哈工程材料成型課件--金屬塑性加工工藝設(shè)計

1、制定工藝規(guī)程的目的： 組織生產(chǎn)過程 規(guī)定操作規(guī)范 控制和檢查產(chǎn)品質(zhì)量,2.7 鍛造工藝設(shè)計,自由鍛工藝規(guī)程的內(nèi)容：根據(jù)零件圖繪制鍛件圖確定坯料的質(zhì)量和尺寸確定鍛造工序選擇鍛壓設(shè)備確定鍛造溫度范圍、加熱冷卻規(guī)范填寫工藝卡片,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,孫悟空取經(jīng)回來成無業(yè)游民，孫悟空現(xiàn)在正到處求職?！　∽詮娜〗?jīng)成佛歸來，唐僧成了公務(wù)員，而其他的則面臨著失業(yè)的風險。　　俗話說，身有一技之長，走遍天下都

2、不慌。這不，豬八戒找到一份飯店廚師的工作，沙和尚找到一份家政服務(wù)的工作，就連白龍馬也進了動物園。這孫悟空除了會降妖除魔，其他的啥也不會，投到人才市場的簡歷也石沉大海，杳無音訊?！　∫惶煲估?，一條短信忽然間令孫悟空醍醐灌頂：發(fā)揮自己的特長，你將不可限量，師弟八戒?！　≌f干就干，次日孫悟空來到紀檢部門，并道明來意，豈料主管人事的領(lǐng)導(dǎo)卻小心翼翼地說：“大圣，我們這里廟小，難容您這尊大佛，還請另謀高就吧?！薄　『髞?，孫悟空跑了很多地方的紀檢部門

3、，得到的答案均是如出一轍。正當孫悟空心灰意冷時，沙和尚出現(xiàn)了。一番久未敘舊的長談過后，孫悟空倒出了苦水。沙和尚聽罷，頻頻搖搖：“猴哥，記得當年取經(jīng)時，你是何等威猛啊。如今，時過境遷，今非昔比了。別看我取經(jīng)時只知道干活，其實我是看在眼里，記在心里?！薄　O悟空眉頭一鄒，苦笑道：“沙師弟，別拿我開玩笑了。你評評理，取經(jīng)時誰的功勞最大？要是沒我，唐僧那老家伙能成仙？能走到今天的位置？”言罷，從床底翻出一大堆,1. 繪制鍛件圖--以零件圖為基礎(chǔ)

4、,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,1. 繪制鍛件圖 1) 鍛件敷料：是為了簡化鍛件形狀，便于鍛造而加上去的一部分附加金屬。當零件上帶有較小的凹槽、臺階、凸肩、法蘭和孔時，皆需增加敷料。,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,1. 繪制鍛件圖 1) 鍛件敷料：是為了簡化鍛件形狀，便于鍛造而加上去的一部分附加金屬。當零件上帶有較小的凹槽、臺階、凸肩、法蘭和孔時，皆需增加敷料。,2.7.1 自由鍛

5、工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,帶熱處理夾頭和試樣的軸類件,1. 繪制鍛件圖 2)機械加工余量：一般自由鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量都較差，達不到零件圖的要求，在鍛件的加工表面應(yīng)增加供切削加工用的余量，稱之為鍛件機械加工余量，簡稱鍛件余量。 材料，形狀，尺寸，批量大小,,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,1. 繪制鍛件圖,,,,,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,1. 繪制鍛件圖 3)鍛件公

6、差:在鍛造過程中，由于各種因素的影響，如終鍛溫度的差異、鍛壓設(shè)備工具的精度和操作技術(shù)水平的差異等，使得鍛件實際尺寸不可能達到公稱尺寸，允許其有一定的誤差，稱為鍛件公差。,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,,典型鍛件圖,2. 毛坯質(zhì)量和尺寸的計算1）質(zhì)量：,2.7 鍛造工藝設(shè)計,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2. 毛坯質(zhì)量和尺寸的計算2）毛坯尺寸： 計算圓形截面毛坯直徑（或方形截面邊長）的公式：當頭道

