模锻方法与工艺[精]
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模锻模锻，是一种常用于金属制造工艺的加工方法。
它通过将金属板材或坯料置于模具中，然后施加压力使其变形，从而获得所需的形状和尺寸。
模锻广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域，其制品具有高强度、高精度和良好的表面质量等优点。
模锻可以分为热模锻和冷模锻两种。
热模锻是将金属加热到一定温度，通常在材料的再结晶温度以上进行锻造。
在热模锻过程中，金属在高温下具有良好的可塑性，易于形成复杂的形状。
冷模锻则是在室温下进行的锻造过程，它通常用于加工对尺寸和形状要求较高的零件。
冷模锻可以减少金属的变形阻力和工艺能耗，但由于金属变形性差，对模具的设计和制造要求更高。
在模锻过程中，模具起着至关重要的作用。
模具的设计和制造直接影响到锻件的质量和生产效率。
模具应具备良好的耐磨性、抗热疲劳性和高精度，以满足产品的精度和表面要求。
模具的选材、加工工艺和热处理等也是影响模锻质量的重要因素。
模锻可以分为多种形式，如平板模锻、轧辊模锻、气动锤锻等。
其中，平板模锻是一种常见的模锻方法。
它通过将金属板料置于模具之间，施加压力使板料变形。
平板模锻适用于加工大尺寸的平板锻件，如汽车车身、船体结构等。
轧辊模锻是将金属板材通过轧辊间的连续挤压变形，从而获得所需的形状。
轧辊模锻广泛应用于制造轴承、齿轮等零件。
气动锤锻是利用气动锤对金属坯料进行锤击变形，常用于制造小型、中型锻件。
在模锻过程中，还有一些关键的工艺参数需要控制。
例如，锻造温度、锻造速度、锻造压力等。
合理的工艺参数可以获得良好的锻件形貌和性能。
此外，模锻还需要注意材料的选择和预热处理等。
不同的材料具有不同的锻造性能，需要根据材料的特点进行相应的工艺措施。
模锻的优点在于可以制造各种复杂形状的金属零件，同时具有良好的尺寸精度和表面质量。
与其他加工方法相比，模锻具有以下优势：首先，模锻可以提高金属的内部结构和力学性能。
通过锻造可以改善金属的晶粒结构，使其具有更好的织构和抗拉强度。
锻造还可以消除金属内部的缺陷和孔洞，提高其机械性能。
锻造工艺与模具设计-锤上模锻
锻造工艺与模具设计-锤上模锻引言锤上模锻是一种传统的金属锻造工艺，它使用锤子和模具将金属加热至一定温度后进行锤击，使其塑性发生变化，并通过模具的形状来塑造金属的最终形态。
本文将介绍锤上模锻的工艺流程以及模具设计的要点和注意事项。
锤上模锻的工艺流程锤上模锻的工艺流程通常包括以下几个步骤：1.材料准备：选择适当的金属材料，并对其进行预处理，如去除表面氧化物、清除杂质等。
2.加热：将金属材料加热至适当的温度，以增加其塑性。
加热温度通常根据材料的种类和要求的锻造效果来确定。
3.锤击：在金属材料达到适当温度后，使用锤子对其进行锤击。
锤击力度和频率需根据材料的塑性和形状来调整，以达到锻造工件的要求。
4.模具设计：根据锻造工件的形状和尺寸要求，设计制作适用的模具。
模具应具有足够的强度和刚度，以承受锤击的力量，并能形成金属的预期形状。
5.成品处理：锻造完成后，对锻造工件进行必要的处理，如退火、淬火、表面处理等，以提高其性能和外观质量。
模具设计的要点和注意事项1. 模具材料的选择模具材料应具有足够的硬度和强度，以抵抗锤击力量的作用。
常用的模具材料有合金工具钢、高速钢等。
在选择模具材料时，还需要考虑其热膨胀系数和导热性能，以确保模具在高温条件下能保持形状稳定性。
2. 模具结构设计模具的结构设计应考虑到工件的形状和尺寸要求，以及锤击的力量和频率。
模具应具有足够的强度和刚度，以承受锤击的力量，并能准确地形成金属的预期形状。
同时，模具的结构应合理，方便装卸和调整，以提高生产效率。
3. 模具表面处理模具的表面处理对于形成工件的表面质量和精度非常重要。
常用的表面处理方法包括电火花加工、抛光、渗碳等。
表面处理可以改善模具的耐磨性和抗粘附性，以减少模具的磨损和延长使用寿命。
4. 模具的维护与保养模具在锤上模锻过程中会受到较大的冲击和热应力，因此需要定期进行维护和保养，以确保其性能和使用寿命。
维护和保养包括清洁、修复损坏、润滑等工作。
锻造工艺与模具设计-模锻成形工序分析
● 金属充满模膛后，多余金属由桥口流出，此 为第Ⅲ阶段。
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一、开式模锻变形过程
●
第Ⅰ阶段：由开始模压到金属与模具侧壁接触为止
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一、开式模锻变形过程
●
第Ⅱ阶段：第Ⅰ阶段结束到金属充满模膛为止
