材料成型基礎(chǔ)20120327

材料成型基礎(chǔ)周志斌2012.03.27第二節(jié)鍛件分類及鍛件圖設(shè)計(jì)模膛模鍛模膛制坯模膛拔長(zhǎng)模膛終鍛模膛預(yù)鍛模膛滾壓模膛彎曲模膛切斷模膛1.預(yù)鍛模膛預(yù)鍛模膛的作用是：使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，終鍛時(shí)，金屬容易充滿終鍛模膛。同時(shí)減少了終鍛模膛的磨損，以延長(zhǎng)鍛模的使用壽命。一、模鍛模膛預(yù)鍛模膛和終鍛模膛的區(qū)別：

預(yù)鍛模膛的圓角、斜度較大，沒有飛邊槽。

終鍛模膛的圓角、斜度較小，有飛邊槽。2.終鍛模膛終鍛模膛的作用是：是使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸，因此它的形狀應(yīng)和鍛件的形狀相同。

沿模膛四周有飛邊槽，用以增加金屬?gòu)哪Ｌ胖辛鞒龅淖枇?，促使金屬充滿模膛，同時(shí)容納多余的金屬。

終鍛后無法加工通孔而留下的一薄層金屬，稱為沖孔連皮。終鍛模膛的尺寸應(yīng)比鍛件尺寸放大一個(gè)收縮量。鋼件收縮量取1.5%

對(duì)形狀復(fù)雜的模鍛件,為使坯料形狀基本接近模鍛件形狀，使金屬能合理分布和很好地充滿模鍛模膛，就必須預(yù)先在制坯模鏜內(nèi)制坯，因而設(shè)制坯模膛。二、制坯模膛當(dāng)模鍛件沿軸向橫截面積相差較大時(shí)，常采用這種模膛進(jìn)行拔長(zhǎng)。拔長(zhǎng)模膛分為開式和閉式兩種.一般情況下，把它設(shè)置在鍛模的邊緣處。生產(chǎn)中進(jìn)行拔長(zhǎng)操作時(shí)。坯料除向前送進(jìn)外并需不斷翻轉(zhuǎn)。1、拔長(zhǎng)模膛——用來減小坯料某部分的橫截面積，以增加該部分的長(zhǎng)度。滾壓模膛分為開式和閉式兩種：當(dāng)模鍛件沿軸線的橫截面積相差不很大或?qū)Π伍L(zhǎng)后的毛坯作修整時(shí)，采用開式滾壓模膛。當(dāng)模鍛件的截面相差較大時(shí)，則應(yīng)采用閉式滾壓模膛。在坯料長(zhǎng)度基本不變的前提下用它來減小坯料某部分的橫截面積，以增大另一部分的橫截面積。2、滾壓模膛滾壓操作時(shí)需不斷翻轉(zhuǎn)坯料，但不作送進(jìn)運(yùn)動(dòng)。

對(duì)于彎曲的桿類模鍛件，需采用彎曲模膛來彎曲坯料。坯料可直接或先經(jīng)其它制坯工步后放入彎曲模膛進(jìn)行彎曲變形。彎曲后的坯料需翻轉(zhuǎn)90°再放入模鍛模膛中成形。單件鍛造時(shí)，用它從坯料上切下鍛件或從鍛件上切下鉗口；多件鍛造時(shí)，用它來分離成單個(gè)鍛件。3、彎曲模膛4、切斷模膛它是在上模與下模的角部組成的一對(duì)刃口，用來切斷金屬。根據(jù)模鍛件的復(fù)雜程度不同，所需變形的模膛數(shù)量不等，可將鍛模設(shè)計(jì)成單膛鍛模或多膛鍛模。單膛鍛模是在一副鍛模上只有終鍛模膛一個(gè)模膛。如齒輪坯模鍛件就可將截下的圓柱形坯料，直接放人單膛鍛模中一次終鍛成形。多膛鍛模是在一副鍛模上具有兩個(gè)以上模膛的鍛模。如彎曲連桿模鍛件的鍛模即為多膛鍛模。彎曲連桿多模膛模鍛過程鍛件圖的設(shè)計(jì)1)選擇模鍛件的分模面

分模面是指上下鍛模在模鍛件上的分界面。它在鍛件上的位置是否合適，關(guān)系到鍛件成形、鍛件出模、材料利用率及鍛模加工等一系列問題。選定分模面的原則是：(1)

應(yīng)保證模鍛件能從模膛中取出來。如圖7-8所示輪形件，把分模面選定在a－a面時(shí)，已成形的模鍛件就無法取出。一般情況，分模面應(yīng)選在模鍛件的最大截面處。(2)

