锻造模具设计
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第二节 锻造工艺的基本工序和工步
一.锻造工艺的种类和特点
锻造工艺按加工方法的不同，又可分为自由锻、胎模锻和模锻。
二.锻造工序和工步的内容
一般情况下锻件生产流程为：备料－加热－锻造工序－后续工序。
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在模锻锤上使坯料成行为模锻件或其半成品的模具称锤锻 模。锤锻的特点是在锻压设备动力作用下，毛坯在锻模模镗中 被迫塑性流动成形，从而获得比自由锻质量更高的锻件。
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3.机锻模
在机械压力机上使坯料成形为模锻件或其半成品的模具称 为机械压力机锻模，简称机锻模。
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47
三.钳口
根据钳口不同的功能可分为常用钳口、特殊钳口、圆形钳 口、共享钳口等形式。
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第四节 预锻模镗设计
一.预锻模镗作用
1.改善金属的流动条件； 2.使坯料易于充满型腔，避免充不满的缺陷； 3.减少终锻模镗磨损，提高锻模寿命。 采用预锻模镗后也会产生如下缺点： 1.使终锻时产生偏心打击，上下模容易错移；
43
第三节 终锻模镗设计
一.热锻件图
1.收缩率
为保证锻件冷却后符合冷锻件图的要求，热锻件图上尺寸
均在冷锻件图基础上加放收缩率。
2.绘制热锻件图
通常热锻件图形状和冷锻件图相似。热锻件图上圆角半径、 模锻斜度同于冷锻件图，锻件若有内孔，要在热锻件图上绘出 连皮形状并标明尺寸。在热锻件图上不绘出制件轮廓线，也不
标注锻件公差。
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44
二.飞边槽设计
1.飞边形成过程
坯料在锤上模锻时，金属在终锻模镗内成形有如下四个阶段： （1）自由墩粗变形阶段； （2）形成飞边阶段； （3）充满模镗阶段； （4）最好锻足阶段。
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2.飞边槽的作用
（1）造成足够大的水平方向的阻力；
（2）容纳多余的金属； （3）承受冲击力，起缓冲作用。
3.飞边槽形式
常见的飞边槽形式如图所示：
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4.确定飞边槽尺寸
设计飞边槽目前有计算法和吨位法两种方法。 （1）计算法 按经验公式计算飞边桥h飞：
（2）吨位法 在生产中，常根据锻锤吨位确定飞边槽尺寸。
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锻造温度范围是指始锻温度和终 锻温度间的一段温度间隔。钢料在 高温单相区具有良好的塑性，所以 锻造温度范围最好在这个区间。如 图是在铁碳合金基础上制订的碳钢 锻造温度范围（3）。
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（三）锻件的冷却和锻后热处理
1.锻件的锻后冷却方法 常用的锻件冷却方法，按其冷却速度的由快到慢的顺序分 为空冷、堆冷、坑冷（或箱冷）、灰冷（或沙冷）、炉冷等。 2.锻件的锻后热处理 锻件的锻后热处理目的是调整锻件的硬度，以利于锻件切 削加工； 调整锻件内应力，避免在机械加工时变形； 改善锻 件内部组织，细化晶粒； 对于不再进行最终热处理的锻件，应 保证达到规定的力学性能要求。 锻件最常采用的热处理方法有退火、正火、调质等。
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三.模锻斜度
为便于模具制造，模具斜度可按下列数值选用：0°15′， 0 °30′， 1°，1°30′，3°，5°，7°，10°，12°，15°。 在同一锻模上不宜选用过多中模锻斜度。
四.圆角半径
在制件公差允许条件下，圆角半径应尽可能大。 1.外圆角半径r 一般情况下r值按下式确定： 2.内圆角半径R R太小，会使脱模困难，还会造成模锻时金属流动形成的 纤维被割断甚至产生折叠。
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锻造与压铸模
第七章 锻模设计
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目 录
• • • • • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 锻模的分类及特点 锻件图设计 终锻模镗设计 预锻模镗设计 制坯模镗设计 锤锻模结构设计 机锻模设计
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（1）容易脱模； （2）成形良好； （3）平衡侧压力； （4）保证承力面强度； （5）便于检查错移；
（6）简化锻模制造。
