____金属工艺学第十一章模锻.ppt

1、三 模锻,一、模锻特点 模锻：利用模具使毛坯变形获得锻件的方法。常用的模锻设备有蒸汽-空气模锻锤、压力机等。,2,锤锻模具由带有燕尾的上模、下模组成。下模固定在模座上，上模固定在锤头上，并随锤头作上下往复锤击运动使锻坯在模膛中成形。,模膛 种类,制坯模膛（体积分配）,模锻模膛（锻件成形）,切断模膛（锻件与坯料切离）,预锻初步成形,终锻最终成形,设飞边槽 放收缩率,镦粗 拔长 滚挤 弯曲,3,1、模锻特点,1）坯料整体塑性变形，三向受压； 2）锻件尺寸精确，加工余量小； 3）锻件形状可较复杂； 4）生产率较高； 5）锻模造价高，制造周期长； 适于小型锻件的成批大量生产。 如飞机、机车、军工、轴承

2、等制造业中的齿轮、轴、连杆等零件。,4,2、模锻分类,按设备类型模锻可分为 1）锤上模锻：在锻锤上进行； 2）胎模锻：在自由锻设备上使用可移动模具； 3）压力机上模锻：在压力机上对热态金属进行模锻，如热模锻压力机上模锻、平锻机上模锻、摩擦压力机上模锻 .,按模具类型模锻可分为开式模锻（有飞边模锻）、闭式模锻（无飞边模锻）和多向模锻等。,锤上模锻：在自由锻和胎模锻基础上发展起来的，我国目前应用最多 。所使用的设备有蒸汽空气模锻锤、无砧座锤、高速锤等,二、模锻锤上模锻（锤上模锻）,6,1锻模结构,由带有燕尾的上模和下模两部分组成。下模用紧固楔铁固定在模垫上，上模靠楔铁紧固在锤头上，随头一起作上下往

3、复运动。上下模腔构成模膛，上下模之间接触面为分模面，还有飞边槽。,7,2、模锻模膛分类,模膛根据其功用不同分为模锻模膛和制坯模膛两大类。 制坯模膛：用以初步改变毛坯形状、合理分配金属，以适应锻件横截面积和形状的要求，使金属能更好地充满模锻模膛的工序称为制坯工序。 对于形状复杂的锻件，先将原始坯料在制坯模膛内初步锻近似于锻件的形状，然后再放到模锻模膛内锻造。制坯模膛的种类、特点及应用见表2.11。 根据制坯工步不同,制坯模膛分为拔长、滚挤、弯曲、镦粗、压扁等模膛。,8,9,10,11,12,模锻模膛按工序行后分为预锻模膛和终锻模膛两种。,预锻模膛 其作用是使坯料变形到接近锻件的形状和尺寸，以保证

4、终锻时坯料容易充满模膛而成形，并可减少终锻模膛磨损，提高使用寿命。 终锻模膛:模锻时最后成形用的模膛，和热锻件图上相应部分的形状、尺寸一致。模膛周围设飞边槽，通孔锻件需留冲孔连皮。其作用是使坯料达到锻件的形状和尺寸要求。模膛形状与锻件形状相同，但尺寸需按锻件放大一个收缩量(钢件收缩量取1.5)。模膛周围设有飞边槽，进入飞边槽的金属先冷却，可阻碍模膛内金属外流，促使金属充满模膛，同时还可容纳多余金属。,13,根据锻件复杂程度，锻模又分为单膛锻模和多膛锻模两种。,单膛锻模是在一副锻模上只有终锻模膛；多膛模膛则有两个以上模膛(图2.17)。为操作方便，制坯模膛常分布在终锻膛的两侧。 终锻模膛位于锻模

5、中心，这是因为这里的变形力最大。产生最小变形的模膛位于锻模边缘处，以减少作用在模锻设备上的偏心载荷。,14,弯曲连杆锻造过程,15,实际锻造时应根据锻件的复杂程度相应选用单模膛锻模或多模膛锻模。 一般形状简单的锻件采用仅有终锻模膛的单模膛锻模，而形状复杂的锻件（如截面不均匀、轴线弯曲、不对称等）则需采用具有制坯、预锻、终锻等多个模膛的锻模逐步成形。,16,3.模锻工艺设计,主要内容：6项 绘制模锻件图； 计算坯料的重量和尺寸； 确定模锻工步； 选择锻压设备； 设计锻模模膛； 确定锻造温度范围、加热和冷却规范。,17,（1）绘制模锻件图 模锻件图零件图+分模面+加工余量+模锻斜度 +冲孔连皮+余

