螺旋压力机上模锻
锻造力的概念
锻造变形力学基础常见锻造工序的受力：一、锻造工序的受力分析1、作用力设备施加的力，借助工具火模具传给金属坯料的力，有冲击力和静压力。
冲击力—锻锤、螺旋压力机（螺旋锤）静压力—热模锻压力机、机械压力机2、摩擦力热塑形变形时，摩擦力与正压力之间不存在比例关系，这时由于材料的屈服强度（实质是抗剪强度）决定了材料所能承受的最大摩擦力。
在冷态时，近似的认为成正比例关系。
摩擦力的影响：1）使变形力增大正挤压时变形力增大，反挤压时变形力减少，2）影响充满模膛在凹模中顶镦时，摩擦力的作用—上端部圆角比下端部圆角更易充满在凸模中顶镦时，摩擦力的作用—下端部圆角比上端部圆角更易充满3、惯性力当惯性力的方向与所要充满的方向一致时，将有助于充填模膛。
因此，锤锻模多把难充满的部分放在上模膛，就是这个道理。
在挤压时，根据体积不变原理，当F0/F1很大时，则V1很大，当冲头停止时，由于惯性的作用，会使出口部分拉断，或拉成细颈。
二、锻造工序的应力分析1、镦粗时，毛坯中部和靠近接触面的部分受三向压应力，外表面？？低塑性的金属材料在镦粗时，侧表面受沿着切向为拉应力，常易产生裂纹，如果外面增加一层低碳钢套，坯料表面处于受压状态，镦粗时则不易产生裂纹。
2、冲孔时，冲头下面受三向压应力，环壁受一拉一压。
3、变薄拉伸变形区受一拉一压，出口以外的区受两拉应力。
在压力加工中，变形区受拉应力越小，压应力越大则金属的塑性越好，反之塑性越差。
塑性的衡量是以产生裂纹前的许可变形程度，而裂纹的发展则与应力的大小有关。
（裂纹产生与塑性高低有关，而裂纹扩展与应力大小有关）为了追求高塑性，要使变形区受三向压应力，在实践中，某些有色金属及耐热合金，铸态塑性很低，通常采用挤压工艺生产，有时为防止挤出部分拉断，还需施加反向推力。
三、镦粗时的最后变形区在模锻时，金属完全充满模膛后，只有金属中间部位产生变形，见图h0，约为飞边桥部高度的（2-5）倍。
四、做功。
第三章 模锻成形工序分析和模锻-1
2）精密成形时还应该考虑模具的弹性变形。
11
控制金属的流动方向
流动规律：塑性变形时金属主要向着最大主应力增大的方向 流动。在三向压应力下，金属主要是向着最小阻力增大的方 向流动。 通过不同的工具，采取不同的加载方式，在变形体内建立不 同的应力场来得到不同的变形和流动情况。
流动分 界面
流动分界 面外移
第三章 模锻成形工序分析和模锻工艺
开式模锻 模锻 成形 工序 分析 闭式模锻 挤 压 顶 镦 模锻工艺及模锻件分类 锻件图设计
模锻 工艺
模锻工艺过程制定内容 及工艺方案选择 模锻变形工步的确定
1
一、概述
发展过程：自由锻→胎模锻→模锻 自由锻：将加热好的金属坯料放在锻造设备的上,下砥铁之间, 施加冲击力或压力,直接使坯料产生塑性变形,从而获得所需锻 件的一种加工方法。 胎模锻：胎模锻是在自由锻设备上采用不与上、下砧相接的活 动模具成型的方法称为胎模锻。它是介于自由锻与模锻之间的 锻造工艺方法。 模锻：将加热后的坯料放置在固定于模锻设备上的锻模内锻造 成形的。
●
●
● ●
节省切边设备；
有利于金属充满模膛，有利于进行精密模锻；
闭式模锻时金属处于明显的三向压应力状态，有利于 低塑性材料的成形。
42
第三节
闭式模锻
闭式模锻进行的必要条件：
● ● ●
坯料体积准确； 坯料形状合理并能在模膛内准确定位； 能够较准确地控制打击能量或模压力；
●
有简便的取件措施或顶料机构。
19
一、开式模锻各阶段的应力应变分析
●
第Ⅱ阶段
20
一、开式模锻各阶段的应力应变分析
第Ⅲ阶段：主要是将多余金属排入飞边，此时流动分界面 已不存在。变形区的应力应变状态与薄件镦粗一样。
(完整版)主要锻造方法的工艺特点
辗扩
扩孔机
轧辊相对旋转，工作轧辊上刻出环的截面
变形连续，压下量小，具有表面变形特征，壁厚均匀，精度较高。热辗扩主要用于生产等截面的大、中型环形毛坯，辗扩直径范围40～5000mm，重量6t以上
成批大量
热精压
普通模锻设备
与热模锻工艺相比，通常要增加精压工序，要有制造精密锻模和无氧化、少氧化加热和冷却的手段，加热温度低，变形量小。适用于叶片等精密模锻
冷精压
精压机
滑块与曲轴借助于杠杆机构连接，滑块行程小，压力大