7、工序為拔長時，坯料截面積的 大小應(yīng)保證能夠得到所要求的鍛造比 ，通常原毛坯直徑按下式計算：,,,,,2.7 鍛造工藝設(shè)計,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,,,,3. 確定鍛造工序 鍛造工序的內(nèi)容包括：變形工序的選擇、決定工序順序、設(shè)計工序尺寸等。 鍛件所需變形工序及工序順序應(yīng)根據(jù)鍛件形狀、尺寸和技術(shù)要求，并考慮具體生產(chǎn)條件等而確定。,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝

8、設(shè)計,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,3. 確定鍛造工序 1)盤類件:鐓粗（或拔長及鐓粗）、沖孔,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,3. 確定鍛造工序 1)盤類件:鐓粗（或拔長及鐓粗） 、沖孔,下料 　 鐓粗 鐓擠臺階 　　 沖孔　　　 滾圓　　 　平整齒輪坯的鍛造過程,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,3. 確定鍛造工序 1)盤類件:鐓粗（或

9、拔長及鐓粗）、沖孔,3. 確定鍛造工序 2) 軸類件:拔長（或鐓粗及拔長）、切肩、鍛臺階,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,3. 確定鍛造工序 2)軸類件:拔長（或鐓粗及拔長）、切肩、鍛臺階,下料　 　　　　 拔長　　　　　 　 鐓臺階　 拔長傳動軸的鍛造過程,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,3. 確定鍛造工序 2)軸類件:拔長、切肩、鍛臺階,3.

10、確定鍛造工序 3)筒類件:鐓粗、沖孔、芯軸上拔長,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,3.確定鍛造工序 3)筒類件:鐓粗、沖孔、芯軸上拔長,下料　　　　 鐓粗　　　 　沖孔　　　　　 心軸拔長　　 　　 鍛件　　 圓筒的鍛造過程,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,3.確定鍛造

11、工序 4)環(huán)類件:鐓粗、沖孔、芯軸上擴孔,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,3.確定鍛造工序 4)環(huán)類件:鐓粗、沖孔、芯軸上擴孔,下料　 　　 鐓粗　　　 　 沖孔　　　 　心軸擴孔　　　 平整端面圓環(huán)的鍛造過程,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,3.確定鍛造工序 5)曲軸類件:拔長、錯移、鍛臺階、扭轉(zhuǎn),2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,3.確

12、定鍛造工序 6)彎曲類件:拔長、彎曲,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,4. 選擇鍛造設(shè)備 自由鍛常用設(shè)備為鍛錘和水壓機兩種。這些設(shè)備雖無過載損壞問題，但若設(shè)備噸位選得過小，則鍛件內(nèi)部鍛不透，且生產(chǎn)率低，反之，若設(shè)備噸位選得過大，不僅浪費動力，還會因為設(shè)備工作速度低而影響生產(chǎn)效率和增加生產(chǎn)成本。 鍛造設(shè)備的選擇主要與變形面積、鍛件材質(zhì)和變形溫度等因素有關(guān)。在自由鍛中，變形面積由鍛件

13、大小和變形工序性質(zhì)來確定。由于鐓粗時鍛件與工具的接觸面積相對于其它變形工序要大得多，而很多鍛造過程又均與鐓粗有關(guān)，因此常以鐓粗力的大小來選擇設(shè)備。,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,5. 確定溫度范圍 鍛造溫度范圍是指始鍛溫度和終鍛溫度之間的溫度范圍。金屬在鍛造前的加熱是為了提高金屬的塑性，降低變形抗力，減小鍛造設(shè)備的噸位。 鍛造溫度范圍應(yīng)在保證不出現(xiàn)過熱和過燒的前提下盡量提高始鍛溫度，使

14、材料具有良好的塑性和較低的變形抗力，以減少鍛造火次，提高生產(chǎn)效率。,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,,齒輪零件自由鍛工藝過程零件材料為45鋼，生產(chǎn)數(shù)量為20件。,,,(a) 正面 (b) 背面 齒輪零件三維模型,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,,,齒輪零件圖,齒輪