6、块+圆角+公差 1）确定分模面 分模面：分模面即上、下模或凸、凹模的分界面。分模面可以是平面，也可以是曲面。 选择原则： A. 应选在锻件最大截面处，以利锻件脱模; B. 尽量选用平面，以简化模具结构、方便制造; C. 应选在上、下模膛轮廓相同的位置上，以便于及时发现错模； D. 选在模膛深度最浅且上、下模深度基本一致的位置，以便于金属充满模膛。 E. 应使锻件余块最小 。,18,例,19,齿轮锻件图,20,余块（为简化形状而增加的料块）:窄槽、齿形、小 孔（孔径小于25mm）、深孔（深度大于3倍直径）、 横向孔以及其它妨碍出模的凹部均不锻出。,冲孔连皮（为避免上、下冲头对撞损坏模具而在模锻

7、通孔时留下的金属层）: 连皮厚度一般为48 mm， 锻后再由冲孔切边模切除。,加工余量和公差：只在锻后需机加工之处添加。,模锻斜度:锻件上与分模面相垂直的表面上增加的斜度。内斜度大于外斜度在一级.,外壁斜度5或7， 内壁斜度7或10,2）加工余量、公差、余块和冲孔连皮,21,圆角半径:锻件上两个面的相交处均应以圆角过渡，其作用是减少坯料流入模槽的摩擦阻力，使坯料易于充满模膛，避免锻件被撕裂或纤维组织被拉断，减少模槽凹角处的应力集中，提高模具使用寿命等。,内圆角r =1 4mm，外圆角R =(3 4)r,22,3）模锻斜度 为便于锻件从模膛中取出，垂直于分模面的表面必须有斜度，称为模锻斜度。模锻

8、斜度不包括在加工余量之内，一般应取5、7、10、12等标准值。模膛深度与相应宽度的比值(hb)增大时，模锻斜度取较大值。因冷却引起收缩，锻件的内壁斜度1、2应比相应的外壁斜度1、2大一级。 4）圆角半径 锻件上两个面的相交处均应以圆角过渡，其作用是减少坯料流入模槽的摩擦阻力，使坯料易于充满模膛，避免镀件被撕裂或纤维组织被拉断，减少模槽凹角处的应力集中，提高模具使用寿命等。圆角半径大小取决于模膛深度。外圆角半径一般取16mm，内圆角半径只是外圆半径3-4倍。 5）冲孔连皮 对于有通孔的锻件，不能用上下模的突起部分把冲孔处的金属全部挤掉，终锻后在锻件孔内总留有一层连皮，称为冲孔连皮。冲孔连皮厚度适

9、当。,23,模锻工步主要根据模锻件形状和尺寸来确定。模锻件按形状分为以下两类： 长轴类锻件(图2.21a) 模锻件的长度与宽度(或直径)之比较大，锻造时锤击方向垂直于锻件轴线。终锻时金属沿高度与宽度方向流动，长度方向流动不显著。 长轴类锻件常选用拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工步。 短轴类锻件(图2.21b) 模锻件在分模面上的投影为圆形或长度与宽度相近。锻造时锤击方向与坯料轴线相同。终锻时金属沿高度（轴向）、宽度及长度方向均产生流动。 常选用镦粗、终锻等工步。形状复杂有深孔或高筋的锻件则要采用镦粗、预锻和终锻等工步。形状简单的锻件也可直接终锻成形。,（2）确定模锻工步,24,25,26,27

10、,28,（3）计算坯料尺寸,根据锻件质量和加热、锻造过程中的损耗计算。其步骤与自由锻件相似。 短轴类锻件坯料体积按下式计算: V0=(V锻+V连+V飞)(1+K1) V连冲孔连皮的体积. K1烧损系数,2%-4% 短轴类锻件的坯料直径(D0)可下式计算: m坯料高径比,取1.8-2.2 长轴类锻件可根据锻件的最大截面(Fmax值)计算坯料直径: K模膛系数,不制坯或有拔长工步时,K=1.有滚挤工步时,K=0.7-0.85,29,计算方法与自由锻相同。坯料重量为锻件、飞边、连皮、钳口料头和氧化皮重量的总和，一般飞边是锻件重量的2-2.5；氧化皮是锻件、飞边、连皮等重量总和的2.5-4。,30,（

