《模鍛成形工序分析》PPT課件.ppt

1、第六章 模鍛成形工序分析,模鍛利用模具使毛坯變形而獲鍛件的鍛造方法。 按成形方法的不同，模鍛工藝可分為開式模鍛、閉式模鍛、擠壓和頂鐓四類。 模鍛按使用的設(shè)備不同分為錘上模鍛、熱模鍛壓力機(jī)上模鍛、曲柄壓力機(jī)上模鍛、平鍛機(jī)上模鍛及摩擦壓力機(jī)上模鍛等。,模鍛特點(diǎn)： (1)可以鍛造形狀較復(fù)雜的鍛件，尺寸精度較高，表面粗糙度較低； (2)鍛件的機(jī)械加工余量較小，材料利用率較高； (3)操作簡(jiǎn)單勞動(dòng)強(qiáng)度較??； （4）生產(chǎn)率較高，鍛件成本低； (5）設(shè)備投資大，模具成本高； （6）生產(chǎn)準(zhǔn)備周期、尤其是鍛模的制造周期都較長(zhǎng)，只適合大批量生產(chǎn)； （7）工藝靈活性不如自由鍛。,第一節(jié) 概述,模具形狀對(duì)金屬變形流動(dòng)

2、的影響： 控制鍛件的最終形狀和尺寸 控制金屬的流動(dòng)方向 控制塑性變形區(qū) 提高金屬的塑性 控制坯料失穩(wěn)提高成形極限,控制鍛件的最終形狀和尺寸,設(shè)計(jì)模具注意事項(xiàng)： 1）熱鍛時(shí)應(yīng)考慮鍛件和 模具的熱收縮； 2）精密成形時(shí)還應(yīng)該 考慮模具的彈性變形。,控制金屬的流動(dòng)方向,各質(zhì)點(diǎn)向著阻力最小方向移動(dòng)， 因此依靠不同的工具，采取不同的加載方式在變形體內(nèi)建立不同的應(yīng)力場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬流動(dòng)物體內(nèi)方向的控制,控制塑性變形區(qū),主要靠利用不同工具在坯料內(nèi)產(chǎn)生不同的應(yīng)力狀態(tài)， 使部分金屬滿足屈服準(zhǔn)則，另一部分金屬不滿足屈服準(zhǔn) 則，達(dá)到控制變形區(qū)的目的,提高金屬的塑性,金屬的塑性與應(yīng)力狀態(tài)有很大關(guān)系，靜水壓力越大，材料的塑

3、性越高，而各種應(yīng)力狀態(tài)是通過(guò)相應(yīng)的工具在坯料中建立的。,控制坯料失穩(wěn)提高成形極限,控制坯料失穩(wěn)提高成形極限,第一節(jié) 開式模鍛,一、開式模鍛變形過(guò)程, 第階段是由開始模壓到金屬與模具側(cè)壁接觸為止； 第階段結(jié)束到金屬充滿模膛為止是第階段； 金屬充滿模膛后，多余金屬由橋口流出，此為第階段。,一、開式模鍛變形過(guò)程, 第階段：由開始模壓到金屬與模具側(cè)壁接觸為止,一、開式模鍛變形過(guò)程, 第階段：第階段結(jié)束到金屬充滿模膛為止,一、開式模鍛變形過(guò)程, 第階段：金屬充滿模膛后，多余金屬由橋口流出,二、開式模鍛各階段的應(yīng)力應(yīng)變分析,變形金屬可分為A、B兩區(qū)，A區(qū)為主要受力區(qū)，B區(qū)的受力主要是由A區(qū)的變形引起的；A

4、區(qū)可分為內(nèi)外兩區(qū)，其間有一個(gè)流動(dòng)分界面。, 第階段,二、開式模鍛各階段的應(yīng)力應(yīng)變分析,金屬也有兩個(gè)流動(dòng)方 向，金屬一方面充填模腔 ，一方面由橋口處流出形 成飛邊，這時(shí)由于模壁阻 力，特別是飛邊橋口部分 的阻力作用，迫使金屬充 滿模膛。 這一階段金屬處于三 向壓應(yīng)力狀態(tài)，變形抗力 迅速增大, 第階段,二、開式模鍛各階段的應(yīng)力應(yīng)變分析, 第階段,二、開式模鍛各階段的應(yīng)力應(yīng)變分析,主要是將多余金屬排入飛邊。此時(shí)流動(dòng)界面已不存 在，變形僅發(fā)生在分模面附近的一個(gè)區(qū)域內(nèi)，其它部位, 第階段：,則處于彈性狀態(tài)；多于金屬由橋口流出時(shí)阻力很大，使變形抗力急劇增大,二、開式模鍛各階段的應(yīng)力應(yīng)變分析, 第階段是鍛件