不加热，其余特点同上。适用于压制零件不加工的配合表面，零件强度极限及表面硬度均有提高
成批大量
冷挤压
机械压力机
采用摩擦压力机需设顶出装置，在模具上设导向、限程装置，采用曲柄压力机需增强刚度，加强顶出装置
适用于挤压深孔、薄壁、异形断面小型零件，生产率高，操作简便，材料利用率达70%以上，冷挤压用材料应有较好的塑性，较低的冷作硬化敏感性。冷挤压分正挤压、反挤压、复合挤压、镦挤结合几种方式。模具强度、硬度要求较高，锻件精度高
成批大量
螺旋压力机上模锻
摩擦螺旋压力机
行程不固定，工作速度为1.5～2m/s，有顶杆，一般设备刚性差，打击能量可调
每分钟行程次数低，金属冷却快，不宜拔长、滚压，对偏载敏感。一般用于中小件单膛模锻，配备制坯设备时，也能模锻形状较复杂的锻件，还可以用于镦锻、精锻、挤压、冲压、切边、弯曲、校正
成批
水压机上模锻
行程不固定，上下锤头为平的，空气锤振动大，水压机无振动
在自由锻设备上采用活动胎模。与自由锻相比，锻件形状较复杂，尺寸较精确，节省金属，生产率高，设备能力较大。与模锻相比，适用性广，胎模制造简便，但生产率较低，锻件表面质量、模具寿命较低
四种模锻设备的比较
电液模锻锤、摩擦螺旋压力机、高能螺旋压力机、热模锻压力机、数控全液压模锻锤的比较一、电液模锻锤：优点：1、 结构简单，维护费用低；2、 操作方便，灵活性强；3、 可进行多模膛锻造，无需配备预锻设备；4、 打击速度高，金属变形力小，金属表面质量高；5、 设备通用性好，小锤可以干大活；6、 设备投资少(为热模锻压力机投资的3141～)。
缺点：1、 打击能量不能精确控制；2、 终锻时易发生冷击现象，模具寿命低；3、 噪音大，地面振动大；4、 不能实现自动化生产。
二、螺旋压力机优点：1、 结构简单；2、 运动速度低，操作方便；3、 成形工艺范围广，可用于模锻、切边、弯曲等工序。
缺点：1、由于有螺杆的存在，承受偏心载荷能力差，一般只能用于单模膛锻造；不适合一次加热，完成几道工序(如去除氧化皮，预锻和切边)；2、当采用螺旋压力机终锻时，就需要用另外的设备完成辅助工序，生产线上设备配置多，整条线投资大。
3、打击次数低，一般为10～15次/分，生产效率极低；4、普通螺旋压力机(摩擦螺旋压力机)能源利用率低，仅为10%左右，而高能螺旋压力机价格极高。
5、打击时，机身受封闭力，一旦出现超负荷极易损坏机器大的零部件(如机身、螺杆等)。
三、高能螺旋压力机优点：1、飞轮与螺杆脱离，飞轮连续旋转，能量利用率较高；2、滑块导向好，抗偏载能力强，可实现多模膛锻造；缺点：1、打击次数偏低，一般为20次/分；2、价格昂贵。
四、热模锻压力机优点：1、导向精度好，机身刚度大，锻件质量高；2、工作频次高；3、有顶击装置；4、易于实现自动化生产。
缺点：1、体积庞大，设备投资极大；2、由于滑块行程固定，模具调整不方便，因此仅运用于大批量生产的锻件；3、坯料上下两端面的氧化皮易压入锻件表层。
五、数控全液压模锻锤优点：1、打击能量和打击工序实现了数控化，打击能量可精确控制；2、打击频次高；3、可多模腔锻造；4、锻造精度高；5、模具寿命高；6、有顶击装置；7、机身下部设置有德国技术的减震器，打击时，地面无振动；8、易于实现自动化生产；9、设备投资适中。
模锻设备的选择
第三章模锻设备的选择模锻锤、螺旋压力机、热模锻压力机是锻造行业的三大主力模锻设备，尽管多年来各自技术均得到相应的发展，但由于其各自的性能特点，因而具有不同的适应性！热模锻压力机优点(1)锻造时滑块的行程不变，每个变形工步在滑块的运动下成形，便于实现机械化和自动化，具有很高的生产率。
(2)滑块运动精度高，并有锻件顶出装置，使锻仟的模锻斜度、加工余量和锻造公差减小，因而锻件精度比锤上模锻件高。
(3)作用于坯料上的锻造力是静压力而不是冲击力，坯料的变形速度较低，这对于低塑性材料的锻造有利。
某些不适于在模锻锤上锻造的材料(如耐热合金、镁合金等)，可在热模锻压力机上锻造。
(4)工作时的振动和噪声小，劳动条件得到改善。
这种模锻方法的主要缺点是设备结构复杂，价格高，模具结构也比一般锤上锻模复杂，同时，由于滑块行程不能在锻造过程中调节．因而不能进行拔长、滚挤等需要多次打击才能完成的工步的操作。
