材料成型基础之常用金属塑性成形方法(ppt 153页)

模锻
对于要求精度高和表面粗糙度低的模锻件，除进 行上述各修整工序外，还应在压力机上进行精压。
模锻
5）锻模模膛
分为模锻模膛和制坯模膛两大类： ①模锻模膛 模锻模膛分为终锻模膛和预锻模膛两 种。
终锻模膛作用：使坯料最后变形到锻件所要求 的形状和尺寸。它的形状与锻件的形状相同；因锻 件冷却时要收缩，终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放 大一个收缩量，一般钢件收缩量取1.2%～1.5%。
然后计算出坯料横截面积、直径或边长等尺寸。
自由锻造
当锻造件的第一工序为拔长时，则： F1≥Y锻 F锻
式中:F1—坯料的截面积； Y锻—锻造比，对于圆钢Y锻=1.3—1.5左右； F锻—锻件的最大截面积。
注意：圆钢直径大小是标准的，如计算的坯料直径与圆钢标 准直径不符，则应将坯料直径就近取成圆钢直径，然后再重 新计算坯料高度H或长度L。
②长轴类模锻件工序选 择有： 预锻-终锻 滚压-预锻-终锻 拔长-滚压-预锻-终锻 拔长-滚压-弯曲-预锻-终 锻等
模锻
模锻件成形过程中工序 的多少与零件结构设计 、坯料形状及制坯手段 等有关。 如：弯曲连杆模锻
模锻
锻造截面变化较大的长轴类锻件时，常采用断面 呈周期性变化的坯料见图所示：
（a）周期性轧制坯料 （b）弯曲（c）预锻 （d）终锻
自由锻造
③当锻件的横截面有急剧变化或形状较复杂时，可将 其设计成几个简单件构成的组合件，用焊接或机械连 接方法连成整体件。
自由锻造
复杂件结构 成形性差的结构 成形性好的结构
胎模锻造
概念：在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种模具 称为胎模的单膛模具，将已加热的坯料用自由锻方法预锻 成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。
合金种类
碳素钢
15，25，30
35，40，45
60，65，T8,T10
合金钢
合金结构钢
低合金工具钢
高速钢
有色金属
H68
硬铝
始锻温度/℃ 1200～1250
1200 1100 1150 ～1200 1100 ～1150 1100 ～1150 850 470
终锻温度/℃ 750 ～800
800 800 800 ～850 850 900 700 380
在具有顶出装置的锻压机 械上，其模锻件上的斜度比没 有顶出装置的小一级。
模锻
④模锻件圆角半径 模锻件上凡是面与面相交处均应做成圆角。 目的:增大锻件强度，利于锻造时金属充满模膛，避免锻
模上的内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处的磨损，提高锻
模的使用寿命。
要求: 钢质模锻件
外圆角半径取1.5 ～12mm， 内圆角半径比外圆角大2 ～3倍 ；模膛深度越深，圆角半径取值 越大。
飞边质量的多少与锻件形状和大小有关，一 般按锻件质量的20% ～25%计算。
氧化烧损按锻件质量和飞边质量总和的3% ～4%计算，其他规则可参照自由锻坯料质量及 尺寸计算。
模锻
3）模锻工序确定 盘类模锻件： 一般采用镦粗和
终锻工序；对于一些 高轮毂、薄轮辐的模 锻件，采用镦粗-预 锻-终锻工序。
模锻
模锻
与自由锻相比，模锻具有如下优点:
①生产效率高。 ②能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合 理。 ③模锻件的尺寸较精确，表面质量好，加工余量较小。 ④节省金属材料，减少切削加工工作量。在批量足够的 条件下，能降低零件成本。 ⑤模锻操作简单，劳动强度低。
模锻
缺点：
模锻设备吨位限制，锻件质量一般在 150kg以下。设备投资较大，模具费用高， 工艺灵活性较差，生产准备周期较长。
自由锻造
⑷自由锻典型过程举例
—轴类、盘类、环类、筒类、弯曲类等 ①轴类件自由锻工序
自由锻造
锻件名称：齿轮轴 坯料质量：2.8kg 坯料规格：ф 90x59mm 锻件材料：40Cr 锻造设备：150kg空气锤
火次
温度（℃）
锻件图： 操作说明
简图
镦粗
拔长、打圆
1
1200～800
压肩
拔长、打圆
自由锻造
自由锻造
⑵自由锻成形过程
1）绘制锻件图
绘制锻件图时要考虑: 加工余量 锻件公差 敷料（工艺余块）
自由锻造
锻件加工余量：
与零件的形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等因素有 关，通常自由锻锻件的加工余量为4～6mm，它与生产的设备 、工装精度、加热的控制和操作技术水平有关，零件越大， 形状越复杂，则余量就大。
齿பைடு நூலகம்轴
最大 2.5~3.0 截面
航空用大型 最大截面 6.0~8.0
锻件
自由锻造
4）选择锻造工序、确定锻造温度和冷却规范等。
