成形工藝與模具設計第十章課件

1、第十章 熱鍛工藝及模具設計第一節(jié) 鍛造加熱第二節(jié) 自由鍛造工藝第三節(jié) 胎膜鍛造工藝及胎膜具第四節(jié) 模鍛工藝及模具第五節(jié) 模鍛后續(xù)工序第一節(jié) 鍛造加熱一、鍛坯加熱的目的二、確定鍛造溫度范圍三、加熱速度及鍛后冷卻方法四、加熱方法及設備五、加熱缺陷及危害第一節(jié) 鍛造加熱一、鍛坯加熱的目的金屬加熱時，隨溫度升高，原子的熱運動加劇，內部能量增加，削弱原子間的結合力的同時，滑移阻力減小，因而塑性提高，變形抗力減小，改善了可鍛性。從宏觀上看，加熱可使鍛造時金屬的流動性增強，提高充型性。因此，加熱不僅可以改善金屬變形組織，還可提高鍛造生產效率，節(jié)省動力能源。第一節(jié) 鍛造加熱二、確定鍛造溫度范圍1.始鍛溫度如果

2、忽略鍛坯出爐至開始鍛打之間的溫降，始鍛溫度即為鍛造時允許加熱的最高溫度。確定始鍛溫度時，應保證金屬不發(fā)生“過熱”“過燒”現象；始鍛溫度過低，縮小鍛造溫度范圍，減少鍛造可操作時間，增加加熱火次，浪費能源，降低生產效率。第一節(jié) 鍛造加熱二、確定鍛造溫度范圍2.終鍛溫度圖10-1碳鋼的鍛造溫度范圍終鍛溫度是允許的最低鍛造溫度。一般，碳鋼的鍛造溫度范圍根據鐵碳相圖可以直接確定，為避免過熱、過燒，始鍛溫度應處于始熔線以下150250，如圖10-1所示。始鍛溫度隨含碳量增高而降低，但低碳鋼和過共析鋼的終鍛溫度均跨越兩相區(qū)。第一節(jié) 鍛造加熱二、確定鍛造溫度范圍合金種類始鍛溫度終鍛溫度鍛造溫度范圍碳的質量分數

3、0.9%的碳素鋼合金結構鋼低合金工具鋼高速鋼12001250115012001100115010501100115012001100115011001150750800750800800800800850850900450400300350250300350250300200250表10-1常用鋼材的鍛造溫度范圍(單位：)第一節(jié) 鍛造加熱三、加熱速度及鍛后冷卻方法1.加熱速度通常，提高加熱速度有利于提高生產率，降低燃料消耗，而且還能減少氧化和脫碳，降低金屬的燒損。但過快的加熱速度使塑性較差的大型鑄錠內、外層產生較大溫差，因膨脹不一致產生熱應力，容易產生內部裂紋。根據生產經驗，3t以下的碳素鋼錠

4、，可直接裝入1200的高溫爐內快速加熱。而較大的鋼錠，通常需要緩慢預熱，至金屬具有一定塑性后，方可快速加熱。第一節(jié) 鍛造加熱三、加熱速度及鍛后冷卻方法2.鍛后冷卻鍛后冷卻通常有五種方式。空冷是將鍛件均勻擺放在干燥地面上，在靜止空氣中自然冷卻，適用于低、中碳鋼及合金結構鋼的中、小型鍛件；坑冷是將熱鍛件放入地坑或鐵箱中緩慢冷卻，適用于合金工具鋼鍛件；爐冷是指鍛后的鍛件放入爐中，隨爐緩慢冷卻，高合金鋼及大型鍛件通常鍛后置于500700溫度下隨爐緩慢冷卻；灰砂冷卻是將熱鍛件埋入砂、石灰或爐渣中緩慢冷卻，適用于低合金鋼及截面尺寸較大的鍛件；堆冷是將鍛件堆放在地面上自然冷卻。第一節(jié) 鍛造加熱四、加熱方法及

5、設備1.火焰加熱火焰加熱是利用煤、焦炭、重油、柴油或煤氣等燃燒產生熱能的高溫氣體，由金屬表面向中心熱傳導，最終將坯料整體加熱的方法?；鹧婕訜岢杀据^低，適用范圍較廣。但加熱速度慢、效率低，并且難于準確控制加熱溫度。(1)明火爐將金屬置于以煤為燃料的火焰中加熱的爐子，稱為明火爐或手鍛爐，其結構簡單，可移動。但加熱溫度不均勻，效率低，加熱質量不易控制。僅適用于手工鍛造或小型空氣錘自由鍛。第一節(jié) 鍛造加熱四、加熱方法及設備(2)反射爐利用燃料在燃燒室中燃燒產生高溫爐氣及被爐頂反射到加熱室中的火焰加熱金屬的爐子，稱為反射加熱爐， 如圖10-2所示。煤氣反射爐加熱面積大，加熱質量好，適用于中小批量生產。圖

6、10-2反射爐的基本結構第一節(jié) 鍛造加熱四、加熱方法及設備(3)室(箱)式加熱爐如圖10-3所示，室式加熱爐的爐膛兩或三面為耐火墻，一或兩面為裝、出料門，可以煤、煤氣或重油為燃料。室式爐的爐體結構比反射爐簡單、緊湊，熱效率較高，主要用于大批量鍛造和大型鋼錠加熱的自由鍛造生產。圖10-3室式加熱爐基本結構第一節(jié) 鍛造加熱四、加熱方法及設備2.電加熱(1)感應電加熱感應電加熱的基本原理如圖10-4所示。將坯料置入感應器內，其兩端通入交變電壓u，感應圈內電流Iz生成的交變磁場使金屬內部產生感應電流，依靠金屬自身阻抗產生熱量。感應加熱速度快，坯料周圍的熱氣氛不產生強烈流動，因此氧化脫碳較少。加熱時，燒

7、損通常小于0.5%，工作穩(wěn)定，便于與鍛造設備組成機械化自動化生產。圖10-4 感應電加熱基本原理第一節(jié) 鍛造加熱四、加熱方法及設備(2)接觸電加熱直接通入低壓大電流，利用金屬電阻產生熱量將其自身加熱，如圖10-5所示。接觸電加熱的特點是加熱速度快，金屬燒損較少，耗電量少，成本低且操作簡單。但對加熱金屬的表面粗糙度和形狀尺寸要求比較嚴格，加熱溫度的測量和控制也相對困難。圖10-5接觸電加熱基本原理第一節(jié) 鍛造加熱四、加熱方法及設備(3)電阻爐加熱電阻爐是利用電熱元件將電能轉變?yōu)闊崮?，以輻射和對流方式加熱金屬的。圖10-6所示為箱式電阻絲加熱爐。采用電阻爐加熱，可準確控制爐溫，還可通入各種保護性氣

