3.3 金属塑性成形工艺设计,3.3.1 自由锻工艺设计 主要内容： 绘制锻件图； 确定变形工序； 计算坯料的重量和尺寸； 确定加热温度及冷却方式； 选定锻造设备等。,1.绘制锻件图,锻件图零件图 + 余块 + 加工余量 + 锻造公差 绘制方法：一般用粗实线画出锻件最终轮廓,用双点划线画出零件的主要轮廓形状。在尺寸线上方或左面标注锻件的尺寸与公差；在尺寸线下方或右面用圆括号标出零件尺寸。,例：如图所示的轴，批量为10件/月，材料为45号钢。,安徽工程科技学院机械系,A U T S,2.确定变形工序 锻造变形工序应依据锻件的形状、尺寸、技术要求、生产批量和生产条件等综合考虑。 一般来说，盘类锻件以镦粗为主，轴杆类锻件以拔长为主，空心件肯定要冲孔(大孔还需要进一步扩孔)，弯杆少不了弯曲。各类自由锻件的基本变形工序方案见表3-8。,3.计算毛坯重量,m0=（md+mc+mq）（1+） 式中 m0 毛坯重量（kg） md 锻件重量（kg） mc 冲孔芯料重量（kg） mq 切除料头重量（kg） 烧损率，燃料加热一般取23， 电加热取0.5%1%。,4.计算毛坯尺寸,当锻造的第一工序为镦粗时： 则坯料直径：D00.8 当锻造的第一工序为拔长时： D0 Dmax D0 毛坯直径（mm）； V0 坯料的体积（mm3）； Dmax 拔长后锻件的最大直径（mm）； Y 锻造比。,根据算出的坯料重量可算出坯料的体积， 坯料的尺寸则取决于第一工序的性质。 若是镦粗，则坯料的高径比不应超过2.5（以免镦弯），但要大于1.25（使下料方便）； 若是拔长，则按锻件的最大截面（最小变形）处满足锻造比要求来选择坯料尺寸。 最后所确定的坯料直径或边长应为标准值(市 场可买到），再按体积计算坯料的长度，即： L0V0/F0 4 V0/D02 采用钢锭为坯料的大型锻件，则根据算出的 坯料重量选取标准钢锭。,5.确定锻造温度范围及加热冷却规范 （1）锻造温度范围：对于45号钢 始锻温度：1200，终锻温度：800 （2）加热：箱式加热炉（煤、油或电能） 可将冷的坯料直接送入高温的加热炉中，提高生产率。 （3）冷却： 空冷： WC0.5%的碳钢 及WC0.3%的低合金钢中、小锻件一般采用空冷。,6.选择锻造设备 （1）选择依据：锻件重量、类型和尺寸。 设备吨位大小要适当，既不能造成能量的过分浪费，又要保证锻件能充分锻透。 （2）确定方法：理论计算法和查表法。 目前生产中比较实用的是查表法，可根据锻件大小和形状查表选择锻锤的吨位。 工艺设计还包括选用工夹具、确定加热设备、制定加热及冷却规范、热处理工艺等内容，最终需将设计结果填写在工艺卡片上。,7.零件结构的自由锻工艺性,应避免锥形、楔形， 尽量采用圆柱面或平行平面,以利于锻造。 各表面交接处应避免弧线或曲线， 尽量采用直线或圆，以利于锻制。 应避免肋板或凸台， 以利于减少余块和简化锻造工艺。 大件和形状复杂的锻件， 可采用锻-焊、锻-螺纹联接等组合结构， 以利于锻造和机械加工。,8.自由锻工艺设计示例,例：试绘出图示齿轮轴的自由锻件图，并选择锻造工序和计算坯料尺寸。,安徽工程科技学院机械系,A U T S,解：绘锻件图：根据锻件总长度340，最大直径100查表知，a=104绘出锻件图如下。,508,1508,3608,(30),(130),(340),1104,704,504,(40),(60),(100),变形工序：头部镦粗杆部分段拔长 计算坯料： 头部镦粗段 V13.140.5520.50.475 dm3 D01（0.81） （63 79）mm 杆部拔长段 D02 Dmax (1.14 1.22)70 （80 86） mm 最终取D080 mm V锻3.14(0.5520.5+0.3521+0.2522.1)1.27 dm3 m锻V锻，m烧损 m锻3m锻，m料损忽略不计 m坯1.03 m锻1.03V锻 L0 mm 即坯料尺寸为80260 。