模具66.ppt

1、鍛壓：自由鍛, 模鍛 自由鍛：簡單成形（改形） 改性 制坯 模鍛：開式模鍛 閉式模鍛（精密鍛造）,6.1 概 述,6.1.1 鍛造工藝的分類,6.1.2 自由鍛工藝,在壓力機(jī)、鍛錘上進(jìn)行變形，主要由鍛工的操作來控制變形量和金屬流動(dòng)方向，可以獲得各種不同的簡單外形的零件、毛坯以及對金屬進(jìn)行改性。,自由鍛工藝所研究的主要內(nèi)容包括鍛件的成形規(guī)律和提高鍛件質(zhì)量兩個(gè)方面。,自由鍛工藝不需要或只要簡易的模具,6.1.2 自由鍛工藝,1、自由鍛成形 自由鍛成形工藝主要有：鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、扭轉(zhuǎn)等。,鐓粗：在平砧上利用鍛壓設(shè)備提供的打擊力使金屬在橫向尺寸上變粗的工藝過程。主要用于改變毛坯結(jié)構(gòu)和尺寸，可以

2、獲得高（長）徑比很小的餅狀類零件，為后續(xù)加工提供合適的毛坯。,鐓粗：,有平砧鐓粗、墊環(huán)鐓粗和局部鐓粗。,拔長：在平砧上利用鍛壓設(shè)備提供的打擊力使金屬在縱向尺寸上變長的工藝過程。主要用于改變毛坯結(jié)構(gòu)和尺寸，可以獲得長徑比很大的細(xì)長類零件，為后續(xù)加工提供合適的毛坯。,主要工藝參數(shù)：鐓粗比和拔長比。 鐓粗比： 拔長比：,為了獲得高質(zhì)量的鍛件，要合理控制這兩個(gè)工藝參數(shù)。,2、自由鍛改性 對于像高速鋼、Cr12系列等高合金鋼，含有大量的高熔點(diǎn)（難熔化合物）碳化物。而碳化物的形態(tài)和分布又對鋼的性能有決定性的影響。對這一類鋼或合金，只有通過鍛打的方法來改善鋼中碳化物的形態(tài)和分布。 這一工藝可以稱為改鍛，也稱

3、為“十字鍛造”。,為了獲得高質(zhì)量的鍛件，一定要輕打快打。,為了獲得高質(zhì)量的鍛件，一定要輕打快打。,3、鍛造加熱溫度及其加熱方法 鍛造時(shí)為了保證金屬有足夠的塑性流動(dòng)性，必須加熱到鋼的奧氏體區(qū)，單相區(qū)加熱，鍛打。 加熱的最高溫度稱為上限溫度，鍛打時(shí)允許的最低溫度稱為下限溫度。,加熱方法：火焰加熱，電加熱，感應(yīng)加熱。,加熱時(shí)的缺陷：氧化、脫碳； 過熱、過燒。,Q1：為什么要在單相區(qū)加熱，雙相區(qū)加熱會有什么問題？,碳鋼的鍛造溫度范圍,6.1.3 模鍛工藝過程 模鍛工序流程：,6.1.4 模鍛件的金屬組織特點(diǎn),（）模鍛件金屬組織的特點(diǎn),a 改善流線分布 模鍛不能消除流線，只能改變流線的分布。,6.1.4

4、 模鍛件的金屬組織特點(diǎn),（）模鍛件金屬組織的特點(diǎn),b 消除或改善帶狀顯微組織 模鍛后再進(jìn)行熱處理（如正火+回火），帶狀組織可以得到較大程度的改善，甚至可以消除。,c 模鍛件的晶粒度 對于一般模鍛件，由于模鍛的實(shí)際終鍛溫度較高（可達(dá)10001050C或更高些），而且由于模鍛的不均勻變形的影響，晶粒度通常是較粗大且不均勻的。,6.1.4 模鍛件的金屬組織特點(diǎn),（2） 液態(tài)模鍛件金屬組織的特點(diǎn) 液態(tài)模鍛件的金屬組織沒有鑄造組織的特征（如疏松、樹枝狀結(jié)晶等），但也不象一般模鍛件那樣有明顯的流線。其強(qiáng)度與一般模鍛件相同，塑性低于一般模鍛件，但高于鑄件。,6.1.4 模鍛件的金屬組織特點(diǎn),（3）形變熱處理

