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第二篇 锻造工艺与模具设计
作者:扑克王app下载官网    发布日期:2020-01-13 22:25


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  金属塑性成形概述 金属塑性成形的分类,特点 1.体积成形(金属块料) 锻造 挤压 拉拔 扎制 2.板料成形(冲压) 冲裁 弯曲 拉深 翻边 胀形 锻压工艺特点 ? 材料的利用率高 ? 成形件力学性能好 ? 尺寸精度高(相对) ? 生产效率高 ? 劳动条件差,强度高 ? 投资成本高 第五章 模锻工艺 第一节 锻造工艺概述 一 锻造目的及分类 目的:成形和改性(力学性能,内部组织) 分类:(按成形工具分) 自由锻 模锻 胎模锻造 特种锻造 分类:(按成形温度分) 热锻 温锻 冷锻 自由锻造与模型锻造 自由锻造 在锻锤或水压机上,利用简单的工具将金属块 料锻成所需形状和尺寸。用于单件、小批量或大 锻件生产。 模型锻造 用专用模具来使金属成形,又分为开式模锻与 闭式模锻,模锻件外形尺寸精确,效率高,用于 大批量生产。 热锻 温锻 冷锻 热锻:在再结晶温度以上进行的塑性变形 *减少金属的变形抗力 *改变钢锭的铸态结构 *提高钢的塑性 温锻:室温~再结晶温度之间进行的塑性变形 *减少锻造力 *精度较高 冷锻:在室温时进行塑性变形 *没有温度波动和氧化作用,锻件精度高表面光洁 *提高锻件的强度和硬度 *用于较小的零件,低碳钢及有色金属 二 锻前加热 *1加热目的 提高金属塑性,降低变形抗力,使金属易 于流动成形,是锻造生产过程中的一个极 其重要的环节。 *2加热方法 火焰加热,电加热 *3加热中的缺陷 氧化 脱碳 过热 过烧 裂纹 三 金属材料锻造温度范围的确定 锻造温度范围:始锻温度~终锻温度 原则: *保证金属在锻造温度范围内具有较高的 塑性和较小的变形抗力, *使锻件获得所希望的组织与性能, *锻造温度范围应尽可能取得宽一些。 钢的锻造加热温度范围 碳钢始锻温度在始熔温度下 150 ℃ ~250℃,终锻温度在Ar1上, 高于再结晶温度50~100 ℃ 四 加热规范 加热规范就是要确定加热过程不同阶段的炉 温、升温速度和加热与均热时间。 第二节 ? ? 模锻件图的设计 ? 作用:工艺规程制订、锻模设计与加工、模锻生 产过程及锻件检验,都离不开锻件图。 锻件图分为冷锻件图和热锻件图,冷锻件图用于 最终锻件检验和热锻件图设计;热锻件图用于锻 模设计与加工制造。 冷锻件图常称为锻件图。 这一节是重点 模锻件图类似铸造中的铸造工艺图。属于 锻造基本技术文件。 内容包括: 1)选择分模面; 2)确定工艺参数:机械加工余量,余 块,模锻斜度,锻造圆角,锻件公差等; 3)冲孔连皮形式和尺寸; 4)制定锻件技术条件; 5)绘制模锻件图。 一 ? 确定分模面 1基本原则:锻件形状尽可能与零件形状 相同,容易从模腔中取出;此外应争取获 得镦粗成形。 选择最大水平投影面;良好的充填成形效 果,金属流动阻力小; 上、下模膛内坯料力求对称分布;深度大 致相同,模膛最浅。 2实例讨论 红线处为合理的分 模面。为什么? 对圆饼类锻件,当H≤2~3D时,宜取径向 分模,而不取轴向分模 使金属流线方向与工作中切应力方向相垂直 二、 加工余量和锻件公差 影响因素 : 1)锻件重量和轮廓尺寸 ; 2)锻件形状复杂系数 S,即: S? G d Vd ? Gb Vb 圆形锻件的外廓包容体体积: Vb ? ? 4 d h 2 锻件的各种尺寸和余量公差 圆形锻件的外廓包容体重量: Gb ? ? 