第十二章-壓力機(jī)模鍛工藝及模具設(shè)計(jì)課件

第十二章

壓力機(jī)模鍛工藝及模具設(shè)計(jì)熱模鍛壓力機(jī)模鍛工藝及模具設(shè)計(jì)摩擦壓力機(jī)模鍛藝及模具設(shè)計(jì)平鍛機(jī)上模鍛工藝及模具設(shè)計(jì)返回第一節(jié)熱模鍛壓力機(jī)模鍛工藝及模具設(shè)計(jì)一、熱模鍛壓力機(jī)上模鍛的工藝特點(diǎn)1.熱模鍛壓力機(jī)滑塊行程一定，速度慢，不能實(shí)現(xiàn)逐步變形，易形成很大的飛邊，型腔深處充不滿。對(duì)于形狀復(fù)雜鍛件，必須經(jīng)過(guò)制坯工步。2.

在熱模鍛壓力機(jī)上采用拔長(zhǎng)、滾擠時(shí)需要在其它設(shè)備上進(jìn)行。3.為了獲得精度高的鍛件，采用電加熱或少、無(wú)氧化加熱，或者有效清除氧化皮。4.熱模鍛壓力機(jī)導(dǎo)向精度高，能鍛出精度高的鍛件。型腔采用鑲塊制作的，更換方便，節(jié)約模具鋼。5.熱模鍛壓力機(jī)上模鍛時(shí)，坯料表面的氧化皮不易去除。圖１２１熱模鍛壓力機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖１—電動(dòng)機(jī)２—小帶輪３—大帶輪４—中間軸５—小齒輪６—大齒輪７—摩擦離合器８—曲柄９—連桿10—象鼻形滑塊11—楔形工作臺(tái)12—下頂桿13—斜楔14—下頂出機(jī)構(gòu)15—帶式制動(dòng)器16—凸輪二、鍛件的分類與鍛件圖的制訂（1）鍛件的分類根據(jù)模鍛工藝特點(diǎn)將鍛件分類（見(jiàn)表12－1）（2）鍛件圖的制訂確定鍛件圖的原則和內(nèi)容與錘上模鍛相同，不同點(diǎn)如下：1）熱模鍛壓力機(jī)有頂出裝置，鍛件能方便地從深型腔內(nèi)取出，分模面可以靈活地選擇。2）鍛件拔模斜度一般比錘上模鍛件小一級(jí)。外斜度為3°～7°,內(nèi)斜度為7°～10°，或視孔的相對(duì)深度而定。當(dāng)h＞0.75d時(shí)，采用兩級(jí)拔模斜度。圖12-2孔壁模鍛兩級(jí)斜度三、選擇設(shè)備噸位1、確定熱模鍛壓力機(jī)的噸位：根據(jù)鍛件的鍛造壓力F：F＝（6.4～7.3）A2、選擇壓力及噸位時(shí)需要注意：（1）熱模鍛壓力機(jī)的使用噸位最好不大于公稱噸位的80％，有利于防止過(guò)載，提高鍛件質(zhì)量，減少設(shè)備的修理量。（2）生產(chǎn)實(shí)踐表明，悶車往往在預(yù)鍛過(guò)程中發(fā)生，在選用設(shè)備噸位時(shí)應(yīng)予注意。。四、工步選擇1．第Ⅰ類鍛件的工步選擇，見(jiàn)表12-1（1）按外形復(fù)雜程度來(lái)選擇工步。（2）選擇原則與錘上模鍛相比不同點(diǎn)：常采用預(yù)鍛工步和擠壓工步。（3）常用的工步：鐓粗、擠壓、預(yù)鍛、終鍛。2．第Ⅱ類鍛件的工步選擇，選擇原則見(jiàn)表12-1。（1）斷面變化小的鍛件：終鍛或預(yù)鍛~終鍛。當(dāng)此鍛件寬度與毛坯直徑之比大于1.6～2時(shí)，應(yīng)增加壓扁工步。（2）對(duì)斷面有一定變化的鍛件：斷面變化不超過(guò)10％～15％時(shí)，采用壓肩~終鍛或壓肩~預(yù)鍛~終鍛。（3）對(duì)截面變化大的鍛件：采用其它設(shè)備制坯（輥鍛、平鍛、楔橫軋、空氣錘等）或采用成型毛坯。（4）對(duì)彎曲類鍛件，是否需要采用彎曲工步與錘上模鍛相同。在熱模鍛壓力機(jī)上模鍛質(zhì)量和尺寸較小的鍛件時(shí)，可以采用多件模鍛。圖12-3多件模鍛示例a）交錯(cuò)排列法b）一字排列法五、工步設(shè)計(jì)與坯料尺寸計(jì)算熱模鍛壓力機(jī)模鍛型腔的設(shè)計(jì)過(guò)程和方法：與錘鍛模基本相同。壓力機(jī)模鍛中較多使用預(yù)鍛工步，除了設(shè)計(jì)熱鍛件圖外，還要設(shè)計(jì)各工步的毛坯變形圖，通常稱為“工步圖”，用來(lái)制造各個(gè)型腔。這個(gè)過(guò)程稱為工步設(shè)計(jì)。以第Ⅰ類鍛件為例，概述工步設(shè)計(jì)的原則和過(guò)程。（1）終鍛工步設(shè)計(jì)：根據(jù)熱鍛件圖設(shè)計(jì)的。與錘上模鍛相似，不同之處有以下幾點(diǎn)：1）上下模充滿的難易程度差別不大，應(yīng)考慮鍛件的定位和取出方便。2）壓機(jī)在一次行程中充滿型腔，在型腔的深處，需設(shè)計(jì)排氣孔，孔徑約為1.2～2mm。3）壓機(jī)有頂桿裝置，頂桿與金屬接觸部分起型腔的作用。4）直徑小于26mm的孔，一般不沖出。需沖孔時(shí)，連皮厚度通常取S=6～8mm。5）飛邊槽的型式與錘上模鍛相似，不同之處在于倉(cāng)部是開(kāi)通的。如圖12－4圖12-4飛邊槽的形式a）用于形狀較復(fù)雜鍛件

