材料成型基礎20120327

材料成型基礎周志斌2012.03.27第二節(jié)鍛件分類及鍛件圖設計模膛模鍛模膛制坯模膛拔長模膛終鍛模膛預鍛模膛滾壓模膛彎曲模膛切斷模膛1.預鍛模膛預鍛模膛的作用是：使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，終鍛時，金屬容易充滿終鍛模膛。同時減少了終鍛模膛的磨損，以延長鍛模的使用壽命。一、模鍛模膛預鍛模膛和終鍛模膛的區(qū)別：

預鍛模膛的圓角、斜度較大，沒有飛邊槽。

終鍛模膛的圓角、斜度較小，有飛邊槽。2.終鍛模膛終鍛模膛的作用是：是使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸，因此它的形狀應和鍛件的形狀相同。

沿模膛四周有飛邊槽，用以增加金屬從模膛中流出的阻力，促使金屬充滿模膛，同時容納多余的金屬。

終鍛后無法加工通孔而留下的一薄層金屬，稱為沖孔連皮。終鍛模膛的尺寸應比鍛件尺寸放大一個收縮量。鋼件收縮量取1.5%

對形狀復雜的模鍛件,為使坯料形狀基本接近模鍛件形狀，使金屬能合理分布和很好地充滿模鍛模膛，就必須預先在制坯模鏜內(nèi)制坯，因而設制坯模膛。二、制坯模膛當模鍛件沿軸向橫截面積相差較大時，常采用這種模膛進行拔長。拔長模膛分為開式和閉式兩種.一般情況下，把它設置在鍛模的邊緣處。生產(chǎn)中進行拔長操作時。坯料除向前送進外并需不斷翻轉(zhuǎn)。1、拔長模膛——用來減小坯料某部分的橫截面積，以增加該部分的長度。滾壓模膛分為開式和閉式兩種：當模鍛件沿軸線的橫截面積相差不很大或?qū)Π伍L后的毛坯作修整時，采用開式滾壓模膛。當模鍛件的截面相差較大時，則應采用閉式滾壓模膛。在坯料長度基本不變的前提下用它來減小坯料某部分的橫截面積，以增大另一部分的橫截面積。2、滾壓模膛滾壓操作時需不斷翻轉(zhuǎn)坯料，但不作送進運動。

對于彎曲的桿類模鍛件，需采用彎曲模膛來彎曲坯料。坯料可直接或先經(jīng)其它制坯工步后放入彎曲模膛進行彎曲變形。彎曲后的坯料需翻轉(zhuǎn)90°再放入模鍛模膛中成形。單件鍛造時，用它從坯料上切下鍛件或從鍛件上切下鉗口；多件鍛造時，用它來分離成單個鍛件。3、彎曲模膛4、切斷模膛它是在上模與下模的角部組成的一對刃口，用來切斷金屬。根據(jù)模鍛件的復雜程度不同，所需變形的模膛數(shù)量不等，可將鍛模設計成單膛鍛模或多膛鍛模。單膛鍛模是在一副鍛模上只有終鍛模膛一個模膛。如齒輪坯模鍛件就可將截下的圓柱形坯料，直接放人單膛鍛模中一次終鍛成形。多膛鍛模是在一副鍛模上具有兩個以上模膛的鍛模。如彎曲連桿模鍛件的鍛模即為多膛鍛模。彎曲連桿多模膛模鍛過程鍛件圖的設計1)選擇模鍛件的分模面

分模面是指上下鍛模在模鍛件上的分界面。它在鍛件上的位置是否合適，關(guān)系到鍛件成形、鍛件出模、材料利用率及鍛模加工等一系列問題。選定分模面的原則是：(1)

應保證模鍛件能從模膛中取出來。如圖7-8所示輪形件，把分模面選定在a－a面時，已成形的模鍛件就無法取出。一般情況，分模面應選在模鍛件的最大截面處。(2)

按選定的分模面制成鍛模后，應使上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致，以便在安裝鍛模和生產(chǎn)中容易發(fā)現(xiàn)錯?，F(xiàn)象，及時而方便地調(diào)整鍛模位置。圖7-8中的c－c面被選定為分模面，就不符合此原則。(3)分模面應選在能使模膛深度最淺的位置上。

