第二篇 金属塑性成形工艺

第八章 锻模设计

第一节 终锻模膛设计

一、热锻件图

热锻件图依据冷锻件图设计，热锻件图上的尺寸应比冷锻件图上的相应尺寸有所放大。理论上加放收缩率后的尺寸L按下式计算：

L l(1 %)

式中l——冷锻件尺寸；

——终锻温度下金属的收缩率，钢为1.2％～1.5％，不锈钢为1.5％～1.8％，铝合金、铜合金

为1％，镁合金、钛合金为0.8％。

二、飞边槽

开式模锻的终锻模膛周边需有飞边槽，其形式及尺寸大小是否合适，对锻件成形有很大影响。 1.开式模锻中金属流动过程分析

在模锻过程中，随着上、下模的闭合，一方面金属充填模膛；另一方面多余金属被挤出模膛，形成飞边。这个过程大致可分为四个阶段：

1)镦粗变形(图8-1a) 自坯料上端面同上模膛表面接触开始，坯料高度减小 1，径向尺寸增大，直至金属与模壁接触为止。所需变形力不大。

2)形成飞边(图8-1b) 第一阶段结束后，由于金属流动受到模壁阻碍，有助于流向模膛高度方向，同时开始流入飞边槽。当压下量达到 2时，出现少许飞边。此时所需变形力明显增大。

3)充满模膛(图8-1c) 在这一阶段中，随着飞边厚度变薄，宽度增大，温度下降，变形抗力明显上升，从而造成了更大的横向阻力，使金属流向飞边槽更加困难，促使整个模膛完全充满。

4)打靠合模(图8-1d) 在此阶段中，上、下模打靠，模膛中多余金属被挤入飞边槽，得到合格锻件。由于毛坯温度降低，飞边的横向阻力增大，为把多余金属挤入飞边槽所需锻击力也最大。模锻根据最大锻击力来选择模锻设备的吨位。通常，相应的压下量

4

2mm。

图8-1 模锻过程示意

a）镦粗 b）形成飞边

c）充满模膛 d）打靠合模

2.飞边槽的作用

1)造成足够大的横向阻力，促使模膛充满。 2)容纳坯料上的多余金属，起补偿与调节作用。 此外，对锤类设备还有缓冲作用。 3.飞边槽的结构形式及尺寸

图8-2 飞边槽的基本结构形式

如图8-2所示，飞边槽由桥部和仓部组成，其基本结构形式有三种：

形式I是使用最广泛的一种，其优点是桥部设在上模，这样可减少受热，不易磨损和压塌。 形式Ⅱ用于高度方向不对称的锻件。在锤上和摩擦压力机上模锻时，为了有利于充填成形和简化切边模的冲头形状，常把锻件形状复杂的部分置于上模。但切边时应把出模的锻件翻转180°，为此，只好把桥部设在下模。

形式Ⅲ适用于形状复杂和坯料体积难免偏大的锻件，以容纳更多的金属。

第二节 预锻模膛设计

一、预锻模膛的作用及选择

预锻模膛的作用有二：一是使制坯后的坯料进一步变形，以保证终锻时获得成形饱满、无折叠、裂纹或其它缺陷的优质锻件；二是有助于减少终锻模膛的磨损，提高使用寿命。生产批量大时，应采用预锻模膛。

二、预锻模膛的设计

预锻模膛是以终锻模膛或热锻件图为基础进行设计的，但两者间有所区别，一般具有如下设计要点：

1.模膛的宽与高

预锻模膛应尽可能做到经预锻后的毛坯在终锻时只以镦粗成形为主。据此，预锻模膛的高度应比终锻模膛大2～5mm，宽度应小1～2mm。另外，预锻模膛一般不设飞边槽，所以预锻模膛的横截面面积稍大于终锻模膛。两者的差别如图8-3所示。

图8-3 预锻形状与终锻形状的差别 图8-4 预锻与终锻的尺寸关系

2.模锻斜度

预锻模膛的斜度一般与终锻模膛相同。预锻模膛中依靠压入成形的部位，上以增大模锻斜度来解决成形困难问题。图8-4取h 0.8~0.9 h，若筋的高度比h/a较大，取小的系数，反之则取大的系数。筋宽取a a。不难看出，在宽度和模锻斜度均相等的条件下，则有c c。为了使终锻时筋部顺利成形，并考虑使预锻件筋部的横截面面积小于终锻的相应面积，则应适当加大底部的圆角半径

