模锻工艺及锻模设计培训课程模板.doc

第十一—第十二—第十三—第十四
上次课程回顾：
第三节 铸造工艺方案确实定
一、造型、制芯方法选择
二、铸件浇注位置确实定
三、分型面选择
四、型（砂）芯设计
第四节 铸造工艺参数确实定
一、铸件尺寸公差
二、机械加工余量
三、铸件工艺余量
四、铸件工艺补正量
五、起模斜度（铸造斜度）
六、铸造收缩率
七、最小铸出孔及槽
八、反变形量
第五节 液态金属成形工艺设计实例
一、铸造工艺图绘制
二、铸件图绘制
三、铸型（装配）图绘制
四、铸造工艺规程和工艺卡片编制
问题：
1 在铸造生产中，选择造型方案时应考虑哪些基础标准？
2 什么叫浇注位置？选择浇注位置应遵照哪些标准？
3 怎样选择分型面？
1 在铸造生产中，选择造型方案时应考虑哪些基础标准？
（1）造型、制芯方法应和生产批量相适应；
（2）造型、制芯方法应适合工厂条件；
（3）要兼顾铸件精度要求和成本。
2 什么叫浇注位置？选择浇注位置应遵照哪些标准？
浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处位置。
（1）铸件上质量要求高部分及关键工作面、关键加工面、加工基准面和大平面应尽可能朝下或垂直安放；
（2）铸件厚大部位应放在上部，尽可能满足铸件自下而上次序凝固；
（3）应确保铸件有良好液态金属导入位置确保铸型充满；
（4）应尽可能少用或不用砂芯。
3 怎样选择分型面？
（1）分型面应选在铸件最大截面处，以确保顺利起出模样而不损坏铸型；
（2）尽可能将铸件全部或大部分放在同一个半型内；
（3）尽可能降低分型面数量；
（4）分型面应尽可能选择平面；
（5）便于下芯、合型和检验型腔尺寸；
（6）考虑工艺特点，尽可能使加工及操作工艺简单。
第四章内容回顾：
第四章 液态金属成形工艺设计
第一节 液态金属成形工艺设计概论
一、设计依据
二、设计内容和程序
第二节 铸件结构工艺性
一、铸造工艺对铸件结构要求
二、铸造合金对铸件结构要求
三、铸造方法对铸件结构要求
第三节 铸造工艺方案确实定
一、造型、制芯方法选择
二、铸件浇注位置确实定
三、分型面选择
四、型（砂）芯设计
第四节 铸造工艺参数确实定
一、铸件尺寸公差
二、机械加工余量
三、铸件工艺余量
四、铸件工艺补正量
五、起模斜度（铸造斜度）
六、铸造收缩率
七、最小铸出孔及槽
八、反变形量
第五节 液态金属成形工艺设计实例
一、铸造工艺图绘制
二、铸件图绘制
三、铸型（装配）图绘制
四、铸造工艺规程和工艺卡片编制

测验：
1 名词解释
（1）铸造；（2）砂型铸造；（3）熔模铸造；（4）消失模铸造；（5）压力铸造；（6）低压铸造；（7）差压铸造。
2 什么叫浇注系统？由几部分组成？
3 铸造工艺参数有哪些？
4 常见冒口有哪些？说明冒口作用。冷铁作用是什么？
5 什么叫浇注位置？怎样确定浇注位置？
6 什么叫分型面？怎样确定分型面
7 比较图a及图b哪个铸造工艺好，并简明说明。

第五章 模锻工艺及锻模设计
塑性成形技术是指利用金属塑性，在外力作用下，取得含有一定轮廓、尺寸和力学性能产品加工技术。
塑性成形原理关键内容—塑性力学
铸造和冲压（锻压）：将固态金属（体积金属或板料金属）加热，或在室温下在锻压机器外力作用下经过模具成形为所需锻件或冲压件产品方法。
铸造：铸造是一个利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以取得含有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件加工方法。

三峡升船机螺母柱毛坯 中国首台400MN（4万吨）重型航空模锻液压机

重型航空模锻液压机进行热试 顺利铸造出首个大型盘类件产品
第一节 毛坯加热和锻件冷却
一、毛坯加热方法
1 锻前加热目标
目标：提升金属塑性、降低变形抗力、使金属易于流动成形—铸造生产过程中一个极其关键步骤。
2 加热方法
（1） 燃料火焰加热
固体（煤、焦炭等）、液体（重油、柴油等）、气体（煤气、天燃气等）
缺点：劳动条件差，炉内气氛、炉温及加热质量较难控制，轻易造成环境污染。
（2）电加热
优点、缺点
电阻加热
感应加热