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二.确定机械加工余量和锻件公差
1.机械加工余量和工艺余块
加工余量主要由锻件质量、零件机加工精度和锻件复杂程度查表确定或 与加工部门协商。 （1）锻件质量mf 按锻件基本尺寸进行计算的质量。 （2）零件机加工精度 一般情况下，表面粗糙度值分成Ra ＜ 1.6μm和Ra≥1.6μm两档。 （3）锻件形状复杂系数S 锻件形状复杂系数是锻件质量mf与相应的锻件外廓包容体质量mN之比：
1.锻造用钢
钢材按化学成分可分为碳素钢和合金钢。 碳素钢按质量分数高低可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。 按合金元素总的质量分数的多少，合金钢可分为低、中、高合 金钢。
2.锻造用有色金属
锻造用有色金属主要有铜、铝及其合金等。 （1）铜及铜合金 纯铜、黄铜、青铜。 （2）铝及铝合金 纯铝、铝合金。
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五.冲孔连皮
对内孔大于25mm的锻件模锻时不能直接锻出通孔，在分
模面上留有较薄的一层金属称为连皮。常用连皮有四种形式：
1.平底连皮
连皮厚s可按下式计算：
连皮内圆角半径R1可按下式取值：
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2.斜底连皮
当锻件内孔直径d与孔深h之比大于2.5或d＞60mm时，应
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第三节 锻造设备简介
一.锻造设备分类
锻造设备种类很多，按照工作部分运动方式不同，锻造设 备可分为直线往复运动和相对旋转运动两大类。
（一）直线往复运动的锻造设备
（1）动载撞击的锻造设备； （2）动、静载联合的锻造设备； （3）高效能冲击的锻造设备。
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2.热模锻曲柄压力机
热模锻曲柄压力机又称锻
压机，其结构如图所示。电动 机通过带轮、传动轴和一对齿 轮带动曲柄连杆机构，使滑块 作上、下往复运动。
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三.锻造设备吨位的确定
各种锻造工序在变形过程中所需的锻压力，主要取决于两个
因素：坯料屈服强度σs和锻件在与锻压力垂直的平面上的投影A。
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第四章 锻前准备
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目 录
• 第一节 锻造前的准备和锻后热处理 • 第二节 锻造工艺的基本工序和工步 • 第三节 锻造设备简介
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第一节 锻造前的准备和锻后热处理
一.锻造生产用的原材料
锻造生产用的原材料可分为锻造用钢和锻造用有色金属。
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第一节 锻模的分类及特点
一.锻模的分类
锻模的种类很多，通常锻模是按制造设备来分类，可分为 胎膜、锤锻模、机锻模、平锻模、辊锻模等。
1.胎膜
胎模锻是在自由锻设备上，利用不固定于设备上的专用胎 膜，进行模锻件生产的一种工艺。适于小型锻件、中小批量生 产。
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2.锤锻模
（一）热模锻曲柄压力机、螺旋压力机、液压机吨位的确定
1.所需锻压力F0
2.公称吨位F
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（二）锻锤吨位的确定
锻锤是利用下落部分在高速下落时和锻模模腔内坯料发生 撞击而使坯料成形的。它的打击力随着坯料抵抗情况而变化， 空击或冷击时，打击力最大。所以它不是按打击力来选择设备， 而是一次打击时能释放出的最大能量来确定锻锤吨位的。 锻锤一次打击能量为 为 ，一次打击下坯料变形功
（一）锻前加热的目的与方法
1.锻前加热的目的
提高金属的塑性，降低变形力；
以利于锻造和获得良好的锻后组织；
减少设备吨位，降低燃料消耗。
2.锻前加热的方法 根据热源不同，在锻造生产中金属的加热可分为两大类： 火焰炉加热，电加热。比较速热、控温、条件、成本等。
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（二）锻造温度范围的确定
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二.模锻件的分类
1.圆盘类
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2.长轴类
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三.锻模设计步骤
