模具第六章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,锻压：自由锻,模锻,自由锻：简单成形（改形）,改性,制坯,模锻：开式模锻,闭式模锻（精密锻造）,6,锻压成形与模具,6.1,概 述,6.1.1,锻造工艺的分类,6,锻压成形与模具,6.1.2,自由锻工艺,在压力机、锻锤上进行变形，主要由锻工的操作来控制变形量和金属流动方向，可以获得各种不同的简单外形的零件、毛坯以及对金属进行改性。,自由锻工艺所研究的主要内容包括锻件的成形规律和提高锻件质量两个方面。,自由锻工艺不需要或只要简易的模具,6,锻压成形与模具,6.1.2,自由锻工艺,1,、自由锻成形,自由锻成形工艺主要有：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转等。,镦粗：,在平砧上利用锻压设备提供的打击力使金属在横向尺寸上变粗的工艺过程。主要用于改变毛坯结构和尺寸，可以获得高（长）径比很小的饼状类零件，为后续加工提供合适的毛坯。,6,锻压成形与模具,镦粗：,有平砧镦粗、垫环镦粗和局部镦粗。,6,锻压成形与模具,拔长：,在平砧上利用锻压设备提供的打击力使金属在纵向尺寸上变长的工艺过程。主要用于改变毛坯结构和尺寸，可以获得长径比很大的细长类零件，为后续加工提供合适的毛坯。,6,锻压成形与模具,主要工艺参数：镦粗比和拔长比。,镦粗比：,拔长比：,为了获得高质量的锻件，要合理控制这两个工艺参数。,6,锻压成形与模具,2自由锻改性,对于像高速钢、,Cr12,系列等高合金钢，含有大量的高熔点（难熔化合物）碳化物。而碳化物的形态和分布又对钢的性能有决定性的影响。对这一类钢或合金，只有通过锻打的方法来改善钢中碳化物的形态和分布。,这一工艺可以称为,改锻,，也称为,“,十字锻造,”,。,为了获得高质量的锻件，一定要轻打快打。,6,锻压成形与模具,为了获得高质量的锻件，一定要轻打快打。,6,锻压成形与模具,3,、锻造加热温度及其加热方法,锻造时为了保证金属有足够的塑性流动性，必须加热到钢的奥氏体区，单相区加热，锻打。,加热的最高温度称为上限温度，锻打时允许的最低温度称为下限温度。,加热方法：火焰加热，电加热，感应加热。,加热时的缺陷：氧化、脱碳；,过热、过烧。,Q1,：为什么要在单相区加热，双相区加热会有什么问题？,碳钢的锻造温度范围,6.1.3,模锻工艺过程 模锻工序流程：,6,锻压成形与模具,6,锻压成形与模具,6.1.4,模锻件的金属组织特点,（）模锻件金属组织的特点,a,改善流线分布,模锻不能消除流线，只能改变流线的分布。,6,锻压成形与模具,6.1.4,模锻件的金属组织特点,（）模锻件金属组织的特点,b,消除或改善带状显微组织,模锻后再进行热处理（如正火,+,回火），带状组织可以得到较大程度的改善，甚至可以消除。,c,模锻件的晶粒度,对于一般模锻件，由于模锻的实际终锻温度较高（可达,1000,1050,C,或更高些），而且由于模锻的不均匀变形的影响，晶粒度通常是较粗大且不均匀的。,6,锻压成形与模具,6.1.4,模锻件的金属组织特点,（,2,）,液态模锻,件金属组织的特点,液态模锻件的金属组织没有铸造组织的特征（如疏松、树枝状结晶等），但也不象一般模锻件那样有明显的流线。其强度与一般模锻件相同，塑性低于一般模锻件，但高于铸件。,6,锻压成形与模具,6.1.4,模锻件的金属组织特点,（,3,）形变热处理,形变热处理工艺过程将,加工再结晶,与,相变重结晶,有机,地结合在一个过程中。特点是在奥氏体开始转变之前完成塑性变形加工。,a,等温温锻,只适用于奥氏体中温转变孕育期较长的合金钢，钢中Cr,、,W,、,Ni,、,Mo,、,V,等元素的总含量约在,3,5%,左右。