5、 形變熱處理工藝過程將加工再結(jié)晶與相變重結(jié)晶有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)過程中。特點(diǎn)是在奧氏體開始轉(zhuǎn)變之前完成塑性變形加工。,a 等溫溫鍛 只適用于奧氏體中溫轉(zhuǎn)變孕育期較長的合金鋼，鋼中Cr、W、Ni、Mo、V等元素的總含量約在35%左右。,等溫溫鍛的工藝過程：將坯料加熱到奧氏體溫度以上，使坯料組織完全奧氏體化，空冷到溫鍛溫度（500550C左右），然后在此溫度下進(jìn)行變形加工（鍛造、模鍛或擠壓），加工后立即淬火，最后回火。,6.1.4 模鍛件的金屬組織特點(diǎn),影響等溫?zé)徨懞蟛牧蠙C(jī)械性能的主要工藝因素是鍛造溫度、鍛造變形程度和鍛后淬火前的間隔時(shí)間。,b 等溫?zé)徨?等溫?zé)徨懯窃谀ｅ懞笾苯舆M(jìn)行淬火和回火，因此不僅

6、適用于合金鋼，也可用于奧氏體孕育期短的碳鋼。鍛造后直接淬火的應(yīng)用，有時(shí)目的是利用余熱簡化工序，也稱為余熱淬火。,等溫鍛造的鍛件與一般調(diào)質(zhì)處理的模鍛件機(jī)械性能的差別，是兩種鍛件金屬組織差別的反映。等溫鍛造鍛件的金屬組織特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在超顯微組織（放大1000倍以上）上晶粒內(nèi)嵌鑲塊的細(xì)化和增多，此外還有形成鋸齒狀?yuàn)W氏體晶界及馬氏體的細(xì)化。,6.1.5 模鍛件的工藝性分類 、短軸線類 、長軸線類,、短軸線類鍛件的主軸線尺寸小于或略等于其他兩個(gè)方向的尺寸，變形工序的鍛擊方向一般也是與主軸線方向相一致的。由于鍛件的幾何形狀一般都是對稱于主軸線，在變形工序中，也應(yīng)保持對稱于主軸線的變形，所以又可稱為軸對稱

7、類鍛件,按其斷面幾何形狀的復(fù)雜程度，可分為三組： 一組（簡單形狀）：如法蘭、筒、環(huán)、無薄幅板齒輪等。 二組（較復(fù)雜形狀）：如十字軸，有薄幅板齒輪等。 三組（復(fù)雜形狀）：如萬向節(jié)叉、有深孔的突緣等。,6.1.5 模鍛件的工藝性分類 、短軸線類 、長軸線類,、長軸線類鍛件的主軸線尺寸大于其他兩個(gè)方向的尺寸，變形工序的鍛擊方向一般垂直于主軸線。由于在模鍛工步時(shí)，金屬沿主軸線基本上沒有流動(dòng)，所以又可稱為平面變形類。,按鍛件平面圖的幾何形狀特征，也可分為三組： 一組（長直軸線）：如軸、連桿等。 二組（彎曲軸線或帶枝芽的）：如曲軸、離合桿等。 三組（帶叉的）：如變速叉、萬向節(jié)軸、連桿等。,、復(fù)合類型的鍛件

8、兼有上述兩類鍛件的特征。 一種、具有粗大頭部的長軸線類鍛件： 此類鍛件一般是采用復(fù)合模般工藝，即先按長軸線類鍛件進(jìn)行模鍛，然后再局部模鍛頭部。此類鍛件的桿部一般都是變斷面的或非圓斷面的。,、復(fù)合類型的鍛件兼有上述兩類鍛件的特征。 二種、具有等圓斷面細(xì)長桿部的短軸線類鍛件：此類鍛件具有一段可不變形的等圓斷面的桿部，僅從頭部的幾何形狀來看，具有短軸線類的特征。,6.2 開式模鍛工序分析 6.2.1 開式模鍛過程金屬流動(dòng)特性 金屬流動(dòng)（變形）過程自由變形階段H ；形成飛邊和充滿型槽階段H；鍛足階段H。,改善開式模鍛變形過程的基本原則： 擴(kuò)大H，縮短H ，保證必須的小的H 。,6.2.2 設(shè)備工作特性

