模鍛變形工步的確定

1、第五節(jié) 模鍛變形工步的確定 模鍛時，坯料在鍛模的一系列模膛中變形，坯料在每一模膛中的變形過程稱為模鍛工步。 模鍛工步根據其作用不同可分為模鍛工步、制坯工步、切斷工步三類。 模鍛工步包括預鍛工步和終鍛工步，其作用是使經制坯的坯料得到最終鍛件所要求的形狀和尺寸。每類鍛件都需要終鍛工步，而預鍛工步應根據具體情況決定是否采用。 （折迭和充不滿） 制坯工步的作用是改變原毛坯的形狀，合理地分配坯料，以適應鍛件橫截面形狀的要求，使金屬能較好地充滿模鍛模膛。每類鍛件所需的制坯工步是不同的。主要模鍛設備常用工步如下： 模鍛錘模鍛：拔長、滾壓、卡壓、成形、鐓粗、壓扁、預鍛、終鍛等； 熱模鍛壓力機模鍛：鐓粗、彎曲、

2、卡壓、壓扁、成形、預鍛、終鍛等。 螺旋壓力機上模鍛：鐓粗、壓扁、卡壓、彎曲、成形、預鍛、終鍛等。 平鍛機模鍛：聚集、預成形、預成形沖孔(預鍛)、成形沖孔（終鍛）、切邊、壓肩、彎曲、穿孔、切芯頭、切斷等。一、長軸類鍛件制坯工步選擇1計算毛坯 坯料沿軸向的金屬分配對不同鍛件要求不同，合適的形狀應該是在保證模膛充滿的條件下，在模鍛之后，鍛件各處飛邊均勻，亦即應使坯料上各截面的面積等于鍛件上相應截面積加上飛邊的截面積。按這一要求計算的坯料，通常稱為計算毛坯。 計算毛坯是根據平面變形假設進行計算并經修正所得的具有圓形截面的中間坯料，其長度與鍛件相等，而橫截面積應等于鍛件上相應截面積與飛邊截面積之和。式中

3、 計算毛坯截面積； 鍛件截面積，對于沖孔連皮及叉形鍛件的內飛邊應算在鍛件內； 飛邊橫截面積； 充滿系數，形狀簡單的鍛件取0305，形狀復雜的取0608，常取07。計S鍛S飛S 一般根據冷鍛件圖作計算毛坯圖。首先應根據鍛件的復雜程度及具體情況，從鍛件圖上選定具有代表性的若干個截面，計算出各截面面積值 ，然后，以計算毛坯的長度 為橫坐標，以算得的 為縱坐標，在坐標紙上繪制計算毛坯的截面圖。截面圖作法如下：1.通常用縮尺比M除，得到用直線段 來表示的所取各截面面積值：式中M縮尺比，通常取為2050mm2mm。計S L計計S計S計h 將計算出的繪制在坐標紙上并連接各端點成光滑曲線，即得計算毛坯截面圖，

4、如圖737所示。計h 計算毛坯截面圖的每處高度代表計算毛坯的截面積；截面圖曲線下的整個面積就是計算毛坯(鍛件與飛邊之和)的體積。式中 V計計算毛坯體積； A計算毛坯截面圖曲線下的面積， M縮尺比(m m2m m)。3. 計算毛坯上任一截面的直徑d計可由下式計算； 以 為橫坐標，以d計為縱坐標，在截面圖的下方繪制計算毛坯直徑圖，見圖737。計算坯料圖包括三個組成部分即鍛件圖、截面圖和直徑圖。 根據計算毛坯截面圖和直徑圖可計算出平均截面積 和平均直徑 ： 通常將平均截面積 和平均直徑 分別在計算毛坯截面圖和直徑圖上用虛線表示出來。在計算毛坯直徑圖上，d計 ，稱為頭部，d計 處，稱為桿部。 L計均S

