1、鍛模設計繪繪制制熱熱鍛鍛件件圖圖校正模設計校正模設計終鍛模膛設計終鍛模膛設計預鍛模膛設計預鍛模膛設計飛邊槽設計飛邊槽設計鉗口設計鉗口設計鍛鍛模模結結構構設設計計切邊模設計切邊模設計制坯模膛設計制坯模膛設計確確定定模模鍛鍛工工序序編編制制工工藝藝流流程程第一節 模鍛工藝方案的選擇原則：技術可行性； 經濟合理性。模鍛工步(工藝流程圖) ： 先備料制坯， 后預鍛和終鍛， 最終熱處理、 校正、清理和 檢驗。備備 料料加加 熱熱制制 坯坯加熱加熱模模 鍛鍛切邊切邊 沖切孔內連皮沖切孔內連皮熱處理熱處理表面清理表面清理最終檢驗最終檢驗冷精壓冷精壓冷校正冷校正工工序序間間檢檢驗驗清除氧化皮清除氧化皮去毛刺去

2、毛刺 熱校正熱校正一、模鍛工藝過程的制定一、模鍛工藝過程的制定工藝流程圖工藝流程圖模鍛工藝與鍛模設計內容 1、產品工藝分析； 2、繪制模鍛件圖 (冷鍛件圖)； 3、確定模鍛工序； 4、編制工藝流程； 5、填寫工藝卡； 6、鍛模設計（據熱鍛件圖）。120MN熱模鍛壓力機鍛造生產線（前軸）下料下料 1250T1250T剪床剪床加熱（加熱（12401240） 感應加熱爐感應加熱爐輥鍛制坯（二道）輥鍛制坯（二道） 930930輥鍛機輥鍛機模鍛成形（彎、預、終）模鍛成形（彎、預、終） 120MN120MN熱模鍛壓力機熱模鍛壓力機切邊切邊 1250T1250T壓床壓床校正壓平校正壓平 1600T1600T

3、液壓機液壓機熱處理熱處理 調質調質清理清理 酸洗酸洗校正校正 100T100T液壓機液壓機前軸是汽車中最重最大的鍛件，原采用合金調質鋼，經淬前軸是汽車中最重最大的鍛件，原采用合金調質鋼，經淬火、高溫回火處理，每噸前梁熱處理加熱耗電達火、高溫回火處理，每噸前梁熱處理加熱耗電達600KWh600KWh。采用低碳低合金空冷貝氏體鋼，鍛后無需熱處理。采用低碳低合金空冷貝氏體鋼，鍛后無需熱處理。5 二、 模鍛方法單件模鍛：單件模鍛： 一個坯料鍛一件，一般用于較大鍛件的鍛造。一個坯料鍛一件，一般用于較大鍛件的鍛造。調頭模鍛調頭模鍛 ：鍛制鍛件重鍛制鍛件重 2 23kg 3kg ，長度，長度350mm 35

4、0mm 。一模多件一模多件 ：一鍛模內一次一鍛模內一次2 23 3鍛件，重量鍛件，重量0.5kg0.5kg、長度、長度80mm80mm 一一 模模 多多 件件調調 頭頭 模模 鍛鍛多多 件件 合合 鍛鍛第二節 模鍛模膛設計一 開式模鍛的變形特征開式模鍛：在鍛件周圍形成橫向飛邊的模鍛；閉式模鍛：在鍛件周圍不形成橫向飛邊僅形成小的縱向飛邊的模鍛 第階段（鐓粗）毛坯上端面同上模膛表面接觸毛坯被鐓粗至鼓形側面同模膛側壁接觸。變形金屬處于較弱的三向壓應力，F 較小。 第階段（形成飛邊）金屬流向模膛深處，又沿垂直于作用力方向流向飛邊槽，形成少許飛邊。變形抗力明顯增大，模膛內的金屬處于較強的三向壓應力狀態。

