锻造工艺与模具设计 锤上模锻课件.pptx

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1、第六章 锤上模锻,1,谢利材料工程学院,2023/1/17,锤上模锻：利用锻锤驱动完成模锻成形的过程，简称锤锻蒸汽-空气模锻锤、液压模锻锤、对击模锻锤、机械锤和模锻空气锤锤锻模的结构 锤锻模由上下两个模块组成，两模块借助燕尾、楔铁和键块分别紧固在锤头和下模座的燕尾槽中。燕尾使模块固定在锤头（或砧座）上，使燕尾底面与锤头（或砧座）底面紧密贴合。楔铁使模块在左右方向定位。键块使模块在前后方向定位。,2,2023/1/17,3,2023/1/17,4,2023/1/17,一、模锻锤的特点 工艺灵活、适应性广优点：（1）锤头行程和打击速度操控方便；（2）抗偏载能力强；。缺点：（1）锻件精度不高；（2）

2、锻模寿命低；（3）难以实现自动化；二、锤锻工艺流程 见课本图6-2,图7.1 模锻锤的外观和操纵系统,6.1锻锤工艺特点及模锻工艺流程,5,2023/1/17,6.2 模锻件分类 第一类锻件：短轴类或饼类锻件 主体轴线立置于模膛成形，水平方向二维尺寸相近的锻件。其特点是：锻件的主轴线尺寸小于其它两个方向的尺寸；变形工序的作用力方向与主轴线方向一致；模膛中的金属变形是体积变形。这类锻件常利用镦粗台或拍扁台制坯。常见的短轴类件有法兰、齿轮、十字轴、万向节等。,圆饼类锻件a)简单形状 b)较复杂形状 c)复杂形状,6,2023/1/17,第二类锻件：长轴类锻件 主要特点：锻件的主轴线尺寸大于其它两个

3、方向的尺寸；变形工序的锻击方向一般垂直于主轴线；金属主要沿着高度和宽度方向流动，由于在模锻工步时金属沿主轴线基本上没有流动，又可称为平面变形类。此类锻件数量多，形状复杂。按锻件的几何形状特征，也可分为四组：直长轴类、弯曲轴类、枝芽类和叉类锻件。通常采用拔长或滚压等工序成形；,7,2023/1/17,长轴类锻件分组,8,2023/1/17,第三类锻件：复合类锻件 兼备两种或两种以上结构的特征，横截面差别很大，制坯过程复杂，金属在模膛内比较难填充的 锻件；如“轴-盘-耳”结构的转向节。,9,2023/1/17,6.3 模锻件图设计 模锻件图是模锻生产过程、模锻工艺过程规范制订、锻模设计、锻模检验及

4、锻模制造的依据。模锻件图是根据产品图设计的，分为冷锻件图和热锻件图两种。,10,2023/1/17,冷锻件图即为锻件图。冷锻件图用于最终锻件的检验和校正模的设计，也是机械加工部门制定加工工艺过程，设计加工夹具的依据。热锻件图用于锻模设计和加工制造。热锻件图是对冷锻件图上各尺寸相应地加上热胀量而绘制的。,11,2023/1/17,锤上模锻件图设计6.3.1分模面位置的选择 确定分模面位置最基本原则是保证锻件形状尽可能与零件形状相同，以及锻件容易从锻模模膛中取出。确定分模面时，应以镦粗成形为主，还应考虑材料利用率。分模面的位置与模锻方法直接有关，它决定着锻件内部金属纤维方向。,12,2023/1/

5、17,（1）尽可能采用直线分模，使锻模结构简单，防止上下模错移。,直线分模防错移,锻件分模位置一般都选择在具有最大轮廓线的地方。此外，还应考虑下列要求：,13,2023/1/17,（2）尽可能将分模位置选在锻件侧面中部。这样易于在生产过程中发现上下模错移。,分模位置居中便于发现错模,14,2023/1/17,（3）对头部尺寸较大的长轴类锻件可以折线分模，使上下模膛深度大致相等，使尖角处易于充满。,上下模膛深度大致相等易充满,15,2023/1/17,（4）当圆饼类锻件HD时，应采取径向分模，不宜采用轴向分模。,圆饼类锻件分模位置,（5）锻件形状较复杂部分应该尽量安排在上模。,16,2023/1

6、/17,6.3.2 余块、余量和锻造公差 锻件上凡是尺寸精度和表面品质（表面粗糙度）达不到零件图要求的部位，需要在锻后进行机械加工，这些部位应预留加工余量。模锻件的加工余量要大小恰当。精密模锻的目的是在不影响零件加工品质的前提下模锻出小余量或者无余量精锻件。,17,2023/1/17,1、锻件公差的种类 尺寸公差 包括长度、宽度、厚度、中心距、角度、模锻斜度、圆弧半径和圆角半径等公差。形位公差 包括直线度、平面度、深孔轴的同轴度、错移量、剪切端变形量和杆部变形量等。表面技术要素公差 包括深度、剪拉毛刺的尺寸、顶杆压痕深度和表面粗糙度等。各项公差都不应互相叠加。,18,2023/1/17,2、影