,等温温锻的工艺过程：将坯料加热到奥氏体温度以上，使坯料组织完全奥氏体化，空冷到温锻温度（,500,550,C,左右），然后在此温度下进行变形加工（锻造、模锻或挤压），加工后立即淬火，最后回火。,6,锻压成形与模具,6.1.4,模锻件的金属组织特点,影响等温热锻后材料机械性能的主要工艺因素是锻造温度、锻造变形程度和锻后淬火前的间隔时间。,b,等温热锻,等温热锻是在模锻后直接进行淬火和回火，因此不仅适用于合金钢，也可用于奥氏体孕育期短的碳钢。锻造后直接淬火的应用，有时目的是利用余热简化工序，也称为余热淬火。,等温锻造的锻件与一般调质处理的模锻件机械性能的差别，是两种锻件金属组织差别的反映。等温锻造锻件的金属组织特点，主要表现在超显微组织（放大,1000,倍以上）上晶粒内嵌镶块的细化和增多，此外还有形成锯齿状奥氏体晶界及马氏体的细化。,6,锻压成形与模具,6.1.5,模锻件的工艺性分类,、短轴线类,、长轴线类,、短轴线类,锻件的主轴线尺寸小于或略等于其他两个方向的尺寸，变形工序的锻击方向一般也是与主轴线方向相一致的。由于锻件的几何形状一般都是对称于主轴线，在变形工序中，也应保持对称于主轴线的变形，所以又可称为轴对称类锻件,按其断面几何形状的复杂程度，可分为三组：,一组（简单形状）：如法兰、筒、环、无薄幅板齿轮等。,二组（较复杂形状）：如十字轴，有薄幅板齿轮等。,三组（复杂形状）：如万向节叉、有深孔的突缘等。,6,锻压成形与模具,6,锻压成形与模具,6.1.5,模锻件的工艺性分类,、短轴线类,、长轴线类,、长轴线类,锻件的主轴线尺寸大于其他两个方向的尺寸，变形工序的锻击方向一般垂直于主轴线。由于在模锻工步时，金属沿主轴线基本上没有流动，所以又可称为平面变形类。,按锻件平面图的几何形状特征，也可分为三组：,一组（长直轴线）：如轴、连杆等。,二组（弯曲轴线或带枝芽的）：如曲轴、离合杆等。,三组（带叉的）：如变速叉、万向节轴、连杆等。,6,锻压成形与模具,6,锻压成形与模具,、复合类型的锻件,兼有上述两类锻件的特征。,一种、具有粗大头部的长轴线类锻件：,此类锻件一般是采用复合模般工艺，即先按长轴线类锻件进行模锻，然后再局部模锻头部。此类锻件的杆部一般都是变断面的或非圆断面的。,6,锻压成形与模具,、复合类型的锻件,兼有上述两类锻件的特征。,二种、具有等圆断面细长杆部的短轴线类锻件：此类锻件具有一段可不变形的等圆断面的杆部，仅从头部的几何形状来看，具有短轴线类的特征。,6,锻压成形与模具,6.2,开式模锻工序分析,6.2.1,开式模锻过程金属流动特性,金属流动（变形）过程,自由变形阶段,H,；,形成飞边和充满型槽阶段,H,；,锻足阶段,H,。,6,锻压成形与模具,改善开式模锻变形过程的基本原则扩大,H,，,缩短,H,，,保证必须的小的,H,。,6,锻压成形与模具,6.2.2,设备工作特性对变形过程的影响,开式模锻制订工艺时必须结合所用的模锻设备特性,6,锻压成形与模具,设备类型或模锻方法,模锻锤,螺旋压机,胎膜锻,锻压机,液压机,工作速度（,m/s,）,68,13,68,0.5(0.25)0,0.01,0.1,锤击次数,多击,（,3,5,击）,可,多击,（,2,3,击）,多击,单击,低速持压,充满形槽,能力,好,较好,尚好,差,很差,各类模锻设备充满形槽能力比较,锤模锻：,良好的充填能力。,上模形槽较下模形槽更容易充填。,先轻击后重击。,6,锻压成形与模具,锻压机模锻：,横向挤出飞边倾向大，充满形槽能力较差。,上下模充填能力基本相同。,单次打击，必须到位。,6,锻压成形与模具,螺旋压力机模锻：,充填能力接近锻锤。