9、對變形過程的影響 開式模鍛制訂工藝時(shí)必須結(jié)合所用的模鍛設(shè)備特性,各類模鍛設(shè)備充滿形槽能力比較,錘模鍛： 良好的充填能力。 上模形槽較下模形槽更容易充填。 先輕擊后重?fù)簟?鍛壓機(jī)模鍛： 橫向擠出飛邊傾向大，充滿形槽能力較差。 上下模充填能力基本相同。 單次打擊，必須到位。,螺旋壓力機(jī)模鍛： 充填能力接近鍛錘。機(jī)械可控，噪音小，污染少。,6.2.3 飛邊槽的作用及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 飛邊與飛邊槽容納部分金屬并具有足夠的阻流作用的鍛件以外的形槽，形成的這一部分金屬即為飛邊,飛邊槽的結(jié)構(gòu) 橋部：阻流作用 倉部：容納金屬,基本結(jié)構(gòu)：,飛邊槽參數(shù)設(shè)計(jì)： b/h飛，h飛。,飛邊槽參數(shù)：b/h飛，h飛。,飛邊槽基本形式

10、結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算：,（mm）,式中 F鍛鍛件平面圖的投影面積，（mm2） 考慮設(shè)備類型的系數(shù)：對于錘和鍛壓機(jī) 對于摩擦壓力機(jī) 。,表選,6.3 閉式模鍛工序的分析 節(jié)約原材料，省功節(jié)能。零件形狀限制短軸類，軸對稱（十字節(jié)） 管接頭、十字軸、圓錐齒輪、直齒圓柱齒輪、電機(jī)極爪、連軸節(jié)、萬向節(jié)叉、鏈輪等，精密連桿,成型過程的分析 毛坯形狀和尺寸，收縮系數(shù)不同于一般的熱脹冷縮 成型過程的模擬（CAD/CAM一體化技術(shù)）,閉式模鍛變形過程： 基本成形階段H，充滿階段H，形成縱向飛刺階段H。,a 閉式模鍛變形過程宜在形成縱向飛刺之前結(jié)束，應(yīng)該允許在分模處有少量的充不滿，若形成縱向飛刺也只能允許很小的高度。

11、,b 型槽的受力狀況與鍛件的/有關(guān)，/越小，型槽受力狀況越好，因此，/越小的鍛件，更適宜采用閉式模鍛。,c 金屬分布的均勻性決定于基本成形階段。為了防止一邊已形成飛刺，另一邊尚未完成基本成形，要求坯料金屬分布均勻，在型槽中穩(wěn)妥定位，并且要避免在變形時(shí)偏心流動(dòng)。對于局部鐓鍛成形的鍛件，為了防止縱彎引起偏心流動(dòng)，要求坯料變形部分的高徑比H0/D0，在單純局部鐓粗成形時(shí)H0/D01.4；沖孔成形時(shí)H0/D00.91.1。,d 鐓鍛成形的閉式模鍛宜在一次工作行程中連續(xù)完成，這樣有利于型槽充滿和改善鍛模的受力狀況，尤其是工作速度較高的設(shè)備。,6.4 鍛件圖制定與終鍛型槽設(shè)計(jì) 鍛件圖分為冷鍛件圖和熱鍛件圖

12、。,冷鍛件圖（鍛件圖）供最終檢驗(yàn)冷態(tài)鍛件成品是否合格的技術(shù)文件。,熱鍛件圖（制模用鍛件圖）終鍛型槽圖（二者一凸一凹），供制造和檢驗(yàn)終鍛型槽使用。,常嚙合齒輪的零件圖,常嚙合齒輪冷鍛件圖,常嚙合齒輪熱鍛件圖,考慮 產(chǎn)品零件的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求（尺寸精度、內(nèi)部質(zhì)量、批量等等）,模鍛工藝技術(shù)上的可能性和經(jīng)濟(jì)上的合理性。,機(jī)械加工等后續(xù)加工工藝對鍛件的要求（如加工余量、定位基準(zhǔn)、硬度等）。,確定模鍛工藝的初步方案；模鍛設(shè)備類型；模鍛方式；大致的工藝流程等等。,6.4.1 制定鍛件圖 制定鍛件圖主要包括以下具體內(nèi)容： 確定鍛件的分模位置； 確定敷料、余量和公差； 確定模鍛斜度； 確定圓角半徑； 確定沖孔連皮；

