模具的成形設(shè)備及工藝基礎(chǔ)0001

1、單 元（章節(jié)）備 課 筆 記 首 頁 教 師 張 歡教 研 組 編寫日期 2011.6.21審批日期 教學內(nèi)容 第 2 章 模具的成形設(shè)備及工藝基礎(chǔ)總 課 時 2 目 的 要 求 ? 理解各種常用的模具成形設(shè)備的特點 ? 掌握各種成形設(shè)備的加工特點以及分類和組成 ? 了解各種典型成形設(shè)備的工作原理和選用原則 ? 掌握各種典型模具的計算方法以及其成形過程 ? 掌握各種典型的成形工藝 重 點 ? 各種成形設(shè)備的加工特點以及分類和組成 ? 各種典型模具的計算方法以及其成形過程 難 點 各種典型模具的計算方法以及其成形過程 章節(jié) 內(nèi)容 課時分配 第一節(jié) 沖壓成形設(shè)備及工藝 2 第二節(jié) 塑料成型設(shè)備及工

2、藝 第三節(jié) 模鍛成形設(shè)備及工藝 第四節(jié) 壓鑄成形設(shè)備及工藝 第五節(jié) 粉末冶金成形設(shè)備及工藝簡介 第六節(jié) 第七節(jié) 1 第八節(jié) 課時授課計劃 授課日期 班別 題目 第 2 章 模具的成形設(shè)備及工藝基礎(chǔ) 目 的 要 求 ? 理解各種常用的模具成形設(shè)備的特點 ? 掌握各種成形設(shè)備的加工特點以及分類和組成 ? 了解各種典型成形設(shè)備的工作原理和選用原則 ? 掌握各種典型模具的計算方法以及其成形過程 ? 掌握各種典型的成形工藝 重 點 ? 各種成形設(shè)備的加工特點以及分類和組成 ? 各種典型模具的計算方法以及其成形過程 難 點 各種典型模具的計算方法以及其成形過程 教具 課本 教 學 方 法 講授 報 書 設(shè)

3、 計 第 2 章 模具的成形設(shè)備及工藝基礎(chǔ) 第一節(jié) 沖壓成形設(shè)備及工藝 第二節(jié) 塑料成型設(shè)備及工藝 第三節(jié) 模鍛成形設(shè)備及工藝 第四節(jié) 壓鑄成形設(shè)備及工藝 第五節(jié) 粉末冶金成形設(shè)備及工藝簡介 3 教學過程： 復習： 1、復習模具的概念及分類 2、復習常用模具材料及熱處理 新課： 第 2 章 模具的成形設(shè)備及工藝基礎(chǔ) 第一節(jié) 沖壓成形設(shè)備及工藝 一、沖壓概念及其發(fā)展趨勢 1沖壓概念及特點 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使 其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓件或沖件）的一種壓力加 工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，而且主要采用板料來加工

4、 成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主 要方法之一，屬于材料成形工程技術(shù)。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具， 簡稱沖模。沖模是將材料 （金屬或非金屬） 批量加工成所需沖件的專用工具。 沖模在沖壓中至關(guān)重要， 沒有符合要求的沖模， 批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓 工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓的三要素，它們之間的相互關(guān)系，如 圖 2-1 所示。 沖壓與其他加工方法相比較，具有以下一些特點。 （1）在壓力機簡單沖擊下，能夠獲得其他的加工方法難以加工或無法加工的形 狀復雜的制件。 （2）加工的制件尺寸穩(wěn)定、互換性好。 （

5、3）材料的利用率高、廢料少，且加工后的制件強度高、剛度好、重量輕。 （ 4）操作簡單，生產(chǎn)過程易于實現(xiàn)機械化和自動化，生產(chǎn)效率高。 （5）在大批量生產(chǎn)的條件下，沖壓制件成本較低。 但由于模具制造周期長、費用高，因此，沖壓加工在小批量生產(chǎn)中受到一定 限制。 2沖壓發(fā)展趨勢 隨著科學技術(shù)的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新 設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其發(fā)展趨勢如 下。 （ 1）新理論和新工藝。 （2）新材料。 （3）自動化。 （4）標準化及專業(yè)化。 二、沖壓設(shè)備的分類、組成及典型設(shè)備工作原理 沖壓是利用壓力機和沖模對材料施加壓力，使其分離或產(chǎn)生塑性

6、變形，以獲 得一定形狀和尺寸的制品的一種少無切削加工工藝。 通常該加工方法在常溫下進 行，主要用于金屬板料成形加工，故又稱冷沖壓或板料成形。沖壓成形在較大批 量生產(chǎn)條件下，雖然設(shè)備和模具資金投入大， 生產(chǎn)要求高，但與其他加工方法 （如 鍛造、鑄造、焊接、機械切削加工等）相比較，具有很多優(yōu)點。 1沖壓設(shè)備的分類 沖壓成型設(shè)備的類型很多，以適應不同的沖壓工藝要求，在我國鍛壓機械的 8大類中，它就占了一半以上。沖壓設(shè)備的分類如下。 （ 1）按驅(qū)動滑塊的動力種類可分為： 機械的、液壓的、氣動的 。 （ 2）按滑塊的數(shù)量可分為： 單動的、雙動的、三動的 。 （ 3）按滑塊驅(qū)動機構(gòu)可分為： 曲柄式、肘桿式

7、、摩擦式 。 （ 4）按連桿數(shù)目可分為： 單連桿、雙連桿、四連桿 。 （5）按機身結(jié)構(gòu)可分為： 開式圖 2-3（a）、閉式圖 2-3（b）；單拉、雙拉 ； 可傾、不可傾 。 （6）開式壓力機又可分為 單柱圖 2-3（c）和雙柱 壓力機圖 2-3 （a）。 （ 7）開式壓力機按照工作臺結(jié)構(gòu)可分為： 傾斜式、固定式和升降臺式 圖 2-3 （d）。 2沖壓設(shè)備的代號 我國鍛壓機械的分類和代號，見表 2-1 。 表 2-1 鍛壓機械分類代號 序號 類別名稱 漢語簡稱及拼音 拼音代號 1 機械壓力機 機 ji J 2 液壓機 液 ye Y 3 自動鍛壓機 自 zi Z 4 錘 錘 chui C 5 鍛機

8、 鍛 duan D 6 剪切機 切 qie Q 7 彎曲校正機 彎 wan W 8 其他 他 ta T 按照鍛壓機械型號編制方法( JB/GQ200384)的規(guī)定，曲柄壓力機的型號 用漢語拼音字母、英文字母和數(shù)字表示。型號表示方法說明如下。 第一個字母 為類代號，用漢語拼音字母表示。 第二個字母 代表同一型號產(chǎn)品的變型順序號。 第三、第四個數(shù)字 分別為組、型代號。前面一個數(shù)字代表“組”，后一個數(shù) 字代表“型”。 最后一個字母 代表產(chǎn)品的重大改進順序號， 凡型號已確定的鍛壓機械，若結(jié) 構(gòu)和性能上與原產(chǎn)品有顯著不同，則稱為改進，用字母A、B、C 等表示。 有些鍛壓設(shè)備緊接組、型代號后面還有一個字母