平锻机上模锻在工艺上特点(1)坯料都是棒料或管材．并且只进行一端局部加热和局部变形加工，因此可以完成在立式锻压设备上不能锻造的某些长杆类锻件，也可用长棒料连续镀造多个锻件。
(2)锻模有两个分模面，锻件出模方便，可以锻出在其他设备亡难以完成的在不同方向上有凸台或凹槽的锻件。
(3)需配备对棒料局部加热的专用加热炉。
摩擦压力机上模锻特点(1)滑块行程和打击能量都可自由调节，坯料在一个模腔内可以多次打击，因而摩擦压力机属于锻锤类设备。
其工艺性能广泛，既可完成微租、成形、弯曲、预锻、终锻等成形工序，也可进行校正、稍整、切边、冲孔等后续工序的操作。
(2)滑块行程速度略高于热模锻压力机，比模锻锤低得多，锻压力仍接近于静压力性质。
同时，由于飞轮的惯性大，其锻击频率低，因而生产率较低。
(3)金属在两次锻击之间可以充分进行再结晶，适合于再结晶速度较低的一些合金钢和有色金属的锻造。
(4)螺杆与滑块之间为非刚性连接，承受偏心载荷能力差，适合单模膛锻造。
第八章---锻模设计
圆角半径R’：
R’= R+c
式中 R —— 终锻模膛相应部位
上的圆角半径；
终 锻 模 膛 深
c—— 系数。 H<10mm，c=2； H=20~25mm，c=3； H=25～50mm，c=4； H>50mm，c=5。
4．带枝芽的锻件 为了便于金属流入枝芽处，简化预锻模膛的枝芽形
状，与枝芽连接处的圆角半径适当增大，必要时可在分 模面上设阻尼沟，加大预锻时金属流向飞边槽的横向阻 力，如图8-6所示。
⑵在设有预锻模膛时，偏心打击将不可避免，应把预锻模 膛和终锻模膛分设在锻模中心的两旁，并同时在键槽中 心线上，使a／b ≤ 1／2或a ≤ l／3L。
⑶制坯模膛的布置第一道制坯工步应当安排在吹风管的 对面，以避免氧化皮落在终锻模膛里。
弯曲模膛的位置要便于弯曲后可直接地把坯料送到 终锻模膛中，如图8-29a所示 。
第八章 锻模设计 第一节 终锻模膛设 终锻模膛用来完成锻件最终成形。 组成：模膛、飞边槽和钳口。
一、热锻件图 热锻件图的尺寸应比冷锻件图上的相应尺寸有所放
大。理论上加放收缩率后的尺寸L按下式计算：
L＝l（1＋δ）
式中：l —— 冷锻件尺寸； δ —— 终锻温度下金属的收缩率。
二、飞边槽 1．开式模锻中金属流动过程分析
拔长、滚挤、弯曲、卡压、成形等制坯工步和预锻 及终锻工步所组成。
（1）直长轴线锻件 一般采用拔长、滚挤、卡压、成形等制坯工步。得到
中间毛坯，长度与终锻模膛的长度相等，沿锻件轴线的每 一横截面积等于相应处锻件截面积与飞边截面积之和。
（2）弯曲轴线锻件（图8-13） 制坯工步与前面的大致相同，但增加了一道弯曲
的设计最为重要。
⑴终锻工步设计
锻造工艺学复习知识点
1.体积成形（锻造、热锻）：利用外力，通过工具或模具使金属毛坯产生塑性变形，发生金属材料的转移和分配，从而获得具有一定形状、尺寸和内在质量的毛坯或零件的一种加工方法。
2.自由锻：只用简单的通用性工具，或在锻压设备的上、下砧间直接使坯料成形而获得所需锻件的方法。
特点：1、工具简单，通用性强，操作灵活性大，适合单件和小批锻件，特别是特大型锻件的生产。
2、工具与毛坯部分接触，所需设备功率比生产同尺寸锻件的模锻设备小得多，适应与锻造大型锻件。
3、锻件精度低，加工余量大，生产效率低，劳动强度大3.模锻：利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法。
通过冲击力或压力使毛坯在一定形状和尺寸的锻模模腔内产生塑性模锻特点：(1)锻件形状较复杂，尺寸精度高; (2)切削余量小，材料利用率高，模锻件成本较低；(3)与自由锻相比，操作简单，生产率高；(4) 设备投资大，锻模成本高，生产准备周期长，且模锻件受到模锻设备吨位的限制，适于小型锻件的成批和大量生产。
变形获得锻件4.锻造工艺流程：备料---加热---模锻---切边、冲孔—热处理—酸洗、清理---校正5.锻造用料：碳素钢和合金钢、铝、镁、铜、钛等及其合金。
材料的原始状态：棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。
6.一般加热方法：可分为燃料（火焰）加热和电加热两大类。
