锻造模具设计

宁德职业技术学院机电工程系1锻造与压铸模第四章锻前准备宁德职业技术学院机电工程系2目录•第一节锻造前的准备和锻后热处理•第二节锻造工艺的基本工序和工步•第三节锻造设备简介宁德职业技术学院机电工程系3第一节锻造前的准备和锻后热处理一.锻造生产用的原材料锻造生产用的原材料可分为锻造用钢和锻造用有色金属。1.锻造用钢钢材按化学成分可分为碳素钢和合金钢。碳素钢按质量分数高低可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。按合金元素总的质量分数的多少，合金钢可分为低、中、高合金钢。2.锻造用有色金属锻造用有色金属主要有铜、铝及其合金等。（1）铜及铜合金纯铜、黄铜、青铜。（2）铝及铝合金纯铝、铝合金。宁德职业技术学院机电工程系4二.下料在锻造前，一般要在专门的下料设备上把金属棒料切成所需长度。常用的下料方法介绍如下：1.锯切；2.剪切；3.冷折下料；4.砂轮切割；5.气割；6.精密剪切下料。除上述切割方法外，还有等离子切割法、电子束切割法、阳极切割法等。宁德职业技术学院机电工程系5三.锻前加热、锻后冷却和热处理（一）锻前加热的目的与方法1.锻前加热的目的提高金属的塑性，降低变形力；以利于锻造和获得良好的锻后组织；减少设备吨位，降低燃料消耗。2.锻前加热的方法根据热源不同，在锻造生产中金属的加热可分为两大类：火焰炉加热，电加热。比较速热、控温、条件、成本等。宁德职业技术学院机电工程系6（二）锻造温度范围的确定锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度间的一段温度间隔。钢料在高温单相区具有良好的塑性，所以锻造温度范围最好在这个区间。如图是在铁碳合金基础上制订的碳钢锻造温度范围（3）。宁德职业技术学院机电工程系7（三）锻件的冷却和锻后热处理1.锻件的锻后冷却方法常用的锻件冷却方法，按其冷却速度的由快到慢的顺序分为空冷、堆冷、坑冷（或箱冷）、灰冷（或沙冷）、炉冷等。2.锻件的锻后热处理锻件的锻后热处理目的是调整锻件的硬度，以利于锻件切削加工；调整锻件内应力，避免在机械加工时变形；改善锻件内部组织，细化晶粒；对于不再进行最终热处理的锻件，应保证达到规定的力学性能要求。锻件最常采用的热处理方法有退火、正火、调质等。宁德职业技术学院机电工程系8第二节锻造工艺的基本工序和工步一.锻造工艺的种类和特点锻造工艺按加工方法的不同，又可分为自由锻、胎模锻和模锻。二.锻造工序和工步的内容一般情况下锻件生产流程为：备料－加热－锻造工序－后续工序。宁德职业技术学院机电工程系9宁德职业技术学院机电工程系10宁德职业技术学院机电工程系11宁德职业技术学院机电工程系12宁德职业技术学院机电工程系13宁德职业技术学院机电工程系14第三节锻造设备简介一.锻造设备分类锻造设备种类很多，按照工作部分运动方式不同，锻造设备可分为直线往复运动和相对旋转运动两大类。（一）直线往复运动的锻造设备（1）动载撞击的锻造设备；（2）动、静载联合的锻造设备；（3）高效能冲击的锻造设备。（二）旋转运动的锻造设备这类设备运转时，锻模分别安装在两个或两个以上作相对旋转运动的辊轴上。宁德职业技术学院机电工程系15二.主要锻造设备的结构原理和应用1.锻锤利用蒸汽或液压等传动机构，使落下部分产生运动并积蓄动能，将此动能施加到锻件上，使锻件产生变形的锻压机器称为锻锤。宁德职业技术学院机电工程系162.热模锻曲柄压力机热模锻曲柄压力机又称锻压机，其结构如图所示。电动机通过带轮、传动轴和一对齿轮带动曲柄连杆机构，使滑块作上、下往复运动。宁德职业技术学院机电工程系17三.锻造设备吨位的确定各种锻造工序在变形过程中所需的锻压力，主要取决于两个因素：坯料屈服强度σs和锻件在与锻压力垂直的平面上的投影A。（一）热模锻曲柄压力机、螺旋压力机、液压机吨位的确定1.所需锻压力F02.公称吨位F宁德职业技术学院机电工程系18（二）锻锤吨位的确定锻锤是利用下落部分在高速下落时和锻模模腔内坯料发生撞击而使坯料成形的。