锻造工艺学与模具设计辅导教案

锻造工艺学与模具设计辅导教案内容摘要：

模膛设计 六、预锻模膛设计 七、绘制计算毛坯图 八、制坯工步选择 九、确定坯料尺寸 十、制坯模膛设计 十一、锻模结构设计 十二、连杆模锻工艺 流程 二、难点 热锻模具材料的基本性能。 模膛设计时考虑实际生产经验对有关设计计算尺寸的修改和形状的简化。 三、思考题 胎模锻与自由镦相比有哪些优点。 其锻模按用途分为哪三大类。 固定胎模锻在模锻时上、下模块为什么易错移。 应采取哪些措施加以防止。 热锻模具材料应具备哪些基本性能。 各类锻压设备可共同采用哪两种热锻模具材料。 其道理是什么。 四、要求重点掌握的知识点 胎模锻特点、种类及其用途。 固定胎模结构及其安装。 热锻模具材料的基本性能。 常用 热锻模具材料 及其选用原则。 初步了解和掌握锻模及其工艺设计的全过程。 五、所需学时 2 学时 第十八次讲课 一、讲授内容 第九章 模锻的后续工序 第一节 切边、冲孔及其模具设计 一、切边和冲孔的基本方式及模具类型 二、切边模 三、冲孔模和切边冲孔复合模 四，切边力和冲孔力的计算 第二节 精压和校正的应用及模具设计 一、精压 二、校正 第三节 模锻件的表面清理 二、难点 切边模和冲孔模中凸凹模的作用特点。 切边模模具闭合高度及其与凸模高度的关系。 切边冲孔复合模设计。 三、基本概念 简单模、连续模 、复合模、精压、切边模具闭合高度、压力机最大封闭高度、压力机最小封闭高度 四、思考题 试比较切边模和冲孔模中凸、凹模的作用。 试比较热切（冲）和冷切（冲）两种工作方式的特点。 切边模有哪几部分组成。 它有几种类型。 切边凹模有哪几种刃口。 它们各自用途是怎样的。 为什么要合理确定切边模凸、凹模之间的间隙。 切边模具闭合高度及其凸模高度怎样确定。 精压工序的目的是什么。 试阐述它的分类和变形特点。 校正工序的目的是什么。 试阐述它的分类和用途。 试阐述表面清理工序的目的和方法。 五、要求重点掌握的知识点 切边模和冲孔模的组成部分及其作用和设计方法。 精压工序的目的、分类和变形特点。 校正工序的目的、分类和确定原则。 表面清理工序的目的和方法。 六、 所需学时 2学时 参考资料： 吕 炎 . 《锻造工艺学》 . 机械工业出版社 , 1995年 张志文 . 《锻造工艺学》 . 机械工业出版社 , 1983年 汪大年 .《塑性成性原理》 . 机械工业出版社 , 1987年 李培武 , 杨文成 . 《塑性成形设备》 . 机械工业出版社 , 1994年 崔忠圻 . 《金属学与热处理》 . 机械工业出版社 , 1994年 所需总学时： 38学时 所授课程的重点、难点、要点、基本概念、基本要求和有关教学参考资料、辅助资料，课程进度和学时分配等等。 第二节 自由锻 自由锻： 利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。 自由锻造时，除与上、下砧铁接触的金属部分受到约束外，金属坯料朝其它各个方向均能自由变形流动，不受外部的限制，故无法精确控制变形的发展。 自由锻分类： 手工锻造和机器锻造 两种。 手工锻造只能生产 小型锻件，生产率也较低。 机器锻造是自由锻的主要方法。 自由锻的特点： 工具简单、通用性强，生产准备周期短。 自由锻件的质量范围可由不及一千克到二、三百吨，对于大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，这使得自由锻在重型机械制造中具有特别重要的作用，例如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、重要的齿轮等零件在工作时都承受很大的载荷，要求具有较高的力学性能，常采用自由锻方法生产毛坯。 由于自由锻件的形状与尺寸主要靠人工操作来控制，所以锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。 自由锻主要应用于单件、小批量生产，修配 以及大型锻件的生产和新产品的试制等。 一、自由锻工序 自由锻工序： 基本工序、辅助工序和修整工序。 （一）基本工序 使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以得到所需形状、尺寸或改善材质性能的工艺过程。 它是锻件成形过程中必需的变形工序，如 镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移 等。 实际生产中最常用的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。 １．镦粗 沿工件轴向进行锻打，使其长度减小，横截面积增大的操作过程。 常用来锻造齿轮坯、凸缘、圆盘等零件，也可用来作为锻造环、套筒等空心锻件冲孔前的预备工序。 镦粗可分为全镦粗和局部镦粗两种形式，如图 27所示。 镦粗时，坯料不能过长，高度与直径之比应小于 ，以免镦弯，或出现细腰、夹层等现象。 坯料镦粗的部位必须均匀加热，以防止出现变形不均匀。 图 27 镦粗 a）全镦粗 b）局部镦粗 ２．拔长 拔长是沿垂直于工件的轴向进行锻打，以使其截面积减小，而长度增加的操作过程，如图 28所示。 常用于锻造轴类和杆类等零件。 对于圆形坯料，一般先锻打成方形后再进行拔长，最后锻成所需形状，或使用 V 型砧铁进行拔长，如图 29 所示，在锻造过程中要将坯料绕轴线不断翻转。 图 28 拔长 图 29 使用 V 型砧铁拔长圆坯料 ３．冲孔 利用冲头在工件上冲出通孔或盲孔的操作过程。 常用于锻造齿轮、套筒和圆环等空心锻件，对于直径小于 25mm 的孔一般不锻出，而是采用钻削的方法进行加工。 在薄坯料上冲通孔时，可用冲头一次冲出。 若坯料较厚时，可先在坯料的一边冲到孔深的 2／ 3深度后，拔出冲头，翻转工件，从反面冲通，以避免在孔的周围冲出毛刺，如图 210所示。 实心冲头双面冲孔时，圆柱形坯料会产生畸变。 畸变程度与冲孔前坯料直径D0、高度 H0和孔径 d1 等有关。 D0/d1 愈小，畸 变愈严重，另外冲孔高度过大时，易将孔冲偏，因此用于冲孔的坯料直径 D0 与孔径 d1之比（ D0/d1）应大于 ，坯料高度应小于坯料直径。 图 210 冲孔 a）薄坯料冲孔 b）厚坯料冲孔 1－冲头 2－坯料 3－垫环 4－芯料 冲孔 错移 扭转 （二）辅助工序 为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序（压钳口、切肩等）。 （三）修整工序 用以减少锻件表面缺陷而进行的工序（如校正、滚圆、平整等）。 二、自由锻工艺规程的制定 制订工艺规程、编写工艺卡片是进行自由锻生产必不可少的技术准备工作，是组织生产、规范操作、控制和检查产品质量的依据。 制订工艺规程，必须结合生产条件、设备能力和技术水平等实际情况，力求技术上先进、经济上合理、操作上安全，以达到正确指导生产的目的。 自由锻工艺规程： 根据零件图绘制锻件图 、计算坯料的质量与尺寸、确定锻造工序、选择锻造设备、确定坯料加热规范和填写工艺卡片等。 （一）绘制自由锻件图 以零件图为基础，结合自由锻工艺特点绘制而成的图形，它是工艺规程的核心内容，是制定锻造工艺过程和锻件检验的依据。 锻件图必须准确而全面反映锻件的特殊内容，如圆角、斜度等，以及对产品的技术要求，如性能、组织等。 绘制时主要考虑以下几个因素： 1．敷料 对键槽、齿槽、退刀槽以及小孔、盲孔、台阶等难以用自由锻方法锻出的结构，必须暂时添加一部分金属以简化锻件的形状。 为了简化锻件形状以便于进行自由锻 造而增加的这一部分金属，称为敷料，如图 211所示。 2．锻件余量 在零件的加工表面上增加供切削加工用的余量，称之为锻件余量，如图 211所示。 锻件余量的大小与零件的材料、形状、尺寸、批量大小、生产实际条件等因素有关。 零件越大，形状越复杂，则余量越大。 3．锻件公差 锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量，其值的大小与锻件形状、尺寸有关，并受生产具体情况的影响。 图 211 锻件余量及敷料 1— 敷料 2— 锻件余量 自由锻 件余量和锻件公差可查有关手册。 