鍛造工藝與模具設(shè)計(jì)

鍛造工藝與模具設(shè)計(jì)演講人：日期:目錄CATALOGUE02.典型鍛造工藝分類04.工藝參數(shù)優(yōu)化策略05.模具失效與改進(jìn)方法01.03.模具設(shè)計(jì)核心要素06.現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)鍛造工藝基礎(chǔ)理論01鍛造工藝基礎(chǔ)理論P(yáng)ART塑性變形物理基礎(chǔ)塑性變形的定義與分類塑性變形是物體在受到外力作用后，形狀或尺寸發(fā)生改變而不破裂的性質(zhì)，包括彈性變形和塑性變形。塑性變形的微觀機(jī)制塑性變形的影響因素塑性變形是通過(guò)晶體內(nèi)滑移、孿生和晶界滑動(dòng)等機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。塑性變形受到材料的成分、組織、溫度、應(yīng)變速度等因素的影響。123金屬流動(dòng)規(guī)律分析金屬流動(dòng)的數(shù)學(xué)描述通過(guò)建立金屬流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，可以預(yù)測(cè)金屬在塑性變形過(guò)程中的流動(dòng)情況。03金屬的流動(dòng)受到內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、變形溫度、變形速度、應(yīng)力狀態(tài)等因素的影響。02金屬流動(dòng)的主要影響因素金屬在塑性變形過(guò)程中的流動(dòng)特點(diǎn)金屬在塑性變形時(shí)，其流動(dòng)呈現(xiàn)出不均勻性、各向異性和不可逆性等特點(diǎn)。01熱力耦合作用機(jī)理溫度的變化會(huì)影響金屬的塑性、變形抗力和變形后的組織性能。溫度對(duì)塑性變形的影響塑性變形會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，這些熱能會(huì)對(duì)金屬的變形過(guò)程和組織演變產(chǎn)生影響。變形熱效應(yīng)的分析通過(guò)建立熱力耦合的數(shù)學(xué)模型，可以模擬金屬在塑性變形過(guò)程中的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和組織演變情況。熱力耦合的數(shù)值模擬02典型鍛造工藝分類PART自由鍛造工藝流程原材料準(zhǔn)備加熱與火次自由鍛造冷卻與熱處理選擇適合自由鍛造的坯料，包括鋼錠、鋼坯、合金鋼等。將坯料加熱至適宜鍛造的溫度范圍，并控制火次以保證金屬的組織和性能。利用鍛錘或壓力機(jī)等設(shè)備對(duì)加熱后的坯料進(jìn)行自由鍛打，獲得所需形狀和尺寸。鍛造結(jié)束后，對(duì)鍛件進(jìn)行冷卻和熱處理，以消除應(yīng)力、細(xì)化晶粒，提高鍛件的力學(xué)性能和使用壽命。根據(jù)鍛件形狀和尺寸要求，設(shè)計(jì)合理的模具結(jié)構(gòu)，確保金屬在模具中流動(dòng)順暢，填充型腔。制造高精度、高壽命的模具，通常采用合金鋼、鑄鐵等材料，并進(jìn)行熱處理以提高硬度和耐磨性。將加熱后的坯料放入模具中，通過(guò)壓力機(jī)的壓力使金屬在模具中成形，獲得所需形狀和尺寸的鍛件。鍛件冷卻后，從模具中取出，并進(jìn)行清理、熱處理、表面處理等后續(xù)工序。模鍛成形技術(shù)要點(diǎn)模鍛設(shè)計(jì)模具制造模鍛工藝脫模與后處理特種鍛造工藝應(yīng)用等溫鍛造在鍛造過(guò)程中，模具和坯料保持同一溫度，使金屬在恒定的溫度下進(jìn)行變形，適用于鍛造高合金鋼、鈦合金等難變形材料。液態(tài)模鍛將金屬加熱至液態(tài)或半液態(tài)狀態(tài)，然后注入模具中進(jìn)行鍛造，可以制造出形狀復(fù)雜、精度高的鍛件。多向模鍛利用多個(gè)模具對(duì)坯料進(jìn)行多次鍛造，使金屬在各個(gè)方向上得到均勻的變形和力，提高鍛件的力學(xué)性能和使用壽命。粉末鍛造將金屬粉末與一定比例的添加劑混合后，放入模具中進(jìn)行鍛造，可以制造出形狀復(fù)雜、組織均勻的鍛件，特別適用于制造高性能的零件。03模具設(shè)計(jì)核心要素PART形狀和尺寸精度型腔必須準(zhǔn)確反映最終產(chǎn)品的形狀和尺寸，考慮材料收縮率、模具制造公差等因素。表面質(zhì)量型腔表面粗糙度、紋理等直接影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量，需合理設(shè)計(jì)。冷卻與排氣合理設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)和排氣通道，避免產(chǎn)品變形和燒焦。加工與脫模型腔設(shè)計(jì)應(yīng)便于加工和脫模，減少模具制造成本和周期。型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則分模面與拔模角度根據(jù)產(chǎn)品形狀、模具制造和脫模方便性，選擇合理的分模面。分模面選擇根據(jù)材料特性、產(chǎn)品形狀，合理設(shè)計(jì)拔模角度，避免脫模困難。拔模角度設(shè)計(jì)復(fù)雜形狀產(chǎn)品需設(shè)計(jì)滑動(dòng)、抽芯等機(jī)構(gòu)，保證模具正常脫模?