（3）少无氧化加热
精密模锻时，毛坯必需采取少无氧化加热，可降低钢材氧化和脱碳，有利于提升模具寿命。
实现少无氧化加热方法有多个，简单而效果很好是带保护气氛感应加热。
3 金属加热时改变和常见缺点
金属在加热过程中，因为能量升高，原子振动加紧、振幅增大，和电子运动自由行程改变，还有周围介质影响等原因，金属将发生以下改变：
化学改变：氧化、脱碳、吸氢，产生氧化皮和脱碳层等；
物理改变：热导率、热扩散率、膨胀系数、密度等随温度升高而改变；
组织结构改变：过热、过烧；
力学性能改变：随加热温度升高，金属塑形提升，变形抗力降低，残余应力逐步消失；但也可能产生温度应力和组织应力，过大内应力会引发加热金属开裂。
4 金属材料铸造温度范围确实定
铸造温度范围：是指开始铸造（始锻温度）和结束铸造（终锻温度）之间温度区间。
铸造温度确定标准：
确定铸造温度范围基础方法：
通常来讲，碳钢铸造温度范围依据铁-碳相图就可确定；
铝合金、钛合金、铜合金、不锈钢及高温合金，往往须要综合利用多种方法，才能确定出合理铸造温度范围。
多种材料始锻和终锻温度可查手册。
5 金属加热规范
金属在锻前加热时，应立即达成要求始锻温度，以降低氧化，节省燃料，提升生产率。不过，温度升得太快，温度应力就大，往往会造成毛坯开裂。所以，在实际生产中，金属毛坯应按一定加热规范进行加热。
加热规范：金属毛坯装炉开始到出炉整个过程中，炉温和料温随时间改变要求。
为方便起见，加热规范通常是以炉温—时间改变曲线来表示。

一段、二段、三段或多段加热规范。预热、加热、均热等多个阶段。
怎样制订加热规范？
确定加热过程不一样阶段炉温、升温速度和加热和均温时间。
二、锻件冷却方法
锻件冷却时铸造后依据锻件材料性质，根据不一样速度冷却到室温工序。
假如冷却速度选择不妥，锻件可能因产生裂纹或白点而报废。
1 锻件在冷却过程中内应力
（1）冷却时温度应力
锻件在冷却早期，表层冷却快，体积收缩大；心部冷却慢，体积收缩小。因为表层金属收缩受到心部金属阻碍，结果在金属表层产生了拉应力，心部产生了压应力。此时心部温度仍较高，变形抗力小，且塑性很好，还许可微量塑性变形，使温度应力得以松弛。到了冷却后期，锻件表面已靠近室温，基础上不再收缩，这时表层金属反而阻碍心部金属继续收缩，造成心部由受压应力转变成受拉应力，从而易产生冷却裂纹。
若锻件材料为抗力大、塑性低合金，在冷却早期表层金属内产生拉应力不能得到松弛，就是在冷却后期，也只能使表层金属早期产生拉应力有所降低，但表层仍为拉应力，心部仍为压应力。
所以，冷却过程中低碳钢和低合金钢锻件可能出现内裂，而高碳钢和高合金钢锻件则易产生外裂。
（2）冷却过程中组织应力
（3）冷却过程中残余应力
2 锻件冷却方法
根据冷却速度不一样，锻件冷却方法有三种，即在空气中冷却、在灰砂中冷却和在炉内冷却。
1 在空气中冷却
2 在干燥灰、砂坑（箱）内冷却
3 在炉内冷却
上次课程回顾：
第五章 模锻工艺及锻模设计
第一节 毛坯加热和锻件冷却
一、毛坯加热方法
二、锻件冷却方法

问题？
1 什么叫锻压？什么叫铸造？
2 金属毛坯加热目标是什么？关键加热方法有哪些？
1 什么叫锻压？什么叫铸造？
铸造和冲压（锻压）：将固态金属（体积金属或板料金属）加热，或在室温下在锻压机器外力作用下经过模具成形为所需锻件或冲压件产品方法。
铸造：铸造是一个利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以取得含有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件加工方法。
2 金属毛坯加热目标是什么？关键加热方法有哪些？
目标：提升金属塑性、降低变形抗力、使金属易于流动成形。
加热方法：
（1）燃料火焰加热；
（2）电加热；
（3）少无氧化加热。
第二节 锻件分类及锻件图设计
模锻即模型铸造，是利用模具使毛坯变形而取得锻件铸造方法。
开式模锻：沿锻件分型面周围形成横向飞边模锻。