（1）设计锻件图；
（2）设计终锻模镗；
（3）确定模锻设备吨位；
（4）设计制坯模镗；
，根据能量守恒定律得：
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（三）工厂中常见的简便公式
1.胎模锻
2.模锻 （1）模锻锤吨位经验公式 （2）布留哈诺夫和列别尔斯基公式 圆形锻件： 非圆形锻件： 3.热模锻曲柄压力机和锻锤换算公式
自由锻： 模 锻：
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总结
本章主要讲述锻造工艺的基础知识、锻造的工艺过程和工 艺方法，以及常用锻造设备的构造、原理和应用。重点掌握锻 造材料、下料方法和锻造温度的确定及锻造设备的选用。
采用斜底连皮。各尺寸计ห้องสมุดไป่ตู้如下：
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3.带仓连皮
为了解决切除连皮的困难，对内孔较大的锻件最好预锻时
采用斜底连皮，终锻时采用带仓连皮。
带仓连皮尺寸计算和终锻模飞边槽设计一致：连皮厚度为 飞边槽桥部高度h飞，b为飞边槽桥部宽度。
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4.拱底连皮
锻打直径大而高度低的内孔时金属流动很困难。当d/h＞15
根据S值的大小，锻件形状复杂系数分为4级： S1级（简单）：0.63 ＜S≤1； S2级（一般）：0.32 ＜S≤0.63； S3级（较复杂）：0.16 ＜S≤0.32； S4级（复杂）：0 ＜S≤0.16。 宁德职业技术学院 机电工程系
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2.模锻件公差
模锻件公差主要由锻件质量、锻件形状复杂系数、材质系 数和分模面形状确定，同时要考虑锻造工艺、锻造设备和加热 方法等。 （1）分模线形状 锻件分模线分为两类，一类是平直或对称的，另一类是不对 称的。
（二）旋转运动的锻造设备
这类设备运转时，锻模分别安装在两个或两个以上作相对 旋转运动的辊轴上。
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二.主要锻造设备的结构原理和应用
1.锻锤
利用蒸汽或液压等传动机构，使落
下部分产生运动并积蓄动能，将此动能
施加到锻件上，使锻件产生变形的锻压 机器称为锻锤。
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2.增大了模块尺寸；
3.预锻、终锻若用两套模具分别在两台设备上联合捶打，成本高； 4.降低了生产率。
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4.平锻模
在水平锻造机上使坯料成形为模锻件或其半成品的模具称
平锻模。平锻机的工作特点是有两个分型面，主滑块在水平方 向运动，有坯料夹持定位装置。
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5.滚锻模
在辊锻机上将坯料纵轧成形的扇形
模具称为滚锻模。辊锻工艺的生产特点
是生产率比锤上模锻高5~10倍，节约金
属材料，劳动条件好，比较容易实现机 械化、自动化。
3
二.下料
在锻造前，一般要在专门的下料设备上把金属棒料切成所 需长度。常用的下料方法介绍如下： 1.锯切； 2.剪切；
3.冷折下料；
4.砂轮切割； 5.气割； 6.精密剪切下料。
除上述切割方法外，还有等离子切割法、电子束切割法、阳极切割法等。
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三.锻前加热、锻后冷却和热处理
（5）确定坯料长度；
（6）绘出锻模装配总图，给出锻模技术条件，再绘制
锻模零件图。
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第二节 锻件图设计
一.确定分模面
1.分模面与分模线
锻模的分模面是指上下模的分接面。分模轮廓线是指终锻模镗分模面与 锻件轮廓的交线。分模轮廓线在视图平面上的投影称为分模线。
2.确定分模面的原则
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（2）材质系数M
锻件材质系数分为M1和M2。 M1：Wc＜0.65%， W＜3.0% M2：Wc≥0.65%， W ≥ 3.0%
（3）公差项目 模锻件公差可分为精密级和普通级。
GB/T12362－1990适于范围要求用电、油、煤气加热。若
用煤或经二次加热，余量和公差均应适当增加。
时应采用拱底连皮，其尺寸计算如下：
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六.绘制锻件图
一般锻件图上技术条件内容如下：
1.锻件热处理及硬度要求；
2.未注圆角半径和模锻斜度； 3.允许表面缺陷深度； 4.允许错差量和残余飞边量； 5.标出试验取样的位置； 6.表面清理方法； 7.其它要求。
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第二节 锻造工艺的基本工序和工步