7、响余量和锻件公差的因素(1)公称尺寸和锻件质量 锻件重量根据锻件图的公称尺寸进行计算(按锻件大小初定余量)。(2)锻件形状复杂系数(S)为锻件的重量或体积(Gd，Vd)与其外轮廓包容体的重量或体积(Gb，Vb)的比值，即：S=Gd/Gb=Vd/Vb 圆形锻件的外廓包容体按圆柱体计算；非圆形锻件的外廓包容体按矩形六面体计算；,19,2023/1/17,锻件形状复杂系数S可分为四个等级，S越小表示锻件形状越复杂，见表6-2：级别 代号 形状复杂系数值S 形状复杂程度 S1 0.631 简 单 S2 0.320.63 一 般 S3 0.160.32 较复杂 S4 0.16 复 杂,20,2023/1

8、/17,（3）锻件材质系数(M)按材料可锻性难易程度划分。钢质模锻件分为两类，M1，M2。航标中将航空模锻件分为四类：M0：铝、镁合金；M1：0.65%C的碳钢或合金总含量 5.0%的合金钢。M2：0.65%C的碳钢或合金总含量5.0%的合金钢。M3：不锈钢、高温耐热合金和钛合金。,21,2023/1/17,3、余量和锻件公差的选取 选取余量和锻件公差的程序：零件公称尺寸估选余量锻件公称尺寸估算锻件质量查表修正 见课本P139示例。,22,2023/1/17,6.3.3 模锻斜度（出模斜度或拔模斜度）,1、模锻斜度定义：为了克服模具的弹性收缩和摩擦阻碍作用，易于取件。在锻件侧表面上需要一定的斜

9、度，称为模锻斜度。侧表面指，在锻件上与分模面相垂直方向上的平面或曲面。包括它固有的斜度（也就是自然斜度）和锻件侧表面上所附加的斜度。热锻件冷缩会离开模膛侧壁的部位称为外斜度（锻件外壁上的斜度）热锻件冷缩会更加紧贴模膛侧壁的部位称为内斜度（内壁上的斜度）,23,2023/1/17,2、选择原则：取件方便，节省金属材料和加工,(1)在保证出模的前提下，模锻斜度应尽量小。（最小原则）大到一定值时，可自动脱模，但太大将会增大金属的消耗量和余量。但是，为了便于出模，高度较小的锻件可采用较大的斜度，这时，多消耗的金属量不大。如：H50mm，查到3改为5；H30mm，查的3、5一律改为7。,24,2023/

10、1/17,(2)同一锻件上内模锻斜度要比外模锻斜度大。（大小原则）原因在于锻件冷却时，外壁趋向离开模壁，而内壁正相反。(3)模锻斜度的大小（标准原则）外斜度标准值为：3、5、7、10、12等，常取7；内斜度标准值为：5、7、10、12、15等，一般取10。(4)同一锻件上的外模锻斜度和内模锻斜度不应取多种斜度，而应各取一统一数值。（统一原则）(5)只要锻件能形成自然斜度，不必另外增设模锻斜度。（自然原则）,25,2023/1/17,6.3.4 锻件圆角,作用：保证金属流动、提高模具寿命、提高锻件质量和便于出模。锻件上的凸圆角半径称为外圆角半径r，也就是模具模膛上的凹圆角。作用是避免模具上的凹圆

11、角太小造成应力集中导致开裂，以及锻件充满。凹圆角半径称为内圆角半径R，也就是模膛上的凸圆角，作用是便于金属流动，防止锻件折迭和模具压塌。,26,2023/1/17,外圆角半径 Rw过小，充填困难，锻模崩裂；Rw过大，机械加工余量小Rn太小，会造成纤维被割断、折叠，锻件报废，模具压 塌，影响出模；Rn太大，使余量加大，导致充不满。一般可按公式：Rw=余量+零件相应处圆角半径或倒角值 Rn=(23)Rw圆角半径应选标准数值，便于选用相应的制造模具的标准刀具。,27,2023/1/17,6.3.5 冲孔连皮,对于有内孔的锻件，锤上模锻不能直接锻出透孔，必须在孔内保留一层连皮。然后，在切边压力机上冲除