一、锻件分类
为了便于确定工艺规程和锻模设计，应将多种形状锻件进行分类。现在比较一致分类方法是，根据锻件外形和模锻时毛坯轴线方向，把锻件分为短轴线类（圆饼类）和长轴线类。
锻件分类以下：

短轴线类锻件特点：打击方向、流动平面
长轴线类锻件特点：
二、表示模锻件复杂程度参数
模锻件形状对模锻时金属流动和变形力影响很大，所以，必需找出表示锻件形状复杂程度参数。
通常见锻件体积和其外廓包容体体积之比来表示锻件复杂性，而且比较正确地估量到偏离主轴那部分所带来影响，即形状复杂系数为：

当S=1-0.63时，形状复杂程度为较低Ⅰ级，锻件形状简单；
当S=0.63-0.32时，形状复杂程度为较低Ⅱ级，为一般形状锻件；
当S=0.32-0.16时，形状复杂程度为较低Ⅲ级，锻件形状较复杂；
当S<0.16时，形状复杂程度为较低Ⅳ级，锻件形状复杂。
提斯特（Teteies）提出轴对称锻件形状复杂系数为

、分别是纵、横截面形状系数。
三、锻件图设计
在工艺规程制订、锻模设计和加工、模锻生产过程及锻件检验中，全部离不开锻件图。
锻件图分为冷锻件图和热锻件图。
冷锻件图—用于最终锻件检验和热锻件图设计；
热锻件图—用于锻模设计和加工制造。
冷锻件图通常称为锻件图。它是依据零件图设计，其设计内容以下：
1 确定分模面
确定分模面位置最基础标准是：
确保锻件形状尽可能和零件形状相同，轻易从模腔中取出；另外，应争取取得镦粗成形。
锻件分模面位置应选在含有最大水平投影尺寸位置上。

为了提升锻件质量和生产过程稳定性，除满足上述分模标准外，确定开式模锻件分模位置还应考虑下列要求：
（1）易于发觉上下模腔相对错移；
（2）尽可能选择直线分模，使模锻加工简单。但对头部尺寸较大、且上下不对称锻件，则宜用折线分模，以利充满成形；
（3）对圆饼类锻件，当H≤D时，宜取径向分模，而不取轴向分模；
（4）应确保锻件有合理金属流线分布。

2 确定机械加工余量和公差
一般模锻件均经机械加工成为零件。
原因？
（1）毛坯在高温下产生氧化和脱碳；
（2）毛坯体积改变及终锻温度波动；
（3）因为锻件出模需要，模膛壁带有斜度，锻件侧壁需添加敷料；
（4）模膛磨损和上下模难免错移现象；
（5）锻件形状复杂，需作合适简化，确保模锻成形。
3 模锻斜度
模锻斜度：在锻件上和分模面垂直平面或曲面所附加或固有斜度。其作用是使锻件能顺利地从模膛取出。

外模锻斜度α：锻件冷却收缩过程中，趋向于离开模壁部分。
内模锻斜度β：锻件冷却收缩过程中，将模膛中突起部分夹得更紧部分。
为了制造模具时采取标准刀具，模锻斜度应按以下数值选择：0°15ˊ、…、15°等
4 圆角半径
圆角：为了使金属易于流动和充满模膛，提升锻件成形质量并延长锻模使用寿命，锻件上全部转接处全部要用圆弧连接，使尖角、棱边呈圆弧过渡，此过渡称为锻件圆角。
外圆角半径r：凸圆角半径，外圆角对应模膛内圆角
内圆角半径R：凹圆角半径，内圆角对应模膛外圆角

问题：充填模膛困难，开裂，压塌，力学性能下降，回流折叠。
外圆角半径——过小，过大
内圆角半径——过小，过大
圆角半径大小和锻件形状尺寸相关，锻件高度尺寸大，圆角半径应加大。
外圆角半径：r=余量+零件对应处半径
内圆角半径：R=（2-3）r
为便于选择标准刀具，圆角半径应按下列标准选定：1、1.5、2mm、…、30mm等
5 冲孔连皮
模锻不能直接锻出通孔，所以，在设计热锻件图时，必需在孔内保留一层连皮，然后在切边压力机上冲除掉。
问题：
过薄，锻不足并要求较大打击力，模具凸出部分加速磨损或打塌；
过厚，冲除连皮困难，锻件形状走样，浪费金属。

