____金屬工藝學第十一章模鍛.ppt

1、三 模鍛,一、模鍛特點 模鍛：利用模具使毛坯變形獲得鍛件的方法。常用的模鍛設備有蒸汽-空氣模鍛錘、壓力機等。,2,錘鍛模具由帶有燕尾的上模、下模組成。下模固定在模座上，上模固定在錘頭上，并隨錘頭作上下往復錘擊運動使鍛坯在模膛中成形。,模膛 種類,制坯模膛（體積分配）,模鍛模膛（鍛件成形）,切斷模膛（鍛件與坯料切離）,預鍛初步成形,終鍛最終成形,設飛邊槽 放收縮率,鐓粗 拔長 滾擠 彎曲,3,1、模鍛特點,1）坯料整體塑性變形，三向受壓； 2）鍛件尺寸精確，加工余量??； 3）鍛件形狀可較復雜； 4）生產率較高； 5）鍛模造價高，制造周期長； 適于小型鍛件的成批大量生產。 如飛機、機車、軍工、軸承

2、等制造業(yè)中的齒輪、軸、連桿等零件。,4,2、模鍛分類,按設備類型模鍛可分為 1）錘上模鍛：在鍛錘上進行； 2）胎模鍛：在自由鍛設備上使用可移動模具； 3）壓力機上模鍛：在壓力機上對熱態(tài)金屬進行模鍛，如熱模鍛壓力機上模鍛、平鍛機上模鍛、摩擦壓力機上模鍛 .,按模具類型模鍛可分為開式模鍛（有飛邊模鍛）、閉式模鍛（無飛邊模鍛）和多向模鍛等。,錘上模鍛：在自由鍛和胎模鍛基礎上發(fā)展起來的，我國目前應用最多 。所使用的設備有蒸汽空氣模鍛錘、無砧座錘、高速錘等,二、模鍛錘上模鍛（錘上模鍛）,6,1鍛模結構,由帶有燕尾的上模和下模兩部分組成。下模用緊固楔鐵固定在模墊上，上?？啃ㄨF緊固在錘頭上，隨頭一起作上下往

3、復運動。上下模腔構成模膛，上下模之間接觸面為分模面，還有飛邊槽。,7,2、模鍛模膛分類,模膛根據(jù)其功用不同分為模鍛模膛和制坯模膛兩大類。 制坯模膛：用以初步改變毛坯形狀、合理分配金屬，以適應鍛件橫截面積和形狀的要求，使金屬能更好地充滿模鍛模膛的工序稱為制坯工序。 對于形狀復雜的鍛件，先將原始坯料在制坯模膛內初步鍛近似于鍛件的形狀，然后再放到模鍛模膛內鍛造。制坯模膛的種類、特點及應用見表2.11。 根據(jù)制坯工步不同,制坯模膛分為拔長、滾擠、彎曲、鐓粗、壓扁等模膛。,8,9,10,11,12,模鍛模膛按工序行后分為預鍛模膛和終鍛模膛兩種。,預鍛模膛 其作用是使坯料變形到接近鍛件的形狀和尺寸，以保證

4、終鍛時坯料容易充滿模膛而成形，并可減少終鍛模膛磨損，提高使用壽命。 終鍛模膛:模鍛時最后成形用的模膛，和熱鍛件圖上相應部分的形狀、尺寸一致。模膛周圍設飛邊槽，通孔鍛件需留沖孔連皮。其作用是使坯料達到鍛件的形狀和尺寸要求。模膛形狀與鍛件形狀相同，但尺寸需按鍛件放大一個收縮量(鋼件收縮量取1.5)。模膛周圍設有飛邊槽，進入飛邊槽的金屬先冷卻，可阻礙模膛內金屬外流，促使金屬充滿模膛，同時還可容納多余金屬。,13,根據(jù)鍛件復雜程度，鍛模又分為單膛鍛模和多膛鍛模兩種。,單膛鍛模是在一副鍛模上只有終鍛模膛；多膛模膛則有兩個以上模膛(圖2.17)。為操作方便，制坯模膛常分布在終鍛膛的兩側。 終鍛模膛位于鍛模

