哈工程材料成型課件--金屬塑性加工工藝設計

1、制定工藝規(guī)程的目的： 組織生產(chǎn)過程 規(guī)定操作規(guī)范 控制和檢查產(chǎn)品質量2.7 鍛造工藝設計 自由鍛工藝規(guī)程的內容：根據(jù)零件圖繪制鍛件圖確定坯料的質量和尺寸確定鍛造工序選擇鍛壓設備確定鍛造溫度范圍、加熱冷卻規(guī)范填寫工藝卡片2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 1. 繪制鍛件圖-以零件圖為基礎2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 1. 繪制鍛件圖 1) 鍛件敷料：是為了簡化鍛件形狀，便于鍛造而加上去的一部分附加金屬。當零件上帶有較小的凹槽、臺階、凸肩、法蘭和孔時，皆需增加敷料。敷料2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 1. 繪制鍛件圖 1) 鍛件敷料：是為了簡化鍛件形狀

2、，便于鍛造而加上去的一部分附加金屬。當零件上帶有較小的凹槽、臺階、凸肩、法蘭和孔時，皆需增加敷料。2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 熱處理夾頭試樣試樣帶熱處理夾頭和試樣的軸類件 1. 繪制鍛件圖 2)機械加工余量：一般自由鍛件的尺寸精度和表面質量都較差，達不到零件圖的要求，在鍛件的加工表面應增加供切削加工用的余量，稱之為鍛件機械加工余量，簡稱鍛件余量。 材料，形狀，材料，形狀，尺寸，批量大小尺寸，批量大小鍛件余量2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 1. 繪制鍛件圖余 量敷 料余量敷料熱處理夾頭試樣試樣(a) 帶鍵槽軸類件 (b) 帶孔小孔盤類件 (c) 帶熱處理夾頭和

3、試樣的軸類件 鍛件各種敷料和加工余量鍛件各種敷料和加工余量 2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 1. 繪制鍛件圖 3)鍛件公差:在鍛造過程中，由于各種因素的影響，如終鍛溫度的差異、鍛壓設備工具的精度和操作技術水平的差異等，使得鍛件實際尺寸不可能達到公稱尺寸，允許其有一定的誤差，稱為鍛件公差。2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 典型鍛件圖（190）230 4（130）142 2（110）120 3（680）76012（310）35012（240）28022. 毛坯質量和尺寸的計算1）質量：加熱方式加熱方式燒損率燒損率（）（）首次首次以后各次以后各次室式燒爐室式燒爐2.54

4、1.52.0油爐油爐231.52.0煤氣爐煤氣爐1.52.51.52.0電阻爐電阻爐11.51.52.0接觸感應電加熱接觸感應電加熱0.51.52.0)()mmm(m1料頭芯料鍛件坯料2.7 鍛造工藝設計 2.7.1 自由鍛工藝設計2. 毛坯質量和尺寸的計算2）毛坯尺寸： 計算圓形截面毛坯直徑（或方形截面邊長）的公式：當頭道工序為拔長時，坯料截面積的 大小應保證能夠得到所要求的鍛造比 ，通常原毛坯直徑按下式計算： /坯坯mV5 . 225. 100DH30)0 . 18 . 0(坯VD 30)9 . 075. 0(坯Va )D/(VH20坯0420坯0a/VH2.7 鍛造工藝設計 2.7.1

5、自由鍛工藝設計坯A鍛坯YAA鍛YAD13. 103. 確定鍛造工序 鍛造工序的內容包括：變形工序的選擇、決定工序順序、設計工序尺寸等。 鍛件所需變形工序及工序順序應根據(jù)鍛件形狀、尺寸和技術要求，并考慮具體生產(chǎn)條件等而確定。 2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 3. 確定鍛造工序1)1)盤類件盤類件: :鐓粗、沖孔鐓粗、沖孔2)2)軸類件軸類件: :拔長、切肩、鍛臺階拔長、切肩、鍛臺階3)3)筒類件筒類件: :鐓粗、沖孔、心軸上拔長鐓粗、沖孔、心軸上拔長4)4)環(huán)類件環(huán)類件: :鐓粗、沖孔、心軸上擴孔鐓粗、沖孔、心軸上擴孔6)6)彎曲類件彎曲類件: :拔長、彎曲拔長、彎曲5)5)曲軸