5、第階段(充滿型槽)金屬繼續流向模膛深處和圓角處，直到整個模膛完全充滿。金屬受三向壓應力狀態，變形抗力急劇增大。第階段(打靠合模) 繼續壓縮至上下模接觸即打靠。變形僅發生在分模面附近的區域內，處于最強的三向壓應力狀態，變形抗力也最大。此階段的壓下量小于2mm，它消耗的能量卻占總能量的30%50%。1 1、模膛尺寸計算模膛尺寸計算 熱鍛件圖熱鍛件圖依據冷鍛件圖繪制。依據冷鍛件圖繪制。 熱鍛件圖熱鍛件圖上尺寸比冷鍛件圖上尺寸比冷鍛件圖中尺寸加大一個收縮率，中尺寸加大一個收縮率，即即 %)1 ( lL 二、終鍛模膛設計二、終鍛模膛設計式中：式中：終鍛溫度下的終鍛溫度下的 合金收縮率。合金收縮率。 鋼為

6、鋼為 1.21.21.51.5。從分模面起始標注模膛高度從分模面起始標注模膛高度尺寸。尺寸。終鍛終鍛預鍛模預鍛模2、飛邊槽設計一般只有終鍛模膛設計一般只有終鍛模膛設計有飛邊槽。一些復雜鍛件，有飛邊槽。一些復雜鍛件，預鍛模膛也采用飛邊槽。預鍛模膛也采用飛邊槽。開式模鍛中的終鍛模膛開式模鍛中的終鍛模膛由模膛本部和飛邊槽兩部分由模膛本部和飛邊槽兩部分組成。組成。 1） 飛邊槽作用 產生足夠大的橫向阻力，促使模膛充滿。 熱模鍛壓力機上模膛內橫向阻力不太大。 容納坯料上的多余金屬，起補償與調節作用。 對錘類設備還有緩沖作用。 2）飛邊槽結構形式與尺寸3 、鉗口設計 主要為終鍛模膛和預鍛模膛沿分模面上下局

7、部加工裝配成的特制凹腔，作為鉗夾操作空間。形式形式使用廣泛，橋部與坯料使用廣泛，橋部與坯料接觸時間短，能減輕橋部磨損。接觸時間短，能減輕橋部磨損。形式形式用于高度方向形狀不對用于高度方向形狀不對稱鍛件。可簡化切邊沖頭形狀。稱鍛件。可簡化切邊沖頭形狀。 形式形式用于形狀復雜，坯料體用于形狀復雜，坯料體積不易計算準確的鍛件。積不易計算準確的鍛件。 三、預鍛模膛設計（終鍛模膛尺寸相應增、減） 1 1、 模膛的寬與高模膛的寬與高 若終鍛時以鐓粗為主，若終鍛時以鐓粗為主， 預鍛模膛的高度應比預鍛模膛的高度應比終鍛模膛大終鍛模膛大25mm，寬度應小，寬度應小12mm。一般不設一般不設飛邊槽。預鍛模膛的橫截

8、面積飛邊槽。預鍛模膛的橫截面積F F預預 應比終鍛模膛應比終鍛模膛相應處截面積相應處截面積F F終終大大1%1%3%3%，或按下式計算：，或按下式計算： F預預=F終終+（0.21）F飛飛 若經預鍛的毛坯在終鍛模膛中是以壓入方式成形，則預鍛模膛的高度尺寸應略小于終鍛模膛高度尺寸，即h=（0.80.9）h。 若高寬比h/b較大，取小的系數，反之，取大的系數。 2 2、 模鍛斜度模鍛斜度 預鍛、終鍛模膛的斜度相同。預鍛、終鍛模膛的斜度相同。 3、 圓角半徑： （C=25mm ; 模深大，取上限） 、 帶枝芽的鍛件，預鍛模膛的枝芽形狀可簡帶枝芽的鍛件，預鍛模膛的枝芽形狀可簡化化枝芽連接處的圓角半徑適

9、當增大，必要時在分模枝芽連接處的圓角半徑適當增大，必要時在分模面上增設阻尼溝，以增大金屬流向飛邊的阻力面上增設阻尼溝，以增大金屬流向飛邊的阻力cRR、 叉形鍛件的預鍛模膛設計叉間距離不大時，必須在預鍛模膛中使用劈料臺。 依靠劈料臺把金屬擠向兩側，流入叉部模膛內。 一般情況下采用圖中a型；當45，叉部較窄時，可使用b型，有關尺寸如下： A=0.25B 8A30；h=(0.40.7)H； =1045 劈料臺劈料臺 例如對帶工字形斷面的鍛件，如各種連桿鍛件， 根據肋的相對高度來設計預鍛模膛。如右圖 ： 當 h2b 時，時，B= B（23）mm;圖a 當 h2b 時，時，B= B（12）mm;圖b 預