7.钢在加热时的常见缺陷：氧化、脱碳、过热、过烧、裂纹8.自由锻主要工序：镦粗、拔长、冲孔、扩孔9.使坯料高度减小，横截面增大的成形工序称为镦粗。
镦粗分类：完全镦粗、端部镦粗、中间镦粗10.镦粗的变形分析：难变形区、大变形区、小变形区11.镦粗工序主要质量问题：①锭料镦粗后上、下端常保留铸态组织②侧表面易产生纵向或呈45度方向的裂纹③高坯料镦粗时常由于失稳而弯曲。
防止措施: 1、使用润滑剂和预热工具 2、采用凹形毛坯 3、采用软金属垫 4、采用叠镦和套环内镦粗 5、采用反复镦粗拔长的锻造工艺12.使坯料横截面积减小而长度增加的成形工序叫拔长13.在坯料上锻制出透孔或不透孔的工序叫冲孔14.冲孔的质量分析：走样、裂纹、孔冲偏15.减小空心坯料壁厚而增加其内、外径的锻造工序叫扩孔16.采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序称为弯曲17.扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序18.按成形方法的不同，模锻工艺可分为开式模锻、闭式模锻、挤压和顶镦四类19.模具形状对金属变形流动的影响：⑴控制锻件的最终形状和尺寸⑵控制金属的流动方向⑶控制塑性变形区⑷提高金属的塑性⑸控制坯料失稳提高成形极限20.开式模锻变形过程：第Ⅰ阶段是由开始模压到金属与模具侧壁接触为止；第Ⅰ阶段结束到金属充满模膛为止是第Ⅱ阶段；金属充满模膛后，多余金属由桥口流出，此为第Ⅲ阶段。
模锻设备种类及其选用原则
模锻设备的种类及其选用原则班级：学号：姓名：摘要：通过对目前锻造行业四大主力模锻设备：蒸汽—空气模锻锤、液压机、曲柄压力机、螺旋压力机等不同种类的介绍，分析了四种模锻设备各自的优缺点，提出了不同模锻设备的选用原则。
引言：蒸汽—空气模锻锤、曲柄压力机、螺旋压力机、液压机、选用原则1模锻设备的地位和作用装备制造的整体能力和水平决定着国家的经济实力. 国防实力. 综合国力和在全球经济形势下的竞争和合作能力,决定着国家实现现代化和民族伟大复兴的过程.装备制造业承担着为国民经济各行各业提供装备的重任,带动性强,涉及面广.装备制造业的技术水平不仅决定了相关产业的质量,效益和竞争能力的高低,而且是传统产业借以实现产业升级的基础和根本手段。
没有强大的装备制造业,就不可能实现生产力的跨越发展;就不会有现代化和国家富强,经济繁荣;国防和军事装备现代化,国家军事和政治的安全也无从谈起。
模锻设备在塑性成形设备的主要力量。
塑性成形加工在装备制造业中占有举足轻重的地位。
由于成形生产具有生产力高，材料利用率高和改善了制作件的内部组织及力学性能等显著改善特点。
模锻加工的零件数量在各行各业中所占比例很大。
2模锻设备的发展概况锻造是一种借助工具或模具在冲击或压力作用下加工金属机械零件或毛坯的方法。
锻造在机器制造业中有着不可代替的作用，由锻造方法生产出来的锻件形状、尺寸稳定性好，并有最佳的综合力学性能。
与其他加工方法相比，锻造（主要是模锻）加工的生产率是相当高的，一个国家的锻造水平，反映了这个国家机器制造业的水平。
金属材料的锻造成型具有两千多年的发展历史，然而直到第一次工业革命，手工锻造才被机器锻造所取代。
伴随着蒸汽机的发明和蒸汽作为动力的应用，19世纪出现了工业汽锤，有关热力学理论和蒸汽锤的设计理论才逐渐的完善；电气技术的发展和电动机驱动的应用，促进了机械压力机的发展；以矿物油作为工作介质的液压元件的出现和液压技术的发展，促进了液压机和液压驱动锻锤的发展；1650年法国人帕斯卡提出了封闭静止流体中的压力传递的帕斯卡原理。
模锻设备的选型与比较
模锻设备的选型与比较海安县百协锻锤有限公司张长龙摘要：模锻锤、螺旋压力机、热模锻压力机是锻造行业的三大主力模锻设备，本文通过其各自的结构性能特点的比较及设备的选型介绍，阐述其具有不同的适应性！关键词：模锻锤、螺旋压力机、热模锻压力机、适应性1 总述模锻锤、螺旋压力机、热模锻压力机是锻造行业的三大主力模锻设备，尽管多年来各自技术均得到相应的发展，但由于其各自的性能特点，因而具有不同的适应性！2 模锻设备的性能特点及选型2．1 模锻锤2．1．1性能特点模锻锤是在中批量或大批量生产条件下进行各种模锻件生产的锻造设备，可进行多型模锻，由于它具有结构简单、生产率高、造价低廉和适应模锻工艺要求等特点，因此它是常用的锻造设备。
