金屬塑性成形工藝技術(shù)

3.3金屬塑性成形工藝設(shè)計(jì)3.3.1自由鍛工藝設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：①繪制鍛件圖；②確定變形工序；③計(jì)算坯料的重量和尺寸；④確定加熱溫度及冷卻方式；⑤選定鍛造設(shè)備等。第一頁，共四十頁。1.繪制鍛件圖鍛件圖＝零件圖+余塊+加工余量+鍛造公差繪制方法：一般用粗實(shí)線畫出鍛件最終輪廓,用雙點(diǎn)劃線畫出零件的主要輪廓形狀。在尺寸線上方或左面標(biāo)注鍛件的尺寸與公差；在尺寸線下方或右面用圓括號標(biāo)出零件尺寸。第二頁，共四十頁。例：如圖所示的軸，批量為10件/月，材料為45號鋼。

第三頁，共四十頁。安徽工程科技學(xué)院機(jī)械系A(chǔ)UTS2.確定變形工序鍛造變形工序應(yīng)依據(jù)鍛件的形狀、尺寸、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等綜合考慮。一般來說，盤類鍛件以鐓粗為主，軸桿類鍛件以拔長為主，空心件肯定要沖孔(大孔還需要進(jìn)一步擴(kuò)孔)，彎桿少不了彎曲。各類自由鍛件的基本變形工序方案見表3-8。

第四頁，共四十頁。3.計(jì)算毛坯重量

m0=（md+mc+mq）（1+δ）式中m0——毛坯重量（kg）md——鍛件重量（kg）mc——沖孔芯料重量（kg）mq——切除料頭重量（kg）δ——燒損率，燃料加熱一般取2％~3％，電加熱取0.5%~1%。第五頁，共四十頁。4.計(jì)算毛坯尺寸當(dāng)鍛造的第一工序?yàn)殓叴謺r(shí)：則坯料直徑：D0≥0.8當(dāng)鍛造的第一工序?yàn)榘伍L時(shí)：

D0≥DmaxD0—毛坯直徑（mm）；V0—坯料的體積（mm3）；Dmax—拔長后鍛件的最大直徑（mm）；Y—鍛造比。第六頁，共四十頁。根據(jù)算出的坯料重量可算出坯料的體積，坯料的尺寸則取決于第一工序的性質(zhì)。若是鐓粗，則坯料的高徑比不應(yīng)超過2.5（以免鐓彎），但要大于1.25（使下料方便）；若是拔長，則按鍛件的最大截面（最小變形）處滿足鍛造比要求來選擇坯料尺寸。最后所確定的坯料直徑或邊長應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)值(市場可買到），再按體積計(jì)算坯料的長度，即：L0＝V0/F0＝4V0/D02采用鋼錠為坯料的大型鍛件，則根據(jù)算出的坯料重量選取標(biāo)準(zhǔn)鋼錠。第七頁，共四十頁。5.確定鍛造溫度范圍及加熱冷卻規(guī)范

（1）鍛造溫度范圍：對于45號鋼始鍛溫度：1200℃，終鍛溫度：800℃

（2）加熱：箱式加熱爐（煤、油或電能）可將冷的坯料直接送入高溫的加熱爐中，提高生產(chǎn)率。（3）冷卻：空冷：WC≤0.5%的碳鋼及WC≤0.3%的低合金鋼中、小鍛件一般采用空冷。第八頁，共四十頁。6.選擇鍛造設(shè)備（1）選擇依據(jù)：鍛件重量、類型和尺寸。設(shè)備噸位大小要適當(dāng)，既不能造成能量的過分浪費(fèi)，又要保證鍛件能充分鍛透。（2）確定方法：理論計(jì)算法和查表法。目前生產(chǎn)中比較實(shí)用的是查表法，可根據(jù)鍛件大小和形狀查表選擇鍛錘的噸位。工藝設(shè)計(jì)還包括選用工夾具、確定加熱設(shè)備、制定加熱及冷卻規(guī)范、熱處理工藝等內(nèi)容，最終需將設(shè)計(jì)結(jié)果填寫在工藝卡片上。第九頁，共四十頁。7.零件結(jié)構(gòu)的自由鍛工藝性①應(yīng)避免錐形、楔形，盡量采用圓柱面或平行平面,以利于鍛造。②各表面交接處應(yīng)避免弧線或曲線，盡量采用直線或圓，以利于鍛制。③應(yīng)避免肋板或凸臺，以利于減少余塊和簡化鍛造工藝。④大件和形狀復(fù)雜的鍛件，可采用鍛-焊、鍛-螺紋聯(lián)接等組合結(jié)構(gòu)，以利于鍛造和機(jī)械加工。第十頁，共四十頁。8.自由鍛工藝設(shè)計(jì)示例例：試?yán)L出圖示齒輪軸的自由鍛件圖，并選擇鍛造工序和計(jì)算坯料尺寸。第十一頁，共四十頁。安徽工程科技學(xué)院機(jī)械系A(chǔ)UTS解：①繪鍛件圖：根據(jù)鍛件總長度340，最大直徑100查表知，a=10±4繪出鍛件圖如下。50±8150±8360±8(30)(130)(340)110±470±450±4(40)(60)(100)第十二頁，共四十頁。②變形工序：頭部鐓粗→桿部分段拔長③計(jì)算坯料：