9、，代表設(shè)備的通用特性，例 如 J21G20 中的“ G”代表“高速”； J92K 250中的“ K”代表“數(shù)控”。 例如： 型號為 JB2363A鍛壓機械的代號說明。 J 類代號，機械壓力機； B 同一型號產(chǎn)品的變型順序號，第二種變型； 2 組代號； 3 型代號； 63 主參數(shù)，公稱壓力為 630kN； A 產(chǎn)品重大改進順序號，第一次改進號。 3典型沖壓設(shè)備的組成及工作原理簡介 實際生產(chǎn)中，應用最廣泛的是曲柄壓力機、雙動拉深壓力機、螺旋壓力機和 液壓機等。 ( 1)曲柄壓力機的組成 。曲柄壓力機一般由工作機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、 能源系統(tǒng)和支承部件組成，此外還有各種輔助系統(tǒng)和附屬裝置，如潤滑

10、系統(tǒng)、頂 件裝置、保護裝置、滑塊平衡裝置、安全裝置等。 圖 2-4 壓力機運動原理圖 1電動機 2 小帶輪 3 大帶輪 4 中間傳動軸 5 小齒輪 6 大齒輪 7離合器 8 機身 9 曲軸 10 制動器 11 連桿 12 滑塊 13 上模 14下模 15 墊板 16 工作臺 （ 2）曲柄壓力機的工作原理 。盡管曲柄壓力機類型眾多，但其工作原理和基本 組成是相同的。開式雙柱可傾式壓力機的運動原理，如圖2- 4 所示。電動機 1 的能量和運動通過帶傳動傳遞給中間傳動軸 4，再由齒輪 5 和齒輪 6 傳動給曲軸 9，經(jīng)連桿 11 帶動滑塊 12 作上下直線移動。因此，曲軸的旋轉(zhuǎn)運動通過連桿變 為滑塊

11、的往復直線運動。 （ 3）曲柄壓力機的主要技術(shù)參數(shù)。 曲柄壓力機的技術(shù)參數(shù)反映了壓力機的性能 指標。 標稱壓力 Fg 及標稱壓力行程 Sg。 滑塊行程 。如圖 2-5 所示的 S，它是指滑塊從上止點到下止點所經(jīng)過的距離， 等于曲柄偏心量的 2 倍。 滑塊行程次數(shù) 。它是指滑塊每分鐘往復運動的次數(shù)。 最大裝模高度 H1 及裝模高度調(diào)節(jié)量 H1。裝模高度是指滑塊在下止點時，滑 塊下表面的工作臺墊板到上表面的距離。 圖 2-5 壓力機基本參數(shù) 工作臺板及滑塊底面尺寸。 它是指壓力機工作空間的平面尺寸。 工作臺孔尺寸。 工作臺孔尺寸 L1B1（左右前后）、 D1（直徑），如圖 2-5 所示，為向下出料

12、或安裝頂出裝置的空間。 立柱間距 A 和喉深 C。立柱間距是指雙柱式壓力機立柱內(nèi)側(cè)面之間的距離。 模柄孔尺寸。 模柄孔尺寸 d l 是“直徑孔深”，沖模模柄尺寸應和模柄孔 尺寸相適應。 4其他類型的沖壓設(shè)備 （ 1）雙動拉深壓力機。 雙動拉深壓力機是具有雙滑塊的壓力機。圖 2-6 所示為 上傳動式雙動拉深壓力機結(jié)構(gòu)簡圖，它有一個外滑塊和一個內(nèi)滑塊。外滑塊用來 落料或壓緊坯料的邊緣，防止起皺，內(nèi)滑塊用于拉深成形；外滑塊在機身導軌上 作下止點有“停頓”的上下往復運動， 內(nèi)滑塊在外滑塊的內(nèi)導軌中作上下往復運 動。 （ 2）螺旋壓力機 。螺旋壓力機的工作機構(gòu)是螺旋副滑塊機構(gòu)。螺桿的上端連接 飛輪，當傳

13、動機構(gòu)驅(qū)使飛輪和螺桿旋轉(zhuǎn)時，螺桿便相對固定在機身橫梁中的螺母 做上、下直線運動，連接于螺桿下端的滑塊即沿機身導軌作上、下直線移動，如 圖 2-7 所示。 （ 3）精沖壓力機。 精密沖裁（簡稱精沖）是一種先進的沖裁工藝，采用這種工 藝可以直接獲得剪切面粗糙度 Ra 為 3.2 0.8 m和尺寸公差達到 IT8 級的零 件，大大提高了生產(chǎn)效率。 精沖是依靠 V型齒圈壓板 2、反壓頂桿 4 和沖裁凸模 1、凹模 5 使板料 3 處 于三向壓應力狀態(tài)下進行的，如圖 2-8 所示。 （ 4）高速壓力機。 高速壓力機是應大批量的沖壓生產(chǎn)需要而發(fā)展起來的。高速 壓力機必須配備各種自動送料裝置才能達到高速的目

14、的。 高速壓力機及其輔助裝 置，如圖 2-10 所示。一般在衡量高速時，應當結(jié)合壓力機的標稱壓力和行程長 度加以綜合考慮。 （ 5）雙動拉深液壓機。 雙動拉深液壓機主要用于拉深件的成形，廣泛用于汽車 配件、電動機、電器行業(yè)的罩形件特別是深罩形件的成形，同時也可以用于其他 的板料成形工藝，還可用于粉末冶金等需要多動力的壓制成形。 三、沖壓工藝 1沖裁工藝 沖裁是利用模具使板料產(chǎn)生相互分離的沖壓工序。沖裁工序的種類很多，常 用的有剪裁、沖孔、落料、切邊、切口等。但一般來說，沖裁主要是指沖孔和落 料。從工序件上沖出所需形狀的孔（沖去部分為廢料）叫沖孔，從板料上沿封閉 輪廓沖出所需形狀的沖件或工序件叫

15、落料。 （1）沖裁變形特點分析。 沖裁工作示意圖，如圖 2-11 所示，凸模 1 與凹模 3 對 板料 2 進行沖裁，凸模在壓力機滑塊的作用下下行，對支承在凹模上的板料 2進 行沖裁，使板料發(fā)生變形分離得到工件 4。由于使用的壓力機運行速度很快，所 以沖裁過程瞬時便可完成。 圖 2-11 沖裁變形過程示意圖 1凸模 2 板料 3 凹模 4 工件 從力學變形的角度看，沖裁過程經(jīng)歷了彈性變形階段、塑性變形階段和斷裂 分離階段。 （2）沖裁件的排樣與搭邊。 排樣。 工件在條料上的布置方法叫做沖裁件的排樣。 排樣時應考慮下面兩個問題。 i 材料利用率。 力求在相同的材料面積上得到最多的工件，以提高材料