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一、开式模锻变形过程
●
第Ⅲ阶段：金属充满模膛后，多余金属由桥口流出
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二、开式模锻各阶段的应力应变分析
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小飞边模锻
对某些形状的锻件，在模锻最后阶段，变形区集中 分布在分模面附近，远离分模面的部分不容易充满。
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楔形飞边槽
主要依靠桥口斜面产生的水平分力阻止金属外 流，飞边部分金属消耗减少一倍；这种飞边与锻件 连接处较厚，切边较困难
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扩张型飞边槽
在模锻的第一第二阶段，桥口部分对金属外流有一定阻力作用；而最 后阶段，对多余金属的外流无阻碍作用，可以较大程度的减小变形力，使 上下模压靠。
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二、开式模锻各阶段的应力应变分析
●
第Ⅱ阶段
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二、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。此时流动界面已不存 在，变形仅发生在分模面附近的一个区域内，其它部位 则处于弹性状态；多于金属由桥口流出时阻力很大，使 变形抗力急剧增大
●
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二、开式模锻各阶段的应力应变分析
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控制金属的流动方向
各质点向着阻力最小方向移动， 因此依靠不同的工具，采取不同的加载方式在变形 体内建立不同的应力场实现对金属流动物体内方向的控 制
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控制塑性变形区
主要靠利用不同工具在坯料内产生不同的应力状态， 使部分金属满足屈服准则，另一部分金属不满足屈服准 则，达到控制变形区的目的
模锻
模 锻
模锻设备 锤上模锻工艺 胎膜锻
模 锻
模锻:使加热到锻造温度的金属坯料在锻模模膛内一次或 多次承受冲击力或压力的作用，而被迫流动成形以获得锻 件的压力加工方法。
模锻件的特点及应用
特点： 操作简单，易于实现机械化自动化， 生产率较高； 尺寸精度高，加工余量小，材料利用 率高； 锻件形状复杂； 应用： 流线完整、性能好。
长 轴 类 锻 件
短 轴 类 锻 件
蒸汽—空气模锻锤
锤上模锻
锤上模锻
锻模结构
终锻模膛
模锻模膛 预锻模膛 拔长模膛 制坯模膛 滚压模膛 弯曲模膛 切断模膛
模膛
锤上模锻
锤上模锻
锻模结构
锤上模锻
锻模结构
拔长模膛
开 式
闭 式
锤上模锻
锻模结构
滚压模膛
开 式
闭 式
锤上模锻
锻模结构
弯曲模膛
锤上模锻
锻模结构
切断模膛
锤上模锻
锻模结构
预锻模膛
预锻模膛与终锻模膛 的区别是前者的圆角 和斜度较大，没有飞 边槽。
锤上模锻
切边和冲孔 校正
模锻工艺规程
修整工序
热处理
清理 精压
锤上模锻工艺
模锻的变形工步和模锻模膛
弯曲连杆的多 模膛锻模 制坯工步，制坯模膛 （锻件初步成形） 模锻工步，模锻模膛 （锻件最终成形）
2、胎膜锻的工艺过程 胎膜锻工艺过程包括制订工艺规程、制造胎 膜、备料、加热、锻制及后续工序等。
法兰盘胎膜锻造过程，所用胎膜为套筒模，它由模筒、模 垫和冲头组成。原始坯料加热后，先用自由锻锻粗，然后 将模垫和模筒放在下砧铁上，再将镦粗的坯料平放在模筒 内，压上冲头后终锻成形，最后将连皮冲掉。
3-2锻造-锤上模锻工艺模锻
(5) 冲孔连皮 Recess
锤上模锻不能(难以)直接锻出通孔，孔内必须留有 一定厚度的金属层，此层即为冲孔连皮。 连皮太薄，锤击力太大；连皮太厚，锻件变形。 一般孔径d=25～80 mm时，连皮厚度S=4～8 mm。 当孔径d<25 mm或冲孔深度h>3d时,只在冲孔处压出凹 穴。
齿轮坯模锻件图ຫໍສະໝຸດ 切断工步Cutting 制坯模膛Blocker：使坯料预变形而达到合理分配， 使其形状基本接近锻件形状，以便更好地充满模锻 模膛。
模锻模膛Die Cavity of Die forging ：使坯料变形 到锻件所要求的形状和尺寸。