按選定的分模面制成鍛模后，應(yīng)使上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致，以便在安裝鍛模和生產(chǎn)中容易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)模現(xiàn)象，及時(shí)而方便地調(diào)整鍛模位置。圖7-8中的c－c面被選定為分模面，就不符合此原則。(3)分模面應(yīng)選在能使模膛深度最淺的位置上。

這樣有利于金屬充滿模膛，便于取件，并有利于鍛模的制造。圖7－8中的b-b面，就不適合作分模面。(4)選定的分模面應(yīng)使零件上所加的敷料最少。圖7－8中的b-b面被選作分模面時(shí)，零件中間的孔不能鍛出來，孔部金屬都是敷料，既浪費(fèi)金屬，又增加了切削加工的工作量。所以該面不宜作分模面。(5)分模面最好是一個(gè)平面，以便于鍛模的制造，并防止鍛造過程中上下鍛模錯(cuò)動(dòng)。按上述原則綜合分析，圖7-8中的d-d面是最合理的分模面。敷料為了簡(jiǎn)化零件形狀、便于鍛造而增加的一部分金屬稱為敷料(也稱為余塊)。如消除零件上的鍵槽、窄環(huán)形溝槽、齒谷或尺寸相差不大的臺(tái)階結(jié)構(gòu)而增加的金屬均屬敷料。機(jī)械加工余量

零件的加工表面上為機(jī)械加工而增加的一層金屬。鍛件公差

鍛件的實(shí)際尺寸與名義尺寸之間所允許的偏差，稱為鍛件公差。2)確定敷料、機(jī)械加工余量和尺寸公差機(jī)械加工余量一般為：

1~4mm鍛造公差一般?。?/p>

±0.3～3mm尺寸余量和公差的影響因素：

1）鍛件重量和輪廓尺寸；

2）鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)S，即：式中ρ—鍛件材質(zhì)密度，g/cm圓形鍛件的外廓包容體體積：圓形鍛件的外廓包容體重量：級(jí)別代號(hào)形狀復(fù)雜系數(shù)值形狀復(fù)雜程度ⅠS10.63～1簡(jiǎn)單ⅡS20.32～0.63一般ⅢS30.16～0.32比較復(fù)雜ⅣS4≤0.16復(fù)雜鍛件形狀復(fù)雜程度等級(jí)非圓形鍛件的外廓包容體重量和體積

3）

鍛件材質(zhì)系數(shù)（可鍛性）

—材料鍛造難易程度，分為兩級(jí)：

分為普通,精密兩級(jí)。精密級(jí)公差適用于精密鍛件。M1級(jí)指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.65％的碳或合金元素總量小于3.0％的合金鋼。M2級(jí)指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于或大于0.65％的碳鋼

或合金元素總量等于或大于3.0％的合金鋼。4）鍛件精度等級(jí)

5）加熱條件

主要影響收縮量和表層氧化。

為什么要全面綜合考慮上述因素來確定加工余量和鍛件公差呢？

這是因?yàn)椋?/p>

一是國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品精度要求越來越高；

二是企業(yè)為了降低原材料消耗和加工成本。鍛件的各種尺寸和余量公差見（GB/T-12362-1990）

三、模鍛斜度（GB/T-12361-1990）鍛件出模受力分析

F取=－（FTcosα－Fsinα）

=－F（μcosα－sinα）模鍛斜度值依模膛深寬比（H/B）選用3o、5o、7o、10o、12o、15o

等標(biāo)準(zhǔn)值，便于選用標(biāo)準(zhǔn)銑刀加工。

上、下模模膛的模鍛斜度應(yīng)相互銜接和匹配，即加上匹配斜度，如圖所示。

四、鍛模圓角半徑（GB/T-12361-1990

）

鍛模圓角半徑與B/H有關(guān)。H大，鍛模圓角半徑也應(yīng)增大。鍛件凸角處的最小半徑r

=余量+零件的倒角值；

按銑刀標(biāo)準(zhǔn)值選?。?.0、1.5、2.0、2.5、3.0、

4.0、5.0等．模鍛件的圓角半徑圓角半徑過小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)開裂圓角半徑與質(zhì)量關(guān)系

圓角半徑對(duì)金屬纖維的影響

折迭與圓角半徑的關(guān)系模鍛前情況

b)模鍛中間情況

c)模鍛最后情況五、沖孔連皮

對(duì)于d＜25mm的加工孔，不予鍛制。對(duì)于d＞25mm的加工孔，先鍛制盲孔，用沖孔連皮隔離上下凸頭。沖孔連皮按鍛孔直徑大小分為平底連皮、斜底連皮#帶倉(cāng)連皮和拱底連皮四類。平底連皮斜底連皮帶倉(cāng)連皮連皮！飛邊拱底連皮1、平底連皮