R 。

3.圆角半径

预锻模膛内的圆角半径应比终锻模膛的大，其目的是为了减小金属流动阻力，促进筋部预锻成形，同时尚可防止产生折迭。其凸圆角半径R 可按下式计算：

R R c 式中 R——终锻模膛相应部位上的圆角半径；

c——系数，终锻模膛深H＜10mm，c＝2，H＝20～25mm，c＝3，H＝25～50mm，c＝4，H＞

50mm，c＝5。

4.带枝芽的锻件

为了便于金属流入枝芽处，预锻模膛的枝芽形状可以简化，与枝芽连接处的圆角半径适当增大，必要时可在分模面上设阻尼沟，加大预锻时金属流向飞边槽的横向阻力，如图8-6所示。

8-6 带枝芽锻件的预锻模膛

5.叉形锻件

锻件叉间距离不大时，必须在预锻时使用劈料台。预锻时依靠劈料台把金属劈开挤向两侧，流入叉部模膛内。一般情况下用图8-7a形式，当叉部较窄时，可使用8-7b形式。有关尺寸按下式确定：

A 0.25B 8 A 30

h (0.4~0.7)H

10~45 ，当 45 时，建议采用图8-7b形式。

图8-7 劈料台

a）一般情况下 b）叉部较窄时

第三节 制坯工步的选择及制坯模膛设计

一、圆饼类锻件制坯工步的选择

1．轮毂较矮的锻件。为了防止轮毂和轮缘间过渡区产生折迭，镦粗后毛坯直径应满足D1 D镦 D2，如图8-10所示。

2．轮毂较高的锻件。为保证轮毂成形和防止折叠产生，镦粗后毛坯直径应满足(D1 D2)/2 D镦 D2，如图8-11所示。

图8-10 轮毂矮的锻件 图8-11 轮毂高的锻件

3．轮毂高且有内孔和突缘的锻件。为保证镦件充满型腔，并便于毛坯在终锻模膛中定位平稳，宜用成形镦粗。镦粗后的毛坯尺寸应满足：H1 H1,D1 D1，d d，如图8-12所示。

图8-12 轮毂高突缘大的锻件

a）锻件 b）毛坯

二、长轴类锻件制坯工步的选择

1．制坯工步的选择

长轴类锻件有直长轴线、弯曲轴线、带枝芽的和叉形件等四种。长轴类锻件的模锻工序由拔长、滚挤、弯曲、卡压、成形等制坯工步和预锻及终锻工步所组成。

1)直长轴线锻件，一般采用拔长、滚挤、卡压、成形等制坯工步。制坯后得到的中间毛坯，其长度应与终锻模膛的长度相等，沿锻件轴线的每一横截面积等于相应处锻件截面积与飞边截面积之和。 2)弯曲轴线锻件 除采用上述制坯工步外，还需增加一道弯曲工步(图8-13)

，使所得中间毛坯外

形接近终锻(或预锻)模膛分模面上的形状。

3)带枝芽的长轴锻件 所需制坯工步与前面的大致相同，但需增加一道成形工步(图8-14)或非对称滚挤工步，保证预锻时枝芽模膛得以充满。

4)叉形件 除采用直长轴线锻件的制坯工步外，一般还需预锻劈叉工步，来达到叉形部分的成形目的，如图8-15所示。

图8-13 弯曲轴线锻件的制坯工步 图8-14 带枝芽长轴锻件的制坯工步

图8-15 叉形件的制坯工步

2.计算毛坯

拔长、滚挤和卡压三种制坯工步通常用经验计算法即“计算毛坯”为依据来选择。

1)计算毛坯的依据和作法 假定长轴类锻件在模锻时为平面应变状态，因而计算毛坯的长度与锻件长度相等，而轴向各横截面积A计与锻件各相应处横截面积A锻和飞边横截面积之和相等，即： …… 此处隐藏：8339字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……