塑性成形工艺锤上模锻工艺及模具设计.pptx

第一节 模锻件的分类 按照锻件分模线和主轴线的形状，以及锻件在平面图上轮廓尺寸比例，将模锻件分为三类：第1页/共78页第2页/共78页第二节 模锻件图的制定 模锻件图是确定模锻工艺和设计锻模的依据，它又是指导模锻工进行生产和检验人员验收锻件的主要技术文件。在设计冷锻件图时，应考虑下列因素：分模面的位置、加工余量和公差、模锻斜度和圆角半径、冲孔连皮的形式和技术条件等。模锻件图分为冷锻件图和热锻件图。冷锻件图用于锻件的检验；热锻件图用于锻模设计与加工。第3页/共78页第二节 模锻件图的制定一、分模面位置的选择 分模面的位置直接影响锻件成形、出模和材料利用率等问题。因此，在制定锻件图时要全面考虑各种因素，正确而合理地选择分模面位置。其选择原则如下：1）要保证锻件能从型腔中取出来；2）分模的位置要尽量使型腔的深度最小和宽度最大，使金属容易充满型腔；3）为了容易发现模锻时锻件错移，分模面应尽量使上、下两部分对称；第4页/共78页第二节 模锻件图的制定一、分模面位置的选择4）为了使模具制造方便，尽量采用平面分模，凸出部分也尽量不要高出分模面；5）金属容易充满上模型腔锻件较复杂部分应尽量安排在上模。第5页/共78页第二节 模锻件图的制定二、加工余量的确定1）确定加工余量的原则：在不影响产品零件加工的前提下，应尽量选用小加工余量。加工余量的大小取决于零件的轮廓尺寸、重量大小、精度和表面粗糙度等。2）在模锻过程中，由于欠压、错模、锻模磨损、锻件表面氧化及锻件冷却收缩不均等原因，使锻件尺寸在一定的范围内上下波动。其大小取决于锻件外形尺寸、精度、表面粗糙度等级等。第6页/共78页第二节 模锻件图的制定三、模锻斜度的选择1）锻件冷却时，其外壁因收缩而离开型腔，容易出模，而锻件内壁收缩则使锻件包住型腔突出部分，出模困难。因此，内斜度应比外斜度大一级。但为了减少材料损耗和机加工余量，应尽量选择小的模锻斜度。2）常用斜度：当锻件为钢、钛耐热合金时，外模锻斜度取5 7，内模锻斜度取7、10、12；当锻件为铝、镁合金时，外模锻斜度取3 5，内模锻斜度取5 7。第7页/共78页第二节 模锻件图的制定三、模锻斜度的选择3）为了使分模线两侧的模锻斜度相互接头，而人为增大的斜度称为匹配斜度。第8页/共78页第二节 模锻件图的制定四、圆角半径的确定 为了便于金属在型腔内流动，避免锻件产生折伤并保持金属流线的连续性，提高锻模使用寿命，必须把锻件上所有尖锐棱角做成圆弧。较大的圆角半径对金属充满型腔、提高锻件质量和模具寿命是有利的。但是，外圆角半径太大，会使锻件在圆角处的余量减小；而内圆角半径太大，又会增加金属的消耗。第9页/共78页第二节 模锻件图的制定四、圆角半径的确定r=余量+c 为了便于选用标准刀具，对于同一锻件上不采取过多不同的圆角半径；对于以压人法成形和金属流动特别剧烈的部位，应适当加大圆角半径。R=(23)r第10页/共78页第二节 模锻件图的制定五、冲孔连皮 具有通孔的零件，在模锻时不能直接锻出通孔，仅能冲出一个盲孔，即孔内还留有一层具有一定厚度的金属层，称为冲孔连皮。模锻时采用冲孔连皮的目的是为了使锻件更接近于零件形状，减少金属消耗，缩短机加工工时。同时，冲孔连皮可以减轻锻模的刚性接触，起缓冲作用，避免锻模的损坏。