12、。1、平底连皮 常用形式。连皮厚度S可根据经验选取或或按书上给的公式计算（P143式6-1）。,28,2023/1/17,2、斜底连皮 用于较大的内孔：d2.5h，或d60mm。以利于金属流动，避免产生折叠和模具过早磨损或压塌。但冲除时易使锻件走样。尺寸为：S大=1.35S；S小=0.65S；d1=(0.250.3)d 或d1=0.12d+s s按平底连皮厚度计算）,29,2023/1/17,3、带仓连皮 若锻件需采用预锻成形，对于较大的孔，可在预锻时采用斜底连皮，而在终锻时采用带仓连皮。优点是周边薄，易冲除。带仓连皮的实质就是内飞边槽，仓部的作用是为斜底连皮回流提供空间。,30,2023/1

13、/17,4、压凹 当锻件内孔直径较小，不易锻出连皮，应改为压凹形式，通过压凹变形有助于小头部分饱满成形。,压凹,带连皮的模锻件，不需绘出连皮的形状和尺寸。产品图的主要轮廓线要用点划线在模锻件图上表示，便于表示各部分的加工余量。,31,2023/1/17,6.3.6 锻件图和锻件技术条件,锻件图(冷)是在零件图基础上，加上余量、余块或其它特殊留量后绘制的图，图中锻件外形用粗实线表示，零件外形用双点划线表示。锻件的公称尺寸与公差注在尺寸线的上面，而零件的尺寸注在尺寸线的下面的括号内。,32,2023/1/17,锻件图中无法表示的有关锻件质量和检验要求的内容，列入技术条件：未注明的模锻斜度和圆角半径

14、R；允许的错移量和残余飞边的宽度；允许的表面缺陷深度；锻后热处理方法及硬度要求；表面清理方法；需要取样的取样位置；其它特殊要求，如直线度、平面度等。,33,2023/1/17,6.4 模锻模膛设计,模锻模膛包括：终锻模膛和预锻模膛。任何锻件的模锻工艺过程都必须有终锻，都要用终锻模膛。模锻件的几何形状和尺寸靠终锻模膛保证，预锻模膛要根据具体情况决定否采用。,34,2023/1/17,6.4.1终锻模膛设计,终锻模膛是锻模中各种模膛的最主要的模膛，它用来完成锻件最终成形的终锻工步。通过终锻模膛可以获得带飞边的锻件。终锻模膛通常由模膛本体、飞边槽和钳口三部分组成，其中模膛本体是根据热锻件图设计的。终

15、锻模膛设计的主要任务是设计热锻件图、选择飞边槽和设计钳口。,35,2023/1/17,热锻件图是将冷锻件图的所有尺寸计入收缩率而绘制的。钢锻件的收缩率取1.2%-1.5%；钛合金锻件取0.5%-0.7%；铝合金锻件取0.8%-1.0%；铜合金锻件取1.0%-1.3%；镁合金锻件取0.8%左右。加放收缩率时，对无坐标中心的圆角半径不加放收缩率；对于细长的杆类锻件、薄的锻件、冷却快或打击次数较多而终锻温度较低的锻件，收缩率取小值；带大头的长杆类锻件，可根据具体情况将较大的头部和较细杆部取不同的收缩率。,1、热锻件图设计,36,2023/1/17,由于终锻温度难以准确控制，不同锻件的准确收缩率往往需

16、要在长期实践中修正。一般情况下，热锻件图形状与锻件图形状完全相同。但在某些情况下，需将热锻件图尺寸作适当的改变以适应锻造工艺过程要求。(1)模膛易磨损处，应在锻件负公差范围内减小模膛尺寸（预留磨损量），以在保证锻件合格率的情况下延长锻模寿命。,如图所示的齿轮锻件，轮辐部分易磨损，使锻件轮辐厚度增加。因此，应将热锻件图上的尺寸A比锻件图上的相应尺寸减小0.5-0.8 mm。,37,2023/1/17,(2)形状复杂且较高的部位应尽量放在上模。在特殊情况下要将复杂且较高的部位放在下模时，锻件在该处表面易“缺肉”（充不满）。这是由于下模局部较深处易积聚氧化皮。如图所示的曲轴，可在其热锻件图相应部位加

17、深约2 mm。,38,2023/1/17,(3)当设备的吨位偏小，上下模有可能打不靠时，应使热锻件图高度尺寸比锻件图上相应高度减小(接近负偏差或更小一些)，抵消模锻不足的影响。相反，当设备吨位偏大或锻模承击面偏小时，可能产生承击面塌陷，应适当增加热锻件图高度尺寸，其值应接近正公差，保证在承击面下陷时仍可锻出合格锻件。,39,2023/1/17,(4)锻件某些部位在切边或冲孔时易产生变形而影响加工余量，应在热锻件图的相应部位增加一定的弥补量，提高锻件合格率，如图所示。,40,2023/1/17,(5)一些形状特别的锻件，不能保证坯料在下模膛内或切边模内准确定位。在锤击过程中，可能因转动而导致锻件

