锻造工艺与模具设计-锤上模锻

加放收缩率时，对无坐标中心的圆角半径不 加放收缩率；对于细长的杆类锻件、薄的锻 件、冷却快或打击次数较多而终锻温度较低 的锻件，收缩率取小值；带大头的长杆类锻 件，可根据具体情况将较大的头部和较细杆 部取不同的收缩率。
36
由于终锻温度难以准确控制，不同锻件的准确收 缩率往往需要在长期实践中修正。
12°等，常取7°； 内斜度β标准值为：5°、7°、10°、12°、
15°等，一般应取
多种斜度，而应各取一统一数值。（统一原则） (5) 只要锻件能形成自然斜度，不必另外增设模锻
斜度。（自然原则）
25
6.3.4 锻件圆角
作用：保证金属流动、提高模具寿命、提高锻件质量 和便于出模。 锻件上的凸圆角半径称为外圆角半径r，也就是 模具模膛上的凹圆角。作用是避免模具上的凹圆角太 小造成应力集中导致开裂，以及锻件充满。 凹圆角半径称为内圆角半径R，也就是模膛上的 凸圆角，作用是便于金属流动，防止锻件折迭和模具 压塌。
见课本P139示例。
22
6.3.3 模锻斜度（出模斜度或拔模斜度）
1、模锻斜度 定义：
为了克服模具的弹性收缩和摩擦阻碍作用，易于取件 。在锻件侧表面上需要一定的斜度，称为模锻斜度。 侧表面指，在锻件上与分模面相垂直方向上的平面或 曲面。
包括它固有的斜度（也就是自然斜度）和锻件侧表面 上所附加的斜度。
a) 简单形状 b) 较复杂形状 c) 复杂形状
6
第二类锻件：长轴类锻件
主要特点： ①锻件的主轴线尺寸大于其它两个方向的尺寸； ②变形工序的锻击方向一般垂直于主轴线； ③金属主要沿着高度和宽度方向流动，由于在模 锻工步时金属沿主轴线基本上没有流动，又可称为平 面变形类。 此类锻件数量多，形状复杂。按锻件的几何形状 特征，也可分为四组：直长轴类、弯曲轴类、枝芽类 和叉类锻件。 通常采用拔长或滚压等工序成形；
热锻件冷缩会离开模膛侧壁的部位称为外斜度α（锻 件外壁上的斜度）
热锻件冷缩会更加紧贴模膛侧壁的部位称为内斜度β （内壁上的斜度）
23
2、选择原则：取件方便，节省金属材料和加工
(1)在保证出模的前提下，模锻斜度应尽量小。（ 最小原则）
α大到一定值时，可自动脱模，但α太大将会增大 金属的消耗量和余量。
锻件的公称尺寸与公差注在尺寸线的上面，而 零件的尺寸注在尺寸线的下面的括号内。
32
锻件图中无法表示的有关锻件质量和检验要求的内容， 列入技术条件：
①未注明的模锻斜度α和圆角半径R； ②允许的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需要取样的取样位置； ⑦其它特殊要求，如直线度、平面度等。
30
4、压凹 当锻件内孔直径较小，不易锻出连皮，应改为压凹形式， 通过压凹变形有助于小头部分饱满成形。
压凹
带连皮的模锻件，不需绘出连皮的形状和尺寸。产品 图的主要轮廓线要用点划线在模锻件图上表示，便于表示 各部分的加工余量。
31
6.3.6 锻件图和锻件技术条件
锻件图(冷)是在零件图基础上，加上余量、余块 或其它特殊留量后绘制的图，图中锻件外形用 粗实线表示，零件外形用双点划线表示。
锻件图上的尺寸A比锻件图
上的相应尺寸减小0.5-0.8 mm。
37
(2) 形状复杂且较高的部 位应尽量放在上模。
在特殊情况下要将复杂且 较高的部位放在下模时， 锻件在该处表面易“缺肉 ”（充不满）。这是由于 下模局部较深处易积聚氧 化皮。如图所示的曲轴， 可在其热锻件图相应部位 加深约2 mm。
27
6.3.5 冲孔连皮
对于有内孔的锻件，锤上模锻不能直接锻出透孔，必须 在孔内保留一层连皮。然后，在切边压力机上冲除。
1、平底连皮 常用形式。连皮厚度S可根据经验选取或或 按书上给的公式计算（P143式6-1）。
28
2、斜底连皮 用于较大的内孔：d>2.5h，或d>60mm。 以利于金属流动，避免产生折叠和模具过早磨损或
7
长轴类锻件分组
8
第三类锻件：复合类锻件
兼备两种或两种以上结构的特征，横截面差 别很大，制坯过程复杂，金属在模膛内比较难填 充的 锻件；如“轴-盘-耳”结构的转向节。
9
6.3 模锻件图设计
模锻件图是模锻生产过程、模锻工艺 过程规范制订、锻模设计、锻模检验及锻 模制造的依据。
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。
航标中将航空模锻件分为四类： M0： 铝、镁合金； M1：＜0.65%C的碳钢或合金总含量＜ 5.0%的合金钢。 M2：≥0.65%C的碳钢或合金总含量≥5.0%的合金钢。 M3：不锈钢、高温耐热合金和钛合金。
21
3、余量和锻件公差的选取 选取余量和锻件公差的程序：零件公称尺寸