第11页/共78页第二节 模锻件图的制定五、冲孔连皮1）冲孔连皮的形式第12页/共78页第二节 模锻件图的制定五、冲孔连皮2）冲孔连皮的尺寸的确定（1）平底连皮（2）斜底连皮第13页/共78页第二节 模锻件图的制定六、锻件的技术要求 一般说来，技术条件中包含以下内容：未注明的模锻斜度和圆角半径、锻件沿中心线的错移量、允许表面缺陷值、锻件允许翘曲范围、允许残留飞边和毛刺的大小、锻件壁厚差的规定、热处理硬度值、锻件的清理方法、印记项目和位置，以及其他特殊要求等。第14页/共78页第三节 终锻型腔的设计 终锻型腔是锻件最后成形的型腔，通过它获得带飞边的锻件，终锻型腔是按照热锻件图设计的，因此，终锻型腔设计的主要内容是如何绘制热锻件图和确定飞边槽尺寸。第15页/共78页第三节 终锻型腔的设计一、热锻件图的制定和绘制 热锻件图是根据冷锻件图制定的，但又不完全一样。在制定和绘制热锻件图时应注意以下几点：1.热锻件图的尺寸应比冷锻件图的相应尺寸增加一个收缩率。一般收缩率为1.5，细长件或终锻温度较低的锻件可取1.21.3。2.当吨位不足产生模锻不足(打不靠)，可适当减小锻件的高度尺寸，其值可接近负偏差；当型腔承击面不足，易产生承击面塌陷时，可适当增加热锻件的高度尺寸，其值可接近正偏差。第16页/共78页第三节 终锻型腔的设计一、热锻件图的制定和绘制3.型腔容易磨损处，应在锻件负公差的范围内增加一定磨损量，以提高锻模寿命。4.锻件上形状复杂且较高的部分应尽量放在上模。第17页/共78页第三节 终锻型腔的设计二、开式模锻成形过程1.镦粗变形；2.飞边形成；3.型腔充满；4.打靠；第18页/共78页第三节 终锻型腔的设计三、开式模锻的应力应变分析1.镦粗变形；2.飞边形成；3.型腔充满；第19页/共78页第三节 终锻型腔的设计三、开式模锻的应力应变分析4.打靠；第20页/共78页第三节 终锻型腔的设计四、飞边槽的确定 开式模锻的终锻型腔周边必需设置飞边槽，其形式及尺寸大小对锻件成形影响很大：1.飞边槽的影响因素与作用 根据飞边对锻件质量、模具寿命、材料消耗、能量消耗等可能引起的影响及锻件成形的难易程度，选用合理的飞边槽结构。其作用如下：第21页/共78页第三节 终锻型腔的设计四、飞边槽的确定3）起缓冲作用，减轻上下模打击，防止锻模早期破裂和压塌；4）容易切边。1）容纳多余的金属；2）增加金属流入型腔的阻力，迫使金属更好地充满型腔；第22页/共78页第三节 终锻型腔的设计四、飞边槽的确定1.飞边槽的形式第23页/共78页第三节 终锻型腔的设计五、钳口的选定 钳口是供放置钳子夹持毛坯用，当浇型检验型腔时，钳口可作浇型的浇口。在终锻型腔和预锻型腔的前端一般要设计钳口。第24页/共78页第三节 终锻型腔的设计五、钳口的选定第25页/共78页第四节 预锻型腔的设计 对于形状复杂的锻件需经预锻方能成形。1.预锻可以改善金属在终锻型腔中的流动情况；2.避免在锻件上形成折伤；3.更好地充满型腔；4.减少终锻型腔的磨损，提高锻模的使用寿命。预锻型腔的作用第26页/共78页第四节 预锻型腔的设计 对于形状复杂的锻件需经预锻方能成形。1.终锻型腔不能设计在锻模中心，产生偏心打击，引起上下模产生偏移；2.增加了模块尺寸；3.对于尺寸较大的锻件，当需要预锻和终锻两副模具联合生产时，要增加设备，生产率低。设计预锻型腔后，产生的问题第27页/共78页第四节 预锻型腔的设计 预锻型腔一般用于有工字截面、叉形和带有较高筋的锻件。第28页/共78页第四节 预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计1.