16、利用 率，材料利用率用下式計算： 式中： K材料利用率； n 條料上的工件數(shù)量； a 單個工件的面積（ mm）2； A 條料面積（ mm）2。 ii 生產(chǎn)批量。排樣必須考慮生產(chǎn)批量的大小， 生產(chǎn)量大時可采用多排式混合 排樣法，即一次可沖幾個工件。這種方法模具結(jié)構(gòu)復雜、成本高，當生產(chǎn)量太小 時，就不經(jīng)濟了。 常用排樣方式見表 2-3 。 搭邊 。排樣時工件之間及工件與條料之間留下的余料稱為搭邊。搭邊的作用 是補償送料的誤差，保證沖出合格的工件；搭邊還可以使條料保持一定的剛度， 便于送進。 搭邊值要合理確定。搭邊值過大，材料利用率低；搭邊值過小，條料易被拉 斷，使工件產(chǎn)生毛刺，有時還會拉入凸模和凹

17、模的間隙中，損壞刃口。 表 2 4 列出了沖裁時常用的最小搭邊值。 （ 3）沖裁件的工藝 沖裁件的形狀 。沖裁件的形狀應簡單、對稱，便于沖裁排樣。沖裁件的內(nèi)外 轉(zhuǎn)角處圓角 R0.25 t （t 為材料厚度），圓角 R過小或清角、尖角都不利于模具 的制造與使用。沖裁件上過長的懸臂和凹槽都會削弱凸模強度及剛度，一般槽寬 和槽深數(shù)值 B不應大于表 2-5 中所列的數(shù)值，懸臂長度 l 5B。 沖裁件的尺寸。 沖裁件孔與孔之間和孔與邊緣之間的距離、凸模在自由狀態(tài) 下沖的最小孔徑都不能過小，否則就會削弱模具強度，會使模具結(jié)構(gòu)復雜化。凸模在自由狀態(tài)下沖孔的最小孔徑見表 2-6 ；孔距、孔邊距可參考圖 2-1

18、3 ；復合沖 裁時凸凹模的最小壁厚可查表 2-7 。 沖裁件的精度和表面粗糙度。 普通沖裁能得到?jīng)_裁件的尺寸精度都在 IT12 IT10 以下，表面粗糙度值 Ra大于 12.5 m。工件邊緣的毛刺高度在正常情況下 小于 0.15 mm。沖孔件可比落料件尺寸精度高一級。對于精度要求高的沖裁件， 可通過整修或精密沖裁方法獲得。 （ 4）沖裁間隙。 沖裁間隙是指沖裁模具凸模與凹模之間工作部分的尺寸之差。 確定合理間隙值方法如下。 第一種是理論方法。 模具制造中的偏差及使用中的磨損，生產(chǎn)中通常選擇一 個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，如圖 2-14 所示。這個范圍的最小值稱為最小合理 間隙值，最大值稱為最大合

19、理間隙值。 設(shè)計與制造新模具時采用最小合理間隙值。 確定合理間隙值的理論方法的依據(jù)是保證凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋相重合。由 圖 2-15 所示中可以得到合理間隙值的計算公式如下： 第二種是經(jīng)驗方法 。經(jīng)驗方法也是根據(jù)材料的性質(zhì)與厚度，來確定最小合理 間隙值。建議按下列數(shù)據(jù)確定雙面間隙值。 間隙值也可查表確定。試驗研究結(jié)果與實踐經(jīng)驗表明，對于尺寸精度和斷面垂直 度要求高的零件，應選用較小的間隙值。 10 （5）凸、凹模刃口尺寸的計算。 尺寸計算原則。 在設(shè)計和制造模具時，需遵循下述原則。 設(shè)計落料模時，以凹模為準，間隙取在凸模上；設(shè)計沖孔模時，以凸模為準， 間隙取在凹模上。 設(shè)計落料模時，凹模公

20、稱尺寸應取零件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸；設(shè)計沖 孔模時，凸模公稱尺寸應取零件孔的尺寸范圍內(nèi)的較大尺寸。 凸、凹模刃口部分尺寸的制造公差要按零件的尺寸要求決定，一般模具的制 造精度比沖裁件的精度高 23 級。若零件未注公差， 對于非圓形件， 沖模按 IT9 精度制造；對于圓形件，一般按 IT6 IT7 級精度制造。 刃口尺寸計算方法 。凸模與凹模分開加工設(shè)計計算中要分別標注凸、凹模刃 口尺寸與制造公差。模具的制造公差應當滿足下列條件： 式中： p、 d 分別為凸模和凹模的制造公差 mm）。 面對沖孔和落料兩種情況進行討論 沖孔 。設(shè)零件孔的尺寸為 d+ ，其凸、凹模工作部分尺寸的計算公式如下：

21、各部分的公差帶見圖 2-16 （a）。 落料模。 設(shè)零件尺寸為 D - ，落料模的允許偏差位置如圖 2-16（b）所示，其 凸、凹模工作部分尺寸的計算公式如下： 11 凸、凹模配合加工加工方法是以凸?；虬寄榛鶞剩渥靼寄；蛲鼓?。只在 基準件上標注尺寸和制造公差， 另一件僅標注公稱尺寸并注明配作時應留有的間 隙值。所以基準件的刃口部分尺寸需要按不同的方法計算。如圖2-17 （a）所示 的落料件，應以凹模為基準件，凹模尺寸按磨損情況可分為 3 類。 第一類是凹模磨損后尺寸增大（圖 2-17 中 A類）； 第二類是凹模磨損后尺寸變小（圖 2-17 中 B類）； 第三類是凹模磨損后尺寸不變（圖 2-

22、17 中 C類）。 對于圖 2-17 （b）所示的沖孔件的凸模尺寸也可按磨損情況分成 A、B、C 3 類。因此不管是落料件還是沖孔件，根據(jù)不同的磨損類型，其基準件的刃口部分 尺寸均可按以下公式計算： （6）沖裁力的計算及降低沖裁力的方法。 沖裁力的計算 。計算沖裁力的目的是為合理選用壓機，設(shè)計模具以及校核模 具強度。平刃口模具沖裁時，其沖裁力可按下式計算： 降低沖裁力的方法。 第一種是加熱沖裁，只適用于厚板或零件表面質(zhì)量及公 差等級要求不高的零件。第二種是階梯凸模沖裁，在多凸模沖模中，將凸模做成 不同的高度，呈階梯形布置，使各凸模沖裁力的最大值不同時出現(xiàn)，以降低總的 沖裁力。 影響卸料力、推件

23、力和頂件力的因素，主要有材料力學性能、板料厚度、零 件形狀、尺寸、模具間隙、搭邊大小及潤滑條件等 。生產(chǎn)中，一般采用下列經(jīng)驗 公式計算： 12 沖裁工藝力的計算 。沖裁工藝力包括沖裁力、推件力、頂件力和卸料力，因 此，在選擇壓力機噸位時，應根據(jù)模具結(jié)構(gòu)進行沖裁工藝力的計算。 采用彈性卸料及上出料方式，總沖裁力為： 采用剛性卸料及下出料方式，總沖裁力為： 采用彈性卸料及下出料方式，總沖裁力為： ( 7)沖模的壓力中心與模具閉合高度 。 沖模壓力中心的計算與確定 。沖壓力合力的作用點稱為模具的壓力中心。通 常利用求平行力系合力作用點的方法解析法或圖解法，以確定模具的壓力中 心。 沖模封閉高度的確定