它的打击力随着坯料抵抗情况而变化，空击或冷击时，打击力最大。所以它不是按打击力来选择设备，而是一次打击时能释放出的最大能量来确定锻锤吨位的。锻锤一次打击能量为，一次打击下坯料变形功为，根据能量守恒定律得：宁德职业技术学院机电工程系19（三）工厂中常见的简便公式1.胎模锻2.模锻（1）模锻锤吨位经验公式（2）布留哈诺夫和列别尔斯基公式圆形锻件：非圆形锻件：3.热模锻曲柄压力机和锻锤换算公式自由锻：模锻：宁德职业技术学院机电工程系20总结本章主要讲述锻造工艺的基础知识、锻造的工艺过程和工艺方法，以及常用锻造设备的构造、原理和应用。重点掌握锻造材料、下料方法和锻造温度的确定及锻造设备的选用。宁德职业技术学院机电工程系21锻造与压铸模第七章锻模设计宁德职业技术学院机电工程系22目录•第一节锻模的分类及特点•第二节锻件图设计•第三节终锻模镗设计•第四节预锻模镗设计•第五节制坯模镗设计•第六节锤锻模结构设计•第七节机锻模设计宁德职业技术学院机电工程系23第一节锻模的分类及特点一.锻模的分类锻模的种类很多，通常锻模是按制造设备来分类，可分为胎膜、锤锻模、机锻模、平锻模、辊锻模等。1.胎膜胎模锻是在自由锻设备上，利用不固定于设备上的专用胎膜，进行模锻件生产的一种工艺。适于小型锻件、中小批量生产。宁德职业技术学院机电工程系242.锤锻模在模锻锤上使坯料成行为模锻件或其半成品的模具称锤锻模。锤锻的特点是在锻压设备动力作用下，毛坯在锻模模镗中被迫塑性流动成形，从而获得比自由锻质量更高的锻件。宁德职业技术学院机电工程系253.机锻模在机械压力机上使坯料成形为模锻件或其半成品的模具称为机械压力机锻模，简称机锻模。宁德职业技术学院机电工程系264.平锻模在水平锻造机上使坯料成形为模锻件或其半成品的模具称平锻模。平锻机的工作特点是有两个分型面，主滑块在水平方向运动，有坯料夹持定位装置。宁德职业技术学院机电工程系275.滚锻模在辊锻机上将坯料纵轧成形的扇形模具称为滚锻模。辊锻工艺的生产特点是生产率比锤上模锻高5~10倍，节约金属材料，劳动条件好，比较容易实现机械化、自动化。宁德职业技术学院机电工程系28二.模锻件的分类1.圆盘类宁德职业技术学院机电工程系29宁德职业技术学院机电工程系302.长轴类宁德职业技术学院机电工程系31宁德职业技术学院机电工程系32三.锻模设计步骤（1）设计锻件图；（2）设计终锻模镗；（3）确定模锻设备吨位；（4）设计制坯模镗；（5）确定坯料长度；（6）绘出锻模装配总图，给出锻模技术条件，再绘制锻模零件图。宁德职业技术学院机电工程系33第二节锻件图设计一.确定分模面1.分模面与分模线锻模的分模面是指上下模的分接面。分模轮廓线是指终锻模镗分模面与锻件轮廓的交线。分模轮廓线在视图平面上的投影称为分模线。2.确定分模面的原则（1）容易脱模；（2）成形良好；（3）平衡侧压力；（4）保证承力面强度；（5）便于检查错移；（6）简化锻模制造。宁德职业技术学院机电工程系34宁德职业技术学院机电工程系35二.确定机械加工余量和锻件公差1.机械加工余量和工艺余块加工余量主要由锻件质量、零件机加工精度和锻件复杂程度查表确定或与加工部门协商。（1）锻件质量mf按锻件基本尺寸进行计算的质量。（2）零件机加工精度一般情况下，表面粗糙度值分成Ra＜1.6μm和Ra≥1.6μm两档。（3）锻件形状复杂系数S锻件形状复杂系数是锻件质量mf与相应的锻件外廓包容体质量mN之比：根据S值的大小，锻件形状复杂系数分为4级：S1级（简单）：0.63＜S≤1；S2级（一般）：0.32＜S≤0.63；S3级（较复杂）：0.16＜S≤0.32；S4级（复杂）：0＜S≤0.16。宁德职业技术学院机电工程系362.模锻件公差模锻件公差主要由锻件质量、锻件形状复杂系数、材质系数和分模面形状确定，同时要考虑锻造工艺、锻造设备和加热方法等。（1）分模线形状锻件分模线分为两类，一类是平直或对称的，另一类是不对称的。宁德职业技术学院机电工程系37（2）材质系数M锻件材质系数分为M1和M2。