b）用于形狀較簡(jiǎn)單鍛件（2）預(yù)鍛工步設(shè)計(jì)：預(yù)鍛工步設(shè)計(jì)原則與錘上模鍛相似。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮以下幾點(diǎn)：1）預(yù)鍛工步圖的高度尺寸相應(yīng)要比終鍛大2～5mm，寬度尺寸比終鍛要小0.5～1mm，對(duì)高筋和凸出部分，取較大差值。2）預(yù)鍛工步的體積要比終鍛工步略大，金屬應(yīng)合理地分配，避免終鍛時(shí)產(chǎn)生摺紋。對(duì)于沖孔件，當(dāng)孔徑不大時(shí)，如圖12-5a所示。當(dāng)孔徑較大時(shí)，如圖12-5b所示。圖12-5預(yù)鍛沖孔a）孔徑不大時(shí)b）孔徑較大時(shí)3）在預(yù)鍛工步圖中，某些部位的形狀尺寸與終鍛工步應(yīng)基本吻合，以便在終鍛時(shí)更好地定位和防止形成摺紋。以齒輪為例：圖12-6幾種預(yù)鍛工步的錯(cuò)誤設(shè)計(jì)方法ａ）終鍛工步圖ｂ）預(yù)鍛工步圖的下部和終鍛不吻合ｃ）預(yù)鍛工步圖的輪緣內(nèi)徑過(guò)大（3）鐓粗工步設(shè)計(jì)，其鐓粗形式如下：1）封閉式鐓粗(如圖12－7)：在型腔內(nèi)鐓粗。坯料經(jīng)封閉式鐓粗，更接近于預(yù)鍛（或終鍛）工步圖，從而改善金屬在預(yù)鍛（或終鍛）型腔中的流動(dòng)。但氧化皮不易清除。要求模鍛前加熱質(zhì)量高或事先清除氧化皮。

圖12－7封閉式毛坯型腔2）開(kāi)啟式鐓粗：在兩個(gè)平面內(nèi)進(jìn)行鐓粗，為便于在預(yù)鍛時(shí)定位，在鐓粗平面上做成一定的凹槽。（如圖12－8所示）能清除坯料側(cè)面的氧化皮。一般多采用開(kāi)啟式鐓粗。圖12－8敞開(kāi)式毛坯模槽六、確定坯料尺寸與錘上模鍛相同（參照錘上模鍛）。

