热模锻工艺及模具设计

去应力 Temperature
终检入库 Final Acceptance
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2）L850连杆毛坯锻造生产工艺流程 Forging Process of L850 Connecting Rod Production
棒料感应加热
原材料进厂检验 Raw Material
棒料剪切
基准尺寸相同 或预锻比终锻单边小 此部位多 不充满
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二.模具结构设计(闭式) － 预锻模腔
2.3镦粗坯料定位： 由于镦粗坯料端面圆角与侧面多为大 圆弧过渡,坯料定位于下模接近坯料 直径的凹腔内,如图示区域； 2.4镦粗坯料放置： 坯料由送料同步器夹持到达位置后， 坯料与模具成型面多有一定高度差， 坯料放置与成型后顶出，需要保证其 运动过程中的平稳性； 多采用浮动下模结构，利用浮动顶出 机构来接、送坯料，有利于运动平稳 性和坯料定位准确。
. . . . .
切边和冲孔时,锻件可能产生的拉缩变形; 终锻模膛的局部磨损; 模膛较深处易积聚氧化皮引起锻件局部“缺肉”; 机加工定位面 锻件的追溯性标识及内部标识
所以在使用CAD/UG等软件进行模具设计时,首先要对得到的图纸 和三维数模进行修改,做出一个合理的热锻件图.
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Cutting the Stick
Stick Induction Heating
辊锻制坯 （4工步） Roller Foundry (4 Steps)
锻压成型（5工步） Forging Pressing (5 Steps)
可控风冷 Controllable Wind Cooler
精压 Accurate Pressing
课程主要内容:
一.热模锻般工艺特点 -热模锻齿轮毛坯生产工艺流程
-四工步锻压成型工艺特点 二. 热模锻模具设计 -闭式模锻模具设计(以齿坯为例) -开式模锻模具设计(以连杆为例)
三.涨断连杆与拉断连杆工艺对比
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一.热模锻一般工艺特点 (和锤上模锻相比)
- 压机滑块行程固定,载荷为静压力,锻件精度高,能较
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1.DYPT热模锻齿轮毛坯生产工艺流程
钢棒剪切下料 *:端面角度/毛刺
中频感应棒料加热 *:温度
四工步锻压成型 *:尺寸/表面质量
等温退火热处理 *:温度曲线/金相组织
抛丸处理 *:表面氧化皮残留物
质量检验 *:尺寸/表面质量
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二.模具结构设计(开式) － 终锻模腔 -顶料装置: 1.顶杆位置: -顶杆位置视锻件的形状和尺寸而定,分为两类: 1.顶杆位置在锻件本体上; 2.顶杆位置在飞边或冲孔连皮上
---T200连杆锻模采用的顶杆位置在飞边和冲孔连
皮上,除考虑锻件顶出平稳,顶杆及时复位等,还应 参照模座顶出装置合理布置顶杆位置,特别是顶杆 位置在飞边上,既要防止顶杆顶不上,又要考虑模 具强度.
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二.模具结构设计(开式) － 终锻模腔 -终锻模腔按热锻件图设计: 加工面机加工余量及工艺余量(需与机加工厂协商) 例如:拉断连杆(T200)需考虑连杆体和连杆盖断开的加工余量, 而涨断连杆(GEN3)不需考虑. 考虑收缩率,对钢锻件,收缩率一般取1%～1.5％;考虑后续工序 (如校正或压印),收缩率取为1%～1.5％ . 同时还应考虑:
好控制锻件高度公差;但不便于进行制坯. 冲孔;模具结构复杂,初次投资大.
- 大尺寸工作台面,可多工位布局,如:镦粗/预锻/终锻/ - 设备有顶料机构, 实现自动化生产,生产效率高 - 模具模块可按工步单独设计/制造/安装,调整/更换/
维修方便.