頭部鐓粗段

V1＝3.14×0.552×0.5＝0.475dm3

D01＝（0.8～1）＝（63～79）mm

桿部拔長段D02＝Dmax＝(1.14～1.22)×70＝（80～86）mm

最終取D0＝80mm

V鍛＝3.14×(0.552×0.5+0.352×1+0.252×2.1)＝1.27dm3

m鍛＝V鍛×ρ，m燒損＝

m鍛＝3％m鍛，m料損忽略不計(jì)

m坯＝1.03m鍛＝1.03×V鍛×ρ

L0＝mm

即坯料尺寸為φ80×260。第十三頁，共四十頁。3.3.2錘模鍛工藝設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：1、繪制模鍛件圖；2、計(jì)算坯料的重量和尺寸；3、確定模鍛工步；4、選擇鍛壓設(shè)備；5、設(shè)計(jì)鍛模模膛；6、確定鍛造溫度范圍、加熱和冷卻規(guī)范。第十四頁，共四十頁。AUTS

1.繪制模鍛件圖

模鍛件圖＝零件圖+分模面+加工余量+模鍛斜度+沖孔連皮+余塊+圓角+公差★分模面（上、下模的分界面）選擇原則：

A.

應(yīng)選在鍛件最大截面處，以利鍛件脫模;

B.

盡量選用平面，以簡化模具結(jié)構(gòu)、方便制造;

C.應(yīng)選在上、下模膛輪廓相同的位置上，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)模；

D.選在模膛深度最淺且上、下模深度基本一致的位置，以便于金屬充滿模膛。第十五頁，共四十頁。例1:第十六頁，共四十頁?！镉鄩K（為簡化形狀而增加的料塊）:窄槽、齒形、小孔（孔徑小于25mm）、深孔（深度大于3倍直徑）、橫向孔以及其它妨礙出模的凹部均不鍛出?！餂_孔連皮（為避免上、下沖頭對撞損壞模具而在模鍛通孔時(shí)留下的金屬層）:連皮厚度一般為4～8mm，鍛后再由沖孔切邊模切除?！锛庸び嗔亢凸睿褐辉阱懞笮铏C(jī)加工之處添加。★模鍛斜度:垂直于分型面的表面上加。外壁斜度5o或7o，內(nèi)壁斜度7o或10o★圓角半徑:所有轉(zhuǎn)角都應(yīng)為圓角。內(nèi)圓角r=1~4mm，外圓角R=(3~4)r第十七頁，共四十頁。安徽工程科技學(xué)院機(jī)械系A(chǔ)UTS齒輪鍛件圖第十八頁，共四十頁。

3.計(jì)算坯料尺寸：根據(jù)鍛件質(zhì)量和加熱、鍛造過程中的損耗計(jì)算。（略）4.選定模鍛錘噸位：根據(jù)鍛件質(zhì)量查表確定。5.確定鍛造溫度范圍、加熱和冷卻規(guī)范。2.確定模鍛工步拔or滾or彎制坯+預(yù)鍛+終鍛盤類（齒輪、法蘭等）：鐓粗制坯+（預(yù)鍛）+終鍛軸類（曲軸、連桿等）：第十九頁，共四十頁。6.修整工序:

即模鍛件成形后提高精度和表面質(zhì)量的工序。①切邊：即帶飛邊的模鍛件終鍛后切除飛邊的工序。②沖連皮：即帶孔的鍛件經(jīng)終鍛后，沖除孔內(nèi)連皮的工序。③校正：即為消除鍛件在鍛后產(chǎn)生的彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形，使之符合鍛件圖技術(shù)要求的工序。④熱處理和清理：模鍛件經(jīng)過修整后，一般還需通過熱處理和清理。采用正火或退火，細(xì)化晶粒；清理表面缺陷或氧化皮。第二十頁，共四十頁。7.零件結(jié)構(gòu)的模鍛工藝性①應(yīng)有合理的分模面，保證鍛件從模膛中取出又利于金屬填充、減少余塊和易于制模。②與分模面垂直的非加工面應(yīng)有結(jié)構(gòu)斜度，以利于從模膛中取出鍛件。③應(yīng)避免肋的設(shè)置過密或高寬比過大，以利于金屬充填模腔。④應(yīng)避免腹板過薄，以減小變形抗力及利于金屬充填模腔。第二十一頁，共四十頁。

避免橫截面面積相差過大

避免薄壁、高肋及直徑過大的凸緣

⑤應(yīng)盡量避免深孔或多孔結(jié)構(gòu)。以利于制模和減少余塊。⑥形狀復(fù)雜件宜采用鍛-焊、鍛-螺紋聯(lián)接等組合結(jié)構(gòu)，以簡化模具和減少余塊。第二十二頁，共四十頁。7.模鍛工藝設(shè)計(jì)示例例：齒輪零件，材料為45鋼，中批量生產(chǎn)。試編制模鍛工藝規(guī)程。第二十三頁，共四十頁。（1）零件結(jié)構(gòu)分析：零件結(jié)構(gòu)合理。（2）繪制鍛件圖：該零件孔內(nèi)應(yīng)有連皮，參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和資料，選定機(jī)械加工余量、鍛件公差、模鍛斜度、模鍛圓角等參數(shù)值，繪出鍛件圖。（3）確定變形工步：該鍛件系盤類件，應(yīng)采用鐓粗－終鍛工步。（4）選擇修整工序：需安排切邊、沖連皮、校正、熱處理（正火或退火）、清理等修整工序。第二十四頁，共四十頁。3.3.3沖壓工藝設(shè)計(jì)（自學(xué)）沖壓工藝設(shè)計(jì)包括沖裁、彎曲、拉深等工序中的工藝設(shè)計(jì)以及沖壓工序選擇、模具選擇等。1.沖裁工藝設(shè)計(jì)(1)落料模刃口尺寸:落料件尺寸取決于凹模刃口尺寸，且隨著凹模磨損刃口尺寸會增大；(2)沖孔模刃口尺寸:由于制件孔的尺寸取決于凸模刃口尺寸,且隨著凸模磨損刃口尺寸會減少。第二十五頁，共四十頁。安徽工程科技學(xué)院機(jī)械系A(chǔ)UTS

