锻模设计

第五章 锻模设计
胎模锻的优点足工艺灵活多样，几乎可锻出所有类别的锻件；工 艺上多采 用无飞边或小飞边锻造，故金属材料消耗较少；模具结构简单，质量小， 制造较简便，故模具费用低；许多锻件采用摔模、垫模、套模成形或精确 制坯、局部焖形等工艺，所需设备能量小；没备投资和生产费用较低。其 缺点是较锤上模锻的成形能力低；锻件精度低，表面较粗糙；模具寿命短； 且需靠丁人搬抬、握持、翻转、开合胎模，生产率低，劳动强度大。胎模 锻足一种适用于小型锻件、中小批量生产的锻造方法。
第五章 锻模设计
本章主要讲述锻模的分类、锻件图的设计、锤锻模设计和机锻模设计。再 点掌握圆盘类锻件和长轴类锻件的锤锻模设计，了解机锻模的设计方法。 模锻时使坯料成形而获得锻件的模具称为锻模。锻模设计方法和生产实际 紧密相关。本章以锤锻模的|殳计方法为基础，重点介绍通用锻模设备上专 用锻模的设计方法. 第一节锻模的分类及特点 一、锻模的分类 锻模的种类很多，按制造方法可分为整体模和组合模；按模膛数量可分为 单模膛模和多模膛模；按锻造温度可分为冷锻模、温锻模和热锻模；按成 形原理可分开式锻模(有飞边锻模)和闭式锻模(无飞边锻模)；按工序性质可 分为制坯模、预锻模、终锻模、弯曲模等。通常锻模是按锻造设备来分类， 可分为胎模、锤锻模、机锻模、平锻模、辊锻模等。 1.胎模 胎模锻是在自由锻设备上，利用不固定于设备E的专用胎模，进行模锻件 生产的一种工艺i在自由锻设备上锻造模锻件时所使用的模具称为胎膜(俗称 跳模)。图5-1a是齿轮锻件，图5-lb是该齿轮锻件胎模示意图。
第五章 锻模设计
(2)成形良好坯料在锻模模膛受压后，充填水平方向比较容易，充填模膛深度 方向比较困，即压人成形不易获得成形良好的锻件。如图5-6b所示，头部较大 的长轴类锻件，不宜按I—I直线分模，应以Ⅱ一Ⅱ对称折线分模，使上下模模膛 深度大致相等，锻件头部尖角处才能成形饱满。 (3)平衡侧压力为防止锻模在侧压力作用下错移，应避免落差不对称分模，如 图5-6c中I—I所示。应尽量采用同一平面，或两件对接以平衡侧压力，应按Ⅱ一 Ⅱ分模。 (4)保证承力面强度锻件主要承受剪切应力的面，不宜作分模面。如图5-6d所 示，若按I—1分模，在分模面周围设计有飞边槽，坯料流线呈水平分布，加上 切除飞边时造成的微裂纹都会降低锻件强度，应按Ⅱ一Ⅱ分模。 (5)便于检查错移如图5-6e所示，分模面应选在锻件侧面的中部Ⅱ一Ⅱ处，若 选在I—I处不易发现上下模错移。对锻件上有相对位置要求的部位应尽量在同一 模块内成形。 (6)简化锻模制造对于岛度小于直径的圆盘类锻件，一般采用径向分模，如图56fⅡ一Ⅱ所示；而不采用轴向分模，如图5-6f I—I所示。径向分模使锻模模膛及 切边模均为圆形，便于加工．
第五章 锻模设计
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 的模锻的工作特点是有两个分模面；主滑块在水平方向运动；有坯料夹持 定位装置(坯料夹持滑块在垂直方向运动)。平锻机的特征工序是局部镦粗， 叉称聚集，其他工序还有冲孔、穿孔、卡细、扩径、切断、弯曲、挤压、 成形等。将上述工序按照一定顺序加以不同的组合，就能制出各种形状的 锻件。缺点是平锻机造价昂贵，设备投资高；平锻时坯料表面氧化皮不能 自动脱落，平锻前须清除氧化皮；对非回转体、中心不对称的锻件，较难 锻造，适应性较差。 图5-4是平锻模结构示意图。凸模1由凸模夹持器固定在主滑块上作水平往 复运动，坯料夹持凹模又分成两半，一半固定在机架上称为固定凹模(图5-4 件3)，另一半固定在侧滑块上称为活动凹模(图5-4件4)。锻造时侧滑块先动 作把坯料夹紧，然后主滑块推动凸模锻压坯料成形。
第五章 锻模设计
第五章 锻模设计
二、模锻件的分类 各种各样的锻模是为了满足各种各样模锻件的需要。模锻件可按锻造设备、 轮廓形状特 征和复杂程度分类。表5-1是常见锤上模锻件，按锻件轮廓形状特 征可分为圆盘类和长轴类。 1.圆盘类 模锻件在与锻压方向垂直平面上投影为圆形或长、宽尺寸相差不大时，称为圆 盘类锻件。模锻时打击力方向与坯料轴线方向一致，金属沿长、宽、高方向同 时流动，成形良好。 按锻件轮廓形状的复杂程度，圆盘类锻件叉可分成三类。 (1)简单形状对于体积小形状简单的圆盘类锻件可由原始坯料直接终锻成形。对 体积大成形质量要求高的，也可增加镦粗制坯工步，如端盖、不带肋齿轮等。 (2)较复杂形状如带肋齿轮或外形轮廓较复杂的锻件，通常要利用镦粗T步制坯 后冉终锻，有时还要增加琐锻工步。 (3)复杂形状外形和内孔均较复杂的圆盘类锻件，通常要利用制坯工步、预锻工 步后再终锻成形，有时还要增加局部成形工步制坯。