5、均d均d均d均d均S 從計算毛坯截面圖和直徑上都能較直觀地看出中間坯料橫截面積及及外形的變化情況，也說明了金屬沿長度上的分配情況。所以，計算毛坯圖是長軸類鍛件選擇制坯工步、設計制坯模鍛模膛和確定坯料尺寸的重要依據，在模鍛工藝及模具設計中有著重要作用。 實際生產中遇到的鍛件形狀是千變萬化的，其計算毛坯也要較圖737所示計算毛坯復雜，因此，設計中應根據其形狀特點進行簡化。2制坯工步選擇 長軸類鍛件常需采用第一類制坯工步，即拔長、滾壓和卡壓工步，使原坯料獲得近似計算毛坯的形狀。從對改變坯料的截面和使金屬作軸向流動的能力來看，拔長工步最大，滾壓工步次之，卡壓工步最小。至于選用哪一步工步制坯需根據具體鍛

6、件的計算毛坯來確定。 如果計算毛坯的頭部相對尺寸越大，則金屬需要在頭部的聚集量越多；若鍛件的相對長度越長，則金屬需要流動的距離也越大；如果鍛件大，原坯料重，則在其它條件相同時金屬需要轉移的絕對量也越大。制坯變形工作量的大小可用以下繁重系數表示：式中 金屬流入頭部的繁重系數； 金屬沿軸向流動的繁重系數； 桿部斜率； 計算毛坯的最大直徑； dmin計算毛坯的最小直徑； 桿部與頭部轉接處的直徑，即拐點直徑。k max d拐 d 均 d dmax 均計dL桿拐Lddkmin 拐點直徑按照桿部體積守恒轉化為錐形的大頭直徑(圖737)，可按下式計算：式中 計算毛坯桿部體積； 計算毛坯桿部長度。 拐點直徑

7、也可以直接由計算毛坯的直徑圖或截面圖求出近似值。桿 V桿L拐 dMhd拐拐13. 1 越大，表明流到頭部的金屬體積越多； 值越大，則金屬軸向流動的路程越長，k值越大，表明桿部錐度大，小頭或桿部一端的金屬越為過剩，鍛件重量G越重，表明金屬量越大，制坯更為困難。因此，繁重系數代表了所需制坯變形工作量的大小，可以作為選擇制坯工步的依據。 圖7-42是根據錘上模鍛生產經驗總結而繪成的圖表，對其它模鍛設備也可參考應用。選擇制坯工步時，可由計算毛坯計算得的繁重系數( 、 、k、G)，從圖表中查對出長軸類鍛件所需第一類制坯工步的初步方案。 例：直長軸類鍛件制坯工步的選擇: 直長軸類鍛件制坯工步可根據其計算毛

8、坯確定繁重系數，按照圖742給出的圖表選擇制坯工步。對于有較豐富實踐經驗的技術人員，可以根據經驗采用類比的方法選擇制坯工步。圖743給出了連桿鍛件的模鍛工步。 二、短軸類鍛件制坯工步選擇 短軸類(圓餅類)鍛件一般采用鐓粗制坯，形狀較復雜的宜用成形鐓粗制坯。在特殊情況下，采用拔長、滾壓或壓扁制坯工步。 鐓粗制坯的目的是避免終鍛時產生折迭，并兼有去除氧化皮從而提高鍛件表面質量和提高鍛模壽命的作用。 根據鍛件形狀特點，坯料鐓粗后的尺寸應按以下原則確定。 1)輪轂較矮的鍛件(圖747)，如齒輪、 十字軸等，常采用鐓粗制坯，終鍛成形。為了防止輪幅和輪緣間過渡區(qū)產生折迭，鐓粗后坯料直徑D鐓應在D1D鐓D2

9、范圍內。 2)輪轂較高的鍛件(圖748)，為保證輪轂成形和防止產生折迭，鐓粗后坯料直徑D鐓應在(D1+D2)/2D鐓D2范圍內。3)輪轂高且有內孔和突緣的鍛件，為便于坯料在終鍛模膛中定位，有利于輪轂處充滿，需采用鐓粗一成形鐓粗終鍛工步，如圖749所示。三、頂鐓類鍛件變形工步確定 頂鐓類鍛件通常可分為三組，見表72。 頂鐓類鍛件多在平鍛機和螺旋壓力機上模鍛，聚集(局部鐓粗)是其模鍛的基本工步。頂鐓類鍛件的制坯主要依據頂鐓規(guī)則選擇。平鍛機上模鍛與立式鍛壓設備上的一些局部鐓粗工步的根本區(qū)別是棒科并非自由放入型槽，而是在局部夾緊的情況下使金屬變形，所以它具有更大的穩(wěn)定性。 坯料尺寸和設備噸位選擇主要是