適于d＜2.5h或

25mm<d＜60mm

的孔。

連皮厚度s按圖確定或計(jì)算，即2、斜底連皮

斜底連皮適用于：

d＞2.5h或d＞60mm

3、帶倉(cāng)連皮

終鍛模膛中采用。厚度s和寬度b，按飛邊槽橋口值h,b確定。4、拱底連皮

用于鍛造大孔，孔高小。連皮增加金屬消耗?？煽紤]用連皮形成小件，即采用合鍛，一次得到大小兩件。

鍛件圖(冷鍛件圖)是在零件圖上畫出加工余量、余塊、模鍛斜度、鍛模圓角、沖孔連皮或其它工藝參數(shù)。鍛件外形用粗實(shí)線。零件外形用雙點(diǎn)劃線。

公稱尺寸與公差標(biāo)注在尺寸線上面，零件尺寸標(biāo)注在括號(hào)內(nèi)。七、模鍛件技術(shù)條件（書寫在圖面上）

1）未注明的模鍛斜度和圓角半徑；

2）允許錯(cuò)移量和殘余飛邊的寬度；

3）允許的表面缺陷深度；

4）鍛后熱處理方法及硬度要求；

5）表面清理方法；

6）金相組織和力學(xué)性能試驗(yàn)在鍛件上的取樣位置；

7）其它特殊要求，如直線度、平面度、重量精度等。第三節(jié)鍛模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)繪制熱鍛件圖校正模設(shè)計(jì)終鍛模膛設(shè)計(jì)預(yù)鍛模膛設(shè)計(jì)飛邊槽設(shè)計(jì)鉗口設(shè)計(jì)鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)切邊模設(shè)計(jì)制坯模膛設(shè)計(jì)確定模鍛工序編制工藝流程（一）模鍛工藝方案的選擇原則：技術(shù)可行性；經(jīng)濟(jì)合理性。模鍛工步(工藝流程圖)：先備料、制坯，后預(yù)鍛和終鍛，最終熱處理、校正、清理和檢驗(yàn)。備料加熱制坯加熱模鍛切邊沖切孔內(nèi)連皮熱處理表面清理最終檢驗(yàn)冷精壓冷校正工序間檢驗(yàn)清除氧化皮去毛刺熱校正一、模鍛工藝過程的制定工藝流程圖模鍛工藝與鍛模設(shè)計(jì)內(nèi)容：

1、產(chǎn)品工藝分析；

2、繪制模鍛件圖

(冷鍛件圖)；

3、確定模鍛工序；

4、編制工藝流程；

5、填寫工藝卡；

6、鍛模設(shè)計(jì)（據(jù)熱鍛件圖）。二、模鍛方法單件模鍛：一個(gè)坯料鍛一件，一般用于較大鍛件的鍛造。調(diào)頭模鍛：鍛制鍛件重2～3kg，長(zhǎng)度<350mm。一模多件：一鍛模內(nèi)一次2~3鍛件，重量<0.5kg、長(zhǎng)度<80mm

一模多件調(diào)頭模鍛多件合鍛（二）模鍛模膛設(shè)計(jì)

1、模膛尺寸計(jì)算熱鍛件圖依據(jù)冷鍛件圖繪制。熱鍛件圖上尺寸比冷鍛件圖中尺寸加大一個(gè)收縮率，即

一、終鍛模膛設(shè)計(jì)式中：δ—終鍛溫度下的合金收縮率。鋼為1.2％～1.5％。從分模面起始標(biāo)注模膛高度尺寸。終鍛預(yù)鍛模2、飛邊槽設(shè)計(jì)

開式模鍛中的終鍛模膛由模膛本部和飛邊槽兩部分組成。一般只有終鍛模膛設(shè)計(jì)有飛邊槽。但對(duì)于一些復(fù)雜鍛件，預(yù)鍛模膛也采用飛邊槽。

1）

飛邊槽作用Ⅰ

產(chǎn)生足夠大的橫向阻力，促使模膛充滿。熱模鍛壓力機(jī)上模膛內(nèi)橫向阻力不太大。Ⅱ

容納坯料上的多余金屬，起補(bǔ)償與調(diào)節(jié)作用。Ⅲ

對(duì)錘類設(shè)備還有緩沖作用。

模鍛過程示意

a）鐓粗b）形成飛邊c）充滿模膛d）打靠合模2）飛邊槽結(jié)構(gòu)形式與尺寸3）鉗口設(shè)計(jì)主要為終鍛模膛和預(yù)鍛模膛沿分模面上下局部加工裝配成的特制凹腔，作為鉗夾操作空間。三種：

形式Ⅰ—飛邊在上模膛內(nèi)聚集，常用。形式Ⅱ—橋部在下模膛內(nèi)。形式Ⅲ—用于形狀復(fù)雜件。二、預(yù)鍛模膛設(shè)計(jì)（參照終鍛模膛尺寸相應(yīng)增、減）