锻锤在现代锻造工业中的地位取决于如下几个方面：a结构简单，维护费用低；b 操作方便，灵活性强；c 模锻锤可进行多模镗锻造，无需配备预锻设备，万能性强；d 成形速度快，对不同类别的锻件适应性强；e 设备投资少（仅为热模锻压力机投资的1/4）。
锻锤的特出优点在于打击速度快，因而模具接触时间短，特别适合要求高速变形来充填模具的场合。
例如带有薄筋板、形状复杂的而且有重量公差要求的锻件。
由于其快速、灵活的操作特性，其适应性非常强，有人称之为“万能”设备。
因而特别适合多品种、小批量的生产。
锻锤是性能价格比最优的成形设备。
特别是百协程控锻锤的出现，使锻锤在现代锻造工业发展中又一次得到了复兴。
百协程控锻锤是充分发挥传统锻锤灵活自如、成型速度快的优势，综合运用了液压、电器等现代传动、控制技术，不仅具有简单可靠的结构，而且具有极为周到的运行监测系统、故障诊断系统、能量自控系统及程序打击控制系统，是当今锻造工业中符合高效、节能、环保要求的具有高精度、高可靠、高性价比特点并具有广泛适应性的现代化精密锻造设备。
百协程控锻锤具有如下特点：A. 高效由于其独特的液压传动结构，使锤头在较短行程内获得巨大能量成为可能，即短行程高速锻造和高频率的连续锻造成为现实，这就为锻件的高效率快速成形创造了先决条件，程控锻锤的这一优势是其它锻造设备所无可比拟的。
数控电动螺旋压力机简介
数控电动螺旋压力机一、螺旋压力机发展趋势模锻件在汽车、工程机械、铁路车辆、航空、国防等工业中应用广泛，随着轿车工业、国防工业的发展，对模锻件的精度要求越来越高，例如汽车发动机连杆模锻件质量公差仅±4克，气门采用精密模锻成形后，只需磨削加工。
传统模锻设备如模锻锤、热模锻压力机，很难制作出精密模锻件。
螺旋压力机由于滑块没有固定的下死点，是生产精密模锻件的理想装备。
螺旋压力机在发展阶段中，出现了摩擦压力机、液压螺旋压力机、离合器式螺旋压力机、电动螺旋压力机四种主要传动形式，现比较如下：1、摩擦压力机摩擦压力机是最老的螺旋压力机，结构简单、价格低廉是其主要特点。
但是存在以下问题：（1）传动效率低，滑块下行时在0.65左右，滑块回程时在0.35左右。
能耗高，在能源日益紧张的情况下，摩擦压力机的应用将受到制约。
（2）摩擦带易磨损，需经常更换。
（3）打击能量不易精确控制。
2、液压螺旋压力机由于螺旋压力机能锻造出精密锻件，为了发展大吨位的螺旋压力机，60年代末以来，国外研发成功大型液压螺旋压力机，随后液压螺旋压力机成为我国锻压界的研究热门。
但是，国内只有华中科技大学研发成功6.3MN、16MN液压螺旋压力机，获我国锻压机械第一个国家发明奖（三等），并在生产中得到应用。
国外液压螺旋压力机最大吨位达140MN。
液压螺旋压力机性能优于摩擦压力机，但是存在以下问题：（1）液压系统复杂，管道敷设工作量大，液压泄漏对环境有污染。
（2）维修技术水平要求高，一般锻造工厂维修困难。
（3）价格远高于摩擦压力机。
3、离合器式螺旋压力机上世纪70年代末推出，又称高能螺旋压力机。
其特点是具有高的打击能量，滑块在小行程能输出额定能量值和达到最大锻击力；最大吨位为112MN。
但是存在以下问题：（1）机器结构十分复杂，既有机械离合器传动，又有用于滑块回程的液压传动。
（2）常用的滑块回程方式是采用液压缸推动滑块，同时使螺杆作反向运动。
液态模锻——精选推荐
液态模锻液态模锻也称为挤压铸造、锻打铸造以及熔汤锻造等，是一种锻铸结合的工艺方法。
该方法采用铸造工艺将金属熔化、精炼，并用定量浇勺将金属液浇入模具型腔，随后利用锻造工艺的加压方式，使金属液在模具型腔中流动充型，并在较大的静压力下结晶凝固，且伴有小量塑性变形，从而获得力学性能接近纯锻造锻件而优于纯铸造件的毛坯或零件。
目前，采用这种工艺生产的单件质量可达300kg以上，其材料包括有色金属及其合金、铸铁、碳钢和不锈钢等。
采用此工艺可制造大型铝合金活塞、镍黄铜高压阀体、气动单元组件的仪表外壳，铜合金蜗轮等产品。
液态模锻工艺划分为金属液和模具准备、浇注、合模施压以及开模取件四个步骤，具体如图9-5所示。
