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1、第11章 平鍛機(jī)上模鍛平鍛機(jī)上模鍛是模型鍛造中的主要生產(chǎn)方式之一。在汽車(chē)、拖拉機(jī)及軸承的制造中以及在國(guó)防工業(yè)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。§11.1 概述一、平鍛機(jī)上模鍛的工藝特點(diǎn)1、平鍛機(jī)上模鍛的優(yōu)缺點(diǎn)模鍛錘的錘頭、熱模鍛壓力機(jī)的滑塊都是上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的,但它們的裝??臻g高度有限,因此,不能鍛造很長(zhǎng)的鍛件。如果長(zhǎng)鍛件僅局部鐓粗,而其較長(zhǎng)的桿部不須變形,則可將棒料水平放置在平鍛機(jī)上,以局部變形的方式鍛出粗大部分。平鍛機(jī)有兩個(gè)工作部分,即主滑塊和夾緊滑塊。其中,主滑塊作水平運(yùn)動(dòng),而夾緊滑塊的運(yùn)動(dòng)方向隨平鍛機(jī)種類(lèi)而變。垂直分模平鍛機(jī)的夾緊滑塊作水平運(yùn)動(dòng),水平分模平鍛機(jī)的夾緊滑塊作上、下運(yùn)動(dòng)。裝于平鍛機(jī)
2、主滑塊上的模具稱(chēng)為凸模(或沖頭),裝于夾緊滑塊上的模具稱(chēng)為活動(dòng)凹模,另一半凹模固定在機(jī)身上,因此稱(chēng)為固定凹模。所以,平鍛模有兩個(gè)分模面,一個(gè)在沖頭和凹模之間,另一個(gè)在兩塊凹模之間。平鍛工藝的實(shí)質(zhì)就是用可分的凹模將坯料的一部分夾緊,而用沖頭將坯料的另一部分鐓粗、成形和沖孔,最后鍛出鍛件。在平鍛機(jī)上不僅能鍛出局部粗大的長(zhǎng)桿件,而且可以鍛出帶盲孔的短軸類(lèi)鍛件,還可以對(duì)坯料進(jìn)行卡細(xì)、切斷、彎曲與壓扁等工序,同時(shí)還能用管坯模鍛。因此,在平鍛機(jī)上可以模鍛形狀復(fù)雜的鍛件。(1)平鍛機(jī)上模鍛的優(yōu)點(diǎn)在平鍛機(jī)上模鍛與其它設(shè)備上模鍛相比具有以下優(yōu)點(diǎn):1)能鍛造熱模鍛壓力機(jī)和模鍛錘所不能鍛造的具有通孔或長(zhǎng)桿類(lèi)鍛件。2
3、)因?yàn)榇蟛糠植捎瞄]式模鍛沒(méi)有飛邊,在凹模中成形的鍛件外壁不需要模鍛斜度,并能直接鍛出通孔,因此能節(jié)約大量金屬,如圖11.1所示。(a)錘模鍛件 (b)平鍛件圖11.1 平鍛機(jī)模鍛時(shí)節(jié)約金屬的實(shí)例3)對(duì)于形狀簡(jiǎn)單、重量不大的鍛件,可用長(zhǎng)棒料進(jìn)行多件模鍛,可以節(jié)省下料工時(shí)和減輕勞動(dòng)量。4)平鍛機(jī)結(jié)構(gòu)剛性好,工作時(shí)振動(dòng)小,滑塊行程準(zhǔn)確,行程不變,鍛件精度高。5)便于采用電感應(yīng)加熱和機(jī)械傳送裝置,使坯料自動(dòng)地在模槽內(nèi)移動(dòng),容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化操作,改善勞動(dòng)條件。6)平鍛時(shí)沖擊力小,設(shè)備基礎(chǔ)小,廠房造價(jià)低;同時(shí)平鍛時(shí)振動(dòng)和噪音小,勞動(dòng)條件較好。7)易于和模鍛錘、熱模鍛壓力機(jī)進(jìn)行聯(lián)合模鍛。(2)平鍛機(jī)上
4、模鍛的缺點(diǎn)平鍛機(jī)上模鍛存在以下缺點(diǎn):1)平鍛機(jī)造價(jià)高,設(shè)備投資較高。2)平鍛時(shí)氧化皮不易清除,平鍛前需清除氧化皮或采用少無(wú)氧化加熱。3)要求棒料尺寸精確,否則將產(chǎn)生難以清除的毛刺或不能夾緊棒料。4)對(duì)非回轉(zhuǎn)體、中心不對(duì)稱(chēng)鍛件,較難鍛造,適應(yīng)性較差。5)鍛造同類(lèi)大小的零件,平鍛機(jī)生產(chǎn)效率比模鍛錘要低。6)平鍛孔類(lèi)鍛件時(shí),剩余料頭較多,應(yīng)該考慮充分利用,否則會(huì)使材料消耗大。2、 垂直分模和水平分模平鍛工藝的比較在水平分模平鍛機(jī)上,兩塊凹模的分模面是水平的。由于水平分模平鍛機(jī)在設(shè)備結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn),反映在模鍛工藝和操作上有如下特點(diǎn):(1)垂直分模平鍛機(jī)的夾緊力大約是主滑塊鐓鍛力的2530%,而水平分模平