4 d 2 h? ,g/ cm 式中ρ—锻件材质密度 非圆形锻件的外廓包容体重量和体积 Gb ? lbh? Vb ? lbh 锻件形状复杂程度等级 级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 代号 S1 S2 S3 S4 形状复杂系数值 0.63~1 0.32~ 0.63 0.16~0.32 ≤0.16 形状复杂程度 简单 一般 比较复杂 复杂 3) 锻件材质系数(可锻性) —材料锻造难易程度,分为两级: 碳的质量分数0.65%的碳钢 或合金元素总量3.0% 的合金钢。 M2 M 级 碳的质量分数≥ 碳的质量分数≥0.65 0.65%的碳钢 %的碳钢 2级 或合金元素总量≥3.0 3.0 % %的合金钢。 的合金钢。 4)锻件精度等级 分为普通 , 精密两级。精密级公差适用于 精密锻件。 M 1级 5)加热条件 6)其它因素 主要影响收缩量和表层氧化。 为什么要全面综合考虑上述因素来确定加 工余量和锻件公差呢? 因为:产品精度要求、材料消耗和加工成本。 三、模锻斜度(GB/T-12361-1990) 锻件上与分模面垂直的平面或曲面所附加的或 固有的斜度称为模锻斜度。 模锻斜度值依模膛深宽比选用3? 、5 ? 、7? 等标准 值。上、下模模膛的模锻斜度应相互衔接和匹配, 如图所示。 锻件出模受力分析 F取=-(FT cosα-Fsinα) = -F(μcosα-sinα) 四、锻模圆角半径( GB/T-12361-1990 ) 锻模圆角半径与 B/H 有关。H大,圆角半径也应增大。 锻件凸角处的最小半径 r = 余量+零件的倒角值; 按 铣 刀 标 准 值 选 取 :1.0 、 1.5 、 2.0 、 2.5 、 3.0 、 4.0 、 5.0 等. 模锻件的圆角半径 圆角半径过小,导致 转角处出现开裂 圆角半径与质量关系 圆角半径对金属纤维的影响 折迭与圆角半径的关系 a) 模锻前情况 b) 模锻中间情况 c) 模锻最后情况 五、冲孔连皮 对于d25mm的加工孔,不予锻制。 对于d25mm的加工孔,先锻制盲孔,用冲 孔连皮隔离上下凸头。 冲孔连皮形状分为平底连皮 、斜底连皮、 带仓连皮和拱底连皮四类。 连皮! 飞边 平底连皮 斜底连皮 带仓连皮 拱底连皮 1、平底连皮 适于d<2.5 h 或 25mm<d<60 mm 的孔。 连皮厚度 s 按图确定或 计算, s ? 0.45 d ? 0.25h ? 5 ? 0.6 h R1 ? R ?0.1h ? 2mm 2、斜底连皮 斜底连皮 适用于 : d>2.5 h 或 d>60 mm 常用于预锻模. s s 1 2 ? 1.35 s ? 0.65 s d1 ? (0.25 ~ 0.3 )d 预锻时斜底连皮的终锻模 3 、带仓连皮 膛中采用。 厚度s和宽度b,按飞边槽 桥口值h,b 确定。 4、拱底连皮 用于锻造内孔大,高度小 的锻件(d15h)。 可考虑用连皮形成小件, 即采用合锻,一次得到大小 两件。 六、模锻件图实例 —齿轮 锻件图 ( 冷锻件图 ) 是在零件图上画出加工余量、 余块、模锻斜度、锻模圆角、冲孔连皮或其它工艺 参数。 锻件外形用粗实线。公称尺寸与公差标注在尺 寸线上面. 零件外形用双点划线。零件尺寸标注在 括号内。 七、模锻件技术条件(书写在图面 上) 1)未注明的模锻斜度和圆角半径; 2)允许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)金相组织和力学性能试验在锻件上的取样位置; 7)特殊要求,如直线度、平面度、重量精度等。 第六章 绘 制 热 锻 件 图 锻模设计 终锻模膛设计 确 定 模 锻 工 序 编 制 工 艺 流 程 飞边槽设计 预锻模膛设计 制坯模膛设计 切边模设计 钳口设计 锻 模 结 构 设 计 校正模设计 第一节 模锻工艺方案的选择 备料 加热 工 序 间 检 验 一、模锻工艺过程的制定 原则:技术可行性; 经济合理性。 模锻工步(工艺流程图) : 先备料制坯, 后预锻和终锻, 最终热处理、 校正、清理和 检验。 