24、。 沖?？傮w結(jié)構(gòu)尺寸必須與所用設(shè)備相適應，沖模的封 閉高度系指模具在最低工作位置時，上、下模板外平面間的距離。模具的封閉高 度 H 應該介于壓力機的最大封閉高度 Hmax(mm及) 最小封閉高度 Hmin(mm)之間(圖 2-19 )，一般?。?Hmax 5(mm) H Hmin 10(mm) 2彎曲工藝 彎曲是使材料產(chǎn)生塑性變形、形成有一定角度形狀零件的沖壓工序。用彎曲 方法加工的零件種類很多，如自行車車把、汽車的縱梁、橋、電器零件的支架、 門窗鉸鏈、配電箱外殼等。彎曲的方法也很多，可以在壓力機上利用模具彎曲， 也可在專用彎曲機上進行折彎、滾彎或拉彎等，如圖 2-20 所示。各種彎曲方法 盡

25、管所用設(shè)備與工具不同，但其變形過程及特點卻存在著一些共同的規(guī)律。 13 圖 2-20彎曲加工方法 （1）彎曲工藝。 彎曲過程。 彎曲 V 形件的變形過程，如圖 2-21 所示 彎曲變形特點。 i 彎曲變形只發(fā)生在彎曲件的圓角附近，直線部分不產(chǎn)生塑性變形。 ii 在彎曲區(qū)域內(nèi)， 纖維變形沿厚度方向是不同的， 即彎曲后， 內(nèi)側(cè)的纖維受 壓縮而縮短，外側(cè)的纖維受拉伸而伸長，在內(nèi)、外側(cè)之間存在著纖維既不伸長也 不縮短的中間層。 iii 從彎曲件變形區(qū)域的橫截面來看，窄板（板寬 B與料厚 t ，B2t ）橫截面仍為矩形，如圖 2-22 所示。 彎曲件質(zhì)量分析。 i 彎裂與最小彎曲半徑 rmin 。彎曲時

26、板料外側(cè)切向受到拉伸，當外側(cè)切向伸 長變形超過材料的塑性極限時，在板料的外側(cè)將產(chǎn)生裂紋，此現(xiàn)象稱為彎裂。 ii 回彈?；貜検侵笍澢鷷r彎曲件在模具中所形成的彎曲角與彎曲半徑在出模 后會因彈性恢復而改變的現(xiàn)象?；貜椧卜Q彈復或回跳，是彎曲過程中常見而又難 控制的現(xiàn)象。 如圖 2-23 所示，彎曲回彈的大小用半徑回彈值和角度回彈值表示： 14 圖 2-23 彎曲件的回彈 iii 偏移。彎曲制件在彎曲過程中沿制件的長度方向產(chǎn)生移動時，出現(xiàn)使制 件兩直邊的高度不符合圖樣要求的現(xiàn)象，稱之為偏移，如圖 2-24 所示。 圖 2-24 彎曲件的偏移 （2）彎曲件工藝性。 彎曲件的圓角半徑不宜小于最小彎曲半徑，也

27、不宜過大。因為過大時，受到 回彈的影響，彎曲角度與圓角半徑的精度都不易保證。 彎曲件的直邊高度 h 應大于兩倍料厚。彎曲時，當彎曲件的直邊高度 h 過小 時，彎曲時彎矩小，則不易成形。 對階梯形坯料進行局部彎曲時，在彎曲根部容易撕裂。這時，應減小不彎曲 部分的長度 B，使其退出彎曲線之外，如圖 2-25 （a）所示。假如制件的長度不 能減小，則應在彎曲部分與不彎曲部分之間加工出槽，如圖 2-25 （ b）所示。 圖 2-25 彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性 15 彎曲有孔的坯料時，如果孔位于彎曲區(qū)附近，則彎曲時孔會產(chǎn)生變形。應使 孔邊到彎曲區(qū)的距離大于（ 12）t ，如圖 2-25（c）所示，或彎曲前在彎

28、曲區(qū)內(nèi) 加工一工藝孔，如圖 2-15 （d）所示，或先彎曲后沖孔。 彎曲件的形狀對稱，所以彎曲半徑應左右一致，以保證彎曲時板料的平衡， 防止產(chǎn)生滑動，如圖 2-25 （e）所示。 （3）彎曲件的工藝計算。 彎曲力。 各階段彎曲力與彎曲行程的關(guān)系如圖 2-26 所示。 自由彎曲力的大小與板料尺寸（ b、t ）有關(guān)、板料機械性能及模具結(jié)構(gòu)參數(shù) 等因素有關(guān)。最大自由彎曲力 P 自為： P自 kbt2 rt 校正彎曲力為了提高彎曲件的精度，減少回彈，在彎曲終了時需對彎曲件進 行校正。校正彎曲力可按下式近似計算： P校Fq （N） 在選擇沖壓設(shè)備時，除考慮彎曲模尺寸、模具閉合高度、模具結(jié)構(gòu)和動作配 合以

29、外，還應考慮彎曲力大小。 彎曲件毛坯尺寸的計算。 第一類是有圓角半徑的彎曲 。 彎曲件的展開長度等于各直邊部分和各彎曲部分中性層長度之和，即： 16 各彎曲部分長度按下式計算： 第二類是無圓角半徑或的彎曲。 一般根據(jù)變形前后體積不變條件確定這類彎曲件的毛坯長度， 但要考慮到彎 曲處材料變薄的情況，一般按下式計算彎曲部分的長度。 （ 4）彎曲模工作部分尺寸計算 。 凸、凹模圓角半徑 。如圖 2-27 所示，凸模圓角半徑 rp 應等于彎曲件內(nèi)側(cè)的 圓角半徑 r ，但不能小于所規(guī)定的材料允許最小彎曲半徑 r min。如果 r m1，則可一次拉深成形。 拉深力和拉深功計算。 常用下列公式計算拉深力：

30、P 1 = d1t bK1 式中：P1第一次拉深時的拉深力（ N）； K1 修正系數(shù)。 Pn = dnt bK2 式中： Pn第二次及以后各次拉深時的拉深力（ N）； K2 修正系數(shù)。 19 當拉深行程大時，有可能使電機因超載損壞，因此，還應對電機功率進行驗 第一次拉深的拉深功： A1 以后各次拉深的拉深功 ： An 式中： 1、 n系數(shù)； h 1、 hn拉深高度（ mm）。 1p1h1 (N 1000 n pnhn 1000 m) m) 拉深所需電機功率為： N 60 75 An 12 1.36 10 (kW) 4擠壓工藝 擠壓是利用壓力機和模具對金屬坯料施加強大的壓力， 把金屬材料從凹?？?/p>