；瑒?dòng)與抽芯機(jī)構(gòu)模具強(qiáng)度校核標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度與剛度耐磨性韌性冷卻系統(tǒng)校核模具必須承受注射壓力、鎖模力等，確保不產(chǎn)生變形和破壞。模具需具有良好的耐磨性，以延長(zhǎng)使用壽命。模具在受力時(shí)，應(yīng)具備良好的韌性，防止脆性斷裂。冷卻系統(tǒng)應(yīng)滿足模具溫度控制要求，確保模具正常工作。04工藝參數(shù)優(yōu)化策略PART鍛造溫度控制范圍鋼材加熱溫度溫度均勻性鍛造溫度區(qū)間根據(jù)不同鋼材成分和工藝要求，確定合理的加熱溫度范圍，確保鋼材均勻奧氏體化。在加熱溫度基礎(chǔ)上，確定鍛造溫度的下限和上限，避免溫度過(guò)高導(dǎo)致晶粒過(guò)度長(zhǎng)大或過(guò)低造成加工硬化。確保鍛造過(guò)程中坯料各部分溫度均勻，避免產(chǎn)生過(guò)大溫差導(dǎo)致組織性能差異。變形速率與溫度關(guān)系通過(guò)調(diào)整設(shè)備噸位、錘擊頻率等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變形速率的精確控制，滿足工藝要求。變形速率控制多道次變形對(duì)于大型或形狀復(fù)雜的鍛件，采用多道次變形工藝，逐步接近最終形狀，降低單次變形量，提高鍛造質(zhì)量。根據(jù)材料特性，確定合理的變形速率與溫度匹配方案，以保證鍛造過(guò)程順利進(jìn)行。變形速率匹配方案潤(rùn)滑劑選用規(guī)范潤(rùn)滑劑在鍛造過(guò)程中起到減小摩擦、降低成形力、提高模具壽命等作用。根據(jù)鍛造材料、溫度、變形速率等因素，選擇適合的潤(rùn)滑劑種類和涂覆方式。確保潤(rùn)滑劑均勻涂覆在模具和坯料表面，避免局部潤(rùn)滑不良導(dǎo)致鍛造缺陷。潤(rùn)滑劑作用潤(rùn)滑劑選擇潤(rùn)滑劑涂覆工藝05模具失效與改進(jìn)方法PART磨損機(jī)理分析模型磨粒磨損描述模具表面因磨粒作用而磨損的過(guò)程，包括磨粒對(duì)模具表面的機(jī)械作用。01粘著磨損由于摩擦和高溫作用，模具表面材料軟化并粘附在模具表面，形成粘著層。02疲勞磨損模具在交變應(yīng)力作用下，表面出現(xiàn)疲勞裂紋并不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致材料剝落。03腐蝕磨損模具表面在腐蝕性介質(zhì)作用下，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致材料流失。04表面強(qiáng)化處理技術(shù)滲碳淬火激光強(qiáng)化滲氮處理噴丸強(qiáng)化通過(guò)加熱使模具表面含碳量增加，形成高碳淬火層，提高表面硬度。在模具表面滲入氮元素，形成氮化物層，提高耐磨性和耐腐蝕性。利用激光束對(duì)模具表面進(jìn)行快速加熱和冷卻，形成高硬度、高耐磨性的強(qiáng)化層。通過(guò)高速鋼丸或陶瓷丸撞擊模具表面，形成殘余壓應(yīng)力層，提高抗疲勞強(qiáng)度。壽命預(yù)測(cè)仿真系統(tǒng)有限元分析磨損預(yù)測(cè)模型疲勞壽命預(yù)測(cè)優(yōu)化設(shè)計(jì)建議利用有限元方法對(duì)模具進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變和溫度場(chǎng)分析，評(píng)估模具壽命。基于磨損機(jī)理分析，建立模具磨損預(yù)測(cè)模型，模擬模具磨損過(guò)程。根據(jù)模具的應(yīng)力分布和疲勞性能，預(yù)測(cè)模具的疲勞壽命?；诜抡娼Y(jié)果，提出模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝參數(shù)改進(jìn)建議，提高模具壽命。06現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)PART精密鍛造工藝升級(jí)通過(guò)精確控制鍛造溫度、壓力和變形量，實(shí)現(xiàn)精密鍛造，提高鍛件精度和性能。精密鍛造技術(shù)采用高精度、智能化的鍛造設(shè)備，如數(shù)控液壓機(jī)、快鍛機(jī)等，提升鍛造精度和效率。裝備升級(jí)應(yīng)用高強(qiáng)度、高韌性、耐高溫等特殊材料，拓展鍛造工藝的應(yīng)用范圍。先進(jìn)材料應(yīng)用數(shù)字化模具設(shè)計(jì)平臺(tái)數(shù)字化建模運(yùn)用CAD、CAE等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模具的數(shù)字化建模和仿真分析，提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。01智能化設(shè)計(jì)結(jié)合人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，開(kāi)發(fā)模具智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模具的快速定制和優(yōu)化設(shè)計(jì)。02數(shù)字化管理建立模具的數(shù)字化管理系統(tǒng)，對(duì)模具的設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)進(jìn)行全生命