10、公式不講了。第六章 鍛模設計鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進行體積成形時所用模具的統(tǒng)稱。由于各種模鍛設備的工作特點有所不同，其鍛模的結構有較大差別，而在模膛設計上也稍有差異。因此，本章是錘鍛模為主進行介紹。 一個完善的鍛模設計過程，首先應當考慮的是：能夠獲得滿足尺寸精度要求和組織性能良好的鍛件，同時要滿足生產率的要求；其次還應考慮鍛模要具有足夠的強度和較高的壽命，并且制造簡單，安裝、調整、維修方便等要求。因此，設計鍛模時應當進行綜合分析。第一節(jié) 錘用鍛模 在前一章中已經介紹了錘上模鍛通常生產長軸類和短軸類鍛件鍛造工步如圖743至圖744所示。常用的模鍛工步是：終鍛、預鍛、拔長、滾壓、彎曲、鐓粗等。本

11、節(jié)介紹其模膛設計和鍛模結構設計。 一、模鍛模膛設計 模鍛模膛包括終鍛模膛和預鍛模膛。所有鍛件都要用終鍛模膛，而預鍛模膛則不一定都需要，要根據具體情況采用。 終鍛模膛和預鍛模膛所起的作用及設計方法均不同，下面分別介紹。1終鍛模膛設計 終鍛是模鍛工藝過程最重要的成形工步。模鍛件的幾何形狀和尺寸是靠終鍛模膛來保證的，任何鍛件的模鍛工藝過程都必須有終鍛。 終鍛模鍛是鍛件最后成形的模膛，通過它獲得帶飛邊的鍛件。終鍛模膛是根據熱鍛件圖設計的，模膛設計的主要內容是繪制熱鍛件圖、確定飛邊槽尺寸及鉗口尺寸。 (1)熱鍛件圖的制定和繪制 熱鍛件圖是將鍛件圖的所有尺寸計入收縮率而繪制的。 一般情況，熱鍛件圖形狀與鍛

12、件圖形狀是完全相同的。但在某些情況下，為了保證按熱鍛件圖制造終鍛模膛，能鍛出合格的鍛件，熱鍛件圖的某些地方與鍛件圖是有差異的，這時應根據具體情況給予具體處理： 1)終鍛模膛易磨損處，應在鍛件負公差范圍內預先增加磨損量，以提高鍛模壽命，保證鍛件的合格率。 2)鍛件上形狀復雜且較高的部分應盡量放在上模。3）當設備的噸位偏小，模鍛不足現象嚴重時，應使熱鍛件圖高度尺寸比鍛件圖上相應高度減小一些(接近于負偏差或更小一些)，以抵消模鍛不足的影響。4)鍛件的某些部位在切邊或沖孔時易產生變形而影響加工余量時，則應在熱鍛件圖的相應部位適當地增加一定的彌補量，以提高鍛件的合格率。5)當鍛件的形狀不能保證坯料在下模

13、膛內或切邊模確定位，則應在熱鍛件圖上增加必要的定位余塊，以保證多次鍛擊過程中的定位以及切飛邊時的定位。 在繪制熱鍛件圖時需將分模面和沖孔連皮的位置、尺寸全部注明，還要寫明末注明圓角半徑、模鍛斜度與收縮率，但不需注明鍛件公差、技術條件和零件的輪廓線。(2)飛邊槽及其設計 在本書第六章第二節(jié)中已介紹了飛邊槽的作用，即： 增加金屬流出模膛的阻力，迫使金屬充滿模膛； 容納多余金屬；鍛造時飛邊起緩沖作用，減弱上下模的打擊，防止模具的壓塌和開裂。型式I：一般都采用此種型式。因橋口在上模，受熱時間短，溫度較低，橋口不易過熱和磨損。 型式：當鍛件的上模部分形狀較復雜，切邊需翻轉時，為簡化切邊凸模形狀而采用此型