31、 或凸模和凹模的縫隙中強行擠出，得到所需工件的一種沖壓工藝。根據(jù)加工的材 料溫度可將擠壓分為熱擠壓加工、冷擠壓加工和溫熱擠壓加工。熱擠壓主要加工 大型鋼質(zhì)零件，溫熱擠壓和冷擠壓主要加工中小型金屬零件。近年來溫熱擠壓和 冷擠壓應 用較多。根據(jù)金屬材料流動方向和凸模的運動方向，擠壓也可分為正擠壓、 反擠壓、復合擠壓和徑向擠壓?，F(xiàn)介紹冷擠壓工藝，表 2-9 列舉出它們的加工示 意和特點等。 1）冷擠壓特點。 擠壓加工時材料在 3 個方向都受到較大壓應力，因此擠壓加工 具有以下明顯的特點：材料的變形程度較大，可加工出形狀較復雜的零件，并能 夠節(jié)約原材料；擠壓的工件材料纖維組織呈 流線型且組織致密，這使

32、零件的強度、硬度和剛性都有一定的提高；加工的零件 有良好的表面質(zhì)量，表面粗糙度值 Ra為 0.16 1.25 m，尺寸精度為 IT10 IT7 ； 擠壓需要較大的擠壓力，對擠壓模的強度、剛度和硬度要求較高，尤其進行冷擠 壓時模具的開裂和磨損將成為冷擠壓工藝中的主要問題。此外，對冷擠壓的坯料 一般都需要經(jīng)過軟化處理和表面潤滑處理， 有些擠壓后的工件還需消除內(nèi)應力后 才能使用。 2）冷擠壓件的變形程度 。冷擠壓件的變形程度用斷面變化率 A 表示： A0 A1 A0 100% 式中： A0擠壓變形前毛坯的橫斷面積； A 1擠壓變形后坯料的橫斷面積。 20 斷面變化率 A越大，表示變形程度越大， 同時

33、模具承受的單位擠壓力也越大。 當模具承受的單位擠壓力超過了模具材料所能承受的單位擠壓力時， 模具就可能 會破裂。因此，防止模具受到過大的單位擠壓力就是要控制一次擠壓時的變形程 度不能過大。一次允許擠壓的變形程度稱為許用變形程度。 （ 3）冷擠壓件的工藝性。 根據(jù)冷擠壓工藝的特點，冷擠壓件形狀應對稱，斷面 最好是圓形和矩形。擠壓材料應具有良好的塑性、較低的屈服極限且冷作硬化敏 感性小。目前常用的擠壓材料有：有色金屬、低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼等。 5其他成形工藝 除了沖裁、彎曲、拉深和擠壓等基本沖壓方法外，沖壓還有翻孔、翻邊、脹 形、縮口、整形和校平等成形工藝。它們是將經(jīng)過沖裁、彎曲、拉深和擠壓加

34、工 后的半成品或經(jīng)過其他加工后的坯料再進行沖壓。從變形特點來看，它們的共同 點均屬局部變形。不同點是：脹形和翻圓孔屬伸長類變形，常因變形區(qū)拉應力過 大而出 現(xiàn)拉裂破壞；縮口和外緣翻凸邊屬壓縮類變形，常因變形區(qū)壓應力過大而產(chǎn) 生失穩(wěn)起皺；對于校平和整形，由于變形量不大，一般不會產(chǎn)生拉裂或起皺，主 要解決的問題是回彈。所以，在制定工藝和設(shè)計模具時，一定要根據(jù)不同的成形 特點確定合理的工藝參數(shù)。 （ 1）翻孔和翻邊。 翻孔是在預先制好孔的工序件上沿孔邊緣翻起豎立直邊的成 形方法；翻邊是在坯料的外邊緣沿一定曲線翻起豎立直邊的成形方法。利用翻孔 和翻邊可以加工各種具有良好剛度的立體零件， 如自行車中接頭

35、、 汽車門外板等， 還能在沖壓件上加工出與其他零件裝配的部位， 如鉚釘孔、螺紋底孔和軸承座等。 （2）脹形 。沖壓生產(chǎn)中，一般將平板坯料的局部凸起變形和空心件或管狀件沿 徑向向外擴張的成形工序統(tǒng)稱為脹形，常見的脹形有起伏成形（如壓制加強筋、 凸包、凹坑、花紋圖案及標記等）和管脹形（如壺嘴、皮帶輪、波紋管、各種接 頭等），如圖 2-36 所示，幾種脹形件實例。 （3）縮口 ?？s口是將圓筒形拉深件或圓管的口部直徑縮小的一種變形工藝，圓 管經(jīng)過縮口后，外部直徑減小，管壁厚度增加，軸向尺寸增大。零件縮口前后情 況，如圖 2-37 所示。在縮口中變形區(qū)材料主要受到切向的壓縮變形，易在變形 區(qū)口部失穩(wěn)起皺

36、和在筒壁受壓力失穩(wěn)變形。 （ 4）整形與校平。 整形一般安排在拉深、彎曲或其他成形工序之后，用整形的 方法可以提高拉深件或彎曲件的尺寸和形狀精度，減小圓角半徑，如圖 2-38 所 示。 校平是提高沖裁后工件平面度的一種工序，如圖 2-39 所示。通過校平與整 形模使零件產(chǎn)生局部的塑性變形，從而得到合格的零件。 21 第二節(jié) 塑料成型設(shè)備及工藝 1塑料的組成 塑料是由多組分組成的，其主要成分是樹脂，另外，根據(jù)不同的樹脂或者制 品的不同要求，加入不同的添加劑，從而獲得不同性能的塑料配件。 （1）樹脂。 合成樹脂是塑料的主要成分，它在塑料中起粘結(jié)作用，也叫粘料。 （2）填料 。填料在塑料中主要起增強

37、作用，有時還可以使塑料具有樹脂所沒有 的性能。 （ 3）增塑劑。 增塑劑是為改善塑料的性能、提高柔軟性而加入塑料中的一種低 揮發(fā)性物質(zhì)。 （ 4）穩(wěn)定劑。 穩(wěn)定劑能阻緩材料變質(zhì)。常用的穩(wěn)定劑有二鹽基性亞磷酸鉛、三 鹽基性硫酸鉛、硬脂酸鋇等。 （ 5）著色劑。 著色劑是為了使塑料附上色彩，起著美觀和裝飾的作用。 （ 6）潤滑劑。 潤滑劑的作用是為了降低塑料內(nèi)部分子之間的相互摩擦或者減少 和避免對模具的磨損。 常用的潤滑劑有醇類、 脂類、石蠟、硬脂酸以及金屬皂類。 潤滑劑分為兩類：內(nèi)潤滑劑和外潤滑劑。 2塑料的分類 塑料的種類很多，按其受熱后所表現(xiàn)的性能不同，可分為熱固性塑料和熱塑 性塑料兩大類。

38、 （ 1）熱固性塑料。 是指在初受熱時變軟，可以塑制成一定形狀，但加熱到一定 時間后或加入固化劑后就硬化定型、 再加熱則不熔融也不溶解、 形成體型（網(wǎng)狀） 結(jié)構(gòu)物質(zhì)的塑料。例如，酚醛塑料、環(huán)氧塑料、氨基塑料等。 （ 2）熱塑性塑料。 是指在特定溫度范圍內(nèi)能反復加熱和冷卻硬化的塑料。這類 樹脂在成形過程中只發(fā)生物理變化而沒有化學變化，所以，受熱后可多次成型， 其廢料可回收和重新利用。常用的熱塑性塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、 ABS、有機玻璃、尼龍等。 一、常用塑料模具成型設(shè)備 對塑料進行模塑成型所用的設(shè)備稱塑料模塑成型設(shè)備。按成型工藝方法不 同，可分為塑料注射機、液壓機、擠出機、吹塑機等。