8、體，以避免或減輕加熱氧化。圖10-6箱式電阻絲加熱爐第一節(jié) 鍛造加熱四、加熱方法及設備(4)鹽浴爐加熱鹽浴爐加熱是指用熔融鹽液作為加熱介質，將金屬浸入鹽液內進行加熱的方法。鹽浴爐的加熱速度快，溫度均勻。鍛坯始終處于鹽液內被加熱，出爐時表面附有一層鹽膜，能防止表面氧化和脫碳。鹽浴爐加熱介質的蒸氣對人體有害，使用時須通風并嚴格遵守操作規(guī)程。第一節(jié) 鍛造加熱四、加熱方法及設備3.少無氧化加熱為了提高鍛件質量和節(jié)約鋼材，鍛造生產需要無氧化或少氧化加熱，一般認為加熱時金屬燒損低于0.5%即為少氧化加熱。(1)快速加熱快速加熱方法較多，常用的主要有火焰輻射快速加熱和對流快速加熱、電感應加熱和接觸電加熱等。

9、由于加熱速度提高，使金屬沒有足夠時間發(fā)生氧化，因而表面氧化層很薄。(2)介質保護加熱介質保護加熱是指利用保護介質使坯料與氧化性爐氣隔離加熱，可以避免氧化。通常采用的保護介質有氣體(惰性氣體等)、液體(熔鹽等)、固體(琺瑯粉等)。第一節(jié) 鍛造加熱四、加熱方法及設備(3)少無氧化火焰加熱少無氧化火焰加熱是指適當控制燃燒的爐氣性質，采用敞焰加熱或平焰加熱消除氧化氛圍的加熱方法。敞焰加熱是使燃料在爐內分層燃燒，下部為低溫無氧化區(qū)，上部為高溫氧化區(qū)，坯料置于下部加熱可有效減輕表面氧化。但不能防止脫碳，爐溫調整困難，坯料出爐后還可能發(fā)生二次氧化。平焰加熱是利用平焰燒嘴燃燒，實現強化燃燒和強化傳熱，具有升溫

10、快、爐溫均勻及控制簡單等優(yōu)點。第一節(jié) 鍛造加熱五、加熱缺陷及危害1.氧化與脫碳金屬在高溫下加熱時，表層的鐵與爐中的氧化性氣體發(fā)生反應生成氧化皮，造成燒損。鍛造時氧化皮被壓入鍛件表面形成氧化坑，嚴重時使鍛件形狀、尺寸不足導致報廢。氧化皮又硬又脆，磨損鍛模工作表面，而且還會引起爐底腐蝕損壞。高溫下的金屬與氧化性爐氣及某些還原性氣體接觸時，使表層一定深度內碳元素燒失，稱為脫碳。脫碳量較大時，會使零件表層硬度和耐磨性顯著降低。第一節(jié) 鍛造加熱五、加熱缺陷及危害2.過熱和過燒金屬加熱超過某一臨界溫度或高溫下停留時間過長，內部晶粒迅速變成粗大晶粒，稱為過熱。過熱金屬冷卻到室溫時，晶粒粗大導致塑性特別是沖擊

11、韌性極低。加熱溫度超過始鍛溫度過多，或在氧化性氣氛的高溫爐中過長時間保溫，晶粒邊界出現氧化或低熔點物質熔化的現象，稱為過燒。過燒形成低熔點氧化物或低熔點氧化物的共晶體，嚴重破壞了晶粒間的聯結能力。過燒是金屬加熱的致命缺陷，只有回爐重新冶煉或局部切除。第一節(jié) 鍛造加熱五、加熱缺陷及危害3.內部裂紋加熱金屬的表層與心部溫差較大時會形成溫度應力，易使心部產生裂紋。高碳鋼或合金鋼加熱速度過快或裝爐溫度過高時，內、外產生較大溫差和膨脹不一致，很容易引起內部裂紋。第二節(jié) 自由鍛造工藝一、自由鍛工藝特點及其分類二、自由鍛工序分析三、自由鍛件的結構工藝性四、制定自由鍛造工藝規(guī)程第二節(jié) 自由鍛造工藝一、自由鍛工

12、藝特點及其分類1.工藝特點1) 自由鍛具有很大的靈活性、不需專用模具，適合于單件小批量生產。2)自由鍛屬于局部成形，工藝適應性強，所需鍛打力比模鍛小得多。3)使用簡單通用性工具實現鍛造，對設備精度要求不高，不需工裝準備，因而容易組織生產。4)自由鍛主要靠人工控制坯料的變形量和變形方向，要求操作者具有一定鍛打技術，只能鍛造形狀簡單尺寸要求不高的毛坯件，生產效率比模鍛低得多，勞動強度大。第二節(jié) 自由鍛造工藝一、自由鍛工藝特點及其分類2.自由鍛造方法分類根據鍛造設備產生作用力的性質，可分為錘上自由鍛和壓力機自由鍛。空氣錘落下部分質量小于750kg，只能用來鍛造質量為0.512kg的小型鍛件；蒸汽-空

13、氣錘的噸位較大，用于鍛造質量在150kg以下的中型鍛件。壓力機自由鍛造震動小，容易獲得較大變形，適合于大型或超大型鍛件生產。第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析圖10-7鐓粗1.基本工序(1)鐓粗鐓粗是自由鍛的最基本工序， 如圖10-7所示，鐓粗可分為平砧墩粗、墊環(huán)鐓粗及局部鐓粗。第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析1)平砧鐓粗如圖10-7a所示，平砧鐓粗是將鍛坯置于上、下平砧之間鍛擊，使其高度減小直徑增大的鍛造工序。鐓粗前、后的坯料高度分別為H0、H時，變形程度常用鐓粗比kH表示第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析圖10-8圓柱形坯料鐓粗變形分布狀態(tài)在兩塊鉛質半圓柱縱斷面上畫出正方形網

14、格線，如圖10-8a所示。然后利用低熔點合金對接粘合成圓柱體，鐓粗變形到一定程度時熔開，如圖10-8b所示。與上、下砧面接觸的區(qū)金屬受砧面摩擦影響，變形較小。中心區(qū)是主變形區(qū)，受工具表面摩擦影響較小，如圖10-8c所示，徑向應變r和軸向應變z都很大。第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析2)墊環(huán)鐓粗墊環(huán)鐓粗也稱為鐓擠，常用于鍛造單面或雙面帶有凸起的齒輪、帶法蘭的盤類零件，如圖10-7b所示。墊環(huán)鐓粗與平砧鐓粗的區(qū)別是既有徑向流動，增大外徑；也有向孔內的軸向流動。通常認為在變形區(qū)內存在一個不產生流動的“分流面”，位置因徑向和軸向流動量及其流動阻力不同而變化。第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析