這樣有利于金屬充滿模膛，便于取件，并有利于鍛模的制造。圖7－8中的b-b面，就不適合作分模面。(4)選定的分模面應使零件上所加的敷料最少。圖7－8中的b-b面被選作分模面時，零件中間的孔不能鍛出來，孔部金屬都是敷料，既浪費金屬，又增加了切削加工的工作量。所以該面不宜作分模面。(5)分模面最好是一個平面，以便于鍛模的制造，并防止鍛造過程中上下鍛模錯動。按上述原則綜合分析，圖7-8中的d-d面是最合理的分模面。敷料為了簡化零件形狀、便于鍛造而增加的一部分金屬稱為敷料(也稱為余塊)。如消除零件上的鍵槽、窄環(huán)形溝槽、齒谷或尺寸相差不大的臺階結(jié)構(gòu)而增加的金屬均屬敷料。機械加工余量

零件的加工表面上為機械加工而增加的一層金屬。鍛件公差

鍛件的實際尺寸與名義尺寸之間所允許的偏差，稱為鍛件公差。2)確定敷料、機械加工余量和尺寸公差機械加工余量一般為：

1~4mm鍛造公差一般?。?/p>

±0.3～3mm尺寸余量和公差的影響因素：

1）鍛件重量和輪廓尺寸；

2）鍛件形狀復雜系數(shù)S，即：式中ρ—鍛件材質(zhì)密度，g/cm圓形鍛件的外廓包容體體積：圓形鍛件的外廓包容體重量：級別代號形狀復雜系數(shù)值形狀復雜程度ⅠS10.63～1簡單ⅡS20.32～0.63一般ⅢS30.16～0.32比較復雜ⅣS4≤0.16復雜鍛件形狀復雜程度等級非圓形鍛件的外廓包容體重量和體積

3）

鍛件材質(zhì)系數(shù)（可鍛性）

—材料鍛造難易程度，分為兩級：

分為普通,精密兩級。精密級公差適用于精密鍛件。M1級指碳的質(zhì)量分數(shù)小于0.65％的碳或合金元素總量小于3.0％的合金鋼。M2級指碳的質(zhì)量分數(shù)等于或大于0.65％的碳鋼

或合金元素總量等于或大于3.0％的合金鋼。4）鍛件精度等級

5）加熱條件

主要影響收縮量和表層氧化。

為什么要全面綜合考慮上述因素來確定加工余量和鍛件公差呢？

這是因為：

一是國內(nèi)外市場對產(chǎn)品精度要求越來越高；

二是企業(yè)為了降低原材料消耗和加工成本。鍛件的各種尺寸和余量公差見（GB/T-12362-1990）

三、模鍛斜度（GB/T-12361-1990）鍛件出模受力分析

F取=－（FTcosα－Fsinα）

=－F（μcosα－sinα）模鍛斜度值依模膛深寬比（H/B）選用3o、5o、7o、10o、12o、15o

等標準值，便于選用標準銑刀加工。

上、下模模膛的模鍛斜度應相互銜接和匹配，即加上匹配斜度，如圖所示。

四、鍛模圓角半徑（GB/T-12361-1990

）

鍛模圓角半徑與B/H有關(guān)。H大，鍛模圓角半徑也應增大。鍛件凸角處的最小半徑r

=余量+零件的倒角值；

按銑刀標準值選?。?.0、1.5、2.0、2.5、3.0、

4.0、5.0等．模鍛件的圓角半徑圓角半徑過小，導致轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)開裂圓角半徑與質(zhì)量關(guān)系

圓角半徑對金屬纖維的影響

折迭與圓角半徑的關(guān)系模鍛前情況

b)模鍛中間情況

c)模鍛最后情況五、沖孔連皮

對于d＜25mm的加工孔，不予鍛制。對于d＞25mm的加工孔，先鍛制盲孔，用沖孔連皮隔離上下凸頭。沖孔連皮按鍛孔直徑大小分為平底連皮、斜底連皮#帶倉連皮和拱底連皮四類。平底連皮斜底連皮帶倉連皮連皮！飛邊拱底連皮1、平底連皮