图1液态模锻工艺流程.1 工艺分类液态模锻的工艺过程是把一定量的金属液浇入下模型腔中，当溶液还处于熔融或半熔融状态时施加压力，迫使金属充满型腔形成工件。
在整个凝固过程中，对工件保持压力，以便消除金属凝固时在工件内部产生的缺陷，并使其产生塑性变形，工件凝固及塑性变形，借助顶杆或其它方法将其推出，为下一次操作做好准备。
液态模锻工艺按加压方式可以分为如下三种形式：凸模加压凝固法。
如图9-6所示，熔化的金属浇入凹模1中，凸模2下行与凹模形成封闭型腔，待熔融的金属逐渐凝固时加压使其成形，这种方法适用于铸锭或形状简单的厚壁件，在凸模压力作用下液态金属不产生向上移动。
直接液态模锻法。
如图9-7所示，熔融的金属浇入凹模1，凸模2下行与凹模形成封闭型腔，同时将液态金属压成一定形状。
型腔中的液态金属在一定压力的作用下向上流动，中间冷却凝固。
如果没有使多余金属溶液溢出的措施，则凸模的最终位置便由注入溶液的量来决定，并在工件底部和顶部厚度的变化上反映出来。
杯状和空心的法兰状工件常采用直接液态模锻法加工。
间接液态模锻法。
如图9-8所示，熔融的金属浇入下模2中，上模1先与下模2组成部分型腔，待凸模3下行时将液态金属挤出形成一定的形状。
压力机上模锻
(1)分离过程
①弹性变形阶段：凸模接触板料后，继续向下运动的初 始阶段，使板料产生弹性压缩、拉伸、弯曲变形。此时， 凸模下的坯料的一部分相对于另一部分发生错移，但无明 显裂纹。 ②塑性变形阶段：当凸模继续压入、材料中的应力值达到 屈服点时，则产生塑性变形。随着变形增大，冷变形硬化 加剧，出现微裂纹。
冲压加工要求被加工材料具有较高的塑性和韧性， 较低的屈强比和时效敏感性，一般要求碳素钢伸长率 δ≥16%、屈强比σs/σb≤70%，低合金高强度钢δ≥14%、 δs/δb≤80%。否则，冲压成形性能较差，工艺上必须 采取一定的措施，从而提高了零件的制造成本。
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1、板料冲压分类
4、冲压设备-冲床
冲床视频8-工作原理演示
冲床视频9-先进设备演示
二、冲压基本工序及工艺过程
1、分离工序
将冲压件与板料按要求的轮廓线分离的工序， 如切断、落料、冲孔。落料和冲孔总称为冲裁。
1）切断
切断是将板料沿不封闭曲线分离的一种冲压方法。它 是一种备料工序，主要是将板料切成具有一定宽度的 坯料，或用以制取形状简单、精度要求不高的零件。
具体计算公式如下： 凹 落料时: D (Dmax x)0 凹 冲孔时:
x 0 D (D Zmin)凸 凸 凹
0 d凸 (dmin x) 凸
式中：D凹、D凸——落料凹模、凸模基本尺寸；
凹 xn d凹 (d凸 Zmin 0 )
δ
凸、δ 凹——冲孔凸模、凹模基本尺寸；
通常，在冲裁软钢、铝合金、铜合金等材料时，模具间隙 取板厚的6％～8％左右；冲裁硬钢等材料时，间隙取板厚 的8％～12％左右；厚板或精度较低的冲裁件间隙还可适当 增大。
（4）凸模、凹模刃口尺寸确定
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3. 导向装置
(1) 导柱导套 导柱导套导向适用于生产批量大、精度要求较高
的锻件。 (2) 导销 对于形状简单、精度要求不高、生产批量不大的锻件， 可采用导销导向。 (3) 凸凹模自身导向 凸凹模自身导向主要用于圆形锻件，实质 上它是环形导向锁扣的变种形式。 (4) 锁扣 锁扣导向主要用于大型摩擦压力机的开式锻模上，有
8.1.2 工作原理 8.1.3 螺旋压力机力能关系
8.1.1 分类
•按螺旋压力机的工作原理，可分为惯性(传统) 螺旋压力机和高能(离合器-液压)螺旋压力机。
•按螺旋压力机驱动方式，可分为摩擦螺旋压力 机、液压螺旋压力机、电动螺旋压力机、复合 传动螺旋压力机等。
8.1.2 工作原理
• 惯性(传统)螺旋压力机采用惯性飞轮，打击 前飞轮处于惯性运动状态，打击过程中， 飞轮的惯性力矩经螺旋副转化为打击力使 坯料变形，直到动能全部释放，打击过程 结束。由于打击过程的时间很短，可产生 很大的打击力，打击力具有冲击特性。
时也用于中、小型锻件生产。