15、3)局部鐓粗如圖10-7c所示，只在毛坯的局部長度(端部或中間)內進行鐓粗時稱為局部鐓粗。局部鐓粗時，變形金屬的流動與平砧鐓粗相似，但在某種程度上受不變形部分的影響。為了避免產生縱向彎曲，應保證H0/D02.53.0。直徑相差較大時，應采用較粗坯料，先拔長桿部再局部鐓粗；或先鐓粗，然后再拔長桿部。第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析(2)拔長拔長是使坯料橫截面積減小、軸向長度增加的鍛造工序，用于鍛造軸桿類件并改善鍛件內部質量，如圖10-9所示。根據變形方式不同，可分為普通拔長和帶芯軸拔長兩種工序。圖10-9拔長變形過程第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析1)變形分析拔長的變形程度可用變形前

16、、后的坯料橫截面積A0、A之比，即鍛造比來表示設拔長前、后變形區(qū)坯料長、寬、高方向的尺寸分別為l0、b0、h0和l、b、h。根據圖10-10可以看出， 減小進料比l0/b0，不利于展寬，有利于軸向伸長而提高拔長效率。但過小的進料比會增加鍛打次數，反而降低拔長效率。圖10-10拔長坯料尺寸變化關系第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析圖10-11拔長送進量的影響2)拔長效率與成形質量l0/h00.5時，相當于短坯鐓粗，心部金屬承受壓應力作用流動最快。l0/h01時，坯料心部變形較大，但變形區(qū)可能產生單鼓形，側面拉應力過大，容易產生表面裂紋。第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析3)砧形對拔長變形

17、及效率的影響一般習慣采用寬砧和較大送進量拔長。生產中把相對送進量l0/h00.5的操作稱為寬砧拔長，可提高鍛透率，而窄砧拔長時的拔長效率高。此外，鍛砧形狀也對拔長質量有一定影響。圖10-12砧形對拔長變形及效率的影響第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析圖10-12a所示上、下平砧拔長圓形截面鍛坯時，鍛坯與砧面接觸面積小，金屬橫向流動大，而縱向流動小，使拔長效率降低。圖10-12b所示上平下V形砧拔長時，最大變形區(qū)產生在鍛坯中心與V形砧表面之間，中心變形較小，鍛透性較差，拔長效率較低。另外，拔長時需翻轉角度準確，否則鍛坯軸線容易偏移。圖10-12c所示上、下V形砧拔長，鍛坯中心在三向壓應力狀態(tài)

18、下產生較大變形，容易鍛合內部缺陷，拔長效率較高。第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析4)帶芯軸拔長如圖10-13所示，芯軸拔長時，變形主要產生在錘擊方向的上、下壁厚之間。芯軸拔長的主要質量問題是壁厚分布不均，內壁及兩端面容易產生裂紋，因此需要加熱均勻，并且盡可能使每次轉動角度和壓下量保持一致。圖10-13帶芯軸拔長第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析(3)沖孔沖孔是利用沖頭在坯料或工序件上沖出通孔或盲孔的鍛造工序。根據所用工具可分為實心沖頭沖孔、空心沖頭沖孔和墊環(huán)上沖孔三種方式，如圖10-14所示。圖10-14沖孔方式第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析1)實心沖頭沖孔實心沖頭沖孔時，通

19、常先由鍛坯一面沖入，當沖入深度達到鍛坯原始高度H0的70%80%時，再將鍛坯翻轉180，由另一面將孔沖透。2)空心沖頭沖孔對外形質量要求較高或沖孔直徑較大時，可采用空心沖頭沖孔，如圖10-14b所示。這時，可將鋼錠中心雜質密集等質量較差的部分沖掉。沖孔時應將鋼錠冒口一端朝下。3)墊環(huán)沖孔如圖10-14c所示，鍛坯置于墊環(huán)之上，將連皮沖入墊環(huán)內孔中。通常，只有高徑比H0/D01.7和H00.125D0且壁厚較厚的鍛件。圖10-15沖頭擴孔第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析2)芯軸擴孔如圖10-16所示，芯軸擴孔的變形實質是使鍛坯沿圓周方向拔長，而在長度l方向上的流動較少，隨壁厚變薄，內、外徑

20、同時擴大，長度略有增加。芯軸擴孔時，鍛坯受力狀態(tài)較好，不易產生裂紋等缺陷，通常用來鍛造擴孔量較大的薄壁環(huán)形鍛件。圖10-16帶芯軸擴孔第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析(5)彎曲小型鍛件彎曲時，可使用簡單工具在錘擊下完成。對于中、大型鍛坯可將其壓緊在上、下砧之間，如圖10-17a所示，利用起重設備(吊車)進行拉彎。圖10-17鍛造彎曲第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析彎曲過程中，彎曲外側鍛坯表面產生切向拉應力，如果切向拉變形過大，容易產生裂紋；而彎曲內側受切向壓應力作用，彎曲半徑過小時，容易失穩(wěn)起皺。另外，如圖10-17b所示，彎曲半徑過小時，變形區(qū)橫截面形狀尺寸將發(fā)生變化。因此，有時

21、需在彎曲變形區(qū)部分預留徑向厚度尺寸，以補償橫截面拉縮變形。彎曲鍛坯的加熱部分不宜太長，最好僅對彎曲段局部加熱。第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析圖10-18切割(6)切割自由鍛中常用的切割方法如圖10-18所示，利用錘頭對剁刀打擊力將鍛坯劈縫。在單面劈開一定深度后，翻轉鍛坯，在另一面用切斷刀或切塊將鍛坯切斷。第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析(7)錯移錯移是將鍛坯的一部分相對于另一部分平行錯開一定距離的加工，如圖10-19所示。錯移常用于鍛造曲軸等帶有變軸線形狀的軸、桿類鍛坯。圖10-19錯移(8)其他基本工序自由鍛工藝比較靈活，除去上面介紹的幾種主要工序外，還有扭轉、鍛接等多種鍛造工

22、序。第二節(jié) 自由鍛造工藝二、自由鍛工序分析2.預變形工序預變形工序是為基本工序操作方便而進行的預先成形，一般對鍛坯實施少量變形加工，如壓棱邊、壓鉗口、碾光、壓肩等。3.精整工序精整是為消除鍛件表面缺陷的少量變形工序，目的是提高表面鍛造質量，如校平、校直、消除鍛件表面凸凹不平等。精整工序一般在終鍛溫度以下進行。第二節(jié) 自由鍛造工藝三、自由鍛件的結構工藝性1.避免錐體或斜面對于桿類鍛件，應避免在軸線方向上出現斜度。如圖10-20a所示鍛件，很難用自由鍛成形，在不影響使用性能的前提下，如改成圖10-20b所示結構，可使鍛造工藝簡化。圖10-20避免帶斜面的軸桿類鍛件結構第二節(jié) 自由鍛造工藝三、自由鍛