6 技术条件

锻件图
带连皮锻件，不需绘出连皮形状和尺寸，因为在检验用锻件图上连皮已经切除。
零件图关键轮廓线应用点划线在锻件图上表示出来，便于了解各部分加工余量是否满足要求。
凡在锻件图上无法表示相关锻件质量及其它检验要求，均列于技术条件说明中。
通常技术条件包含以下内容：
1）未注明模锻斜度和圆角半径；
2）许可错移量和残余飞边宽度；
3）许可表面缺点深度；
4）表面清理方法；
5）锻后热处理方法及硬度要求；
6）需要取样进行金相组织检验和力学性能检测时，应在锻件图上注明取样位置。
第三节 开式模锻变形特征及终锻和预锻模膛设计
一、开式模锻变形特征
开式模锻时变形金属流动不完全受模腔限制，多出金属会沿垂直于作用力方向流动形成飞边。伴随作用力增大，飞边减薄，温度降低，金属由飞边向外流动受阻，最终迫使金属充满型槽。
1 开式模锻变形特征
四个阶段：镦粗变形、形成飞边、充满模膛、打靠。

2 飞边槽作用
（1）造成足够大横向阻力，迫使金属充满模膛；
（2）容纳毛坯上多出金属，起赔偿和调整作用；
（3）对于锤类设备上模锻，可缓冲模具撞击，提升锻模寿命。
二、终锻模膛设计
终锻模膛是用于锻件最终成形，它是由按热锻件图加工制造模膛和模膛周围飞边槽所组成。为便于操作，通常还设有钳口。
1 热锻件图设计
热锻件图设计是以冷锻件图为依据，考虑到金属有冷缩现象，热锻件图上全部尺寸应计入收缩率：
，是冷锻件图尺寸，是终锻温度下金属收缩率。
多种合金收缩率：钢为0.8-1.5%，不锈钢1.0-1.8%，钛合金0.5-0.9%等。
对薄而宽或细而长锻件，在模具中冷却快，或打击次数多而使终锻温度较低，其收缩率应合适减小。
当需要计入模具收缩率时（如用高温合金作模具等温模锻钛合金），可按下式计算锻件收缩率：

热锻件图形状和冷锻件图通常相同，有时为确保锻件成形质量，许可热锻件图上部分部位和冷锻件图有所差异，这时应按具体情况进行具体处理。
热锻件图在高度方向尺寸标注是以分模面为基准，方便于锻模机械加工和准备样板。
2 飞边槽设计
飞边槽结构形式—桥部和仓部

飞边槽关键尺寸是桥部高度h、宽度b及入口圆角半径r
怎样影响？
飞边槽尺寸确实定——吨位法；计算法

3 钳口设计——终锻模膛和预锻模膛前段留下凹腔。
作用？
（1）用来容纳夹持毛坯夹钳和便于从型槽中取出锻件；
（2）作为浇注检验时用铅或金属盐样件浇道。
三、预锻模膛设计
预锻模膛关键目标：
在终锻前深入分配金属。分配金属是为了：确保金属无缺点流动，易于充满模膛；降低材料流向毛边槽损失；降低终锻模膛磨损；取得所期望金属流线和便于控制锻件力学性能。
不利影响：轻易形成偏心打击，影响锤杆寿命，轻易使上下模错移，增大模块尺寸，降低生产率。
预锻模膛是以终锻模膛或热锻件图为基础进行设计。
设计标准：经预锻模膛成形毛坯，在终锻模膛中成形时金属变形均匀，充填性好，产生毛边最小。须具体考虑以下问题：
1 预锻模膛宽和高

当预锻后毛坯在终锻模膛中是以镦粗方法成形时，预锻模膛高度尺寸应比终锻模膛大2-5mm，宽度则比终锻模膛小1-2mm，预锻模膛横截面积A预应比终锻模膛对应处截面积A终大1-3%，或按下式计算