10、鍛模膛舌形截面 B1=B+(1020)mm 、 H型截面鍛件的預鍛模膛設計 第三節 制坯工步的選擇制坯使坯料變成易于終鍛成形的毛坯。包括鐓制坯使坯料變成易于終鍛成形的毛坯。包括鐓粗、拔長、卡壓、滾擠、彎曲和扭轉等粗、拔長、卡壓、滾擠、彎曲和扭轉等一、一、 圓餅類鍛件圓餅類鍛件 采用鐓粗制坯或成形鐓粗制坯。采用鐓粗制坯或成形鐓粗制坯。 輪轂較矮輪轂較矮中間毛坯尺寸滿足：中間毛坯尺寸滿足： D D1 1D D鐓鐓D D2 2輪轂較高輪轂較高中間毛坯尺寸滿足：中間毛坯尺寸滿足：（D D1 1D D2 2）/2/2D D鐓鐓D D2 2輪轂高，凸緣大輪轂高，凸緣大有內孔，采用成形鐓粗有內孔，采用成形鐓

11、粗中間毛坯尺寸滿足：中間毛坯尺寸滿足：HH1 1 H H1 1，DD1 1DD1 1，ddd d鍛件鍛件毛坯毛坯二、二、 長軸類鍛件長軸類鍛件1 1、長軸類鍛件的制坯工步、長軸類鍛件的制坯工步 主要采用拔長主要采用拔長( (或輥鍛或輥鍛) )、滾擠、滾擠、彎曲、卡壓、局部成形等制坯工步。彎曲、卡壓、局部成形等制坯工步。后再經過預鍛和終鍛等工步成形。后再經過預鍛和終鍛等工步成形。1) 1) 直長軸線形直長軸線形 用拔長、滾擠、卡壓或輥鍛工用拔長、滾擠、卡壓或輥鍛工步等制成中間毛坯。步等制成中間毛坯。 技術要點：技術要點： 中間毛坯長度中間毛坯長度= =終鍛模膛長度；終鍛模膛長度；沿軸線毛坯的每一

12、橫截面積相應處鍛件截面積飛邊截面積。沿軸線毛坯的每一橫截面積相應處鍛件截面積飛邊截面積。輥輥 鍛鍛2）彎曲軸線形圖中為汽車前梁，是一個彎曲鍛件。除了輥鍛或拔長、滾擠、卡壓等制坯工步外，還必須加一道彎曲工步才能得到彎曲軸線。再經過預鍛和終鍛等工步成形。輥輥鍛鍛彎彎曲曲預預鍛鍛終終鍛鍛彎曲手柄的制坯工步彎曲手柄的制坯工步帶枝芽形增加成形工步或非對稱滾擠工步，充滿枝芽模膛。4) 叉形件 需增加預鍛劈叉工步，形成叉形部分。2、長軸類鍛件坯料尺寸的計算（這是一個重點內容） 1 1） 計算毛坯計算毛坯 (1) 依據依據 假定長軸類鍛件在模鍛時假定長軸類鍛件在模鍛時為平面應變狀態，計算毛坯的為平面應變狀態，

13、計算毛坯的長度與鍛件長度相等。長度與鍛件長度相等。軸向各橫截面積軸向各橫截面積A A計計= =相應處鍛件橫截面積相應處鍛件橫截面積A A鍛鍛+ +飛邊橫截面積飛邊橫截面積A A飛飛 ，即：即：飛鍛計AAA2 式中式中充滿系數。充滿系數。 對于形狀簡單的鍛件取對于形狀簡單的鍛件取 0.30.30.50.5； 對于形狀簡單的鍛件復雜的取對于形狀簡單的鍛件復雜的取 0.50.50.80.8。 （2）“計算毛坯”的作圖步驟： 繪制冷鍛件圖； 在鍛件圖上選取若干具有代表性的截面，分別計算出A計計； 求出各相關截面的折算高度h計 ，即用縮尺比 M 除 A計，得：通常取（M=2050 mm2/mm）MAh/

