《模锻成形工序分析》PPT课件.ppt
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1、锻造工艺学第六章第六章 模锻成形工序分析模锻成形工序分析v模锻利用模具使毛坯变形而获锻件的锻造方法。模锻利用模具使毛坯变形而获锻件的锻造方法。v按成形方法的不同,模锻工艺可分为开式模锻、按成形方法的不同,模锻工艺可分为开式模锻、闭式模锻、挤压和顶镦四类。闭式模锻、挤压和顶镦四类。v模锻按使用的设备不同分为模锻按使用的设备不同分为锤上模锻锤上模锻、热模锻压、热模锻压力机上模锻、曲柄压力机上模锻、平锻机上模锻力机上模锻、曲柄压力机上模锻、平锻机上模锻及摩擦压力机上模锻等。及摩擦压力机上模锻等。锻造工艺学模锻特点:模锻特点:(1)(1)可以锻造形状较复杂的锻件,尺寸精度较高,表可以锻造形状较复杂的锻
2、件,尺寸精度较高,表面粗糙度较低;面粗糙度较低;(2)(2)锻件的机械加工余量较小,材料利用率较高;锻件的机械加工余量较小,材料利用率较高;(3)(3)操作简单劳动强度较小;操作简单劳动强度较小;(4 4)生产率较高,锻件成本低;)生产率较高,锻件成本低;(5(5)设备投资大,模具成本高;)设备投资大,模具成本高;(6 6)生产准备周期、尤其是锻模的制造周期都较长,)生产准备周期、尤其是锻模的制造周期都较长,只适合大批量生产;只适合大批量生产;(7 7)工艺灵活性不如自由锻。)工艺灵活性不如自由锻。锻造工艺学锻造工艺学第一节第一节 概述概述模具形状对金属变形流动的影响:模具形状对金属变形流动的
3、影响:模具形状对金属变形流动的影响:模具形状对金属变形流动的影响:控制锻件的控制锻件的最终形状和尺寸最终形状和尺寸 控制金属的控制金属的流动方向流动方向 控制控制塑性变形区塑性变形区 提高金属的塑性提高金属的塑性 控制坯料失稳提高成形极限控制坯料失稳提高成形极限锻造工艺学控制锻件的最终形状和尺寸控制锻件的最终形状和尺寸设计模具注意事项:设计模具注意事项:1 1)热锻时应考虑锻件和)热锻时应考虑锻件和模具的热收缩;模具的热收缩;2 2)精密成形时还应该)精密成形时还应该考虑模具的弹性变形。考虑模具的弹性变形。锻造工艺学控制金属的流动方向控制金属的流动方向各质点向着阻力最小方向移动,各质点向着阻力
4、最小方向移动,因此依靠不同的工具,采取不同的加载方式在变形因此依靠不同的工具,采取不同的加载方式在变形体内建立不同的应力场实现对金属流动物体内方向的控体内建立不同的应力场实现对金属流动物体内方向的控制制锻造工艺学控制塑性变形区控制塑性变形区主要靠利用不同工具在坯料内产生不同的应力状态,主要靠利用不同工具在坯料内产生不同的应力状态,使部分金属满足屈服准则,另一部分金属不满足屈服准使部分金属满足屈服准则,另一部分金属不满足屈服准则,达到控制变形区的目的则,达到控制变形区的目的锻造工艺学提高金属的塑性提高金属的塑性金属的塑性与应力状态有很大关系,静水压力越大,金属的塑性与应力状态有很大关系,静水压力
5、越大,材料的塑性越高,而各种应力状态是通过相应的工具在坯材料的塑性越高,而各种应力状态是通过相应的工具在坯料中建立的。料中建立的。锻造工艺学控制坯料失稳提高成形极限控制坯料失稳提高成形极限锻造工艺学控制坯料失稳提高成形极限控制坯料失稳提高成形极限锻造工艺学 第一节第一节 开式模锻开式模锻锻造工艺学一、开式模锻变形过程一、开式模锻变形过程 第第阶段阶段是由开始模压到金属与模具侧壁接是由开始模压到金属与模具侧壁接触为止;触为止;第第阶段结束到金属充满模膛为止是阶段结束到金属充满模膛为止是第第阶阶段;段;金属充满模膛后,多余金属由桥口流出,此金属充满模膛后,多余金属由桥口流出,此为为第第阶段阶段。锻
