第六章 其他压力机模锻

二、锻件图的设计特点
热模锻压力机上模锻件的设计过程及设计原则与锤上相同。但考虑到压力机 的结构和模锻工艺特点，在参数的选择和某些具体问题上与锤上模锻件有所 不同。 1. 选择分模面 多数情况下，热模锻压力机和锤上模锻件的分模面位置是相同的，但对某 些形状的 锻件，两者分模面位置是 B 有区别的。如下图为带有 粗大头部的杆形锻件，在 锤上模锻时分模面为Ａ－Ａ， 即平放在模膛内模锻，内孔 A A 无法锻出，飞边体积多，金 属浪费大；若在热模锻压力 机上模锻，则可选择Ｂ－Ｂ分 模面，将坯料立放在型腔中局 部镦粗并冲出内孔，模锻后可 用顶料杆将锻件顶出。
第六章
其他压力机模锻
§6-1 热模锻压力机模锻工艺及模具设计
模锻锤虽然应用广泛，但由于结 构和工艺性存在不少缺点，限制了 它的发展。热模锻压力机是仅次于 锻锤被广泛应用的模锻设备，一般 来说，锻锤上能生产的锻件都能在 热模锻压机上生产。近年来，在自 动化、高效率生产与大批量流水线 生产中，模锻件的生产已愈来愈多 的被先进的热模锻压力机代替。
（1）终锻工步设计 终锻工步设计主要是设计热锻件图和确定飞边槽型式和尺 寸。前者与锤上模锻相同。 在热模锻压力机上模锻由于采用了较完备的制坯工步，金 属在终锻模膛内的变形主要是以镦粗方式进行，飞边的阻力作 用不象锤上模锻显得那么重要，这时飞边槽主要是用于容纳多 余的金属。因此，飞边槽桥口及仓部比锤上模锻的相应大一些。 其结构型式和尺寸如图。 热模锻压力机上模锻时，锻件的高度由锻压机的行程来保 证，不靠上下模的靠合，因而滑块在下死点时，上下模面之间 有一定的间隙，用以调整模具的闭合高度，并可抵消锻压机的 一部分弹性变形，保证锻件高度方向的尺寸精度。上下模面之 间留有间隙还可防止锻压机发生“闷车”。间隙的大小根据飞 边槽的高度尺寸确定。当飞边槽仓部到模块边缘的距离小于 20～25mm时，可将仓部直接开通至模块边缘。
热模锻压机克服了模锻锤的几个主要缺点，工人劳动条件好，便于实 现机械化和自动化，生产效率、模具寿命和锻件尺寸精度等均较高。但也存 在上述的一些弱点。而且由于结构复杂，价格比模锻锤高好几倍，因此在应 用上也受到一定限制。 随着精密模锻的发展和自动化程度的提高，热模锻模锻压力机在锻造发 达地区的应用越来越广泛。
④ 应考虑预锻件在终锻模膛中的定位问题。为此，预锻工步图中 某些部位的形状和尺寸应与终锻件基本吻合。 ⑤ 形状简单的锻件，预锻模膛可以不设飞边槽。若设置飞边槽， 桥部高度应比终锻模膛相应大30～60﹪，而桥部宽度和仓部高 度可适当减小。若估计预锻时不产生很大的飞边，则飞边槽可 不制出仓部。 ⑥ 当终锻时金属不能以镦粗而主要考压入方式充填型腔时，预锻 件的形状与终锻件应有显著差别，使预锻后坯件的侧面在终锻 型腔中变形一开始就与模壁接触，以限制金属径向剧烈流动， 而迫使其流向模膛深处。
（2）第Ⅱ类锻件变形工步的选择：这类锻件的工步选择与锤上模锻件一 样，确定变形工步时先要作出计算毛坯图，然后按ɑ－ 曲线(参阅锤 上模锻)确定制坯工步。 ① 断面变化小的锻件，视其形状复杂程度可直接终锻或预锻、终锻。当 此锻件宽度与毛坯直径之比大于1.6～2时，应增加压扁工步。 ② 断面有一定变化的锻件，当断面变化不超过10～15﹪时，可采用压肩、 终锻或压肩、预锻、终锻。 ③ 对截面变化大的锻件，一般需采用其它设备制坯（辊锻、平锻、楔横 轧、空气锤等）或采用成形毛坯（周期性轧坯或异形断面型钢）。 ④ 对弯曲轴类锻件，须采用弯曲工步。弯曲前是否需滚挤或拔长同样要 根据计算毛坯图和ɑ－ 曲线来确定。重量和尺寸较小的锻件在锻压机 上模锻时，为了简化制坯工步和提高生产率，可采用“交错”、“纵 列”等排列方法进行多件模锻。