5、鍛機(jī)的夾緊力是鐓鍛力的1.01.3倍。由于夾緊力大,可以提高鍛件精度,可利用夾緊滑塊作為模鍛變形機(jī)構(gòu),擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。(2)機(jī)床剛度大,有些水平分模平鍛機(jī)采用了夾緊連桿,夾緊時(shí)機(jī)身封閉,對(duì)提高鍛件精度有利。(3)設(shè)有凹模夾緊度的調(diào)節(jié)裝置,調(diào)整迅速方便。(4)模鍛時(shí),坯料沿水平方向傳送,較易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。(5)不易清除落在凹模上的氧化皮,因此坯料加熱質(zhì)量要高。(6)安裝和調(diào)整模具不如在垂直分模平鍛機(jī)上方便。二、鍛件的分類(lèi)鍛件的外形是鍛件分類(lèi)的依據(jù)。因?yàn)橥庑沃苯記Q定了模鍛工藝的特點(diǎn),為了便于平鍛工藝和模具設(shè)計(jì),將鍛件分成四類(lèi),見(jiàn)表11-1。表11-1 鍛件的分類(lèi)分類(lèi)平鍛件實(shí)例局部鐓粗類(lèi)鍛件
6、孔類(lèi)鍛件 管類(lèi)鍛件聯(lián)合鍛造鍛件 錘上模鍛制坯 + 平鍛機(jī)上模鍛成形的鍛件 平鍛機(jī)上制坯 + 錘上模鍛成形的鍛件 平鍛機(jī)上制坯 + 擴(kuò)孔機(jī)上成形的鍛件三、鍛件圖的制訂 平鍛件圖的制訂也同樣與錘上模鍛相同。包括分模面的選擇,加工余量和公差的確定,模鍛斜度的選擇,圓角半徑的確定等。只是在選擇這些參數(shù)時(shí)應(yīng)該考慮到這種模鍛設(shè)備的特點(diǎn)。1、分模面的選擇開(kāi)式平鍛,如圖11.2所示,產(chǎn)生橫向飛邊,需要采用切邊工序。閉式平鍛,如圖11.3所示,產(chǎn)生縱向飛邊,不需要切邊工序;如果飛邊過(guò)大,可用粗磨機(jī)打磨,較小飛邊不影響加工。對(duì)于采用后擋板定位的局部鐓粗類(lèi)鍛件,因棒料尺寸精度會(huì)影響變形部分金屬體積,因此大多采用開(kāi)式
7、平鍛,分模面的位置應(yīng)設(shè)在鍛件最大輪廓處。圖11.2 開(kāi)式平鍛 圖11.3 閉式平鍛圖11.4所示的分模方式是將飛邊設(shè)在鍛件最大輪廓的前端面。其優(yōu)點(diǎn)是凸模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,凸模和凹模的錯(cuò)移不會(huì)反映在鍛件上,對(duì)非回轉(zhuǎn)體鍛件還可以簡(jiǎn)化模具的調(diào)整工作;但是缺點(diǎn)是在切邊時(shí)容易拉出縱向毛刺。1凹模 2凸模 3毛刺 4鍛件圖11.4 分模面設(shè)在鍛件最大輪廓前端面圖11.5所示的分模方式是將飛邊設(shè)在鍛件最大輪廓中間。其優(yōu)點(diǎn)是便于檢查凸模與凹模的錯(cuò)移,切飛邊后可獲得良好質(zhì)量的鍛件。1凹模 2凸模 3飛邊 4鍛件圖11.5 分模面設(shè)在鍛件最大輪廓中間圖11.6所示的分模方式是將飛邊設(shè)在鍛件最大輪廓的后端,這樣,由于鍛件在
8、凸模內(nèi)成形,鍛件內(nèi)外徑同心度好,沒(méi)有凹模分模面毛刺。1凹模 2凸模 3毛刺 4鍛件圖11.6 分模面設(shè)在鍛件最大輪廓后端面2、余量和公差的確定根據(jù)零件外形尺寸和設(shè)備噸位按表11-2選取。使用此表時(shí),應(yīng)根據(jù)下列情況作適當(dāng)修正。(1)零件加工表面粗糙度參數(shù)時(shí),增加余量0.5mm;時(shí),可減少余量0.5mm。(2)對(duì)局部鐓粗類(lèi)鍛件,桿部采用粗(精)磨加工時(shí),僅須留磨加工量0.50.75mm,這時(shí)可選用冷拔鋼,且桿部臺(tái)肩應(yīng)增加余塊。表11-2 鍛件余量和公差 (mm) (a) (b)(c)設(shè)備規(guī)格(KN)3150450063008000125001600020000尺寸DHDHDHDH余量1.52.01
9、.251.751.752.51.52.252.03.01.752.752.253.52.03.25公差正偏差1.01.51.01.51.01.751.02.01.02.01.52.51.52.51.53.0負(fù)偏差0.51.00.51.00.51.00.51.51.01.51.01.51.01.51.01.5注:1、表中所列值為單邊余量;2、孔和凹擋的尺寸,其公差取偏差相反的符號(hào)。3、模鍛斜度的選擇平鍛件模鍛斜度的選取主要根據(jù)平鍛的成形方法。(1)在凹模中成形的帶凹檔鍛件,需給予外斜度和內(nèi)斜度,如圖11.7(a)所示。外斜度一般取3°,內(nèi)斜度可按表11-3選取。(2)在凸模中成形的帶凹