- 热模锻压力机因各个工位金属流动变形量不同，产
生变形抗力不同，各个工位变形所需要的设备压力也不 同;在实际生产中压力机负载工作状况总是存在偏载现 象
下模浮 动顶出
镦粗圆饼状坯料 落入本区域
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二.模具结构设计(闭式) － 预锻模腔 设计要点: 2.5预防终锻成型时产生错差/折叠：
1)因热模锻压力机为多工位进级方式， 很难保证使模腔布局于压力机工作压 力中心位置，并且因各个工位金属流 动变形量不同，产生变形抗力也不同， 各个工位变形所需要的设备压力也不 同。 2)在实际生产中压力机负载工作状况总 是存在偏载现象； 3)偏载现象与模具制造、装配等累积误 差必然影响到锻件的错差，工步间错 差过大，后续锻压易出现折叠。 4)在模座导柱导向之外，增加预锻工步 与终锻工步的模具结构导向。 依靠合模初期，上下模外衬啮合，对 工步模具起导向作用，右图示
冷态锻 件图设计
缩比
热态锻 件图设计
变形量(高 / 瘦 ) 可靠定位
选 材
镦粗比 减少钢棒的 规格(直径)
镦粗制坯
圆周定位
预锻成型 毛坯设计
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2.1）四工步锻压成型工艺 － 终锻成型
终锻成型工艺要点： 1. 缩比（热收缩率）： 高温锻件尺寸的热收缩率多采用 1.0-1.5％； 2. 模锻： 多采用内孔3～5°，外周1-3°； 3. 锻件外形尺寸： 考虑后续冲孔工序对局部尺寸的 变形影响,调整局部缩比。 4. 冲孔连皮设计： 基于金属流动、锻打压力和模具 寿命等因素考虑，厚度多采用710mm
图b
模具下压，坯 料产生变形抗 力不均匀
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二.模具结构设计(闭式) － 预锻模腔 1.预锻模腔：
预锻模腔改善金属在终锻模腔内的成 形条件,尽可能减少变形量使金属易 于充满终锻模腔,可以改善终锻模具 使用寿命并尽可能减少压力偏载；
预锻模腔
终锻模腔
2.设计要点:
2.1模锻角度: 复杂形状模锻斜度,预锻比终锻斜度 大1-2°,右上图示 2.2封闭模腔容积： 预锻模腔容积较终锻模腔大10-20%, 预锻模腔过渡处多为较大R,预锻毛坯 外圆周和内孔边缘以成型圆鼓状为好, 预锻毛坯不要求充满模腔。 如右下图示
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二.模具结构设计(开式) － 预锻模腔
设计要点: 1.高度尺寸比终锻工步尺寸图相应大2-5mm,而宽度尺寸适当 减小,并使预锻件的截面面积稍大于终锻件相应的横截面积; 2.严格控制预锻件各部分的体积,使终锻时多余的金属能合理 地流动,避免产生金属回流,折叠等缺陷; 3.预锻件在终锻模腔的定位.预锻件图的某些部位的形状和尺 寸应与终锻件基本吻合; 4.预锻件的圆角半径和模锻斜度设计原则与锤上模锻相同.
2.四工步锻压成型工艺
1).DYPT齿轮毛坯锻造模式为：多工位级进/闭式/热/模锻
自动 上料
镦粗 制坯
预锻 成型
终锻 成型
毛坯 冲孔
*:锻造坯料由送料同步器(T/F)实现在各工位间顺序进级。 SGMDYPT-FF 2009.04
2).四工步锻压成型工艺 － 设计思路 锻造工艺设计一般思路：
合理机加工余量 &模锻斜度
模具下压， 坯料产生变 形抗力
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2.4）镦粗制坯
易出现问题: 镦粗后坯料理论为圆饼状坯料，实际生 产坯料不一定是完整的圆形;
原因分析: 1.棒料剪切后，端面有斜度，锻造生产 以料径（剪切端面)为定位，容易造成 材料镦粗后偏向一边，使材料分布不 均匀， 2.镦粗过程中,坯料侧面金属向上流动 变形不均匀,产生变形抗力不均. 易产生影响: 导致后续锻件一边充不满，一边毛刺过 高的情况出现。
强化抛丸 Short Blasting
磁粉探伤 Magnetic Detection
终检入库 Final Acceptance
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工步示意图:
辊锻制坯 镦粗压扁
Leabharlann Baidu预锻
终锻 冲孔 切边
机械手 夹爪爪 夹持端
辊锻工步(4)
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工艺比较: 1.采用涨断加工的连杆减少了工艺切口和调质费 用,(材料为非调钢); 2.从原材料和加工费用较拉断连杆都有优势; 3.从机械性能讲涨断连杆的机械性能好于拉断连杆 在国外涨断连杆是一种较成熟的工艺,所以德国许多 汽车公司(包括大众汽车和奔驰汽车)基本都采用 锻造连杆. 而在美国和日本,粉末冶金连杆采用的较多.
