终锻

第四节、终锻与预锻模膛的设计
1.1 终锻模膛设计
终锻模膛是各种型槽中最重要的模膛，用来完成锻件最终成形。

终锻模膛按热锻件图加工制造和检验，所以设计终锻模膛，须先设计热锻件图。

1.1.1 热锻件图设计
热锻件图设计以冷锻件图为依据，并根据锻件形状对锻造工艺的要求，允许热锻件图局部与冷锻件图不一致或作必要的修改。

1.1.1.1 热锻件图尺寸
热锻件图的高度方向的尺寸标注是以分模面为基准，以便于锻模机械加工和准备样板。

同时，考虑到金属有冷缩现象，热锻件图上所有尺寸应计入收缩率，即按下式计算热锻件图尺寸： L=l ·（1+δ） （6－5） 式中 L ——热锻件图尺寸； l ——冷锻件图尺寸；
δ——终锻温度下金属的收缩率，钢为0.8%～1.5%，不锈钢为1.0%～1.8%，钛合金为0.5%～0.9%，铝合金为0.6%～1.0%，铜合金为0.6%～1.3%，镁合金为0.7～%0.8%，镍基高温合金为1.3%～1.8%。

对薄而宽或细而长的锻件，在模具中冷却快，或打击次数多而使终锻温度较低，其收缩率应适当减小。

当需要计入模具收缩率（如用高温合金做模具等温模锻钛合金）时，可按下式计算锻件收缩率： δ=（α1t 1-α2t 2）×100% （6－6） 式中 α1——终锻温度下锻件材料的平均线膨胀系数； α2——模具材料在模具加热温度下的线膨胀系数； t 1——从模具中取出时的锻件温度； t 2——模锻过程中模具保持的温度。

