精密模锻工艺

精密模锻工艺内容摘要：

间垫板 8隔热层 5加热圈 6凸模 7上模板 9凹模 10顶杆 11垫板 图 5 等温锻造模具图 5 精密模锻工艺设计特点 与常规模锻工艺相比，在设计精密模锻工艺时要注意：应精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料 质量下料 ， 否则会增大锻件尺寸公差，降低精度；需要仔细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱炭层及其他缺陷等；为提高锻件的尺寸精度和降低表面粗糙度，应采用少、无氧化加热方法，尽量减少坯料表面形成氧化皮；选用适当的锻压设备 ， 精密模锻件一般在刚度大、精度高的热模锻压 力 机、摩擦压力机、液压机或高速锤等模锻设备上进行 ； 模锻时要很好地进行润滑 ， 模锻时接触面上的压力一般在8001200Mpa，有的甚至高达 2500Mpa，温度一般在 1150℃ 1200℃ ，在这样高的压力和温度下，润滑膜的建立非常困难 ，因此 精密模锻的模膛必 须有良好的润滑，以改善模锻条件，提高模具的使用寿命 ；采取 适当的锻件冷却方法 ， 精密模锻多为一次成形，模锻结束后锻件温度仍很高，约为 1000℃左右，甚至更高 ， 为防止锻件在冷却过程中发生氧化，保证锻件的精度，锻件应在保护介质 （ 如干燥的细砂、石棉粉等 ） 中冷却 ； 合理地设计模具 ， 精密模锻的锻件精度在很大程度上取决于锻模的加工精度，因此精锻模膛的精度一般要比锻件高两级。 模膛重要部分的粗糙度 aR ，一般部位 aR。 要求在模具上有导向装置和顶出装置，以便能保证合模准确和迅速地从模膛中顶出锻件，减小或完全取消模锻斜度。 同时，为排除模膛中的气体，减少金属流动阻力，使金属更好地充满模膛，模膛内应开有排气小孔；要进行 工序间的清理 ， 锻件生产的几道工序间必须进行检验、清理，只有将坯料表面缺陷 研 磨或抛光干净 ， 才能进行下一道精密模锻工序。 零件工艺性分析 零件的工艺性分析，主要 应 考虑下述因素： （ 1） 零件材料 用普通模锻方法能锻造的任何合金材料，都可以进行精密模锻。 一般锻造用的铝合金和镁合金等轻金属和有色金属，因为锻造温度低、不易产生氧化、模具磨损少 和锻件表面光洁度好等，通常采用精密模锻。 钢质零件的精密模锻比轻合 金和有色金属困难。 因为低温下钢的变形抗力较大，对模具的强度和耐磨性要求较高。 若采用热锻则坯料的温度较高，要求模具有较高的红硬性和热态下的抗疲劳性等。 此外，钢材加热时容易产生氧化和脱碳。 某些特殊合金如耐热合金和钛合金等，因为材料的变形抗力大，模具寿命低，精锻生产更为困难。 （ 2） 零件形状 旋转体零件如齿轮、轴承等，最适宜于精密模锻。 形状复杂的零件，只要锻造时能从模腔中取出，一般就能进行精密模锻。 （ 3） 零件尺寸精度和表面质量 精密模锻件目前所能达到的尺寸精度和表面质量已如前述。 如果零件的尺寸精度和表面质量 （ 包 括表面光洁度和脱碳层深度等 ） 要求不高，普通模锻即可达到，则应采用普通模锻方法生产。 如果零件的尺寸精度和表面光洁度要求很高，用精密模锻尚不能达到，则精密模锻可作为精化毛坯的工序以取代一般精度的切削加工，此时精密模锻件应预留精加工余量。 另外，在 分析 零件 工艺性 时要考虑生产批量，并进行成本预估。 零件设计 根据零件图来设计锻件图时，要适应现场条件可能达到的精度，尽量减少切削加工，分模面选择要恰当，尽可能把零件各部分形状和尺寸都锻出来。 精 锻后锻件的收缩率对锻件精度影响很大，有的还会引起模具报废。 因为 在锻造过程中，许多因素的影响，如工人的操作速度 、 锻件的几何形状和尺寸 、 模具的预热温度以及始锻温度的高低等，使模锻件在终锻时的各处温度不一样，因而锻件各处的收缩率也就不同，当实际收缩率不符合原先锻模设计时所考虑的收缩率时，就使模锻后的尺寸发生变动，如果相差较大，就可能使锻件或模具报废。 因此收缩率的放法要予以注意。 一般收缩率的放法是“见尺寸就放”，即无论尺寸在锻件图上什么位置，都在原尺寸基础上再加上收缩量，成为热锻件尺寸。 对于特殊形状锻件，应按具体情况处理，如带厚筋薄板长形件，因腹板薄，冷却快，则长度方向的收 缩率应较宽度方向小一点。 