（４）圆角半径 按锤上模锻件确定。未注明圆角半径取２～３ｍｍ。 （５）冲孔连皮 热模锻压力机上模锻件，直径小于26ｍｍ的孔一般不予冲出。 冲孔时，连皮厚度通常取６ ～８ｍｍ。
三、变形工步设计
热模锻压力机上模锻采用的变形工步分为模锻工步和制坯工 步两类。模锻工步有预锻和终锻；制坯主要工步有镦粗、成形、 压扁、弯曲等。挤压既可作为制坯，也可作为模锻工步。 1. 变形工步的选择 （1）第Ⅰ类锻件变形工步的选择：此类锻件可按外形复杂程度来选 择工步。工步选择与锤上模锻有较大差别，不同点是：预锻工步 用得多，而且重要，同时挤压工步也常采用。常用的工步有镦粗、 挤压、预锻、终锻。 ① 当锻件形状简单、各部分高度差别不大、轮廓线光滑过渡时，可 直接将原毛坯终锻或镦粗后终锻； ② 当锻件形状比较复杂，例如齿轮的轮缘与轮辐的高度相差比较大， 或有较高轮毂和较小的圆角半径，需采用镦粗－预锻－终锻 ③ 当锻件形状复杂，还可采用挤压－终锻或挤压－预锻－终锻。
3. 导向装置
热模锻压力机模具的导向装置是由导柱、导套等组成，大多 数锻模采用双导柱，设在模座后面或侧面，个别也有采用四导柱 的。 导柱导套分别与上下模座采用紧配合，而导柱与导套之间应 留有0.25～0.45mm的间隙,并设有润滑装置。导套上端有盖， 下部有油封圈，以防氧化皮入内及润滑油漏出。导柱长度应保证 压力机滑块在上死点位置时，导柱不脱离导套；在下死点位置时， 不碰封盖。
模具的轮廓形状和尺寸，应根据热模锻压力机工作空间的尺 寸及镶块尺寸设计。 模具在闭合状态，各零件在高度方向的尺寸关系如图：
即：Ｈ＝2(h1+h2+h3)+hn =A+0.6a 式中：Ｈ——模具的闭合高度， h1、h2、h3——上下模座厚度、上下垫板厚度、上下镶块高 度。 hn——上下模间隙。 A——热模锻压力机最小闭合高度。 ａ——工作台最大调节量。 另外，要考虑到滑块在最上位置时，上下镶块之间的开口高 度应保证往模膛放坯料及从型腔中取出锻件等操作方便。
2. 工步图及工步设计
工步图用来表示坯料在制坯和模锻过程中应具有的形状和尺寸。 确定这些工步图的过程称为工步设计。制坯和模锻模膛是根据工步图 来设计制造的。 热模锻压力机上最常用的变形工步是镦粗、压肩、弯曲、挤压、 预锻、终锻等。其中预锻工步的设计最重要，因为在锻压机上预锻工 步用的最多，其设计是否正确对锻件质量有很大的影响。下面着重介 绍预锻、终锻、镦粗工步的设计原则。压肩、弯曲工步的设计与锤上 模锻相同。
B
下图为插头锻件，锤上模锻选分模面Ａ－Ａ，锻压机上模锻选 Ｂ－Ｂ分模面，锻件尾部用正挤压成形，头部用反挤压成形，端部 仅产生少量横向飞边，锻件精度高。
B A A
B
2. 余量和公差 由于热模锻压力机具有良好的导向机构，锻件的余量和公差 比锤上模锻小（大约为锤上模锻的50～70℅)。 3. 模锻斜度： 由于锻压机具有顶料机构，模锻斜度比锤上模锻件小一级。外 壁斜度为3 ° ～5 °，一般常用5 °。内壁斜度为7 ° ～ 10°， 根据孔的相对深度而定。
⑦ 预锻件的圆角半径及模锻斜度设计原则与锤上模锻相同。