加放收缩率还应注意如下两点：
1. 无坐标中心的圆角半径不加放收缩率；
2. 利用终锻模膛进行校正工序的锻件，其收缩率应按校正温度而适当减小。

1.1.1.2 热锻件图形状
热锻件图形状与冷锻件图一般相同，有时为保证锻件成形质量，允许热锻件图上个别部位与冷锻件图有所差异，这时应按具体情况进行具体处理。

1. 形状特别而又不对称的锻件，如图6-25，上半部分复杂，下半部分简单。

在椎击
过程中，可能因转动而导致锻件报废，应考虑在热锻件图上设定位余块。

2. 下模模膛底部易积聚氧化皮，致使锻件表面压坑或缺肉。

如图6-26所示，为避免缺肉，在热锻件图上曲柄端头加厚2㎜。

3. 热锻件图不标注公差和技术条件，也不绘制零件轮廓线；如有大于30㎜内孔，必须绘出连皮形式。

1.1.2 毛边槽设计 1.1.
2.1 毛边槽形式
图6-25 锻件上增设定位余块
图6-26 曲轴锻件局部加厚
1. 毛边槽形式。

开式模锻的终锻模膛周边必须设计毛边槽，其形式和尺寸对锻件质量影响很大，常见的毛边槽形式有下列几种（图6-27）。

形式Ⅰ是使用最广泛的一种，其优点是桥部设在上模块，与坯料接触时间短，吸收热量少，因而温升少，能减轻桥部磨损或避免压塌。

形式Ⅱ适用于高度方向形状不对称锻件。

因而复杂部分设在上模，为简化切变冲头形状，通常将锻件翻转1800，故桥部设在下模，切边时锻件也易放平稳。

形式Ⅲ适用于形状复杂，坯料体积不易计算准确而往往偏多的锻件，由于增大仓部容积，不至于发生上下模压不靠。

形式Ⅳ使用对象同形式Ⅲ，由于加宽下模毛边槽桥部，因而提高桥部强度，以避免桥部过快地磨损和过早地压塌。

形式Ⅴ只适用于锻模局部，桥部增设阻尼沟，增加金属向仓部流动阻力，迫使金属流向型槽深处或枝芽处。

形式Ⅵ称为楔形毛边槽，其特点是终锻时水平方向金属流动愈来愈困难，适用形状更复杂的锻件，缺点是切除毛边困难。

毛边槽的主要尺寸是桥部高度h 、宽度b 及入口圆角半径R 1。

当h 减小，b 增大，则水平方向流动阻力增大，有利于充满模膛。

但如果过度增大，将导致锻不足，并使锻模加速磨损。

若h 太大，b 过小，会造成金属向外流动的阻力太小，不利于充填模膛，并产生厚大毛边。

入口处圆角半
径R 1太小，容易压塌内陷，影响锻件出模；R 1太大，又影响切边质量。

1.1.2.2 毛边槽尺寸确定方法
1. 吨位法。

毛边槽具体尺寸根据锻锤吨位大小来选定（可查有关手册），吨位法是从实际生产中总结出来的，应用简便，但未考虑锻件形状复杂程度，因而准确性差。

2. 计算法。

计算法是采用经验公式计算毛边槽桥部高度，即 （1） h=0.015
（㎜） （6－7）
（2） h=－0.09＋2－0.01Q (㎜) （6－8） 式中: F 件 —锻件在分模面上的投影面积(㎜2)；
Q —锻件质量（㎏）。

然后根据计算得到的h 值查表6-1确定毛边槽其它尺寸。

1.1.3 钳口设计
终锻型槽和预锻型槽前端留下的凹腔叫钳口(图6-28)。

钳口主要用来容纳夹持坯料的夹钳和便于从型槽中取出锻件；另一作用是作为浇注检验用的铅或金属盐样件的浇口。

钳口与型槽间的沟槽叫钳口颈，
其作用主要是增加锻件与夹钳头连接的刚度，便于锻件出模；同时也是浇铅水或金属盐溶液的浇道。

图6-27 毛边槽形式
图6-28 钳口
mz 图6-29所示是常用的钳口形式，这种形式的钳口制造方便。

钳口尺寸根据钳夹头直径d 选定，而钳口颈尺寸按锻件质量选择（查有关手册）。

如果钳夹头经拔长变细，应以拔长后的直径选择钳口尺寸。

调头模锻时，钳口尺寸应满足搁置坯料和锻件头部（包括毛边）的要求。

圆饼类锻件，设计钳口只是为了锻件出模方便和用作浇口，可按图6-30和表6-2设计。

如钳口只起浇口作用，则宽度B=G+30（㎜），G 为锻件质量（㎏）。

（注：这里G 只取数值，而不考虑物理含义，下同）。

如果锻件质量大于10㎏，钳口应设计成圆形。

钳口颈直径D=0.2G+10（㎜），但不大于30㎜。

当预锻型槽也开有钳口，且与终锻型槽钳口间壁厚c 小于15㎜时，可将两钳口开通，便于机械加工。

模锻低塑性合金时，如镁合金，为防止毛边裂断，飞出伤人，可将钳口设计成封闭式，如图6-31所示。

不过，此形式将增大模块尺寸。

2.1 预锻模膛设计
预锻的主要目的是在终锻前进一步分配金属，分配金属是为了：
图6-29 常用的钳口形式
图6-31 封闭式钳口
1. 确保金属无缺陷流动，易于充填型槽；
2. 减少材料流向毛边槽的损失；
3. 减小终锻模膛磨损（由于减少了金属的流动量）；
4. 取得所希望的流线和便于控制锻件的力学性能。

但采用预锻型槽也会带来不利影响，由于模块上附加了预锻型槽，容易造成偏心打击，影响锤杆的寿命，容易使上下模错移，增大模块尺寸，降低生产率。

预锻型槽是以终锻型槽或热锻件图为基础进行设计的，设计的原则是经预锻型槽成形的坯料，在终锻型槽中成形时，金属应变形均匀，充填性好，产生的毛边最小。

为此，须具体考虑如下问题：
2.1.1 预锻模膛的宽与高
当预锻后的坯料在终锻型槽中是以镦粗方式成形时，预锻型槽的高度尺寸应比终锻型槽大2～5㎜，，宽度则比终锻型槽小1～2㎜，预锻型槽的横截面积F 预 应比终锻型槽相应处截面积F 终大1%～3%，或按下式计算：
F 预=F 终+（02～1）F 毛 （6－10） 式中： F 毛——毛边槽横截面积。