13、 繪制鍛件圖； 確定鍛件的技術(shù)條件,（1） 分模位置 確定鍛件的分模位置也就是確定模鍛型槽的分模面。型槽分模面表現(xiàn)在鍛件分模位置上是一條封閉的鍛件外輪廓線。 確定鍛件分模位置最基本的原則是保證型槽能分開，保證鍛件能從型槽中取出。,（2）敷料、余量和公差 零件上某些不便于終鍛成形的部位（如齒輪的齒間部位、軸上的鍵槽和退刀槽等），可以加上敷料，簡化鍛件形狀。,鍛件的實(shí)際尺寸由于型槽的磨損、冷縮不均、少量的未充滿和鍛不足等等原因，總是與鍛件圖的公稱尺寸有一定偏差的。因此，應(yīng)規(guī)定實(shí)際尺寸與公稱尺寸正負(fù)偏差的允許值，即鍛件尺寸的公差。,鍛件上凡是要機(jī)械加工的部位，都應(yīng)給以加工余量。余量的大小決定于機(jī)械加

14、工的要求（與零件形狀和尺寸、加工精度等有關(guān)，同時(shí)又受模鍛工藝所能達(dá)到的鍛件公差的影響）。,敷料、余量和公差,（3） 模鍛斜度 鍛件在模鍛型槽里成形后，由于模壁的彈性回復(fù)而夾緊鍛件。為了便于將鍛件從型槽中取出，就必須把型槽模壁做成一定的斜度，模鍛好的鍛件側(cè)面也具有相同斜度，稱為模鍛斜度。,影響模鍛斜度數(shù)值的因素： a 模鍛設(shè)備的類型 熱模鍛壓機(jī)、摩擦壓機(jī)有頂出裝置，鍛件的模鍛斜度比錘上的小。 b 鍛件的形狀尺寸 對于型槽窄而深的部分，應(yīng)采用較大的斜度；反之，對于淺而寬的部分，應(yīng)采用較小的斜度。 c 斜度的位置 鍛件在冷縮時(shí)，外壁趨向離開模壁，而內(nèi)壁則包住型槽凸出部分，所以內(nèi)模鍛斜度應(yīng)比外模鍛斜度

15、大一級（23）。 d 鍛件的材料 例如硬鋁鍛件的模鍛斜度只需鋼鍛件的一半左右。 為了便于制模時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)刀具，模鍛斜度應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)系列（30、1、130、3、5、7、10、12）選取。,（4）圓角半徑 由于金屬在型槽里流動(dòng)和模具強(qiáng)度等方面的需要，鍛件上凡是面與面相交的地方，都不允許有尖角，必須成圓角。鍛件上凸角的圓角半徑稱外圓角半徑r，鍛件上凹角的圓角半徑稱內(nèi)圓角半徑。,圓角半徑的數(shù)值與鍛件的形狀、尺寸有關(guān)，深而窄的型槽金屬充填較為困難，圓角半徑應(yīng)取較大的數(shù)值，反之，淺而寬的型槽可取較小的數(shù)值。,一余量+,（23）,（5） 沖孔連皮 鍛件在模鍛時(shí)（沖孔）要得到透孔是不可能的，而只能鍛成盲孔，中間留有

16、一層金屬，稱為連皮。連皮應(yīng)有合適的厚度S。,太小模鍛沖孔時(shí)單位壓力很大，沖頭容易磨損或變形，在鍛件上還會產(chǎn)生折紋。,太大連皮浪費(fèi)的金屬增多，切除連皮所需力增大，鍛件可能變形等。,（5） 沖孔連皮 必須正確設(shè)計(jì)沖孔連皮的形狀和尺寸。,R1 = R + 0.1h + 2,平底連皮,斜底連皮 帶倉連皮 拱形連皮,由作圖決定,大于100mm的孔，一般都先沖出通孔然后再模鍛 孔徑較小而又較深，只壓出凹坑，通孔在機(jī)械加工時(shí)獲得,（6）鍛件圖和鍛件的技術(shù)條件 一般技術(shù)條件的內(nèi)容： （a）鍛件熱處理的方式及硬度要求。對于重要鍛件，鍛件圖上應(yīng)指定硬度試驗(yàn)的位置，以便比較準(zhǔn)確地測得鍛件的硬度。,（b）表面清理的方