15、零件自由鍛工藝過程,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,,,,齒輪零件自由鍛工藝過程 1）設(shè)計、繪制鍛件圖,,齒輪鍛件圖,齒輪坯鍛件三維模型,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,,,,齒輪零件自由鍛工藝過程 2）確定變形工序 墊環(huán)局部鐓粗——沖孔——沖子擴孔,,,1—下料；2—鐓粗；3—墊環(huán)局部鐓粗；4—沖孔；5—沖子擴孔（三次）；6—修整齒輪鍛造工藝過程,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計

16、,2.7 鍛造工藝設(shè)計,,,齒輪零件自由鍛工藝過程 3）計算原始坯料體積與尺寸 （1）原始坯料體積 （2）原坯料直徑和高度,,,,,,,,,,,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,,齒輪零件自由鍛工藝過程4. 選擇鍛造設(shè)備 鍛錘噸位可按下式進行近似計算， G=（0.002～0.003）KS K可由文獻查得，為安全起見，取最大值13，鐓粗后

17、鍛件的橫截面積S最大不超過鍛件的橫截面積，可按鍛件的最大橫截面積計算，為716cm2。經(jīng)計算，所需鍛錘最大噸位為G=0.003×13×716=28kg，因此可選0.25以上噸自由鍛錘。5. 確定鍛造溫度范圍 45鋼的始鍛溫度為1200℃，終鍛溫度為800℃。,,,,,,,,,,,2.7.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,,,齒輪零件自由鍛工藝過程6.填寫工藝卡片,,,,,,,,,,,,,2.7

18、.1 自由鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,,,齒輪零件自由鍛工藝過程,,,,,,,,,,,,,,,,,,,齒輪零件自由鍛工藝過程,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,模鍛工藝規(guī)程的內(nèi)容：根據(jù)產(chǎn)品零件的形狀、尺寸、技術(shù)要求和生產(chǎn)批量，結(jié)合具體生產(chǎn)條件合理地選擇模鍛工藝方案 設(shè)計鍛件圖計算坯料的質(zhì)量和尺寸確定模鍛變形工序 選擇鍛造設(shè)備 確定鍛造溫度范圍、加熱和冷卻規(guī)范確定鍛后熱處理規(guī)范 填寫工藝卡片,2.7.2 模鍛工

19、藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,1.模鍛工藝方案的選擇1）模鍛工藝方案的選擇同一鍛件可以在不同設(shè)備上采用不同的工藝方案制造。不同的工藝方案所用的工藝裝備（設(shè)備和模具等）不同，其經(jīng)濟效果也不同。當生產(chǎn)批量較大時，可采用模鍛錘或熱模鍛壓力機；若批量不太大時，可采用螺旋壓力機或在自由鍛錘上用簡易模進行模鍛成形。無論采用哪種工藝方案必須保證鍛件的質(zhì)量要求，工藝方案的選擇還必須考慮工廠的具體條件，盡量根據(jù)工廠目前的設(shè)備狀況選擇合理的工藝方案

20、。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,1.模鍛工藝方案的選擇2）模鍛方法的選擇單件模鍛：多數(shù)鍛件是單個模鍛，即一個坯料只鍛一個鍛件。 調(diào)頭模鍛：指用可供兩個鍛件用的坯料，整個加熱，鍛成第一個鍛件之后，180°調(diào)頭，用鉗子夾住第一個鍛件再鍛另一個鍛件的方法。 一火多件：一火多件是用一根加熱好的棒料連續(xù)鍛幾個鍛件。每鍛完一個鍛件，用切刀將鍛件從棒上分離下來，再鍛另一個鍛件。合鍛：是將兩個不同的鍛件組合在一起

21、同時鍛出，然后再分開的鍛造方法。一模多件：是在同一模塊上一次模鍛兩個或多個鍛件。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,2.設(shè)計鍛件圖--以零件圖為基礎(chǔ) 分為冷鍛件圖和熱鍛件圖兩種。冷鍛件圖用于最終鍛件的檢驗，熱鍛件圖用于鍛模的設(shè)計和加工制造。 1）確定分模面：組成模具型腔的各模塊的分合面稱為“分模面”。選擇分模面的最基本原則： 保證鍛件形狀盡可能與零件形狀相同，鍛件容易從鍛模模膛中取出，為此

