1第六章模鍛成形

工序分析234模鍛視頻1模鍛視頻256.1概述一、定義利用模具對(duì)金屬施加力，使之產(chǎn)生塑性變形，充滿模膛，獲得給定形狀和尺寸的鍛件的鍛造工序。6二、模鍛設(shè)備⑴模鍛錘⑵熱模鍛壓力機(jī)⑶液壓機(jī)（水壓機(jī)、油壓機(jī)）⑷摩擦壓力機(jī)⑸平鍛機(jī)……等相對(duì)于自由鍛設(shè)備而言，模鍛設(shè)備精度、剛度更高。國內(nèi)最大的22000噸鍛壓設(shè)備，其中不可拆卸的最大零件就重達(dá)500噸。由中國重型機(jī)械研究院（原西安重型機(jī)械研究所）設(shè)計(jì)并技術(shù)總負(fù)責(zé)某著名企業(yè)制造的1.65萬噸自由鍛造油壓機(jī),具有鍛造600噸以上鍛件能力，可滿足大型核電、火電、水電、船舶、化工、機(jī)械制造等關(guān)系我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防安全的重點(diǎn)工程項(xiàng)目所需大型鍛件的需求。78熱模鍛壓力機(jī)液壓機(jī)（水壓機(jī)、油壓機(jī)）1012三、模鍛分類1、按使用設(shè)備分⑴錘上模鍛⑵摩擦壓力機(jī)上模鍛⑶熱模鍛壓力機(jī)上模鍛⑷平鍛機(jī)上模鍛⑸液壓機(jī)上模鍛……等132、按變形⑴熱模鍛⑵（700℃左右）⑶冷鍛143、按模具結(jié)構(gòu)分⑴開式模鍛⑵閉式模鍛15四、模具對(duì)金屬變形流動(dòng)的影響⑴控制鍛件的最終形狀和尺寸；（充滿模膛、一模一樣）⑵控制金屬流動(dòng)的方向；（局部變形）⑶控制塑性變形區(qū)；（改變變形區(qū)的應(yīng)力場）⑷提高金屬的塑性；（應(yīng)力狀態(tài)）⑸控制坯料失穩(wěn)提高成形極限。（增加約束）166.2開式模鍛一、開式模鍛的特點(diǎn)⑴上下模的間隙與模塊運(yùn)動(dòng)方向垂直；⑵上下模的間隙隨著上下模的相互靠近而減??；⑶鍛件有橫向飛邊。17二、開式模鍛各階段金屬的變形流動(dòng)分析1、第一階段從模壓開始，直到坯料與模具側(cè)壁接觸為止，該階段類似于自由鐓粗或孔板間鐓粗。特點(diǎn)：金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)（不太明顯），變形抗力相對(duì)較小，還未形成飛邊。19開式模鍛第一階段20

圖中A區(qū)為直接受力區(qū)，A區(qū)相當(dāng)于環(huán)形件鐓粗，存在流動(dòng)分界面，分界面位置隨金屬向內(nèi)（外）流動(dòng)阻力的增加而向內(nèi)（外）某著名企業(yè)。

B區(qū)為間接受力區(qū)，其受力和變形是由A區(qū)的塑性變形引起的，可看成是在圓形砧內(nèi)的拔長。212、第二階段從坯料與模具側(cè)壁接觸到金屬完全充滿模膛為止。

特點(diǎn)：金屬處于明顯的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，變形抗力迅速增加。金屬開始由橋口處流出，形成飛邊并逐漸減薄。23開式模鍛第二階段243、第三階段（打靠階段）從金屬充滿模膛到上下模打靠為止，此時(shí)多余金屬從橋口流出。特點(diǎn)：塑性變形僅僅局限在分模面附近，其它部位則處于彈性狀態(tài)，變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)與薄件鐓粗相同。變形抗力及飛邊阻力急劇上升。26三、開式模鍛時(shí)影響金屬成形的主要因素1、成形方式2、模膛的尺寸和形狀3、飛邊槽的影響4、設(shè)備工作速度的影響301、成形方式鐓粗方式：模膛；a）壓入方式：不模膛。b）P106圖6-16312、模膛的尺寸和形狀1）變形金屬與模壁間的摩擦系數(shù)μ