39、本書主要介紹塑料注射機 （又稱注塑機）。 1注塑機的分類 注塑機類型的劃分有不同的方法， 采用以結(jié)構(gòu)的特征來區(qū)別， 分為柱塞式（如 圖 2-40 所示）和螺桿式（如圖 2-41 所示）兩類。最大注射量在 60 g 以上的注 塑機多數(shù)為移動螺桿式。 22 2注塑機的型號和主要技術(shù)參數(shù) （ 1）注射機規(guī)格型號。 目前主要有注射量、 合模力、注射量與合模力同時表示 3 種。我國允許采用注射量、注射量與合模力兩種同時表示方法。 注射量表示法。 例如 XS-ZY-500 注射機，各符號的意義如下： XS 類別代號（ XS 為塑料成型機）； Z 組別代號（ Z為注射）； Y 預塑方式（ y為螺桿預塑）；

40、500 主參數(shù)（注射容量為 500 cm3）。 合模力與注射量表示法。 例如 SZ-63/50 注射機，各符號的意義如下： S 類別代號（ S為塑料機械類）； Z 組別代號（ Z為注射）； 63/50 主參數(shù)（注射容量為 63 cm3，合模力為 5010 kN）。 （2）注塑機的主要技術(shù)參數(shù)。 公稱注射量 。公稱注射量是指在對空注射的條件下，注射螺桿或柱塞作一次 最大注射行程時，注射裝置所能達到的最大注射量。 注射量有兩種表示法，一種是以加工聚苯乙烯塑料為標準，用注射出熔料的重量 （單位為 g）表示；另一種是用注射出熔料的容積（單位為 cm3）表示。我國注 塑機規(guī)格系列標準采用前一種表示法。

41、注射壓力。 為了克服熔料經(jīng)噴嘴、澆注系統(tǒng)流道和型腔時所遇到的一系列流 動阻力，螺桿或柱塞在注射時，必須對熔料施加足夠的壓力，此壓力稱為注射壓 力。 注射速率、注射時間與注射速度。 注射時，為了使熔料及時地充滿模腔，除 了必須有足夠的注射壓力外，還必須使熔料有一定的流動速度。描述這一參數(shù)的 量稱為注射速率，也可用注射時間或注射速度表示。 塑化能力。 塑化能力是指單位時間內(nèi)塑化裝置所能塑化的物料量。 鎖模力（又稱合模力） 。指注塑機的合模裝置對模具所能施加的最大夾緊力。 合模裝置的基本尺寸。 合模裝置的基本尺寸包括模板尺寸、拉桿間距、模板 間最大距、移動模板的行程、模具最大和最小厚度等。這些參數(shù)制

42、約了注塑機所 用模具的尺寸范圍和動作范圍。 3注塑機的組成 注塑機主要由 注射系統(tǒng)、鎖模系統(tǒng)、模具 3 部分組成。 （ 1）注射系統(tǒng)。 注射系統(tǒng)是注射機的主要部分，其作用是使塑料均勻地塑化并 達到流動狀態(tài)，在很高的壓力和較快的速度下， 通過螺桿或柱塞的推擠注射入模。 注射系統(tǒng)包括：加料裝置、料筒、螺桿及噴嘴等部件。 噴嘴。噴嘴是連接料筒和模具的橋梁。其主要作用是注射時引導塑料從料筒進入 模具，并具有一定射程。所以，噴嘴的內(nèi)徑一般都是自進口逐漸向出口收斂，以 便與模具緊密接觸，如圖 2-42 所示。 23 （ 2）鎖模系統(tǒng)。 最常見的鎖模機構(gòu)是具有曲臂的機械與液壓力相結(jié)合的裝置， 如圖 2-43

43、 所示，它具有簡單而可靠的特點，故應用較廣泛。 （ 3）模具。 利用本身特定形狀，使塑料成型為具有一定形狀和尺寸的制品的工 具稱為模具。模具的作用在于：在塑料的成型加工過程中賦予塑料以形狀，給予 強度和性能，完成成型設(shè)備所不能完成的工件，使它成為有用的型材。 二、塑料成型工藝 1塑料的工藝性能 塑料的工藝性能體現(xiàn)了塑料的成型特性，包括流動性、收縮性、結(jié)晶性、吸 水性、固化速度、比容和壓縮比、揮發(fā)物含量等。這里主要介紹塑料的流動性、 收縮性、固化速度和揮發(fā)物含量。 （ 1）流動性。 塑料在一定的溫度與壓力下充滿模具型腔的能力稱為流動性。 （ 2）收縮性。塑料自模具中取出冷卻到室溫后發(fā)生尺寸收縮的

44、特性稱為收縮性， 其大小用收縮率來表示。 （ 3）固化速度。 固化速度是指從熔融狀態(tài)的塑料變?yōu)楣虘B(tài)制件時的速度。 （ 4）揮發(fā)物含量。 塑料中的揮發(fā)物包括水、氯、氨、空氣、甲醛等低分子物質(zhì)。 2 塑件的成型過程 （ 1）注射模塑成型過程。 注射模塑成型過程包括加熱預塑、合模、注射、保壓、 冷卻定形、開模、推出制件等主要工序?，F(xiàn)以螺桿式注射機的注射模塑為例予以 闡述，如圖 2-44 所示。 （ 2）壓縮模塑件成型過程。 壓塑模塑件成型過程包括加料、閉模、固化、脫模 等主要工序。 （ 3）壓注模塑成型過程。 壓注模塑成型過程與壓縮模塑成型過程基本相同。如 圖 2-46 所示 。 24 3塑件工藝性

45、 塑件常用注射、壓縮、壓注等方法成型，其結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求都應滿足成型工 藝性的要求。 （ 1）形狀。 塑件的形狀應盡量簡單，結(jié)構(gòu)上應盡量避免與起模方向垂直的側(cè)壁 凹槽或側(cè)孔，以簡化模具結(jié)構(gòu)。 2）壁厚。 塑件的壁厚應大小適宜而且均勻 2-47（b）所示 壁厚不合理結(jié)構(gòu)，如圖 2-47 （a）所示，合理結(jié)構(gòu)，如圖 圖 2-47 壁厚的均勻性 （3）圓角。塑件結(jié)構(gòu)上無特殊要求時，轉(zhuǎn)角應盡可能以半徑為 0.5 1 mm的圓 角過渡，以避免出現(xiàn)清角（但在模具分型面處、型芯與型腔結(jié)合處或塑件使用性 能上要求清角過渡時除外） 。 （ 4）加強肋。 加強肋能在不增加塑件壁厚的條件下提高塑件的剛度和強度，沿 著