23、件的結構工藝性2.避免非平面交接如圖10-21a所示桿件，幾何形體的相貫線形成了空間曲線，自由鍛無法鍛出。而圖10-21b所示將圓柱面與圓柱面和圓柱面與平面的交界線改為平面與平面相交，使幾何形體之間的相貫線簡化，利于鍛造成形。圖10-21 避免帶有空間曲線的桿類鍛件結構第二節(jié) 自由鍛造工藝三、自由鍛件的結構工藝性3.應避免加強筋或凸臺自由鍛很難鍛出鍛件上的加強筋、凸臺和交叉形截面。圖10-22a在大、小圓柱之間設置加強筋，使工藝復雜化。圖10-22b取消了加強筋后，可方便自由鍛造成形。圖10-22避免帶有加強筋結構第二節(jié) 自由鍛造工藝三、自由鍛件的結構工藝性如圖10-23a所示盤類零件，法蘭上

24、的凸臺給自由鍛造成很大困難。改為圖10-23b所示結構，鍛后可對螺釘孔端面锪沉孔，既不影響使用，且使自由鍛造容易實現。圖10-23避免帶有凸臺結構第二節(jié) 自由鍛造工藝三、自由鍛件的結構工藝性4.將復雜形狀設計成簡單形狀的組合體如圖10-24所示由幾個不同形狀組成的鍛件，整體自由鍛很困難。圖10-24a將鍛件分為兩部分，鍛后可由機械連接組合成整體零件。圖10-24b所示鍛件較長，且在不同方向上帶有特殊形狀，自由鍛無法成形。設計時，將鍛件分割成三部分，使自由鍛可能分別鍛出，然后再焊合成整體零件。圖10-24分割鍛造后的組合零件第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程自由鍛的工藝規(guī)程主要包括：繪

25、制鍛件圖、計算毛坯質量、選擇鍛造工序和設備、提出鍛件的技術要求和檢驗方法、規(guī)定操作規(guī)范及填寫工藝卡片等。1.繪制鍛件圖鍛件圖是自由鍛生產工藝檢驗的依據，需要在零件圖的基礎上考慮工藝敷料、加工余量及鍛造公差等因素而確定。第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程圖10-25典型鍛件圖(1)敷料自由鍛件必須簡化外形，以適應無模具鍛造，將僅為便于成形而在鍛件局部添加的附加金屬稱作敷料。當鍛件上帶有較小凹槽、臺階及孔等形狀時，皆需增設敷料，如圖10-25a所示。第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程圖10-25典型鍛件圖(2)加工余量如圖10-25b所示，在零件圖的尺寸基礎上加上機械加工余量后

26、的尺寸，即成為鍛件的公稱尺寸，作為鍛后檢驗的依據。確定加工余量時可查閱相關的鍛工手冊。第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程(3)鍛造公差鍛造公差是指鍛件名義尺寸的允許變動量，是受操作技術水平和鍛件收縮量估算誤差等因素影響的制造偏差量。鍛件余量、公稱尺寸及公差之間的關系如圖10-26所示，設計時可查閱有關標準。圖10-26鍛件余量及公稱尺寸關系第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程2.確定坯料質量和尺寸(1)坯料質量的計算鍛造用原材料一般有兩種，一種是軋材，多用于中、小型鍛件；另一種是鑄錠，用于大型鍛件。鍛坯質量m坯為鍛件質量m鍛與鍛造過程中金屬損耗質量m損(包括燒損m燒、沖孔連皮

27、m沖、料頭在內的金屬損耗質量)之和。中、小型鍛件采用型鋼作坯料時第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程鍛坯的加熱燒損通常用燒損率，即毛坯質量的百分比表示。其數值與加熱設備、加熱方式等有關，可參考表10-2。加熱方法(%)備注室式煤爐油爐煤氣爐電阻爐接觸和感應加熱2.54231.52.511.50.5熱坯再次加熱時，燒損率減半；空心件加熱時，燒損率取大值表10-2不同加熱方法的鋼料燒損率第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程沖孔連皮的損失，取決于沖孔方式、沖孔前坯料高度H和沖頭直徑D?？赏ㄟ^表10-3所示的計算方法求出。表10-3沖孔連皮的計算沖孔方式連皮體積/cm3連皮質量/kg實

28、心沖頭沖孔在墊環(huán)上沖孔(0.150.20)D2H(0.550.60)D2H(1.181.57)D2H(4.324.71)D2H第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程采用鋼錠作坯料時，還應考慮切掉的頭部和尾部質量，這部分切除量與坯料形狀及鍛造所用設備有關，其值可參考表10-4。毛坯形狀鍛造設備切除端部料頭體積棒料鍛錘1.8D3水壓機1.38D3方料鍛錘2.36B2H水壓機2.2B2H表10-4切除端部料頭體積(單位：kg)注：表中：D棒料直徑；B、H方料的寬度和高度第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程(2)確定坯料尺寸鐓粗時， 通常需保證鐓粗所用胚料滿足 1.25D0H02.5D0

29、根據上述計算得出的毛坯質量m坯，當材料密度為時，可求得毛坯體積對于圓棒料毛坯的直徑D0對于方料邊長第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程確定坯料直徑或邊長后， 下料長度或高度H0=V坯/A坯。碳素鋼坯料拔長時，鍛造比kL不應小于2.53，軋材拔長時，kL可取1.31.5。坯料面積或直徑的計算為坯料長度L0=V坯/A坯。第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程3.確定鍛造工序及鍛造比(1)確定鍛造工序一般，盤類零件常需鐓粗成形，軸桿類零件則需拔長成形。形狀較復雜零件，需采用多工序復合工藝完成。(2)鍛造比1)鍛造比的計算方法鐓粗前、后鍛坯高度為H前、H后時，變形程度和鍛造比可分別表示為

30、第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程拔長前、后鍛坯截面積為A前、A后時，拔長變形程度和鍛造比分別為第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程2)鍛造比對金屬組織性能的影響一般，樹枝晶與晶內微觀缺陷，以較小的鍛造比變形即可鍛合；而尺寸較大的缺陷，如V形偏析區(qū)的疏松，則需較大的鍛造比以及在有利的應力狀態(tài)下才能被鍛合。通常，使用軋材進行中、小型鍛造時(除萊氏體鍛坯外)，一般不必特意增大鍛造比，而用鋼錠或有色金屬鑄錠鍛造時則需考慮鍛造比。對于一般結構鋼鍛坯，零件受力方向與原有纖維方向不一致時， 可取鍛造比22.5。當零件受力方向與坯料原有纖維方向一致時，可取鍛造比為4。對于一些重要鍛件，可選