11、4）选定锻造设备、模锻锤吨位 根据锻件质量查表确定。,模锻锤吨位可用公式：G=（3.5-6.3）KA 式中G-模锻锤吨位（kg）； A-锻件总变形面积，包括锻件投影面积、冲孔连皮面积及飞边面积（cm2）； K-钢种因数，可查阅相关资料。,31,模具在高温下具有足够的强度、韧性、硬度和耐磨性，良好的导热性、抗热疲劳性、回火稳定性和抗氧化性。尺寸较大的模具还应具有高的淬透性和较小的变形。常用5CrNiMo、5CrMnMo钢等热锻模具材料制作锻模。 模具工况、失效方式、要求、生产制造,32,（5）确定锻造温度范围、加热和冷却规范,始锻温度:始锻温度是指开始锻造时坯料的温度。通常始锻温度比金属的熔点低

12、150200，在不发生过热、过烧的前提下，尽可能提高始锻温度，有利于金属的塑性成形。 终锻温度:终锻温度是停止锻造时锻件的温度。碳素钢的终锻温度约为800，合金钢一般为 800900。在保证锻后获得再结晶组织的前提下，适当降低终端温度有利于完成各种变形工序。终锻温度过低，金属塑性降低，进口轴承容易产生裂纹。终锻温度过高，会引起晶粒长大，降低金属的力学性能。,33,锻压中常用加热规范,34,（6）修整工序:即模锻件成形后提高精度和表面质量的工序。,切边：即带飞边的模锻件终锻后切除飞边的工序。 冲连皮：即带孔的锻件经终锻后，冲除孔内连皮的工序。,35,校正：即为消除锻件在锻后产生的弯曲、扭转等变形

13、，使之符合锻件图技术要求的工序。分为 热校和冷校。 热处理和清理：模锻件经过修整后，一般还需通过热处理和清理。 采用正火或退火，细化晶粒； 清理表面缺陷或氧化皮。 精压 精度高和表面 粗糙度值小的锻件， 清理后还应在压力机上进行精压。,36,4.零件结构的模锻工艺性,1）模锻件应具有合理的分模面、模锻斜度和圆角半径；2）非配合表面一律设计成非加工表面；3）零件的外形应力求简单、平直和对称；4）应避免窄沟、深槽、深孔及多孔结构；5）形状复杂的锻件应采用锻-焊或锻-机械加工联接的方法，减少余块以简化模锻工艺。,37,38,39,应尽量避免深孔或多孔结构。以利于制模和减少余块。 形状复杂件宜采用锻-

14、焊、锻-螺纹联接等组合结构，以简化模具和减少余块。,40,5.模锻工艺设计示例,例：齿轮零件，材料为45钢，中批量生产。试编制模锻工艺规程。,41,（1）零件结构分析：零件结构合理。 （2）绘制锻件图：该零件孔内应有连皮，参考有关标准和资料，选定机械加工余量、锻件公差、模锻斜度、模锻圆角等参数值，绘出锻件图。 （3）确定变形工步：该锻件系盘类件，应采用镦粗终锻工步。 （4）选择修整工序：需安排切边、冲连皮、校正、热处理（正火或退火）、清理等修整工序。,42,43,44,二、胎模锻,在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法，称为胎模锻。 1.胎模锻的特点和应用与自由锻相比的优点：1）

15、成形质量高。2）生产效率高。 3）能比较复杂的锻件。4）省时，省材。适用于中、小批量的锻件生产。,45,2、胎模类型 常用的胎模有扣模、垫模、套模、合模、弯曲模、跳模、摔模等。常用三类:,46,(1)扣模 扣模由上、下扣组成(图2.28a)或上扣由上砧代替(图2.28b)。锻造时锻件不转动，初锻成形后锻件翻转90在锤砧上平整侧面。扣模常用来生产长杆非回转体锻件的全部或局部扣形，也可用来为合模制坯。,47,(2)套筒模(套模) 分开式和闭式 开式套模只有下模，上模用上砧代替(图2.29a)。主要用于回转体锻件(如法兰盘、齿轮)的最终成形或制坯。当用于最终成形时，锻件的端面必须是平面。 闭式套模由