46、料流方向的加強肋還能減小熔料的充模阻 力。設(shè)置加強肋時，應盡量減少或避免塑料的局部集中，否則容易產(chǎn)生縮孔或氣 泡。形式較差，如圖 2-48 （a）所示；形式較好，如圖 2-48（b）所示。 圖 2-48 加強肋的形式 （5）孔。 塑件上各種形狀的孔應盡可能開設(shè)在不減弱塑件機械強度的部位，其 形狀也應力求不使模具制造工藝復雜化?？着c孔之間、孔與邊緣之間應有足夠的 壁厚。小直徑孔的深度不宜過深，一般為孔徑的 35 倍。 （ 6）起模斜度。 為了便于起模，避免擦傷和拉毛，塑件上平行于起模方向的表 面一般都應具有合理的起模斜度，如圖 2-49 所示。 （ 7）嵌件。塑件中鑲嵌的金屬或其他材料制作的零件

47、稱為嵌件， 如圖 2-50 所示 嵌件除應保證能與塑件可靠連接外，還應便于嵌件在模具內(nèi)固定，并能防止漏料 或產(chǎn)生飛邊。嵌件周圍的塑料層應有足夠的厚度，以防止因嵌件和塑料的收縮不 同而產(chǎn)生的內(nèi)應力使塑件開裂。 25 （ 8）花紋、標記和文字。 塑件上的花紋、標記、文字應保證易于成型和起模， 并且便于模具制造。 （ 9）螺紋。塑件上外螺紋的直徑不宜小于 4 mm，內(nèi)螺紋的直徑不宜小于 2 mm， 螺紋精度不高于 IT8 。 （10）尺寸精度 。塑料收縮率的波動，成型工藝條件的變化，模具成型零件的制 造精度、裝配精度及磨損等都會影響塑件的精度。塑件的精度一般低于金屬件切 削加工的精度。塑件精度劃分為

48、 18級，其中 1級最高，8 級最低。 12級為 精密技術(shù)級，只有在特殊條件下采用； 78 級的精度太低，一般也不用；常用的 是 3 6 級。 三、成型零件的工作尺寸計算 成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用來成型塑件部位的尺寸。 它主要有 型腔和型芯的徑向尺寸（包括矩形和異形的長度和寬度尺寸） 、型腔的深度和型 芯的高度尺寸、型腔（型芯）與型腔（型芯）的位置尺寸等。在模具設(shè)計中，應 根據(jù)塑件的尺寸、精度來確定模具成型零件的工作尺寸及精度。 1影響塑件尺寸精度的因素 （ 1）成型收縮率。 塑料成型后收縮率與塑件的原材料、塑件的結(jié)構(gòu)、模具的結(jié) 構(gòu)，以及成型的工藝條件等因素有關(guān)，塑件尺寸的變化值為

49、： (Smax Smin )LS 式中： S塑料收縮波動而引起的塑件尺寸誤差（ mm）； LS塑件尺寸（ mm）； Smax塑件的最大收縮率（ %）； Smin 塑件的最小收縮率（ %）。 （ 2）模具成型零件的制造誤差。 模具成型零件的制造精度是影響塑件尺寸精度 的重要因素之一。模具成型零件的制造誤差越小，塑件的尺寸精度越高，但是模 具零件加工困難，制造成本和加工周期也會加大加長。 （ 3）模具成型零件的磨損。 模具在使用過程中，由于塑料熔體流動的沖刷、脫 模時與塑料的摩擦、成型過程中可能產(chǎn)生的腐蝕性氣體的銹蝕，由于上述原因， 成型零件最大的磨損量應取塑件公差的 1/6 。而大型塑件，模具的

50、成型零件最大 磨損量應取塑件公差的 1/6 以下。 （ 4）模具安裝配合的誤差 。模具成型零件由于配合間隙的變化，會引起塑件的 尺寸變化，模具的配合間隙誤差應不影響模具成型零件的尺寸精度和位置精度。 2成型零件工作尺寸的計算 工作尺寸計算包括型腔和型芯的徑向尺寸、型腔深度及型芯高度尺寸、 中心距尺寸的計算，計算公式，如表 2-10 所示。 263螺紋型芯及型環(huán)尺寸計算 螺紋型芯是用來成型塑件上的內(nèi)螺紋（螺孔）的。螺紋型環(huán)則是用來成型塑 件上的外螺紋（螺桿）的。因此它們也屬于成型零件。此外它們還可用來固定金 屬螺紋嵌件。 （ 1）螺紋型芯、型環(huán)的形式及固定。 無論螺紋型芯還是型環(huán)，在模具上都有模

51、 內(nèi)自動卸除和模外手動卸除兩種類型。 螺紋型芯的安裝形式，如圖 2-51 所示，圖 2-52 為螺紋型環(huán)的固定形式。 （ 2）螺紋型芯和型環(huán)的尺寸計算。 當塑件外螺紋與塑件內(nèi)螺紋配合時，制造螺 紋型芯和型環(huán)時可不考慮塑件螺距的收縮率； 當塑件螺紋與金屬螺紋的配合長度 不超過表 2-11 所列范圍時， 則制造螺紋型芯和型環(huán)也可不考慮塑件螺距收縮率； 當塑件螺紋與金屬螺紋的配合長超過 7 8 牙時，則制造螺紋型芯和型環(huán)時應當 考慮塑件的收縮率。螺紋型芯和型環(huán)徑向尺寸及螺距尺寸計算公式，如表 2-12 所示。 4模具型腔側(cè)壁和底板厚度計算 塑料模在注射成型過程中，由于注射成型壓力很高，型腔內(nèi)部承受熔

52、融塑料 的巨大壓力，這就要求型腔要有一定的強度和剛度，如果模具型腔的強度和剛度 不足，則會造成模具的變形和斷裂。型腔側(cè)壁所受的壓力應以型腔內(nèi)所受最 大壓力為準。對于大型模具的型腔，由于型腔尺寸較大，常常由于剛度不足而彎 曲變形，應按剛度計算；對于小型模具的型腔，型腔常在彎曲變形之前，其內(nèi)應 力已超過許用應力，應按強度計算。 型腔的形狀和結(jié)構(gòu)有各種不同的形式， 本書只介紹整體式圓形型腔厚度的計 算方法，整體式圓形型腔如圖 2-53 所示。 （1）整體式圓形型腔側(cè)壁厚度計算。 剛度計算 Sr / rp 12 / rp 0.75rp 2 1.25rp 強度計算 2P 式中： S圓形型腔的側(cè)壁厚度（

53、mm）； r 型腔半徑，可取塑件半徑（ mm）； P型腔壓力（ MPa）； 模具材料的需用應力（ MPa）。 27 2）整體式圓形型腔底板厚度計算 剛度計算 1 0.175Pr 4 3 E 0.56r Pr E 式中： P型腔壓力（ MPa）； r 型腔半徑，可取塑件半徑（ mm）； E模具材料的彈性模量（ MPa），碳鋼為 2.1 h型腔底板厚度（ mm）； 剛度條件，即允許變形量（ mm）。 10（MPa）； 強度條件 1 3Pr 2 2 4 1 0.87r P 2 式中： h型腔底板厚度（ mm）； P 型腔壓力（ MPa）； r 型腔半徑，可取塑件半徑（ mm）； 剛度條件，即允許變形