第五章 锻模设计
第五章 锻模设计
第五章 锻模设计
第五章 锻模Fra Baidu bibliotek计
三、锻模设计步骤 锻模设计步骤大致如下： 1)设计锻件圄。根据零件图、锻件精度和其他生产条件，确定分模面、加工余 量及公差、模锻斜度、圆角半径，设计冲孔连皮。绘出锻件图后，计算锻件基 本参数：在垂直于锻压力平面上的投影面积A’、分模断周边长度LO、锻件体积 Vf和锻件质量mf。 2)设计终锻模膛。在锻件图基础上根据锻件收缩率绘出热锻件囱，热锻件图就 是终锻模膛加工图。然后设计钳口和飞边槽，有预锻工步时还需要设计预锻模 膛。 3)确定模锻设备吨位。按终锻工步计算锻压力，确定模锻设备类型及吨位，并 设计飞边槽；重新计算包括飞边槽桥部在内的投影面积A，包括飞边槽考虑了 充满系数(通常取50％飞边仓)后的总体积V和锻件总质量m。 4)设计制坯模膛。圆盘类锻件比较简单，长轴类锻件还要绘制计算毛坯图确定 制坯工步。 5)确定坯料长度。根据制坯模膛的要求，计算坯料总体积和加热中的损耗及工 艺余块、料夹头等，选择原材料规格，确定下料长度。 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。
第五章 锻模设计
2.锤锻模 在模锻锤上使坯料成形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，毛坯在锻模模膛中被迫塑性流动成形，从而获 得比自由锻质量更高的锻件。 图5-2是整体式多模膛锤锻模示意图。它由上下两个模块组成。上下模的分 界面称为分模面，它可以是平面，也可以是曲面。复杂的锻件可以有两个 以上的分模面。为了使被锻金属获得一定的形状和尺寸，在模块上加工出 的成形凹槽称为模膛，是锻模工作部分。图5-2所示锤锻模有拔长、弯曲、 预锻和终锻模膛，使坯料逐步成形。为了便于夹持坯料，取出锻件，在模 膛出口处设置的凹腔称为钳口，如图5-2中序号2、4所示。钳口与模膛间的 沟槽称为浇口，如图5-2中序号12。浇口不仅增加了锻件与钳夹头连接的刚 度有利于锻件出模，还可以用作浇注铅样或金属盐样的注入口，以便复制 模膛，用作检验。为防止锻锤打击时产生上下模错移，在模块上加工出凸 凹相配的凸台和凹槽称锁扣，如图5-2中序号7。锻模上用楔铁与锤头、砧 座相连接部分称燕尾，如图5—2序号9。在燕尾中部加工出凹槽(图5—2中 序号10)和锤头、砧座或垫板上相应凹槽相配，称为键槽，用以安放定位键， 保证上下模块定位。在锻模上加工出相互垂直的两个侧面称为检验角(图5-2 中序号11)，检验角是模膛加工的划线基准，也是上下模对模的基准。
第五章 锻模设计
2．长轴类 这类锻件轴线长度与截面高度和宽度相比要长得多。模锻时打击力方向与坯料 轴线方向垂直，金属主要沿截面高度和宽度方向流动，沿轴线妊度方向流动困 难。因此，当锻件沿轴线截面面积变化较大时，必须采取有效的制坯工步，才 能使终锻成形良好。按锻件轮廓复杂 程度和主轴线形状，长轴类锻件可分为四类。 (1)直长轴线类这类锻件的轴线和分模线都是直线。对体积小形状简单的可直接 终锻，也可增加预锻工步。若需要制坯，一般为拔长或滚压工步。 (2)弯曲轴线类锻件的主轴线呈曲线状。除需拔长或滚压制坯外，通常要加上弯 曲或成形工步。 (3)枝芽类锻件上带有枝芽状组成部分。除需要拔长或滚压制坯外，为能锻出枝 芽还需成形制坯或预锻，也可采用成对模锻方法。 (4)叉类锻件头部呈叉状，杆部或长或短。对杆部较短的锻件，在拔长或滚压制 坯后可用弯曲成形制坯；对于杆部艮的叉类锻件，应采用劈开成形的预锻工步。
第五章 锻模设计
第五章 锻模设计