10、檔鍛件,需給予外斜度,如圖11.7(b)所示;其值可按表11-4選取。(3)內(nèi)孔斜度,如圖11.7(a)所示,可按表11-5選取。4、圓角半徑鍛件上的外圓角半徑,如圖11.7(a)所示,可按下式計(jì)算: (mm)式中:為零件邊緣倒棱或圓角半徑值(mm)。鍛件上的內(nèi)圓角半徑,按下式計(jì)算: (mm)式中:(mm)見(jiàn)圖11.7(a)所示。通過(guò)計(jì)算的和值,一般應(yīng)圓整為整數(shù)值。(a)在凹模中成形的帶凹檔鍛件(b)在凸模中成形的鍛件圖11.7 模鍛斜度表11-3 鍛件內(nèi)斜度(mm)1010202030(°)577101012 注:尺寸見(jiàn)圖11.7所示。表11-4 鍛件外斜度1.01.05.05.0
11、(°)0.250.51.0表11-5 鍛件內(nèi)孔斜度1.01.05.05.0(°)0.250.50.51.01.01.55、鍛件允許形狀偏差值為了保證鍛件質(zhì)量,在技術(shù)條件中要定出鍛件的形狀偏差值。§11.2 平鍛機(jī)上模鍛的變形工步一、平鍛工步分類(lèi)在平鍛機(jī)上可進(jìn)行的工步有局部鐓粗(積聚)、成形、沖孔、穿孔、切斷、切邊及特種工步(在凹模中壓扁、拔長(zhǎng)、彎曲)。平鍛工步設(shè)計(jì)就是根據(jù)鍛件最后成形的需要,設(shè)計(jì)合理的變形工步,繪出相應(yīng)的工步圖,供模具設(shè)計(jì)使用。二、局部鐓粗類(lèi)鍛件的工步設(shè)計(jì)1、局部鐓粗原則平鍛機(jī)上局部鐓粗時(shí),坯料在一部分被夾緊的情況下發(fā)生局部變形。為了獲得良好的頂鐓
12、鍛件,應(yīng)遵守下列規(guī)則。(1)局部鐓粗第一規(guī)則 局部鐓粗第一規(guī)則如圖11.8所示。在理想的狀態(tài)下,即坯料端面平整且垂直于坯料軸線時(shí),頂鐓部分的長(zhǎng)度和直徑之比時(shí),可以在平鍛機(jī)一次行程中自由鐓粗到任意尺寸而不產(chǎn)生縱向彎曲。但是在生產(chǎn)條件下,坯料端面既不平整且與軸線也不垂直,所以,坯料變形部分的長(zhǎng)徑比的允許值不大于2.5。這稱(chēng)為局部鐓粗第一規(guī)則。如果坯料變形部分的長(zhǎng)徑比,則必須在凹?;蛲鼓5男颓粌?nèi)制坯(積聚),以免因縱向彎曲而產(chǎn)生折紋。(a)無(wú)折疊(b)有折疊圖11.8 局部鐓粗第一規(guī)則(2)局部鐓粗第二規(guī)則當(dāng)在凹模內(nèi)積聚時(shí)(如圖11.9所示),凹??讖揭话憧刂圃谥g,同時(shí)必須限制坯料伸出凹模型腔的自
13、由端的長(zhǎng)度。其中應(yīng)滿足如下條件:1)當(dāng)時(shí),;2)當(dāng)時(shí),。這稱(chēng)為局部鐓粗第二規(guī)則。在凹模中積聚時(shí),易在端面產(chǎn)生縱向毛刺,影響鍛件表面質(zhì)量,所以目前很少采用。(3)局部鐓粗第三規(guī)則在凸模的錐形模腔中積聚時(shí)(如圖11.10所示),由于變形體積是一定的,選用的錐形模腔的大頭直徑越大,在頂鐓開(kāi)始時(shí),坯料露在凸、凹模之外的部分就越長(zhǎng)。為了進(jìn)行正常的局部鐓粗而不產(chǎn)生彎曲折疊,當(dāng)錐體小頭直徑時(shí),應(yīng)滿足:圖11.9 局部鐓粗第二規(guī)則1)當(dāng)時(shí),;2)當(dāng)時(shí),。 這稱(chēng)為局部鐓粗第三規(guī)則。凸模內(nèi)積聚是平鍛機(jī)上局部鐓粗的常用方法。圖11.10 局部鐓粗第三規(guī)則2、頂鍛工步的計(jì)算使用局部鐓粗第三規(guī)則僅能給出特定情況的錐形模
14、膛尺寸。在具體情況下,為了保證頂鐓順利進(jìn)行,在錐形模膛內(nèi)積聚時(shí)應(yīng)符合下列條件(其中符號(hào)見(jiàn)圖11.10所示):或:式中: 稱(chēng)為錐體的大頭系數(shù),其值為:式中: 稱(chēng)為錐體的小頭系數(shù); 為鐓粗坯料的長(zhǎng)徑比。為了簡(jiǎn)化計(jì)算,已經(jīng)將上述公式制成如圖11.11所示的圖表。圖中的折線是根據(jù)具體條件繪制的限制線。使用該圖時(shí),根據(jù)不同的值和值,找到相應(yīng)的曲線和橫坐標(biāo),就可以求出所需的值和值;再根據(jù)、和值就可以計(jì)算錐形模膛的尺寸,即: (mm) (mm) (mm) 第一次積聚后是否需要第二次積聚,可以用以下方法判斷:(1)先求出第一次積聚后錐體的平均直徑: (mm)(2)用代替,用代替,求出長(zhǎng)徑比;(3)若,則不再進(jìn)
