金屬塑性成形(模鍛)

第二章金屬塑性成形§2.1金屬的塑性變形基礎(chǔ)§2.2自由鍛§2.3模鍛§2.4板料沖壓§2.5其它塑性成形方法§2.6常用塑性成形方法的選擇2023/12/231第二章金屬塑性成形§2.3模鍛一、錘上模鍛的工藝特點(diǎn)

二、錘上模鍛的鍛模結(jié)構(gòu)

三、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定

四、錘上模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性

五、其它模鍛方法

§3模鍛2023/12/232模鍛：在高強(qiáng)度鍛模上預(yù)先制出與零件形狀一致的模膛，鍛造時(shí)使金屬坯在模膛內(nèi)受壓產(chǎn)生塑性變形

，獲得所需形狀、尺寸、以及內(nèi)部質(zhì)量鍛件的加工方法。在變形過程中由于模膛對(duì)金屬坯料流動(dòng)的限制，鍛造終了時(shí)可獲得與模膛形狀相符的模鍛件。§3模鍛2023/12/2332023/12/2342023/12/235模鍛特點(diǎn)〔與自由鍛相比〕：

(1)生產(chǎn)效率較高。

(2)能鍛造形狀復(fù)雜的鍛件。(3)模鍛件精確，表面質(zhì)量較好，加工余量小。

(4)節(jié)省金屬材料，減少切削加工量。

(5)模鍛操作簡單，勞動(dòng)強(qiáng)度低。模鍛分類:錘上模鍛、壓力機(jī)上模鍛、胎模鍛等?！?模鍛2023/12/236一、錘上模鍛的特點(diǎn)與鍛模結(jié)構(gòu)

將上模固定在錘頭上，下模緊固在模墊上，通過隨錘頭作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的上模，對(duì)置于下模中的金屬坯料施以直接鍛擊，來獲取鍛件的鍛造方法。

錘上模鍛的工藝特點(diǎn)：（1）鍛件是在沖擊力作用下，經(jīng)過多次連續(xù)錘擊在模膛中逐步成形的，且因慣性力的作用，金屬沿高度方向的流動(dòng)和充填能力較強(qiáng)。（2）錘頭的上下行程、打擊速度均可調(diào)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)輕重緩急不同的打擊，因而可進(jìn)行制坯工作。§3模鍛2023/12/237一、錘上模鍛的特點(diǎn)與鍛模結(jié)構(gòu)

錘上模鍛的工藝特點(diǎn)是：（3）錘上模鍛的適應(yīng)性廣，可生產(chǎn)多種類型的鍛件，可以單膛模鍛，也可以多膛模鍛。

由于錘上模鍛打擊速度較快，對(duì)變形速度較敏感的低塑性材料（如鎂合金等），進(jìn)行錘上模鍛不如在壓力機(jī)上模鍛的效果好。模鍛錘錘頭的導(dǎo)向精度不高，行程不固定，鍛件出模無頂出裝置，模鍛斜度大，錘上模鍛件的尺寸精度不如壓力機(jī)模鍛件§3模鍛2023/12/2381、錘頭2、上模3、飛邊槽4、下模5、模墊6、楔鐵7、楔鐵8、分模面9、模膛10、楔鐵一、錘上模鍛的特點(diǎn)與鍛模結(jié)構(gòu)鍛模結(jié)構(gòu)：§3模鍛2023/12/239一、錘上模鍛的特點(diǎn)與鍛模結(jié)構(gòu)

根據(jù)模膛功能不同，模膛可分為制坯模膛和模鍛模膛（一）制坯模膛對(duì)于形狀復(fù)雜的模鍛件，為了使坯料基本接近模鍛件的形狀，以便模鍛時(shí)金屬能合理分布，并很好地充滿模膛，必須預(yù)先在制坯模膛內(nèi)制坯。制坯模膛有以下幾種：1．拔長模膛減小坯料某部分的橫截面積，以增加其長度〔圖2-19〕?！?模鍛2023/12/2310一、錘上模鍛的特點(diǎn)與鍛模結(jié)構(gòu)（一）制坯模膛1．拔長模膛§3模鍛2023/12/2311一、錘上模鍛的特點(diǎn)與鍛模結(jié)構(gòu)（一）制坯模膛