5、成形的關(guān)鍵階段； 第階段是模鍛變形力最大的階段。 所以研究鍛件的成形問(wèn)題，主要研究第階段；而計(jì)算變形力時(shí)，則應(yīng)按第階段,三、開式模鍛時(shí)影響金屬成形的主要因素, 模膛（模鍛件）的具體尺寸和形狀； 飛邊槽橋口部分的尺寸和飛邊槽的位置； 終鍛前坯料的具體形狀和尺寸； 坯料本身性質(zhì)的不均勻情況，主要指由于溫度不均勻引起的各部分金屬流動(dòng)極限的不均勻情況； 設(shè)備工作速度。,1、模膛（模鍛件）尺寸和形狀的影響,模壁與變形金屬的摩擦系數(shù) 變形金屬與模壁的摩擦阻力小，有利于金屬充滿模腔, 模壁斜度： 模壁斜度是為了模鍛后鍛件易于取出，但模壁斜度對(duì)金屬充填模腔不利,1、模膛（模鍛件）尺寸和形狀的影響,孔口圓角半徑

6、： 孔口圓角半徑越小，在孔口處金屬質(zhì)點(diǎn)要拐一個(gè)很大 的角度再流入孔內(nèi)，需消耗較多的能量，不易充滿模膛 模膛的寬度與深度： 模膛愈窄時(shí)，金屬向孔內(nèi)流動(dòng)時(shí)的阻力越大，孔內(nèi)金 屬的降溫也越嚴(yán)重，充滿模膛越困難 模具溫度： 模具溫度較低時(shí)，金屬流入孔部后，溫度很快降低， 變形抗力增大，充填模膛困難,2、飛邊槽的影響,飛邊槽,倉(cāng)部,阻止金屬外流，迫使金屬充滿模膛。 另外，使飛邊減薄，以便于切除。,用以容納多余的金屬，以免金屬流到分模面上，影響上下模打靠。,橋口,2、飛邊槽的影響,飛邊槽橋口的摩擦阻力,橋口阻止金屬外流的作用主要是由于沿上下接觸面摩擦阻力作用的結(jié)果。,橋口阻力（摩擦力在橋口處引起的徑向壓應(yīng)

7、力）為：,飛邊槽橋口阻力的影響因素,橋口阻力大小與b和h飛有關(guān)，橋口越寬，高度越小， 阻力越大 橋口阻力與飛邊部分的變形金屬的溫度有關(guān)，溫度越 低，橋口部分阻力越大；模鍛時(shí)，飛邊同時(shí)與上下模接 觸時(shí)間越長(zhǎng)，金屬冷卻的越快，橋口部分的阻力越大 同一鍛件的不同部分充滿得難易程度不同，在鍛件上 較難充滿的部分加大橋口阻力，從模具制造方便出發(fā)， 生產(chǎn)中常常是加大此處的橋口寬度；對(duì)鍛件上難充滿的 部分，還常常在橋口部分增加一個(gè)制動(dòng)槽。,橋口有制動(dòng)槽的飛邊槽,飛邊槽發(fā)展的過(guò)程,1、一般的飛邊槽 2、小飛邊模鍛 3、楔形飛邊槽 4、擴(kuò)張形飛邊槽 5、無(wú)飛邊模鍛,一般飛邊槽,模鍛初期，由于h飛較大，產(chǎn)生的阻力

8、小，毛坯在高度中間處變形最大，因此，大量的金屬流入飛邊槽,小飛邊模鍛,改變分模面的位置，將飛邊裝置設(shè)置在變形較困難的毛坯端部，模鍛初期，金屬的流動(dòng)就受到了側(cè)壁的限制,小飛邊模鍛,對(duì)某些形狀的鍛件，在模鍛最后階段，變形區(qū)集中分布在分模面附近，遠(yuǎn)離分模面的部分不容易充滿。,楔形飛邊槽,主要依靠橋口斜面產(chǎn)生的水平分力阻止金屬外 流，飛邊部分金屬消耗減少一倍；這種飛邊與鍛件 連接處較厚，切邊較困難,擴(kuò)張型飛邊槽,在模鍛的第一第二階段，橋口部分對(duì)金屬外流有一定阻力作用；而最后階段，對(duì)多余金屬的外流無(wú)阻礙作用，可以較大程度的減小變形力，使上下模壓靠。,主要用于形狀簡(jiǎn)單，比較容易充滿成形，但由于某些原因變形