15、行錐形積聚,可直接頂鐓到任意形狀;否則需要第二次積聚。第三次及以后各次積聚的判斷和設(shè)計(jì)構(gòu)成依次類(lèi)推。圖11.11 錐形頂鐓模膛設(shè)計(jì)圖錐形頂鐓模膛設(shè)計(jì)還須注意以下幾點(diǎn):(1)在積聚次數(shù)較多時(shí),小頭系數(shù)取較小值,有時(shí)采用二級(jí)錐度模膛,以增大頂鐓的穩(wěn)定性,如圖11.12所示。圖11.12 二級(jí)錐度、可調(diào)式積聚(2)在積聚時(shí),為防止因毛坯直徑的偏差而擠出毛刺,應(yīng)考慮頂鐓模膛的不充滿系數(shù),將錐體體積放大,選擇如下:第一道:;第二道:;第三道:。(3)對(duì)于較深的頂鐓模膛,須考慮一定長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)量,如圖11.12所示。(4)在進(jìn)行多次積聚時(shí),各工步尺寸應(yīng)取與限制線相近的值,可以得到比較滿意的積聚效果。三、孔類(lèi)
16、鍛件的工步設(shè)計(jì)孔類(lèi)模鍛件通常采用的平鍛工步是積聚、沖孔、終鍛、穿孔和切心軸,如圖11.13所示。其中基本變形工步是積聚和沖孔。(a)積聚 (b)預(yù)鍛 (c)終鍛 (d)穿孔 (e)切心軸圖11.13 孔類(lèi)鍛件的典型平鍛工步制定孔類(lèi)鍛件的平鍛工藝時(shí),要首先確定終鍛成形,并在此基礎(chǔ)上確定沖孔次數(shù)、沖孔尺寸及坯料尺寸。1、終鍛成形設(shè)計(jì)終鍛成形時(shí)只能得到帶沖孔芯料的不通孔鍛件,經(jīng)下一步?jīng)_穿后才能得到通孔鍛件。沖孔芯料(連皮)不能太厚,否則沖孔費(fèi)力,沖頭壽命短;當(dāng)模鍛件支承面較小時(shí),還會(huì)引起模鍛件底面變形。若芯料太薄則終鍛成形沖頭回程時(shí),可能將芯料拉斷而將模鍛件帶走。合適的沖孔芯料尺寸,應(yīng)該使最后一次沖
17、孔力大于終鍛成形的卸件力,小于模鍛件支承面的壓皺變形力。生產(chǎn)中的沖孔連皮尺寸按下列經(jīng)驗(yàn)公式確定:(1)尖沖頭沖孔尖沖頭沖孔,如圖11.14(a)所示: (mm) (mm) (mm) (mm)系數(shù)可按表11-6選取。沖頭錐角常用60、75、90、110、120等。(a)尖沖頭沖孔(b)平?jīng)_頭沖孔圖11.14 終鍛(沖孔)成形形狀表11-6 系數(shù)0.40.81.20.20.40.5尖沖頭沖孔的沖孔力小,鍛件壁厚均勻,但是沖穿力大、沖頭壽命短。適用于的深孔類(lèi)環(huán)形鍛件。(2)平?jīng)_頭沖孔平?jīng)_頭沖孔,如圖11.14(b)所示: (mm) (mm)平?jīng)_頭沖孔時(shí),需要較大的終鍛變形力,且易造成鍛件沖孔的壁厚差
18、;但是沖穿省力,穿孔質(zhì)量好,沖頭壽命長(zhǎng)。平?jīng)_頭沖孔適用于的深孔類(lèi)環(huán)形鍛件。2、沖孔次數(shù)的確定生產(chǎn)中,平鍛機(jī)一次行程的沖孔深度常取為。若一次沖孔深度過(guò)大,坯料和沖頭容易彎曲和沖偏;另外也可能因沖孔變形功過(guò)大使飛輪轉(zhuǎn)速急劇降低,如圖11.15所示。所以,對(duì)深孔鍛件,必須多次沖孔。圖11.15 沖孔過(guò)程中沖孔力與行程的關(guān)系曲線沖孔次數(shù)取決于鍛件終鍛成形的孔深與沖孔直徑的比值,按表11-7選取。表11-7 確定沖孔次數(shù)表沖孔深度與沖孔直徑的比值1.51.53.03.05.0沖孔次數(shù)1233、預(yù)鍛成形設(shè)計(jì)孔類(lèi)鍛件的預(yù)鍛成形設(shè)計(jì),一般指沖孔成形工步前的毛坯形狀設(shè)計(jì)。但對(duì)于深孔件,由于須多次沖孔,預(yù)鍛設(shè)計(jì)中
19、也包括了預(yù)沖孔的設(shè)計(jì)。預(yù)鍛的目的是改善終鍛成形時(shí)金屬的流動(dòng)條件,使得易于充滿,避免沖孔偏斜和其他缺陷的產(chǎn)生。(1)預(yù)鍛工步設(shè)計(jì)的要點(diǎn) 1)在鍛件軸線方向,預(yù)鍛成形應(yīng)給終鍛成形留有5.015.0mm的壓縮量,使得終鍛成形時(shí)盡量以鐓粗變形為主,利于充滿。2)為了準(zhǔn)備以后沖孔,在預(yù)鍛成形毛坯的前端面上制出一塊直徑比孔徑稍大的平面。3)預(yù)鍛成形的某個(gè)部位的外徑應(yīng)該等于或接近終鍛成形在該處的外徑,使毛坯沖孔時(shí)能收到終鍛成形凹模的限制,不易沖歪。4)沖孔時(shí),如果金屬在沖子的作用下僅僅發(fā)生徑向分流,而無(wú)明顯的軸向流動(dòng),將使沖孔力降低,有利于鍛件充滿。所以,在某些部位,應(yīng)盡量使須預(yù)鍛成形的直徑等于終鍛成形在該