8.6.2 新型及离合器式螺旋压力机模架结构
图8-23
斜面压板紧固的组合式模架结构示意图
图8-24
斜面压板紧固的组合式模架实物
图8-25
键式紧固的模座、镶块组合式结构示意图
8.7 螺旋压力机上模锻工艺实例
1.工艺分析及方案确定
2.锻件图的制订 3.飞边槽的作用及结构形式 4.设备吨位的确定及其有关参数 5.热锻件图的确定 6.确定制坯工步 7.模具设计
叉头锻模结构示意图
图8-13
反挤压成形模具结构
图8-14
凹模可分的模具结构
图8-15 锥齿轮精锻模结构
表8-5 凸模和凹模间的间隙值(单位：mm)
图8-16 常用锻模结构形式 a)、d)与锻模锤通用的结构 b)压板固定的结构 c)斜楔固定的结构 e)压圈固定的结构 f)大 螺母固定的结构
8.5.3 模膛及飞边槽设计
8.2.1 惯性螺旋压力机上模锻的工艺特点
8.2.2 离合器式螺旋压力机上模锻的工艺特点
8.2.1 惯性螺旋压力机上模锻的工艺特点
1. 摩擦螺旋压力机上模锻的工艺特点
2. 新型惯性螺旋压力机上模锻的工艺特点
1. 摩擦螺旋压力机上模锻的工艺特点
1) 靠冲击力使金属变形，但滑块的打击速度低(0.7~1m/s)，每
表8-10 三类模架的各种形式
2. 模块、模座及紧固形式
(1) 斜楔紧固 斜楔紧固方法与锤锻模相同，如图8-20所示。
(2) 压圈紧固 (3) 螺栓紧固 所示。 (4) 焊接紧固 用焊接的方法将模块固定，结构简单，但是不能 更换,只有在急件或一次性投产时才使用。 采用压圈、螺栓紧固于模板或模座上。 这种紧固方法一般用于较小的模块，如图8-22
1)普通模锻时，常用的计算选择传统螺旋压力机公称压力Fg公
式主要有 2)精密模锻时，螺旋压力机公称压力的选择可按下式确定，即
8.4.2 离合器式螺旋压力机公称压力的选择
1)普通模锻时，在选择高能螺旋压力机公称压力的公式时，根
据离合器式螺旋压力机与传统螺旋压力机不同的力能关系，在 列别利基公式中引进一个力能关系修正系数β。 2)精密模锻时，β=1，离合器式螺旋压力机的公称压力可按式(8 -6)选择。
图8-26
零件图
2.锻件图的制订
(1)确定分模面位置 不难看出，该锻件为长轴类、叉类锻件。
(2)确定锻件机械加工余量和尺寸公差 加工余量的确定与锻件 形状的复杂程度、成品零件的精度要求、锻件的材质、模锻设 备、机械加工的工序设计等许多因素有关。 (3)确定模锻斜度和圆角半径 螺旋压力机上模锻斜度的大小， 主要取决于有无顶杆装置，也受锻件尺寸和材料种类的影响； 锻件的圆角可以使金属容易充满模膛，起模方便和延长模具寿
图8- 20 用斜楔紧固的整体模 1—上模座 2—上模 3—下模 4—下模座
图8-21 用压圈紧固模块形式 1—上底板 2—上垫块 3—紧固螺钉 4—上模块 5—上压圈 6—紧固螺母 7—下模块 8—下压圈 9—下垫块 10—下底板
图8-22 用螺栓紧固模块的形式 1—上底板 2—上模块 3—下模块 4—螺栓
7—下压圈
图8-9 摔杆制坯 1—原毛坯 2—卡头 3—摔出杆部 4—顶镦成形
图8-10 电热镦制坯 1—原毛坯 2—电热镦头部 3—顶镦成形
图8-11 带承击面的闭式锻模 1—下模座 2—下承击块 3—上承击块 4—上模座 5—上垫板 6—导套 7—导柱 8—螺栓 9—下垫块 10—顶杆
图8-12
图8-7 NPS2500离合器式压力机锻 打过程状态参数仿真曲线 p—油压 ω—螺杆角速度 x—顶杆位移 f—机身变形 —螺杆角加速度 —打击力
表8-4 力能关系修正系数β
8.5 螺旋压力机上模锻的锻模设计
8.5.1 锻模设计特点
8.5.2 锻模的结构形式 8.5.3 模膛及飞边槽设计
8.5.1 锻模设计特点
1. 第Ⅰ类锻件的工艺及模具特点
2. 第Ⅱ类锻件的工艺及模具特点 3. 第Ⅲ类锻件的工艺及模具特点 4. 第Ⅳ类锻件的工艺及模具特点 5. 第Ⅴ类锻件的工艺及模具特点 6. 第Ⅵ类锻件的工艺及模具特点
图8-8 顶镦成形模 1—压力机工作台 2—衬套 3—顶杆 4—下模座 5—下垫板 6—下模 8—上模 9—上压圈 10—上垫板 11—上模座
1)锻件精度高，可进行精密锻造，如叶片等。