6、類件曲軸類件: :拔長、錯移、鍛臺階、扭轉拔長、錯移、鍛臺階、扭轉2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 3. 確定鍛造工序 1)盤類件:鐓粗（或拔長及鐓粗）、沖孔2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 3. 確定鍛造工序 1)盤類件:鐓粗（或拔長及鐓粗） 、沖孔下料 鐓粗 鐓擠臺階 沖孔 滾圓 平整齒輪坯的鍛造過程2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 3. 確定鍛造工序 1)盤類件:鐓粗（或拔長及鐓粗）、沖孔3. 確定鍛造工序 2) 軸類件:拔長（或鐓粗及拔長）、切肩、鍛臺階2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 3. 確定鍛造工序 2)軸類件:拔長（或鐓粗

7、及拔長）、切肩、鍛臺階下料 拔長 鐓臺階 拔長傳動軸的鍛造過程2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 3. 確定鍛造工序 2)軸類件:拔長、切肩、鍛臺階3. 確定鍛造工序 3)筒類件:鐓粗、沖孔、芯軸上拔長2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 3.確定鍛造工序 3)筒類件:鐓粗、沖孔、芯軸上拔長 下料 鐓粗 沖孔 心軸拔長 鍛件 圓筒的鍛造過程2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 3.確定鍛造工序 4)環(huán)類件:鐓粗、沖孔、芯軸上擴孔2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 3.確定鍛造工序 4)環(huán)類件:鐓粗、沖孔、芯軸上擴孔 下料 鐓粗 沖孔 心軸擴孔 平整端

8、面圓環(huán)的鍛造過程2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 3.確定鍛造工序 5)曲軸類件:拔長、錯移、鍛臺階、扭轉2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 3.確定鍛造工序 6)彎曲類件:拔長、彎曲2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 4. 選擇鍛造設備 自由鍛常用設備為鍛錘和水壓機兩種。這些設備雖無過載損壞問題，但若設備噸位選得過小，則鍛件內部鍛不透，且生產(chǎn)率低，反之，若設備噸位選得過大，不僅浪費動力，還會因為設備工作速度低而影響生產(chǎn)效率和增加生產(chǎn)成本。 鍛造設備的選擇主要與變形面積、鍛件材質和變形溫度等因素有關。在自由鍛中，變形面積由鍛件大小和變形工序性質來確定。由于

9、鐓粗時鍛件與工具的接觸面積相對于其它變形工序要大得多，而很多鍛造過程又均與鐓粗有關，因此常以鐓粗力的大小來選擇設備。 2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 5. 確定溫度范圍 鍛造溫度范圍是指始鍛溫度和終鍛溫度之間的溫度范圍。金屬在鍛造前的加熱是為了提高金屬的塑性，降低變形抗力，減小鍛造設備的噸位。 鍛造溫度范圍應在保證不出現(xiàn)過熱和過燒的前提下盡量提高始鍛溫度，使材料具有良好的塑性和較低的變形抗力，以減少鍛造火次，提高生產(chǎn)效率。2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 齒輪零件自由鍛工藝過程零件材料為45鋼，生產(chǎn)數(shù)量為20件。 (a) 正面 (b) 背面 齒輪零件三維模型 2.