18、报废。热锻件图上需增加定位余块，保证多次锻击过程中的定位以及切飞边时的定位。,41,2023/1/17,在绘制热锻件图时还需将分模面和冲孔连皮的位置、尺寸全部注明，写明未注圆角半径、模锻斜度与收缩率。高度方向尺寸以分模面为基准，以便锻模机械加工和准备检验样板；在热锻件图中不需注明锻件公差和零件的轮廓线。,42,2023/1/17,2、飞边槽及其设计,锤上模锻为开式模锻，一般终锻模膛周边必须有飞边槽。飞边槽作用：a.增加金属流出模膛阻力，使金属充满模膛；b.容纳多余金属；c.锻造时飞边起缓冲作用，减弱上模对下模的 打击，使模具不易压塌和开裂；d.飞边处厚度较薄，便于切除。,43,2023/1/1

19、7,(1)飞边槽的结构形式 飞边槽一般由桥口与仓部组成。形式I：基本型（标准形），一般都采用此种形式。其优点是桥口在上模，模锻时受热时间短，温升较低，桥口不易压坍和磨损。,44,2023/1/17,形式：倒置形，当锻件上模部分形状较复杂，为简化切边冲头形状，切边需翻转时，采用此形式。当上模无模膛，整个模膛完全位于下模时，采用此种形式飞边简化了锻模的制造。,45,2023/1/17,形式：双仓形，此种结构的飞边槽特点是仓部较大，能容纳较多的多余金属，适用于大型和形状复杂的锻件。,46,2023/1/17,形式：不对称形，加宽了下模桥部，提高了下模寿命。仓部较大，可容纳较多的多余金属。用于大型、复

20、杂锻件。,47,2023/1/17,形式：带阻力沟形，更大地增加金属外流阻力，迫使金属充满深而复杂的模膛。多用于锻件形状复杂、难以充满的部位，如高肋、叉口与枝芽等处。,48,2023/1/17,(2)飞边槽尺寸的确定,飞边槽的主要尺寸是桥口高度h飞、桥口宽度b。桥口高度h飞增大，阻力减小；桥口宽度b增加，阻力增加。在成形过程中如阻力过大，导致锻不足，锻模过早磨损或压坍；如阻力太小，产生大的飞边，模膛不易充满。,49,2023/1/17,设计锤上飞边槽尺寸两种方法,吨位法:按设备吨位来选定飞边槽尺寸。,50,2023/1/17,计算法。根据锻件在分模面上的投影面积，利用经验公式求出桥口高度h飞，

21、然后根据h飞查上表确定其他有关尺寸。,式中 S锻件在分模面上的投影面积(mm2)。,51,2023/1/17,模锻锤吨位偏大时，要防止金属过快向飞边槽流动，应减小h飞值。模锻锤吨位偏小时，应减小飞边的变形阻力，防止锻不足。在保证模膛充满的条件下，应适当增大h飞值。锻件形状比较复杂时，要增加模膛阻力，应增加b值，或适当减少h飞值。短轴类锻件锻模带有封闭形状的锁扣时，应适当加大仓部宽度b1。参见表8-1 备注栏中尺寸。,52,2023/1/17,2)钳口及其尺寸,钳口:指在锻模的模锻模膛前面加工的空腔，它一般由夹钳口与钳口颈两部分组成。钳口颈用于加强夹钳料头与锻件之间的连接强度。,53,2023/

22、1/17,钳口的主要用途:在模锻时放置夹钳及钳夹头，或者容纳调头模锻的前一锻件（带飞边）的相应部位。在锻模制造时，钳口还可作为浇铸金属盐溶液（如30%KNO3和70%NaNO3或铅熔液）的浇口，浇铸件用作检验模膛加工品质和合模状况。齿轮类锻件在模锻时无夹钳料头，钳口作为锻件起模之用。,54,2023/1/17,钳口的尺寸主要依据夹钳料头的直径及模膛壁厚等尺寸确定。应保证夹料钳子自由操作，在调头锻造时能放置下锻件的相邻端部(包括飞边)。,长轴类锻件常用型式;,55,2023/1/17,用于模锻质量大于10 kg的锻件,56,2023/1/17,用于模锻齿轮等短轴类锻件,57,2023/1/17,

