鍛造工藝與模具設計演講人：日期:目錄CATALOGUE02.典型鍛造工藝分類04.工藝參數(shù)優(yōu)化策略05.模具失效與改進方法01.03.模具設計核心要素06.現(xiàn)代技術發(fā)展趨勢鍛造工藝基礎理論01鍛造工藝基礎理論PART塑性變形物理基礎塑性變形的定義與分類塑性變形是物體在受到外力作用后，形狀或尺寸發(fā)生改變而不破裂的性質(zhì)，包括彈性變形和塑性變形。塑性變形的微觀機制塑性變形的影響因素塑性變形是通過晶體內(nèi)滑移、孿生和晶界滑動等機制實現(xiàn)的。塑性變形受到材料的成分、組織、溫度、應變速度等因素的影響。123金屬流動規(guī)律分析金屬流動的數(shù)學描述通過建立金屬流動的數(shù)學模型，可以預測金屬在塑性變形過程中的流動情況。03金屬的流動受到內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、變形溫度、變形速度、應力狀態(tài)等因素的影響。02金屬流動的主要影響因素金屬在塑性變形過程中的流動特點金屬在塑性變形時，其流動呈現(xiàn)出不均勻性、各向異性和不可逆性等特點。01熱力耦合作用機理溫度的變化會影響金屬的塑性、變形抗力和變形后的組織性能。溫度對塑性變形的影響塑性變形會產(chǎn)生大量的熱能，這些熱能會對金屬的變形過程和組織演變產(chǎn)生影響。變形熱效應的分析通過建立熱力耦合的數(shù)學模型，可以模擬金屬在塑性變形過程中的溫度場、應力場和組織演變情況。熱力耦合的數(shù)值模擬02典型鍛造工藝分類PART自由鍛造工藝流程原材料準備加熱與火次自由鍛造冷卻與熱處理選擇適合自由鍛造的坯料，包括鋼錠、鋼坯、合金鋼等。將坯料加熱至適宜鍛造的溫度范圍，并控制火次以保證金屬的組織和性能。利用鍛錘或壓力機等設備對加熱后的坯料進行自由鍛打，獲得所需形狀和尺寸。鍛造結(jié)束后，對鍛件進行冷卻和熱處理，以消除應力、細化晶粒，提高鍛件的力學性能和使用壽命。根據(jù)鍛件形狀和尺寸要求，設計合理的模具結(jié)構(gòu)，確保金屬在模具中流動順暢，填充型腔。制造高精度、高壽命的模具，通常采用合金鋼、鑄鐵等材料，并進行熱處理以提高硬度和耐磨性。將加熱后的坯料放入模具中，通過壓力機的壓力使金屬在模具中成形，獲得所需形狀和尺寸的鍛件。鍛件冷卻后，從模具中取出，并進行清理、熱處理、表面處理等后續(xù)工序。模鍛成形技術要點模鍛設計模具制造模鍛工藝脫模與后處理特種鍛造工藝應用等溫鍛造在鍛造過程中，模具和坯料保持同一溫度，使金屬在恒定的溫度下進行變形，適用于鍛造高合金鋼、鈦合金等難變形材料。液態(tài)模鍛將金屬加熱至液態(tài)或半液態(tài)狀態(tài)，然后注入模具中進行鍛造，可以制造出形狀復雜、精度高的鍛件。多向模鍛利用多個模具對坯料進行多次鍛造，使金屬在各個方向上得到均勻的變形和力，提高鍛件的力學性能和使用壽命。粉末鍛造將金屬粉末與一定比例的添加劑混合后，放入模具中進行鍛造，可以制造出形狀復雜、組織均勻的鍛件，特別適用于制造高性能的零件。03模具設計核心要素PART形狀和尺寸精度型腔必須準確反映最終產(chǎn)品的形狀和尺寸，考慮材料收縮率、模具制造公差等因素。表面質(zhì)量型腔表面粗糙度、紋理等直接影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量，需合理設計。冷卻與排氣合理設計冷卻系統(tǒng)和排氣通道，避免產(chǎn)品變形和燒焦。加工與脫模型腔設計應便于加工和脫模，減少模具制造成本和周期。型腔結(jié)構(gòu)設計原則分模面與拔模角度根據(jù)產(chǎn)品形狀、模具制造和脫模方便性，選擇合理的分模面。分模面選擇根據(jù)材料特性、產(chǎn)品形狀，合理設計拔模角度，避免脫模困難。