第三章 模锻

第三章模锻模锻是成批或大批大量生产锻件的主要锻造方法，其特点是在锻压设备动力作用下，毛坯在锻模模膛中被迫塑性流动成形，从而获得比自由锻质量更高的锻件。(在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形的锻造方法。)●模锻:坯料→锻模模膛→受压→塑性流动→锻件的方法.按使用设备不同分为：锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等模锻特点：（与自由锻相比）优点:①生产率较高②锻件尺寸精确，加工余量小③可锻出形状复杂锻件④材料利用率高缺点:1.设备投资大.由于设备吨位的限制,模锻件重量不能过大,一般在150kg以下2.锻模制造周期较长,使用寿命较低,成本高3.一套模具只能生产一种锻件,工艺灵活性不如自由锻.一、锤上模锻设备:蒸汽－空气模锻锤．无砧座锤．高速锤等生产过程：下料→加热→模锻→切边和校正→热处理→检验→成品。模锻工步或模锻方法与锻件的外形密切相关:圆饼类锻件:毛坯轴线方向与打击方向相同,金属沿长、宽、高方向流动，故终锻前常用镦粗制坯。长轴类锻件：毛坯轴线方向与打击方向垂直,金属沿宽、高方向流动，长度方向流动小，故终锻前不用制坯，下料时选适当的下料尺寸即可．制坯以后，形状简单的锻件可直接放入终锻模膛终锻．对形状复杂锻件，为提高终锻模膛寿命，先在制坯模膛内初步成形，然后在模锻模膛内锻造。先在预锻模膛中预锻，后终锻．•模膛的分类：制坯模膛模锻模膛预锻模膛终锻模膛模膛锻模结构与各类模膛的作用：锻模结构：包括上、下模，模膛，分模面⑴模锻模膛i)终锻模膛:(1)模膛形状与锻件的形状相同。因锻件冷却时要收缩，故尺寸在锻件尺寸上加一个收缩量.对于钢件收缩量取1.5%(2)沿模膛四周有毛边槽：毛边槽的设置有利于金属材料在模膛中的流动。(3)对具有通孔的锻件，当孔径d25mm时不锻出,d25mm且高度≤2d时，终锻模膛内可锻出带连皮的孔，由于模锻时不可能上下模的凸起部分把金属完全挤掉，故终锻后的孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮。(４)为使锻件易从锻模内取出,模膛壁在平行锤击方向上留有一定的斜度,叫模锻斜度ii)预锻模膛作用：使坯料变形到接近于锻件的形状尺寸，使终锻时，金属容易充满终锻模膛。延长终锻模膛的使用寿命。（批量不大，形状简单时可不设预锻模膛）。区别：１、预锻模膛比终模膛高2~5mm,宽小1~2mm,容积稍大,没有毛边槽.２、预锻模的锻模斜度与终锻模相同。实践表明，斜度相同时，预锻后的坯料放到终锻模膛中成形比较有利。３、预锻模膛的圆角、斜度较大，以减少金属流动阻力。终锻模膛的圆角、斜度较小，有飞边槽。⑵制坯模膛＊对形状复杂的模锻件,为使坯料形状基本接近模锻件形状,使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就必须预先在制坯模镗内制坯，因而设制坯模膛。i)拔长模膛增加某一部分长度。ii)滚压模膛减小某部分横截面积,以增大另一部分横截面积，坯料长度基本不变。iii)弯曲模膛弯曲工件。iv)切断模膛切断金属。此外还有成型模镗，镦粗台，击扁面等制坯模镗。＊模膛可分为单膛及多膛，下图是多镗模锻。锤上模锻时,金属流动可分为四个阶段:1:自由变形或镦粗变形过程2:形成毛边和充槽的过程．金属流动受模膛阻碍，有助于向高度方向流动，同时金属开始流入毛边毛边槽，出现少量毛边，毛边磨擦阻力迫使金属充满模膛．3:充满型槽的过程．4:锻足打靠的过程.金属先充满模膛，然后将多余金属排入毛边槽，直到上下模打靠为止．毛边槽的作用:(1)造成足够的水平方向的阻力,促使型槽得以充满.(2)容纳多余的金属.在第三阶段中,型槽已充满,多余金属尚待排除,这时,毛边槽所起的作用为容纳多余金属.(3)缓冲锤击.在终锻过程中,毛边如同垫片,能够缓冲上下模块相击,从而防止分模面过早压陷或崩裂二、曲柄压力机上模锻三、摩擦压力机上模锻二.制定模锻件工艺规程1.模锻件图的制定(1)分模面—上下模锻在模锻件上的分界面，关系到锻件成型，锻件出模，材料利用率，锻模加工等一系列问题。确定分模面的原则:①保证锻件能取出;②取在模膛具有最浅的深度上;③选在使上下模外形一样的平面上;④要使锻件需加的余块最少;ｂ-ｂ处分模孔无法锻出要加敷料⑤分模面最好是平面。图中d-d面最合理(2)余量．公差．