熱模鍛工藝及模具設(shè)計(jì)第一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日

課程主要內(nèi)容:一.熱模鍛般工藝特點(diǎn)

-熱模鍛齒輪毛坯生產(chǎn)工藝流程

-四工步鍛壓成型工藝特點(diǎn)二.熱模鍛模具設(shè)計(jì)-閉式模鍛模具設(shè)計(jì)(以齒坯為例)-開(kāi)式模鍛模具設(shè)計(jì)(以連桿為例)

三.漲斷連桿與拉斷連桿工藝對(duì)比

第二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日一.熱模鍛一般工藝特點(diǎn)(和錘上模鍛相比)

壓機(jī)滑塊行程固定,載荷為靜壓力,鍛件精度高,能較好控制鍛件高度公差;但不便于進(jìn)行制坯.

大尺寸工作臺(tái)面,可多工位布局,如:鐓粗/預(yù)鍛/終鍛/沖孔;模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,初次投資大.

設(shè)備有頂料機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),生產(chǎn)效率高

模具模塊可按工步單獨(dú)設(shè)計(jì)/制造/安裝,調(diào)整/更換/維修方便.

-熱模鍛壓力機(jī)因各個(gè)工位金屬流動(dòng)變形量不同，產(chǎn)生變形抗力不同，各個(gè)工位變形所需要的設(shè)備壓力也不同;在實(shí)際生產(chǎn)中壓力機(jī)負(fù)載工作狀況總是存在偏載現(xiàn)象第三頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日1.DYPT熱模鍛齒輪毛坯生產(chǎn)工藝流程鋼棒剪切下料*:端面角度/毛刺中頻感應(yīng)棒料加熱*:溫度四工步鍛壓成型*:尺寸/表面質(zhì)量等溫退火熱處理*:溫度曲線/金相組織拋丸處理*:表面氧化皮殘留物質(zhì)量檢驗(yàn)*:尺寸/表面質(zhì)量第四頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2.四工步鍛壓成型工藝1).DYPT齒輪毛坯鍛造模式為：多工位級(jí)進(jìn)/閉式/熱/模鍛鐓粗制坯預(yù)鍛成型終鍛成型毛坯沖孔自動(dòng)上料*:鍛造坯料由送料同步器(T/F)實(shí)現(xiàn)在各工位間順序進(jìn)級(jí)。第五頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日鍛造工藝設(shè)計(jì)一般思路：縮比冷態(tài)鍛件圖設(shè)計(jì)熱態(tài)鍛件圖設(shè)計(jì)預(yù)鍛成型毛坯設(shè)計(jì)變形量(高/瘦)可靠定位圓周定位鐓粗制坯鐓粗比減少鋼棒的規(guī)格(直徑)選材2).四工步鍛壓成型工藝－設(shè)計(jì)思路合理機(jī)加工余量&模鍛斜度第六頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日終鍛成型工藝要點(diǎn)：1.縮比（熱收縮率）：高溫鍛件尺寸的熱收縮率多采用1.0-1.5％；2.模鍛：多采用內(nèi)孔3～5°，外周1-3°；3.鍛件外形尺寸：考慮后續(xù)沖孔工序?qū)植砍叽绲淖冃斡绊?調(diào)整局部縮比。4.沖孔連皮設(shè)計(jì)：基于金屬流動(dòng)、鍛打壓力和模具壽命等因素考慮，厚度多采用7-10mm

2.1）四工步鍛壓成型工藝－終鍛成型一檔從動(dòng)齒輪終鍛成型工步示意圖該尺寸考慮沖孔影響第七頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日預(yù)鍛成型工藝要點(diǎn):1.直徑：便于預(yù)鍛件放置于終鍛模腔內(nèi)，單邊間隙0.8-1.2mm為易。2.高度：目前熱模鍛齒輪終鍛多采用類似鐓粗的方式，高度降低，直徑增加，為利于終鍛金屬較易流動(dòng)，多采用預(yù)鍛件高度較終鍛件高1.5-2.5mm為易。3.圓周/內(nèi)孔圓弧過(guò)渡：預(yù)鍛件在此部位成形太好(充滿)，終鍛時(shí)金屬不易流動(dòng)，易形成折疊,預(yù)鍛件該部位多采用大圓弧過(guò)渡，內(nèi)孔處多增加凸出高度。4.連皮：厚度多比終鍛成型厚度高2mm以上，以利于內(nèi)孔上邊緣終鍛成型5.鍛件上小的凸部與凹坑,預(yù)鍛工步進(jìn)行簡(jiǎn)化不做或轉(zhuǎn)化為圓滑形狀.2.2）四工步鍛壓成型工藝－預(yù)鍛成型一檔從動(dòng)齒輪預(yù)鍛成型工步示意圖此等部位易大圓弧過(guò)渡放大放大部位高度差2-3mm內(nèi)孔部位第八頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日模具下壓，坯料產(chǎn)生變形抗力鐓粗制坯設(shè)計(jì)要點(diǎn):使坯料高度減小,橫截面積增加，用于圓餅類鍛件制坯，1.去除棒料表面氧化皮，2.鐓粗后坯料直徑與鍛件接近，利于后續(xù)成型過(guò)程中充滿模腔