制坯 加热 模锻 清除氧化皮 切边 冲切孔内连皮 热处理 表面清理 冷校正 去毛刺 热校正 工艺流程图 最终检验 冷精压 模锻工艺与锻模设计内容 1、产品工艺分析; 2、绘制模锻件图 (冷锻件图); 3、确定模锻工序; 4、编制工艺流程; 5、填写工艺卡; 6、锻模设计(据热锻件图)。 120MN热模锻压力机锻造生产线℃) 感应加热炉 切边 辊锻制坯(二道) ?930辊锻机 校正压平 模锻成形(弯、预、终) 120MN热模锻压力机 1250T压床 清理 酸洗 校正 1600T液压机 热处理 调质 100T液压机 前轴是汽车中最重最大的锻件,原采用合金调质钢,经淬 火、高温回火处理,每吨前梁热处理加热耗电达600KWh。 采用低碳低合金空冷贝氏体钢,锻后无需热处理。 二、 模锻方法 单件模锻: 一个坯料锻一件,一般用于较大锻件的锻造。 调头模锻 :锻制锻件重 2~3kg ,长度350mm 。 调 头 模 锻 一 模 多 件 多 件 合 锻 一模多件 :一锻模内一次2~3锻件,重量0.5kg、长度80mm 第二节 模锻模膛设计 一 开式模锻的变形特征 开式模锻:在锻件周围形成横向飞边的模锻; 闭式模锻:在锻件周围不形成横向飞边仅形成小的 纵向飞边的模锻 第Ⅰ阶段(镦粗) 毛坯上端面同上模膛表面 接触~毛坯被镦粗至鼓形侧面 同模膛侧壁接触。变形金属处 于较弱的三向压应力,F 较小。 第Ⅱ阶段(形成飞边) 金属流向模膛深处,又沿 垂直于作用力方向流向飞边槽, 形成少许飞边。变形抗力明显 增大,模膛内的金属处于较强 的三向压应力状态。 第Ⅲ阶段(充满型槽) 金属继续流向模膛深处和圆角处, 直到整个模膛完全充满。金属受三 向压应力状态,变形抗力急剧增大。 第Ⅳ阶段(打靠合模) 继续压缩至上下模接触即打靠。 变形仅发生在分模面附近的区域内, 处于最强的三向压应力状态,变形 抗力也最大。此阶段的压下量小于 2mm,它消耗的能量却占总能量的 二、终锻模膛设计 1、模膛尺寸计算 热锻件图依据冷锻件图绘制。 热锻件图上尺寸比冷锻件图 中尺寸加大一个收缩率, 即 L ? l (1 ? ? %) 式中:δ—终锻温度下的 合金收缩率。 钢为 1.2%~1.5%。 从分模面起始标注模膛高度 尺寸。 2、飞边槽设计 一般只有终锻模膛设计 有飞边槽。一些复杂锻件, 预锻模膛也采用飞边槽。 开式模锻中的终锻模膛 由模膛本部和飞边槽两部分 组成。 1) 飞边槽作用 Ⅰ 产生足够大的横向阻力,促使模膛充满。 热模锻压力机上模膛内横向阻力不太大。 Ⅱ 容纳坯料上的多余金属,起补偿与调节作 用。 Ⅲ 对锤类设备还有缓冲作用。 2)飞边槽结构形式与 尺寸 形式Ⅰ 使用广泛,桥部与坯料 接触时间短,能减轻桥部磨损。 形式Ⅱ 用于高度方向形状不对 称锻件。可简化切边冲头形状。 形式Ⅲ 用于形状复杂,坯料体 积不易计算准确的锻件。 3 、钳口设计 主要为终锻模膛和预锻模膛沿分模面上下局部加 工装配成的特制凹腔,作为钳夹操作空间。 三、预锻模膛设计(终锻模膛尺寸相应增、 减) 1、 模膛的宽与高 若终锻时以镦粗为主, 预锻模膛的高度应比 终锻模膛大2~5mm,宽度应小1~2mm。一般不设 飞边槽。预锻模膛的横截面积 F预 应比终锻模膛 相应处截面积F终大1%~3%,或按下式计算: F预=F终+(0.2~1)F飞 若经预锻的毛坯在终锻模膛中是以压入方式成形, 则预锻模膛的高度尺寸应略小于终锻模膛高度尺 寸,即h’=(0.8~0.9)h。 若高宽比h/b较大,取小的系数,反之,取大的系数。 2、 模锻斜度 预锻、终锻模膛的斜度相同。 3、 圆角半径: (C=2~5mm R ?; ? 模深大,取上限) R?c 4、 带枝芽的锻件,预锻模膛的枝芽形状可简化 枝芽连接处的圆角半径适当增大,必要时在分模 面上增设阻尼沟,以增大金属流向飞边的阻力. 5、 叉形锻件的预锻模膛设计 叉间距离不大时,必须在预锻模膛中使用劈料台。 依靠劈料台把金属挤向两侧,流入叉部模膛内。 