预锻型腔各处圆角半径要比终锻型腔大；为了便于制造，一般取Rmax(Rn)当h=b1时 R3R1当h=b1时 R31.2R1+3第29页/共78页第四节 预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计1.预锻型腔各处圆角半径要比终锻型腔大；对于锻件急转弯处，截面突然改变的地方，其圆角半径应适当增大。第30页/共78页第四节 预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计2.型腔的宽与高；预锻后的毛坯在终锻过程中应以镦粗成形为主。因此，预锻型腔的高度应比终锻型腔的大25mm，宽度则比终锻型腔小12mm；横断面积应比终锻型腔稍大一些，即预锻型腔的容积略大于终锻型腔，预锻型腔不设飞边槽。第31页/共78页第四节 预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计3.模锻斜度；预锻型腔的模锻斜度与终锻相同。筋的尺寸设计。第32页/共78页第四节 预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计4.特殊剖面 对锻件个别部位需进行特殊设计，并以剖面的形式画出。（1）叉形劈开部分第33页/共78页第四节 预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计4.特殊剖面 对锻件个别部位需进行特殊设计，并以剖面的形式画出。（2）工字形断面设计第34页/共78页第四节 预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计（2）工字形断面设计h2b B=B-(12)第35页/共78页第四节 预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计（2）工字形断面设计生产中常有的设计方法B1=B+(1020)mmA=(1.01.1)A第36页/共78页第四节 预锻型腔的设计一、预锻型腔的设计（2）高肋生产中常有的设计方法第37页/共78页第四节 预锻型腔的设计二、模锻工步的选择 合理的模锻工步能使毛坯符合金属的变形规律，得到良好质量的锻件，同时操作安全，金属消耗少，生产效率高。选择模锻工步时除主要考虑锻件的形状特征外，还应考虑生产条件和生产批量等情况。第38页/共78页第四节 预锻型腔的设计二、模锻工步的选择 该类锻件的模锻工步一般采用镦粗、终锻或者镦粗、成形、终锻。（一）短轴类锻件第39页/共78页第四节 预锻型腔的设计二、模锻工步的选择 该类锻件的模锻工步一般采用镦粗、终锻或者镦粗、成形、终锻。（一）短轴类锻件第40页/共78页第四节 预锻型腔的设计二、模锻工步的选择 该类锻件的模锻工步一般采用制坯、预锻、终锻。制坯工序包括：拔长、滚挤、弯曲、压肩等。在选择制坯工步时，应考虑以下几点：（二）长轴类锻件1.毛坯的长度和截面与预锻件相近时，采用压肩、预锻、终锻；2.毛坯的长度和截面与预锻件相差较大或锻件有枝牙，金属沿轴线的分布不对称时，采用拔长、滚挤、预锻、终锻；第41页/共78页第四节 预锻型腔的设计二、模锻工步的选择（二）长轴类锻件3.带叉口的锻件均采用预锻，并在叉口部门设计劈料台；4.