5、中心，這是因為這里的變形力最大。產生最小變形的模膛位于鍛模邊緣處，以減少作用在模鍛設備上的偏心載荷。,14,彎曲連桿鍛造過程,15,實際鍛造時應根據(jù)鍛件的復雜程度相應選用單模膛鍛?；蚨嗄Ｌ佩懩?。 一般形狀簡單的鍛件采用僅有終鍛模膛的單模膛鍛模，而形狀復雜的鍛件（如截面不均勻、軸線彎曲、不對稱等）則需采用具有制坯、預鍛、終鍛等多個模膛的鍛模逐步成形。,16,3.模鍛工藝設計,主要內容：6項 繪制模鍛件圖； 計算坯料的重量和尺寸； 確定模鍛工步； 選擇鍛壓設備； 設計鍛模模膛； 確定鍛造溫度范圍、加熱和冷卻規(guī)范。,17,（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

6、塊+圓角+公差 1）確定分模面 分模面：分模面即上、下模或凸、凹模的分界面。分模面可以是平面，也可以是曲面。 選擇原則： A. 應選在鍛件最大截面處，以利鍛件脫模; B. 盡量選用平面，以簡化模具結構、方便制造; C. 應選在上、下模膛輪廓相同的位置上，以便于及時發(fā)現(xiàn)錯模； 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。 E. 應使鍛件余塊最小 。,18,例,19,齒輪鍛件圖,20,余塊（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。,沖孔連皮（為避免上、下沖頭對撞損壞模具而在模鍛

7、通孔時留下的金屬層）: 連皮厚度一般為48 mm， 鍛后再由沖孔切邊模切除。,加工余量和公差：只在鍛后需機加工之處添加。,模鍛斜度:鍛件上與分模面相垂直的表面上增加的斜度。內斜度大于外斜度在一級.,外壁斜度5或7， 內壁斜度7或10,2）加工余量、公差、余塊和沖孔連皮,21,圓角半徑:鍛件上兩個面的相交處均應以圓角過渡，其作用是減少坯料流入模槽的摩擦阻力，使坯料易于充滿模膛，避免鍛件被撕裂或纖維組織被拉斷，減少模槽凹角處的應力集中，提高模具使用壽命等。,內圓角r =1 4mm，外圓角R =(3 4)r,22,3）模鍛斜度 為便于鍛件從模膛中取出，垂直于分模面的表面必須有斜度，稱為模鍛斜度。模鍛

8、斜度不包括在加工余量之內，一般應取5、7、10、12等標準值。模膛深度與相應寬度的比值(hb)增大時，模鍛斜度取較大值。因冷卻引起收縮，鍛件的內壁斜度1、2應比相應的外壁斜度1、2大一級。 4）圓角半徑 鍛件上兩個面的相交處均應以圓角過渡，其作用是減少坯料流入模槽的摩擦阻力，使坯料易于充滿模膛，避免鍍件被撕裂或纖維組織被拉斷，減少模槽凹角處的應力集中，提高模具使用壽命等。圓角半徑大小取決于模膛深度。外圓角半徑一般取16mm，內圓角半徑只是外圓半徑3-4倍。 5）沖孔連皮 對于有通孔的鍛件，不能用上下模的突起部分把沖孔處的金屬全部擠掉，終鍛后在鍛件孔內總留有一層連皮，稱為沖孔連皮。沖孔連皮厚度適

9、當。,23,模鍛工步主要根據(jù)模鍛件形狀和尺寸來確定。模鍛件按形狀分為以下兩類： 長軸類鍛件(圖2.21a) 模鍛件的長度與寬度(或直徑)之比較大，鍛造時錘擊方向垂直于鍛件軸線。終鍛時金屬沿高度與寬度方向流動，長度方向流動不顯著。 長軸類鍛件常選用拔長、滾壓、彎曲、預鍛和終鍛等工步。 短軸類鍛件(圖2.21b) 模鍛件在分模面上的投影為圓形或長度與寬度相近。鍛造時錘擊方向與坯料軸線相同。終鍛時金屬沿高度（軸向）、寬度及長度方向均產生流動。 常選用鐓粗、終鍛等工步。形狀復雜有深孔或高筋的鍛件則要采用鐓粗、預鍛和終鍛等工步。形狀簡單的鍛件也可直接終鍛成形。,（2）確定模鍛工步,24,25,26,27

10、,28,（3）計算坯料尺寸,根據(jù)鍛件質量和加熱、鍛造過程中的損耗計算。其步驟與自由鍛件相似。 短軸類鍛件坯料體積按下式計算: V0=(V鍛+V連+V飛)(1+K1) V連沖孔連皮的體積. K1燒損系數(shù),2%-4% 短軸類鍛件的坯料直徑(D0)可下式計算: m坯料高徑比,取1.8-2.2 長軸類鍛件可根據(jù)鍛件的最大截面(Fmax值)計算坯料直徑: K模膛系數(shù),不制坯或有拔長工步時,K=1.有滾擠工步時,K=0.7-0.85,29,計算方法與自由鍛相同。坯料重量為鍛件、飛邊、連皮、鉗口料頭和氧化皮重量的總和，一般飛邊是鍛件重量的2-2.5；氧化皮是鍛件、飛邊、連皮等重量總和的2.5-4。,30,（