10、7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 182173160145182230268290+0.0-0.1202+0.00-0.058-3010184252511300.81.6其余0.4齒輪零件圖齒輪零件自由鍛工藝過程2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 齒輪零件自由鍛工藝過程 1）設計、繪制鍛件圖 302 5（290）131 6（145） 214 5（202）284（18）624（52）齒輪鍛件圖齒輪坯鍛件三維模型 2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 齒輪零件自由鍛工藝過程 2）確定變形工序 墊環(huán)局部鐓粗沖孔沖子擴孔2862130302214123456131下料；

11、2鐓粗；3墊環(huán)局部鐓粗；4沖孔；5沖子擴孔（三次）；6修整齒輪鍛造工藝過程2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 齒輪零件自由鍛工藝過程 3）計算原始坯料體積與尺寸 （1）原始坯料體積 （2）原坯料直徑和高度)1 ()(0芯料鍛件VVVmmVD1484 .1183239046)0 . 18 . 0()0 . 18 . 0(330坯mmD1300mmDVH244)1304/(3239046)4/(22000303239046mmV 2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 齒輪零件自由鍛工藝過程4. 選擇鍛造設備 鍛錘噸位可按下式進行近似計算， G=（0.0020.003）KS K

12、可由文獻查得，為安全起見，取最大值13，鐓粗后鍛件的橫截面積S最大不超過鍛件的橫截面積，可按鍛件的最大橫截面積計算，為716cm2。經(jīng)計算，所需鍛錘最大噸位為G=0.00313716=28kg，因此可選0.25以上噸自由鍛錘。5. 確定鍛造溫度范圍 45鋼的始鍛溫度為1200，終鍛溫度為800。2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 齒輪零件自由鍛工藝過程6.填寫工藝卡片 3 0 2 5（2 9 0 ）1 3 1 6（1 4 5 ） 2 1 4 5（2 0 2 ）284（18）624（52）鍛件名稱齒輪坯工藝類別自由鍛材料45設備0.5t空氣錘加熱火次1鍛造溫度范圍1200800鍛件圖

13、坯料圖2.7.1 自由鍛工藝設計2.7 鍛造工藝設計 齒輪零件自由鍛工藝過程序號工序名稱工序簡圖使用工具操作要點1自由鐓粗火鉗鐓粗后的高度為90mm 2局部鐓粗火鉗和鐓粗漏盤控制鐓粗后的高度為62mm 3沖孔火鉗、鐓粗漏盤、沖子和沖孔漏盤1注意沖子對中；2采用雙面沖孔，左圖為工件翻轉后將孔沖透的情況 4一次擴孔火鉗、鐓粗漏盤、沖子和擴孔漏盤注意沖子對中齒輪零件自由鍛工藝過程5二次擴孔火鉗、鐓粗漏盤、沖子和擴孔漏盤注意沖子對中6三次擴孔火鉗、鐓粗漏盤、沖子和擴孔漏盤注意沖子對中7修整外圓火鉗和沖子邊輕打邊旋轉鍛件，使外圓消除弧形并達到直徑為3025mm8修整平面火鉗和鐓粗漏盤輕打（如砧面不平還要

14、打邊轉動鍛件），使鍛件厚度達到624mm 模鍛工藝規(guī)程的內容：n根據(jù)產(chǎn)品零件的形狀、尺寸、技術要求和生產(chǎn)批量，結合具體生產(chǎn)條件合理地選擇模鍛工藝方案 n設計鍛件圖n計算坯料的質量和尺寸n確定模鍛變形工序 n選擇鍛造設備 n確定鍛造溫度范圍、加熱和冷卻規(guī)范n確定鍛后熱處理規(guī)范 n填寫工藝卡片2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 1.模鍛工藝方案的選擇1）模鍛工藝方案的選擇n同一鍛件可以在不同設備上采用不同的工藝方案制造。不同的工藝方案所用的工藝裝備（設備和模具等）不同，其經(jīng)濟效果也不同。n當生產(chǎn)批量較大時，可采用模鍛錘或熱模鍛壓力機；若批量不太大時，可采用螺旋壓力機或在自由鍛錘上用簡易