拔模角度設計復雜形狀產(chǎn)品需設計滑動、抽芯等機構(gòu)，保證模具正常脫模。滑動與抽芯機構(gòu)模具強度校核標準強度與剛度耐磨性韌性冷卻系統(tǒng)校核模具必須承受注射壓力、鎖模力等，確保不產(chǎn)生變形和破壞。模具需具有良好的耐磨性，以延長使用壽命。模具在受力時，應具備良好的韌性，防止脆性斷裂。冷卻系統(tǒng)應滿足模具溫度控制要求，確保模具正常工作。04工藝參數(shù)優(yōu)化策略PART鍛造溫度控制范圍鋼材加熱溫度溫度均勻性鍛造溫度區(qū)間根據(jù)不同鋼材成分和工藝要求，確定合理的加熱溫度范圍，確保鋼材均勻奧氏體化。在加熱溫度基礎上，確定鍛造溫度的下限和上限，避免溫度過高導致晶粒過度長大或過低造成加工硬化。確保鍛造過程中坯料各部分溫度均勻，避免產(chǎn)生過大溫差導致組織性能差異。變形速率與溫度關系通過調(diào)整設備噸位、錘擊頻率等參數(shù)，實現(xiàn)對變形速率的精確控制，滿足工藝要求。變形速率控制多道次變形對于大型或形狀復雜的鍛件，采用多道次變形工藝，逐步接近最終形狀，降低單次變形量，提高鍛造質(zhì)量。根據(jù)材料特性，確定合理的變形速率與溫度匹配方案，以保證鍛造過程順利進行。變形速率匹配方案潤滑劑選用規(guī)范潤滑劑在鍛造過程中起到減小摩擦、降低成形力、提高模具壽命等作用。根據(jù)鍛造材料、溫度、變形速率等因素，選擇適合的潤滑劑種類和涂覆方式。確保潤滑劑均勻涂覆在模具和坯料表面，避免局部潤滑不良導致鍛造缺陷。潤滑劑作用潤滑劑選擇潤滑劑涂覆工藝05模具失效與改進方法PART磨損機理分析模型磨粒磨損描述模具表面因磨粒作用而磨損的過程，包括磨粒對模具表面的機械作用。01粘著磨損由于摩擦和高溫作用，模具表面材料軟化并粘附在模具表面，形成粘著層。02疲勞磨損模具在交變應力作用下，表面出現(xiàn)疲勞裂紋并不斷擴展，最終導致材料剝落。03腐蝕磨損模具表面在腐蝕性介質(zhì)作用下，產(chǎn)生化學反應或電化學反應，導致材料流失。04表面強化處理技術滲碳淬火激光強化滲氮處理噴丸強化通過加熱使模具表面含碳量增加，形成高碳淬火層，提高表面硬度。在模具表面滲入氮元素，形成氮化物層，提高耐磨性和耐腐蝕性。利用激光束對模具表面進行快速加熱和冷卻，形成高硬度、高耐磨性的強化層。通過高速鋼丸或陶瓷丸撞擊模具表面，形成殘余壓應力層，提高抗疲勞強度。壽命預測仿真系統(tǒng)有限元分析磨損預測模型疲勞壽命預測優(yōu)化設計建議利用有限元方法對模具進行應力、應變和溫度場分析，評估模具壽命?；谀p機理分析，建立模具磨損預測模型，模擬模具磨損過程。根據(jù)模具的應力分布和疲勞性能，預測模具的疲勞壽命?；诜抡娼Y(jié)果，提出模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝參數(shù)改進建議，提高模具壽命。06現(xiàn)代技術發(fā)展趨勢PART精密鍛造工藝升級通過精確控制鍛造溫度、壓力和變形量，實現(xiàn)精密鍛造，提高鍛件精度和性能。精密鍛造技術采用高精度、智能化的鍛造設備，如數(shù)控液壓機、快鍛機等，提升鍛造精度和效率。裝備升級應用高強度、高韌性、耐高溫等特殊材料，拓展鍛造工藝的應用范圍。先進材料應用數(shù)字化模具設計平臺數(shù)字化建模運用CAD、CAE等技術，實現(xiàn)模具的數(shù)字化建模和仿真分析，提高設計效率和準確性。01智能化設計結(jié)合人工智能和大數(shù)據(jù)技術，開發(fā)模具智能設計系統(tǒng)，實現(xiàn)模具的快速定制和優(yōu)化設計。02數(shù)字化管理建立模具的數(shù)字化管理系統(tǒng)，對模具的設計、制造、使用和維護進行全生命