→估选余量→锻件公称尺寸→估算锻件质量→ 查表→修正
第一类锻件：短轴类或饼类锻件
主体轴线立置于模膛成形，水平方向二维尺寸相近 的锻件。其特点是：
① 锻件的主轴线尺寸小于其它两个方向的尺寸； ② 变形工序的作用力方向与主轴线方向一致； ③ 模膛中的金属变形是体积变形。 这类锻件常利用镦粗台或拍扁台制坯。 常见的短轴类件有法兰、齿轮、十字轴、万向节等。
圆饼类锻件
33
6.4 模锻模膛设计
模锻模膛包括：终锻模膛和预锻模膛。 任何锻件的模锻工艺过程都必须有终锻，都
要用终锻模膛。 模锻件的几何形状和尺寸靠终锻模膛保证，
预锻模膛要根据具体情况决定否采用。
34
6.4.1终锻模膛设计
终锻模膛是锻模中各种模膛的最主要的模膛 ，它用来完成锻件最终成形的终锻工步。
圆饼类锻件分模位置
（5）锻件形状较复杂部分应该尽量安排在上模。
16
6.3.2 余块、余量和锻造公差
锻件上凡是尺寸精度和表面品质（表面粗糙度） 达不到零件图要求的部位，需要在锻后进行机械加 工，这些部位应预留加工余量。
模锻件的加工余量要大小恰当。 精密模锻的目的是在不影响零件加工品质的前 提下模锻出小余量或者无余量精锻件。
17
1、锻件公差的种类 尺寸公差 包括长度、宽度、厚度、中心距、
角度、模锻斜度、圆弧半径和圆角半径等公差。 形位公差 包括直线度、平面度、深孔轴的同
轴度、错移量、剪切端变形量和杆部变形量等。 表面技术要素公差 包括深度、剪拉毛刺的尺寸
、顶杆压痕深度和表面粗糙度等。 各项公差都不应互相叠加。
18
39
(4) 锻件某些部位在 切边或冲孔时易产生 变形而影响加工余量 ，应在热锻件图的相 应部位增加一定的弥 补量，提高锻件合格 率，如图所示。
40
(5) 一些形状特别 的锻件，不能保证 坯料在下模膛内或 切边模内准确定位 。在锤击过程中， 可能因转动而导致 锻件报废。热锻件 图上需增加定位余 块，保证多次锻击 过程中的定位以及 切飞边时的定位。
但是，为了便于出模，高度较小的锻件可采用较 大的斜度，这时，多消耗的金属量不大。如： H<50mm，查到3°改为5°；H<30mm，查的3° 、5°一律改为7°。
24
(2) 同一锻件上内模锻斜度要比外模锻斜度大。 （大小原则）原因在于锻件冷却时，外壁趋向离开 模壁，而内壁正相反。
(3) 模锻斜度的大小（标准原则） 外斜度α标准值为：3°、5°、7°、10°、
一般情况下，热锻件图形状与锻件图形状完全相 同。但在某些情况下，需将热锻件图尺寸作适当 的改变以适应锻造工艺过程要求。
(1) 模膛易磨损处，应在锻件负公差范围内减 小模膛尺寸（预留磨损量），以在保证锻件合格 率的情况下延长锻模寿命。
如图所示的齿轮锻件，轮辐 部分易磨损，使锻件轮辐 厚度增加。因此，应将热
10
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。
11
锤上模锻件图设计
6.3.1分模面位置的选择 确定分模面位置最基本原则是保证锻件
直线分模防错移
13
（2）尽可能将分模位置选在锻件侧面中部。这 样易于在生产过程中发现上下模错移。
分模位置居中便于发现错模
14
（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。
上下模膛深度大致相等易充满
15
（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。
26
外圆角半径 Rw过小，充填困难，锻模崩裂； Rw过大，机械加工余量小
Rn太小，会造成纤维被割断、折叠，锻件报废，模具压 塌，影响出模；
Rn太大，使余量加大，导致充不满。
一般可按公式： Rw = 余量+零件相应处圆角半径或倒角值 Rn =(2～3) Rw
圆角半径应选标准数值，便于选用相应的制造模具的标准 刀具。
形状尽可能与零件形状相同，以及锻件容易 从锻模模膛中取出。
确定分模面时，应以镦粗成形为主，还 应考虑材料利用率。
分模面的位置与模锻方法直接有关，它 决定着锻件内部金属纤维方向。
12
锻件分模位置一般都选择在具有最大轮廓 线的地方。此外，还应考虑下列要求：
（1）尽可能采用直线分模，使锻模结构简单， 防止上下模错移。
2、影响余量和锻件公差的因素
(1) 公称尺寸和锻件质量 锻件重量根据锻件图的公 称尺寸进行计算( 按锻件大小初定余量)。
(2) 锻件形状复杂系数(S) 为锻件的重量或体积(Gd ，Vd)与其外轮廓包容体的重量或体积(Gb，Vb)的比值，
即：S = Gd/Gb = Vd/Vb 圆形锻件的外廓包容体按圆柱体计算； 非圆形锻件的外廓包容体按矩形六面体计算；
19
锻件形状复杂系数S可分为四个等级，S越小表示锻件形