弯曲轴线锻件应采用弯曲、终锻；制坯工步的作用是初步改变原毛坯的形状，合理地分配金属，以适应锻件横截面面积要求，使金属能较好地采用弯曲、终锻。第42页/共78页第四节 预锻型腔的设计二、模锻工步的选择 毛坯沿轴向的金属分配对不同锻件要求是不一样，合适的形状应该是:在保证型腔充满的条件下，在模锻之后，锻件各处飞边均匀，亦即应使毛坯上各截面的面积等于锻件长度上各相应截面面积加上飞边的面积。按这一要求得到的毛坯，通常称为计算毛坯。计算毛坯是拔长、滚挤、压肩工步设计的基础。（二）长轴类锻件第43页/共78页第四节 预锻型腔的设计1、计算毛坯 计算毛坯的长度等于锻件的长度，即L计=L锻 弯曲锻件计算毛坯的长度分三种情况：A.弯曲时毛坯无拉长现象（1）计算毛坯的长度第44页/共78页第四节 预锻型腔的设计1、计算毛坯B.弯曲时毛坯拉长现象严重可近似地取锻件水平投影的长度。第45页/共78页第四节 预锻型腔的设计1、计算毛坯（2）计算毛坯的各截面与计算毛坯截面图 截面图的特点是：其上各部分的面积乘以比例系数，即代表计算毛坯上相应部分的体积。第46页/共78页第四节 预锻型腔的设计1、计算毛坯（3）计算毛坯各截面直径及毛坯直径图（4）计算毛坯平均面积及其平均直径第47页/共78页第四节 预锻型腔的设计1、计算毛坯（5）计算毛坯的头部和杆部第48页/共78页第四节 预锻型腔的设计1、计算毛坯（6）计算毛坯形状的简化第49页/共78页第四节 预锻型腔的设计1、计算毛坯（7）简单/复杂计算毛坯第50页/共78页第四节 预锻型腔的设计2、制坯工步的确定 需综合考虑如下因素：dmax/dP越大，挤到头部的金属就越多，应采用聚料效果较高的制坯工步；Lj/dP越大，金属沿轴向移动的距离越大，应采用拔长效率较高的制坯工步；锥度K=(dk-dmin)/Lg越大，金属在制坯型腔中变形时作用在金属上的水平分力越大；锻件的质量M越大，标志着流动金属的体积越大；第51页/共78页第四节 预锻型腔的设计2、制坯工步的确定 需综合考虑如下因素：第52页/共78页第五节 其它腔的设计一、拔长型腔设计 拔长型腔和拔长台是用来减小毛坯某部分的横断面积，同时增加其长度，具有分配金属的作用。但毛坯被拔长部分较短时，用拔长台拔长。第53页/共78页第五节 其它腔的设计一、拔长型腔设计第54页/共78页第五节 其它腔的设计二、滚挤型腔设计 滚挤型腔用来减小毛坯某部分的横截面积而增大另一部分的横截面积，并少量增加毛坯的长度，起到分配金属的作用，使毛坯接近于计算毛坯的形状，同时滚光毛坯表面，避免产生折叠和去除氧化皮。第55页/共78页第五节 其它腔的设计二、滚挤型腔设计第56页/共78页第五节 其它腔的设计二、滚挤型腔设计第57页/共78页第五节 其它腔的设计二、滚挤型腔设计第58页/共78页第五节 其它腔的设计二、滚挤型腔设计第59页/共78页第五节 其它腔的设计三、卡压型腔设计 卡压型腔亦称压肩型腔，其作用是用来略为减少毛坯高度，增大宽度，使头部有少量聚料作用。毛坯卡压型腔中只锤击一次，并平移送入预/终锻型腔。第60页/共78页第五节 其它腔的设计四、弯曲型腔设计 弯曲型腔是将毛坯放入型腔内经过弯曲后，使其符合终锻型腔在分模面上的形状要求。弯曲型腔没有聚料作用。第61页/共78页第五节 其它腔的设计四、弯曲型腔设计弯曲型腔形式：自由弯曲夹紧弯曲。