预锻模膛Blocking Impression和终锻模膛Finish Impression: 对于形状复杂、精度要求较高、批量 较大的锻件，还要分为预锻模膛和终锻模膛。
(5)形状复杂的模锻件应采用锻焊结构，以减少余块， 简化模锻工艺。
依据：零件的形状尺寸和锻件的精度等级， 或锻锤的吨位
(3)确定模锻斜度 Draft Angle 模锻斜度 ：为便于金属填充模膛及从模膛中取出锻 件，锻件上与分模面垂直的锻件表面必须附加斜度。 (4)确定模锻圆角半径 Radium of Fillet 作用：使金属易于充满模膛，避免锻模的尖角处产生 裂纹，减缓锻件外尖角处的磨损，以提高锻件寿命。 外圆角： r =加工余量+零件圆角半径 （1.5~12mm） 内圆角： R=（2~3）r
第二节 锻造方法-模锻**
Forging
模锻：是使金属在冲击力或压力作用下，在模锻 模膛内变形，从而获得锻件的工艺方法。
模锻分类： 锤上模锻、曲柄压力机上模锻、 摩擦压力机上模锻、胎膜锻
*模锻的特点与应用
(1)生产效率高。一般比自由锻高出3~4倍，甚至十几 倍。 (2)锻件成形靠模膛控制，可锻出形状复杂、尺寸准确， 更接近于成品的锻件，且锻造流线比较完整，有利于 提高零件的力学性能和使用寿命。 (3)锻件表面光洁，尺寸精度高，加工余量小，节约材 料和切削加工工时。
第七章 模锻工艺
二、模锻工艺方案的选择 基本原则：保证锻件生产的技术可行性和经济合理性。 在工艺上应满足对锻件质量和数量的要求； 在经济上应使锻件生产成本低，经济效益好。
1．模锻工艺的选择 ①较大批量生产，采用模锻锤或热模锻压力机； ②中小批量生产，采用螺旋压力机或在自由锻锤上胎 模锻及固定模模锻。 工艺方案的选择： ①必须保证锻件的质量要求。 ②必须考虑工厂的具体条件，根据工厂的设备状况选 择合理的工艺方案。
二、热模锻压力机上模锻件图设计要点 热模锻压力机上模锻件图设计的原则、内容、方法 与锤上模锻基本相同。 根据热模锻压力设备特点，锻件图设计有以下要求： ①热模锻压力机有顶出装置，锻件可以顺利地从较深的 模膛内取出，分模面选择较灵活。
头部沿轴向的内孔无 法锻出，飞边体积较 多，金属浪费大。
②热模锻压力机上模锻不用顶杆时，模锻件斜度与锤 上模锻相同。若采用顶杆顶出锻件，则模锻斜度一 般比锤上模锻件小一级。外斜度为3°～7°，一般 常用5°；内斜度为7°～l0°。
锻件技术条件：锻件图无法表示的锻件质量和检验要求 的内容，均应列入技术条件中加以说明。
包括内容：
①未注明的模锻斜度和圆角半径。 ②允许错移量和残余飞边的宽度。 ③允许的表面缺陷深度。 ④锻后热处理方法及硬度要求。 ⑤表面清理方法。 ⑥需要取样进行金相组织和力学性能试验时， 应注明在锻件上的取样位置。 ⑦其他特殊要求，如直线度、平面度等。
非圆形锻件的外廓包容体重量Gb和体积Vb(图7-9)为： Vb lbh Gb lbh
表7-1锻件形状复杂程度等级 级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 代号 S1 S2 S3 S4 形状复杂系数值 0.63～1 0.32～0.63 0.16～0.32 ≤0.16 形状复杂程度 简单 一般 比较复杂 复杂
第8.3章模锻
金属工艺学
1．错模 ． 锤头导轨的间隙过大、模具缺少 锤头导轨的间隙过大、 平衡导锁以及模具安装不合理等原因 都可能产生错模，如图所示。 都可能产生错模，如图所示。 2．欠压 ． 即上、下模分模面未打靠， 即上、下模分模面未打靠，也称 锻不足” “锻不足”。 3．局部充不满 ． 由于坯料体积过小或坯料放偏等原因致使 锻件上的凸筋、 锻件上的凸筋、外圆角等部位因模槽未充满 而欠缺，这种缺陷一般无法修正。 而欠缺，这种缺陷一般无法修正。 金属工艺学
图8-25 胎模示意图
金属工艺学
8.3.2胎模锻 胎模锻
胎模锻造成型是在自由锻设备上， 胎模锻造成型是在自由锻设备上，使用可移动 是在自由锻设备上 的胎模具生产锻件的锻造方法。 的胎模具生产锻件的锻造方法。 胎模成型与自由成型相比，具有较高的生产率， 胎模成型与自由成型相比，具有较高的生产率， 锻件质量好，节省金属材料，降低锻件成本。 锻件质量好，节省金属材料，降低锻件成本。 与固定模膛成型相比，不需要专用锻造设备， 与固定模膛成型相比，不需要专用锻造设备，模具 简单，容易制造。 简单，容易制造。 锻件质量不如固定模膛成型的锻件高， 锻件质量不如固定模膛成型的锻件高，工人劳 动强度大，胎模寿命短，生产率低。 动强度大，胎模寿命短，生产率低。 胎模成型只适用于小批量生产， 胎模成型只适用于小批量生产，多用在没有模 锻设备的中小型工厂中。 锻设备的中小型工厂中。 金属工艺学
标注模锻圆角半径
锻件上所有转角处都应做成圆角(图8-10)。一般内圆角半径（R） 锻件上所有转角处都应做成圆角 图 。一般内圆角半径（ ） 应大于其外圆半径（ ）。 应大于其外圆半径（r）。