七、鍛模結(jié)構(gòu)（一）模架（夾持器）模架：是通用的，由上下模板﹑導(dǎo)柱﹑導(dǎo)套、頂出裝置、以及安裝（緊固）調(diào)整鑲塊用的零件等組成。有兩種模架形式：壓板式模架（圖12-9）鍵式模架（圖12-10）（1）壓板式模架：采用斜面壓板來(lái)壓緊鑲塊。特點(diǎn)：鑲塊緊固鋼性大，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但通用性小，鑲塊拆裝困難，不能翻新。圖12-9為三型腔、矩形鑲塊、斜面壓板式熱模鍛壓力機(jī)模架。圖12-9三型腔矩形鑲塊模具結(jié)構(gòu)１—上模座２—下模座３—預(yù)鍛模鑲塊４—終鍛模鑲塊５—制坯模鑲塊６—楔形固定板７—螺栓2．鍵式模架（如圖12－10）通用性很高，一副模架可以適應(yīng)各種不同尺寸的鍛件及不同形狀（圓形或矩形）的鑲塊；鑲塊的裝拆和調(diào)整輕便，可以快速更換、翻新。但墊板和鍵等零件加工精度要求較高，鑲塊緊固的剛性較差。圖12-10四工位、二頂出器鍵式模架結(jié)構(gòu)１—鑲塊２—壓板３—中間墊板４—底層墊板５—偏頭鍵６—導(dǎo)向鍵７—螺釘（二）鑲塊1、矩形鑲塊：適用于任何形狀的鍛件，調(diào)整錯(cuò)移方便。2、圓形鑲塊：僅適用于鐓粗類鍛件，節(jié)省模具鋼、加工方便。圖12-11

鍵式模架用的鑲塊外形ａ）圓形鑲塊ｂ）矩形鑲塊圖12-12斜面壓板式模架用的鑲塊結(jié)構(gòu)形式ａ）矩形鑲塊ｂ）圓形鑲塊（三）頂出器(如圖12－13）1、鑲塊里一般都有單獨(dú)的頂出器，它在模架中的頂出裝置推動(dòng)下將鍛件頂出。2、頂出器的配置應(yīng)根據(jù)鍛件情況來(lái)決定。圖12－13鑲塊中頂出器的配置ａ）頂在飛邊上ｂ）頂在連皮上ｃ）采用兩個(gè)頂出器頂出ｄ）頂在鍛件本體上（四）排氣孔1、在終鍛型腔中應(yīng)開(kāi)有排氣孔。2、孔徑：一般φ1.2～φ2mm，孔深為20～30mm，與直徑為φ8～20mm的孔相連直至鑲塊底部。3、位置：在金屬最后充填的地方。第二節(jié)摩擦壓力機(jī)模鍛藝及模具設(shè)計(jì)一、摩擦壓力機(jī)模鍛工藝特點(diǎn)1.常采用單型腔模鍛，用其它設(shè)備（自由鍛錘、輥鍛機(jī)等）進(jìn)行制坯。在偏心載荷不大的情況下可以布置兩個(gè)型腔。如細(xì)長(zhǎng)桿鍛件兩預(yù)終鍛型腔中心線的距離應(yīng)小于壓下螺桿直徑的一半。2.摩擦壓力機(jī)行程不定及有頂出裝置，很適合于精密模鍛和長(zhǎng)桿類的鐓鍛。3．摩擦壓力機(jī)速度較慢，略帶沖擊性，金屬變形經(jīng)常要在二、三次打擊中完成。二、設(shè)備噸位的選擇根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，摩擦壓力機(jī)噸位選擇可按下式確定：F=（1.75～2.8）K·A總