20、處的計(jì)算毛坯直徑,如圖11.16所示,此處: (mm)圖11.16 平鍛件計(jì)算毛坯圖5)預(yù)鍛成形時(shí)應(yīng)考慮一定的不充滿系數(shù),以防長(zhǎng)生產(chǎn)生橫向或縱向毛刺,終鍛時(shí)壓入鍛件形成折疊。(2)淺孔厚壁鍛件的預(yù)鍛成形工步設(shè)計(jì)淺孔厚壁鍛件,如圖11.17所示。這類(lèi)鍛件高度比較矮,孔徑小而孔壁較厚,。不必預(yù)沖孔,只須在終鍛成形時(shí)一次沖出。其預(yù)鍛成形設(shè)計(jì)為:1)大頭做在尾部,其直徑: (mm)或:其寬度:其高度:2)不充滿系數(shù)。3)其余尺寸在滿足上述條件后按體積不變求出。(a)(b) 圖11.17 淺孔厚壁鍛件(3)淺孔薄壁鍛件的預(yù)鍛成形工步設(shè)計(jì)淺孔薄壁鍛件,如圖11.18所示。這類(lèi)鍛件高度比較矮,孔徑大而孔壁較
21、薄,。不必預(yù)沖孔。(a)(b)圖11.18 淺孔薄壁鍛件其預(yù)鍛成形設(shè)計(jì)為:1)大頭設(shè)在前端,其直徑:其寬度:其高度:2)不充滿系數(shù)。3)其他尺寸在滿足上述條件后按體積不變求出。(4)深孔薄壁鍛件的預(yù)鍛成形工步設(shè)計(jì)深孔薄壁鍛件,如圖11.19所示。(a)(b)(c)圖11.19 深孔薄壁鍛件這類(lèi)鍛件孔較深,須沖孔;孔壁較薄,所以計(jì)算直徑小,如果預(yù)鍛成形毛坯直徑過(guò)大,終鍛成形沖孔時(shí)多余的金屬將被迫反流去充滿模膛的其他部位;預(yù)鍛成形毛坯較長(zhǎng),終鍛成形的沖頭也較長(zhǎng),所以沖孔時(shí)不穩(wěn)定,容易沖偏。其預(yù)鍛成形設(shè)計(jì)為:1)在前端和尾部各設(shè)一個(gè)大頭,直徑為:以增加毛坯在沖孔時(shí)的穩(wěn)定性。2)在中腰部位盡量保證:
22、(mm2)以防金屬倒流。3)其高度方向尺寸為:每次沖孔斜度保持不變。(5)深孔厚壁鍛件的預(yù)鍛成形工步設(shè)計(jì)深孔厚壁鍛件,如圖11.20所示。(a)(b)(c)圖11.20 深孔厚壁鍛件其預(yù)鍛成形設(shè)計(jì)為:1)在前端大頭,直徑為:2)在中腰部位盡量保證: (mm2)3)尾部法蘭: (mm)在預(yù)鍛成形時(shí)應(yīng)使尾部法蘭充滿,否則靠終鍛成形是很難將其充滿的。其他尺寸、和的計(jì)算與深孔薄壁鍛件相同。4、原始坯料尺寸的確定(1)坯料體積的確定1)根據(jù)鍛件圖設(shè)計(jì)終鍛時(shí)的熱鍛件圖,包括確定沖孔深度與沖頭的型式。2)如果用開(kāi)式模鍛,設(shè)計(jì)橫向飛邊。3)按終鍛時(shí)的熱鍛件圖計(jì)算鍛件體積,包括飛邊、沖孔芯料及鍛件尺寸正公差之半
23、。4)計(jì)入火耗。坯料體積為: (mm3)(2)選擇坯料直徑的原則1)局部鐓粗類(lèi)鍛件的坯料直徑等于桿部直徑。2)孔類(lèi)鍛件的坯料直徑按下列原則選?。?、最好使坯料直徑等于鍛件孔徑(見(jiàn)圖11.17所示),從而省去卡細(xì)后切料芯工步。、盡量防止沖孔時(shí)金屬倒流,為此應(yīng)使。、坯料的長(zhǎng)徑比時(shí),才可能以四道工步成形,否則就要加大坯料直徑。、采用前擋板定位時(shí),要求坯料伸出凹模的長(zhǎng)度大于15mm,否則應(yīng)減小坯料直徑。、淺孔薄壁類(lèi)鍛件的坯料直徑小于鍛件孔徑,才能保證足夠的壓縮量及鍛件表面質(zhì)量。綜合以上情況,建議:、在時(shí),盡量采用,即。、在時(shí),為減少工步,應(yīng)取。在此情況下,坯料要進(jìn)行卡細(xì)。、在時(shí),為防止金屬倒流,應(yīng)取。在
24、此情況下,坯料要進(jìn)行擴(kuò)徑。(3)坯料長(zhǎng)度的確定 (mm)四、管坯頂鐓工藝特點(diǎn)在平鍛機(jī)上可以進(jìn)行管坯局部鐓粗。對(duì)于加粗管坯外徑而內(nèi)徑保持不變的鍛件,當(dāng)沖頭導(dǎo)向部分的長(zhǎng)度在變形開(kāi)始前即超過(guò)凹模中粗大部分的長(zhǎng)度時(shí),若使外徑加大到,再到(如圖11.21所示),應(yīng)遵循以下規(guī)則:(1)當(dāng)時(shí),允許一次頂鐓到任意外徑而不產(chǎn)生彎曲;(2)當(dāng)時(shí),必須在模膛內(nèi)頂鐓,模膛尺寸應(yīng)滿足如下條件才不致產(chǎn)生折紋:(a)(b)頂鐓1(c)頂鐓2圖11.21 管坯頂鐓 事件證明,頂鐓時(shí)因管壁失穩(wěn)產(chǎn)生的縱向彎曲方向向外,因此管坯鐓粗是限制外徑。若外徑不變,靠縮小內(nèi)徑而增加管壁厚度,則不易產(chǎn)生折紋,因而可以提高一次頂鐓的比值,而不受
