第10章精密模锻

第10章 精密模锻
10.1 精密模锻工艺过程设计 10.1.1精密模锻件的可成形分析
精密模锻件表面不应有氧化皮。 精密模锻件表面不应有（或允许有少量的） 氧化皮。因此，热精密模锻时通常采用少无氧 化加热坯料。往往使用具有较高精度的模具和 合适的精密模锻设备进行精密模锻。
第10章 精密模锻
精密模锻时要严格控制模具温度、锻造温 度、润滑条件和操作等工艺过程因素。还要提 高坯料下料品质。 用普通模锻方法能锻造的任何合金材料都 可以精密模锻。一般锻造用的铝合金和镁合金 等轻金属和有色金属，因其具有锻造温度低、 不易产生氧化、模具磨损少和锻件表面粗糙度 低等特点，更适宜精密模锻。
第10章 精密模锻
复动成形过程示意图如图10.5。先 将上下成形模具闭合并施加一定的合模 载荷，再由复动式凸模施加压力，致使 毛坯产生多向流动，从而在一道变形工 序中将复杂形状的零件精锻成形。
第10章 精密模锻
图10.5 复动成形原理
第10章 精密模锻
采用复动成形，既可使用专用多向压 力机，也可使用单动压力机加专用复动 成形模架。对大批量生产的小型精密锻 件，如等速万向节星形套、三销轴等， 采用后一种方法更为经济实用。 3.氮气弹簧在复动成形中的应用
从图中可知在挤压轴颈时金属向侧腔流动很均匀其前端近似圆弧呈理想的流动状态而且由于是双向挤压金属坯料金属是从两个挤压筒里向模腔流动缩短了金属的流动行程减少了变形程度从而变形抗力降低其ps曲线见图103910图1042双向等速复动成形十字轴金属变形过程模拟10图1043所示为双向等速复动成形时其金属在模腔内流动的速度场表明了在成形的各个阶段金属流动速度的大小及方向
①产生合模力； ②产生顶出力
第10章 精密模锻
在生产三级从动齿轮毛坯（如 图10.12）温挤成形模（如图10.13） 中，应用了氮气弹簧。
图10.12 三级从动齿轮毛坯
第10章 精密模锻
1、7、32螺钉;2、34压板; 3导套;4导柱; 5上模板;6锁 紧螺帽;8上模座;9打杆;10模 柄;11、12销钉;13上模垫;14垫 块;15锥形套;16凸模;17上顶 杆;18压圈;19凹模外圈;20凹模 座;21凹模中圈;22凹模内圈;23 凹模;24下模垫;25下顶杆;26下 垫块;27顶杆座;28氮气弹簧 座;29氮气弹簧;30下模板;31垫 圈;33导套座. 图10.13三级从动齿轮毛坯温挤模
A A1 A1at A1a1t1 A
凸模直径B按式10-2计算:
B B1 B1a2t B1a1t1 B
式中: 图10.17 精密模锻锻模的模膛 A ——模膛外径，mm； A1——锻件相应外径的公称尺寸，mm； α——坯料的线膨胀系数，1／℃； ｔ——终锻时锻件的温度，℃ ；
10.2.2 精密模锻模具的模膛设计 1.精密模锻模具模膛的一般设计 在普通热模锻时，终锻模膛尺寸按 热锻件图确定，仅考虑锻件的冷却收缩， 没有考虑其它因素，所以锻件的公差较 大。对于精度要求较高的精密模锻件， 应考虑各种因素的影响，合理地确定模 膛尺寸。
第10章 精密模锻
模膛外径A按式10-1计算:
第10章 精密模锻
图10.4所示为在液压机或螺旋压力机上热 挤压钛合金台阶轴锻件的模具。两个三棱柱形 的半凹模7和8通过销轴9与连接推杆铰接，连接 推杆2固定在压力机的顶出器上。两半凹模安臵 在模座1中，支承表面间的角度为30°。利用支 承环 3作凹模顶起的支承或作凸模工作行程的 限位。 采用这种模具挤压锻件时，在凹模分模面 间会出现厚 0.1～1.25mm、宽3～5mm的毛刺。
目前国内模具模膛一般都釆用电火花加工 （EDM）。电火花加工生产率低，制造品质不 稳定。经过电加工后的模具型腔还要进行研磨、 抛光。 从物理本质上说，电火花加工是一种靠放 电烧蚀的“微切削”工艺，加工过程缓慢。在 电火花对工件表面进行局部高温放电烧蚀过程 中，工件材料表面的物理－力学性能受到损伤， 在型腔表面产生微细裂纹，表面粗糙度差。
第10章 精密模锻