11、4）選定鍛造設備、模鍛錘噸位 根據(jù)鍛件質量查表確定。,模鍛錘噸位可用公式：G=（3.5-6.3）KA 式中G-模鍛錘噸位（kg）； A-鍛件總變形面積，包括鍛件投影面積、沖孔連皮面積及飛邊面積（cm2）； K-鋼種因數(shù)，可查閱相關資料。,31,模具在高溫下具有足夠的強度、韌性、硬度和耐磨性，良好的導熱性、抗熱疲勞性、回火穩(wěn)定性和抗氧化性。尺寸較大的模具還應具有高的淬透性和較小的變形。常用5CrNiMo、5CrMnMo鋼等熱鍛模具材料制作鍛模。 模具工況、失效方式、要求、生產制造,32,（5）確定鍛造溫度范圍、加熱和冷卻規(guī)范,始鍛溫度:始鍛溫度是指開始鍛造時坯料的溫度。通常始鍛溫度比金屬的熔點低

12、150200，在不發(fā)生過熱、過燒的前提下，盡可能提高始鍛溫度，有利于金屬的塑性成形。 終鍛溫度:終鍛溫度是停止鍛造時鍛件的溫度。碳素鋼的終鍛溫度約為800，合金鋼一般為 800900。在保證鍛后獲得再結晶組織的前提下，適當降低終端溫度有利于完成各種變形工序。終鍛溫度過低，金屬塑性降低，進口軸承容易產生裂紋。終鍛溫度過高，會引起晶粒長大，降低金屬的力學性能。,33,鍛壓中常用加熱規(guī)范,34,（6）修整工序:即模鍛件成形后提高精度和表面質量的工序。,切邊：即帶飛邊的模鍛件終鍛后切除飛邊的工序。 沖連皮：即帶孔的鍛件經(jīng)終鍛后，沖除孔內連皮的工序。,35,校正：即為消除鍛件在鍛后產生的彎曲、扭轉等變形

13、，使之符合鍛件圖技術要求的工序。分為 熱校和冷校。 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，細化晶粒； 清理表面缺陷或氧化皮。 精壓 精度高和表面 粗糙度值小的鍛件， 清理后還應在壓力機上進行精壓。,36,4.零件結構的模鍛工藝性,1）模鍛件應具有合理的分模面、模鍛斜度和圓角半徑；2）非配合表面一律設計成非加工表面；3）零件的外形應力求簡單、平直和對稱；4）應避免窄溝、深槽、深孔及多孔結構；5）形狀復雜的鍛件應采用鍛-焊或鍛-機械加工聯(lián)接的方法，減少余塊以簡化模鍛工藝。,37,38,39,應盡量避免深孔或多孔結構。以利于制模和減少余塊。 形狀復雜件宜采用鍛-

14、焊、鍛-螺紋聯(lián)接等組合結構，以簡化模具和減少余塊。,40,5.模鍛工藝設計示例,例：齒輪零件，材料為45鋼，中批量生產。試編制模鍛工藝規(guī)程。,41,（1）零件結構分析：零件結構合理。 （2）繪制鍛件圖：該零件孔內應有連皮，參考有關標準和資料，選定機械加工余量、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。,42,43,44,二、胎模鍛,在自由鍛設備上使用可移動模具生產模鍛件的一種鍛造方法，稱為胎模鍛。 1.胎模鍛的特點和應用與自由鍛相比的優(yōu)點：1）

15、成形質量高。2）生產效率高。 3）能比較復雜的鍛件。4）省時，省材。適用于中、小批量的鍛件生產。,45,2、胎模類型 常用的胎模有扣模、墊模、套模、合模、彎曲模、跳模、摔模等。常用三類:,46,(1)扣模 扣模由上、下扣組成(圖2.28a)或上扣由上砧代替(圖2.28b)。鍛造時鍛件不轉動，初鍛成形后鍛件翻轉90在錘砧上平整側面?？勰３Ｓ脕砩a長桿非回轉體鍛件的全部或局部扣形，也可用來為合模制坯。,47,(2)套筒模(套模) 分開式和閉式 開式套模只有下模，上模用上砧代替(圖2.29a)。主要用于回轉體鍛件(如法蘭盤、齒輪)的最終成形或制坯。當用于最終成形時，鍛件的端面必須是平面。 閉式套模由