摩擦系數(shù)μ越小越有利于充填。322）模具斜度斜度大有利于取件，但對(duì)充填模膛不利。333）模膛孔口圓角半徑成形：R過小充填困難；鍛件：R過小折疊，流線，鍛后不；模具：R過小模具（壓塌）。354）模膛的深度和寬度模膛深度越深，寬度越窄，對(duì)充填型腔越不利。5）模具低對(duì)充填不利，模具一般要預(yù)熱200～300℃。361）飛邊槽的組成●橋口主要作用是阻止金屬外流，迫使金屬充滿模膛，且使飛邊變薄，以便于切除。●倉部倉部的作用是容納多余金屬，避免金屬流到分模面上，影響上下模打靠。3、飛邊槽的影響37382）飛邊槽的作用●調(diào)節(jié)作用：容納多余金屬；●阻流作用：增大金屬外流的阻力迫使金屬

充滿模膛；●緩沖作用：避免上下模直接打擊。393）飛邊槽的阻力（為2τb）

該力在橋口處引起的徑向壓應(yīng)力（橋口阻力）為σ=2τb/h。404）飛邊阻力的確定阻力太大下模打不靠，太小則不模膛。當(dāng)模膛較時(shí)飛邊阻力可取小一些，反之取大一些。具體地說：……→41(1)鍛造方式與設(shè)備不同：高速錘上模鍛的飛邊阻力＞錘上模鍛＞摩擦壓力機(jī)上模鍛＞胎模鍛；

(2)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮比值b/h也要考慮b和h的大小（考慮模具強(qiáng)度及模具加工）；42(3)對(duì)同一個(gè)鍛件的不同部位而言，復(fù)雜部分應(yīng)加大飛邊阻力，簡單部分應(yīng)減小飛邊阻力，為簡便起見。通常固定h而改變b（考慮模具強(qiáng)度及加工方便）。435）飛邊槽的類型(1)小飛邊消耗于飛邊的金屬較少，由于模具側(cè)壁的作用迫使金屬首先充滿模膛，但要求下料準(zhǔn)確，且要將飛邊設(shè)置在變形較困難的地方，這種飛邊在平鍛機(jī)上應(yīng)用較廣。4445(2)楔形飛邊消耗于飛邊的金屬少，飛邊的斜面部分將產(chǎn)生水平分力，阻止金屬的橫向流動(dòng)，使金屬較早地充滿模膛，缺點(diǎn)在于切邊困難。46(3)擴(kuò)邊槽用于鍛件形狀較簡單且成形，但因某種原因變形力較大，模鍛不足的情形。47(4)無飛邊模鍛（閉式模鍛）48注意：為什么總是把鍛件復(fù)雜的部分、難成形的部分放在上模？4、設(shè)備工作速度的影響一般地，設(shè)備工作速度高金屬變形流動(dòng)的速度就快，這將引起摩擦系數(shù)的下降，金屬流動(dòng)的慣性和熱效應(yīng)更加突出。506-3閉式模鍛（無飛邊模鍛）一、閉式模鍛的特點(diǎn)⑴上下模的間隙與模塊運(yùn)動(dòng)方向平行；⑵上下模的間隙隨著上下模的相互靠近沒有變化；⑶鍛件有縱向飛刺（很小的飛邊）。5152二、閉式模鍛變形過程分析1、第一階段（基本成形階段）從金屬開始變形到基本充滿模膛，此階段變形力的增加相對(duì)較慢。53

由于模膛及坯料形狀的不同，金屬變形流動(dòng)的形式可能是鐓粗成形、壓入成形、沖孔成形或擠壓成形，可以是整體變形或局部變形。542、第二階段（充滿階段）從第一階段末到完全充滿模膛，此階段變形力增加較快（可增大2～3倍），模具壓下量很小。55

不管第一階段以何種方式成形，第二階段的變形情況都是相似的：本階段開始時(shí)坯料端部的錐形區(qū)和坯料中心區(qū)域都處于（或接近于）三向等壓應(yīng)力狀態(tài)，不能產(chǎn)生塑性變形。變形區(qū)位于未充滿處附近的兩個(gè)剛性區(qū)域之間，且隨著變形過程的進(jìn)行而逐漸減小，最后消失。563、第三階段（形成縱向飛邊階段）此時(shí)坯料基本上已成為不變形的剛性體，只有在極大的模壓力下，或在足夠大的打擊能量作用下，才能使端部的金屬產(chǎn)生變形流動(dòng)，形成縱向飛邊。飛邊的厚度越小、高度越大，模膛側(cè)壁所受的壓應(yīng)力也越大。57