22、，鍛件的分模面應(yīng)選在具有最大水平投影尺寸的截面上。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,選擇分模面的最基本原則：①為防止上、下模產(chǎn)生錯移現(xiàn)象，分模面的位置應(yīng)保證其上、下模膛的輪廓相同。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,√,2. 設(shè)計鍛件圖1）確定分模面②為便于模具制造，分模面應(yīng)盡可能采用直線分模。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,√,2. 設(shè)計鍛件圖1）確定分模面③頭部尺寸較大的長軸類鍛件，為了保證整個鍛

23、件全部充滿成形，應(yīng)以折線式分模，從而使上、下模膛深度大致相等。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,√,1.設(shè)計鍛件圖1）確定分模面④對于有金屬流線方向要求的鍛件，應(yīng)考慮到鍛件在工作中的承力情況。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,2. 設(shè)計鍛件圖2) 確定加工余量和鍛造公差 普通模鍛由于欠壓、鍛模磨損、上下模錯移、毛坯體積和終鍛溫度的波動，再加上為便于出模，模膛壁帶有斜度，使得鍛件與零件有

24、較大的差別。另外，由于高溫條件下鍛件表面產(chǎn)生氧化與脫碳，合金元素的蒸發(fā)與污染等，使得鍛件的表面質(zhì)量遠遠低于機械加工零件的表面質(zhì)量。因此，鍛件上凡是需要機械加工的表面，都應(yīng)給予加工余量。加工余量的大小與零件的形狀復(fù)雜程度、尺寸精度、表面粗糙度、鍛件材質(zhì)和模鍛設(shè)備等因素有關(guān).模鍛件需要留有的加工余量和公差可查閱相關(guān)手冊和標準。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,模鍛斜率和圓角半徑,2. 設(shè)計鍛件圖3) 確定模鍛斜度和圓角半徑

25、 為了使鍛件易于從模膛中取出，鍛件與模膛側(cè)壁接觸部分需帶一定斜度，稱為模鍛斜度模鍛斜度應(yīng)取3°，5°，7°，10°，12°等標準度數(shù)。內(nèi)壁斜度β應(yīng)比相應(yīng)的外壁斜度大一級。 為了使金屬在模膛內(nèi)易于流動，防止應(yīng)力集中，模鍛件上的轉(zhuǎn)角處都應(yīng)有適當?shù)膱A角過渡。凸圓角半徑r為單面加工余量+成品零件的圓角半徑（或倒角值），凹圓角半徑為R＝（2~3）r。圓角半徑一般按

26、下列數(shù)值選取：1mm，1.5mm，2mm，2.5mm，3mm，4mm，5mm，6mm，8mm，10mm，12mm，15mm。圓角半徑大于15mm時，逢5遞增。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,沖孔連皮(a)平底連皮；(b)斜底連皮,2. 設(shè)計鍛件圖4) 確定沖孔連皮 模鍛無法鍛出通孔，孔內(nèi)需留有一層稱為“連皮”的金屬層，被稱之為沖孔連皮?？讖絛≥25mm、且深度h≤2d，此孔應(yīng)鍛出，沖孔連皮的厚度與孔徑d有關(guān)，當孔徑為3

27、0～80 mm時，其厚度為4～8 mm。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,鍛模結(jié)構(gòu)分析,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,2. 設(shè)計鍛件圖,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,,,4.確定模鍛工序 模鍛件的成形一般包括三種類型的工步：（1）制坯工步：制坯工步的作用是改變原毛坯的形狀，合理地分配坯料，以適應(yīng)鍛件橫截面形狀的要求，使金屬能較好地充滿模鍛模膛。包括鐓粗、拔長、滾擠、卡壓、成形、彎曲等制坯工步；（2）模

28、鍛工步：包括預(yù)鍛和終鍛；（3）切斷修整工步：包括切斷、切邊、沖孔、校正、精壓等。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,4.確定模鍛工序制坯工步：1) 圓餅類(盤類）模鍛件: 分模面的投影為圓形或長度接近寬度的鍛件，如齒輪、法蘭盤等。 圓餅類鍛件的制坯:鐓粗，成形鐓粗（形狀復(fù)雜）2) 長軸類模鍛件： 分模面的投影與寬度相差比較大，如臺階軸、曲軸、連桿、彎曲搖臂等。長軸類鍛件的制坯:拔長、滾