14、式。當整個鍛件模膛完全位于下模時，為了簡化鍛模的制造亦采用此型式。 型式 ：此種結構的飛邊槽特點是倉部較大，能容納較多的金屬，適用于大型和形狀復雜的鍛件。型式 ：一般只用于鍛件形狀復雜、難以充滿的局部地方，如高肋、叉口與枝芽等處。它能較大地增加橋口阻力，迫使金屬充滿深而復雜的模膛。 2)飛邊槽尺寸的確定：飛邊槽最主要的尺寸是橋口高度h飛、寬度b。h飛增大，阻力減小，而h飛減小則阻力增大。橋口寬度b增加時阻力也增加。具體見前面講解內容。 鍛件的尺寸(準確地說是鍛件在分模面上的投影面積)既是選擇飛邊槽尺寸的依據，也是選擇設備噸位的主要依據。故生產中通常按設備噸位來選定飛邊槽尺寸。 (3)鉗口及其尺

15、寸 1)鉗口的作用與型式：鉗口是指在鍛模的模鍛模膛前面所做的空腔，它是由夾鉗口與鉗口頸兩部分組成，用途是： I夾鉗口在模鍛時用來放置棒料及鉗夾頭。 鉗口頸用于加強夾鉗料頭與鍛件之間的連接強度。 齒輪類鍛件在模鍛時無夾鉗料頭，鉗口是作為鍛件起模之用。 在鍛模制造時，鉗口作為澆鑄模膛檢驗件(金屬鹽或鉛)的澆口。鉗口型式如圖87及圖88、圖89所示。 其中圖87是常用型式，圖88是用于模鍛齒輪類鍛件 。圖89則是用于模鍛重量比較大的鍛件。 如果有預鍛模膛，因預鍛與終鍛兩模膛之間的距離較小，為了便于模具加工，可將兩模膛的鉗口開通，如圖810所示。 2)鉗口尺寸的確定：鉗口的尺寸(如圖87所示)，主要依

16、據夾鉗料頭的直徑及模膛壁厚等尺寸來確定。應能保證夾料鉗子能進行自由操作，在調頭鍛造時應能放置下鍛件的相鄰端部。詳細情況可參閱鍛模設計手冊中的有關部分。 2預鍛模膛設計 終鍛時常見的缺陷有折迭和充不滿等。這些缺陷都是由于終鍛時金屬不合理的變形流動流動引起的。與鍛件本身的尺寸、形狀、終鍛前的坯料情況和模膛結構、型式等有關。 對終鍛時容易產生折迭和不易充滿的鍛件，常采用預鍛工步以便合理地分配坯料各部分的金屬體積，以避免折迭的產生和有利于金屬充滿模膛，同時可以減少終鍛模膛的磨損。但應說明，并非所有可能產生上述缺陷的鍛件都必需采用預鍛。因為不少鍛件通過采用完善的制坯工步也有可能獲得良好的質量。而且采用預

17、鍛模膛后也帶來一些不利的因素。（1）折迭 折迭是金屬在變形流動的過程中，已氧化的表層金屬匯合在一起而形成的。 各種不同形狀的鍛件，模鍛時能否形成折迭以及形成折迭的部位和條件那是有一定規(guī)律。僅就工字形斷面的鍛件和帶孔鍛件，從防止折迭出發(fā)介紹預鍛模膛的設計。 圖811是工字形鍛件和帶孔鍛件模鍛時形成折迭的部位。圖812是折迭形成過程的示意圖。模鍛時折迭產生的條件主要是：1)靠近接觸面附近的金屬要有流動(見圖812)2)該部分金屬必需沿水平方向外流。3)由中間部分排出的金屬量較大。 三個條件中，靠近接觸面a,b附近的金屬能否流動是與鍛件的尺寸直接有關的，一般是不易改變的，而其余條件是可以人為控制的。