一.锻造工艺的种类和特点
锻造工艺按加工方法的不同，又可分为自由锻、胎模锻和模锻。
二.锻造工序和工步的内容
一般情况下锻件生产流程为：备料－加热－锻造工序－后续工序。
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在模锻锤上使坯料成行为模锻件或其半成品的模具称锤锻 模。锤锻的特点是在锻压设备动力作用下，毛坯在锻模模镗中 被迫塑性流动成形，从而获得比自由锻质量更高的锻件。
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3.机锻模
在机械压力机上使坯料成形为模锻件或其半成品的模具称 为机械压力机锻模，简称机锻模。
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三.钳口
根据钳口不同的功能可分为常用钳口、特殊钳口、圆形钳 口、共享钳口等形式。
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第四节 预锻模镗设计
一.预锻模镗作用
1.改善金属的流动条件； 2.使坯料易于充满型腔，避免充不满的缺陷； 3.减少终锻模镗磨损，提高锻模寿命。 采用预锻模镗后也会产生如下缺点： 1.使终锻时产生偏心打击，上下模容易错移；
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第三节 终锻模镗设计
一.热锻件图
1.收缩率
为保证锻件冷却后符合冷锻件图的要求，热锻件图上尺寸
均在冷锻件图基础上加放收缩率。
2.绘制热锻件图
通常热锻件图形状和冷锻件图相似。热锻件图上圆角半径、 模锻斜度同于冷锻件图，锻件若有内孔，要在热锻件图上绘出 连皮形状并标明尺寸。在热锻件图上不绘出制件轮廓线，也不
标注锻件公差。
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二.飞边槽设计
1.飞边形成过程
坯料在锤上模锻时，金属在终锻模镗内成形有如下四个阶段： （1）自由墩粗变形阶段； （2）形成飞边阶段； （3）充满模镗阶段； （4）最好锻足阶段。
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2.飞边槽的作用
（1）造成足够大的水平方向的阻力；
（2）容纳多余的金属； （3）承受冲击力，起缓冲作用。
3.飞边槽形式
常见的飞边槽形式如图所示：
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4.确定飞边槽尺寸
设计飞边槽目前有计算法和吨位法两种方法。 （1）计算法 按经验公式计算飞边桥h飞：
（2）吨位法 在生产中，常根据锻锤吨位确定飞边槽尺寸。
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锻造温度范围是指始锻温度和终 锻温度间的一段温度间隔。钢料在 高温单相区具有良好的塑性，所以 锻造温度范围最好在这个区间。如 图是在铁碳合金基础上制订的碳钢 锻造温度范围（3）。
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（三）锻件的冷却和锻后热处理
1.锻件的锻后冷却方法 常用的锻件冷却方法，按其冷却速度的由快到慢的顺序分 为空冷、堆冷、坑冷（或箱冷）、灰冷（或沙冷）、炉冷等。 2.锻件的锻后热处理 锻件的锻后热处理目的是调整锻件的硬度，以利于锻件切 削加工； 调整锻件内应力，避免在机械加工时变形； 改善锻 件内部组织，细化晶粒； 对于不再进行最终热处理的锻件，应 保证达到规定的力学性能要求。 锻件最常采用的热处理方法有退火、正火、调质等。
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三.模锻斜度
为便于模具制造，模具斜度可按下列数值选用：0°15′， 0 °30′， 1°，1°30′，3°，5°，7°，10°，12°，15°。 在同一锻模上不宜选用过多中模锻斜度。
四.圆角半径
在制件公差允许条件下，圆角半径应尽可能大。 1.外圆角半径r 一般情况下r值按下式确定： 2.内圆角半径R R太小，会使脱模困难，还会造成模锻时金属流动形成的 纤维被割断甚至产生折叠。
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第七章 锻模设计
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目 录
• • • • • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 锻模的分类及特点 锻件图设计 终锻模镗设计 预锻模镗设计 制坯模镗设计 锤锻模结构设计 机锻模设计
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（1）容易脱模； （2）成形良好； （3）平衡侧压力； （4）保证承力面强度； （5）便于检查错移；
（6）简化锻模制造。