若经预锻毛坯在终锻模膛中是以压入方法成形，则预锻模膛高度尺寸应略小于终锻模膛高度尺寸，即。若高宽比较大，取小系数；反之，取大系数。顶部宽度相同，。
由此可见，当预锻模膛和终锻模膛肋顶相等而模锻斜度又相同时，则肋根部宽度。经预锻毛坯在肋部横截面积小于终锻模膛对应处截面积，为使终锻时肋部顺利成形，应合适加大底部圆角半径。
2 预锻模膛斜度、圆角半径及出模斜度
通常和终锻模膛相同。
预锻模膛周围不设飞边槽，而是在模膛分模面转角处用较大圆弧；模膛内圆角半径比终锻模膛对应处稍大。增大肋根部圆角半径目标是减小金属流动阻力，促进预锻件成形，同时也能赔偿终锻时金属不足，还能够预防产生折叠。此凸圆角半径可按
C——修正量
横截面积发生忽然改变锻件，预锻模膛在水平面上拐角处圆角半径应合适加大，使毛坯变形逐步过渡，以避免预锻和终锻时产生折叠。
3 带枝芽锻件便于金属流入枝芽处，预锻模膛枝芽形状可简化
和枝芽连接圆角半径合适增大，必需时在分模面上增设阻尼沟，以增大金属流向飞边阻力。

4 叉形锻件预锻模膛设计
劈料台

5 H型截面锻件预锻模膛设计

上次课程回顾：
第二节 锻件分类及锻件图设计
一、锻件分类
二、表示模锻件复杂程度参数
三、锻件图设计
第三节 开式模锻变形特征及终锻和预锻模膛设计
一、开式模锻变形特征
二、终锻模膛设计
三、预锻模膛设计
问题？
1 确定分型面基础标准及具体标准是什么？
2 试述冷锻件图和热锻件图作用及说明二者间关系。
3 试分析开式模锻变形过程，并说明飞边槽作用。
4 试述采取预锻模膛作用。
1 确定分型面基础标准及具体标准是什么？
确定分模面位置最基础标准是：
确保锻件形状尽可能和零件形状相同，轻易从模腔中取出；另外，应争取取得镦粗成形。
为了提升锻件质量和生产过程稳定性，除满足上述分模标准外，确定开式模锻件分模位置还应考虑下列要求：
（1）易于发觉上下模腔相对错移；
（2）尽可能选择直线分模，使模锻加工简单。但对头部尺寸较大、且上下不对称锻件，则宜用折线分模，以利充满成形；
（3）对圆饼类锻件，当H≤D时，宜取径向分模，而不取轴向分模；
（4）应确保锻件有合理金属流线分布。
2 试述冷锻件图和热锻件图作用及说明二者间关系。
冷锻件图用于最终锻件检验和热锻件图设计；
热锻件图用于锻模设计和加工制造。
冷锻件图依据零件图设计，热锻件图依据冷锻件图设计，即热锻件图尺寸，是冷锻件图尺寸，是终锻温度下金属收缩率。
热锻件图形状和冷锻件图通常相同，有时为确保锻件成形质量，许可热锻件图上部分部位和冷锻件图有所差异。
3 试分析开式模锻变形过程，并说明飞边槽作用。
1 开式模锻变形特征
开始模锻变形过程分为四个阶段：镦粗变形、形成飞边、充满模膛、打靠，以下图所表示。

飞边槽作用
（1）造成足够大横向阻力，迫使金属充满模膛。
（2）容纳毛坯上多出金属，起赔偿和调整作用。
（3）对于锤类设备上模锻，可缓冲模具撞击，提升锻模寿命。
4 试述采取预锻模膛作用。
（1）确保金属无缺点流动，易于充满模膛；
（2）降低材料流向毛边槽损失；
（3）降低终锻模膛磨损；
（4）取得所期望金属流线和便于控制锻件力学性能。
第四节 制坯工步选择及模膛设计
一、圆饼类锻件制坯工步选择
圆饼类锻件通常使用镦粗制坯，形状复杂宜用成形镦粗制坯。
制坯目标是为了避免终锻时产生折叠，还兼有除去氧化皮从而提升锻件表面质量和提升锻件寿命作用。
确定盘形锻件中间毛坯尺寸时，应选择合适直径d和高度h，不然会影响锻件成形效果，还可能出现充填不满或产生环状裂纹。
比如：
铸造套环类锻件

，即
对于齿轮类锻件，中间毛坯尺寸应视轮毂高度尺寸大小分两种情况确定：
1 轮毂较矮锻件：

2 轮毂较高锻件：

3 对于轮毂高且有内孔锻件：；；

二、长轴类锻件制坯工步选择
1 长轴类锻件制坯工步
长轴类锻件成形通常要采取拔长、滚挤、弯曲、卡压、成形等制坯工步，和预锻、终锻和切断工步。
直长轴类锻件：拔长、滚挤、卡压、成形等。
弯曲类锻件：增加弯曲工步。
带枝芽长轴件：增加成形工步。
叉形类锻件：增加预锻工步。