留出冲孔连皮
锻件上直径小于25mm的孔，一般不锻出，或只压出球形凹穴。大 的孔，一般不锻出，或只压出球形凹穴。 锻件上直径小于 的孔 的通孔， 于25mm的通孔，也不能直接模锻出通孔，而必须在孔内保留一层连皮。 的通孔 也不能直接模锻出通孔，而必须在孔内保留一层连皮。 冲孔连皮的厚度s与孔径 有关， 与孔径d有关 冲孔连皮的厚度 与孔径 有关，当d =30～80mm时，s =4～8mm。 ～ 时 ～ 。
液态模锻工艺介绍)
壳层在较大温差下迅速结晶形成，壳体较薄，尚未有枝晶
形成，组织致密、晶粒细小，性能高。 P0/ P（0 液锻力），仅起
压平液面的作用，其在合金液内部产生的压强（比压力） p/
近似为0。
压平后的液面高度
H0
V液H 0
A0
V液 A0
液态模锻工艺基础
P 凸第模二接阶触段液－面压后力，下液结锻晶力从P0’～P0，0/ 在其P0内部产生压强p，
凸
式
冲
头
加
压 凹
式
冲
头
加
压
液态模锻工艺方法选择
壁厚差别大的零件 壁厚均匀的零件 形状复杂的零件
正挤压液锻 反挤压液锻 复合挤压间接液锻
六、液态模锻成形方式选择原则
杯形件 小型，形状复杂
凸式冲头 上端面有凸台并带有内腔和孔
间接液态模锻
复合式冲头
六、液态模锻凹模结构形式
六、液态模锻凹模结构形式
七、液态模锻工艺基础
五、液态模锻分类
1、按金属流动方式
（1）静压液锻
合金液不产生大量的流动，液锻形状主要靠浇注时定 型。压力的作用主要是加速（影响）合金液的凝固并产 生塑性变形。分单、双向静压液锻。
单向液锻 h/d≤5 双向液锻 h/d>5
液态模锻分类 （2)挤压液锻
液锻时，浇入的合金液在凸模作用下迅速流动、充型，接 着在高压下凝固和产生少量的塑性变形 （1）正挤压液锻。 （2）反挤压液锻。（3）复合挤压液锻。
塑性成形方法
优点 塑性成形方法
缺点
零件组织致密，强度、 塑性高
高质量的零件表面和尺 寸精度
不能成形较复杂外形状 的零件
受施压和取件的约束， 只能成形与施压方向一 致，简单形状的内孔， 不能成形零件的侧内孔
9.3 模锻
（2）模锻模膛 分预锻模膛和终锻模膛两种 ① 预锻模膛 作用：使坯变形到接近于锻件的形状和尺寸。金属 更易充满模膛。减少模膛的磨损，延长模膛的使用 寿命。 预锻模膛圆角和斜度大，没有飞边槽，形状简
单或批量不大的模锻件可不设臵预锻模膛
② 终锻模膛
形状和锻件相同。锻件冷却时收缩，终锻模膛
尺寸比锻件尺寸放大一个收缩量，使坯料最后变形
④ 模锻圆角半径 模锻件上所有两平面转接处均需圆弧过渡，此 过渡处称为锻件的圆角 圆弧过渡有利于金属的变形流动，锻造时使金 属易于充满模膛，提高锻件质量，避免在锻模上的 内角处产生裂纹，减缓锻模外角处的磨损，提高锻 模使用寿命。
一般凸圆角半径r等于单面加工余量加上零件圆 角半径的值，凹圆角半径R=（2~3）r，钢的模锻件 外圆角半径r=1.5~12mm，模膛深度越深，圆角半径 取值越大
③ 模锻件精度高、加工余量、公差小，节约金属。 ④ 滑块行程速度低，适合于低塑性材料的加工 ⑤ 不适合进行拔长和滚压工步，滑块行程一定，一 次成形，金属变形量过大，不易使金属添满终锻 模膛，终锻前采用预成型、预锻工步 ⑥ 设备复杂、造价高，生产率高，锻件精度高，适 合大批大量生产
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
1—电动机 2—飞轮 3—离合器 4—传动轴 5—制动器 6—曲轴 7—连杆 8—主滑块 9— 滚轮 10—凸模 11—挡板 12—固定凹模 13—坯料 14—活动凹模 15—横滑块 16—杠杆系统 17—侧滑块 18—滚轮 19—凸轮
第四节 板料冲压
在冲床上用冲模使金属或非金属板料产生分离
或变形而获得制件的加工方法。
拔长和滚挤时，坯料沿轴线方向流动，金属体
积重新分配，坯料各横截面积与锻件相应的横截面 积近似相等。
第7章模锻工艺
第7章 模锻工艺过程
(1)平底连皮 是 常用的连皮形式, 常用的连皮形式, 其厚度s 其厚度s可根据图 7.13确定 确定. 7.13确定.
图7.13 平底连皮的选择线图
第7章 模锻工艺过程
也可按照下述经验公式计算: 也可按照下述经验公式计算:
s = 0 . 45
d 0 . 25 h 5 + 0 . 6 h
图7.8 分模位置居中便于发现错模
第7章 模锻工艺过程
(3)对头部尺寸较大的长轴类锻件可以折线 分模,使上下模膛深度大致相等, 分模,使上下模膛深度大致相等,使尖角处易于 充满, 7.9所示 所示. 充满,如7.9所示.
图7.9 上下模膛深度大致相等易充满
第7章 模锻工艺过程
(4)当圆饼类锻件H≤D时,应采取径向分 不宜采用轴向分模( 7.10). 模,不宜采用轴向分模(图7.10).