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二.确定机械加工余量和锻件公差
1.机械加工余量和工艺余块
加工余量主要由锻件质量、零件机加工精度和锻件复杂程度查表确定或 与加工部门协商。 （1）锻件质量mf 按锻件基本尺寸进行计算的质量。 （2）零件机加工精度 一般情况下，表面粗糙度值分成Ra ＜ 1.6μm和Ra≥1.6μm两档。 （3）锻件形状复杂系数S 锻件形状复杂系数是锻件质量mf与相应的锻件外廓包容体质量mN之比：
1.锻造用钢
钢材按化学成分可分为碳素钢和合金钢。 碳素钢按质量分数高低可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。 按合金元素总的质量分数的多少，合金钢可分为低、中、高合 金钢。
2.锻造用有色金属
锻造用有色金属主要有铜、铝及其合金等。 （1）铜及铜合金 纯铜、黄铜、青铜。 （2）铝及铝合金 纯铝、铝合金。
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五.冲孔连皮
对内孔大于25mm的锻件模锻时不能直接锻出通孔，在分
模面上留有较薄的一层金属称为连皮。常用连皮有四种形式：
1.平底连皮
连皮厚s可按下式计算：
连皮内圆角半径R1可按下式取值：
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2.斜底连皮
当锻件内孔直径d与孔深h之比大于2.5或d＞60mm时，应
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第三节 锻造设备简介
一.锻造设备分类
锻造设备种类很多，按照工作部分运动方式不同，锻造设 备可分为直线往复运动和相对旋转运动两大类。
（一）直线往复运动的锻造设备
（1）动载撞击的锻造设备； （2）动、静载联合的锻造设备； （3）高效能冲击的锻造设备。
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2.热模锻曲柄压力机
热模锻曲柄压力机又称锻
压机，其结构如图所示。电动 机通过带轮、传动轴和一对齿 轮带动曲柄连杆机构，使滑块 作上、下往复运动。
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三.锻造设备吨位的确定
各种锻造工序在变形过程中所需的锻压力，主要取决于两个
因素：坯料屈服强度σs和锻件在与锻压力垂直的平面上的投影A。
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第四章 锻前准备
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目 录
• 第一节 锻造前的准备和锻后热处理 • 第二节 锻造工艺的基本工序和工步 • 第三节 锻造设备简介
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第一节 锻造前的准备和锻后热处理
一.锻造生产用的原材料
锻造生产用的原材料可分为锻造用钢和锻造用有色金属。
22
第一节 锻模的分类及特点
一.锻模的分类
锻模的种类很多，通常锻模是按制造设备来分类，可分为 胎膜、锤锻模、机锻模、平锻模、辊锻模等。
1.胎膜
胎模锻是在自由锻设备上，利用不固定于设备上的专用胎 膜，进行模锻件生产的一种工艺。适于小型锻件、中小批量生 产。
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2.锤锻模
（一）热模锻曲柄压力机、螺旋压力机、液压机吨位的确定
1.所需锻压力F0
2.公称吨位F
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（二）锻锤吨位的确定
锻锤是利用下落部分在高速下落时和锻模模腔内坯料发生 撞击而使坯料成形的。它的打击力随着坯料抵抗情况而变化， 空击或冷击时，打击力最大。所以它不是按打击力来选择设备， 而是一次打击时能释放出的最大能量来确定锻锤吨位的。 锻锤一次打击能量为 为 ，一次打击下坯料变形功
（一）锻前加热的目的与方法
1.锻前加热的目的
提高金属的塑性，降低变形力；
以利于锻造和获得良好的锻后组织；
减少设备吨位，降低燃料消耗。
2.锻前加热的方法 根据热源不同，在锻造生产中金属的加热可分为两大类： 火焰炉加热，电加热。比较速热、控温、条件、成本等。
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（二）锻造温度范围的确定
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二.模锻件的分类
1.圆盘类
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2.长轴类
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三.锻模设计步骤
（1）设计锻件图；
（2）设计终锻模镗；
（3）确定模锻设备吨位；
（4）设计制坯模镗；
，根据能量守恒定律得：