*:鐓粗時(shí),坯料內(nèi)部變形抗力分布不均,坯料兩端因溫度下降較內(nèi)部快,變形抗力大,較坯料中間處金屬變形困難.鐓粗后毛坯多為鼓形形狀.端面直徑尺寸增加主要靠側(cè)表面的金屬翻上去2.3）四工步鍛壓成型工藝－鐓粗制坯第九頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2.4）鐓粗制坯易出現(xiàn)問(wèn)題:

鐓粗后坯料理論為圓餅狀坯料，實(shí)際生產(chǎn)坯料不一定是完整的圓形;

原因分析:1.棒料剪切后，端面有斜度，鍛造生產(chǎn)以料徑（剪切端面)為定位，容易造成材料鐓粗后偏向一邊，使材料分布不均勻，2.鐓粗過(guò)程中,坯料側(cè)面金屬向上流動(dòng)變形不均勻,產(chǎn)生變形抗力不均.

易產(chǎn)生影響:導(dǎo)致后續(xù)鍛件一邊充不滿，一邊毛刺過(guò)高的情況出現(xiàn)。圖b模具下壓，坯料產(chǎn)生變形抗力不均勻第十頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日二.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(閉式)－預(yù)鍛模腔1.預(yù)鍛模腔：

預(yù)鍛模腔改善金屬在終鍛模腔內(nèi)的成形條件,盡可能減少變形量使金屬易于充滿終鍛模腔,可以改善終鍛模具使用壽命并盡可能減少壓力偏載；2.設(shè)計(jì)要點(diǎn):

2.1模鍛角度:復(fù)雜形狀模鍛斜度,預(yù)鍛比終鍛斜度大1-2°,右上圖示2.2封閉模腔容積：預(yù)鍛模腔容積較終鍛模腔大10-20%,預(yù)鍛模腔過(guò)渡處多為較大R,預(yù)鍛毛坯外圓周和內(nèi)孔邊緣以成型圓鼓狀為好,預(yù)鍛毛坯不要求充滿模腔。如右下圖示

預(yù)鍛模腔終鍛模腔基準(zhǔn)尺寸相同或預(yù)鍛比終鍛單邊小此部位多不充滿第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日鐓粗圓餅狀坯料落入本區(qū)域下模浮動(dòng)頂出二.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(閉式)－預(yù)鍛模腔2.3鐓粗坯料定位：由于鐓粗坯料端面圓角與側(cè)面多為大圓弧過(guò)渡,坯料定位于下模接近坯料直徑的凹腔內(nèi),如圖示區(qū)域；2.4鐓粗坯料放置：坯料由送料同步器夾持到達(dá)位置后，坯料與模具成型面多有一定高度差，坯料放置與成型后頂出，需要保證其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的平穩(wěn)性；多采用浮動(dòng)下模結(jié)構(gòu)，利用浮動(dòng)頂出機(jī)構(gòu)來(lái)接、送坯料，有利于運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和坯料定位準(zhǔn)確。

第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日合模時(shí)，上下模嚙合面二.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(閉式)－預(yù)鍛模腔設(shè)計(jì)要點(diǎn):2.5預(yù)防終鍛成型時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)差/折疊：

1)因熱模鍛壓力機(jī)為多工位進(jìn)級(jí)方式，很難保證使模腔布局于壓力機(jī)工作壓力中心位置，并且因各個(gè)工位金屬流動(dòng)變形量不同，產(chǎn)生變形抗力也不同，各個(gè)工位變形所需要的設(shè)備壓力也不同。2)在實(shí)際生產(chǎn)中壓力機(jī)負(fù)載工作狀況總是存在偏載現(xiàn)象；3)偏載現(xiàn)象與模具制造、裝配等累積誤差必然影響到鍛件的錯(cuò)差，工步間錯(cuò)差過(guò)大，后續(xù)鍛壓易出現(xiàn)折疊。4)在模座導(dǎo)柱導(dǎo)向之外，增加預(yù)鍛工步與終鍛工步的模具結(jié)構(gòu)導(dǎo)向。依靠合模初期，上下模外襯嚙合，對(duì)工步模具起導(dǎo)向作用，右圖示

第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日1.終鍛模腔：DYPT熱模鍛齒輪均為閉式模鍛，即為無(wú)飛邊鍛造，因此終鍛模腔設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，僅須考慮熱態(tài)鍛件尺寸，無(wú)需考慮飛邊槽設(shè)計(jì)。

2.設(shè)計(jì)要點(diǎn):2.1縮比及尺寸調(diào)整：在沒(méi)有類似參考及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的前提下，終鍛模腔可以根據(jù)鍛件材料縮比系數(shù)（1.2-1.5％）進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)最終鍛件成品進(jìn)行調(diào)整終鍛模腔相關(guān)尺寸。2.2預(yù)鍛件放置及定位：因終鍛模腔與鍛件成品有直接關(guān)聯(lián)，終鍛模腔不易采用浮動(dòng)接送料的方式，且終鍛模腔是各個(gè)工步中變形受力最大的工步，下模多采用熱態(tài)緊配合，改善模具受力狀態(tài),以增強(qiáng)抗打擊能力;預(yù)鍛件的放置完全依靠自由落體進(jìn)入模腔，預(yù)鍛件靠其與終鍛模腔相近的下模外形定位.