第7章 模锻工艺过程
3.枝芽类锻件:带有突出部分.除了需拔 枝芽类锻件:带有突出部分. 长制坯或拔长加滚挤制坯外, 长制坯或拔长加滚挤制坯外,还要有成 型制坯或预锻制坯. 型制坯或预锻制坯. 叉类锻件:头部呈叉状.若杆部较短, 4.叉类锻件:头部呈叉状.若杆部较短, 除拔长制坯或拔长加滚挤制坯外,还要 除拔长制坯或拔长加滚挤制坯外, 进行弯曲制坯;若杆部较长, 进行弯曲制坯;若杆部较长,需用带劈 料台的预锻制坯工步,不需弯曲制坯. 料台的预锻制坯工步,不需弯曲制坯.
式中 d——锻件内孔直径(mm); 锻件内孔直径( 锻件内孔直径 mm); h——锻件内孔深度(mm). 锻件内孔深度( 锻件内孔深度 mm). 因模锻成形过程中金属流动激烈, 因模锻成形过程中金属流动激烈,连皮上的圆 可按下式确定: 角半径R1应比内圆角半径R大.可按下式确定:
锻造工艺过程及模具设计第7章模锻工艺
锻造工艺过程及模具设计第7章模锻 工艺
（3）对头部尺寸较大的长轴类锻件可以折线 分模，使上下模膛深度大致相等，使尖角处易于 充满，如7.9所示。
图7.9 上下模膛深度大致相等易充满
锻造工艺过程及模具设计第7章模锻 工艺
（4）当圆饼类锻件H≤D时，应采取径向分
模，不宜采用轴向分模（图7.10）。
四、和垂直分模平锻机相比，水 平分模平锻机在操作上的优点：
1．夹紧力大，可利用夹紧滑块作为模锻变 形机构，扩大了应用范围，提高了锻件 精度。
2．模锻时坯料沿水平方向传送，易于实现 机械化和自动化。
锻造工艺过程及模具设计第7章模锻 工艺
五、和垂直分模平锻机相比，水平分模平 锻机有如下缺点：
1．曲柄连杆式的夹紧机构，夹紧保持时间 有限，不宜进行深冲孔和管坯端部镦锻成形。
模锻件图是根据产品图设计的，分为 冷锻件图和热锻件图两种。
锻造工艺过程及模具设计第7章模锻 工艺
冷锻件图即为锻件图。 冷锻件图用于最终锻件的检验和校正 模的设计，也是机械加工部门制定加工 工艺过程，设计加工夹具的依据。 热锻件图用于锻模设计和加工制造。 热锻件图是对冷锻件图上各尺寸相应地 加上热胀量而绘制的。
锻造工艺过程及模具设计第7章模锻 工艺
采用带导柱的组合模，能锻出精度较 高的锻件。
采用带镶块的组合模具，可节约大量 模具钢。
切边模也可以装在同一副模架上。
锻造工艺过程及模具设计第7章模锻 工艺
7.1.3 螺旋压力机及其工艺过程特征
目前 国内用得 较多的螺 旋压力机 是摩擦压 力机。图 7-4为摩擦 压力机的 传动系统
3、摩擦压力机设备制造成本低，劳动条件好。 4、摩擦压力机的缺点是生产率低、传动效率 低、抗偏载能力差。
精密模锻方法
精密模锻方法
精密模锻方法是一种重要的金属加工方法，由于其具有精度高、品质好、产量高、成本低等优点，受到国内外机械行业的广泛应用。
精密模锻以模具为核心，以模锻机械设备为基础，以多种工艺技术为手段，以高精度的材料切削工艺为基础，实现金属制品精密加工的技术。
精密模锻的工艺流程首先将原料放入模具中，然后将所有原料通过模锻机进行加工制成模型，在模具中固定模型，然后将模具放入热处理设备中经过加热处理，促使金属在模具中凝固，最终形成精密制品。
由于精密模锻的工艺过程要求模具精度高，因此模具的制作工艺也比较复杂，主要包括平面图纸的设计、模具的制造、模具的加工、模具的测试等步骤。
必须经过精细的设计和完善的加工，才能够保证模具的精度，才能根据需要生产出高精度的产品。
除了模具精度外，精密模锻过程中还要求设备和机械设备具有高精度，否则将影响精密模锻加工的效果。
因此，精密模锻机械设备必须经过一定的检测，确保设备的精度满足精密模锻的要求。
此外，精密模锻加工过程中还要注意工艺参数的控制，要根据实际加工产品的要求，合理设置模锻的温度、压力、时间等参数，确保精密模锻的质量。
综上所述，精密模锻方法是一种重要的金属加工方法，可以提供高精度、品质好、产量高、成本低的产品，由于其技术比较复杂，要
求模具和机械设备的精度都很高，同时要正确控制各种工艺参数，确保产品的质量。
未来精密模锻将进一步发展完善，拓宽新的应用领域，为国内外机械行业提供优质的产品和服务。
金属工艺学--模锻
2、模锻模膛分类
模膛根据其功用不同分为模锻 模膛和制坯模膛两大类。
• 制坯模膛：用以初步改变毛坯
形状、合理分配金属，以适应锻 件横截面积和形状的要求，使金 属能更好地充满模锻模膛的工序 称为制坯工序。
对于形状复杂的锻件，先将 原始坯料在制坯模膛内初步锻近 似于锻件的形状，然后再放到模 锻模膛内锻造。制坯模膛的种类、 特点及应用见表2.11。
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弯曲连杆锻造过程