該階段的變形對(duì)閉式模鍛有害無益，是不希望出現(xiàn)的，它不僅影響模具壽命，而且容過大的縱向飛邊，增加清除飛邊的難度。584、綜合分析三個(gè)階段⑴閉式模鍛變形過程宜在第二階段結(jié)束，即在形成縱向飛邊前結(jié)束，允面處有少量充不滿或僅形成很矮的縱向飛邊；⑵鍛件的H/D越小，模壁受力狀況越好；⑶坯料體積要精確；⑷打擊能量或模壓力對(duì)成形影響很大；59⑸坯料形狀尺寸及其在模膛中的定位，對(duì)金屬分布的均勻性影響很大。60三、坯料體積和模膛體積變化

對(duì)鍛件尺寸的影響坯料體積或模膛體積的變化主要反映在鍛件的高度尺寸上：ΔH=ΔV/AΔV=模膛體積-坯料體積61四、打擊能量和模壓力對(duì)成形質(zhì)量的影響⑴在不加限程裝置的情況下，打擊能量（或模壓力）合適時(shí)，成形良好，過大則產(chǎn)生飛邊，過小則充不滿；

⑵對(duì)體積準(zhǔn)確的坯料，增加限程裝置可改善因打擊能量過大而產(chǎn)生飛邊的情況，以獲得成形良好的鍛件；62

⑶對(duì)機(jī)械壓力機(jī)，其行程固定，模壓力的大小和成形情況取決于坯料體積的大小。閉式模鍛時(shí)采取有效措施吸收剩余打擊能量和容納多余金屬是保證成形質(zhì)量、改善模具受力情況、提高模具壽命的重要途徑。63五、閉式模鍛的優(yōu)缺點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn)⑴節(jié)約材料（約30%）⑵節(jié)約加工工時(shí)及設(shè)備（無切邊）⑶有利于金屬充填模膛⑷有利于低塑性材料的成形642、缺點(diǎn)⑴要求坯料體積準(zhǔn)確；⑵對(duì)坯料的形狀和定位要求高；⑶要求設(shè)備能控制其壓下量和變形能量；⑷要求設(shè)備有頂出機(jī)構(gòu)；⑸加熱質(zhì)量要求高，一般要求用電爐（氧化少）。65六、各類鍛壓設(shè)備閉式模鍛的特點(diǎn)1、液壓機(jī)靜載，可以控制壓力大小使變形過程在產(chǎn)生飛邊前結(jié)束。662、平鍛機(jī)行程固定，坯料長度可準(zhǔn)確調(diào)節(jié)（坯料體積變化很?。?，可以不產(chǎn)生或只產(chǎn)生很小的飛邊。遇意外情況產(chǎn)生很大的飛邊時(shí)，側(cè)向力急劇增加，夾緊滑塊保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)使凹模自行卸載，當(dāng)工作載荷消除后保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)可自行恢復(fù)。673、鍛壓機(jī)具有與平鍛機(jī)類似的工作特性，但不具備保證閉式模鍛工藝穩(wěn)定性的條件，遇悶車不能自行卸載和自行恢復(fù)。684、模鍛錘沖擊大，打擊強(qiáng)度、打擊能量不控制，鍛模壽命低，縱向飛邊較大且不（無頂出機(jī)構(gòu)）。695、螺旋壓力機(jī)由于系統(tǒng)剛度的限制，最大打擊力（冷擊力）有一定限度，對(duì)縱向飛邊有一定限制作用。要從模具結(jié)構(gòu)上想辦法吸收剩余能量和保證鍛件最小高度尺寸。706、高速錘有頂出機(jī)構(gòu)，設(shè)備打擊能量控制較準(zhǔn)確，但模具壽命低（要求嚴(yán)格控制打擊能量和坯料體積，并解決剩余能量的吸收問題）。717、自由鍛錘（胎模鍛）打擊強(qiáng)度遠(yuǎn)小于模鍛錘，打擊能量較，模具的彈性變形可吸收部分剩余能量，取件較方便。72