23、如果有预锻模膛，且预锻与终锻两模膛的钳口间壁小于15 mm时，为了便于模具加工，可将两相邻模膛的钳口开通。,58,2023/1/17,6.5 模锻变形工步设计,模锻锻造工步，按其作用可分为三大类：1、模锻工步 预锻：易产生折叠和充不满的锻件应采用。预锻需根据锻件的复杂程度及其要求等因素加以选择，并不象终锻那样是每一模锻件所必不可少的工步。终锻：必不可少,59,2023/1/17,2、切断工步：只有一种，就是切断，使锻件和毛边分离。3、制坯工步：拔长、滚挤、卡压（直长轴类）弯曲（弯轴类，带枝芽类）镦粗、拍扁（短轴类）制坯工步作用：改变原毛坯的形状，合理分配坯料，以适应锻件横截面形状的要求，更好的

24、充满模锻模膛。,60,2023/1/17,圆饼类锻件制坯工步示例,6.5.1 短轴类锻件制坯工步 圆饼类模锻件一般使用镦粗制坯，形状复杂的宜用成型镦粗制坯。不过在特殊情况下，也有用拔长、滚挤或打扁制坯的。,61,2023/1/17,62,2023/1/17,在确定坯料镦粗后的尺寸时，尚需明确以下几点：1、轮毂较矮的锻件（参见图6-36），为了防止轮毂和轮缘间产生折叠，镦粗后直径 应满足。,轮毂矮的锻件,63,2023/1/17,2、轮毂较高的锻件，为了防止轮毂和轮缘间产生折叠，镦粗后直径 应满足,图7.22轮毂高的锻件,64,2023/1/17,3、轮毂高且有内孔和凸缘的锻件，为保证锻件充满并

25、便于坯料在终锻模膛中放稳，宜采用成形镦粗。镦粗后的坯料尺寸应符合下列条件：,(a)(b)轮毂高凸缘大的锻件(a)坯料(b)锻件,65,2023/1/17,6.5.2长轴类锻件制坯工步 长轴类模锻件有直长轴件、弯曲轴件、带枝芽长轴件和带叉长轴件等。由于形状的需要，长轴类模锻件的模锻工序有拔长、滚挤、弯曲等制坯工步。,长轴类模锻件制坯工步示例,拔长滚挤,1直长轴锻件,制坯工步说明,制坯工步简图,模锻件简图,模锻件类型,66,2023/1/17,拔长滚挤弯曲,2弯曲轴锻件,拔长成形预锻,3带枝芽长轴件,67,2023/1/17,拔长滚挤预锻,4带叉长轴件,按金属流动效率，长轴类模锻件制坯工步的优先次

26、序是：拔长、滚挤、卡压。为了得到弯曲轴模锻件或带枝芽、带叉长轴件，还要用到弯曲和成形工步。,68,2023/1/17,拔长、滚挤和卡压三种制坯工步，以“计算毛坯图”为基础，参照经验和图表资料，结合具体生产情况确定。也可用经验类比法选定制坯工步。,69,2023/1/17,6.6 锤锻坯料尺寸,6.6.1短轴类锻件一般用镦粗制坯，所以坯料尺寸以镦粗变形为依据计算。,坯料直径为：,6.6.2长轴类模锻件坯料尺寸计算以计算坯料截面图上的平均截面积为依据，并考虑不同制坯工步的需要，算出各种模锻方法所需飞边截面积。,70,2023/1/17,6.7 制坯模膛设计,制坯工步的作用:为了初步改变原坯料的形状

27、，合理地分配坯料，以适应锻件横截面积和形状的要求，使金属能较好地充满模膛。不同形状的锻件采用的制坯工步不同。锤上锻模所用的制坯模膛主要有滚压模膛、拔长模膛、弯曲模膛、成形模膛等。,71,2023/1/17,滚压模膛设计,滚压模膛：改变坯料形状，分配金属，使坯料某一部分截面积减小，某一部分截面积稍稍增大(聚料)，获得接近计算毛坯图形状和尺寸的作用。滚压时金属的变形可以近似看作是镦粗与拔长的组合。在两端受到阻碍的情况下杆部拔长，而杆部金属流入头部使头部镦粗。在每次锤击后大量金属横向流动，仅有小部分流入头部。每次锤击后翻转90再行锤击并反复进行。直到接近毛坯形状和计算尺寸为止。另外，滚压还可以将毛坯

28、滚光和清除氧化皮。,72,2023/1/17,滚压模膛从结构上可以分为以下几种。(1)开式 模膛横截面为矩形，侧面开通；结构简单、制造方便，但聚料作用较小，适用于锻件各段截面变化较小的情况。(2)闭式 模膛横截面为椭圆形，侧面封闭。由于侧壁的阻力作用，聚料效果好，坯料表面光滑，但模膛制造较复杂，适用于锻件各部分截面变化较大的情况。,73,2023/1/17,(3)混合式：锻件的杆部采用闭式滚压，而头部采用开式滚压。通常用于锻件头部具有深孔或叉形的情况。(4)不等宽式：模膛的头部较宽，杆部较窄，当B头/B杆1.5 时采用。因杆部宽度过大不利于排料，所以在杆部取较小宽度。,74,2023/1/17