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实际锻造时应根据锻件的复杂程度相应选用 单模膛锻模或多模膛锻模。
一般形状简单的锻件采用仅有终锻模膛的单 模膛锻模，而形状复杂的锻件（如截面不均匀、 轴线弯曲、不对称等）则需采用具有制坯、预锻 、终锻等多个模膛的锻模逐步成形。
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3.模锻工艺设计
主要内容：6项
绘制模锻件图； 计算坯料的重量和尺寸； 确定模锻工步； 选择锻压设备； 设计锻模模膛； 确定锻造温度范围、加热和冷却规范。
根据制坯工步不同,制坯模膛分 为拔长、滚挤、弯曲、镦粗、压 扁等模膛。
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模锻模膛
按工序行后分为预锻模膛和终锻模膛两种。
• ①预锻模膛 其作用是使坯料变形到接近锻件的形
状和尺寸，以保证终锻时坯料容易充满模膛而成形， 并可减少终锻模膛磨损，提高使用寿命。
• ②终锻模膛:模锻时最后成形用的模膛，和热锻件
外壁斜度5º或7º，
内壁斜度7º或10º
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• 圆角半径:锻件上两个面的相交处均应以圆角过
渡，其作用是减少坯料流入模槽的摩擦阻力， 使坯料易于充满模膛，避免锻件被撕裂或纤维 组织被拉断，减少模槽凹角处的应力集中，提 高模具使用寿命等。
内圆角r =1 ~ 4mm，外圆角R =(3 ~ 4)r
1模锻方法与工艺解析
2锻造种类
（三）按行业应用 ■飞机锻件 按重量计算，飞机上有85%左右的的构件是锻件。飞机发动机 的涡轮盘、后轴颈（空心轴）、叶片、机翼的翼梁, 机身的肋筋 板、轮支架、起落架的内外筒体等都是涉及飞机安全的重要锻件。 飞机锻件多用高强度耐磨、耐蚀的铝合金、钛合金、镍基合金等 贵重材料制造。为了节约材料和节约能源，飞机用锻件大都采用 模锻或多向模锻压力机来生产。 ■汽车锻件 按重量计算，汽车上约有58%的锻件。一般的汽车由车身、车 箱、发动机、前桥、后桥、车架、变速箱、传动轴、转向系统等 15个部件构成汽车锻件的特点是外形复杂、重量轻、工况条件差、 安全度要求高。如汽车发动机所使用的曲轴、连杆、凸轮轴、前 桥所需的前梁、转向节、后桥使用的半轴、半轴套管、桥箱内的 传动齿轮等等，无一不是有关汽车安全运行的保安关键锻件。
液压机的最大缺点是生产效率低，占地面积较大。
5. 胎 模 锻
胎模锻是自由锻设备上使用可移动模具生 产模锻件的一种锻造方法. 介于自由锻和模锻之间的锻造方法。 胎膜锻特点： 胎模图示
(1)胎模不固定。 (2)不需要模锻设备，锻模简单，加工成本低； (3)工艺灵活，适应性强等优点。 (4)劳动强度大，效率低。
对复杂件预先的部分变形加工。有：
1）拔长模膛；
2）滚压模膛；
3）弯曲模膛；
4）切断模膛；
2.曲柄压力机上模锻 曲柄压力机传动示意 曲柄压力机上模锻特点： (1)产生静压力； (2)压力机行程固定；
(3)导向严细，自动顶件；
(4)锻模镶块组合简又省；
(5)清除氧化皮困难；
(6)效率高，锻件精，设备贵，宜大量生产。
锻造液压机有自由锻液压机、模锻液压机和切边
液压机之分。锻造生产常用的模锻液压机，又有 通用模锻液压机和专用模锻液压机两大类。
模 锻
模锻利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法称为模锻。
模锻具有模锻件尺寸精度高、形状可以很复杂、质量好、节省金属和生产率高等优点。
此外，在大批量生产时，模锻件的成本较低。
其不足之处是锻件质量较小：模锻设备投资大在小批量生产时模锻不经济；工艺灵活性不如自由锻。
模锻分胎模锻和模锻两类。
一、胎横锻胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法。
胎模不固定在锤头或砧座上，只在使用时才放到下砧上去。
胎模锻前，通常先用自由锻制坯，再在胎模中终锻成形。
它既具有自由锻简单，灵活的特点，又燎有模锻能铡造形状复杂、尺寸准确的锻件的优点。
胎模可分成制坯整形模、成形模和切边冲孔模等。
摔模(又称克子)，为最常用的胎模，用于锻件成形前的整形、拔长、制坯、校正。
用摔模锻造时，须不断旋转锻件，因此适用于嵌制回转体锻件，如光轴、阶台轴等。
扣模、套模、合模均为成形模。
扣模由上扣和下扣组成，或只有下扣，而以上砧块代替上扣。
扣模既能制坯，也能成形，锻造时，锻件不转动，可移动。
