的影响：对阻力和流动的影响：桥口高度h飞增大，阻力减小；桥口宽度b增加，阻力增加。在成形过程中如阻力过大，导致锻不足，锻模过早磨损或压坍；如阻力太小，产生大的飞边，模膛不易充满。 毛边槽尺寸确定方法：毛边槽尺寸确定方法：(1)(1)吨位法毛边槽具体尺寸根据锻锤吨位大小来吨位法毛边槽具体尺寸根据锻锤吨位大小来 选定选定 来自

16、实践来自实践 查表简单查表简单 准确性差准确性差表表4-14按锻锤吨位确定的毛边槽尺寸按锻锤吨位确定的毛边槽尺寸锻锤类别及吨位锻锤类别及吨位h/mmh1/mmb/mmb1/mmR1/mm毛边槽截面积毛边槽截面积/mm21t夹板锤夹板锤0.638201t模锻锤模锻锤1.01.648222511001262t模锻锤模锻锤1.82.241025301.51341683t模锻锤模锻锤2.53.051230401.52072855t模锻锤模锻锤3.04.0612144050232044010t模锻锤模锻锤4.06.08141650602.552872816模锻锤模锻锤6.09.0101618608038

17、831279(2)(2)计算法计算法 采用经验公式计算毛边槽桥部高度采用经验公式计算毛边槽桥部高度 （a) a) mm)015. 0（件Fh )(01. 0209. 03mmQQhF F件件一锻件在分模面上的投影面积一锻件在分模面上的投影面积(mm(mm2 2) )。(b)(b)QQ锻件质量（锻件质量（kg)kg)然后根据计算得到的然后根据计算得到的h h值查表值查表415415确定毛边槽其它尺寸。确定毛边槽其它尺寸。高度尺寸高度尺寸/mm圆角圆角R1/mm宽度尺寸宽度尺寸/mm入口处型槽深入口处型槽深一、镦粗成形一、镦粗成形二、压入成形二、压入成形三、形状复杂件三、形状复杂件hh120204

18、040bb1Fmz/mm2bb1Fmz/mm2bb1Fmz/mm20.63111.56185262061822740.8311.51.56206972277925881.0311.52.0722808259110281041.63.511.52.082210292511311301552.041.52.02.5925136102815312321773.051.52.02.51028201123223314382784.0622.53.01130268143834416423855.0722.53.01232343154043418465066.082.53.03.51335435164253

19、02050642表表4-15桥部高度桥部高度h确定的毛边槽尺寸确定的毛边槽尺寸3.3.钳口钳口(gate(gate ) ) 钳口钳口: :终锻型槽和预锻型终锻型槽和预锻型 槽前端留下的凹腔槽前端留下的凹腔作用：容纳夹持坯料的夹钳作用：容纳夹持坯料的夹钳(tongs )(tongs )和便于从和便于从 型槽中取出锻件。型槽中取出锻件。作为浇注检验用的铅或金属盐样件的浇口。作为浇注检验用的铅或金属盐样件的浇口。钳口颈钳口颈: : 钳口与型槽间的沟槽钳口与型槽间的沟槽2.2.也是浇铅水或金属盐也是浇铅水或金属盐溶液的浇道。溶液的浇道。作用作用: 1.: 1.增加锻件与钳夹头增加锻件与钳夹头 连接的刚

20、度，便于锻连接的刚度，便于锻 件出模件出模; ;钳口尺寸根据钳夹头直径选定钳口尺寸根据钳夹头直径选定钳口颈尺寸按钳口颈尺寸按锻件质量选择锻件质量选择表表4-16 钳口尺寸钳口尺寸夹钳头直径夹钳头直径d/mmB/mmh/mmR0/mm185020101828602510283570301035408035154050904015505510045155560110501560651205515表表4-17 钳口颈尺寸钳口颈尺寸锻件质量锻件质量d/kgb/mma/mml/mm0.251l0.5s0S0锻锻模外壁模外壁最小厚最小厚度度0.61.57282.5103123.5144表表4-18 钳口宽

21、度钳口宽度锻锤吨位锻锤吨位/kN203050100160B/mm506580100120 如果锻件质量大于如果锻件质量大于g g，钳口应设计成，钳口应设计成圆形。钳口颈直径圆形。钳口颈直径(mm)(mm)，但不大于但不大于0mm0mm。当预锻型槽也开当预锻型槽也开有钳口，且与终锻型有钳口，且与终锻型槽钳口间壁厚小于槽钳口间壁厚小于15mm15mm时，可将两钳口时，可将两钳口开通，便于机械加工。开通，便于机械加工。预锻的主要目的：在终锻前进一步分配金属预锻的主要目的：在终锻前进一步分配金属分配金属的意义：分配金属的意义：(1)(1)确保金属无缺陷流动，易于充填型槽；确保金属无缺陷流动，易于充填型