9、力較大，常易產(chǎn)生模鍛不足（欠壓），模具易磨損的鍛件。,無(wú)飛邊模鍛,凸凹模間隙方向與模具運(yùn)動(dòng)的方向平行，間隙很小，且間隙大小在變形過(guò)程中不變； 易產(chǎn)生毛刺，充不滿，變形抗力大，模具易損壞,3、設(shè)備工作速度的影響,設(shè)備工作速度高時(shí)，金屬流動(dòng)的速度也快，這將使 摩擦系數(shù)有所降低，金屬流動(dòng)的慣性和變形熱效應(yīng)的作 用也顯得突出了。正確的利用這些因素的作用，有助與 金屬充填模膛，得到外形復(fù)雜、尺寸精確的鍛件,第二節(jié) 閉式模鍛,閉式模鍛（無(wú)飛邊模鍛）的特點(diǎn)： 減少飛邊材料損耗 節(jié)省切邊設(shè)備 有利于金屬充滿模膛，有利于進(jìn)行精密模鍛 閉式模鍛時(shí)金屬處于明顯的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于低塑性材料的成形,閉式模鍛,閉式

10、模鍛進(jìn)行的必要條件： 坯料體積準(zhǔn)確； 坯料形狀合理并能在模膛內(nèi)準(zhǔn)確定位； 能夠較準(zhǔn)確地控制打擊能量或模壓力； 有簡(jiǎn)便的取件措施或頂料機(jī)構(gòu)。,閉式模鍛的變形過(guò)程分析,閉式模鍛分為三個(gè)變形階段： 第階段是基本成形階段：由開始變形到金屬基本充 滿模膛，此階段變形力的增加相對(duì)較慢，繼續(xù)變形時(shí)變 形力將急劇增加 第階段是充滿階段：由第一階段結(jié)束到金屬完全充 滿模膛為止，此階段結(jié)束時(shí)變形力比第一階段末可增大 2-3倍，但變形量卻很小 第階段是形成縱向飛邊階段：此時(shí)坯料基本已成為 不變形的剛體，只有在極大的模壓力作用下，或在足夠 的打擊能量下，才能使端部的金屬產(chǎn)生變形流動(dòng)，形成 縱向飛邊,閉式模鍛的變形過(guò)程

11、簡(jiǎn)圖,閉式模鍛的變形過(guò)程分析,由以上分析可以看出： 1）閉式模鍛過(guò)程易在第二階段末結(jié)束，即應(yīng)在形成飛 邊前結(jié)束，應(yīng)該允許在分模面處有少量充不滿或僅形成很矮 的飛邊 2）坯料體積的精確性對(duì)鍛件尺寸和是否出現(xiàn)縱向飛邊有 重要影響 3）打擊能量或模壓力是否合適對(duì) 閉式模鍛的成形情況有重要影響 4）坯料形狀和尺寸比例是否合適， 在模膛中定位是否正確對(duì)金屬分布的 均勻性有重要影響,第三節(jié) 擠壓,擠壓是金屬在三個(gè)方向的不均勻壓應(yīng)力的作用下， 從?？字袛D出或流入模膛內(nèi)以獲得所需尺寸、形狀的制 品或零件的鍛造工序。 冶金廠 型材 機(jī)械制造廠 鍛件和零件,一、擠壓工藝特點(diǎn),提高金屬的變形能力 生產(chǎn)制品綜合質(zhì)量高