29、,(5)不对称式 上下模膛的深度不等，这种模膛具有滚压模膛与成形模膛的特点，适用于h/h1.5 的杆类锻件。,75,2023/1/17,滚压模膛由钳口、模膛本体和尾刺槽（飞边槽）三部分组成。钳口不仅是为了容纳夹钳，同时也可用来卡细坯料，减少料头损失。飞边槽用来容纳滚挤时产生的端部毛刺，防止产生折叠。滚压模膛设计主要是确定模膛本体高度和宽度。,76,2023/1/17,滚压模膛的设计依据也是计算毛坯。设计滚压模膛应从以下几方面考虑。(1)滚压模膛的高度 在杆部，模膛高度比计算毛坯相应部分的直径小。使每次压下量较大，由杆部排入头部的金属增多。滚压最后坯料断面不是圆形，但是只要截面积相等即可。在计算

30、闭式滚压模膛杆部高度时，应注意：滚压后的坯料截面积 S滚S计,77,2023/1/17,滚压后坯料椭圆截面的长径与短径之比B/a=3/2，由上式可求得杆部高度 h杆：,78,2023/1/17,考虑到在模锻锤上滚压时，上下模一般不打靠，故实际采用的模膛高度比计算值小，一般取：h杆(0.7-0.8)d计对于开式滚压，由于截面近似矩形，故h杆(0.65-0.75)d计滚压模膛头部，高度应等于或略大于计算毛坯图相应部分的直径。即 h杆1.05-1.15）d计当头部靠近钳口时，有一部分金属由钳口流出，这时系数取 1.05。,79,2023/1/17,滚压模膛的宽度 滚压模膛的宽度过小，金属在滚压过程中

31、流进分模面会形成折叠；反之，因侧壁阻力减小，降低滚压效率，而且增大模块尺寸。具体计算类似滚压模膛高度的确定，见课本P166-167,80,2023/1/17,6-8 设备吨位的确定,设备吨位过小，锻件内部锻不透，生产率低;设备选得过大，浪费动力，提高锻件成本，而且操作也不灵活，还易打坏工具。锻造设备吨位大小要合适。,经验公式：双作用模锻锤 G=(3.56.3)KS件(kg)式中 S件锻件和毛边（按飞边仓的50%计算）在水平面上的投影面积；K材料钢种系数。系数3.5用于生产率并不高的条件下，而系数6.3用于要求高生产率的条件下。,81,2023/1/17,6.9 锤锻模结构设计,锤锻模的结构设计

32、对锻件品质、生产率、劳动强度、锻模和锻锤的使用寿命等有很大的影响。锤锻模的结构设计包括:模膛的布排、错移力的平衡以及锻模的强度、模块尺寸、导向等。1.模膛的布排模膛的布排要根据模膛数以及各模膛的作用和操作方便安排。锤锻模一般有多个模膛，终锻模膛和预锻模膛的变形力较大，在模膛布置过程中一般首先考虑模锻模膛。,82,2023/1/17,1)终锻与预锻模膛的布排,锻模中心与模膛中心 锤锻模的紧固一般都是利用楔铁和键块配合燕尾紧固在下模座和锤头上。锻模中心:指锻模燕尾中心线与燕尾上键槽中心线的交点，它位于锤杆轴心线上，应是锻锤打击力的作用中心（外力作用中心）。,83,2023/1/17,模膛中心：锻造

33、时模膛承受锻件反作用力的合力作用点叫模膛中心（内力作用中心）。模膛中心与锻件形状有关。当变形抗力分布均匀时，模膛(包括飞边桥部)在分模面的水平投影的形心可当作模膛中心，可用传统的吊线法寻找。变形抗力分布不均匀时，模膛中心则由形心向变形抗力较大的一边移动。,84,2023/1/17,移动距离的大小与模膛各部分变形抗力相差程度有关，可凭生产经验确定。一般情况下不宜超过下表所列的数据。,85,2023/1/17,(2)模膛中心的布排 当模膛中心与锻模中心位置相重合时，锻锤打击力与锻件反作用力在同一垂线上，不产生错移力，上下模没有明显错移，这是理想的布排。当锻模模膛中心与锻模中心偏移一段距离时，锻造时