29、擠、卡壓、成形制坯.,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,（1）制坯工步：使毛坯形狀基本符合鍛件形狀，以便使金屬能合理分布和很好地充滿模膛。,拔長模膛,（a）開式 （b）閉式,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,滾壓模膛,（a）開式 （b）閉式,（1）制坯工步：使毛坯形狀基本符合鍛件形狀，以便使金屬能合理分布和很好地充滿模膛。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7

30、鍛造工藝設(shè)計,彎曲模膛,（1）制坯工步：使毛坯形狀基本符合鍛件形狀，以便使金屬能合理分布和很好地充滿模膛。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,切斷模膛,（1）制坯工步：使毛坯形狀基本符合鍛件形狀，以便使金屬能合理分布和很好地充滿模膛。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,4. 確定模鍛工序,彎曲連桿的模鍛過程,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,4. 確定模鍛工序,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7

31、鍛造工藝設(shè)計,,5. 選擇鍛壓設(shè)備 選用適當?shù)哪ｅ懺O(shè)備是獲得優(yōu)質(zhì)鍛件、節(jié)省能量和保證正常生產(chǎn)的重要條件。常用的模鍛設(shè)備有：模鍛錘、熱模鍛壓力機、摩擦螺旋壓力機和平鍛機等。具體選用何種設(shè)備，要根據(jù)鍛件的尺寸大小、結(jié)構(gòu)形狀、精度要求、生產(chǎn)批量及現(xiàn)有條件等綜合考慮。無論選用何種設(shè)備，都要根據(jù)模鍛變形力來確定設(shè)備的噸位，如果設(shè)備噸位達不到變形要求，生產(chǎn)將無法進行。,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,6. 確定鍛造溫度范

32、圍和加熱冷卻規(guī)范-冷卻規(guī)范根據(jù)對冷卻速度快慢的要求不同可分為三種方法：小中型碳鋼和低合金鋼鍛件，鍛后置于車間地面冷卻；成分復(fù)雜的合金鋼，鍛后在地坑中冷卻；對于高合金鋼鍛件，則必須按其冷卻規(guī)范裝爐緩慢冷卻。,,2.7.2 模鍛工藝設(shè)計,2.7 鍛造工藝設(shè)計,2.9 鍛件及沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性分析,2.9.1 鍛件結(jié)構(gòu)工藝性分析,1. 自由鍛件結(jié)構(gòu)工藝性 ②避免圓柱面與圓柱面相交,不合理,合理,2.9 鍛件及沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性分析,

33、√,2.9.1 鍛件結(jié)構(gòu)工藝性分析,,,不合理,合理,√,2.9 鍛件及沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性分析,1. 自由鍛件結(jié)構(gòu)工藝性 ③避免橢圓形、工字形或其他非規(guī)則形狀截面及非規(guī)則外形④避免加強筋和凸臺等輔助結(jié)構(gòu),√,√,2.9.1 鍛件結(jié)構(gòu)工藝性分析,1. 自由鍛件結(jié)構(gòu)工藝性 ⑤復(fù)雜零件可設(shè)計成簡單件的組合體,2.9 鍛件及沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性分析,√,√,2.9.1 鍛件結(jié)構(gòu)工藝性分析,2. 模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性：①必須有一個合理的分模面，

34、使敷料最少，鍛模制造容易。②鍛件上與分模面垂直的表面應(yīng)設(shè)計有模鍛斜度，以便于鍛件易于從模膛內(nèi)取出。非加工表面所形成的交角都應(yīng)按模鍛圓角設(shè)計。,2.9 鍛件及沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性分析,2.9.1 鍛件結(jié)構(gòu)工藝性分析,2.9 鍛件及沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性分析,2.9.1 鍛件結(jié)構(gòu)工藝性分析,2.9 鍛件及沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性分析,2.9.1 鍛件結(jié)構(gòu)工藝性分析,2.9 鍛件及沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性分析,2.9.1 鍛件結(jié)構(gòu)工藝性分析,1. 選擇最佳的分模面，