二.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(閉式)－終鍛模腔第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日設(shè)計(jì)要點(diǎn):2.3沖孔連皮設(shè)計(jì)：沖孔連皮的設(shè)計(jì)多跟鍛件的內(nèi)孔形狀/內(nèi)孔深度與直徑等因素有關(guān)，目前我們熱模鍛齒輪的沖孔連皮有兩種結(jié)構(gòu)模式。（預(yù)鍛模腔的連皮形式多跟終鍛模腔形式接近）二.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(閉式)－終鍛模腔圖a圖b圖a結(jié)構(gòu)有：一檔從動(dòng)齒輪/三四檔從動(dòng)結(jié)合齒/五檔從動(dòng)齒輪/倒檔惰輪圖b結(jié)構(gòu)有：其他零件第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日-終鍛模腔按熱鍛件圖設(shè)計(jì):加工面機(jī)加工余量及工藝余量(需與機(jī)加工廠協(xié)商)例如:拉斷連桿(T200)需考慮連桿體和連桿蓋斷開(kāi)的加工余量,而漲斷連桿(GEN3)不需考慮.考慮收縮率,對(duì)鋼鍛件,收縮率一般取1%～1.5％;考慮后續(xù)工序(如校正或壓印),收縮率取為1%～1.5％

.同時(shí)還應(yīng)考慮:.切邊和沖孔時(shí),鍛件可能產(chǎn)生的拉縮變形;.終鍛模膛的局部磨損;.模膛較深處易積聚氧化皮引起鍛件局部“缺肉”;.機(jī)加工定位面.鍛件的追溯性標(biāo)識(shí)及內(nèi)部標(biāo)識(shí)所以在使用CAD/UG等軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí),首先要對(duì)得到的圖紙和三維數(shù)模進(jìn)行修改,做出一個(gè)合理的熱鍛件圖.

二.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(開(kāi)式)－終鍛模腔第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日設(shè)計(jì)出熱鍛件圖,下一步要考慮的是:-飛邊槽的確定,(根據(jù)設(shè)備確定)(飛邊槽的作用:-增加金屬流動(dòng)阻力,便于充滿;-容納多余金屬)-排氣孔針對(duì)較深的腔,在金屬最后充滿處鉆出排氣孔,(直徑Ф1～2，深度5-15mm);如模腔底部有頂出器或其它排氣的縫隙時(shí),不需開(kāi)排氣孔.

二.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(開(kāi)式)－終鍛模腔第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日-頂料裝置:1.頂桿位置:-頂桿位置視鍛件的形狀和尺寸而定,分為兩類:1.頂桿位置在鍛件本體上;2.頂桿位置在飛邊或沖孔連皮上---T200連桿鍛模采用的頂桿位置在飛邊和沖孔連皮上,除考慮鍛件頂出平穩(wěn),頂桿及時(shí)復(fù)位等,還應(yīng)

參照模座頂出裝置合理布置頂桿位置,特別是頂桿位置在飛邊上,既要防止頂桿頂不上,又要考慮模具強(qiáng)度.

二.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(開(kāi)式)－終鍛模腔第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日設(shè)計(jì)要點(diǎn):1.高度尺寸比終鍛工步尺寸圖相應(yīng)大2-5mm,而寬度尺寸適當(dāng)減小,并使預(yù)鍛件的截面面積稍大于終鍛件相應(yīng)的橫截面積;2.嚴(yán)格控制預(yù)鍛件各部分的體積,使終鍛時(shí)多余的金屬能合理地流動(dòng),避免產(chǎn)生金屬回流,折疊等缺陷;3.預(yù)鍛件在終鍛模腔的定位.預(yù)鍛件圖的某些部位的形狀和尺寸應(yīng)與終鍛件基本吻合;4.預(yù)鍛件的圓角半徑和模鍛斜度設(shè)計(jì)原則與錘上模鍛相同.

二.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(開(kāi)式)－預(yù)鍛模腔第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日.舉例T200連桿與L850連桿工藝比較:T200L850第二十頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日1.工藝流程Process原材料進(jìn)廠檢驗(yàn)RawMaterial棒料剪切CuttingtheStick棒料感應(yīng)加熱StickInductionHeating輥鍛制坯（4工步）RollerFoundry(4Steps)鍛壓成型（5工步）ForgingPressing(5Steps)淬火回火QuenchingTemperature精壓AccuratePressing去應(yīng)力Temperature拋丸處理BallBlast磁粉探傷MagneticDetection1）S200連桿毛坯鍛造生產(chǎn)工藝流程ForgingProcessofS200ConnectingRodProduction終檢入庫(kù)FinalAcceptance第二十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，202