確定新制凸模、凹模尺寸的基本原則為：

落料→以凹模為基準(zhǔn)，凹模尺寸接近于落料件的最尺寸，凸模比凹?？s小一個(gè)最小間隙值；

沖孔→以凸模為基準(zhǔn)，凸模尺寸接近于沖孔件的最大尺寸，凹模比凸模放大一個(gè)最小間隙值。

第二十六頁，共四十頁。2.彎曲工藝設(shè)計(jì)(1)凸模圓角半徑rp：一般情況下，凸模圓角半徑取等于或略小于工件內(nèi)側(cè)圓角半徑r。當(dāng)工件圓角半徑較大時(shí)且精度較高時(shí)，應(yīng)進(jìn)行回彈計(jì)算。(2)彎曲件毛坯長度計(jì)算：彎曲件毛坯長度為彎曲件的直線部分和彎曲部分的中性層長度之和。第二十七頁，共四十頁。3.拉深工藝設(shè)計(jì)（1）拉深間隙Z：即拉深模具中凸模和凹模之間的單邊徑向間隙。（2）凸、凹模直徑：當(dāng)要求拉深件外形正確時(shí)，凹模直徑應(yīng)等于拉深件外徑，凸模直徑為凹模直徑減去間隙值。當(dāng)要求拉深件內(nèi)形正確時(shí)，凸模直徑應(yīng)等于拉深件內(nèi)徑，凹模直徑等于凸模直徑加間隙值。（3）毛坯直徑計(jì)算：毛坯直徑通常是根據(jù)拉深件與坯料表面積相等的原則計(jì)算得出的。（4）拉深次數(shù)確定：當(dāng)拉深件的拉深系數(shù)小于極限拉深系數(shù)時(shí)，須采用多次拉深工藝。第二十八頁，共四十頁。4.沖壓工序選擇（1）工序類型的選擇：主要根據(jù)沖壓件的形狀、尺寸等確定。查表（2）工序順序：主要根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀和模具類型確定。帶孔平板件采用單工序模時(shí)一般先落料后沖孔，采用連續(xù)模時(shí)則須先沖孔后落料。帶空的彎曲件或拉深件應(yīng)先彎曲或拉深后再沖孔，以防孔變形。形狀復(fù)雜的彎曲件一般先彎兩端和兩側(cè)，后彎中間部分。第二十九頁，共四十頁。5.模具選擇（1）模具類型的選擇：按照沖模完成的工序性質(zhì)可分為沖孔模、落料模、彎曲模、拉深模等，按其工序的組合程度可分為：單工序模、復(fù)合模和連續(xù)模三類?？紤]因素：沖壓件的形狀、尺寸、精度要求和生產(chǎn)批量等。第三十頁，共四十頁。單工序模---只能完成一道沖壓工序的沖模。（簡單模）

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，但生產(chǎn)效率低，適于生產(chǎn)小批量、低精度的沖壓件。連續(xù)模---在沖床一次行程中，在模具不同工（級進(jìn)模）上同時(shí)完成多道沖壓工序的沖模。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)效率高，第三十一頁，共四十頁。AUTS復(fù)合模---在沖床的一次行程中，在模具的同一工位上同時(shí)完成多道沖壓工序的沖模。特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常用于沖孔與落料、落料與拉深等少量工序的復(fù)合，

適合大批量生產(chǎn)高精度的沖壓件。連續(xù)模沖孔凸模落料凸模

凹模導(dǎo)正銷復(fù)合模凸凹模凸模凹模第三十二頁，共四十頁。（2）模具結(jié)構(gòu)的選擇：考慮沖壓件的形狀、尺寸、精度及生產(chǎn)批量等。1）簡易模：用于新品種試制或小批量生產(chǎn)①鑲塊式模；②柔性模；③低熔點(diǎn)合金模。2）高精度沖模：用于精密沖壓件。第三十三頁，共四十頁。6.零件結(jié)構(gòu)的沖壓工藝性(1)沖壓件材料：應(yīng)盡量選用價(jià)格較低的材料，并充分利用邊角余料，以降低材料費(fèi)。(2)沖壓件的精度和表面質(zhì)量：沖壓件的精度要求不應(yīng)超過沖壓工藝所能達(dá)到的一般精度，以減少制模成本和工序數(shù)。第三十四頁，共四十頁。(3)沖壓件的形狀和尺寸

1)沖裁件的形狀和尺寸落料件的外形和沖孔件的孔形均應(yīng)簡單、對稱，落料件形狀還應(yīng)使排樣時(shí)廢料較少。沖裁件的各邊交接處應(yīng)采用圓弧過渡，以防止模具相應(yīng)部位易于磨損或產(chǎn)生應(yīng)力集中。沖裁件孔徑和孔邊距不得過小，以防止凸模剛性不足或孔邊沖裂第三十五頁，共四十頁。2）彎曲件的形狀和尺寸彎曲件的形狀：彎曲件的形狀應(yīng)力求簡單、對稱，盡量采用V形、Z形等簡單、對稱的形狀，以利于制模和減少彎曲次數(shù)。彎曲半徑：彎曲件的彎曲半徑不應(yīng)小于最小彎曲半徑，以防止彎曲處開裂：但也不宜過大，以免因回彈量過大而使制件精度降低。第三十六頁，共四十頁。彎曲邊高度h：彎曲件的彎曲邊不應(yīng)過短，以利于彎曲成形：不允許增加彎曲邊高度h時(shí)，可在彎曲后再切短或先預(yù)壓工藝槽后再彎曲。防止孔變形：帶孔工件彎曲時(shí)，孔的位置應(yīng)避開變形區(qū)，或在孔附近預(yù)沖工藝孔、槽，以免彎