18、因此，為防止折迭產生，應當控制上面的三個條件。(2)充不滿 模鍛時，引起充不滿的原因可能是：在模膛深而窄的部分由于阻力大不易充滿，在模膛的某些部分(例如叉形件的內端角)，由于金屬很難流到而不易充滿；制坯時某些部分坯料體積不足，或操作時由于放偏，某部分金屬量不足引起充不滿等。 二、制坯模膛設計 前一章已經以連桿為例說明制坯工步的作用是初步改變原坯料的形狀，合理地分配坯料，以適應鍛件橫截面積和形狀的要求，使金屬能較好地充滿模膛。 不同形狀的鍛件采用的制坯工步也是不同的。例如長軸類鍛件在錘上模鍛時常用的制坯工步是拔長、滾壓、彎曲、成形等；而短軸類鍛件則常用鐓粗或成形鐓粗(形狀較復雜的鍛件)等制坯工步

19、。上述各制坯工步所用的模膛分別叫做拔長模膛、滾壓模膛、彎曲模膛、成形模膛等等。 1滾壓模膛設計 滾壓工步用以改變坯料的形狀，減小某一部分截面積，增大另一部分的截面積，以獲得接近計算毛坯圖形狀和尺寸的坯料的制坯工步。另外，滾壓還可以起到清除氧化皮的作用。 將接近于計算毛坯平均直徑的棒料放在滾壓模膛內，然后進行錘擊（圖8-27）。首先桿部的高度減少，寬度增加，部分金屬流入頭部。由于鉗口的阻止作用，使頭部坯料加粗，而坯料總長稍有增加。滾壓變形可以近似地看作是拔長和鐓粗的組合（桿部拔長，頭部鐓粗）。2.拔長模膛 使坯料某部分的截面積減小，長度增加的變形工步叫拔長工步，用來完成拔長工步的模膛拔長模膛。

20、拔長模膛按橫截面形狀可分為開式和閉式兩種。開式模膛的橫截面形狀為矩形，如圖837b所示。這種型式結構簡單，制造方便，應用較廣。閉式模膛的橫截面形狀為橢圓形，如圖837b所示。這種型式拔長效果較好，但操作較難，要求把坯料準確地放置在模膛中，否則坯料易彎曲，般用于L桿d桿15的細長鍛件。 按在鍛模上的布置情況分為直式(圖837a)和斜式(圖837b)兩種。 按工作特點也可分成兩種：種是桿部的最小高度和最大長度靠模具控制所示；另一種是桿部的高度及長度完全靠操作者控制，如圖837b所示。第二節(jié) 其它設備模鍛一熱模鍛壓力機用鍛模模鍛錘目前雖然應用很廣，但由于其結構和工藝性存在不少缺點，其發(fā)展受到一定限制

21、。在大批量和專業(yè)化生產條件下，國內外先進的模鍛廠目前都普遍采用熱模鍛壓力機代替模鍛錘。 相對于模鍛錘，熱模鍛壓力機主要的工作特點是：滑塊的行程一定；滑塊的運動速度低，工作時是靜壓力；有上下頂出裝置，有良好的導向裝置，承受偏載的能力較強等。 由于上述特點，表72中的前三類模鍛件在熱模鍛壓力機上大都可以生產。但是，由于滑塊的行程一定，在其上不便于進行拔長和滾壓等制坯工步。因此，它只能完成截面積變化不大(10一15)的制坯工作。當遇到截面積變化較大的鍛件時，制坯工作應放在其它設備(錘、輥鍛機等)上進行，或采用成形坯料(包括型鋼和周期性斷面坯料等)。因為有上下頂出裝置，某些頂鐓類鍛件可以在熱模鍛壓力上生產。由于熱模鍛壓力機工作時是靜壓力，金屬充填模膛的能力不如模鍛錘好，在模膛設計上與錘鍛模稍有差異。在熱模鍛壓力機上常常要用到預鍛工步，有時一次預鍛還不夠，還需要兩次或多次預鍛。 在熱模鍛壓力機上常用的變形工步是，終鍛、預鍛、鐓粗、成形鐓粗、壓擠、壓扁、彎曲、成形等，常生產的鍛件類型如表88所示。二螺旋壓力機用鍛模