表 2 所示为不同锻件材料精密模锻时的 收缩率，可供精密模锻设计模具时选用。 表 2 精密模锻收缩率 截面厚度 组成同一截面的长、宽尺寸 (包括厚度 )的收缩率 钢 (%) 铝合金 (%) 铜合金 (%) 镁合金 (%) 10 1025 2530 30 注： （ 1） 上表数据应根据锻件的宽度和长短来考虑，锻件宽 度 大的，应取大值；长度长的，应取小值，特别长的，还应比表列数据更小一些。 （ 2） 模锻铝或镁合金时，如果锻模预热温度超过 200℃ ，收缩率应取大值 ； 预热温度低于 200℃ ，取小值。 精锻件图的设计 （ 1） 机械加工余量 精锻件的机械加工余量比一般模锻件小，可根据加工方法预留加工余量，参见表 3。 （ 2） 模锻斜度 精锻件的模锻斜度比 一 般模锻件小，通常铝合金锻件为 13176。 ，钢锻件为 35176。 ，模锻斜度 公差为 或  l。 （ 3） 圆角半径 精密成形时的圆角半径可参考表 4。 表 3 钢制锻件机械加工余量 (单边余量 ) 机械加工工序名称 锻件尺寸 碳素钢 不锈钢 15 510 1020 20 以上 110 1020 20 以上 车、铣、刨 锉削或砂轮粗磨 重要部分 不重要部分 磨削 抛光 滚光 注：有色金属及合金锻件，其加工余量比钢锻件小 25%。 表 4 一些实际生产的精密模锻件的圆角半径值 肋 肋高 h 外圆角半径 eR 肋宽 w 高宽比 wh/ 模锻斜度 内圆角半径 fR 比值 ef RR 腹板厚度 铝合金锻件（圆顶肋） 4:1 5 :1 7:1 0 2:1 2 :1 0 :1 7:1 0 :1 11:1 0、 1 5:1 2 6:1 3 :1 31 12:1 0 :1 无腹板 10:1 1 4:1 :1 0、 :1 6:1 0 :1 54 17:1 0 :1 23:1 3 4:1 2 铝合金锻件（平顶肋） :1 0 :1 5:1 0 :1 2 钢锻件 3:1 4* 2:1 * 指最大模锻斜度 （ 4） 肋和腹板厚度 肋的工艺性主要取决于它的高度和宽度。 目前普通模锻件肋的最大高宽比 h:w＝ 6:1。 对于投影面积小于 ，建议采 用的最大高宽比为 15:1，通常采用的范围是 h:w＝ 8:115:1。 等温模锻时，高宽比最大达 23:1。 锻件上的腹板是锻件上的薄板部分。 腹板过薄难以锻制。 精密模锻件腹板厚度的设计与普通模锻件相同。 其最小厚度是根据腹板宽度及其与肋高的比值和锻件投影面积来确定的。 加热、清理和冷却 热精密模锻和温热精密模锻钢锻件时，应采用无氧化加热的方法加热坯料。 加热前的坯料不应有氧化皮，否则应予清除。 必要时还应除去表面脱碳层。 清除坯料氧化皮的常用方法有酸洗、干法滚筒清理、车削或无心磨削等。 清除锻件氧化皮的方法 一般也是采用酸洗、干法滚筒清理以及湿法滚筒清理、喷砂或喷丸等。 精锻件的冷却与 一 般锻件不同之处主要是防止热锻件冷却过程中发生二次氧化，所以应在保护介质中冷却。 通常采用下述三种方法：一般是把锻件放入干燥的细砂中冷却，在批量生产中应把锻件有次序地分放在有格子的沙箱中；当需要缓慢冷却锻件的，可把锻件放在热砂箱或石棉粉中冷却；为了更有效地保护锻件，可以在有保护气体的装置中进行冷却。 6 精密模锻模具设计特点 设计精密模锻的模具时，应该根据锻件图、工艺参数、金属流动分析、变形力和功的计算、设备参数和精锻过程中模 具受力情况等，确定模具工作零件的结构、材料、硬度和核算其强度 ， 并确定从模膛中迅速取出锻件的方法。 然后，进行模具的整体和零件设计，确定各零件的加工精度、表面光洁度等级和技术要求。 同普通锻模相比，精密模锻模具设计的特点，主要体现在模膛的尺寸精度、制造精度、导向装置和推出机构等方面，以确保提高锻件的精度和表面质量。 模具结构类型 精密模锻模具的分类 方法 ，通常有两种。 按锻造设备和工作条件分类。 如锤用锻模、螺旋压力机用锻模、机械压力机用锻模和高速锤用锻模等。 其中又区分为冷锻模、温锻模和热锻模。 这种分 类在普通模锻中已为大家所熟悉。 按凹模结构形式分类，精密模锻模具 可分为整体凹模 （ 如图 6 所示 ） 、组合凹模 （ 如图 7 所 示 ） 和可分凹模 （ 如图 8所示 ） 三类。 为了节约模具材料和利用预应力圈提高凹模的承受能力，在精密。