31、取鐓粗拔長聯合工藝，并將鍛造比提高到68。第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程4.確定鍛造設備噸位在自由鍛造生產中，確定鍛造設備噸位有理論計算和經驗公式-圖表兩種方法。一般，可直接按鍛錘落下部分的質量確定設備噸位。鍛件鐓粗后的接觸面積為A時，估算鍛錘噸位(單位為kg)式中k材料強度系數，金屬強度極限b為400MPa時，k取35；b為600MPa時，k取58；b為800MPa時，k取813；拔長時的鍛錘噸位(單位為kg)第二節(jié) 自由鍛造工藝四、制定自由鍛造工藝規(guī)程5.制定工藝卡自由鍛工藝卡由所定鍛造工藝規(guī)程匯總而成，主要包括鍛件圖、鍛坯質量與尺寸的計算及下料方法、工序安排、鍛打火次、加熱

32、設備、加熱及冷卻規(guī)范、鍛造設備及工具、鍛件鍛后處理，最后還需確定工時定額及相應的勞動組織等。鍛件名稱階梯軸每坯鍛件數1材料45鋼鍛造溫度范圍1200800鍛件質量700kg鍛造設備5t蒸汽錘坯料質量836kg冷卻方法空冷坯料尺寸320mm1000mm生產數量5火次工序說明變形過程圖使用工具1拔長上、下平砧壓肩上、下平砧，三角刀一端拔長、壓肩上、下平砧，三角刀2另一端拔長、壓肩上、下平砧、剁刀，圓弧墊鐵調頭、拔長各自臺階、切頭、修整上、下平砧，剁刀，圓弧墊鐵表10-5階梯軸自由鍛造工藝卡第三節(jié) 胎模鍛造工藝及胎模具一、胎模鍛造工藝及特點1.胎模鍛造工藝胎模鍛生產工藝包括制定工藝規(guī)程、胎模制造、備

33、料、加熱、鍛制胎模鍛件及后續(xù)工序等。圖10-27所示為帶法蘭臺階軸的胎模鍛造工藝過程。圖10-27胎模鍛造工藝過程舉例第三節(jié) 胎模鍛造工藝及胎模具一、胎模鍛造工藝及特點2.胎模鍛造工藝特點胎模鍛利用自由鍛方法制坯，在胎模中終鍛成形，具有自由鍛和模鍛的綜合特點。1)與自由鍛相比，胎模鍛在提高鍛件精度和復雜程度、減少敷料和機加工余量，以及節(jié)約金屬等方面具有明顯的優(yōu)越性。2)胎模鍛件的形狀、尺寸基本與鍛工技術無關，主要靠終鍛模具精度保證。3)鍛件最終在胎模型腔內成形，內部組織致密，纖維分布有利于提高胎模鍛件的力學性能。第三節(jié) 胎模鍛造工藝及胎模具一、胎模鍛造工藝及特點4)與模鍛相比，胎模鍛便于局部成

34、形，可在較小設備上實現較大鍛件的鍛造成形。5)與模鍛相比，胎模制造簡便，工裝準備周期短，使用設備靈活，因而可降低生產成本。6)胎模鍛工藝靈活，可鍛造品種繁多的鍛件。但在生產率、鍛件精度等方面不及模鍛，生產勞動強度較大，適合于中、小批量生產。第三節(jié) 胎模鍛造工藝及胎模具二、胎模的主要種類及應用1.扣模如圖10-28所示，扣模由上扣和下扣兩部分組成，圖10-28a和10-28b分別為開式和閉式扣模，圖10-28c為彎曲扣模?？勰Ｓ糜谥婆骰驈澢?、局部或全部扣形，常用于非回轉體長桿類鍛件成形。圖10-28扣模第三節(jié) 胎模鍛造工藝及胎模具二、胎模的主要種類及應用2.筒模筒模也稱套?；蛱淄材?，主要用來鍛造

35、齒輪、法蘭盤等回轉體類鍛件。(1)開式筒模開式筒模如圖10-29a所示。開式筒模主要用于較短回轉體軸類鍛件制坯或終鍛成形。圖10-29筒模第三節(jié) 胎模鍛造工藝及胎模具二、胎模的主要種類及應用圖10-29筒模(2)閉式筒模閉式筒模如圖10-29b所示，也稱其為無飛邊鍛造胎模，由上、下模墊和套筒組成。圖10-29c所示組合式筒模用于鍛造形狀復雜制件。復合筒模可以用來鍛造上、下端面帶有凸凹形狀的鍛件，如齒輪或輪轂等，有時也可用于非回轉體鍛件成形。第三節(jié) 胎模鍛造工藝及胎模具二、胎模的主要種類及應用3.摔模摔模常稱為摔子，也是一種最簡單的胎模。一般由上、下摔組成。主要用于回轉體制坯或成形，如圖10-3

36、0所示。制坯摔子多用于回轉體長軸類鍛件局部滾擠成形，或為合模滾摔制坯，鍛造時，坯料在型腔中變形量較大。圖10-30摔模整形摔子用于已成形鍛件的校形，提高鍛件同心度，坯料變形量不大。第三節(jié) 胎模鍛造工藝及胎模具二、胎模的主要種類及應用4.墊模如圖10-31所示，墊模只有下模塊，利用錘砧作為上模進行鍛打，產生一定量的橫向飛邊。墊模常用于圓盤、圓軸及法蘭盤類鍛件的制坯和成形。圖10-31墊模第三節(jié) 胎模鍛造工藝及胎模具二、胎模的主要種類及應用圖10-32合模5.合模合模屬于有飛邊鍛造胎模，由上、下模及導向裝置組成，如圖10-32所示。合模適用于各種形狀復雜的非回轉體、長軸類鍛件的最終成形，如連桿、撥

37、叉等叉桿類鍛件。第四節(jié) 模鍛工藝及模具一、模鍛工藝特點及分類1.模鍛工藝特點(1)模鍛成形質量模鍛過程中，金屬在鍛模型腔中的變形是在錘頭通過模具多次打擊下逐步完成的，金屬流動受到型腔壁部的限制，形成較好的壓應力狀態(tài)，因此，模鍛件內部組織和力學性能非常好。1)改善金屬流線分布模鍛不能消除金屬流線，但可改善鍛件的流線分布。模鍛件內部的鍛造流線比較完整，可提高鍛件的力學性能和使用壽命。第四節(jié) 模鍛工藝及模具一、模鍛工藝特點及分類2)改善或消除帶狀顯微組織經冶煉產生的帶狀顯微組織嚴重影響金屬材料的使用性能，單純依靠熱處理的方法很難消除。但經過模鍛后再進行相應的熱處理，如正火+回火等，內部帶狀組織可以得

38、到較大程度的改善，甚至消除。3)模鍛件的晶粒度對于無相變的奧氏體鋼、鐵素體鋼及一些耐熱合金模鍛件，晶粒度決定于變形溫度和變形程度，不能利用鍛后熱處理來均化和細化晶粒，則應盡可能利用均勻的模鍛變形來獲取鍛件晶粒度的均勻性。第四節(jié) 模鍛工藝及模具一、模鍛工藝特點及分類(2)模鍛成形精度由于鍛模型腔的約束作用，模鍛件形狀尺寸精度比較高，且表面光潔，因此，預留機加工余量相對小。通常對于復雜形狀鍛件的外形不需過多簡化，因節(jié)省敷料而降低了材料消耗。(3)生產效率模鍛件的形狀和精度由鍛模型腔保證，對操作技術要求不高。與自由鍛和胎模鍛相比，模鍛簡化了許多工序，生產效率高，并且易于實現機械化和自動化生產。第四節(jié)