①选择锻造工序 分为基本工序、辅助工序、精整工序三类。 基本工序：镦粗、拔长、冲孔等
自由锻造
盘类锻件
可采用镦粗、冲孔、压肩、整修
轴及杆类锻件
可采用拔长、压肩、整修
自由锻造
筒及环类锻件
可采用镦粗、冲孔、拔长、整修
弯曲类锻件
可采用拔长、弯曲
自由锻造
曲拐轴类锻件
可采用拔长、分段、错移、整修
其他复杂锻件
可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修
自由锻造
辅助工序：压肩、倒棱、压钳口等。
精整工序：整形、清出表面氧化皮等。
自由锻造
②锻造温度范围及加热冷却范围 常用金属材料的锻造温度范围
模锻
d）分模面最好是平面，且上下锻模的模膛深度尽可 能一致，便于锻模制造。 e)所选分模面尽可能使锻件上所加的敷料最少，这样 既可提高材料的利用率，又减少了切削加工的工作量 。第2种孔不能锻。
分模面选择比较图
模锻
②加工余量、锻件公差和敷料
模锻件的加工余量和公差比自由锻 件的小得多。小型模锻件的加工余量一 般在2～4mm，锻件公差一般为±0.5～ ±1mm。
胎模锻造
缺点：
①胎模锻件比模锻件表面品质较差； ②精度较低、所留的机加工余量大； ③操作者劳动强度大、胎模寿命较低。
胎模锻适用于中、小批量生产小型多品种的 锻件。
模锻
定义：它是将坯料置于锻模模腔内，然后施加冲击力或压力 使坯料发生塑性变形而获得锻件的成形过程。
模型锻造时坯料是 整体塑性成形 坯料三向受压。
模锻
例 一齿轮，材料为45钢，产量为3000件/月，选用模锻加工。 该件直径25的孔不锻出（因放在机加工余量后孔径<25），外
径的加工余量放4mm（半径上放2mm），高度上加工余量放 2.5mm。分模面如图所示，凡垂直分模面的立壁均放模锻斜度5° 。
模锻
2）坯料质量和尺寸计算
模锻件坯料质量 =模锻件质量+氧化烧损质量+飞边（连皮）质量
缺点是对上下砧的平行度要求较严。闭式套筒模一般由上 模、套筒等组成，锻造中金属处于模膛的封闭空间中变形，不 形成毛边。
胎模锻造
3）合模： 一般由上下模及导向装置组成，见图， 用来锻造形状复杂的锻件，锻造过程中多余金属流 入飞边槽形成飞边。
胎模锻造
优点：
①与自由锻相比，胎模锻具有锻件品质较好（ 表面光洁、尺寸较精确、纤维分布合理）、生 产率高和节约金属等优点。 ②与模锻相比，胎模锻具有操作比较灵活、胎 模模具简单、容易制造加工、成本低、生产准 备周期短等优点。
模锻
⑵模锻过程
模锻
⑵模锻过程
1)绘制模锻件图 应考虑分模面、加工余量、锻件公差和敷料 、模锻斜度 、模锻件圆角半径 等。
①分模面
确定分模面位置原则：
a)要保证模锻件易于从模膛中取出，故通常分模面选择在模锻件最大截面上 。 b)所选定的分模面应能使模膛的深度最浅，这样有利于金属充满模膛，便于 锻件的取出和锻模的制造。 c)选定的分模面应能使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，这样在安装锻模 和生产中发现错模现象时，便于及时调整锻模位置。
适合于小型锻件的大批、大量生产。
模锻
模锻已广泛应用于飞机、机车、汽车、拖拉机 、军工、轴承等制造业中。
最常见的零件是齿轮、轴、连杆、杠杆、手柄 等，但模锻常限制在150kg以下的零件。
冷成形工艺（冷镦、冷锻）主要生产一些小型 制品或零件，如螺钉、钉子、铆钉、螺栓等，由 于锻模造价高，制造周期长，故模型锻造仅适用 于大批量生产。
自由锻造
锻件名称
典型锻件的锻造比
计算 锻造比 部位
锻件 名称
碳素钢轴类 最大
零件
截面
合金钢轴类 最大
零件
截面
热轧辊
辊身
2.0~2.5 2.5~3.0 2.5~3.0
冷轧辊
辊身 3.5~5.0
锤头
水轮机主 轴 水轮机立 柱 模块
计算 部位
锻造比
最大截面 ≥2.5
轴身
≥2.5
最大截面 ≥3.0 最大截面 ≥3.0
锻造设备：
中小型锻件所采用的主要是空气锤，空气锤的 吨位选择见下表或查锻造手册。
锤的吨位/kg 150 250 400
560
锻件质量/kg
6
10
26
40
自由锻造
⑸自由锻件结构技术特征 ①自由锻件上应避免锥体、曲线或曲线交接以及 椭圆形、工字形截面等结构
自由锻造
自由锻造
②自由锻件上应避免加强筋、凸台等结构。
自由锻造
锻后锻件的冷却：
锻件仍有较高的温度，冷却时由于 表面冷却快，内部冷的慢，锻件表里收 缩不一，可能使一些塑性较低的或大型 复杂锻件产生变形或开裂等缺陷。
自由锻造
锻件冷却方式常有下列3种：
1）直接在空气中冷却（空冷），此种多用于碳含 量小于0.5%的碳钢和碳含量小于0.3%的低合金钢 中小型锻件。 2）在炉灰或干砂中缓冷 对用于中碳钢、高碳钢和 大多数低合金钢中的中型锻件。 3）随炉缓冷 锻后随即将锻件放入500到700摄氏度 的炉中随炉缓冷，用于中碳钢和低合金钢的大型锻 件以及高合金钢的重要锻件。