25、上述規(guī)則(2)的限制。因此在管坯多次頂鐓時(shí),可先縮小內(nèi)徑,外徑保持不變,增加管壁厚度,下一工步再擴(kuò)大內(nèi)徑,到達(dá)所需尺寸,由此減少頂鐓次數(shù)。管坯鐓粗一般在凹模中進(jìn)行。由于管坯難于夾緊,同時(shí)為了保證沖頭導(dǎo)向,坯料前端不應(yīng)伸出凹模之外,所以常用后擋板定位。§11.3 平鍛機(jī)上的鍛模設(shè)計(jì)一、模膛設(shè)計(jì)特點(diǎn)1、終鍛模膛設(shè)計(jì)終鍛模膛的形狀和尺寸取決于熱鍛件圖,如圖11.22所示。(a)閉式平鍛(b)開(kāi)式平鍛(用前擋板定位)(c)開(kāi)式平鍛(用后擋板定位)圖11.22 終鍛模膛設(shè)計(jì)(1)凹模直徑1)閉式平鍛閉式平鍛時(shí),?。?(mm)2)開(kāi)式平鍛開(kāi)式平鍛,用前擋板定位時(shí),由于定料較準(zhǔn),飛邊較小,取: (
26、mm)式中: 為飛邊寬度(mm),見(jiàn)表11-8。表11-8 飛邊尺寸 (mm)20208080160160260260360588121216162020251.21.51.52.52.53.53.54.54.04.5開(kāi)式平鍛,用后擋板定位時(shí),由于定料欠準(zhǔn),飛邊可能較大,所以?。?(mm)(2)凸模直徑凸模直徑,?。?(mm)式中: 為凸、凹模間的間隙(mm),見(jiàn)表11-9。表11-9 凸、凹模間隙 (mm)平鍛機(jī)公稱(chēng)力(KN)225050004500315063008000900010000120001250016000200000.20.250.30.350.40.50.75(3)凸模長(zhǎng)度
27、按凸、凹模封閉長(zhǎng)度計(jì)算確定。閉式平鍛時(shí),凸模長(zhǎng)度保證鍛件厚度;開(kāi)式平鍛時(shí),凸模長(zhǎng)度保證飛邊厚度。2、預(yù)鍛模膛設(shè)計(jì)預(yù)鍛模膛的形狀和尺寸按預(yù)鍛工步圖設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)方案可參考終鍛模膛。3、積聚模膛設(shè)計(jì)積聚模膛設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則:(1)設(shè)計(jì)依據(jù)是積聚工步圖的錐體尺寸、,如圖11.23所示。(a)頂鍛錐體(b)工作前狀態(tài)(c)工作完畢狀態(tài)圖11.23 積聚工步凸、凹模結(jié)構(gòu)(2)凸模在工作時(shí)不應(yīng)撞擊凹模,應(yīng)該在模具封閉時(shí)二者保持一定的頂面間隙,見(jiàn)表11-10。表11-10 凸模與凹模的頂面間隙 平鍛機(jī)公稱(chēng)力(KN)(mm)第一次積聚第一次積聚第一次積聚12000795638000574350003532225
28、034.522(3)凸模外徑應(yīng)保證凸模強(qiáng)度,按下式計(jì)算: (mm)(4)凹模直徑按下式計(jì)算: (mm)式中: 為凸、凹模之間的徑向間隙(mm),見(jiàn)表11-11。表11-11 凸模與凹模的徑向間隙平鍛機(jī)公稱(chēng)力(KN)(mm)第一次積聚第一次積聚第一次積聚125000.70.60.4800090000.60.50.4450063000.60.40.3225031500.50.40.3(5)積聚開(kāi)始時(shí),凸模進(jìn)入凹模導(dǎo)程1525mm,可增加積聚的穩(wěn)定性。(6)在凸模模膛底部開(kāi)出氣孔。(7)為儲(chǔ)存平鍛脫落的氧化皮,以免被壓入鍛件形成凹坑,在凹模模膛內(nèi)開(kāi)設(shè)有氧化皮槽,其尺寸為:4、夾緊模膛設(shè)計(jì)夾緊模膛有兩
29、種形式,一種為平滑式夾緊模膛,另一種為帶筋條式夾緊模膛。(1)平滑式夾緊模膛平滑式夾緊模膛制造簡(jiǎn)單,因?yàn)樵阱懠U部沒(méi)有壓痕,所以用于桿部質(zhì)量要求高的鍛件,鍛造時(shí)一般使用后擋板。平滑式夾緊模膛的長(zhǎng)度用下式計(jì)算: (mm)式中: 為系數(shù),見(jiàn)表11-12;為坯料直徑(mm)。表11-12 系數(shù)值坯料直徑(mm)101920283048506570951001309553.83.83.33.32.82.82.52.72.4模膛的橫截面呈橢圓形,是由兩個(gè)偏心的圓弧組成的,值取決于坯料直徑,見(jiàn)表11-13。(2)帶筋條式夾緊模膛帶筋條式夾緊模膛,如圖11.24所示,適用于平鍛孔類(lèi)鍛件或?qū)U部要求不高的桿類(lèi)