6、造工艺学一、开式模锻变形过程一、开式模锻变形过程 第第阶段:由开始模压到金属与模具侧壁接触为止阶段:由开始模压到金属与模具侧壁接触为止锻造工艺学一、开式模锻变形过程一、开式模锻变形过程 第第阶段:第阶段:第阶段结束到金属充满模膛为止阶段结束到金属充满模膛为止锻造工艺学一、开式模锻变形过程一、开式模锻变形过程 第第阶段:金属充满模膛后,多余金属由桥口流出阶段:金属充满模膛后,多余金属由桥口流出锻造工艺学二、开式模锻各阶段的应力应变分析二、开式模锻各阶段的应力应变分析 变形金属可分为变形金属可分为A A、B B两区,两区,A A区为主要受力区,区为主要受力区,B B区的受力主要是区的受力主要是由由
7、A A区的变形引起的;区的变形引起的;A A区可分为内外两区,其间有一个流动分界面。区可分为内外两区,其间有一个流动分界面。第第阶段阶段锻造工艺学二、开式模锻各阶段的应力应变分析二、开式模锻各阶段的应力应变分析 金属也有两个流动方金属也有两个流动方向,金属一方面充填模腔向,金属一方面充填模腔,一方面由桥口处流出形,一方面由桥口处流出形成飞边,这时由于模壁阻成飞边,这时由于模壁阻力,特别是飞边桥口部分力,特别是飞边桥口部分的阻力作用,迫使金属充的阻力作用,迫使金属充满模膛。满模膛。这一阶段金属处于三这一阶段金属处于三向压应力状态,变形抗力向压应力状态,变形抗力迅速增大迅速增大 第第阶段阶段锻造工
8、艺学二、开式模锻各阶段的应力应变分析二、开式模锻各阶段的应力应变分析 第第阶段阶段锻造工艺学二、开式模锻各阶段的应力应变分析二、开式模锻各阶段的应力应变分析 主要是将多余金属排入飞边。此时流动界面已不存主要是将多余金属排入飞边。此时流动界面已不存在,变形仅发生在分模面附近的一个区域内,其它部位在,变形仅发生在分模面附近的一个区域内,其它部位 第第阶段:阶段:则处于弹性状态;多于金属由桥口流出时阻力很大,使则处于弹性状态;多于金属由桥口流出时阻力很大,使变形抗力急剧增大变形抗力急剧增大锻造工艺学二、开式模锻各阶段的应力应变分析二、开式模锻各阶段的应力应变分析 第第阶段是锻件成形的关键阶段;阶段是
9、锻件成形的关键阶段;第第阶段是模锻变形力最大的阶段。阶段是模锻变形力最大的阶段。所以研究锻件的成形问题,主要研究第所以研究锻件的成形问题,主要研究第阶段;而计算变形力时,则应按第阶段;而计算变形力时,则应按第阶段阶段锻造工艺学三、开式模锻时影响金属成形的主要因素三、开式模锻时影响金属成形的主要因素 模膛(模锻件)的具体尺寸和形状;模膛(模锻件)的具体尺寸和形状;飞边槽桥口部分的尺寸和飞边槽的位置;飞边槽桥口部分的尺寸和飞边槽的位置;终锻前坯料的具体形状和尺寸;终锻前坯料的具体形状和尺寸;坯料本身性质的不均匀情况,主要指由于温度不坯料本身性质的不均匀情况,主要指由于温度不均匀引起的各部分金属流动
10、极限的不均匀情况;均匀引起的各部分金属流动极限的不均匀情况;设备工作速度。设备工作速度。锻造工艺学1 1、模、模膛(模锻件)尺寸和形状的影响膛(模锻件)尺寸和形状的影响模壁与变形金属的摩擦系数模壁与变形金属的摩擦系数 变形金属与模壁的摩擦阻力小,变形金属与模壁的摩擦阻力小,有利于金属充满模腔有利于金属充满模腔 模壁斜度:模壁斜度:模壁斜度是为了模锻后锻件模壁斜度是为了模锻后锻件易于取出,但模壁斜度对金属充易于取出,但模壁斜度对金属充填模腔不利填模腔不利锻造工艺学1 1、模、模膛(模锻件)尺寸和形状的影响膛(模锻件)尺寸和形状的影响孔口圆角半径:孔口圆角半径:孔口圆角半径越小,在孔口处金属质点要
11、拐一个很大孔口圆角半径越小,在孔口处金属质点要拐一个很大的角度再流入孔内,需消耗较多的能量,不易充满模膛的角度再流入孔内,需消耗较多的能量,不易充满模膛模膛的宽度与深度:模膛的宽度与深度:模膛愈窄时,金属向孔内流动时的阻力越大,孔内金模膛愈窄时,金属向孔内流动时的阻力越大,孔内金属的降温也越严重,充满模膛越困难属的降温也越严重,充满模膛越困难模具温度:模具温度:模具温度较低时,金属流入孔部后,温度很快降低,模具温度较低时,金属流入孔部后,温度很快降低,变形抗力增大,充填模膛困难变形抗力增大,充填模膛困难锻造工艺学2 2、飞边槽飞边槽的影响的影响飞边槽飞边槽仓部仓部阻止金属外流,迫使金属充满模膛