一般情况下采用图中a型;当α>45°,叉部较窄 时,可使用b型,有关尺寸如下: A=0.25B 8<A<30;h=(0.4~0.7)H; α=10°~45° 劈料台 6 、 H型截面锻件的预锻模膛设计 例如对带工字形断面的锻件,如各种连杆锻件, 根据肋的相对高度来设计预锻模膛。如右图 : 当 h≤2b 时,B’= B-(2~3)mm;图a 当 h>2b 时,B’= B-(1~2)mm;图b 预锻模膛舌形截面 B1=B+(10~20)mm 第三节 制坯工步的选择 制坯使坯料变成易于终锻成形的毛坯。包括镦 粗、拔长、卡压、滚挤、弯曲和扭转等 一、 圆饼类锻件 采用镦粗制坯或成形镦粗制坯。 锻件 毛坯 轮毂较矮 轮毂较高 中间毛坯尺寸满足: 中间毛坯尺寸满足: (D1+D2)/2>D镦>D2 D1>D镦>D2 轮毂高,凸缘大 有内孔,采用成形镦粗 中间毛坯尺寸满足: H’1 >H1,D’1≤D1, d ’≤ d 二、 长轴类锻件 1、长轴类锻件的制坯工步 主要采用拔长(或辊锻)、滚挤、 弯曲、卡压、局部成形等制坯工步。 后再经过预锻和终锻等工步成形。 1) 直长轴线形 用拔长、滚挤、卡压或辊锻工 步等制成中间毛坯。 技术要点: 辊 锻 中间毛坯长度=终锻模膛长度; 沿轴线毛坯的每一横截面积=相应处锻件截面积+飞边截面积。 2)弯曲轴线形 图中为汽车前梁,是一 个弯曲锻件。除了辊锻或拔长、 滚挤、卡压等制坯工步外,还 必须加一道弯曲工步才能得到 弯曲轴线。再经过预锻和终锻 弯 曲 等工步成形。 预 锻 辊 锻 终 锻 弯曲手柄的制坯工步 3) 带枝芽形 增加成形工步或非对称滚挤工步,充满枝芽 模膛。 4) 叉形件 需增加预锻劈叉工步, 形成叉形部分。 2、长轴类锻件坯料尺寸的计算(这是一个重点内容) 1) 计算毛坯 (1) 依据 假定长轴类锻件在模锻时 为平面应变状态,计算毛坯的 长度与锻件长度相等。 轴向各横截面积A计=相应处锻件横截面积A锻+飞边横截面积A飞 , 即: 式中η——充满系数。 对于形状简单的锻件取 0.3~0.5; 对于形状简单的锻件复杂的取 0.5~0.8。 A计 ? A锻 ? 2?A飞 步骤: (2)“计算毛坯”的作图 Ⅰ 绘制冷锻件图; Ⅱ 在锻件图上选取若干具有代 表性的截面,分别计算出A 计; Ⅲ 求出各相关截面的折算 高度h计 ,即用缩尺比 M 除 A计,得: h计 ? A计 / M 通常取(M=20~50 mm2/mm) Ⅳ 将折算高度 h计 等比例沿轴向画出锻件截面积分布图。 (3)计算毛坯直径图 折算高度 h计 表示该轴类锻 件相关处的截面积。 由此, 计算毛坯上任一 处的直径 d计为: d 计 ? 1.13 A计 右图为完整的计算毛坯图, 包括锻件图、截面图和直径 图。 2 ) (1) 坯料规格尺寸计算 平均截面积与平均直径 长轴类锻件的平均截面积与平均直径,用如下公式计算: V计 L计 平均截面积: A均 ? ; h均 ? 平均截面折算高度: A均 M 平均直径(图中虚线所示) : d 均 ? 1.13 A均 (2) 确定计算毛坯的头部和杆部 头部: d计 ? d均 d计 ? d均 杆部: 第五节 设备吨位的确定 生产中多用经验公式计算设备吨位或用类比方法判断。 一、 模锻锤(双作用锤)吨位: G =k 1 k 2 A 对于单作用锤吨位: G 1 =(1.5 ~1.8 )G 式中k1 —锻件形状复杂系数,一般取 k1 =0.35~0.63; k2 —材料系数,对于钢材,取 k2 =0.9 ~1.55 ; A —锻件和飞边(按飞边仓的50%计算)在水平 面上的投影面积,mm2。 (计算实例参考教材 P224 ) 二、热模锻压力机 、平锻机吨位的确定 热模锻压力机 、平锻机吨位用公称压力表示。 1、 热模锻压力机吨位 根据锻件终锻时最大变形力计算。 经验公式: F = (6.4~7.3)k A ,(kN) 式中 k —材料系数。 取 k = 0.9 ~1.25; 对于高强度钢材,取上限。

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