,3.3.2 锤模锻工艺设计,主要内容： 1、绘制模锻件图； 2、计算坯料的重量和尺寸； 3、确定模锻工步； 4、选择锻压设备； 5、设计锻模模膛； 6、确定锻造温度范围、加热和冷却规范。,A U T S,1.绘制模锻件图 模锻件图零件图+分模面+加工余量+模锻斜度 +冲孔连皮+余块+圆角+公差 分模面（上、下模的分界面） 选择原则： A. 应选在锻件最大截面处，以利锻件脱模; B. 尽量选用平面，以简化模具结构、方便制造; C. 应选在上、下模膛轮廓相同的位置上，以便 于及时发现错模； D. 选在模膛深度最浅且上、下模深度基本一致 的位置，以便于金属充满模膛。,例1:,余块（为简化形状而增加的料块）:窄槽、齿形、小 孔（孔径小于25mm）、深孔（深度大于3倍直径）、 横向孔以及其它妨碍出模的凹部均不锻出。,冲孔连皮（为避免上、下冲头对撞损坏模具而在模锻 通孔时留下的金属层）: 连皮厚度一般为48 mm， 锻后再由冲孔切边模切除。,加工余量和公差：只在锻后需机加工之处添加。,模锻斜度:垂直于分型面的表面上加。,外壁斜度5或7，,内壁斜度7或10,圆角半径:所有转角都应为圆角。,内圆角r =1 4mm，外圆角R =(3 4)r,安徽工程科技学院机械系,A U T S,齿轮锻件图,3.计算坯料尺寸：根据锻件质量和加热、 锻造过程中的损耗计算。（略）,4.选定模锻锤吨位：根据锻件质量查表确定。 5.确定锻造温度范围、加热和冷却规范。,2.确定模锻工步,拔or滚or弯制坯+预锻+终锻,盘类（齿轮、法兰等）：,镦粗制坯+（预锻）+终锻,轴类（曲轴、连杆等）：,6.修整工序: 即模锻件成形后提高精度和表面质量的工序。,切边：即带飞边的模锻件终锻后切除飞边的工序。 冲连皮：即带孔的锻件经终锻后，冲除孔内连皮的工序。 校正：即为消除锻件在锻后产生的弯曲、扭转等变形，使之符合锻件图技术要求的工序。 热处理和清理：模锻件经过修整后，一般还需通过热处理和清理。 采用正火或退火，细化晶粒； 清理表面缺陷或氧化皮。,7.零件结构的模锻工艺性,应有合理的分模面，保证锻件从模膛中取出又利于金属填充、减少余块和易于制模。 与分模面垂直的非加工面应有结构斜度，以利于从模膛中取出锻件。 应避免肋的设置过密或高宽比过大，以利于金属充填模腔。 应避免腹板过薄，以减小变形抗力及利于金属充填模腔。,应尽量避免深孔或多孔结构。以利于制模和减少余块。 形状复杂件宜采用锻-焊、锻-螺纹联接等组合结构，以简化模具和减少余块。,7.模锻工艺设计示例,例：齿轮零件，材料为45钢，中批量生产。试编制模锻工艺规程。,（1）零件结构分析：零件结构合理。 （2）绘制锻件图：该零件孔内应有连皮，参考有关标准和资料，选定机械加工余量、锻件公差、模锻斜度、模锻圆角等参数值，绘出锻件图。 （3）确定变形工步：该锻件系盘类件，应采用镦粗终锻工步。 （4）选择修整工序：需安排切边、冲连皮、校正、热处理（正火或退火）、清理等修整工序。,3.3.3 冲压工艺设计（自学）,冲压工艺设计包括冲裁、弯曲、拉深等工序中的工艺设计以及冲压工序选择、模具选择等。 1.冲裁工艺设计 (1)落料模刃口尺寸: 落料件尺寸取决于凹模刃口尺寸， 且随着凹模磨损刃口尺寸会增大； (2)冲孔模刃口尺寸: 由于制件孔的尺寸取决于凸模刃口尺寸, 且随着凸模磨损刃口尺寸会减少。