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（三）工厂中常见的简便公式
1.胎模锻
2.模锻 （1）模锻锤吨位经验公式 （2）布留哈诺夫和列别尔斯基公式 圆形锻件： 非圆形锻件： 3.热模锻曲柄压力机和锻锤换算公式
自由锻： 模 锻：
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总结
本章主要讲述锻造工艺的基础知识、锻造的工艺过程和工 艺方法，以及常用锻造设备的构造、原理和应用。重点掌握锻 造材料、下料方法和锻造温度的确定及锻造设备的选用。
采用斜底连皮。各尺寸计ห้องสมุดไป่ตู้如下：
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3.带仓连皮
为了解决切除连皮的困难，对内孔较大的锻件最好预锻时
采用斜底连皮，终锻时采用带仓连皮。
带仓连皮尺寸计算和终锻模飞边槽设计一致：连皮厚度为 飞边槽桥部高度h飞，b为飞边槽桥部宽度。
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4.拱底连皮
锻打直径大而高度低的内孔时金属流动很困难。当d/h＞15
根据S值的大小，锻件形状复杂系数分为4级： S1级（简单）：0.63 ＜S≤1； S2级（一般）：0.32 ＜S≤0.63； S3级（较复杂）：0.16 ＜S≤0.32； S4级（复杂）：0 ＜S≤0.16。 宁德职业技术学院 机电工程系
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2.模锻件公差
模锻件公差主要由锻件质量、锻件形状复杂系数、材质系 数和分模面形状确定，同时要考虑锻造工艺、锻造设备和加热 方法等。 （1）分模线形状 锻件分模线分为两类，一类是平直或对称的，另一类是不对 称的。
（二）旋转运动的锻造设备
这类设备运转时，锻模分别安装在两个或两个以上作相对 旋转运动的辊轴上。
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二.主要锻造设备的结构原理和应用
1.锻锤
利用蒸汽或液压等传动机构，使落
下部分产生运动并积蓄动能，将此动能
施加到锻件上，使锻件产生变形的锻压 机器称为锻锤。
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2.增大了模块尺寸；
3.预锻、终锻若用两套模具分别在两台设备上联合捶打，成本高； 4.降低了生产率。
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4.平锻模
在水平锻造机上使坯料成形为模锻件或其半成品的模具称
平锻模。平锻机的工作特点是有两个分型面，主滑块在水平方 向运动，有坯料夹持定位装置。
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5.滚锻模
在辊锻机上将坯料纵轧成形的扇形
模具称为滚锻模。辊锻工艺的生产特点
是生产率比锤上模锻高5~10倍，节约金
属材料，劳动条件好，比较容易实现机 械化、自动化。
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二.下料
在锻造前，一般要在专门的下料设备上把金属棒料切成所 需长度。常用的下料方法介绍如下： 1.锯切； 2.剪切；
3.冷折下料；
4.砂轮切割； 5.气割； 6.精密剪切下料。
除上述切割方法外，还有等离子切割法、电子束切割法、阳极切割法等。
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三.锻前加热、锻后冷却和热处理
（5）确定坯料长度；
（6）绘出锻模装配总图，给出锻模技术条件，再绘制
锻模零件图。
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第二节 锻件图设计
一.确定分模面
1.分模面与分模线
锻模的分模面是指上下模的分接面。分模轮廓线是指终锻模镗分模面与 锻件轮廓的交线。分模轮廓线在视图平面上的投影称为分模线。
2.确定分模面的原则
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（2）材质系数M
锻件材质系数分为M1和M2。 M1：Wc＜0.65%， W＜3.0% M2：Wc≥0.65%， W ≥ 3.0%
（3）公差项目 模锻件公差可分为精密级和普通级。
GB/T12362－1990适于范围要求用电、油、煤气加热。若
用煤或经二次加热，余量和公差均应适当增加。
时应采用拱底连皮，其尺寸计算如下：
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六.绘制锻件图
一般锻件图上技术条件内容如下：
1.锻件热处理及硬度要求；
2.未注圆角半径和模锻斜度； 3.允许表面缺陷深度； 4.允许错差量和残余飞边量； 5.标出试验取样的位置； 6.表面清理方法； 7.其它要求。
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