机械可控，噪音小，污染少。,6,锻压成形与模具,6.2.3,飞边槽的作用及结构设计,飞边,与,飞边槽,容纳部分金属并具有足够的阻流作用的锻件以外的形槽，形成的这一部分金属即为飞边,6,锻压成形与模具,飞边槽的结构,桥部：阻流作用,仓部：容纳金属,基本结构：,6,锻压成形与模具,飞边槽参数设计：,b,/,h,飞,，,h,飞,。,飞边槽参数：,b,/,h,飞,，,h,飞,。,6,锻压成形与模具,飞边槽基本形式结构参数设计计算：,6,锻压成形与模具,（mm）,式中F,锻,锻件平面图的投影面积，（,mm,2,）,考虑设备类型的系数：对于锤和锻压机,对于摩擦压力机,。,表选,6,锻压成形与模具,6.3,闭式模锻工序的分析,节约原材料，省功节能。零件形状限制,短轴类，轴对称（十字节）,管接头、十字轴、圆锥齿轮、直齿圆柱齿轮、电机极爪、连轴节、万向节叉、链轮等，精密连杆,6,锻压成形与模具,成型过程的分析,毛坯形状和尺寸，收缩系数不同于一般的热胀冷缩,成型过程的模拟（,CAD/CAM,一体化技术）,闭式模锻变形过程：,基本成形阶段,H,，,充满阶段,H,，,形成纵向飞刺阶段,H,。,6,锻压成形与模具,a,闭式模锻变形过程宜在形成纵向飞刺之前结束，应该允许在分模处有少量的充不满，若形成纵向飞刺也只能允许很小的高度。,6,锻压成形与模具,b,型槽的受力状况与锻件的,/,有关，,/,越小，型槽受力状况越好，因此，,/,越小的锻件，更适宜采用闭式模锻。,c,金属分布的均匀性决定于基本成形阶段。为了防止一边已形成飞刺，另一边尚未完成基本成形，要求坯料金属分布均匀，在型槽中稳妥定位，并且要避免在变形时偏心流动。对于局部镦锻成形的锻件，为了防止纵弯引起偏心流动，要求坯料变形部分的高径比,H,0,/D,0,，,在单纯局部镦粗成形时,H,0,/D,0,1.4,；,冲孔成形时,H,0,/D,0,0.9,1.1,。,6,锻压成形与模具,d,镦锻成形的闭式模锻宜在一次工作行程中连续完成，这样有利于型槽充满和改善锻模的受力状况，尤其是工作速度较高的设备。,6.4,锻件图制定与终锻型槽设计,锻件图分为冷锻件图和热锻件图。,6,锻压成形与模具,冷锻件图（锻件图）,供最终检验冷态锻件成品是否合格的技术文件。,热锻件图（制模用锻件图）,终锻型槽图（二者一凸一凹），供制造和检验终锻型槽使用。,常啮合齿轮的零件图,常啮合齿轮冷锻件图,常啮合齿轮热锻件图,考虑,产品零件的技术经济要求（尺寸精度、内部质量、批量等等）,6,锻压成形与模具,模锻工艺技术上的可能性和经济上的合理性。,机械加工等后续加工工艺对锻件的要求（如加工余量、定位基准、硬度等）。,确定模锻工艺的初步方案；模锻设备类型；模锻方式；大致的工艺流程等等。,6.4.1,制定锻件图,制定锻件图主要包括以下具体内容：,确定锻件的分模位置；,确定敷料、余量和公差；,确定模锻斜度；,确定圆角半径；,确定冲孔连皮；,绘制锻件图；,确定锻件的技术条件,6,锻压成形与模具,（,1,）,分模位置,确定锻件的分模位置也就是确定模锻型槽的分模面。型槽分模面表现在锻件分模位置上是一条封闭的锻件外轮廓线。,确定锻件分模位置最基本的原则是保证型槽能分开，保证锻件能从型槽中取出。,6,锻压成形与模具,（,2,）,敷料、余量和公差,零件上某些不便于终锻成形的部位（如齿轮的齿间部位、轴上的键槽和退刀槽等），可以加上敷料，简化锻件形状。6,锻压成形与模具,锻件的实际尺寸由于型槽的磨损、冷缩不均、少量的未充满和锻不足等等原因，总是与锻件图的公称尺寸有一定偏差的。因此，应规定实际尺寸与公称尺寸正负偏差的允许值，即锻件尺寸的公差。,锻件上凡是要机械加工的部位，都应给以加工余量。