2)导轨间隙小，导向长度长，导向精度高，抗偏载能力较强。 3)可以进行能量预选，方便地调节能量和打击力，使模具承受 最佳的应力和合适的闷模时间，模具的使用寿命高。 4)传动效率、行程次数较高，成形速度较快。
2. 新型惯性螺旋压力机上模锻的工艺特点
图8-5 单螺杆推力液压缸式液压螺旋压力机 1—飞轮 2—螺杆 3—螺母 4—活塞 5—液压缸 6—管道 7—活塞杆 8—机身 9—滑块
第8章 螺旋压力机上模锻
8.1 螺旋压力机工作原理和工作特性
8.2 螺旋压力机上模锻工艺特点 8.3 锻件图设计特点 8.4 螺旋压力机公称压力的选择 8.5 螺旋压力机上模锻的锻模设计 8.6 螺旋压力机用模架 8.7 螺旋压力机上模锻工艺实例
8.1 螺旋压力机工作原理和工作特性
8.1.1 分类
顶出器的结构
图8-19
模膛最小壁厚示意图 表8-6 系数
表8-7
系数
2.飞边槽设计
(1)摩擦压力机飞边槽设计 锻件的尺寸(准确地说是锻件在分
模面上的投影面积)既是选择飞边槽尺寸的依据，也是选择设备 吨位的主要依据，故生产中通常按设备公称压力来选定飞边槽 尺寸。 (2)离合器式螺旋压力机飞边槽设计 我国目前尚无离合器式螺 旋压力机飞边槽设计的标准。
表8-1 各种模锻设备上模具寿命对比
8.3 锻件图设计特点
1. 分模面的选择
2. 模锻斜度
表8-2
锻件分类
表8-2 锻件分类
表8-3 锻件模锻斜度
8.4 螺旋压力机公称压力的选择
8.4.1 惯性螺旋压力机公称压力的选择
8.4.2 离合器式螺旋压力机公称压力的选择
8.4.1 惯性螺旋压力机公称压模面位置图
图8-28
锻件示意图
3.飞边槽的作用及结构形式
图8-29
飞边槽结构尺寸
4.设备吨位的确定及其有关参数
表8-11 NPS2500离合器式螺旋压力机技术参数
7.模具设计
图8-30
离合器式螺旋压力机上模锻模架结构
图8-31
锻模结构
图8-32
摩擦压力机模具结构
1. 模膛设计
2.飞边槽设计
1. 模膛设计
1) 终锻模膛。 2) 预锻模膛。 3) 当锻模上只有一个模膛时，模膛中心要和锻模模架中心及螺旋
压力机主螺杆中心重合；如在螺旋压力机的模块上同时布置预锻
模膛，应将终锻模膛中心和预锻模膛中心分别布置在锻模中心两 侧。
4) 因螺旋压力机的行程速度慢，模具的受力条件较好，所以开式
锻件精度较高。
5) 行程不固定，可实现轻击和重击，能进行多次锻击，还可进 行弯曲、精压、校正等工序。
图8-4 双盘摩擦压力机 a)传动系统简图 b)实物图片 1—电动机 2—传送带 3、5—摩擦盘 4—传动轴 6—飞轮 7、10—连杆 8—大螺母 9—螺杆 11—滑块 12—手柄
2. 新型惯性螺旋压力机上模锻的工艺特点
表8-8 按设备规格确定的飞边槽尺寸(单位：mm)
表8-9 离合器式螺旋压力机终锻模膛飞边槽尺寸
8.6 螺旋压力机用模架
8.6.1 摩擦螺旋压力机模架结构
8.6.2 新型及离合器式螺旋压力机模架结构
8.6.1 摩擦螺旋压力机模架结构
1. 模架结构
2. 模块、模座及紧固形式 3. 导向装置
1. 模架结构
图8-6 电动螺旋压力机结构简图 1—定子 2—飞轮 3—螺杆 4—螺母 5—滑块 6—电动机 7—传动齿轮
8.2.2 离合器式螺旋压力机上模锻的工艺特点
1)能量消耗少，提供有效能量大，在很短时间内达到很大的打
击力。 2)可以进行行程和能量预选。 3)行程时间短，成形速度快。 4)锻件精度高。 5)抗偏载能力较强，适宜进行多模膛锻造。 6)闷模时间短，模具使用寿命长。
分钟的打击次数少，适合于锻造低塑性合金钢和有色金属。 2) 可以采用组合式模具结构，简化了模具设计与制造，可锻造 更复杂的锻件，如两个方向有内凹的法兰、三通阀体等。 3) 螺杆和滑块间是非刚性连接，承受偏心载荷能力较差，一般 只能进行单模膛模锻。 4) 有顶出装置，可以锻造出小模锻斜度(或无模锻斜度)的锻件，
模锻模块的承击面积比锤锻模小，大约为锤锻模的1/3。 5) 对于模膛较深、形状较复杂、金属难充满的部位，应设置排气 孔。 6) 螺旋压力机的行程不固定，在锻模模块上设计顶出器时，应在 保证顶出器强度的前提下，留有足够的间隙，以防顶出器将整个 模架顶出，如图8-18 所示。