该尺寸考虑冲孔影响 一档从动齿轮 终锻成型工步示意图
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2.2）四工步锻压成型工艺 － 预锻成型
预锻成型工艺要点: 1. 直径：便于预锻件放置于终锻模腔内，单 边间隙0.8-1.2mm为易。 2. 高度：目前热模锻齿轮终锻多采用类似镦 粗的方式，高度降低，直径增加，为利于 终锻金属较易流动，多采用预锻件高度较 终锻件高1.5-2.5mm为易。 3. 圆周/内孔 圆弧过渡： 预锻件在此部位成形太好(充满)，终锻时 金属不易流动，易形成折叠,预锻件该部 位多采用大圆弧过渡，内孔处多增加凸出 高度。 4. 连皮：厚度多比终锻成型厚度高2mm以上， 以利于内孔上边缘终锻成型 5. 锻件上小的凸部与凹坑,预锻工步进行简 化不做或转化为圆滑形状.
此等部位易 大圆弧过渡 放大
一档从动齿轮 预锻成型工步示意图
内孔部位
高度差 2-3mm
放大部位
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2.3）四工步锻压成型工艺 － 镦粗制坯 镦粗制坯设计要点: 使坯料高度减小,横截面积增加，用于 圆饼类锻件制坯， 1. 去除棒料表面氧化皮， 2. 镦粗后坯料直径与锻件接近，利于 后续成型过程中充满模腔 *: 镦粗时,坯料内部变形抗力分布不均, 坯料两端因温度下降较内部快,变形抗力 大,较坯料中间处金属变形困难. 镦粗后毛坯多为鼓形形状.端面直径 尺寸增加主要靠侧表面的金属翻上去
原材料进厂检验 Raw Material
棒料剪切
Cutting the Stick
棒料感应加热
Stick Induction Heating
辊锻制坯（4工步） Roller Foundry (4 Steps) 抛丸处理 Ball Blast
淬火回火 Quenching Temperature
精压 Accurate Pressing
二.模具结构设计(开式) － 终锻模腔 设计出热锻件图,下一步要 考虑的是: -飞边槽的确定,(根据设备确 定) (飞边槽的作用: -增加金属流动阻力,便于充满; -容纳多余金属) -排气孔 针对较深的腔,在金属最后充 满处钻出排气孔,(直径Ф 1～ 2，深度5-15mm);如模腔底部 有顶出器或其它排气的缝隙 时,不需开排气孔.
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. 举例
T200连杆与L850连杆工艺比较:
T200
L850
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1. 工艺流程 Process
1）S200连杆毛坯锻造生产工艺流程 Forging Process of S200 Connecting Rod Production 锻压成型 （5工步） Forging Pressing (5 Steps) 磁粉探伤 Magnetic Detection
二.模具结构设计(闭式) － 终锻模腔 设计要点:
2.3冲孔连皮设计： 冲孔连皮的设计多跟锻件的内孔形状/内孔深度与直径等因素有关， 目前我们热模锻齿轮的冲孔连皮有两种结构模式。 （预锻模腔的连皮形式多跟终锻模腔形式接近）
图a 图b
图 a 结构有：一档从动齿轮/三四档从动结合齿/五档从动齿轮/倒档惰轮 图 b 结构有：其他零件
合模时， 上下模 啮合面
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二.模具结构设计(闭式) － 终锻模腔 1.终锻模腔：
DYPT热模锻齿轮均为闭式模锻，即为无飞边锻造， 因此终锻模腔设计较为简单，仅须考虑热态锻件 尺寸，无需考虑飞边槽设计。
2.设计要点:
2.1缩比及尺寸调整： 在没有类似参考及相关经验的前提下，终锻模腔 可以根据锻件材料缩比系数（1.2-1.5％）进行 设计。 根据最终锻件成品进行调整终锻模腔相关尺寸。 2.2预锻件放置及定位： 因终锻模腔与锻件成品有直接关联，终锻模腔不 易采用浮动接送料的方式，且终锻模腔是各个工 步中变形受力最大的工步，下模多采用热态紧配 合，改善模具受力状态,以增强抗打击能力; 预锻件的放置完全依靠自由落体进入模腔， 预锻件靠其与终锻模腔相近的下模外形定位. SGMDYPT-FF 2009.04