长轴类锻件制坯工步依据锻件轴向横截面积改变特点，使毛坯在终锻前金属体积分布和锻件要求相一致来确定。其中，拔长、滚挤、卡压三种制坯工步可用经验计算法即计算毛坯为基础，参考经验图表资料及具体生产情况定量地加以确定。
2 计算毛坯
计算毛坯：长轴类锻件终锻前，最好将原毛坯沿轴向预制成各截面面积等于带飞边锻件对应截面积中间毛坯，以确保终锻时锻件各处充填饱满，且飞边均匀，从而节省金属，减轻锻模模膛磨损，按上述要求计算毛坯称为计算毛坯。
计算毛坯包含锻件主视图、计算毛坯截面图和直径图
作为计算毛坯依据是，假定轴类锻件在模锻时属平面应变状态，所以计算毛坯长度和锻件长度相等，而轴向各截面面积应和锻件上对应截面面积和飞边截面面积之和相等，即
充满系数，形状简单锻件取0.3-0.5，形状复杂取0.5-0.8，常取0.7。
计算毛坯截面图和直径图具体作法步骤以下：7步

弯曲轴线类锻件，应先将轴线展开成直线，然后作计算毛坯图，对曲率半径较大自由弯曲件，应从锻件图上厚度内侧1/3处作中性线使之展直。
3 计算繁重系数
长轴类锻件终锻前，需要将等截面原材料预制成计算毛坯形状，所以要采取适宜制坯工步，如拔长、滚挤、卡压等，方便将杆部多出金属转移到头部，转移金属量多少和下列繁重系数相关。
金属流向头部繁重系数；
金属沿轴向流动繁重系数；
计算毛坯杆部锥度。
繁重系数代表了制坯时需转移金属量多少、金属转移难易程度。

长轴类锻件制坯工步选择表三、制坯模膛设计
多种制坯工步全部要经过对应模膛完成，所以，在确定了模锻工序工步方案后，另一关键任务就是设计制坯模膛。
1 拔长工步模膛
拔长模膛关键作用是使毛坯局部截面积减小，长度增加。若是第一道变形工序，还兼有清除氧化皮作用。

拔长模膛结构
拔长模膛位置设置在模块边缘，有坎部、仓部和钳口三部分组成。拔长模膛有开式和闭式两种。按在模块上排列方法可分为直排和斜排式两种。
拔长模膛尺寸计算
2 滚挤工步模膛
滚挤模膛用来减小毛坯局部横截面积，增大另一部分横截面积，使毛坯沿轴向体积分符合累计算毛坯要求。它对毛坯有少许拔长作用，兼有滚光和去除氧化皮功效。

滚挤模膛结构形式
滚挤模膛可认为是由钳口、本体和飞边槽三部分组成。滚挤模膛分开式、闭式和非对称三种结构形式
滚挤模膛尺寸计算
3 镦粗台和压扁台设计
压扁台适适用于锻件平面近似矩形情况，镦粗台适适用于圆饼类锻件。

第五节 锻模结构设计
不一样锻模设备，其结构和工作特征各不相同，所以对应锻模结构也有差异。
锻模结构设计任务关键是处理生产一个锻件所采取各工步模膛在模块上合理布排，模膛之间和模膛至模块边缘壁厚，模块尺寸、质量、纤维方向要求，和平衡错移力扣锁形式。
一、锤锻模结构设计

1 模膛部署
部署标准及方法
1）锻模上无预锻模膛时，终锻模膛中心应和锻模中心重合。
2）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两旁，并同时在键槽中心线上。