影响精锻件尺寸精度的主要因素： 1.零件结构的可成形性 由于精密模锻件是坯料在模膛中塑性变形 获得，要求设计者尽量考虑锻造变形特点，设 计出适合精锻工艺的模锻件形状。在制定精密 模锻工艺方案时，应根据变形过程中金属流动 特点，考虑零件结构对锻件尺寸精度的影响并 采取相应的技术措施 。
第10章 精密模锻
2.减少精密模锻负载的工艺措施
在精密模锻时，为了降低冲头或凹模的负 载，除了在开式模锻时合理设计飞边槽以及精 确制坯外，还可以在许可的条件下，人为减少 坯料与凹模模膛或冲头的接触面积，从而降低 负载。 可以采用如下工艺措施：
第10章 精密模锻
（1）带中心孔的圆盘类锻件，在冲头和凹模中心预留补 偿空间，如图10.15。
第10章 精密模锻
尽可能用高速加工来代替电加工，是加快精密模 锻模具开发速度、提高模具制造品质的必然趋势。 国内某汽车公司锻造厂运用米克朗的高速铣加工曲轴 和连杆锻模，传统的加工工序为：外形粗加工→仿形 铣粗加工型槽→热处理→外形精加工→数控电火花粗、 精加工型槽→钳工打磨抛光型槽→表面强化处理。采 用高速加工后的工序为：外形粗加工→热处理→外形 精加工→高速铣加工型槽→表面强化处理。 利用高速铣削直接加工完成淬硬钢模具，它使总 加工成本从传统加工的28000多元降到20000元。
图10.21(a)所示为模具模膛的闭式挤压， 挤压力很大，但如采用图10.21(b)所示的半 闭式挤压，在模具坯料侧表面设计有自由 表面，就可减少挤压力。自由表面的面积 越大，所需要的挤压力越小。
第10章 精密模锻
图10.21 模具模膛的闭式挤压
第10章 精密模锻
10.2.3 精密模锻模具模膛的加工制造
第10章 精密模锻
⑤ 选择精密模锻设备； ⑥ 确定坯料润滑和模具润滑及模具的冷却 方法； ⑦ 确定锻件冷却方法和规范，确定锻件热 处理方法； ⑧ 提出锻件的技术要求和检验要求。
第10章 精密模锻
10.2 精密模锻模具设计 10.2.1 精密模锻模具的结构 1.精密模锻模具的分类 按凹模结构形式可分为 整体凹模（见图10-2）、 组合凹模（见图10-3）、 可分凹模（见图10-4）。
第10章 精密模锻
• 根据锻件的形状和特点，分模面有三种基本形 式，即水平分模、垂直分模和混合式分模(图
10.1)。
a)分平分模；b)垂直分模；c)混合分模 图10.1 可分凹模的基本型式
第10章 精密模锻
② 确定模锻工序和辅助工序（包括切除飞 边、清除毛刺等），决定工序间尺寸， 确定加热方法和加热规范； ③ 确定清除坯料表面氧化皮或脱碳层的方 法； ④ 确定坯料尺寸、质量及其允许公差，选 择下料方法；
第10章 精密模锻
2.模膛尺寸精度和磨损 模膛尺寸精度和工作中的磨损对精锻件尺 寸的精度有直接影响。 模具弹性变形、坯料烧损对精锻件尺寸精 度的影响 。 采用精密模锻是否经济与生产批量、原材 料定额、机械加工量以及模具成本等因素有关。
第10章 精密模锻
10.1.2 精密模锻工艺过程设计
制定精密模锻工艺过程的主要内容如下： ① 根据产品零件图绘制锻件图； 在制定锻件图时要注意合理确定分模面、 机械加工余量和公差、模锻斜度、圆角半径等。
第10章 精密模锻
图10.3所示为等温反挤压模具。该 模具采用三层组合凹模结构，利用预应 力圈对凹模施加预应力。模具中设臵有 加热器8，也可以通压缩空气冷却摸具， 使其工作温度稳定在规定的范围内。
第10章 精密模锻
图10.3 组合凹模式等温反挤压模具
1凸模；2卸料板；3凹模；4挤压件；5内预应力圈；6外预应力圈； 7凹模顶块；8加热器；9外套；10固定圈；11推杆；12顶出圈
第10章 精密模锻ห้องสมุดไป่ตู้
α1——模具材料的线膨胀系数，1／℃； ｔ1——模具工作温度，℃ ； ΔA——模锻时模膛外径A的弹性变形绝对值， mm。 B——凸模（模膛冲孔凸台）直径，mm； B1——锻件孔的公称直径，mm; ΔB——模锻时凸模直径B的弹性变形值（当直径 B变大时，ΔB为负 值，当直径B减小时， ΔB为正值），mm。
图10.18 在模具坯料上预留减荷穴
第10章 精密模锻
（4）在模具坯料表面设计成带有特殊形状（图10.19）。
图10.19 在模具坯料表面设计成带有特殊形状
第10章 精密模锻
（5）穿孔挤压成形，如图10.20所示。