扣模用于非回转体杆料的制坯、弯形或终锻成形。
套模分开式和闭式两种：开式套模只有下模，上模由上砧块代替，适用于回转体料的制坯或成形，锻造时常产生小飞边：团式套模锻造时，坯料在封闭模膛中变形，无飞边，但产生纵向毛刺，除能完成制坯或成形外，还可以冲孔。
合模一般由上、下模及导向装置(定位销)组成，用于形状复杂的非回转体锻件的成形。
切边模用于切除飞边。
二、模锻模锻系在专用的模锻设备上进行锻造。
常用的模锻设备有模锻空气锤、螺旋压力机，平锻机、模锻水压机等。
模锻时使坯料成形而获得模锻件的工具称为锻模。
锻模由上模和下模组成。
由于锻件从坯料到成形须经多次变形，才能得到符合要求的形状和尺寸，所以锻模通常有多个模膛。
根据作用不同，模膛分成制坯模膛和模锻模膛两大类。
模锻模膛是锻件最终成形的模膛。
它包括预锻模膛和终锻模膛。
预锻模膛是复杂锻件制坯以后预锻变形用的模膛，目的是使毛坯形状和尺寸更接近锻件，在终锻时更容易充填终锻模膛，同时改善坯料锻造时的流动条件和提高终锻模膛的使用寿命。
金属模锻工艺
金属模锻工艺针对目前锻造业的发展状况，在分析金属模锻工艺的基础上，不断总结经验，从锻件图的绘制、下料、加热、锻压、切边到冲孔等生产工艺进行逐步完善，生产效率和产品质量得到了有效的提高。
关键词：模锻件图；坯料质量；锻前加热；锻压；切边与冲孔锻造业在现代化工业生产中占有举足轻重的地位，就锻造业金属模锻件而言，形状和外表尺寸比较准确，表而光洁，机械加工余量、锻造公差按照其工件用途都有明确要求。
笔者结合近年来对模锻工艺的探讨作一浅析。
1模锻件图的绘制模锻件图是根据零件图绘制的，它是供设计、制造和维修模具、计算坯料及成品检验、指导生产用的技术文件。
绘制模锻件图时主要考虑以下因素。
1.1选择分模面的位置分模面位置的选择原则是锻件从模膛中顺利取出，模膛浅而宽，以便于模膛的机械加工和金属易于充满模膛，应便于检查上下模的相对错移，并能节省金属。
1.2确定余块、加工余量和模锻公差有的模锻件的形状较为复杂（如有凹档、台阶等），不便于锻件从模膛中取出，对此应加上余块以简化形状，不直接锻出。
模锻件的加工余量和锻造公差要适宜，不宜太大。
加工余量一般为1～4mm，锻造公差一般到±0.3～3mm。
1.3确定模锻斜度和圆角半径模锻件的侧面都应加放一定的斜度，两面相接的转角应以适当的圆角连接，以增加锻模的坚固性，并有利于金属充满模膛，以及便于取出锻件。
锻件外模锻斜度按锻件各部分的高度与宽度之比以及长度与宽度之比来确定。
内模锻斜度可在外模锻斜度的基础上加2°或3°（15°除外），外壁斜度一般取5～7°，内壁斜度取7～10°。
外圆角半径一般取1.5～12mm，内圆角半径取外圆角半径的2～3倍。
当圆角半径超过100mm时，按GB321－80《优先数和优先数系》的R10系列先取。
1.4确定冲孔连皮模锻无法冲出透孔，只能压凹成盲孔，但连皮不能太薄，以免损坏模具。
连皮的厚度与孔径有关，若过薄，锻件易产生欠压缺陷，并且要求较大的打击力，从而导致模膛凸出部位磨损或打塌；若过厚，冲孔时冲切力较大，使锻件形状走样，金属消耗量大。
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1 锻造概念和特点 2 锻造种类 3模 锻 4 模锻的工艺流程 5 模锻件类型 6 模锻模具类型 7 模锻国内外差距 8 模锻发展趋势
1 锻造概念和特点
锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其
产生塑性变形，以获得具有一定机械性能、一定形状和 尺寸的锻件的加工方法。
锻造和冲压同属塑性加工性质，统称锻压。 特点：
■其他锻造方法的制、辊锻、辗扩等的成形工具与坯料之间有相 对的旋转运动，对坯料进行逐点、渐近的加压和成形， 故又称为旋转锻造。
2锻造种类
（三）按行业应用 ■飞机锻件
按重量计算，飞机上有85%左右的的构件是锻件。飞机发动机 的涡轮盘、后轴颈（空心轴）、叶片、机翼的翼梁, 机身的肋筋 板、轮支架、起落架的内外筒体等都是涉及飞机安全的重要锻件。 飞机锻件多用高强度耐磨、耐蚀的铝合金、钛合金、镍基合金等 贵重材料制造。为了节约材料和节约能源，飞机用锻件大都采用 模锻或多向模锻压力机来生产。 ■汽车锻件
锻造是机械制造中常用的成形方法。通过锻造能消 除金属的铸态疏松、焊合孔洞，锻件的机械性能一般优 于同样材料的铸件。机械中负载高、工作条件严峻的重 要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接 件外，多采用锻件。
2 锻造种类
（一）按坯料在加工时的温度