若经预锻的坯料在终锻型槽中是以压入方式成形，则预锻型槽的高度尺寸应略小于终锻型槽高度
尺寸，即h ‘
=（0.8～0.9）h 。

若高宽比h/b 较大，取小的系数，反之，取大的系数。

顶部（型槽底部）宽度相同，即b ’=b （图6-32）。

由此可见，当预锻型槽与终锻型槽肋顶相等而模锻斜度又相同时，则肋的根部宽度c ‘＜c 。

经预锻的坯料在肋部的横截面积小于终锻型槽相应处的截面积，为使终锻时
肋部顺利成形，应适当加大底部圆角半径R ’。

2.1.2 预锻模膛的斜度
预锻型槽的出模斜度一般与终锻型槽相同。

2.1.3 预锻模膛的圆角半径
预锻型槽周边不设毛边槽，而是在型槽分模面转角处用较大的圆弧；
型槽内的圆角半径比终锻型槽对应处稍大。

增大肋根部圆角半径的目的是减小金属流动阻力，促进预锻件成形，
同时也能补偿终锻时金属的不足，还可防止产生折叠。

此凸圆角半径R ’可按R ’=R+C 计算（R 为终锻型槽相应处的圆角半径，C 为修正量，按表6-3确定）。

横截面积发生突然变化的锻件，预锻型槽在水平面上拐角处的圆角半径应适当加大，使坯料变形逐渐过渡，以避免预锻和终锻时产生折叠。

2.1.4 为便于金属流入枝芽处，预锻型槽的枝芽形状可简化，与枝芽连接处的圆角半径适当增大，必要时在分模面上增设阻尼沟，以增大金属流向毛边的阻力，如图6-33。

2.1.5 叉形锻件的预锻模膛设计
锻件叉间距离不大时，必须在预锻型槽中使用劈料台。

预锻时依靠劈料台把金属挤向两侧，流入叉部型槽内。

一般情况下采用图6-34中（a ）型；当α＞450，叉部较窄时，可使用（b ）型，有关尺寸如下：
图6-30 特殊钳口
图6-32 预锻与终锻的尺寸关系
图6-33 带枝芽锻件的预锻模膛
A=0.25B 8＜A ＜30 H=(0.4～0.7)H α=100～450
2.1.6 H 形截面锻件的预锻模膛设计
设计带H 形截面的锻件如连杆的预锻型槽,应按下述情况考虑： 1. 当h ≤2b 时，见图6-35，预锻型槽设计成梯形，其宽度B ‘
=B －（2～6）㎜，α1=α2，高度h ’根据预锻型槽的横截面积等于终锻型槽横截面积与毛边截面积之和来计算，即 F 预+F 欠=F 终+2F 毛
也就是 B ‘h ’＋B ‘
h 欠= F 终+2F 毛
h ’= －h 欠 （6－11）
式中： F 欠——由于欠压而造成预锻件截面积减小部分； h 欠——欠压量，决定于锻锤吨位，通常h 欠=1～5㎜； F 毛——毛边单边截面积。

2. 当h ＞2b 时，见图6-35。

B ‘=B －（1～2）㎜，高度h ’的确定方法是，先假设预锻型槽为梯形截面求出H ‘，然后按x=求解，则h ’= H ‘＋2x 。

通过x 作圆弧并令截面积f 1=f 2，得到预锻型槽
形状。

3. 预锻型槽采用舌形截面，用来防止产生涡流或穿流缺陷。

图6-36是舌形截面预锻型槽，横截面宽度设计时取B 1=B ＋（10～20）㎜。

增大B 1的目的是使终锻时预锻件金属首先在增宽部分形成毛边，以防止金属外流，防止在锻件肋根部产生穿流并迫使金属充填终锻型槽的整个空间。

舌形截面的厚度H 是通过宽度B 1的两端点作圆弧R ，使截面积f 1=（1.0～1.1）f 2来确定。

图6-34 劈料台
图6-35 H 字型截面的预锻模膛
图6-36 舌形截面的预锻模
膛。