39、 模鍛工藝及模具一、模鍛工藝特點及分類2.模鍛件的工藝性分類一般，將模鍛件的主軸線定義為鍛造變形前原毛坯的軸線，即與其原始流線方向相一致。主軸線走向及其幾何形狀尺寸特征，反映了對變形工序的要求。因此，可按主軸線尺寸特征，將模鍛件分為短軸類和長軸類兩種基本工藝類型。類型鍛件圖例形狀及變形特點短軸類(軸對稱)一、簡單形狀鍛件在主軸線方向上的尺寸略小于或等于其他兩個方向的尺寸，垂直于主軸線方向的兩個尺寸相等或接近主變形工序的鍛擊方向一般與主軸線方向一致，模鍛成形時，金屬沿高度、長度和寬度方向同時流動，屬于體積成形二、復雜形狀表10-6模鍛件工藝性基本分類類型鍛件圖例形狀及變形特點長軸類(平面變形)一

40、、長直軸類鍛件在主軸線方向上的尺寸大于其他兩個方向的尺寸，變形工序的鍛擊方向一般垂直于主軸線方向終鍛成形時，金屬沿主軸線方向流動一般很小，變形主要發(fā)生在垂直于主軸線的橫向和高度方向，所以?？珊喕癁槠矫孀冃味?、彎曲軸線三、叉類復合類一、具有粗大頭部的長軸線類鍛件幾何形狀既有短軸類特征，又有長軸類特征制坯成形時，已對鍛件變形體積進行了合理的再分配。終鍛成形的主要目的是局部充滿，變形過程具有上述長、短軸類零件變形特點的交叉和組合二、具有等斷面細長桿的短軸線類表10-6模鍛件工藝性基本分類第四節(jié) 模鍛工藝及模具一、模鍛工藝特點及分類3.模鍛的種類根據所用鍛壓設備及其鍛造變形方式，通常將模鍛分為錘上模鍛

41、、壓力機模鍛及平鍛機模鍛等；按照鍛模形式及鍛后是否產生橫向飛邊，又可分為開式模鍛和閉式模鍛兩種；如果考慮鍛造時鍛坯的溫度，還可分為冷態(tài)模鍛、溫態(tài)模鍛和熱態(tài)模鍛。第四節(jié) 模鍛工藝及模具二、模鍛工藝分析模鍛工序主要有利用鍛模制坯和模鍛，后者包括預鍛工步和終鍛工步。模鍛件最終形狀尺寸靠終鍛工步完成，因此，必須設有終鍛工步。終鍛工步是模鍛工藝過程的核心環(huán)節(jié)，按鍛造工藝及鍛模型腔的設計特點，可將模鍛分為開式模鍛和閉式模鍛兩大類，如圖10-33所示。圖10-33開式模鍛與閉式模鍛示意第四節(jié) 模鍛工藝及模具二、模鍛工藝分析1.開式模鍛開式模鍛是目前應用最廣泛的模鍛方法，可利用通用鍛造設備實現各種類型鍛件的模

42、鍛成形。(1)金屬流動變形特征短軸類回轉體鍛件開式模鍛時，金屬沿垂直于鍛壓方向沿徑向流動呈軸對稱變形。長軸類模鍛件終鍛成形時，端部金屬也具有軸對稱流動特性，但桿部金屬僅在垂直于桿軸線方向上產生流動，即呈平面變形特征。第四節(jié) 模鍛工藝及模具二、模鍛工藝分析(2)金屬流動變形過程開式模鍛過程中，終鍛時產生平面變形的鍛件變形前、后在鍛壓方向上的斷面積相等，而產生軸對稱變形的鍛件變形前、后體積相等。變形過程通常可分為自由變形、形成飛邊充模及鍛足三個階段。1)自由變形階段是指開始終鍛至金屬流動與飛邊槽開口相接觸之前，金屬變形與自由鍛略有相似特點是產生足夠的橫向流動。第四節(jié) 模鍛工藝及模具二、模鍛工藝分析

43、2)形成飛邊充模階段是指金屬橫向流入飛邊橋部開始，至完全充滿型腔為止。在此階段中，金屬產生兩種變形流動，一種是橫向擠入飛邊槽形成飛邊，另一種是向錘擊方向充型。3)鍛足階段通常也稱打靠階段，由金屬完全充滿型腔開始，至上、下模閉合為止。開式模鍛順利實現上述三個階段的變形過程，即可避免充不滿和鍛不足等鍛造缺陷。開式模鍛因飛邊槽的充模補償作用，提高了復雜模鍛件充模性及成形穩(wěn)定性。但設置飛邊使鍛件成本提高。第四節(jié) 模鍛工藝及模具二、模鍛工藝分析2.閉式模鍛閉式模鍛不設飛邊槽，鍛造變形力和變形功比開式模鍛低30%50%。但只適用于軸對稱或近似于軸對稱變形的鍛件成形，目前應用較多的是短軸類回轉體鍛件。閉式模

44、鍛通常利用螺旋壓力機、平鍛機、液壓壓力機和高速錘等實現。(1)閉式模鍛變形過程閉式模鍛過程也可分為基本成形、充滿及形成縱向飛邊三個變形階段。第四節(jié) 模鍛工藝及模具二、模鍛工藝分析1)基本成形階段基本成形階段是指由鍛坯開始變形至基本充滿模膛階段。金屬的變形流動可分為整體或局部鐓鍛和擠壓兩種類型。整體鐓鍛是指以坯料外徑定位(貼靠在型腔內壁)，金屬分流擠入型腔凹入部分。局部鐓粗是以坯料不變形部位定位，主要是局部鐓粗和沖孔兩種變形。擠壓也可分作正、反擠壓和橫向擠壓三種類型，金屬變形流動規(guī)律及特征與這三種擠壓成形基本相同。2)充滿階段進入充滿階段時，鍛坯端面和中心區(qū)都處于三向壓應力狀態(tài)，變形縮小至未充滿

45、的局部區(qū)域，此階段結束時的變形力比基本成形階段末可增大23倍，但實際變形量卻很小。第四節(jié) 模鍛工藝及模具二、模鍛工藝分析3)形成縱向飛邊階段這一階段的坯料基本已成為不變形的剛體，但在很大變形力及打擊能量作用下，使鍛坯端面金屬流動形成縱向飛邊。飛邊不僅影響鍛模使用壽命，而且去除困難，通常只能采用砂輪機手工去除。閉式模鍛變形在形成縱向飛邊之前結束，因而常在分型處存在少量充不滿現象。型腔的受力狀況與鍛件的高徑比H/D有關，H/D越小，型腔受力狀況越好。因此，H/D小的鍛件，適宜于閉式模鍛。第四節(jié) 模鍛工藝及模具二、模鍛工藝分析(2)各類鍛造設備閉式模鍛的特點液壓機閉式模鍛時，如果設備選擇合理，當變形