15、模進行模鍛成形。n無論采用哪種工藝方案必須保證鍛件的質量要求，工藝方案的選擇還必須考慮工廠的具體條件，盡量根據(jù)工廠目前的設備狀況選擇合理的工藝方案。 2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 1.模鍛工藝方案的選擇2）模鍛方法的選擇n單件模鍛：單件模鍛：多數(shù)鍛件是單個模鍛，即一個坯料只鍛一個鍛件。 n調頭模鍛：調頭模鍛：指用可供兩個鍛件用的坯料，整個加熱，鍛成第一個鍛件之后，180調頭，用鉗子夾住第一個鍛件再鍛另一個鍛件的方法。 n一火多件：一火多件：一火多件是用一根加熱好的棒料連續(xù)鍛幾個鍛件。每鍛完一個鍛件，用切刀將鍛件從棒上分離下來，再鍛另一個鍛件。n合鍛：合鍛：是將兩個不同的鍛件組

16、合在一起同時鍛出，然后再分開的鍛造方法。n一模多件一模多件：是在同一模塊上一次模鍛兩個或多個鍛件。2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 2.設計鍛件圖-以零件圖為基礎 分為冷鍛件圖和熱鍛件圖兩種。冷鍛件圖用于最終鍛件的檢驗，熱鍛件圖用于鍛模的設計和加工制造。 1）確定分模面：組成模具型腔的各模塊的分合面稱為“分模面”。選擇分模面的最基本原則：選擇分模面的最基本原則： 保證鍛件形狀盡可能與零件形狀相同，鍛件容易從鍛模模膛中取出，為此，鍛件的分模面應選在具有最大水平投影尺寸的截面上。2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 選擇分模面的最基本原則：選擇分模面的最基本原則：為防止上、

17、下模產(chǎn)生錯移現(xiàn)象，分模面的位置應保證其上、下模膛的輪廓相同。2.7.2 模鍛工藝設計 2. 設計鍛件圖1）確定分模面為便于模具制造，分模面應盡可能采用直線分模。2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 2. 設計鍛件圖1）確定分模面頭部尺寸較大的長軸類鍛件，為了保證整個鍛件全部充滿成形，應以折線式分模，從而使上、下模膛深度大致相等。2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 1.設計鍛件圖1）確定分模面對于有金屬流線方向要求的鍛件，應考慮到鍛件在工作中的承力情況。 2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 2. 設計鍛件圖2) 確定加工余量和鍛造公差 普通模鍛由于欠壓、鍛模磨損

18、、上下模錯移、毛坯體積和終鍛溫度的波動，再加上為便于出模，模膛壁帶有斜度，使得鍛件與零件有較大的差別。另外，由于高溫條件下鍛件表面產(chǎn)生氧化與脫碳，合金元素的蒸發(fā)與污染等，使得鍛件的表面質量遠遠低于機械加工零件的表面質量。因此，鍛件上凡是需要機械加工的表面，都應給予加工余量。加工余量的大小與零件的形狀復雜程度、尺寸精度、表面粗糙度、鍛件材質和模鍛設備等因素有關.模鍛件需要留有的加工余量和公差可查閱相關手冊和標準。 2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 模鍛斜率和圓角半徑 2. 設計鍛件圖3) 確定模鍛斜度和圓角半徑 為了使鍛件易于從模膛中取出，鍛件與模膛側壁接觸部分需帶一定斜度，稱為模

19、鍛斜度模鍛斜度應取3，5，7，10，12等標準度數(shù)。內壁斜度應比相應的外壁斜度大一級。 為了使金屬在模膛內易于流動，防止應力集中，模鍛件上的轉角處都應有適當?shù)膱A角過渡。凸圓角半徑r為單面加工余量+成品零件的圓角半徑（或倒角值），凹圓角半徑為R（23）r。圓角半徑一般按下列數(shù)值選?。?mm，1.5mm，2mm，2.5mm，3mm，4mm，5mm，6mm，8mm，10mm，12mm，15mm。圓角半徑大于15mm時，逢5遞增。 2.7.2 模鍛工藝設計 沖孔連皮(a)平底連皮；(b)斜底連皮2. 設計鍛件圖4) 確定沖孔連皮 模鍛無法鍛出通孔，孔內需留有一層稱為“連皮”的金屬層，被稱之為沖孔連皮。