30、鍛件。由于筋條的作用,模膛的夾緊長(zhǎng)度可以縮短,減少料頭損失。但是,模膛內(nèi)不帶筋條部分的截面仍然為橢圓形。5、擴(kuò)徑模膛設(shè)計(jì)擴(kuò)徑模膛,如圖11.25所示,用于平鍛孔徑比坯料直徑大的孔類(lèi)鍛件。擴(kuò)徑后的毛坯直徑比鍛件孔徑稍小,以便穿孔時(shí)沖掉料芯。按下式計(jì)算: (mm)6、卡細(xì)模膛設(shè)計(jì)卡細(xì)模膛,如圖11.26所示,用于孔徑比坯料直徑小的鍛件。如果應(yīng)用卡細(xì)工步,為了避免金屬流入分模面之間,每次卡細(xì)的變形量不能大于坯料直徑的5%(從圓形卡細(xì)到圓形)。如果所需的變形量過(guò)大,可分為多次橢圓圓形卡細(xì),每卡細(xì)一次之后須將坯料轉(zhuǎn)動(dòng)90°???xì)次數(shù)可查表11-14。每次卡細(xì)的變形量應(yīng)合理分配。表11-13 平
31、滑式夾緊模膛其他尺寸 (mm)坯料直徑1019202830384048505860657075808590950.20.30.40.50.60.70.80.91.033345668811.51.522.5333.53.5圖11.24 帶筋條式夾緊模膛圖11.25 擴(kuò)徑模膛圖11.26 卡細(xì)模膛表11-14 卡細(xì)次數(shù)1.561.562.52.5卡細(xì)次數(shù)234注:為坯料直徑,為鍛件孔徑。7、切斷模膛設(shè)計(jì)當(dāng)用一根坯料鍛造多個(gè)短桿類(lèi)鍛件時(shí),終鍛之后須在切斷模膛中將鍛件從坯料上剪掉,如圖11.27所示。如果鍛造孔類(lèi)零件時(shí)坯料被卡細(xì),料芯和坯料直徑相差較大時(shí),可用切斷模膛將廢芯料切掉,如圖11.28所示,
32、以免鐓鍛下一個(gè)鍛件時(shí)產(chǎn)生折紋。1鍛件 2固定刀片 3固定凹模 4長(zhǎng)坯料 5活動(dòng)刀片 6活動(dòng)凹模 7夾緊塊圖11.27 鍛件切斷模膛1廢料芯 2固定凹模 3固定刀片 4長(zhǎng)坯料 5活動(dòng)刀片 6活動(dòng)凹模圖11.28 穿孔后廢料芯切斷模膛固定刀片裝在固定凹模上,活動(dòng)刀片裝在活動(dòng)凹模上。當(dāng)用來(lái)剪斷鍛件時(shí),如圖11.27所示,在活動(dòng)凹模上還裝有壓緊塊,在剪切之前靠彈簧的力量壓緊鍛件,以防切歪。刀片形狀如圖11.29所示。3°的斜度保證刃口的鋒利,注意裝配時(shí)不要將刀片裝反。(a)固定刀片(b)活動(dòng)刀片圖11.29 刀片形狀8、穿孔模膛設(shè)計(jì)穿孔模膛的凹模刃口部分有兩種形式:一種用于沖掉卡細(xì)的料芯,另
33、一種用于沖掉擴(kuò)徑(或直徑和坯料直徑相等)的料芯。沖頭和凹模刃口的尺寸取決于鍛件孔徑,如圖11.30所示,按下式計(jì)算: (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)由此可見(jiàn),徑向間隙不大,所以裝模時(shí)應(yīng)注意避免沖頭和凹模相撞。模具閉合時(shí),沖頭應(yīng)進(jìn)入凹模刃口1015mm,以保證沖掉料芯。凹模刃口前端的空腔供容納鍛件用,其徑向尺寸應(yīng)計(jì)入鍛件尺寸正公差,軸向尺寸應(yīng)保證鍛件容易放入和掉出模膛,又要防止穿孔時(shí)將鍛件壓塌。此空腔的前端設(shè)有刮料板,當(dāng)沖頭退回時(shí)可以卸下鍛件。圖11.30 穿孔模膛9、切邊模膛設(shè)計(jì)開(kāi)式平鍛必須有切邊工步,通常在平鍛模切邊模膛內(nèi)進(jìn)行。切邊模膛的形狀與尺寸如圖11.31所示。凹模刃
34、口的尺寸和形狀與鍛件外輪廓一致,凸模刃口則按凹模刃口輪廓均勻縮小,二者之間保持徑向間隙。值按表11-15選取。圖11.31 切邊模膛表11-15 切邊凸、凹模刃口的雙向間隙 (mm)303080800.40.60.8切邊模膛各部分的計(jì)算公式如下: (mm) (mm) (mm)二、平鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)平鍛模是由凸模(沖頭)和凹模組成。凹模又分成左、右或上、下兩塊,分別用于垂直分?;蛩椒帜F藉憴C(jī)。1、平鍛模的總體結(jié)構(gòu)(1)垂直分模平鍛機(jī)的模具結(jié)構(gòu)垂直分模平鍛機(jī)的模具結(jié)構(gòu)如圖11.32所示,一般由沖頭夾持器1、沖頭2、凹模4和后擋板3組成。1沖頭夾持器 2凸模 3后擋板 4凹模圖11.32 垂直分模