14、計計 將折算高度將折算高度 h h計計 等比例沿軸向畫出鍛件截面積分布圖。等比例沿軸向畫出鍛件截面積分布圖。 （3）計算毛坯直徑圖計算毛坯直徑圖計計計計Ad13. 1折算高度折算高度 h h計計 表示該軸類鍛表示該軸類鍛件相關處的截面積。件相關處的截面積。 由此，由此， 計算毛坯上任一計算毛坯上任一處的直徑處的直徑 d d計計為：為： 右圖為完整的計算毛坯圖右圖為完整的計算毛坯圖, ,包括鍛件圖、截面圖和直徑包括鍛件圖、截面圖和直徑圖。圖。(1) (1) 平均截面積與平均直徑平均截面積與平均直徑 (2) (2) 確定計算毛坯的頭部和桿部確定計算毛坯的頭部和桿部 2 ) 2 ) 坯料規格尺寸計算

15、坯料規格尺寸計算 長軸類鍛件的平均截面積與平均直徑，用如下公式計算：長軸類鍛件的平均截面積與平均直徑，用如下公式計算：計計均LVA平均截面積：平均截面積：均均Ad13. 1平均直徑（圖中虛線所示）平均直徑（圖中虛線所示） ：MAh均均; ; 平均截面折算高度平均截面折算高度： 均計dd 桿部：桿部：均計dd 頭部：頭部： (3) 幾項繁重系數的計算 金屬流入頭部的繁重系數 ： 金屬沿軸向流動的繁重系數： 桿部斜率 K ： 鍛件重量 G 。 均ddmax計拐LminddK=L計計 / d均均 dmax 計算毛坯的最大直徑； dmin 計算毛坯的最小直徑； d拐 桿部與頭部交接處的直徑：說明： 值

16、越大，流向頭部的金屬體積越多； 值越大，金屬沿軸向流動的距離越長；K值越大，表明桿部錐度大，小頭和桿部金屬過剩；G 值越大，制坯難度加大。Mhd拐拐13. 1上列式中：上列式中：(4) 根據繁重系數確定制坯工序的初步方案 長軸類鍛件可根據長軸類鍛件可根據計算出的繁重系數在右計算出的繁重系數在右示經驗圖表中查出制坯示經驗圖表中查出制坯工序的初步方案，再依工序的初步方案，再依據生產試驗修改確定。據生產試驗修改確定。圖中圖中：不不表示無需制坯工序表示無需制坯工序；卡卡需卡壓制坯；需卡壓制坯；開開需開式滾擠制坯；需開式滾擠制坯；閉閉需閉式滾擠制坯。需閉式滾擠制坯。 （5）長軸類鍛件坯料的規格尺寸坯料截

17、面積坯料截面積 ： A A 坯坯 = = k k A A均均 ； k k = 1.02= 1.021.21.2 由由 A A坯坯 求出坯料直徑求出坯料直徑 D D 或方坯邊長或方坯邊長 a a 或或 b b。 坯料長度坯料長度： %1連飛件坯VVVV鉗坯坯坯LSVL 坯料體積按下式計算：坯料體積按下式計算： 式中式中：加熱燒損率，加熱燒損率， 。第四節 制坯模膛設計一、鐓粗臺與壓扁臺的設計 鐓粗臺適用于圓餅類鍛件。 壓扁臺適用于近似矩形鍛件的設計。鐓粗臺高度：h = V/（D2/4）式中 D 鐓粗后毛坯直徑，壓扁臺寬度：壓扁臺寬度： B = 0.5 BB = 0.5 B件件B B坯坯40 40