16、模套(模筒)、上模墊及下模墊組成，下模墊也可由下砧代替(圖2.29b)。主要用于端面有凸臺或凹坑的回轉體類鍛件的制坯和最終成形，有時也用于非回轉體類鍛件。,48,(3)合模 合模由上、下模組成(圖2.30)，為使上、下模吻合和不使鍛件產生錯移，常用導柱和導銷定位，合模適于各類鍛件的終鍛成形，尤其是非回轉體類復雜形狀的接件(如連桿、叉形等鍛件)圖2.31為法蘭盤胎模鍛造過程。,49,鍛造時，先把下模放在下砥鐵上，再把加熱的坯料放在模膛內，然后合上上模，用鍛錘鍛打上模背部。待上、下模接觸，坯料便在模膛內鍛成鍛件。胎模鍛時，鍛件上的孔也不能沖通，留有沖孔連皮；鍛件的周圍亦有一薄層金屬，稱為毛邊。因此

17、，胎模鍛后也要進行沖孔和切邊，以去除 連皮和毛邊。,a)用胎模鍛出的鍛件 b)用切邊模切邊 c)沖掉連皮 d)鍛件,50,摔模 根據(jù)用途有多種摔模，如用于壓痕稱為卡摔；用于制坯稱為型摔；用于整徑稱為光摔；用于校正整形稱為校正摔等，摔模均用于回轉體鍛件。,51,四、其他設備上的模鍛,1熱模鍛壓力機上模鍛 熱模鍛壓力機按其結構可分為連桿式、雙滑塊式、楔式等。 圖2-32所示為連桿式熱模鍛壓力機。電動機3的運動經(jīng)帶輪2和1及傳動軸4傳至一對齒輪6和7，再經(jīng)過離合器8傳至偏心軸(曲軸)9，然后通過連桿10帶動滑塊ll沿導軌15作上下往復運動。上、下鍛模分別安裝在滑塊11的下端和工作臺12上。,52,熱

18、模鍛壓力機優(yōu)點：,(1)鍛造時滑塊的行程不變，每個變形工步在滑塊的運動下成形，便于實現(xiàn)機械化和自動化，具有很高的生產率。 (2)滑塊運動精度高，并有鍛件頂出裝置，使鍛仟的模鍛斜度、加工余量和鍛造公差減小，因而鍛件精度比錘上模鍛件高。 (3)作用于坯料上的鍛造力是靜壓力而不是沖擊力，坯料的變形速度較低，這對于低塑性材料的鍛造有利。某些不適于在模鍛錘上鍛造的材料(如耐熱合金、鎂合金等)，可在熱模鍛壓力機上鍛造。 (4)工作時的振動和噪聲小，勞動條件得到改善。 這種模鍛方法的主要缺點是設備結構復雜，價格高，模具結構也比一般錘上鍛模復雜，同時，由于滑塊行程不能在鍛造過程中調節(jié)因而不能進行拔長、滾擠等需

19、要多次打擊才能完成的工步的操作。,53,2平鍛機上模鍛,相當于臥式的熱模鍛壓力機,沿水平方向對坯料施加鍛壓力。,54,平鍛機上模鍛的過程如圖2-34所示。首先將棒形坯料放入固定凹模的模槽內，并由擋板定位；在沖頭前進的過程中，活動凹模迅速將坯料夾緊，同時擋板退出；沖頭(凸模)對坯料施加鍛壓力，使其充滿模腔；回程時沖頭退出，活動凹模松開，坯料從凹模中取出或進入下一個模膛，同時擋板又進入工作位置，為下一個坯料的鍛壓做好準備。,55,平鍛機上模鍛在工藝上特點： (1)坯料都是棒料或管材并且只進行一端局部加熱和局部變形加工，因此可以完成在立式鍛壓設備上不能鍛造的某些長桿類鍛件，也可用長棒料連續(xù)鍍造多個鍛件。 (2)鍛模有兩個分模面，鍛件出模方便，可以鍛出在其他設備亡難以完成的在不同方向上有凸臺或凹槽的鍛件。 (3)需配備對棒料局部加熱的專用加熱爐。,適于在平鍛機上鍛造的鍛件是有頭的桿類鍛件和有孔(通孔或盲孔)的鍛件，也可進行管件的局部鐓或脹形 .,56,57,3摩擦壓力機上模鍛 摩擦壓力機是靠飛輪旋轉所積蓄的能量轉化成金屬的變