M1：Wc＜0.65%，W＜3.0%M2：Wc≥0.65%，W≥3.0%（3）公差项目模锻件公差可分为精密级和普通级。GB/T12362－1990适于范围要求用电、油、煤气加热。若用煤或经二次加热，余量和公差均应适当增加。宁德职业技术学院机电工程系38三.模锻斜度为便于模具制造，模具斜度可按下列数值选用：0°15′，0°30′，1°，1°30′，3°，5°，7°，10°，12°，15°。在同一锻模上不宜选用过多中模锻斜度。四.圆角半径在制件公差允许条件下，圆角半径应尽可能大。1.外圆角半径r一般情况下r值按下式确定：2.内圆角半径RR太小，会使脱模困难，还会造成模锻时金属流动形成的纤维被割断甚至产生折叠。宁德职业技术学院机电工程系39五.冲孔连皮对内孔大于25mm的锻件模锻时不能直接锻出通孔，在分模面上留有较薄的一层金属称为连皮。常用连皮有四种形式：1.平底连皮连皮厚s可按下式计算：连皮内圆角半径R1可按下式取值：宁德职业技术学院机电工程系402.斜底连皮当锻件内孔直径d与孔深h之比大于2.5或d＞60mm时，应采用斜底连皮。各尺寸计算如下：宁德职业技术学院机电工程系413.带仓连皮为了解决切除连皮的困难，对内孔较大的锻件最好预锻时采用斜底连皮，终锻时采用带仓连皮。带仓连皮尺寸计算和终锻模飞边槽设计一致：连皮厚度为飞边槽桥部高度h飞，b为飞边槽桥部宽度。宁德职业技术学院机电工程系424.拱底连皮锻打直径大而高度低的内孔时金属流动很困难。当d/h＞15时应采用拱底连皮，其尺寸计算如下：宁德职业技术学院机电工程系43六.绘制锻件图一般锻件图上技术条件内容如下：1.锻件热处理及硬度要求；2.未注圆角半径和模锻斜度；3.允许表面缺陷深度；4.允许错差量和残余飞边量；5.标出试验取样的位置；6.表面清理方法；7.其它要求。宁德职业技术学院机电工程系44第三节终锻模镗设计一.热锻件图1.收缩率为保证锻件冷却后符合冷锻件图的要求，热锻件图上尺寸均在冷锻件图基础上加放收缩率。2.绘制热锻件图通常热锻件图形状和冷锻件图相似。热锻件图上圆角半径、模锻斜度同于冷锻件图，锻件若有内孔，要在热锻件图上绘出连皮形状并标明尺寸。在热锻件图上不绘出制件轮廓线，也不标注锻件公差。宁德职业技术学院机电工程系45二.飞边槽设计1.飞边形成过程坯料在锤上模锻时，金属在终锻模镗内成形有如下四个阶段：（1）自由墩粗变形阶段；（2）形成飞边阶段；（3）充满模镗阶段；（4）最好锻足阶段。宁德职业技术学院机电工程系462.飞边槽的作用（1）造成足够大的水平方向的阻力；（2）容纳多余的金属；（3）承受冲击力，起缓冲作用。3.飞边槽形式常见的飞边槽形式如图所示：宁德职业技术学院机电工程系474.确定飞边槽尺寸设计飞边槽目前有计算法和吨位法两种方法。（1）计算法按经验公式计算飞边桥h飞：（2）吨位法在生产中，常根据锻锤吨位确定飞边槽尺寸。宁德职业技术学院机电工程系48三.钳口根据钳口不同的功能可分为常用钳口、特殊钳口、圆形钳口、共享钳口等形式。宁德职业技术学院机电工程系49第四节预锻模镗设计一.预锻模镗作用1.改善金属的流动条件；2.使坯料易于充满型腔，避免充不满的缺陷；3.减少终锻模镗磨损，提高锻模寿命。采用预锻模镗后也会产生如下缺点：1.使终锻时产生偏心打击，上下模容易错移；2.增大了模块尺寸；3.预锻、终锻若用两套模具分别在两台设备上联合捶打，成本高；4.降低了生产率。宁德职业技术学院机电工程系50二.预锻模镗设计1.预锻模镗仅用来减少终锻模镗的磨损这种情况下，基本和终锻模镗一样，只有外圆角半径比终锻模镗相应处大，分模面出圆角也大些。2.预锻模镗主要用来改善终锻时成型条件这种情况下预锻模镗设计与终锻模镗有较大区别。可以从这三个方面考虑其设计：（1）模镗的宽和高；（2）模锻斜度；（3）外圆角半径。宁德职业技术学院机电工程系513.复杂锻件的预锻模镗形状复杂的锻件，应根据锻件的轮廓形状特征进行预锻模镗的设计。（1）枝芽类锻件简化枝芽形状，减少金属流动阻力。宁德职业技术学