对变形抗力不均匀锻件
3）制坯模膛部署
第一道制坯工步应该安排在吹风管对面，以避免氧化皮落在终锻模膛里。
2 模膛间壁厚
模膛间壁厚：模膛至模块边缘距离或模膛之间距离称为模膛间壁厚。
手册
3 错移力平衡和锁扣设计
当锻件分型面为斜面、曲面或打击中心和模膛中心偏移量较大时，模锻过程中将产生水平分力，从而引发上下模错移。这不仅是给锻件带来错移、影响尺寸精度和加工余量，而且还加速锻锤导轨磨损和锤杆过早折断，所以要在锻模上设计锁扣来平衡这种水平错移力。
锁扣就是在上模某个位置做出凸台，在下模对应位置凹进，凸出面和凹进面有一定斜度和间隙附加部分。
4 模块尺寸及要求
模块尺寸除和模膛数、模膛尺寸、排列方法、模膛间最小壁厚相关外，还须考虑下列问题：
（1）承击面：承击面是锻锤空击时上下模快实际接触面积。
（2）锻模高度：依据模膛最大深度和锤锻最小闭合高度确定
（3）模块铸造要求：要求铸造比达成3以上，应打坏铸造组织、碳化物及夹杂，锻合空洞，增加致密度。锻模纤维方向正确安排是：对于长轴类锻件，模块纤维方向和燕尾方向一致；对于圆饼类锻件，应和键槽方向一致。
二、热模锻压力机锻模结构设计
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。
1 工步图及工步设计
工步图：用来表示毛坯在制坯和模锻过程中应含有形状和尺寸。
工步设计：确定这些工步图过程。
热模锻压力机上最常见变形工步：镦粗、压挤、弯曲、挤压、预锻及终锻。
1）终锻工步设计
关键是设计热锻件图和确定飞边槽形式和尺寸。

2）预锻工步设计
预锻工步设计总标准是：使预锻后坯件在终锻模膛里尽可能以镦粗方法成形。

2 锻模结构设计特点

三、螺旋压力机上模锻锻模设计特点
螺旋压力机结构性能介于模锻锤和热模锻压力机之间，工艺应用面宽，锻模结构也介于二者之间，其设计标准和方法和前二者基础相同，但也有不一样之处。

四、切边和冲孔模设计
飞边—连皮，锻后通常在切边压力机上切掉飞边和冲掉连皮。

上次课程回顾：
第四节 制坯工步选择及模膛设计
一、圆饼类锻件制坯工步选择
二、长轴类锻件制坯工步选择
三、制坯模膛设计
第五节 锻模结构设计
一、锤锻模结构设计
二、热模锻压力机锻模结构设计
三、螺旋压力机上模锻锻模设计特点
四、切边和冲孔模设计
问题？
1 什么叫计算毛坯？
2 长轴类锻件制坯工步有哪些？

1 什么叫计算毛坯？
计算毛坯：长轴类锻件终锻前，最好将原毛坯沿轴向预制成各截面面积等于带飞边锻件对应截面积中间毛坯，以确保终锻时锻件各处充填饱满，且飞边均匀，从而节省金属，减轻锻模模膛磨损，按上述要求计算毛坯称为计算毛坯。
2 长轴类锻件制坯工步有哪些？
长轴类锻件成形通常要采取拔长、滚挤、弯曲、卡压、成形等制坯工步，和预锻、终锻和切断工步。
第六节 闭式模锻工艺及模具设计特点
一、闭式模锻工艺特点

闭式模锻优点：
锻件几乎不产生飞边，模锻斜度更小甚至为零，若用可分凹模闭式模锻还可锻出垂直于锻击方向孔或凹坑，材料利用率平均提升20%左右；变形金属处于愈加强大三向压力状态，有利于提升金属材料塑形和产品力学性能；可分凹模闭式模锻常常可降低甚至取消制坯工步，省去切边和辅助工序，生产率平均可提升25-50%。
闭式模锻关键问题：
对于部分大中型锻件模具寿命低。
发展趋势：
发展快、应用广。
闭式模锻分为整体凹模和可分凹模。
可分凹模模锻关键沿着两条技术路线发展：一是由通用模架和可更换凸、凹模镶块组成可分凹模组合结构，安装在通用锻压设备（热模锻压力机或一般曲柄压力机、液压机和螺旋压力机）上使用，实现部分小型锻件可分凹模模锻；二是采取专用设备（机械式、液压式或机械-液压联合式多向模锻压力机），实现多种复杂锻件多向闭式模锻。
二、常见闭式模锻锻件及成形工步选择
1 饼盘类锻件
2 法兰凸缘类锻件
3 轴杆类锻件
4 杯筒类锻件
5 枝芽类锻件
6 叉形类锻件
前4类属于旋转体，后2类属于非旋转体。