適于d＜2.5h或

25mm<d＜60mm

的孔。

連皮厚度s按圖確定或計算，即2、斜底連皮

斜底連皮適用于：

d＞2.5h或d＞60mm

3、帶倉連皮

終鍛模膛中采用。厚度s和寬度b，按飛邊槽橋口值h,b確定。4、拱底連皮

用于鍛造大孔，孔高小。連皮增加金屬消耗?？煽紤]用連皮形成小件，即采用合鍛，一次得到大小兩件。

鍛件圖(冷鍛件圖)是在零件圖上畫出加工余量、余塊、模鍛斜度、鍛模圓角、沖孔連皮或其它工藝參數(shù)。鍛件外形用粗實線。零件外形用雙點劃線。

公稱尺寸與公差標注在尺寸線上面，零件尺寸標注在括號內(nèi)。七、模鍛件技術(shù)條件（書寫在圖面上）

1）未注明的模鍛斜度和圓角半徑；

2）允許錯移量和殘余飛邊的寬度；

3）允許的表面缺陷深度；

4）鍛后熱處理方法及硬度要求；

5）表面清理方法；

6）金相組織和力學性能試驗在鍛件上的取樣位置；

7）其它特殊要求，如直線度、平面度、重量精度等。第三節(jié)鍛模結(jié)構(gòu)的設計繪制熱鍛件圖校正模設計終鍛模膛設計預鍛模膛設計飛邊槽設計鉗口設計鍛模結(jié)構(gòu)設計切邊模設計制坯模膛設計確定模鍛工序編制工藝流程（一）模鍛工藝方案的選擇原則：技術(shù)可行性；經(jīng)濟合理性。模鍛工步(工藝流程圖)：先備料、制坯，后預鍛和終鍛，最終熱處理、校正、清理和檢驗。備料加熱制坯加熱模鍛切邊沖切孔內(nèi)連皮熱處理表面清理最終檢驗冷精壓冷校正工序間檢驗清除氧化皮去毛刺熱校正一、模鍛工藝過程的制定工藝流程圖模鍛工藝與鍛模設計內(nèi)容：

1、產(chǎn)品工藝分析；

2、繪制模鍛件圖

(冷鍛件圖)；

3、確定模鍛工序；

4、編制工藝流程；

5、填寫工藝卡；

6、鍛模設計（據(jù)熱鍛件圖）。二、模鍛方法單件模鍛：一個坯料鍛一件，一般用于較大鍛件的鍛造。調(diào)頭模鍛：鍛制鍛件重2～3kg，長度<350mm。一模多件：一鍛模內(nèi)一次2~3鍛件，重量<0.5kg、長度<80mm

一模多件調(diào)頭模鍛多件合鍛（二）模鍛模膛設計

1、模膛尺寸計算熱鍛件圖依據(jù)冷鍛件圖繪制。熱鍛件圖上尺寸比冷鍛件圖中尺寸加大一個收縮率，即

一、終鍛模膛設計式中：δ—終鍛溫度下的合金收縮率。鋼為1.2％～1.5％。從分模面起始標注模膛高度尺寸。終鍛預鍛模2、飛邊槽設計

開式模鍛中的終鍛模膛由模膛本部和飛邊槽兩部分組成。一般只有終鍛模膛設計有飛邊槽。但對于一些復雜鍛件，預鍛模膛也采用飛邊槽。

1）

飛邊槽作用Ⅰ

產(chǎn)生足夠大的橫向阻力，促使模膛充滿。熱模鍛壓力機上模膛內(nèi)橫向阻力不太大。Ⅱ

容納坯料上的多余金屬，起補償與調(diào)節(jié)作用。Ⅲ

對錘類設備還有緩沖作用。

模鍛過程示意

a）鐓粗b）形成飛邊c）充滿模膛d）打靠合模2）飛邊槽結(jié)構(gòu)形式與尺寸3）鉗口設計主要為終鍛模膛和預鍛模膛沿分模面上下局部加工裝配成的特制凹腔，作為鉗夾操作空間。三種：