17、法。,（c）允許的表面缺陷。例如表面缺陷的深度、局部未充滿的程度、對某些不重要的未充滿部分允許焊補(bǔ)的規(guī)定，允許的殘余飛邊寬度等（可參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定）。,（6）鍛件圖和鍛件的技術(shù)條件 （d）其他特殊要求。如上下模的錯(cuò)模量、鍛件的同心度、彎曲度以及未注明園角半徑、模鍛斜度等（可參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定）。,(e)規(guī)定的各種試驗(yàn)。如對重要鍛件所要求的宏觀纖維、金相組織、低倍試驗(yàn)和各種機(jī)械性能試驗(yàn)等，并指明取試樣的位置。,6.4.2 熱鍛件圖與終鍛型槽設(shè)計(jì) 一般情況下，熱鍛件圖的形狀與鍛件圖完全相同 。,具體情況，具體處理： a終鍛型槽易磨損處，應(yīng)在鍛件負(fù)公差范圍內(nèi)，預(yù)先增加一磨損量，以提高型槽壽命。,b

18、下模型槽局部較深處，易于積聚氧化皮，致使鍛件在該處“缺肉”，其熱鍛件圖在這些部位應(yīng)加深約mm。,c當(dāng)模鍛設(shè)備噸位不足時(shí)，易產(chǎn)生模鍛不足（打不靠），應(yīng)使熱鍛件圖高度尺寸比鍛件圖上相應(yīng)高度減少一些，接近于負(fù)偏差（或更小一些），以抵消鍛不足的影響。相反，設(shè)備噸位偏大，或鍛模承擊面不夠，則分模面易下陷，此時(shí)熱鍛件圖的高度尺寸，應(yīng)接近于正偏差，以便在承擊面下陷后還能鍛出合格鍛件。,d鍛件的某些部位若在切邊或沖孔時(shí)易產(chǎn)生變形或壓塌，則在熱鍛件圖上應(yīng)考慮彌補(bǔ)量，以便鍛件切邊后符合鍛件圖要求。,鉗口 終鍛和預(yù)鍛型槽前端留下的凹腔,6.5 預(yù) 鍛 型 槽 設(shè) 計(jì),6.5.1 預(yù)鍛型槽的作用和選用 中間坯料先在預(yù)

19、鍛型槽里自由鐓粗（模鍛變形第階段），形成飛邊和部分充滿型槽（變形第階段的前期）后，再到終鍛型槽里完全充滿型槽（變形第階段的后期）并擠出多余金屬（變形第階段）。,缺點(diǎn)：使終鍛型槽產(chǎn)生偏心打擊，上下模容易錯(cuò)模；增加了模塊尺寸，有時(shí)甚至需要兩套模具聯(lián)合模鍛，增加了設(shè)備數(shù)量；生產(chǎn)率有所降低。,預(yù)鍛后的鍛件易于充滿終鍛型槽，減輕終鍛型槽的負(fù)擔(dān)和磨損，從而提高鍛模的壽命。對有些鍛件，可以防止在鍛件上產(chǎn)生折紋等缺陷，以改善金屬在終鍛型槽里的流動(dòng)情況。,6.5.2 預(yù)鍛型槽設(shè)計(jì) 預(yù)鍛型槽應(yīng)根據(jù)終鍛型槽（熱鍛件圖）并考慮有差異的地方來設(shè)計(jì)。 （1）圓角半徑 （2）具有較高的凸起或筋的鍛件 （3）具有枝芽的鍛件 （4）斷面尺寸突然變化的鍛件 （5）具有劈開叉形的鍛件 （6）具有工字形斷面的鍛件,劈料臺的形式,斷面尺寸突然變化,帶枝芽鍛件,終鍛和預(yù)鍛型槽的橫斷面,鍛壓機(jī)上模鍛常嚙合齒輪的變形工步圖,6.6 模鍛前的制坯工序及制坯型槽設(shè)計(jì) 6.6.1 制坯工序的選擇 任務(wù)為模鍛工序提供中間坯料，消耗最少的金屬和變形功，順利充滿終鍛型槽，生產(chǎn)出質(zhì)量好的模鍛件。 選用制坯工序根據(jù)生產(chǎn)批量、鍛件質(zhì)量等具體要求，綜合分析金屬消耗、模鍛生產(chǎn)率、模具壽命等因素來合理確定。 制坯工序通常需要的時(shí)間比模鍛工