余量的大小决定于机械加工的要求（与零件形状和尺寸、加工精度等有关，同时又受模锻工艺所能达到的锻件公差的影响）。,敷料、余量和公差,（,3,）,模锻斜度,锻件在模锻型槽里成形后，由于模壁的弹性回复而夹紧锻件。为了便于将锻件从型槽中取出，就必须把型槽模壁做成一定的斜度,，模锻好的锻件侧面也具有相同斜度，称为模锻斜度。,6,锻压成形与模具,影响模锻斜度数值的因素a,模锻设备的类型 热模锻压机、摩擦压机有顶出装置，锻件的模锻斜度比锤上的小。,b,锻件的形状尺寸 对于型槽窄而深的部分，应采用较大的斜度；反之，对于浅而宽的部分，应采用较小的斜度。,c,斜度的位置 锻件在冷缩时，外壁趋向离开模壁，而内壁则包住型槽凸出部分，所以内模锻斜度应比外模锻斜度大一级（,2,3,）。,d,锻件的材料 例如硬铝锻件的模锻斜度只需钢锻件的一半左右。,为了便于制模时采用标准刀具，模锻斜度应按标准系列（,30,、,1,、,1,30,、,3,、,5,、,7,、,10,、,12,）选取。,6,锻压成形与模具,（,4,）,圆角半径,由于金属在型槽里流动和模具强度等方面的需要，锻件上凡是面与面相交的地方，都不允许有尖角，必须成圆角。锻件上凸角的圆角半径称外圆角半径,r,，,锻件上凹角的圆角半径称内圆角半径,。,6,锻压成形与模具,圆角半径的数值与锻件的形状、尺寸有关，深而窄的型槽金属充填较为困难，圆角半径应取较大的数值，反之，浅而宽的型槽可取较小的数值。,一余量,+,（,2,3,）,（,5,）,冲孔连皮,锻件在模锻时（冲孔）要得到透孔是不可能的，而只能锻成盲孔，中间留有一层金属，称为,连皮,。连皮应有合适的厚度,S,。,6,锻压成形与模具,太小,模锻冲孔时单位压力很大，冲头容易磨损或变形，在锻件上还会产生折纹。,太大,连皮浪费的金属增多，切除连皮所需力增大，锻件可能变形等。,（,5,）冲孔连皮,必须正确设计冲孔连皮的形状和尺寸。,6,锻压成形与模具,R,1,=,R,+0.1,h,+2,平底连皮,斜底连皮,带仓连皮,拱形连皮,6,锻压成形与模具,由作图决定,大于,100mm,的孔，一般都先冲出通孔然后再模锻,孔径较小而又较深，只压出凹坑，通孔在机械加工时获得,（,6,）,锻件图和锻件的技术条件,一般技术条件的内容：,（,a,）,锻件热处理的方式及硬度要求。对于重要锻件，锻件图上应指定硬度试验的位置，以便比较准确地测得锻件的硬度。,6,锻压成形与模具,（,b,）,表面清理的方法。,（,c,）,允许的表面缺陷。例如表面缺陷的深度、局部未充满的程度、对某些不重要的未充满部分允许焊补的规定，允许的残余飞边宽度等（可参考有关标准与规定）。,（,6,）,锻件图和锻件的技术条件,（,d,）,其他特殊要求。如上下模的错模量、锻件的同心度、弯曲度以及未注明园角半径、模锻斜度等（可参考有关标准与规定）。,6,锻压成形与模具,(e),规定的各种试验。如对重要锻件所要求的宏观纤维、金相组织、低倍试验和各种机械性能试验等，并指明取试样的位置。,6.4.2,热锻件图与终锻型槽设计,一般情况下，热锻件图的形状与锻件图完全相同,。,6,锻压成形与模具,具体情况，具体处理：,a,终锻型槽易磨损处，应在锻件负公差范围内，预先增加一磨损量，以提高型槽寿命。,b,下模型槽局部较深处，易于积聚氧化皮，致使锻件在该处“缺肉”，其热锻件图在这些部位应加深约,mm,。,c,当模锻设备吨位不足时，易产生模锻不足（打不靠），应使热锻件图高度尺寸比锻件图上相应高度减少一些，接近于负偏差（或更小一些），以抵消锻不足的影响。相反，设备吨位偏大，或锻模承击面不够，则分模面易下陷，此时热锻件图的高度尺寸，应接近于正偏差，以便在承击面下陷后还能锻出合格锻件。