,安徽工程科技学院机械系,A U T S,确定新制凸模、凹模尺寸的基本原则为： 落料以凹模为基准，凹模尺寸接近于落料件的最尺寸，凸模比凹模缩小一个最小间隙值； 冲孔以凸模为基准，凸模尺寸接近于冲孔件的最大尺寸，凹模比凸模放大一个最小间隙值。,2.弯曲工艺设计 (1)凸模圆角半径rp： 一般情况下，凸模圆角半径取等于或略小于工件内侧圆角半径r。当工件圆角半径较大时且精度较高时，应进行回弹计算。 (2)弯曲件毛坯长度计算： 弯曲件毛坯长度为弯曲件的直线部分和弯曲部分的中性层长度之和。,3.拉深工艺设计,（1）拉深间隙Z：即拉深模具中凸模和凹模之间的单边径向间隙。 （2）凸、凹模直径：当要求拉深件外形正确时，凹模直径应等于拉深件外径，凸模直径为凹模直径减去间隙值。当要求拉深件内形正确时，凸模直径应等于拉深件内径，凹模直径等于凸模直径加间隙值。 （3）毛坯直径计算：毛坯直径通常是根据拉深件与坯料表面积相等的原则计算得出的。 （4）拉深次数确定：当拉深件的拉深系数小于极限拉深系数时，须采用多次拉深工艺。,4.冲压工序选择,（1）工序类型的选择： 主要根据冲压件的形状、尺寸等确定。查表 （2）工序顺序： 主要根据零件的结构形状和模具类型确定。 带孔平板件采用单工序模时一般先落料后冲孔， 采用连续模时则须先冲孔后落料。 带空的弯曲件或拉深件应先弯曲或拉深后再冲孔， 以防孔变形。 形状复杂的弯曲件一般先弯两端和两侧， 后弯中间部分。,5.模具选择,（1）模具类型的选择： 按照冲模完成的工序性质可分为 冲孔模、落料模、弯曲模、拉深模等， 按其工序的组合程度可分为： 单工序模、复合模和连续模三类。 考虑因素： 冲压件的形状、尺寸、精度要求和生产批量等。,单工序模-只能完成一道冲压工序的冲模。 （简单模） 特点：结构简单、制造容易，但生产效率低， 适于生产小批量、低精度的冲压件。 连续模-在冲床一次行程中，在模具不同工 （级进模） 上同时完成多道冲压工序的冲模。 特点：结构简单，生产效率高，,A U T S,复合模-在冲床的一次行程中，在模具的同一 工位上同时完成多道冲压工序的冲模。 特点：生产效率高但模具结构复杂，通常用于冲孔与落料、落料与拉深等少量工序的复合， 适合大批量生产高精度的冲压件。,连续模,冲孔 凸模,落 料 凸 模,凹 模,导 正 销,复合模,凸凹模,凸 模,凹 模,（2）模具结构的选择： 考虑冲压件的形状、尺寸、精度及生产批量等。 1）简易模：用于新品种试制或小批量生产 镶块式模； 柔性模； 低熔点合金模。 2）高精度冲模：用于精密冲压件。,6.零件结构的冲压工艺性,(1)冲压件材料： 应尽量选用价格较低的材料， 并充分利用边角余料，以降低材料费。 (2)冲压件的精度和表面质量： 冲压件的精度要求不应超过冲压工艺所能达到的一般精度， 以减少制模成本和工序数。,(3)冲压件的形状和尺寸,1)冲裁件的形状和尺寸 落料件的外形和冲孔件的孔形 均应简单、对称， 落料件形状还应使排样时废料较少。 冲裁件的各边交接处应采用圆弧过渡， 以防止模具相应部位易于磨损或产生应力集中。 冲裁件孔径和孔边距不得过小， 以防止凸模刚性不足或孔边冲裂,2） 弯曲件的形状和尺寸,弯曲件的形状：弯曲件的形状应力求简单、对称，尽量采用V形、Z形等简单、对称的形状，以利于制模和减少弯曲次数。 弯曲半径：弯曲件的弯曲半径不应小于最小弯曲半径，以防止弯曲处开裂：但也不宜过大，以免因回弹量过大而使制件精度降低。,弯曲边高度h：弯曲件的弯曲边不应过短，以利于弯曲成形：不允许增加弯曲边高度h时，可在弯曲后再切短或先预压工艺槽后再弯曲。 防止孔变形：带孔工件弯曲时，孔的位置应避开变形区，或在孔附近预冲工艺孔、槽，以免弯曲时孔变形。 防止撕裂：仅有局部弯曲的工件，应在交接处冲孔、以避免产生应力集中而撕裂。,3）拉深件的形