三、闭式模锻变形过程及目模锻力计算
1 闭式模锻变形过程
闭式模锻按变形金属充满模膛方法可分为镦粗式和镦粗压入式2类
（1）镦粗式闭式模锻变形过程

镦粗阶段、充满角隙极端挤出端部飞边阶段
（2）镦粗压入式模锻变形过程

2 闭式模锻力计算
例：回转体闭式镦粗模锻力
（1）端部不出现飞边时单位压力

（2）端部出现纵向飞边时单位压力

四、闭式模锻模具设计特点
设计闭式模锻模具时，应依据锻件图、工艺参数、金属流动分析、变形力和功计算、设备参数和模具受力等情况，确定以下内容：
1 模具工作零件结构、材料、硬度并核实其强度；
2 从模膛中快速取出锻件方法；
3 确定多出金属分流降压腔位置、形状和尺寸；
4 模具整体结构设计和零件设计。
1 模具类型
（1）按模锻设备分类
锤用锻模、螺旋压力机锻模、机械压力机（热模锻压力机、曲柄压力机）用锻模、液压机用锻模和高速锤用锻模。

（2）按凹模结构分类：整体凹模和可分凹模。

水平分模 垂直分模 混合分模
2 减小模膛工作压力设想和分流降压腔设计
（1）减小模膛工作压力设想
模锻时工作压力关键包含材料理想变形抗力和摩擦阻力。
理想变形抗力
锻件名义流动应力，相对面积缩减率

在闭式模锻行程末了，其，当工作压力无限增加时，变形金属液不可能完全充满模膛。假如在和锻件很关键部位对应模膛设置一溢流口，当模膛完全充满时，就可避免工作压力急剧增高。这不仅有利于减轻模膛负荷，提升模具使用寿命，而且还有利于降低下料精度苛刻要求。
（2）分流降压腔设计
1）分流降压腔设置标准
①分流降压腔位置应选择在模膛最终充满部位，确保模膛完全充满后多出金属才分流；
②多出金属分流时在模膛内所产生压力比模膛刚充满时所产生压力没有增加或增加很小，以免增加总模锻力和加紧模膛磨损。
2）多个经典分流降压腔设计

在毛坯上预留分流孔或形成减压轴 端部轴向分流孔

带凸台铸造和通常镦粗时应力分布比较

3 影响闭式模锻件尺寸精度关键原因及模膛尺寸计算
（1）影响精密模锻件尺寸精度关键原因
1）毛坯体积波动；
2）模膛尺寸精度和磨损；
3）模具温度和锻件温度波动；
4）锻件高度尺寸改变同多种影响原因关系。
（2）模膛尺寸计算
终锻模膛尺寸根据热锻件图确定。因为仅考虑了锻件冷却收缩，而不考虑其它原因，所以锻件公差较大。对于精度要求较高精密模锻件，应综合考虑多种原因影响，合理地确定模膛尺寸。
4 模具设计特点
闭式模锻包含整体凹模和可分凹模，除了和一般锻模设计共性外，还需注意以下特点：
（1）在凹模上必需设置分流降压腔；
（2）有深凹穴且形状复杂模膛部署；
（3）应有足够凹模夹紧力—可分凹模夹紧力必需大于或等于模锻时变形金属在分型面上产生张模力，预防变形金属流入分型面而形成飞边；
（4）有可靠推出装置；
（5）模具上应设置导向装置。
第七节 精密模锻工艺特点及应用
精密模锻：热模锻和精压工艺结合铸造方法，用于铸造难以切削加工、使用性能要求高零件。
一、精密模锻工艺特点
和一般模锻相比：机械加工余量少甚至为零；尺寸精度高，其尺寸公差通常仅为一般模锻公差二分之一，甚至更小；表面质量好，其表面粗糙度值较低，表面凹坑等缺点和切边后留下残余飞边宽度限制更严格。
和切削加工相比：锻件毛坯形状和尺寸和成品零件靠近甚至完全一致，材料利用率高；金属纤维分布于零件形状一致，零件力学性能有较大提升。
二、精密模锻应用
1 精化毛坯
利用精锻工艺替换粗切削加工工序，将精密模锻件直接进行精加工二得到成品零件，如齿轮坯、叶片、小型连杆、管接头、中小型阀体、中小型万向节叉、十字轴、轿车等速万向节零件等，是现在关键应用方面。
2 复杂零件敬慕模锻净成形
经过精密模锻直接取得成品零件要求，而其它部分仅留少许加工余量，然后经过切削加工达成最终要求，如齿轮齿形部分、叶片叶身等直接精锻成形或仅留抛光余量，而花键、叶根等仍采取切削加工，达成产品要求。
这种精密模锻和切削加工相结合方法，其应用越来越广泛精密模锻工艺发展趋势是由（接）近形向净形发展。

行星齿轮开式精密模具 锥齿轮闭式精密模具
锻焊组合工艺

习题
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