20、孔徑d25mm、且深度h2d，此孔應鍛出，沖孔連皮的厚度與孔徑d有關，當孔徑為3080 mm時，其厚度為48 mm。2.7.2 模鍛工藝設計 鍛模結構分析2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 2. 設計鍛件圖2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 齒輪的零件圖和鍛件圖(示意圖)3080801601902228538R10機械加工的粗基準面9.7582.5R 10801601941.926128.7557(a)零件圖(b)鍛件圖4.確定模鍛工序 模鍛件的成形一般包括三種類型的工步：（1）制坯工步：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

21、屬能較好地充滿模鍛模膛。包括鐓粗、拔長、滾擠、卡壓、成形、彎曲等制坯工步；（2）模鍛工步：包括預鍛和終鍛；（3）切斷修整工步：包括切斷、切邊、沖孔、校正、精壓等。2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 4.確定模鍛工序制坯工步：1) 圓餅類(盤類）模鍛件: 分模面的投影為圓形或長度接近寬度的鍛件，如齒輪、法蘭盤等。 圓餅類鍛件的制坯:鐓粗，成形鐓粗（形狀復雜）2) 長軸類模鍛件： 分模面的投影與寬度相差比較大，如臺階軸、曲軸、連桿、彎曲搖臂等。長軸類鍛件的制坯:拔長、滾擠、卡壓、成形制坯.2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 （1）制坯工步：使毛坯形狀基本符合鍛件形狀，以便使

22、金屬能合理分布和很好地充滿模膛。拔長模膛（a）開式 （b）閉式2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 滾壓模膛（a）開式 （b）閉式（1）制坯工步：使毛坯形狀基本符合鍛件形狀，以便使金屬能合理分布和很好地充滿模膛。2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 彎曲模膛（1）制坯工步：使毛坯形狀基本符合鍛件形狀，以便使金屬能合理分布和很好地充滿模膛。2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 切斷模膛（1）制坯工步：使毛坯形狀基本符合鍛件形狀，以便使金屬能合理分布和很好地充滿模膛。2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 4. 確定模鍛工序彎曲連桿的模鍛過程 2.7.2 模鍛

23、工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 4. 確定模鍛工序2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 5. 選擇鍛壓設備 選用適當?shù)哪ｅ懺O備是獲得優(yōu)質鍛件、節(jié)省能量和保證正常生產(chǎn)的重要條件。常用的模鍛設備有：模鍛錘、熱模鍛壓力機、摩擦螺旋壓力機和平鍛機等。具體選用何種設備，要根據(jù)鍛件的尺寸大小、結構形狀、精度要求、生產(chǎn)批量及現(xiàn)有條件等綜合考慮。無論選用何種設備，都要根據(jù)模鍛變形力來確定設備的噸位，如果設備噸位達不到變形要求，生產(chǎn)將無法進行。2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 6. 確定鍛造溫度范圍和加熱冷卻規(guī)范-冷卻規(guī)范根據(jù)對冷卻速度快慢的要求不同可分為三種方法：n小中型碳鋼和低合金鋼鍛件，鍛后置于車間地面冷卻；n成分復雜的合金鋼，鍛后在地坑中冷卻；n對于高合金鋼鍛件，則必須按其冷卻規(guī)范裝爐緩慢冷卻。2.7.2 模鍛工藝設計 2.7 鍛造工藝設計 1. 自由鍛件結構工藝性 盡量避免錐體或斜面結構 不合理不合理合理合理不合理不合理合理合理2.9 鍛件及沖壓件結構工藝性分析 2.9.1 鍛件結構工藝性分析 1. 自由鍛件結構工藝性自由鍛件結構工藝性 避免圓柱面與圓柱面相交不合理不合理合理合理2.9 鍛件及沖壓件結構工藝性