12、 擠壓變形可以改善金屬材料的組織，提高其力學(xué)性能，與軋制、鍛造等加工方法相比，擠壓制品的尺寸精度高、表面質(zhì)量好。 節(jié)約原材料 擠壓屬于少、無(wú)切削加工，大大節(jié)約了原材料。 產(chǎn)品范圍廣,二、擠壓工藝分類, 按照金屬流動(dòng)方向和加壓方向的關(guān)系分： 正擠壓：金屬被擠出方向與加壓方向相同； 反擠壓：金屬被擠出方向與加壓方向相反； 復(fù)合擠壓：一部分金屬的擠出方向與加壓方向相同，另一部分金屬的擠出方向與加壓方向相反，是正擠和反擠的復(fù)合；, 按照坯料溫度分： 冷擠壓、溫?cái)D壓和熱擠壓 熱擠壓主要用于大型鋼錠，以獲得具有相當(dāng)長(zhǎng)度的棒材或各種型材的半成品。 溫?cái)D壓和冷擠壓則主要采用小型坯料，可獲得成品零件或只需要進(jìn)行

13、少量機(jī)加工的半成品。,徑向擠壓： 擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)方向與凸模軸線方向相垂直 （如圖7.1.2）所示 減徑擠壓： 是一種變形程度較小的變態(tài)正擠壓法，毛坯斷面 僅作輕度縮減（如圖7.1.3） 。主要用于制造直徑差 不大的階梯軸類擠壓件以及作為深孔薄壁杯形件的修 整工序。擠壓花鍵（如圖7.1.4),二、擠壓工藝分類,變形過(guò)程分為四個(gè)階段：鐓粗變形階段、穩(wěn)定側(cè)擠階段、充填側(cè)腔階段和擠壓完成階段,三、擠壓的變形分析,按變形情況將坯料分為、四個(gè)區(qū)域。 區(qū)為彈性變形區(qū)； 區(qū)為塑性變形區(qū)；也是正擠壓的主要變形區(qū)； 區(qū)被稱作“死區(qū)”，該區(qū)變形阻力較大，不參與塑性變形； 區(qū)被稱作已變形區(qū)。,擠壓成形時(shí)，坯料在三向

14、壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生一向伸長(zhǎng)雙向壓縮變形。壓應(yīng)力狀態(tài)提高材料的塑性，但也增大了變形抗力。,四、擠壓時(shí)常見(jiàn)缺陷的分析,擠壓時(shí)常見(jiàn)的缺陷： “死角區(qū)”剪裂和折迭 擠壓“縮孔” 裂紋,死區(qū)形成原因, 凹模底部摩擦。越靠近凹模側(cè)壁處摩擦阻力越大，而孔口部分較小，因此“死區(qū)”一般呈三角形。 熱擠壓時(shí)，越靠近筒壁處，金屬溫度降低越多，變形也越困難。,“死區(qū)”的剪裂和折迭,在擠壓過(guò)程中此區(qū)金屬有兩種可能情況： 一般情況下此區(qū)金屬還是可以變形的； 如果摩擦阻力很大或此處金屬溫度降低較大時(shí)，此區(qū) 成為真正“死區(qū)”。,解決措施, 改善潤(rùn)滑條件,擠壓成形時(shí)，單位壓力和摩擦阻力都很大。因此，坯料的軟化處理和良好的潤(rùn)滑在擠

15、壓成形中占有非常重要的地位。 對(duì)冷擠壓而言，為達(dá)到充分軟化的目的，毛坯必須進(jìn)行退火處理，需要進(jìn)行多次擠壓的工件，一般要在各道擠壓工序之間進(jìn)行中間退火。對(duì)于有色金屬，如鋁合金和黃銅等，要求退火軟化后的硬度控制在70HBS以下，低碳鋼則110130HBS以為宜。 在擠壓成形中，良好的潤(rùn)滑可以降低模具與變形金屬之間的摩擦和擠壓變形力、減少模具的磨損、延長(zhǎng)模具的使用壽命。從變形的角度來(lái)看，合理的潤(rùn)滑可以控制金屬的流動(dòng)，使變形相對(duì)均勻，減少由于不均勻變形產(chǎn)生的附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。目前，鋼的冷擠壓主要采用磷化-皂化處理；硬鋁則廣泛采用氧化處理和涂覆脂酸鋅粉末的潤(rùn)滑方法。, 采用帶錐角的凹模,擠壓縮孔,裂紋,變形金屬經(jīng)過(guò)孔口時(shí)，由于摩擦的影響，表層金屬流動(dòng)慢，軸心 部分流動(dòng)快，加劇筒內(nèi)不均勻變形，外層受拉應(yīng)力，內(nèi)層受壓應(yīng)力,第四節(jié) 頂鐓,坯料端部的局