35、平鍛機(jī)模具結(jié)構(gòu)鍛造工步所需的沖頭裝于沖頭夾持器上,夾持器裝于平鍛機(jī)上主滑塊的凹座內(nèi)。左凹模(活動(dòng)凹模)裝于平鍛機(jī)的夾緊滑塊上,工作時(shí)向右凹模靠攏或分離;右凹模(固定凹模)裝于機(jī)身右邊的支承座上,工作時(shí)固定不動(dòng)。變形工步在模具上一般由上到下按順序排列,偶而有變動(dòng)。終鍛工步放在下面,并且靠近曲軸軸線所在的水平面。夾持器和凹模上各工位之間的中心距靠模具機(jī)加工精度保證,工作時(shí)不能調(diào)整。后擋板用來(lái)控制鍛件桿部的長(zhǎng)度,它可以裝在模具上,也可以裝在機(jī)身上。至于前擋板,它設(shè)在機(jī)身上,用來(lái)控制鐓鍛金屬的體積,一般在一根坯料鍛造多個(gè)鍛件時(shí)使用。(2)水平分模平鍛機(jī)的模具結(jié)構(gòu)水平分模平鍛機(jī)的模具結(jié)構(gòu)如圖11.33所
36、示,它與垂直分模平鍛機(jī)的模具結(jié)構(gòu)相同。但是,為了便于安裝,水平分模平鍛機(jī)的沖頭夾持器做成分塊式的?;顒?dòng)凹模裝在上面,固定凹模裝在下面。變形工步一般由右到左在模具上順序排序。凹模上各工位之間的中心距靠模具機(jī)加工精度保證,工作時(shí)不能調(diào)整。沖頭夾持器上各工位的中心距也應(yīng)該由機(jī)加工保證,確有必要時(shí),才在分塊之間加墊片調(diào)整。上、下凹模體內(nèi)設(shè)有冷卻水道。當(dāng)凹模打開(kāi)時(shí),冷卻水噴出,冷卻模膛和沖頭,這和垂直分模平鍛機(jī)模具的冷卻方法不同。 1沖頭夾持器 2沖頭 3凹模圖11.33 水平分模平鍛機(jī)模具結(jié)構(gòu)2、沖頭沖夾持器根據(jù)鍛件平鍛時(shí)工步數(shù)量的不同,沖頭夾持器可分為三個(gè)、四個(gè)和五個(gè)模膛的沖頭夾持器。(1)垂直分模
37、平鍛機(jī)沖頭夾持器根據(jù)沖頭在夾持器上的緊固方式,可以分為螺釘頂緊式、壓蓋式及插銷(xiāo)式夾持器,如圖11.34所示。(a)螺釘頂緊式(b)壓蓋式圖11.34 垂直分模平鍛機(jī)沖頭夾持器沖頭夾持器在滑塊上的安裝及調(diào)整方式,如圖11.35所示。在左右方向,夾持器和滑塊凹座相配合,不能調(diào)整相對(duì)位置;夾持器的前后相對(duì)位置可利用斜楔(或加墊片)來(lái)調(diào)節(jié);夾持器底部加減墊片可以調(diào)節(jié)上下位置。圖11.35 垂直分模平鍛機(jī)模具固定簡(jiǎn)圖(2)水平分模平鍛機(jī)沖頭夾持器水平分模平鍛機(jī)沖頭夾持器上沖頭緊固方式與垂直分模平鍛機(jī)上的基本相同,也有螺釘頂緊式、壓蓋式及插銷(xiāo)式等。圖11.36所示為一種螺釘頂緊式?jīng)_頭夾持器。圖11.36
38、4500KN水平分模平鍛機(jī)沖頭夾持器夾持器在主滑塊上的緊固方式如圖11.37所示。三個(gè)斜楔1、4、和7可分別在前后、上下和左右方向調(diào)節(jié)夾持器的位置;螺栓2將夾持器朝下、后方向頂緊;另外,滑塊右側(cè)的壓板將平持器緊壓在左邊斜楔7的定位面上。1前后調(diào)整斜楔 2緊固沖頭夾持器螺栓 3緊固沖頭螺栓 4沖頭夾持器 5上下調(diào)整斜楔6主滑塊 7左右調(diào)整斜楔圖11.37 水平分模平鍛機(jī)沖頭夾持器的緊固3、沖頭沖頭由兩部分組成即尾柄和工作部分,如圖11.38所示。尾柄形狀根據(jù)所配夾持器的沖頭緊固方式而定。工作部分可與尾柄整體制造,也可做成組合式的。錐形積聚沖頭的模腔較深,多用整體式;其他沖頭一般都做成組合式的。因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)沖頭各部位磨損不同,組合式?jīng)_頭僅須經(jīng)常更換易損部分,所以可以節(jié)省模具材料,提高沖頭整體壽命。(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)圖11.38 沖頭結(jié)構(gòu)形式4、凹模為了節(jié)省模具材料和提高模具壽命,鑲塊式模已被廣泛采用,如圖11.39所示。根據(jù)模膛各部分磨損情況的不同,模膛可以全部采用鑲塊,也可以局部采用鑲塊。通常都采用半圓形鑲塊,有時(shí)也采用方形鑲塊。鑲塊外形尺寸要足夠大,以保證鑲塊本身的強(qiáng)
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