16、模套(模筒)、上模垫及下模垫组成，下模垫也可由下砧代替(图2.29b)。主要用于端面有凸台或凹坑的回转体类锻件的制坯和最终成形，有时也用于非回转体类锻件。,48,(3)合模 合模由上、下模组成(图2.30)，为使上、下模吻合和不使锻件产生错移，常用导柱和导销定位，合模适于各类锻件的终锻成形，尤其是非回转体类复杂形状的接件(如连杆、叉形等锻件)图2.31为法兰盘胎模锻造过程。,49,锻造时，先把下模放在下砥铁上，再把加热的坯料放在模膛内，然后合上上模，用锻锤锻打上模背部。待上、下模接触，坯料便在模膛内锻成锻件。胎模锻时，锻件上的孔也不能冲通，留有冲孔连皮；锻件的周围亦有一薄层金属，称为毛边。因此

17、，胎模锻后也要进行冲孔和切边，以去除 连皮和毛边。,a)用胎模锻出的锻件 b)用切边模切边 c)冲掉连皮 d)锻件,50,摔模 根据用途有多种摔模，如用于压痕称为卡摔；用于制坯称为型摔；用于整径称为光摔；用于校正整形称为校正摔等，摔模均用于回转体锻件。,51,四、其他设备上的模锻,1热模锻压力机上模锻 热模锻压力机按其结构可分为连杆式、双滑块式、楔式等。 图2-32所示为连杆式热模锻压力机。电动机3的运动经带轮2和1及传动轴4传至一对齿轮6和7，再经过离合器8传至偏心轴(曲轴)9，然后通过连杆10带动滑块ll沿导轨15作上下往复运动。上、下锻模分别安装在滑块11的下端和工作台12上。,52,热

18、模锻压力机优点：,(1)锻造时滑块的行程不变，每个变形工步在滑块的运动下成形，便于实现机械化和自动化，具有很高的生产率。 (2)滑块运动精度高，并有锻件顶出装置，使锻仟的模锻斜度、加工余量和锻造公差减小，因而锻件精度比锤上模锻件高。 (3)作用于坯料上的锻造力是静压力而不是冲击力，坯料的变形速度较低，这对于低塑性材料的锻造有利。某些不适于在模锻锤上锻造的材料(如耐热合金、镁合金等)，可在热模锻压力机上锻造。 (4)工作时的振动和噪声小，劳动条件得到改善。 这种模锻方法的主要缺点是设备结构复杂，价格高，模具结构也比一般锤上锻模复杂，同时，由于滑块行程不能在锻造过程中调节因而不能进行拔长、滚挤等需

19、要多次打击才能完成的工步的操作。,53,2平锻机上模锻,相当于卧式的热模锻压力机,沿水平方向对坯料施加锻压力。,54,平锻机上模锻的过程如图2-34所示。首先将棒形坯料放入固定凹模的模槽内，并由挡板定位；在冲头前进的过程中，活动凹模迅速将坯料夹紧，同时挡板退出；冲头(凸模)对坯料施加锻压力，使其充满模腔；回程时冲头退出，活动凹模松开，坯料从凹模中取出或进入下一个模膛，同时挡板又进入工作位置，为下一个坯料的锻压做好准备。,55,平锻机上模锻在工艺上特点： (1)坯料都是棒料或管材并且只进行一端局部加热和局部变形加工，因此可以完成在立式锻压设备上不能锻造的某些长杆类锻件，也可用长棒料连续镀造多个锻件。 (2)锻模有两个分模面，锻件出模方便，可以锻出在其他设备亡难以完成的在不同方向上有凸台或凹槽的锻件。 (3)需配备对棒料局部加热的专用加热炉。,适于在平锻机上锻造的锻件是有头的杆类锻件和有孔(通孔或盲孔)的锻件，也可进行管件的局部镦或胀形 .,56,57,3摩擦压力机上模锻 摩擦压力机是靠飞轮旋转所积蓄的能量转化成金属的变