,6,锻压成形与模具,d,锻件的某些部位若在切边或冲孔时易产生变形或压塌，则在热锻件图上应考虑弥补量，以便锻件切边后符合锻件图要求。,钳口,终锻和预锻型槽前端留下的凹腔,6,锻压成形与模具,6.5,预 锻 型 槽 设 计,6,锻压成形与模具,6.5.1,预锻型槽的作用和选用,中间坯料先在预锻型槽里自由镦粗（模锻变形第,阶段），形成飞边和部分充满型槽（变形第,阶段的前期）后，再到终锻型槽里完全充满型槽（变形第,阶段的后期）并挤出多余金属（变形第,阶段）。,缺点：使终锻型槽产生偏心打击，上下模容易错模；增加了模块尺寸，有时甚至需要两套模具联合模锻，增加了设备数量；生产率有所降低。,预锻后的锻件易于充满终锻型槽，减轻终锻型槽的负担和磨损，从而提高锻模的寿命。对有些锻件，可以防止在锻件上产生折纹等缺陷，以改善金属在终锻型槽里的流动情况。,6.5.2,预锻型槽设计,预锻型槽应根据终锻型槽（热锻件图）并考虑有差异的地方来设计。,（,1,）,圆角半径,（,2,）,具有较高的凸起或筋的锻件,（,3,）,具有枝芽的锻件,（,4,）,断面尺寸突然变化的锻件,（,5,）,具有劈开叉形的锻件,（,6,）,具有工字形断面的锻件,6,锻压成形与模具,6,锻压成形与模具,劈料台的形式,断面尺寸突然变化,带枝芽锻件,终锻和预锻型槽的横断面,锻压机上模锻常啮合齿轮的变形工步图,6,锻压成形与模具,6.6,模锻前的制坯工序及制坯型槽设计,6.6.1,制坯工序的选择,任务,为模锻工序提供中间坯料，,消耗最少的金属和变形功，顺利充满终锻型槽，生产出质量好的模锻件。,选用制坯工序,根据生产批量、锻件质量等具体要求，综合分析金属消耗、模锻生产率、模具寿命等因素来合理确定。,制坯工序通常需要的时间比模锻工序多许多。,长轴线类锻件按平面变形要求中间坯料沿轴线合理分配金属并符合锻件平面图形状。,短轴线类锻件按轴对称变形要求中间坯料按锻件纵断面形状合理分配金属，并符合锻件平面图形状。,6,锻压成形与模具,6.6.2,弯曲、成形类制坯工序的选择和型槽设计,弯曲轴线和带技芽的锻件,。,弯曲轴线锻件采用弯曲工步，带枝芽的锻件采用成形工步。,非回转体短轴线类锻件，大多是经过成形工步（或称扣形）来制坯的。,6,锻压成形与模具,（,1,）,弯曲型槽设计,弯曲型槽主要用于改变坯料的轴线形状，金属轴向流动很小，操作时通常只打击次，然后翻转,90,放入模锻型槽。,a,型槽结构,b型槽尺寸,6,锻压成形与模具,（,2,）,成形型槽,通过局部转移金属来获得所需形状，因此金属流动量较大。,不对称式,及对称式,。,6,锻压成形与模具,6.6.3,拔长类制坯工序的选择和型槽设计,长轴线类的连杆、阶梯轴,。,金属沿横断面的流动阻力比沿轴向的阻力小很多，金属的变形基本上是沿宽度与高度方向流动，而沿轴向的流动很小，近似于平面变形的情况。,6,锻压成形与模具,（,1,）,计算坯料,合理的中间坯料形状、尺寸以及如何获得此中间坯料的方法。,a,计算坯料截面图和计算坯料图的绘制,6,锻压成形与模具,6,锻压成形与模具,6.7,锻模的结构设计,锤锻模的结构设计包括以下主要内容：,（,a,）,确定各型槽在模块上的位置；,（,b,）,确定锻模的结构，包括导锁及其型式的选用，镶块模的选用，模块尺寸的确定，锻模的合理紧固方式等；,（,c,）,确定锻模材料及制造锻模的技术要求。,6,锻压成形与模具,（,1,）,锤锻模的,合理紧固方式,锻模紧固部分,燕尾的尺寸应按模锻锤安模空间规格来确定，,6,锻压成形与模具,6,锻压成形与模具,锻模燕尾,打击中心,6,锻压成形与模具,1600KN,摩擦压机装模空间,6,锻压成形与模具,连杆模锻,6,锻压成形与模具,连,杆,模,锻,6,锻压成形与模具,