2．滾擠模膛

減小坯料局部橫截面積，增大另一部分的橫截面積。以使金屬坯料能夠按模鍛件的形狀分布。分為：開式；閉式

§3模鍛2023/12/2312一、錘上模鍛的特點(diǎn)與鍛模結(jié)構(gòu)（一）制坯模膛3．彎曲模膛

使坯料彎曲§3模鍛2023/12/2313一、錘上模鍛的特點(diǎn)與鍛模結(jié)構(gòu)（二）模鍛模膛[預(yù)鍛模膛和終鍛模膛]1．預(yù)鍛模膛

對(duì)復(fù)雜鍛件，常采用預(yù)鍛工步，使坯料先變形到接近鍛件的外形與尺寸，以合理分配坯料各部分的體積，并有利于金屬的流動(dòng)，易于充滿模膛，同時(shí)可減小對(duì)終鍛模膛的磨損，延長鍛模的壽命。預(yù)鍛模膛的圓角和模鍛斜度較大，高度較大，一般不設(shè)飛邊槽。只有當(dāng)鍛件形狀復(fù)雜、成形困難，且批量較大的情況下，設(shè)置預(yù)鍛模膛才是合理的?！?模鍛2023/12/2314一、錘上模鍛的特點(diǎn)與鍛模結(jié)構(gòu)（二）模鍛模膛

所有模鍛件都要使用終鍛模膛，預(yù)鍛模膛則要根據(jù)實(shí)際情況決定是否采用。2．終鍛模膛使金屬坯料最終變形到所要求的形狀與尺寸。鍛件冷卻后尺寸會(huì)縮減，所以終鍛模膛的尺寸應(yīng)比實(shí)際鍛件尺寸放大一個(gè)收縮量，對(duì)于鋼鍛件收縮量可取1.5%。§3模鍛2023/12/2315一、錘上模鍛的特點(diǎn)與鍛模結(jié)構(gòu)沿終鍛模膛的四周需要設(shè)置飛邊槽。鍛造時(shí)部分金屬先壓入飛邊槽內(nèi)形成毛邊，毛邊薄最先冷卻，阻礙金屬從模膛中流出，并起到緩沖作用，減弱對(duì)上下模的打擊，防止鍛模開裂。飛邊在鍛后壓力機(jī)上切邊模去除2023/12/2316一、錘上模鍛的特點(diǎn)與鍛模結(jié)構(gòu)（二）模鍛模膛

2．終鍛模膛§3模鍛帶有飛邊槽與沖孔連皮的模鍛件2023/12/2317一、錘上模鍛的特點(diǎn)與鍛模結(jié)構(gòu)（二）模鍛模膛

3．切斷模膛§3模鍛2023/12/2318彎曲連桿的鍛造過程§3模鍛2023/12/2319二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定

主要包括：繪制鍛件圖；確定模鍛基本變形工序；計(jì)算坯料尺寸；選擇模鍛設(shè)備；確定鍛造溫度；確定鍛后工序等。（一）繪制鍛件圖1、分模面2、加工余量和鍛造公差3、模鍛斜度4、模鍛圓角半徑5、沖孔連皮§3模鍛2023/12/2320二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定

（一）繪制鍛件圖1、分模面§3模鍛2023/12/23212023/12/2322二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定

（一）繪制鍛件圖1、分模面§3模鍛選擇原則：1）基本原則是要保證模鍛件能從模膛中順利取出；通常選擇在模鍛件最大水平投影尺寸的截面上。2）應(yīng)盡量選在能使模膛深度最淺的位置上，以便金屬容易充滿模膛，并有利于鍛模制造。3）應(yīng)盡量使上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致，以便在鍛模安裝及鍛造中容易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象，及時(shí)予以調(diào)整，保證鍛件質(zhì)量。4）盡量采用平面，并使上下鍛模的模膛深度基本一致，以便均勻充型，并有利于鍛模制造。5）使鍛模件上的敷料最少，鍛件形狀盡可能與零件形狀一致，以降低材料消耗，并減少切削加工工作量。2023/12/2323二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定