锻造可分为冷锻和热锻。 冷锻一般是在室温下加工，热锻是在高于坯料金属的 再结晶温度上加工。有时还将处于加热状态，但温度不 超过再结晶温度时进行的锻造称为温锻。
按重量计算，汽车上约有58%的锻件。一般的汽车由车身、车 箱、发动机、前桥、后桥、车架、变速箱、传动轴、转向系统等 15个部件构成汽车锻件的特点是外形复杂、重量轻、工况条件差、 安全度要求高。如汽车发动机所使用的曲轴、连杆、凸轮轴、前 桥所需的前梁、转向节、后桥使用的半轴、半轴套管、桥箱内的 传动齿轮等等，无一不是有关汽车安全运行的保安关键锻件。
所以锤头上下运动精确，上下模能对准，可以 保证锻件的精度。
同时机架与砧座相连，以提高打击效率。 模锻锤的吨位也是以落下部分质量表示的. 一般为0.5t~30t，常用的是1t~10t。 锤上模锻的锻模如图2， 按模膛功用不同，锻模分为： (1)模锻模膛 金属在模膛中发生整体变形，由此分：
1)终锻模膛 由它可得锻件最终形状和尺寸，其结构特 点是： 沿模膛四周有飞边槽； 对通孔锻件锻后留有冲孔连皮。 2)预锻模膛 使坯料变形到接近锻件的形状和尺寸。 特点：无飞边槽。 (2)制坯模膛 此外还有：成形模膛；镦粗台及击扁面等。
对复杂件预先的部分变形加工。有： 1）拔长模膛； 2）滚压模膛； 3）弯曲模膛； 4）切断模膛；
2.曲柄压力机上模锻 曲柄压力机传动示意 曲柄压力机上模锻特点：
(1)产生静压力； (2)压力机行程固定；
(3)导向严细，自动顶件；
(4)锻模镶块组合简又省；
(5)清除氧化皮困难；
(6)效率高，锻件精，设备贵，宜大量生产。
锻造液压机有自由锻液压机、模锻液压机和切边 液压机之分。锻造生产常用的模锻液压机，又有 通用模锻液压机和专用模锻液压机两大类。
一重自行研发制 造的1.5万吨全 数字操控水压 机。
可锻件质量达 600吨。
液压机与其它设备相比： 具备以下特点：
在直接传动的液压机上，活动横梁在整个行程的任一 位置都可获得最大载荷。
3.螺旋压力机上模锻
按驱动方式可分为摩擦压力机、液压螺旋压力机和电 动螺旋压力机。
▼摩擦压力机上模锻
看传动图
▼螺旋压力机工作特点 具有锻锤和曲柄压力机的双重工作特性； 每分钟行程次数少，打击速度低。
4. 液压机模锻
液压机是一种利用液体压力来传递能量的锻压设 备，它包含以油做工作介质的油压机和以水做工 作介质的水压机 。
2 锻造种类
（三）按行业应用
■矿山锻件 按设备重量计算，矿山设备中锻件的比重为12-24%。矿山设
备有： 采掘设备 卷扬设备 破碎设备 研磨设备 洗选设备 烧结设备
■核电锻件 核电分为压水堆和沸水堆两类。核电站主要的大锻件可分为压
力壳和堆内构件两大类。 压力壳含：筒体法兰、管嘴段、管嘴、 上部筒体、下部筒体、筒体过渡段、螺栓等。 堆内构件是在高 温、高压、强中子幅照、硼酸水腐蚀、冲刷和水力振动等严峻条 件下工作的，所以要选用18-8奥氏不锈钢来制作。
无论是直接传动的液压机还是蓄势器传动的水压机在 结构上易于得到较大的总压、较大的工作空间及较长 的行程，因此便于锻造较长、较高的大型工件，这往 往是锻锤和其它锻压设备难以做到的。
液压机上除设有大型模具垫板和定位器外，还有活动 横梁同步平衡系统，以保证偏心锻造时，避免模具偏 斜。
与锻锤相比，液压机工作平稳，撞击和震动很小、噪 音小；对厂房、地基要求不高，对工人健康、周围环 境无损害。
2 锻造种类
（三）按行业应用
■火电锻件 火力发电设备中有四大关键锻件，即汽轮发电机的转
子和护环，以及汽轮机中的叶轮与汽轮机转子。
■水电锻件 水力发电站设备中的重要锻件有水轮机大轴、水轮
发电机大轴、镜板、推力头等。
3模 锻
模锻利用模具使毛坯变形而获锻件的锻造方法. 模锻按使用的设备不同分为锤上模锻、曲柄压力机上 模锻、平锻机上模锻及摩擦压力机上模锻等。 其中锤上模锻是常用的模锻方法。 （一）按模锻设备划分 1. 锤上模锻
钢的再结晶温度约为460℃，但普遍采用800℃作为划 分线，高于800℃的是热锻；在300～800℃之间称为温 锻或半热锻。
2 锻造种类
（二）按成形方法
■ 锻造则可分为自由锻、模锻、冷镦、径向锻造、挤压、 成形轧制、辊锻、辗扩等。
■ 坯料在压力下产生的变形基本不受外部限制的称自由 锻，也称开式锻造；
模锻特点： (1)与自由锻相比，生产率高；
(2)锻件形状较复杂，尺寸精度高; (3)切削余量小，材料利用率高； (4)操作简单及模具费用高等特点。 锤上模锻适用于中小型锻件的大批量生产。 常用设备为蒸汽—空气模锻锤，如图所示。 其工作原理和自由锻锤相同，仅是模锻的机 架直接安装在砧座上形成封闭结构，导轨长且和 锤头之间的间隙较小。