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 加工余量的确定与锻件形状的复杂程度、零件的精度要求、锻件的材质、模锻 设备、工艺条件、热处理的变形量、校正的难易程度、机械加工的工序设计等 许多因索有关。机械加工余量也并不是越小越好，为了将锻件的脱碳层(约0. 5mm)和表面的细小裂纹去掉，留有一定的加工余量是必要的。因此，在确定加 工余量时，通常要与加工部门协商。对锻件不便锻出的地方和重要承力件因检 验或机械加工定位需要，还应给予必要的工艺余块。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m，按锻件基本尺寸进行计算的质量称为锻件质量。在确定加工 余量前是按零件圈初选加工余量进行估算，最后校核。 (2)零件机加工精度一般情况下，表面粗糙度值Ra<1.6µm需要精加工，其加 工余量要适当增加．故分成Ra<1.6µm和Ra≥1.6 µm两档。 (3)锻件形状复杂系数s以包容锻件最大轮廓的圆柱体或长方体(图5-7)为实体 计算的质量称为教件外廓包容体质量mN。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，也等于锻件体积Vf与锻件外廓包客体体积 vN之比。
第五章 锻模设计
锻件图分冷锻件图和热锻件图。冷锻件图是除去飞边和冲孔连皮后的锻件图， 用于最终锻件检验。热锻件图用于终锻摸膛设计。冷锻件图叉称锻件剧。设计 锻件图要经过醣定分模面、加工余量技公差、模锻斜度、圆角半径及设计冲孔 连皮、绘制锻件图等步骤。 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膛分模面与锻件轮 廓的交线。分模轮廓线在视图平面上的投影称为分模线。锻件图上分模面是用 分模线来表示的，如图5-6所示。分模线用点划线绘制。 2.确定分模面的原则 (1)容易脱模必须保证锻件沿打击方向从锻模中能顺利取出，是确定分模面的最 根本原则。通常把分模面选在最大水平投影面位置。如图5-6a所示，沿Ⅱ-Ⅱ线 分模比I-I线容易脱模。有时还把复杂形状放在上模，这是因为锤打击的惯性作 用，坯料对上模的充填能力比下模好，并可利用锻件自重使脱模容易。
第五章 锻模设计
第五章 锻模设计
3．机锻模 在机械压力机(加热模锻曲柄压力机) 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。锻压机上模锻与锤E模锻 相比，具有劳动条件好、便于实现 机械化和自动化、锻件尺寸精度和 生产率均较高等优点。其缺点是设 备结构复杂，成本高；不便进行拔 长、滚压等制坯工步，对于截面变 化较大的锻件，需配备其他设备进 行制坯。 图5-3是机锻模示意图。由上下模 座和导柱、导套组成模架，下模座 可安装推出机构。 用六个锻模镶块构成模膛如图5-3 所示件1、2，锻模镶块圆柱面上开 有圆柱形凹槽，靠压板4、螺钉3和 后挡板9紧固在模座上，用定位键6 定位。这种形式的锻模又称组合式 机锻模.
第五章 锻模设计
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。平锻机的模 锻的工作特点是有两个分模面；主滑块在水平方向运动；有坯料夹持定位装置 (坯料夹持滑块在垂直方向运动)。平锻机的特征工序是局部镦粗，叉称聚集， 其他工序还有冲孔、穿孔、卡细、扩径、切断、弯曲、挤压、成形等。将上述 工序按照一定顺序加以不同的组合，就能制出各种形状的锻件。缺点是平锻机 造价昂贵，设备投资高；平锻时坯料表面氧化皮不能自动脱落，平锻前须清除 氧化皮；对非回转体、中心不对称的锻件，较难锻造，适应性较差。 图5-4是平锻模结构示意图。凸模1由凸模夹持器固定在主滑块上作水平往复运 动，坯料夹持凹模又分成两半，一半固定在机架上称为固定凹模(图5-4件3)， 另一半固定在侧滑块上称为活动凹模(图5-4件4)。锻造时侧滑块先动作把坯料 夹紧，然后主滑块推动凸模锻压坯料成形。 5.辊锻模 在辊锻机上将坯料纵轧成形的扇形模具称为辊锻模。辊锻工艺的特点是生产率 比锤上模锻高5～10倍；比锤上模锻节约金属材料(6～10)％；劳动条件好，易 实现机械化、自动化；设备结构简单，变形过程中振动冲击小；模具受力较小， 制造成本较低。 图5-5是辊锻模示意图。在两块扇形块的外表面分别制出型槽，用压板螺钉把 扇形锻模 安装在上下轧辊上。轧辊相对转动，扇形锻模转到中心线附近时锻压 坯料，迫使坯料在锻模内成形。