三、終鍛型腔和預(yù)鍛型腔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法與錘上模鍛的相同。但需要注意：摩擦壓力機(jī)不宜承受偏心載荷。在一個(gè)模塊上同時(shí)布置預(yù)鍛和終鍛型腔時(shí)，兩型腔壓力中心距離應(yīng)小于摩擦壓力機(jī)壓下螺桿直徑的二分之一，且終鍛型腔和預(yù)鍛型腔的壓力中心距螺桿的中心分別為兩型腔間距的三分之一和三分之二。四、鍛件的制坯1、摩擦壓力機(jī)上模鍛用的毛坯，其制坯工步多數(shù)在其它設(shè)備上進(jìn)行。2、在自由鍛錘上制坯可分以下兩種：（1）采用胎模鍛方法制坯；（2）采用空氣錘固定型砧的方法制坯。型砧結(jié)構(gòu)，如圖12-17。在型砧上可進(jìn)行拔長(zhǎng)、滾擠、鐓粗、打扁、壓肩、沖擠、切斷、倒角等工步。圖12-17五、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1．模具結(jié)構(gòu)型式的選擇整體式鍛模結(jié)構(gòu)：如圖12-18，與錘上鍛模相同，用整體式鍛模結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)步驟和方法也參考錘上模鍛。組合式鍛模（或鑲塊鍛模）：如圖12-19，圖12-20圖12-18整體式模鍛組合式鍛?；蜩倝K鍛模結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)模具零件的標(biāo)準(zhǔn)化，中小批量的生產(chǎn)多用此種形式。圖12-19鑲塊式鍛模圖12-20用楔緊固模塊摩擦壓力機(jī)上模鍛，上下模的導(dǎo)向方式見(jiàn)圖12－21、圖12-22。圖12－21用導(dǎo)銷導(dǎo)向圖12-22凸凹模導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)型式ａ）圓柱面導(dǎo)向ｂ）圓錐面導(dǎo)向ｃ）喇叭形導(dǎo)向2．模塊與模座的設(shè)計(jì)模塊尺寸：根據(jù)鍛件尺寸而定，盡可能標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。模塊結(jié)構(gòu)形式：圓形模塊：用于圓形鍛件或長(zhǎng)度較小的小型鍛件；矩形模塊：用于長(zhǎng)桿類鍛件；固定方法：用壓板將模塊緊固在模座上。結(jié)構(gòu)型式：與大中型沖壓模結(jié)構(gòu)相同。六、摩擦壓力機(jī)上精密模鍛精密模鍛及工藝特點(diǎn)1）能節(jié)約大量的機(jī)械加工工時(shí)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和材料利用率，大大降低零件成本。2）產(chǎn)品壽命高，力學(xué)性能優(yōu)越。3）可生產(chǎn)復(fù)雜形狀的零件。4）對(duì)毛坯要求嚴(yán)格。5）對(duì)毛坯加熱質(zhì)量要求高。行星齒輪精鍛實(shí)例：零件名稱：行星齒輪，材質(zhì)：18CrMnTi，質(zhì)量：0.62kg。圖12-24行星齒輪零件圖圖12-25行星齒輪鍛件圖圖12-26行星齒輪精鍛過(guò)程圖12-27行星齒輪精鍛模1-下頂出桿2-凹模3-下模墊塊4-模座5-螺栓6-應(yīng)力圈7-壓緊套圈8-導(dǎo)模9-凸模10-拉桿

11-螺栓12-壓縮彈簧13-上模座第三節(jié)平鍛機(jī)上模鍛工藝及模具設(shè)計(jì)平鍛機(jī)相當(dāng)于臥式的曲柄壓力機(jī).有兩個(gè)滑塊：主滑塊：主滑塊帶動(dòng)凸模沿水平方向運(yùn)動(dòng)，完成鐓鍛工作側(cè)滑塊：帶動(dòng)可動(dòng)凹模垂直于主滑塊的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，起夾緊棒料的作用。適合于鍛造頭部粗大、端部有孔、有槽的鍛件和一些穿通孔或盲孔的鍛件。

圖12-28平鍛機(jī)傳動(dòng)圖ａ）立體圖ｂ）傳動(dòng)簡(jiǎn)圖１-電動(dòng)機(jī)２-Ｖ帶３-傳動(dòng)軸４-離合器５-帶輪６-凸輪７-齒輪８-曲軸９-滑塊10-凸模11-擋料板12-固定凹模13-副滑塊和活動(dòng)凹模14-杠桿

一、平鍛機(jī)模鍛的工藝特點(diǎn)1．應(yīng)用最廣泛的工步是局部鐓粗，其次是沖孔和穿孔。此外，還可以進(jìn)行卡細(xì)、切斷、彎曲、切邊等工序。2．能鍛出兩個(gè)不同方向上具有凹擋的鍛件。3．平鍛的模鍛斜度小，或不需要模鍛斜度，因而節(jié)約大量金屬材料及機(jī)加工工時(shí)。(如圖12－29）圖12-29平鍛機(jī)模鍛時(shí)節(jié)約金屬的實(shí)例ａ）錘模鍛件ｂ）平鍛件4．可用長(zhǎng)棒料進(jìn)行多件模鍛，減輕了棒料剪切的勞動(dòng)量。5．模具可用組合式和鑲塊式，模具鋼的消耗較少。6．要求棒料尺寸精度高，否則將產(chǎn)生難以消除的毛刺，或不能夾緊棒料。7．平鍛時(shí)坯料表面氧化皮不易清除，要求平鍛前須清除氧化皮。8．對(duì)非回轉(zhuǎn)體、中心不對(duì)稱的鍛件，較難鍛造，適應(yīng)性較差。9．平鍛孔類鍛件時(shí)，剩余料頭較多，應(yīng)該充分利用，否則會(huì)使材料消耗大。二、平鍛機(jī)模鍛的常用鍛件根據(jù)平鍛機(jī)模鍛的工藝特點(diǎn)，