54、量（ mm） 第三節(jié) 模鍛成形設(shè)備及工藝 在鍛壓生產(chǎn)中，將金屬毛坯加熱到一定溫度后放在模膛內(nèi)，利用鍛錘壓力使 其發(fā)生塑性變形，充滿模膛后形成與模膛相仿的制品零件，這種鍛造方法稱為模 型鍛造，簡稱 模鍛。 模鍛是成批或大批量生產(chǎn)鍛件的鍛造方法。其特點是在鍛壓設(shè)備動力作用 下，坯料在鍛模模膛內(nèi)被壓塑性流動成形，得到比自由鍛件質(zhì)量更高的鍛件。經(jīng) 模鍛的工件，可獲得良好的纖維組織，并且可以保證IT7 IT9 級精度等級，有 利于實現(xiàn)專業(yè)化和機械化生產(chǎn)。 模鍛生產(chǎn)優(yōu)缺點如下。 1優(yōu)點 （1）可以鍛造形狀較復雜的鍛件，尺寸精度較高，表面粗糙度較低。 （2）鍛件的機械加工余量較小，材料利用率較高。 （3）可

55、使流線分布更為合理，這樣可進一步提高零件的使用壽命。 （4）操作簡便，勞動強度較小。 （5）生產(chǎn)率較高、鍛件成本低。 2缺點 （1）設(shè)備投資大、模具成本高。 （2）生產(chǎn)準備周期、尤其是鍛模的制造周期都較長，只適合大批量生產(chǎn)。 （3）工藝靈活性不如自由鍛。 28 一、模鍛成形設(shè)備的分類、組成及工作原理 1模鍛成形設(shè)備的分類 模鍛生產(chǎn)中使用的鍛壓設(shè)備按其工作特性可以分為 5 大類：模鍛錘類、螺旋 壓力機類、曲柄壓力機類、軋鍛壓力機類和液壓機類。表 2-13 為模鍛設(shè)備分類 及用途特點。 2典型模鍛成形設(shè)備的組成及工作原理 蒸汽空氣模鍛錘。利用壓力為（ 7 9） 105Pa 的蒸汽或壓力為（ 68）

56、 105Pa 的壓縮空氣為動力的鍛錘稱為蒸汽空氣錘， 它是目前普通鍛造車間常用 的鍛造設(shè)備。蒸汽空氣自由鍛錘按用途不同分為自由鍛錘和模鍛錘兩種；根據(jù) 機架形式，可分為單柱式、拱式和橋式 3種，如圖 2-54 所示。 由于模鍛工藝需要， 立柱與砧座的相對位置可通過橫向調(diào)節(jié)楔來進行錘身的 左右微調(diào)。 為保證機架中心精度要求， 立柱直接用 8 個向斜置 10 12的螺栓 與砧座連接。鍛造時，由于沖擊力的作用，使立柱與砧座產(chǎn)生的間隙可通過螺栓 下的彈簧所產(chǎn)生的側(cè)向分力將立柱壓緊在砧座的配合面上， 從而防止左右立柱卡 住錘頭。 （1）蒸汽空氣模鍛錘的組成。 模鍛錘是在蒸汽空氣自由鍛錘的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。

57、由于多模膛鍛造，常 承受較大的偏心載荷和打擊力，所以為滿足模鍛工藝的要求，模鍛錘必須有足夠 的剛性。如圖 2-55 所示，蒸汽空氣模鍛錘由汽缸（帶打滑閥和節(jié)氣閥） 、落下 部分（活塞、錘桿、錘頭和上模塊） 、立柱、導軌、砧座和操縱機構(gòu)等部分組成。 （ 2） 蒸汽空氣模鍛錘工作原理 。 各種不同用途和結(jié)構(gòu)形式的蒸汽空氣錘，其工作原理都相似。 如圖 2-56 所示，當蒸汽或壓縮空氣充入進氣管 1 經(jīng)節(jié)氣閥 2、滑閥 3 的外周 和下氣道 4 時，進入氣缸 5 的下部，在活塞下部環(huán)形底面上產(chǎn)生向下作用力，使 落下部分向上運動。此時，汽缸上部的蒸汽（或壓縮空氣）從上氣道4 進入滑閥 內(nèi)腔，經(jīng)排氣管 1

58、0 排入大氣。 二、模鍛的工藝 鍛造工藝過程主要指在鍛造過程中鍛造不同材料的始鍛溫度、終鍛溫度、鍛 造方法和鍛件的退火處理等。 1鍛造溫度 對于一般的碳素工具鋼和低合金工具鋼，在加熱溫度上沒有特殊的要求，與 一般的結(jié)構(gòu)鋼鍛造并無大的差異，主要是自由鍛造。 碳素工具鋼和低合金工具鋼的鍛造溫度見表 2-14 。高鉻鋼和高速鋼的鍛造溫度見 表 2-15 。 2鍛造方法 碳素工具鋼和低合金工具鋼的鍛造方法與高鉻鋼、 高速鋼的鍛造方法基本相 同，均采用多次鐓粗、拔長的方法達到所要求的形狀和尺寸。對于高速鋼和高鉻 鋼，經(jīng)鍛造可以達到改善碳化物分布的不均勻性，從而提高零件的工藝性和使用 29 壽命。有的零件

59、在鍛造時， 還要求具有一定的纖維方向， 以提高某一方向的強度。 目前，在鍛造時一般采用以下方法。 （ 1）縱向鍛造法。 此法是沿著坯料的軸向鐓粗、拔長。其優(yōu)點是操作方便，流 線方向容易掌握，縱向鐓粗、拔長能有效地改善碳化物的分布狀況。但鐓粗、拔 長次數(shù)多容易使兩端開裂。對于縱向鐓粗、拔長的工藝，如圖 2-57 所示。鍛坯 按圖 2-57 進行反復鐓粗、拔長多次，最后按鍛件圖的要求成形。 （ 2）橫向鍛造法。 此方法就是變向的鐓拔。其中（包括十字、雙十字鐓拔）橫 向十字鐓粗拔長是將鍛坯順著軸線方向鐓粗后， 再沿著軸線的垂直方向進行十字 形的反復鐓拔的一種鍛造方法。橫向鐓粗拔長工藝，如圖 2-58

60、 所示。 （ 3）綜合鍛造法。 縱向（順向）鐓拔雖能有效地改善碳化物分布狀況，但鍛件 中心較易開裂，而橫向鍛造雖不易使鍛件開裂， 但對改善碳化物分布的效果較差。 因此，將每一次鍛造中均包括縱向鐓拔和橫向鐓拔（一或十字）的鍛造方法，稱 為綜合鍛造法。 因為此法保留了橫向十字鐓拔坯料中心不容易開裂和縱向鐓拔能 改善碳化物分布的優(yōu)點，所以廣泛地應用于模具零件的鍛造。 3鍛件的退火 鍛造結(jié)束后，由于鍛件的終鍛溫度比較高，或者隨后的冷卻不均勻，使其得 到粗大的不均勻組織， 并可能產(chǎn)生極大的內(nèi)應力， 使材料的力學性能變壞； 同時， 也降低了冷加工性能（如切削加工性、沖壓性等） 。因此，對鍛件要進行退火處