34、会产生偏心力矩，使上下模产生错移，造成锻件在分模面上产生错差，增加设备磨损。模膛中心与锻模中心的偏移量越大，偏心力矩越大，上下模错移量以及锻件错差量越大。因此终锻模膛与预锻模膛布排设计的中心任务是最大限度减小模膛中心对锻模中心的偏移量。,86,2023/1/17,当锻模无预锻模膛时，终锻模膛中心位置应取在锻模中心。当锻模有预锻模膛时，两个模膛中心一般都不能与锻模中心重合。为了减少错差、保证锻件品质，应力求终锻模膛和预锻模膛中心靠近锻模中心。,87,2023/1/17,模膛布排时要注意：,在锻模前后方向上，两模膛中心均应在键槽中心线上。,88,2023/1/17,在锻模左右方向上，终锻模膛中心与

35、燕尾中心线（锻模中心线）的偏移量，不应超过下表所列数值。,89,2023/1/17,一般情况下，终锻的打击力约为预锻的两倍，为了减少偏心力矩，预锻模膛中心至锻模燕尾中心线距离之比，应等于或略小于1/2，即a/bl/2。预锻模膛中心线必须在燕尾宽度内，模膛超出燕尾部分的宽度不得大于模膛总宽度的1/3。当锻件因终锻模膛偏移使错差量过大时，允许采用L/5aL/3，即2L/3b4L/5。在这种条件下设计预锻模膛时，应当预先考虑错差量。值由实际经验确定，一般为1-4 mm，如图6-67中AA 剖面所示。锤吨位小者取小值，大者取大值。,90,2023/1/17,若锻件有宽大的头部(如大型连杆锻件)，两个模

36、膛中心距超出上述规定值;或终锻模膛因偏移使错差量超过允许值;或预锻模膛中心超出锻模燕尾宽度;可使两个模膛置于不同锻锤的模块上联合锻造。这样两个模膛中心便可都处于锻模中心位置上，能有效减少错差，提高锻模寿命，减少设备磨损。,91,2023/1/17,为减小终锻模膛与预锻模膛中心距L，保证模膛模壁有足够的强度，可选用下列排列方法。平行排列法，终锻模膛和预锻模膛中心位于键槽中心线上，L 值减小的同时前后方向的错差量也较小，锻件品质较好。,92,2023/1/17,前后错开排列法:预锻模膛和终锻模膛中心不在键槽中心线上。前后错开排列能减小L值，但增加了前后方向的错移量，适用于特殊形状的锻件。,93,2

37、023/1/17,反向排列法:预锻模膛和终锻模膛反向布排，这种布排能减小L值，同时有利于去除坯料上的氧化皮并使模膛更好充满，操作也方便;主要用于上下模对称的大型锻件。,94,2023/1/17,(3)终锻模膛、预锻模膛前后方向的排列方法,终锻模膛、预锻模膛的模膛中心位置确定后，模膛在模块还不能完全放置，还需要对模膛的前后方向进行排列。具体排列方法有2种。,95,2023/1/17,锻件大头靠近钳口，使锻件质量大且难出模的一端接近操作者，这样操作方便、省力。锻件大头难充满部分放在钳口对面，对金属充满模膛有利。这种布排法还可利用锻件杆部作为夹钳料，省去夹钳料头。,96,2023/1/17,2)制坯

38、模膛的布排,除终锻模膛和预锻模膛以外的其他模膛由于成形力较小，可布置在终锻模膛与预锻模膛两侧。具体原则如下：(1)制坯模膛按工艺过程顺序排列，操作时一般只让坯料运动方向改变一次，以求缩短操作时间。(2)模膛的排列应与加热炉、切边压力机和吹风管的位置相适应。例如，氧化皮最多的模膛是锻模中头道制坯模膛，应位于靠近加热炉的一侧，且在吹风管对面，不要让氧化皮吹落到终锻模膛、预锻模膛内。,97,2023/1/17,(3)弯曲模膛的位置应便于将弯曲后的坯料顺手送入终锻模膛内，图(a)所示。(4)拔长模膛位置如在锻模右边，应采用直式，如在左边，应采取斜式，这样可方便操作。,98,2023/1/17,2.错移

39、力的平衡与锁扣设计,错移力一方面使锻件错移，影响尺寸精度和加工余量；另一方面加速锻锤导轨磨损，使锤杆过早折断。因此错移力的平衡是保证锻件尺寸精度和锤杆失效的一个重要问题。设备的精度对减小锻件的错差有一定的影响，但是最根本、最有积极意义的是在模具设计方面采取措施，因为后者的影响更直接，更具有决定作用。,99,2023/1/17,1)有落差锻件错移力的平衡,当锻件的分模面为斜面、曲面，或锻模中心与模膛中心的偏移量较大时，在模锻过程中产生水平分力。这种分力通常称为错移力，会引起锻模在锻打过程中错移。锻件分模线不在同一平面上(即锻件具有落差)，在锻打过程中，分模面上产生水平方向的错移力，错移力的方向明