形式Ⅰ—飛邊在上模膛內(nèi)聚集，常用。形式Ⅱ—橋部在下模膛內(nèi)。形式Ⅲ—用于形狀復雜件。二、預鍛模膛設計（參照終鍛模膛尺寸相應增、減）

1、模膛的寬與高

預鍛模膛的高度應比終鍛模膛大2～5mm，寬度應小

1～2mm。一般不設飛邊槽。

2、模鍛斜度

預鍛、終鍛模膛的斜度相同。

3、圓角半徑：比終鍛模膛大一個系數(shù)c

（C=2～5mm;模深大，取上限）

即

例如對帶工字形斷面的鍛件，如各種連桿鍛件，根據(jù)肋的相對高度來設計預鍛模膛。如右圖：當h＜2b

時，B’=B－（2～3）mm;

當h≥2b

時，B’=B－（1～2）mm。

（三）制坯工步的選擇

制坯工步是從坯料到預鍛或直接終鍛間的變形工步。通過制坯使坯料變成易于終鍛成形的毛坯。包括鐓粗、拔長、卡壓、滾擠、彎曲和扭轉(zhuǎn)等一、圓餅類鍛件

采用鐓粗制坯或成形鐓粗制坯。輪轂較矮毛坯尺寸滿足：

D1＞D鐓＞D2輪轂較高毛坯尺寸滿足：（D1＋D2）/2＞D鐓＞D2輪轂高，凸緣大有內(nèi)孔，采用成形鐓粗毛坯尺寸滿足：H’1＞H1，D’1≤D1，d’≤d二、長軸類鍛件1、長軸類鍛件的制坯工步

主要采用拔長(或輥鍛)、滾擠、彎曲、卡壓、局部成形等制坯工步。后再經(jīng)過預鍛和終鍛等工步成形。

1)直長軸線形

用拔長、滾擠、卡壓或輥鍛工步等制成中間毛坯。

技術(shù)要點：

中間毛坯長度=終鍛模膛長度；沿軸線毛坯的每一橫截面積＝相應處鍛件截面積＋飛邊截面積。輥鍛2）彎曲軸線形圖中為汽車前梁，是一個彎曲鍛件。

除了輥鍛或拔長、滾擠、卡壓等制坯工步外，還必須加一道彎曲工步才能得到彎曲軸線。后再經(jīng)過預鍛和終鍛等工步成形。輥鍛彎曲預鍛終鍛這是一個彎曲手柄的制坯工步帶枝芽形

增加成形工步或非對稱滾擠工步，充滿枝芽模膛。

4)叉形件

需增加預鍛劈叉工步，形成叉形部分。2、長軸類鍛件坯料尺寸的計算（這是一個重點內(nèi)容）

1）計算毛坯圖

(1)

依據(jù)假定長軸類鍛件在模鍛時為平面應變狀態(tài)，計算毛坯的長度與鍛件長度相等。則：軸向各橫截面積A計=相應處鍛件橫截面積A鍛

+飛邊橫截面積A飛，即：

式中η——充滿系數(shù)。對于形狀簡單的鍛件取0.3～0.5；

對于形狀簡單的鍛件復雜的取0.5～0.8。

（2）“計算毛坯”的作圖步驟：

Ⅰ

繪制冷鍛件圖；

Ⅱ

在鍛件圖上選取若干具有代表性的截面，分別計算出A計；

Ⅲ

求出各相關(guān)截面的折算高度h計

，即用縮尺比M除以A計，得：（通常取M=3～5mm2/mm）Ⅳ將折算高度h計

等比例沿軸向畫出鍛件截面積分布圖。

（3）計算毛坯直徑圖

計算毛坯圖（中圖）上每一折算高度h計表示該軸類鍛件相關(guān)處的截面積?？梢詫⑶€下的整個面積看成是計算毛坯的體積。即V計

=MA計

由此，計算毛坯上任一處的直徑

d計為：

右圖為完整的計算毛坯圖,包括鍛件圖、截面圖和直徑圖。(1)平均截面積與平均直徑

(2)確定計算毛坯的頭部和桿部

2)坯料規(guī)格尺寸計算

長軸類鍛件的平均截面積與