第62页/共78页第五节 其它腔的设计四、弯曲型腔设计弯曲型腔设计：在弯曲处应做成较大的圆角；在下模应有两个支撑点；弯曲是毛坯的定位问题；第63页/共78页第五节 其它腔的设计四、弯曲型腔设计弯曲型腔设计：设计弯曲型腔的突出部分时，应使上下模大致相等；型腔应有一定的斜度，使毛坯易于取出。第64页/共78页第五节 其它腔的设计五、镦粗台与压扁台第65页/共78页第五节 其它腔的设计六、切断型腔常用于一料多件或一火多件模锻。第66页/共78页第六节 毛坯体积的计算 确定模锻所需原毛坯尺寸时，应根据锻件的形状、尺寸及所采用的模锻方法，先计算出所需的金属体积，然后再算出毛坯的截面尺寸和下料长度。不同类别的锻件，由于其变形特点不同，所需毛坯的计算方法也不同第67页/共78页第六节 毛坯体积的计算一、短轴类锻件 短轴类锻件在终锻时的变形是属于体积变形，一般用镦粗制坯。毛坯计算应以镦粗变形为依据计算：毛坯体积：毛坯直径：第68页/共78页第六节 毛坯体积的计算二、长轴类锻件 长轴类锻件在模锻型腔中的变形形式近似平面变形，所以在确定原毛坯尺寸时，应以计算毛坯图为依据，并考虑采用不同的制坯工步计算出所需毛坯的截面积AB，然后选取标准直径DB，并确定毛坯的长度。或第69页/共78页第七节 锻锤吨位的确定 终锻成形时所需的最大打击能量较为复杂，在实际实践中，模锻锤的吨位可按下列经验公式计算：双动模锻锤：单动模锻锤：无砧座锤：第70页/共78页第八节 锻模的结构设计与锻模材料 当各型腔设计完毕后，就可进行锻模的结构设计，即型腔的排列，确定各型腔在锻模上的相对位置锁扣设计、确定模块尺寸等：一、型腔的排列：1、型腔的排列原则：1）终锻型腔和预锻型腔尽可能靠近锻模中心；2）型腔的排列应与加热炉、切边压力机位置相适应；3）氧化皮最多的型腔应位于吹风向的下方；第71页/共78页第八节 锻模的结构设计与锻模材料1、型腔的排列原则：4）弯曲型腔的位置，应使锻件翻转后能直接放入终锻或预锻型腔；5）拔长型腔，如在右边应取直式为宜，在左边应取斜式为宜；6）前切刀一般位于锻模的右前角，后切刀一般位于锻模的左后角；第72页/共78页第八节 锻模的结构设计与锻模材料2、终锻型腔与预锻型腔的排列型腔中心、锻模中心1）两型腔间距应尽可能缩小并靠近键槽中心线；2）两型腔中心尽可能靠近燕尾中心线；3）具有落差的锻件采用平衡块式锁扣设计；4）模锻型槽中较难充满的部分应尽可能接近锻模中心；第73页/共78页第八节 锻模的结构设计与锻模材料二、锁扣1、锁扣的作用；2、锁扣的类型及设计；第74页/共78页第八节 锻模的结构设计与锻模材料三、模壁厚度及型腔距离的确定四、模块尺寸的确定和模块标准1、确定模块的尺寸1）模块尺寸是根据锻模中型腔的数量、尺寸、安排方法及型腔间的距离等因素来确定其模块的最小轮廓尺寸。2）校核下模块中心与锻模中心是否重合。3）锻模的最小承击面积。第75页/共78页第八节 锻模的结构设计与锻模材料1、确定模块的尺寸4）模块允许的最大宽度要使上模边缘与锻锤导轨之间的最小间隙不小于20mm。5）当锻件较长时，必须使锻模伸出模座和锤头，则所伸出部分长度应满足要求。6）锻模的闭合高度。7）上模块的最大质量G。8）锻模材料金属流线方向应与打击方向垂直。第76页/共78页第八节 锻模的结构设计与锻模材料五、锻模材料1、锻模材料应具有的特性1）在高温下具有较高的强度、硬度和韧性；2）具有较好的耐热疲劳性能；4）良好的回火稳定性；5）良好的导热性和抗氧化性。3）淬透性能好；6）良好的加工工艺性能。第77页/共78页感谢您的观看。第78页/共78页