46、抗力增大到設備額定輸出壓力時，變形自行停止，一般不會產生縱向飛邊。因此，依靠變形力與設備的匹配關系，可使產生飛邊之前結束變形。平鍛機閉式模鍛時可由坯料不變形長度穩(wěn)妥定位，通常不產生或只產生較小飛邊，模鍛工藝穩(wěn)定性較好。鍛壓機必須采用保證工藝穩(wěn)定性的技術措施，否則不宜進行閉式模鍛。錘上閉式模鍛的最大問題，則是鍛模壽命低和產生較大的縱向飛邊。第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛1.錘上模鍛的變形工序及型腔(1)錘上模鍛的變形工序錘上模鍛的變形工序主要有制坯和模鍛。制坯工序實現鍛坯的初始形狀體積分配，即利用相應的鍛模型槽、臺、坎等將原始等斷面毛坯去除氧化皮，鍛成形狀、尺寸接近于鍛件的中間坯料，使終鍛時

47、消耗最少的金屬和變形功，并順利充滿鍛模型腔。模鍛工序則完成鍛件的最終成形。第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛(2)變形工步及模膛工步名稱簡圖特點作用及用途制坯工序鐓粗鐓粗臺的橫向尺寸必須大于鐓粗后坯料的最大橫向尺寸，設于鍛模左側，便于鍛工操作中、小型鍛?？稍诰哂幸欢ㄆ矫娴慕遣客瓿社叴种婆鳎笮湾懩Ｉ蟿t需設置專用鐓粗臺供鍛件鐓粗成形，以防止鐓粗過程中鍛坯偏斜或錘擊下飛出而造成事故減小坯料高度，增大徑向尺寸；對于盤類鍛件，為了改善鍛后金屬內部組織，通常需將高徑比較大的鍛坯鐓粗后放入預鍛或終鍛型腔內鍛造成形用于短軸類鍛件中間制坯壓扁去除氧化皮，減小坯料橫截面高度，增大寬度尺寸用于短軸類鍛件中間制坯

48、拔長拔長時前一次送進量的末端是后一次送進量的中部，考慮操作方便，拔長檻通常設置在鍛模左側去除氧化皮，減小橫截面積，增大長度，同時提高鍛件力學性能表10-7錘上模鍛的變形工步及其型腔工步名稱簡圖特點作用及用途制坯工序滾擠對于多型腔鍛模，滾擠型腔常設在操作者左側，多型腔鍛模可借用拔長型腔前方的空間開設滾擠型腔。滾擠型腔可分開式和閉式兩種。閉式滾壓型腔是指在滾擠方向上封閉的型腔。通常，當鍛坯沿軸線的截面積相差不大或為修整拔長后的外廓形狀時，采用開式滾擠型腔；而鍛坯最大截面積和最小截面積相差較大時，采用閉式滾擠型腔為適應預鍛或終鍛型腔形狀要求，增大一個方向上鍛坯的截面尺寸，同時減小與之垂直方向截面尺寸

49、，另外使鍛坯進入預鍛或終鍛型腔前具有較圓滑的軸向輪廓開始滾擠時，金屬橫向展寬較大，軸向流動較少；而閉式滾擠時，金屬的橫向展寬較小，軸向流動較大彎曲型槽的縱截面形狀與終鍛時坯料的水平投影基本一致，型槽的寬度應保證坯料彎曲后不致擠出模外一般將彎曲型腔設于操作者的左前側；鍛坯經彎曲變形后送入預鍛或終鍛型腔，根據鍛件形狀，有時還需翻轉90改變坯料軸線形狀，使之在某一個方向上適合于預鍛或終鍛型腔的形狀成形改變坯料軸線形狀，通過局部轉移金屬獲得與鍛件平面圖相似的形狀，金屬流動量較大，并產生相應的聚料作用模鍛工序預鍛預鍛型腔與終鍛型腔接近，但高度和寬度略小、容積略大、過渡圓角大、不帶飛邊槽保證終鍛易于充模，

50、減少終鍛變形量；減小終鍛型腔的磨損，延長模具使用壽命用于形狀復雜鍛件預成形終鍛終鍛型腔尺寸與熱鍛件圖一致，開式模鍛設有飛邊槽；與預鍛變形力的合力作用點設于鍛模中心用于鍛件的最終成形切斷工序切斷切斷操作時應注意鉗口切勿夾得過緊，否則因切斷時的后坐力會造成安全事故條料多件小型鍛造時，利用切斷刀切斷成形后的鍛件。對于成雙鍛造，采用調頭鍛，可將后一火鉗口修扁第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛2.錘上模鍛件的結構工藝性1)便于鍛后拔模如圖10-34所示零件，上、下端面及柱面上均帶有側凹，不論將分型面設于什么位置，都不能保證鍛后拔模，因此，必須增設敷料改變鍛件外形輪廓。圖10-34在側凹處補充敷料便于起模

51、第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛2)力求形狀簡單、對稱，避免截面差別過大的凸起、凹入或壁厚過薄。如圖10-35a所示，零件最小和最大截面之比小于0.5，而且凸緣直徑與壁厚相差過大，模鍛時，凸緣端部不易充滿，容易粘模。而且凸緣厚度過薄，鍛模散熱性差。圖10-35b零件的內凹深度與寬度之比過大，上模極易折斷和變形。圖10-35避免截面差別過大的凸起或凹入第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛圖10-36所示零件鍛造時薄壁處鍛模受力嚴重，容易損壞。此外，鍛件平面面積過大，鍛造過程中坯料易冷卻，很難保證成形質量。圖10-36零件壁厚過薄第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛3)零件上直徑小于20mm的孔或孔

52、深大于直徑2倍時，不宜鍛出，可考慮鍛出凹穴，然后切削加工。4)零件的非配合表面可設計成非加工面，保留鍛件黑皮表面。零件上與鍛打方向平行的非加工表面應設拔模斜度，以便鍛后拔模。為防止產生折疊和應力集中，非加工表面間的交接處用圓角過渡。5)對不宜模鍛成形的大型復雜零件，可考慮設計成鍛-焊組合件，或分為幾部分鍛出后，采用機械連接方法組成構件。第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛3.制定模鍛工藝規(guī)程(1)繪制模鍛鍛件圖鍛件圖是根據產品零件圖制定的，也是確定模鍛生產工藝、計算坯料尺寸和設計鍛模的依據及鍛后檢驗的標準，可分為冷鍛件圖和熱鍛件圖兩種。制定模鍛鍛件圖的實質內容是設計終鍛型腔，需要考慮分型面位置、