（3）镦粗工步设计 镦粗工步按其作用可分为两种： ① 上、下平板间自由镦粗。其目的是减小坯料高度、增大直径，以 利于定位，同时去除氧化皮。 ② 上、下型砧内成形镦粗。预锻前将坯料成形镦粗，使之接近预锻 件形状。 坯料在镦粗模膛内的流动受到模壁的限制，不能自由地向水 平方向流动。上、下模闭合后的间隙比自由镦粗的小得多。成形 镦粗可得到形状较复杂的中间毛坯，但坯料上脱落下来的氧化皮 易压入坯料，影响锻件质量，故成形镦粗前应将坯料表面脱落。
8—偏心轴 9—连杆 10—滑块 11—楔形工作台 12— 下顶杆 13—楔铁 14—顶出机构
15—制动器 16—凸轮
（3）滑块的行程是固定的，滑块必须经过下死点才能回程，上、下 模打击的轻重快慢操作者无法调节； （4）承受偏载能力强，导向性能良好（除滑块在导向精确的导轨中 稳定运行外，锻模上采用精确的导向装置），有上、下顶出机构； （5）滑块的最大速度为0.1～0.5m/s。 2. 模锻工艺特点： （1）在模膛内金属的变形是在滑块的单次行程内完成的； （2）由于行程一定和有良好的导向装置，锻件的公差余量可以减少 （为锤的50～70﹪)； （3）由于有顶出装置，模锻斜度可以减少，而且某些长轴类锻件， 例如气阀，可以立起来模锻； （4）由于是骤加压力，模具可以采用镶块式结构； （5）由于是骤加压力，不能象模锻锤那样利用金属的流动惯性，故 充填模膛较为困难些，因此常常要用预锻模膛； （6）由于是骤加压力，从模膛清除氧化皮比较困难，影响锻件的表 面质量； （7）由于行程一定，故一般仅在其上进行压扁、弯曲、成形等工步。 而不便于进行拔长和滚压。因此，它只能完成断面变化不大 （≤10％～15％）的制坯工作。当遇到断面变化较大的锻件时， 制坯工作应放在其它设备（锤、辊锻机）上进行，或者两者协同 进行，对生产批量很大的情况，可以采用成形毛坯（包括型钢和 周期性毛坯）。
一、热模锻压力机的主要工 作特点和模锻的工艺特点
1. 热模锻压力机主要特点 （1）依靠曲柄的转动，使滑块作上下 往复运动，靠骤加载荷使金属变形； （2）机架为封闭力系，受力系统是封 闭的，变形力由框架承受，不往外 面传；
1—电动机 2—小带轮 3—大带轮（飞轮） 4—传动轴 5—小齿轮 6—大齿轮 7—离合器
2. 镶块
镶块有圆形和矩形（或方形）两种。圆形镶块加工方便、节省材料， 适用于形状简单的回转体锻件。矩形镶块适用于任何形状的锻件。用压 板紧固的镶块。 镶块的平面尺寸决定于型腔尺寸及模壁厚度（如下图）：

模壁厚度ｔ＝(1～1.5h) ≥40mm， 式中：ｈ——模膛最宽处深度。 镶块底面距型腔最深处厚度ｓ应不小于(0.5～0.65)h。但上下镶 块在闭合状态的总高度应不大于(0.35～0.4)H，Ｈ为模具的封闭高度。 镶块的终锻模膛中如有较深的腔，应在深腔中金属最后充满处开设 排气孔（如上右图），以便金属充填型腔，孔径为1.2～2mm，孔深为 20～30mm，然后与8～20mm的孔相连,直至镶块底部。如型腔底部 有顶出器或其它排气的缝隙时，则不需另开排气孔。
四、选择设备吨位
热模锻压力机吨位应根据锻件终锻时的最大变形力确定。热 模锻压力机吨位用公称压力表示。当锻件的最大变形力超过公称 压力时，常会发生“闷车”，引起设备损坏。所以选用的设备吨 位应稍大于锻件的最大变形力。 热模锻压力机上模锻成形力及设备吨位计算见锤上模锻。