（一）繪制鍛件圖2、加工余量和鍛造公差§3模鍛模鍛件是在鍛模模膛內(nèi)成形的，因此其尺寸較精確，加工余量、公差和敷料均比自由鍛件小得多。模鍛件的加工余量和鍛造公差與工件形狀尺寸，精度要求等因素有關(guān)。一般單邊余量為1~5mm，公差為0.4~3.5mm。具體根據(jù)國標(biāo)。2023/12/2324二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定

（一）繪制鍛件圖3、模鍛斜度§3模鍛為便于鍛件從模膛中取出，在垂直于分模面的鍛件表面（側(cè)壁）必須有一定的斜度，稱為模鍛斜度。2023/12/2325二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定

（一）繪制鍛件圖3、模鍛斜度§3模鍛模鍛斜度和模鍛深度有關(guān)，通常模膛深度與寬度的比值（h/b）較大時(shí)，模鍛斜度取較大值。對(duì)于錘上模鍛，鍛件外壁的斜度常取7o,特殊情況下可取5o和10o。內(nèi)壁（出模困難）一般比外壁大2o~5o，常取10o，特殊情況下可取7o、12o和15o。2023/12/2326二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定

（一）繪制鍛件圖4、模鍛圓角半徑§3模鍛為了便于金屬在模膛內(nèi)流動(dòng)，提高鍛模強(qiáng)度，避免鍛模內(nèi)尖角處產(chǎn)生裂紋，減緩鍛模外尖角處的磨損，提高鍛模使用壽命，模鍛件上所有平面的交界處需作成圓角。2023/12/2327二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定

（一）繪制鍛件圖5、沖孔連皮§3模鍛具有通孔的零件，錘上模鍛時(shí)不能直接鍛出通孔，孔內(nèi)還留有一定厚度的金屬層，成為沖孔連皮。作用：減輕鍛模的剛性接觸，起緩沖作用，避免鍛模損壞。沖孔連皮需在切邊時(shí)沖掉或在機(jī)加工時(shí)切除。2023/12/2328二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定

（一）繪制鍛件圖5、沖孔連皮沖孔連皮§3模鍛2023/12/2329二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定

（一）繪制鍛件圖§3模鍛

2023/12/2330二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定(二)坯料質(zhì)量與尺寸的確定坯料質(zhì)量：G坯料=G鍛件+G燒損+G料頭式中：G坯料—坯料質(zhì)量，單位為kg；

G鍛件—鍛件質(zhì)量，單位為kg；

G燒損—單位為kg；（1～3%）

G料頭—被沖掉的部分，單位為kg；坯料尺寸：根據(jù)體積不變?cè)瓌t和鍛造比、高度與直徑之比等計(jì)算出坯料橫截面積、直徑或邊長等?！?模鍛2023/12/2331二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定(二)確定鍛模基本變形工序

§3模鍛模鍛基本變形工序主要根據(jù)鍛件的形狀與尺寸來確定。根據(jù)已確定的工序即可設(shè)計(jì)出制坯模膛、預(yù)鍛模膛及終端模膛模鍛件按形狀可分為兩類：長軸類零件與盤類零件。2023/12/2332二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定(二)確定鍛?；咀冃喂ば?．長軸類模鍛件

基本工序

☉拔長

☉滾擠

☉彎曲

☉預(yù)鍛

☉終鍛

長軸類§3模鍛2023/12/2333二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定(二)確定鍛模基本變形工序

1．長軸類模鍛件

基本工序長軸類§3模鍛2023/12/2334二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定(二)確定鍛?；咀冃喂ば颍?盤類模鍛件

基本工序☉鐓粗☉終鍛

盤套類§3模鍛2023/12/2335二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定(三)計(jì)算坯料質(zhì)量與尺寸坯料質(zhì)量：G坯料=G鍛件+G燒損+G料頭式中：G坯料—坯料質(zhì)量，單位為kg；