53、確定敷料、余量和公差、模鍛斜度、圓角半徑、沖孔連皮及各項技術條件等。第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛1)分型面位置的選擇選擇時應符合以下原則：有利于金屬充滿型腔，便于鍛后拔模和切邊及調整錯差，簡化鍛模制造等。表10-8鍛模分型面典型示例選擇分型面原則圖例合理分型面不合理分型面分型面應設于鍛件最大截面處；盡可能避免型腔過深；使金屬易于流動充型；便于鍛后拔模和切邊；力求簡化模具制造第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛 對于落差不是很大的長軸類鍛件，盡可能使分型面為平面，避免產生鍛造彎矩造成的錯移；避免因折線或曲線分型面導致的鍛模易磨、易損，甚至毀壞盡可能使上、下模沿分型面的型腔輪廓一致，以方便中間

54、檢驗發(fā)現上、下模錯差?？紤]到上模易于充滿，應將較復雜型腔置于上模側分型面設置應充分利用飛邊槽的輔助作用并便于鍛后切邊；不應將分型面設在鍛件截面的終了處，防止鍛后切邊時產生粘連和飛邊第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛2)敷料、加工余量和公差對零件上不便終鍛成形的溝槽及局部內凹等部位，可適當增設敷料，以簡化模鍛件形狀。鍛件上需后續(xù)機械加工的部位，應根據加工尺寸、精度及加工方法預留加工余量。通常模鍛件可留15mm的加工余量，要求精度較高及大型鍛件可取較大值。尺寸公差是指鍛件實際尺寸與鍛件圖規(guī)定的公稱尺寸之間的偏差。一般在0.33mm之間選用尺寸公差。第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛3)拔模斜度。為

55、了便于鍛后拔模，型腔側壁必須做成一定斜度，稱為拔模斜度。如圖10-37所示一般外拔模斜度1取57，內拔模斜度2取712。當鍛件材料為鋁、鎂合金時，內、外拔模斜度可適當減小。圖10-37拔模斜度第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛4)圓角半徑的確定。鍛件上的面與面交界處應設計成圓弧連接，如圖10-38所示。設計時，應使鍛件內凹圓角半徑R大于外圓角半徑r，通常取R=(23)r。為了便于模具制造，如無特殊需求，鍛件上同類圓角盡可能取同一半徑值。圖10-38模鍛圓角第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛5)沖孔連皮模鍛時，只能鍛成盲孔，待鍛后沖出通孔。盲孔中間留有一層金屬，稱為連皮。連皮的厚度s與鍛件孔徑d

56、、孔深h有關，可按經驗公式近似計算如下一般平底連皮的厚度也可根據圖10-39確定。圖10-39平底沖孔連皮的厚度第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛6)鍛件圖及鍛件圖的技術條件通常將零件尺寸用括號標注在相應鍛件尺寸之下，如圖10-40所示。圖10-40階梯軸鍛件圖示例第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛鍛件質量檢驗及鍛模制造技術事項一般包括：鍛件的熱處理方式及硬度要求；鍛后清理方法；允許的鍛件表面缺陷，如氧化坑深度、局部未充滿的程度及殘余飛邊寬度等；其他如鍛件幾何精度要求、注明圓角半徑、拔模斜度及上、下模允許錯差量等；規(guī)定的各種試驗，如對于重要鍛件所要求的金相組織、宏觀纖維及各種必要的性能試驗等。

57、第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛(2)確定鍛錘噸位確定模鍛設備噸位的依據是鍛件的總變形力。在確定鍛件基本數據時，需要計算鍛件在分型面上的投影面積A分、鍛件輪廓線長度L周、鍛件體積V鍛及鍛件質量G鍛等，先假定一個飛邊寬度B寬，近似計算出鍛件的總變形面積A總=A分+L周B寬，即可按如下經驗公式計算所需鍛錘噸位G(kN)式中k鋼種系數，可參考表10-9。第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛鋼種k碳的質量分數低于0.25%的碳素結構鋼，如10、200.9碳的質量分數高于0.25%的碳素結構鋼及碳的質量分數低于0.25%的低合金鋼，如30、45、20Cr1.0碳的質量分數高于0.25%的低合金結構鋼，如

58、40Cr、45CrNi1.1高合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼，如GCr15、2Cr13、45CrNiMo及硅鉻合金鋼等1.25表10-9鋼種系數k第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛(3)設計終鍛型腔 型腔易磨損處，應在鍛件負公差范圍內增加一定磨損量，以延長鍛模使用壽命。 對具有明顯鍛不足的局部位置，可在鍛件負公差范圍內適當降低高度尺寸；鍛模承壓面積不足易造成承壓面塌陷時，可在鍛件正公差范圍內適當增大高度尺寸，以保證鍛模承壓面略有下陷時仍能鍛出合格鍛件。 在一般加工過程中，體積力的作用遠遠小于表面力，往往忽略不計。但加速度較大的場合，體積力不能忽略。錘上模鍛時，鍛坯受到與打擊力相反方向的慣性力作用而有利

59、于填充上模，故常把形狀復雜、不易充滿的型腔設置在上模側。第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛2)設計飛邊槽 錘上模鍛時金屬的流動過程大致可分為四個階段：第一階段：敦粗變形，金屬與型腔側壁接觸之前，鐓粗變形力并不大。第二階段：飛邊形成過程，金屬流向高度方向的同時，開始形成少許飛邊，所需變形力增大。第三階段：充滿過程，飛邊對金屬橫向流動的阻礙作用，使型腔內形成三向壓應力狀態(tài)。在這一階段，飛邊厚度減小，寬度增大，金屬徑橫流動阻力增大，促使整個型腔得以充滿，鍛坯溫度下降使變形抗力明顯上升。第四階段：打靠或鍛足階段，為把多余金屬排入溫度很低的飛邊槽，使上下模打靠，所需打擊力最大，消耗的打擊能量為鍛件成形全

60、過程消耗能量的30%50%。第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛 飛邊槽的作用飛邊槽的倉部容納多余金屬，橋部形成橫向流動阻力，迫使金屬充型；一般模鍛飛邊較薄，相對降溫快，容易吸收上、下模打擊力，既起緩沖作用又有利于金屬充型，可防止鍛模早期破裂和壓塌。 飛邊槽的結構形式最常用的錘鍛模飛邊槽結構如圖10-41所示。圖10-41錘模鍛基本型飛邊槽的結構尺寸第四節(jié) 模鍛工藝及模具三、錘上模鍛模鍛飛邊槽結構形式較多，如圖10-42所示。圖10-42a所示平飛邊槽用于鍛件形狀簡單制坯良好的胎模鍛，可簡化鍛模加工并改善橋部受熱條件。圖10-42b所示雙倉飛邊槽用于局部擠出飛邊較大的位置，如曲軸鍛模的曲拐部。圖