余块的选择余量：1~4mm;公差:±0.3~3mm(⒊)模锻斜度＊模锻件上平行于锤击方向（垂直于分模面）的表面必须有斜度，以便取出锻件。模锻斜度与模镗深度和宽度有关。内侧斜度比外侧稍大些。锻件外壁（当锻件冷缩时锻件与模壁离开的表面）斜度α；锻件内壁（当锻件冷缩时锻件与模壁夹紧的表面）斜度β：钢锻件：α一般5°~7°,β一般为7°．10°．12°。内壁斜度＞外壁斜度(⒋)模锻圆角半径＊所有交角均做成圆角，可以易于充满模膛，避免尖角处产生裂纹，减缓锻件外尖角处的磨损。＊锻件内圆角R，锻件外圆角r见图。＊圆角半径为1，1.5，2，3，4，5，6，8，10，12，15，20等标准值。(⒌)冲孔连皮＊孔径大于25mm,该孔应锻出；孔径为25~80时,冲孔连皮厚度取4~8mm。＊孔径小于25mm或孔深大于冲头直径3倍时,冲孔部分太弱,易折断一般不锻出只压出凹穴。连皮厚度式d锻件内孔直径，h锻件内孔深度2.确定工步(1)长轴类模锻件当坯料的横截面积锻件最大横截面时:拔长－滚压－预锻－终锻当坯料的横截面积＜锻件最大横截面时：滚压－预锻－终锻当坯料横截面积小于锻件最大截面积时，可以选择滚压模膛，锻件的轴线为曲线时，常用弯曲模膛。（2）盘类模锻件：镦粗－预锻－终锻3.修整工序（1）切边．冲孔（2）校正（3）热处理（4）清理二、模锻件的结构工艺性＊模锻件有一合理分模面，使工件容易取出，应使敷料少，锻模容易制造。＊零件上与其它零件配合时要机加工，其他面均应设计成非加工面。因此，要注意设计出模锻斜度，模锻圆角。＊锻件外形应力求简单、平直、对称，避免直径相差过大或具有薄壁、高筋、高台、深孔、多孔四、胎模锻＊胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的工艺方法，一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中成型。⑴扣模图3-22⑵筒模图3-23⑶合膜图3-24胎模锻造是介于自由锻和模锻之间的一种独特工艺形式.胎模与自由锻比较:(1)操作简便．生产率高(2)形状准确,尺寸精度高(3)锻件在胎模内成形,组织致密,纤维分布符合性能要求.与锤上模锻比较：(1)设备价廉,并扩大自由锻的生产范围;(2)工艺操作灵活,可以局部成形;(3)胎模不固定在锻造设备上,结构简单,易制造,周期短,可降低锻造成本.缺点:胎模锻件尺寸精度不如锤上模锻件高,工人劳动强度大，生产率较低,模具易损坏.用于中小批量生产.胎模分类及应用胎模可分为制坯整形模．成形模和切边冲孔模1.制坯整形模常用的有：(1)漏盘---常用于旋转体锻件的局部锻粗和镦粗成形等。(2)摔子---用于旋转体工件杆部的拔长．摔圆．摔台阶和摔球等。(3)扣模---用于非旋转体工件的成形,或为合模制坯.2、成形模(1)筒模---锻模为圆筒形,主要用于锻造回转体类锻件.又分开式筒模．闭式筒模和组合筒模。(2)合模---由上模和下模两部分组成,用于生产复杂的非回转体锻件.3、切边冲孔模切边模用于切除飞边，冲孔模用于冲除连皮。二.胎模锻造工艺设计1.绘制锻件图锻件图有：冷锻件图、热锻件图冷锻件图表明锻件在室温状态时的几何形状与尺寸，供锻件检验使用；热锻件图表明锻件在变形刚刚终了温度下的几何形状与尺寸，供胎模制造使用；(1)分模面选择应能及时发现上下模的错移;金属易充满模膛;提高金属利用率;制模方便故一般情况下，锻件多在最大截面处进行分模并垂直于作用力的方向。(2)加工余量及公差一般锻件单边余量5公差不超2.坯料重量及尺寸计算（1）坯料重量计算G坯=G锻件+G工+G烧损其中工艺消耗主要是冲孔连皮重量G冲及毛边重量G毛边，有时杆部拔长时也会有料头损耗G料头。即：G工=G冲+G毛边+G料头其中：G冲=6.2d2h；（d为冲孔直径，h为连皮厚度）G料头=1.5d3（d为拔出杆部的直径）G毛边=7.85ηA毛边L周（η为毛边槽充满系数L为锻件分模面周长）旋转体或外形简单易充满件：η=0.2~0.5非回转件：η=0.4~0.7G烧损：第一次加热取被加热金属的2%~3%,以后各次加热取1.5%~2.0%(2)坯料尺寸计算①镦粗件:坯料高径比1.25≤L/D≤2.5②不经镦粗制坯的锻件,一般按锻件最大直径Dmax选择,并根据下列三种情况修正:a.采用摔子滚摔头部时，取D=(0.95~1.0)Dmaxb.只用拔长锻出台阶时，取D=(0.10~1.2)Dmaxc.需要弯曲时，取D=(1.02~1.05)Dmax（3）确定设备吨位按照锻件最大直径来选取设备吨位。查表（4）绘胎模锻造工艺卡