12、。阻止金属外流,迫使金属充满模膛。另外,使飞边减薄,以便于切除。另外,使飞边减薄,以便于切除。用以容纳多余的金属,以免金属流到用以容纳多余的金属,以免金属流到分模面上,影响上下模打靠。分模面上,影响上下模打靠。桥口桥口锻造工艺学2 2、飞边槽飞边槽的影响的影响锻造工艺学飞边槽桥口飞边槽桥口的摩擦阻力的摩擦阻力 桥口阻止金属外流的作用主要是由于沿上下接桥口阻止金属外流的作用主要是由于沿上下接触面摩擦阻力作用的结果。触面摩擦阻力作用的结果。桥口阻力(摩擦力在桥口处引起的径向压应力)为:桥口阻力(摩擦力在桥口处引起的径向压应力)为:锻造工艺学飞边槽桥口飞边槽桥口阻力的影响因素阻力的影响因素桥口阻力大
13、小与桥口阻力大小与b b和和h h飞飞有关,桥口越宽,高度越小,有关,桥口越宽,高度越小,阻力越大阻力越大桥口阻力与飞边部分的变形金属的温度有关,温度越桥口阻力与飞边部分的变形金属的温度有关,温度越低,桥口部分阻力越大;模锻时,飞边同时与上下模接低,桥口部分阻力越大;模锻时,飞边同时与上下模接触时间越长,金属冷却的越快,桥口部分的阻力越大触时间越长,金属冷却的越快,桥口部分的阻力越大同一锻件的不同部分充满得难易程度不同,在锻件上同一锻件的不同部分充满得难易程度不同,在锻件上较难充满的部分加大桥口阻力,从模具制造方便出发,较难充满的部分加大桥口阻力,从模具制造方便出发,生产中常常是加大此处的桥口
14、宽度;对锻件上难充满的生产中常常是加大此处的桥口宽度;对锻件上难充满的部分,还常常在桥口部分增加一个部分,还常常在桥口部分增加一个制动槽。制动槽。锻造工艺学桥口有制动槽的飞边槽桥口有制动槽的飞边槽锻造工艺学飞边槽发展的过程飞边槽发展的过程1 1、一般的、一般的飞边槽飞边槽2 2、小飞边模锻小飞边模锻3 3、楔形飞边槽楔形飞边槽4 4、扩张形飞边槽扩张形飞边槽5 5、无飞边模锻无飞边模锻锻造工艺学一般飞边槽一般飞边槽 模锻初期,由于模锻初期,由于h h飞飞较大,产生的阻力小,毛坯在高较大,产生的阻力小,毛坯在高度中间处变形最大,因此,大量的金属流入飞边槽度中间处变形最大,因此,大量的金属流入飞边
15、槽锻造工艺学小飞边模锻小飞边模锻改变分模面的位置,将飞边装置设置在变形较困难改变分模面的位置,将飞边装置设置在变形较困难的毛坯端部,模锻初期,金属的流动就受到了侧壁的限的毛坯端部,模锻初期,金属的流动就受到了侧壁的限制制锻造工艺学小飞边模锻小飞边模锻对某些形状的锻件,在模锻最后阶段,变形区集中对某些形状的锻件,在模锻最后阶段,变形区集中分布在分模面附近,远离分模面的部分不容易充满。分布在分模面附近,远离分模面的部分不容易充满。锻造工艺学楔形飞边槽楔形飞边槽主要依靠桥口斜面产生的水平分力阻止金属外主要依靠桥口斜面产生的水平分力阻止金属外流,飞边部分金属消耗减少一倍;这种飞边与锻件流,飞边部分金属
16、消耗减少一倍;这种飞边与锻件连接处较厚,切边较困难连接处较厚,切边较困难锻造工艺学扩张型飞边槽扩张型飞边槽在模锻的第一第二阶段,桥口部分对金属外流有一定阻力作用;而最在模锻的第一第二阶段,桥口部分对金属外流有一定阻力作用;而最后阶段,对多余金属的外流无阻碍作用,可以较大程度的减小变形力,使后阶段,对多余金属的外流无阻碍作用,可以较大程度的减小变形力,使上下模压靠。上下模压靠。主要用于形状简单,比较容易充满成形,但由于某些原因变形力较主要用于形状简单,比较容易充满成形,但由于某些原因变形力较大,常易产生模锻不足(欠压),模具易磨损的锻件。大,常易产生模锻不足(欠压),模具易磨损的锻件。锻造工艺学
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