閉式模鍛在模鍛錘和鍛壓機(jī)上的應(yīng)用受到限制，而在液壓機(jī)、平鍛機(jī)、螺旋壓力機(jī)、高速錘和自由鍛錘上都是可行的。736-4擠壓一、定義金屬在三向不均勻壓應(yīng)力作用下，從?？字袛D出，流入模膛內(nèi)獲得所需形狀尺寸的制品或零件的鍛造工序。74二、分類1、按金屬流動(dòng)方向與模具運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)關(guān)系分●正擠壓：金屬流動(dòng)方向與模具運(yùn)動(dòng)方向相同；●反擠壓：金屬流動(dòng)方向與模具運(yùn)動(dòng)方向相反；75●復(fù)合擠壓：相同+相反；●徑向擠壓：金屬沿徑向流動(dòng)，流動(dòng)方向與模具運(yùn)動(dòng)方向垂直。2、按變形●冷擠●

●熱擠76三、擠壓過程的應(yīng)力應(yīng)變分析77●A區(qū)：直接受力區(qū)，相當(dāng)于外徑受限的圓環(huán)鐓粗●B區(qū)：間接受力區(qū)，相當(dāng)于圓形砧內(nèi)拔長78四、擠壓筒內(nèi)金屬的變形流動(dòng)1、金屬與筒壁間摩擦系數(shù)較小、坯料較高金屬在擠壓筒孔口附近有顯著的塑性變形，沖頭下部金屬近似剛性下移，死區(qū)較小。792、金屬與筒壁間摩擦系數(shù)很大、坯料較高擠壓筒內(nèi)金屬變形不均勻，軸心部分金屬流動(dòng)很快，靠近筒壁處的外層金屬流動(dòng)很慢，死區(qū)較大。隨著沖頭向下運(yùn)動(dòng)，A區(qū)金屬的變形先從上部開始，并向軸心部分流動(dòng)。變形結(jié)果：原坯料后端的外層金屬擠壓后進(jìn)入了零件的前端。803、金屬與筒壁間摩擦系數(shù)較大、坯料較高擠壓筒內(nèi)所有金屬都有顯著的塑性變形，且軸心部分金屬流動(dòng)較快，死區(qū)較大。818283五、死區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變分析1、死區(qū)形成的原因●摩擦：擠壓筒底部和側(cè)壁的摩擦●：擠壓筒底部和側(cè)壁的冷卻作用84852、死區(qū)可能的變形情況●有少量變形（變形流動(dòng)緩慢）

A、B區(qū)的變形流動(dòng)對(duì)死區(qū)有拉動(dòng)作用，使得該區(qū)有可能產(chǎn)生少量的變形。86●不變形死區(qū)與變形區(qū)交界處產(chǎn)生了強(qiáng)烈的剪切變形，可能引起剪裂和折疊，此時(shí)死區(qū)實(shí)際上起到了模具的作用。若這種強(qiáng)烈的剪切變形保留在工在表面，可能引起工件表面的粗晶環(huán)（對(duì)鋁合金）。8788六、常見的擠壓缺陷1、死區(qū)的折疊與剪裂●前面已講：死區(qū)大，變形困難892、擠壓縮孔擠壓矮坯料時(shí)出現(xiàn)縮孔，進(jìn)一步發(fā)展可能造成縱裂：縮孔→折疊→縱向裂紋。903、擠壓裂紋：由流動(dòng)速度不均勻引起⑴桿形件：表面橫向裂紋

原因：心部流速快，表層受摩擦阻礙流速慢，產(chǎn)生附加拉應(yīng)力致開裂。⑵筒形件：表面橫裂及縱裂⑶葉片類：在薄邊處開裂9192七、減少缺陷的措施1、減小摩擦⑴提高模具光潔度⑵包套擠壓主要指擠壓鋁型材時(shí)在坯料外面包上一層純鋁。93⑶加潤化劑如冷擠壓時(shí)的磷化（在坯料表面形成多孔組織以儲(chǔ)存潤化劑）、皂化（潤滑）處理，或在坯料與凹?？卓陂g加玻璃潤滑墊。942、在孔口處做出適當(dāng)?shù)腻F角和圓角95963、加反推力擠壓（尤其是在擠壓低塑性材料時(shí)宜采用）974、高速擠壓（高速時(shí)，摩擦系數(shù)降低）八、靜液擠壓簡介特點(diǎn)：超高壓（2000～3500MPa），可擠壓低塑性材料，坯料