22、槽；(2)(2)减少材料流向毛边的损失；减少材料流向毛边的损失；(3)(3)减小终锻型槽磨损减小终锻型槽磨损( (由于减少金属流动量由于减少金属流动量) )；(4)(4)取得所希望的流线和便于控制锻件的力学性能。取得所希望的流线和便于控制锻件的力学性能。 预锻型槽预锻型槽以终锻型以终锻型槽或热锻件图为基础进行槽或热锻件图为基础进行设计。设计。5 5.7 .7 预锻型槽预锻型槽(rougher; blocking impression(rougher; blocking impression ) )设计设计预锻的不利影响预锻的不利影响: 易偏心打击，影响锤杆寿命易偏心打击，影响锤杆寿命 易上下模

23、错移易上下模错移 增大模块尺寸增大模块尺寸 降低生产率降低生产率须具体考虑如下问题：须具体考虑如下问题：设计的原则：经预锻型槽成形的坯料，在终锻型设计的原则：经预锻型槽成形的坯料，在终锻型槽中最终成形时，金属变形均匀，充填性好，产槽中最终成形时，金属变形均匀，充填性好，产生的毛边最小。生的毛边最小。1. 1. 预锻型槽的宽与高预锻型槽的宽与高2模锻斜度模锻斜度3圆角半径圆角半径1.1.预锻型槽的宽与高：与预锻型槽的宽与高：与预锻后的坯料在终锻型槽预锻后的坯料在终锻型槽 中的成形方式有关。中的成形方式有关。在终槽在终槽 中的成中的成形方式形方式预锻型槽的尺寸预锻型槽的尺寸镦粗方镦粗方式成形式成形

24、高度高度尺寸应比终锻型槽大尺寸应比终锻型槽大25mm；宽度宽度则比终锻型槽小则比终锻型槽小12mm；横截面面积应比终锻型槽相应横截面面积应比终锻型槽相应处截面积大处截面积大1%3%，或按下，或按下式计算：式计算：F锻锻=F终终+（0.21）F毛毛式中式中F毛毛毛边槽横截面积毛边槽横截面积压入方压入方式成形式成形高度尺寸应略小于终锻型槽高高度尺寸应略小于终锻型槽高度尺寸。度尺寸。h=（0.80.9)h 与与 h/a有关有关, 顶部宽度相等顶部宽度相等a=a2 2模锻斜度模锻斜度 3 3圆角半径圆角半径 一般与终锻模具型槽相同。一般与终锻模具型槽相同。 1) 1) 预锻型槽周边不设毛边槽，而是在型

25、槽分模面预锻型槽周边不设毛边槽，而是在型槽分模面 转角处用较大的圆弧；转角处用较大的圆弧； 2) 2) 型槽内的圆角半径比终锻型槽对应处稍大。型槽内的圆角半径比终锻型槽对应处稍大。 横截面积发生突然变化的横截面积发生突然变化的锻件锻件, ,预锻型槽在水平面上拐角预锻型槽在水平面上拐角处的圆角半径应适当加大，使处的圆角半径应适当加大，使坯料变形逐渐过渡，以避免预坯料变形逐渐过渡，以避免预锻和终锻时产生折叠，如右图。锻和终锻时产生折叠，如右图。4 4带枝芽的锻件带枝芽的锻件 为便于金属流入枝芽处，预锻型槽的枝芽形状为便于金属流入枝芽处，预锻型槽的枝芽形状可简化。与枝芽连接处的圆角半径适当增大，必要可简化。与枝芽连接处的圆角半径适当增大，必要时在分模面上增设阻尼沟，以增大金属流向毛边的时在分模面上增设阻尼沟，以增大金属流向毛边的阻力。阻力。5.5.叉形锻件叉形锻件 锻件叉间距离不大时，必须在预锻型槽中使用锻件叉间距离不大时，必须在预锻型槽中使用劈料台。劈料台。预锻时依靠劈料台把金属挤向两侧，流入预锻时依靠劈料台把金属挤向两侧，流入叉部型槽内。叉部型槽内。有关尺寸如下：有关尺寸如下： A=0.25B 8A=0.25B 8A A303