18、 壓扁臺長度：壓扁臺長度： L =LL =L坯坯 40 40 二、拔長模膛設計 有關模膛設計參數，依據計算毛坯尺寸考慮。詳見設計參考資料。 拔長模膛用來減小坯料斷面拔長模膛用來減小坯料斷面積，增加其長度，兼有清除氧化積，增加其長度，兼有清除氧化皮的作用。皮的作用。拔拔長長模模膛膛開開 式式拔長模膛拔長模膛閉閉 式式拔長模膛拔長模膛三、滾擠模膛設計 滾擠模膛用于減小坯料局部斷面積，滾擠模膛用于減小坯料局部斷面積，增大另一部分斷面積，兼有清除氧化皮增大另一部分斷面積，兼有清除氧化皮和滾光作用。和滾光作用。 滾擠模膛有開式、閉式、滾擠模膛有開式、閉式、和非對稱滾擠模膛三種結構和非對稱滾擠模膛三種結構

19、形式。常用后兩種結構。形式。常用后兩種結構。滾滾擠擠模模膛膛非對稱滾擠模膛非對稱滾擠模膛閉式滾擠模膛閉式滾擠模膛 滾擠模膛設計主要是確定模膛滾擠模膛設計主要是確定模膛高度高度 h h 、寬度、寬度B B 等尺寸。等尺寸。 其結構尺寸詳見鍛模設計手冊其結構尺寸詳見鍛模設計手冊或其他參考資料。或其他參考資料。滾擠時金屬流動情況滾擠時金屬流動情況第五節 設備噸位的確定 生產中多用經驗公式計算設備噸位或用類比方法判斷。一、 模鍛錘（雙作用錘）噸位： G G = =k k1 1 k k2 2 A A 對于單作用錘噸位：對于單作用錘噸位： G G 1 1 = =（1.5 1.5 1.8 1.8 ）G G式

20、中式中k k1 1 鍛件形狀復雜系數，一般取鍛件形狀復雜系數，一般取 k k1 1 =0.35=0.350.630.63； k k2 2 材料系數，對于鋼材，取材料系數，對于鋼材，取 k k2 2 =0.9 =0.9 1.55 1.55 ； A A 鍛件和飛邊（按飛邊倉的鍛件和飛邊（按飛邊倉的5050計算）在水平計算）在水平面上的投影面積，面上的投影面積，mmmm2 2。 （計算實例參考教材（計算實例參考教材 P224 P224 ）二、熱模鍛壓力機 、平鍛機噸位的確定 熱模鍛壓力機 、平鍛機噸位用公稱壓力表示。 1、 熱模鍛壓力機噸位 根據鍛件終鍛時最大變形力計算。 經驗公式： 式中 k 材料

21、系數。 取 k = 0.9 1.25； 對于高強度鋼材，取上限。 F = （6.47.3）k A ，（，（kN） 東風汽車公司鍛造廠用的熱模鍛壓力機噸位主要有1200、800、400、200MN（1MN =106 N）等。2、平鍛機噸位經驗公式： F = 57.5kA，kN。式中 k 材料系數。 取 k = 1.01.3；第六節 鍛模結構設計鍛模有整體式、鑲塊式兩種。模具塊、鑲塊常用 5CrNiMo、4Cr5MoSiV(H11)、4Cr5MoSiV(H13)等熱作模具鋼加工成。整體模具塊、鑲塊一般用楔鐵和燕尾槽安裝在模架上。一、鍛模合理結構的兩個基本點1、鍛模上無預鍛模膛時， 終鍛模膛中心應與

22、鍛模 中心重合。 鍛模中心為鍛模燕尾槽中心線與鍵槽中心線的交點。2、有預鍛模膛時，應把預 鍛模膛和終鍛模膛分設 在鍛模中心兩旁。a/b1/2或或 a 1/3 L 二、熱模鍛壓力機上鍛模結構設計1、工步及工步圖設計1）終鍛工步設計 主要內容是繪制熱鍛件圖和確定飛邊槽形式與尺寸。 邊槽主要起排泄和容納多余金屬作用。 充填模膛的阻力作用相對次要。 鍛件高度由壓機行程保證。上下分模面間保留一定間隙，不發生碰撞。 間隙大小根據飛邊槽高度而定。2）預鍛工步設計 預鍛工步圖根據終鍛工步圖設計。總的原則是使預鍛預鍛工步圖根據終鍛工步圖設計。總的原則是使預鍛后的坯料盡可能以鐓粗方式進行。后的坯料盡可能以鐓粗方式