1、模膛的寬與高

預(yù)鍛模膛的高度應(yīng)比終鍛模膛大2～5mm，寬度應(yīng)小

1～2mm。一般不設(shè)飛邊槽。

2、模鍛斜度

預(yù)鍛、終鍛模膛的斜度相同。

3、圓角半徑：比終鍛模膛大一個(gè)系數(shù)c

（C=2～5mm;模深大，取上限）

即

例如對(duì)帶工字形斷面的鍛件，如各種連桿鍛件，根據(jù)肋的相對(duì)高度來設(shè)計(jì)預(yù)鍛模膛。如右圖：當(dāng)h＜2b

時(shí)，B’=B－（2～3）mm;

當(dāng)h≥2b

時(shí)，B’=B－（1～2）mm。

（三）制坯工步的選擇

制坯工步是從坯料到預(yù)鍛或直接終鍛間的變形工步。通過制坯使坯料變成易于終鍛成形的毛坯。包括鐓粗、拔長(zhǎng)、卡壓、滾擠、彎曲和扭轉(zhuǎn)等一、圓餅類鍛件

采用鐓粗制坯或成形鐓粗制坯。輪轂較矮毛坯尺寸滿足：

D1＞D鐓＞D2輪轂較高毛坯尺寸滿足：（D1＋D2）/2＞D鐓＞D2輪轂高，凸緣大有內(nèi)孔，采用成形鐓粗毛坯尺寸滿足：H’1＞H1，D’1≤D1，d’≤d二、長(zhǎng)軸類鍛件1、長(zhǎng)軸類鍛件的制坯工步

主要采用拔長(zhǎng)(或輥鍛)、滾擠、彎曲、卡壓、局部成形等制坯工步。后再經(jīng)過預(yù)鍛和終鍛等工步成形。

1)直長(zhǎng)軸線形

用拔長(zhǎng)、滾擠、卡壓或輥鍛工步等制成中間毛坯。

技術(shù)要點(diǎn)：

中間毛坯長(zhǎng)度=終鍛模膛長(zhǎng)度；沿軸線毛坯的每一橫截面積＝相應(yīng)處鍛件截面積＋飛邊截面積。輥鍛2）彎曲軸線形圖中為汽車前梁，是一個(gè)彎曲鍛件。

除了輥鍛或拔長(zhǎng)、滾擠、卡壓等制坯工步外，還必須加一道彎曲工步才能得到彎曲軸線。后再經(jīng)過預(yù)鍛和終鍛等工步成形。輥鍛彎曲預(yù)鍛終鍛這是一個(gè)彎曲手柄的制坯工步帶枝芽形

增加成形工步或非對(duì)稱滾擠工步，充滿枝芽模膛。

4)叉形件

需增加預(yù)鍛劈叉工步，形成叉形部分。2、長(zhǎng)軸類鍛件坯料尺寸的計(jì)算（這是一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容）

1）計(jì)算毛坯圖

(1)

依據(jù)假定長(zhǎng)軸類鍛件在模鍛時(shí)為平面應(yīng)變狀態(tài)，計(jì)算毛坯的長(zhǎng)度與鍛件長(zhǎng)度相等。則：軸向各橫截面積A計(jì)=相應(yīng)處鍛件橫截面積A鍛

+飛邊橫截面積A飛，即：

式中η——充滿系數(shù)。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的鍛件取0.3～0.5；

對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的鍛件復(fù)雜的取0.5～0.8。

（2）“計(jì)算毛坯”的作圖步驟：

Ⅰ

繪制冷鍛件圖；

Ⅱ

在鍛件圖上選取若干具有代表性的截面，分別計(jì)算出A計(jì)；

Ⅲ

求出各相關(guān)截面的折算高度h計(jì)

，即用縮尺比M除以A計(jì)，得：（通常取M=3～5mm2/mm）Ⅳ將折算高度h計(jì)

等比例沿軸向畫出鍛件截面積分布圖。

（3）計(jì)算毛坯直徑圖

計(jì)算毛坯圖（中圖）上每一折算高度h計(jì)表示該軸類鍛件相關(guān)處的截面積?？梢詫⑶€下的整個(gè)面積看成是計(jì)算毛坯的體積。即V計(jì)

=MA計(jì)

由此，計(jì)算毛坯上任一處的直徑

d計(jì)為：

右圖為完整的計(jì)算毛坯圖,包括鍛件圖、截面圖和直徑圖。(1)平均截面積與平均直徑

(2)確定計(jì)算毛坯的頭部和桿部

2)坯料規(guī)格尺寸計(jì)算

長(zhǎng)軸類鍛件的平均截面積與