图10.20 模具模膛的挤压成形
第10章 精密模锻
（6）闭式挤压成形，如图10.21。
第10章 精密模锻
第10章 精密模锻
第10章 精密模锻
第10章 精密模锻
精密成形技术即近净成形技术或净成形技术 (near net shape technique and/or net shape technique）是指零件成形后，仅需少量加工或 不再加工，就可用作机械构件的成形技术。 较传统成形技术减少了后工序的切削量， 减少了材料、能源消耗。
第10章 精密模锻
精密成形技术是建立在新材料、新 能源、信息技术、自动化技术等多学科 高新技术成果的基础上，改造了传统的 毛坯成形技术，使之由一般成形变为优 质、高效、高精度、轻量化、低成本、 无公害的成形。
第10章 精密模锻
精密模锻能获得表面品质好、机械加工余 量少且尺寸精度较高的锻件。与普通模锻相比， 精密模锻具有可提高锻件的尺寸精度和表面品 质等优点。一般精密模锻件只需少量后续机加 工，大大减少了工作量，节省原材料；提高劳 动生产率；降低零件生产成本。 精密模锻主要应用:①生产精化毛坯 ②生产精锻零件
第10章 精密模锻
在本温挤模中，氮气弹簧 29作为顶出机构的动力。 TU一750—038型氮气弹 簧，如图10.13。
图10.13 氮气弹簧的内部结构
1柱塞；2端面防尘密封；3钢丝圈；4上内套 5支撑环；6 运动密封圈； 7 缸体；8内腔容积； 9螺塞；10充气嘴；11 缸底。
第10章 精密模锻
第10章 精密模锻
高速加工技术生产的产品精度高、 品质好；生产效率高；能加工形状复杂 的硬质零件和薄壁零件。 高速加工技术改变了传统模具加工 采用的“电火花加工→手工打磨、抛光” 等复杂冗长的工艺流程，甚至可用高速 切削加工替代原来的全部工序。
第10章 精密模锻
高速加工技术除可应用于淬硬的精 密模锻模具型腔的直接加工外，在EDM电 极加工、快速样件制造等方面也得到广 泛应用。应用高速切削技术可节省模具 后续加工中约80%的手工研磨时间，节约 加工成本费用近30%，模具表面加工精度 可达1µm，刀具切削效率可提高一倍。模 具表面因电加工(EDM)产生白硬层也消失 了，大大提高模具寿命，减少返修。
第10章 精密模锻
10.2.4 组合凹模设计
由3Cr2W8V和H13等模具钢制造的 凹模，当模膛工作压力为1000～1500MP ａ时，采用双层组台凹模；模膛工作压 力为1500～2500MPａ时，采用三层组 合凹模。
第10章 精密模锻
组合凹模各圈直径可参考图10.22和 图10.23来决定。压合面的角度γ一般为 1°30 ′。外预应力圈外径d3与凹模模膛 直径d1的比值一般为4～6。 图10.22（a）左边表示双层组合凹 模压合前的配合情况，右边表示压合后 的状态。
第10章 精密模锻
图10.4 热挤压钛合金台阶轴锻件的可分凹模式模具
1凹模座；2连锁推杆；3支承环；4凸模固定器；5过镀圈； 6凸模；7、8半凹模；9销轴
第10章 精密模锻
2.复动成形(闭塞锻造) 复动成形又称闭塞锻造，也有人称其为 “浮动成形”、“分模锻造”或“径向挤 压”。它是采用复动式凸模在两个方向或多 个方向对毛坯施加不同的压力，使之产生多 向流动，从而可在一道变形工序中获得较大 的变形量和复杂的型面，完成复杂零件塑性 成形。 复动成形可以降低噪音、减少振动和提 高锻压机械的自动化程度。
第10章 精密模锻
图10.2所示为锤上模锻用的整体凹 模式锻模。 闭式模锻件直径为75～200mm。利 用锁扣作为上、下模的导向，锁扣间隙 根据具体情况决定，应保证锻件错移量 符合锻件图的要求，一般取δ＝0.1～ 0.4mm。
第10章 精密模锻
图10.2 锤上模锻用的整体凹模式模锻 1－上模；2－下模
图10.15 带中心孔的圆盘类锻件的闭式精密模锻
第10章 精密模锻
（2）直齿圆柱齿轮精锻时，可在坯料中心预加 工分流孔（图10.16），或在模具上设计分流孔 （图10.17） 。
图10.16坯料中心预加工分流孔 图10.17模具中心预加工分流孔
第10章 精密模锻
（3）在模具坯料上预留减荷穴（图10.18）。