23、進行。 1 1、預鍛工步圖高度比終鍛工步圖相應高出、預鍛工步圖高度比終鍛工步圖相應高出 2 25mm5mm，寬，寬度尺寸適當減小。度尺寸適當減小。 2 2、若終鍛件橫截面為圓形，則相應的預鍛件橫截面為、若終鍛件橫截面為圓形，則相應的預鍛件橫截面為橢圓形。橢圓形。 3 3、嚴格控制預鍛件各部分的體積，使終鍛時多余金屬嚴格控制預鍛件各部分的體積，使終鍛時多余金屬能夠合理地流動。能夠合理地流動。 4 4、應考慮預鍛件在終鍛模膛中、應考慮預鍛件在終鍛模膛中的定位問題。的定位問題。 5 5、預鍛模膛中的飛邊槽，其橋、預鍛模膛中的飛邊槽，其橋部高度應比終鍛模膛相應大部高度應比終鍛模膛相應大30%30%-6

24、0%-60%。 橋部寬度和倉部高度可適當減小。橋部寬度和倉部高度可適當減小。預鍛件在終鍛模膛中預鍛件在終鍛模膛中的壓入過程的壓入過程2、熱模鍛壓力機上鍛模結構設計特點壓板緊固式模板結構壓板緊固式模板結構1 1）多采用鑲塊裝配結構。）多采用鑲塊裝配結構。用壓板緊固。用壓板緊固。上下模上下模塊與模座間加淬火與模座間加淬火墊板。用導柱、導套導向，墊板。用導柱、導套導向，立于模座一側。立于模座一側。下模中心處有頂料裝置。下模中心處有頂料裝置。2）模具閉合高度 H H = 2（h1h2h3） hn 滿足滿足 ：H H = = A A0.5 0.5 a a 式中式中 A A 壓機最小閉合高度；壓機最小閉合

25、高度； a a 壓機工作臺最大調節高度。壓機工作臺最大調節高度。3 3）模壁厚度）模壁厚度 t t，s s t =t =（1 11.51.5）h h 40 mm 40 mm。 s s （0.35 0.35 0.650.65）h h 式中式中h h 4）排氣孔 如遇到終鍛模膛中有較深的內腔，則應在深腔中金屬最后充滿處開設排氣孔。5）推桿、頂料裝置頂飛邊頂飛邊頂鍛件頂鍛件頂沖孔連皮頂沖孔連皮正確正確不正確不正確杠桿、托板三頂料裝置杠桿、托板三頂料裝置第七節 切邊與沖孔模設計一、功能：切除飛邊與 沖孔連皮。二、結構： 1、切邊：凸模推壓； 凹模刃口剪切。 2、沖孔：凹模支承； 凸模刃口剪切。三、間隙

26、：凸、凹模間保留一定間隙。第八節 鍛模設計實例汽車連桿的鍛模設計汽車連桿的鍛模設計 技術條件技術條件 1 1、模鍛斜度、模鍛斜度7 7； 2 2、表面不應有未充滿、表面不應有未充滿、 分層、裂紋、毛刺、分層、裂紋、毛刺、 氧化皮及腐蝕現象；氧化皮及腐蝕現象； 3 3、硬度、硬度207241HBS207241HBS； 4 4、流線方向與連桿外廓、流線方向與連桿外廓、 形狀相符合；形狀相符合； 5 5、金相組織應為均勻的、金相組織應為均勻的 細晶結構。細晶結構。 材材 料料 4040 鋼鋼 零零 件件 連連 桿桿連桿零件圖連桿零件圖1、模鍛件圖的設計 連桿零件的冷模鍛件圖。圖中表示出：1 1）分模面位置）分模面位置：取水平投影面積最大的中心平面為分模面。取水平投影面積最大的中心平面為分模面。2 2）公差、加工余量的確定）公差、加工余量的確定： 鍛件重鍛件重 1.44 kg 1.44 kg ； 材質系數材質系數 M M1 1 （4040鋼）；鋼）； 鍛件形狀復雜系數鍛件形狀復雜系數 S = mS = m鍛鍛/m/m 廓廓 = 0.19= 0.1