G鍛件—鍛件質(zhì)量，單位為kg；

G燒損—單位為kg；（1～3%）

G料頭—被沖掉的部分，單位為kg；坯料尺寸：根據(jù)體積不變?cè)瓌t和鍛造比、高度與直徑之比等計(jì)算出坯料橫截面積、直徑或邊長等。§3模鍛2023/12/2336二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定(四)選擇模鍛設(shè)備根據(jù)模鍛件質(zhì)量選擇相應(yīng)的模鍛設(shè)備及其噸位（五）確定鍛造溫度與自由鍛生產(chǎn)相似：鍛造溫度范圍應(yīng)盡量寬，以減少鍛造火次，提高生產(chǎn)率。

始鍛溫度一般取固相線以下100～200℃，以保證金屬不發(fā)生過熱與過燒。

終鍛溫度一般高于金屬的再結(jié)晶溫度50～100℃，以保證鍛后再結(jié)晶完全，鍛件內(nèi)部得到細(xì)晶粒組織?！?模鍛2023/12/2337二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定(六)確定鍛后工序模成模鍛件后，還須經(jīng)過修整工序以保證質(zhì)量。包括以下內(nèi)容：（1）切邊與沖孔

飛邊及連皮須在壓力機(jī)上切除圖2-34

切邊模及沖孔模

a）切邊模

b）沖孔模

1—凸模

2—凹?！?模鍛2023/12/2338二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定(六)確定鍛后工序（2）校正

形狀復(fù)雜的鍛件在切邊沖孔后還應(yīng)該進(jìn)行校正。（3）熱處理

消除模鍛件的加工硬化組織，達(dá)到所需的力學(xué)性能。常用：正火或退火。（課本無）（4）清理

去除在生產(chǎn)中產(chǎn)生的氧化皮、沾油污及其它表面缺陷等?！?模鍛2023/12/2339二、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定(六)確定鍛后工序（5）精壓

對(duì)于要求尺寸精度高和表面粗糙度小的模鍛件，還應(yīng)在壓力機(jī)上進(jìn)行精壓。精壓分為平面精壓和體積精壓兩種。a)平面精壓

b)體積精壓§3模鍛2023/12/2340三、錘上模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性

設(shè)計(jì)模鍛零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)模鍛特點(diǎn)和工藝要求，使其結(jié)構(gòu)符合下列原則：1．應(yīng)具有合理的分模面，使金屬易于充滿模膛，鍛件易于從鍛模中取出，且敷料最少，鍛模易制造。2．合理的模鍛圓角與模鍛斜度，模鍛零件上，除與其它零件配合的表面外，均應(yīng)設(shè)計(jì)為非加工表面。模鍛件的非加工表面之間形成的角應(yīng)設(shè)計(jì)模鍛圓角，與分模面垂直的非加工表面，應(yīng)設(shè)計(jì)出模鍛斜度?！?模鍛2023/12/2341三、錘上模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性

3．零件外形應(yīng)力求簡單，平直、對(duì)稱，避免零件截面差別過大，或具有薄壁、高肋等不良結(jié)構(gòu)。圖2-36a零件的凸緣太薄、太高，中間下凹深，不易充型。圖2-36b零件過于扁薄，薄壁部分金屬模鍛時(shí)容易冷卻，不易鍛出，對(duì)保護(hù)設(shè)備和鍛模也不利。圖2-36c零件有一個(gè)高而薄的凸緣，使鍛模的制造和鍛件的取出都很困難。圖2-36d形狀則較易鍛造成形?！?模鍛2023/12/2342三、錘上模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性

3．零件的外形應(yīng)力求簡單，平直、對(duì)稱，避免零件截面間差別過大，或具有薄壁、高肋、等不良結(jié)構(gòu)?！?模鍛2023/12/2343三、錘上模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性4．盡量避免有深孔或多孔結(jié)構(gòu)。孔徑小于30mm或孔深大于直徑兩倍時(shí)，鍛造困難。如圖2-37所示齒輪零件，為保證纖維組織的連貫性以及更好的力學(xué)性能，常采用模鍛方法生產(chǎn)，但齒輪上的四個(gè)Φ20mm的孔不方便鍛造，只能采用