40、显。错移力一般比较大，在冲击载荷的作用下，容易发生生产事故。,100,2023/1/17,平衡错移力措施(1)成对锻造:小锻件。,101,2023/1/17,(2)锻件倾斜:锻件较大，落差较小。由于倾斜了一个角度，拔模斜度发生变化。为保证锻件锻后能从模膛取出，角度值不宜过大。一般7，且以小于拔模斜度最佳。,102,2023/1/17,(3)平衡锁扣：落差较大(l5-50 mm)，用倾斜法解决不好。锁扣高度等于锻件分模面落差高度。锁扣所受的力很大，容易损坏，锁扣的厚度应不小于1.5h。锁扣斜度：当h15-30 mm时，5；h30-60 mm时，3。锁扣间隙0.2-0.4 mm，须小于锻件允许的错

41、差之半。,103,2023/1/17,(4)联合法（倾斜锁扣）：锻件落差很大；既将锻件倾斜一定角度，也设计平衡锁扣。,104,2023/1/17,导向锁扣,偏心力矩、设备的上、下砧面不平行产生水平错移力。为减小错移力，除设计时尽量使模膛中心与锤杆中心一致外，还可采用导向锁扣。导向锁扣的主要功能是导向，平衡错移力，它补充了设备的导向功能，便于模具安装和调整。,105,2023/1/17,导向锁扣常用情况,一模多件锻造、锻件的冷切边以及要求锻件小于 0.5 mm的错差等。易产生错差的锻件的锻造，如：细长轴类锻件、形状复杂的锻件、锻造时模膛中心偏离锻模中心较大时的锻造。不易检查和调整其错移量的锻件的

42、锻造，如：齿轮类锻件、叉形锻件、工字形锻件等。锻锤锤头与导轨间隙过大，导向长度低。,106,2023/1/17,常用的锁扣形式,(1)圆形锁扣(镦粗台)：用于齿轮类锻件和环形锻件锻件很难确定其错移方向。(2)纵向锁扣：用于直长轴类锻件。能保证轴类锻件在直径方向有较小的错移，常应用于一模多件的模锻。,107,2023/1/17,(3)侧面锁扣：用于防止上模与下模相对转动或在纵横任一方向发生错移，但制造困难，较少采用。,108,2023/1/17,(4)角锁扣：作用和侧面锁扣相似，但可在模块的空间位置设置 2个或4个角锁扣。,109,2023/1/17,锁扣的高度、宽度、长度和斜度一般都按锻锤吨位

43、确定，设计锁扣时应保证有足够的强度。为防止模锻时锁扣相碰撞，在锁扣导向面上设计有斜度，一般取 3-5。在上、下锁扣间应有间隙，一般在 0.2-0.6 mm。这一间隙值是上、下模打靠时锁扣间的间隙尺寸。未打靠之前，由于上、下锁扣导向面上都有斜度，间隙大小是变化的。因此，锁扣的导向主要在模锻的最后阶段起作用。,110,2023/1/17,与常规的导柱、导套导向相比，导向的精确性差。采用锁扣可以减小锻件的错移，但是也带来了一些不足之处，例如模具的承击面减小，模块尺寸增大，减少了模具可翻新的次数，增加了制造费用等。,111,2023/1/17,3.脱料机构设计,一般模锻时，为了迅速从模膛中取出锻件并使

44、模具工作可靠，在设计和制造中，必须考虑模具的脱料装置。锤上精密模锻时，由于锻锤上没有顶出装量，不宜在锤上精锻形状复杂、脱模困难的锻件。一般应在模膛中做出拔模斜度或在模具中设计顶出装置，以利取出锻件。,112,2023/1/17,6.10 锻模材料及锻模的使用与维护,锻模材料的要求：（1）使用方面：高温条件下，锻模材料具有较高的强度、硬度和冲击韧性，较好的抗氧化性，较好的导热性、耐热疲劳性和耐回火性；（2）制造方面：锻模材料应具有良好的淬透性且热处理畸变小，具有良好的切削加工性能和抛光性能，同时价格应合理。,113,2023/1/17,1、模锻材料,（1）半耐热高韧性钢 5CrNiMo：适合制造各种形状复杂，冲击载荷大、工作温度不太高、边长400mm大中型锤锻模及切边模；5CrMnMo：适合制造边长400mm的中型锤锻模和热切边模；5Cr2NiMoV：用于制造大型重负荷锻模，寿命为5CrNiMo的2-3倍；（2）中等耐热韧性钢（3）耐高温抗磨损钢,114,2023/1/17,2、锻模破坏形式及其原因,破裂：冲击破裂和疲劳破裂表层热裂：反复加热-冷却形成温度应力磨损变形 正确安装锻模预热控制终端温度润滑及冷却,3、锻模的使用和维护,115,2023/1/17,