钢轴自由锻件的余量和锻件公差，见表 21。 表 21 钢轴自由锻件余量和锻件公差 （双边） （ mm） 零件长度 零件直径 50 50~80 80~120 120~160 160~200 200~250 锻件余量和锻件公差 315 5177。 2 6177。 2 7177。 2 8177。 3 — — 315~630 6177。 2 7177。 2 8177。 3 9177。 3 10177。 3 11177。 4 630~1000 7177。 2 8177。 3 9177。 3 10177。 3 11177。 4 12177。 4 1000~1600 8177。 3 9177。 3 10177。 3 11177。 4 12177。 4 13177。 4 在锻件图上，锻件的外形用粗实线，如图 212 所示。 为了使操作者了解零件的形状和尺寸，在锻件图上用双点划线画出零件的主要轮廓形状，并在锻件尺寸线的上方标注锻件尺寸与公差，尺寸线下方用圆括弧标注出零件尺寸。 对于大型锻件，还必须在同一个坯料上锻造出供性能检验用的试样来，该试样的形状与尺寸也在锻件图上表示。 图 212 典型 锻件图 （二）计算坯料质量与尺寸 1．确定坯料质量 自由锻所用坯料的质量为锻件的质量与锻造时各种金属消耗的质量之和，可由下式计算： G 坯料 = G 锻件 +G 烧损 +G 料头 式中 G 坯料 —— 坯料质量，单位为 kg； G 锻件 —— 锻件质量，单位为 kg； G 烧损 —— 加热时坯料因表面氧化而烧损的质量，单位为 kg；第一次加热取被加热金 属质量分数的 2%~3%，以后各次加热取 %~%； G 料头 —— 锻造过程中被冲掉或切掉的那部分金属的 质量，单位为 kg；如冲孔时坯料 中部的料芯，修切端部产生的料头等。 对于大型锻件，当采用钢锭作坯料进行锻造时，还要考虑切掉的钢锭头部和尾部的质量。 2．确定坯料尺寸 根据塑性加工过程中体积不变原则和采用的基本工序类型（如拔长、镦粗等）的锻造比、高度与直径之比等计算出坯料横截面积、直径或边长等尺寸。 典型锻件的锻造比见表 22。 表 22 典型锻件的锻造比 锻件名称 计算部位 锻造比 锻件名称 计算部位 锻造比 碳素钢轴类锻件 最大截面 ~ 锤 头 最大截面 ≥ 合金钢轴类锻件 最大截面 ~ 水轮机主轴 轴 身 ≥ 热轧辊 辊 身 ~ 水轮机立柱 最大截面 ≥ 冷轧辊 辊 身 ~ 模 块 最大截面 ≥ 齿轮轴 最大截面 ~ 航空用大型锻件 最大截面 ~ （三）选择锻造工序 自由锻锻造工序的选取应根据工序特点和锻件形状来确定。 一般而言，盘类零件多采用镦粗（或拔长 －镦粗）和冲孔等工序；轴类零件多采用拔长，切肩和锻台阶等工序。 一般锻件的分类及采用的工序见表 23。 表 23 锻件分类及所需锻造工序 锻件类别 图 例 锻造工序 盘类零件 镦粗（或拔长－镦粗），冲孔等 轴类零件 拔长（或镦粗－拔长），切肩，锻台阶等 筒类零件 镦粗（或拔长－镦粗），冲孔，在芯轴上拔长等 环类零件 镦粗（或拔长－镦粗），冲孔，在芯轴上扩孔等 弯曲类零件 拔长，弯曲等 自由锻工序的选择与整个锻造工艺过程中的火次（即坯料加热次数）和变形程度有关。 所需火次与每一火次中坯料成形所经历的工序都应明确规定出来，写在工艺卡片上。 （四 ）选择锻造设备 根据作用在坯料上力的性质，自由锻设备分为 锻锤和液压机 两大类。 锻锤产生冲击力使金属坯料变形。 锻锤的吨位是以落下部分的质量来表示的。 生产中常使用的锻锤是空气锤和蒸汽－空气锤。 空气锤利用电动机带动活塞产生压缩空气，使锤头上下往复运动进行锤击。 它的特点是结构简单，操作方便，维护容易，但吨位较小，只能用来锻造 100kg以下的小型锻件。 蒸汽－空气锤采用蒸汽和压缩空气作为动力，其吨位稍大，可用来生产质量小于 1500kg的锻件，如图 213 所示。 图 213 蒸汽－空气锤示意图 液压机产生静压力使金属坯料变形。 目前大型水压机可达万吨以上，能锻造 300 吨的锻件。 由于静压力作用时间长，容易达到较大的。