第9章平鍛機上模鍛9.1平鍛機簡介及工藝特點

9.2平鍛機上模鍛工步與鍛件分類

9.3平鍛機模鍛件圖設計

9.4聚集規則及其工步計算

9.5通孔和盲孔類平鍛件工藝分析

9.6管類平鍛件的工藝分析

9.7平鍛機噸位的確定

9.8平鍛機上鍛模結構特點與模具使用

9.9典型平鍛件成形工藝流程舉例23水平鍛造機屬于又叫臥式鍛造機，是曲柄壓力機類設備模鍛錘熱模鍛壓力機螺旋壓力機屬于立式鍛壓設備臥式鍛壓設備包括錘頭或滑塊是做垂直往復運動工作滑塊是做水平往復運動機械壓力機9.1平鍛機簡介及工藝特點具有其他曲柄壓力機的特點。區別：具有兩個滑塊，主滑塊和加緊滑塊，因而模具具有兩個互相垂直的分模面。主分模面在沖頭和凹模之間，另一個分模面在可分的兩半凹模之間。（1）結構原理平鍛機簡介4工作部分(錘頭或滑塊)是作垂直往復運動的，通常將這些鍛壓設備稱為立式鍛壓設備。將工作部分作水平往復運動的模鍛設備稱為水平鍛造機或臥式鍛造機，簡稱平鍛機。依據凹模分模方式的不同，平鍛機分為垂直分模平鍛機和水平分模平鍛機兩類。圖9-1垂直分模平鍛機工作原理圖

1—曲柄2—主滑塊3—凸模4—前擋料板

5—坯料6—固定凹模7—活動凹模

8—夾緊滑塊9—側滑塊1、與熱模鍛曲柄壓力機比較，有以下相似的特點：

設備剛度大，行程固定，鍛件高度方向尺寸穩定

工作時靠靜壓力，振動小，勞動條件好，不需龐大的基礎；

模具可采用組合式、鑲塊式。2、平鍛機在工藝上有如下特點：1)鍛造過程中坯料水平放置，其長度不受設備工作空間的限制，可以鍛造出立式鍛壓設備不能鍛造的長桿類鍛件，也可以用長棒料進行逐件連續鍛造。工藝特點72)有兩個分模面，可以鍛出一般鍛壓設備不易成形在兩個方向上有凹槽、凹孔的鍛件(如雙凸緣軸套、雙聯齒輪等)，鍛件形狀更接近零件形狀。3)平鍛機滑塊導向性好，行程固定，鍛件長度方向尺寸穩定性比錘上模鍛高。但是，平鍛機傳動機構受力產生的彈性變形隨壓力的增大而增加。所以，要合理地預調閉合尺寸，否則將影響鍛件長度方向的精度；

4)平鍛機可進行開式和閉式模鍛，可以進行終鍛成形和制坯，也可進行彎曲、切邊、切料等工步。平鍛機上模鍛也存在如下缺點：1)平鍛機是模鍛設備中結構最復雜的一種，價格貴，投資大。2)靠凹模夾緊棒料進行鍛造成形，坯料一般要用較高精度熱軋棒料或冷拔料，否則會出現夾不緊或在凹模間產生大的縱向毛刺。

3)鍛前須用特殊裝置清除坯料上的氧化皮，否則鍛件表面粗糙度值比錘上模鍛的鍛件高。

4)平鍛機工藝適應性較差，不適宜模鍛非對稱鍛件。9.2平鍛機上模鍛工步與鍛件分類9.2.1平鍛機上模鍛工步

9.2.2鍛件分類9.2.1平鍛機上模鍛工步1.聚集(局部鐓粗)工步

2.沖孔工步

3.成形工步

4.切邊工步5.穿孔工步

6.切斷工步目的是加粗坯料的頭部或中部，獲得圓柱形或圓錐形，為后續成形提供中間坯料。它是平鍛機上最基本的制坯工步目的是使坯料獲得不穿透的孔腔目的是使鍛件本體預鍛成型或終端成型，一般用主滑塊。目的是切除鍛件飛邊。目的是沖透內孔，并使鍛件與棒料分離，從而獲得通孔類鍛件。目的是切除穿孔后棒料上遺留的芯料，為下一鍛件鍛造做準備。圖9-2平鍛工步

a)桿件平鍛工步b)通孔件平鍛工步c)環件平鍛工步9.2.2鍛件分類表9-1平鍛機模鍛件分類平鍛機上鍛件品種、尺寸范圍較大，根據外形主要分為四類。通孔鍛件粗大的桿形鍛件管類鍛件聯合模鍛鍛件表9-1平鍛機模鍛件分類141516比亞迪F3半軸氣門油氣設備上的抽油桿9.3平鍛機模鍛件圖設計9.3.1分模面確定

9.3.2機械加工余量和公差

9.3.3模鍛斜度

9.3.4圓角半徑

9.3.5平鍛件允許的形狀偏差平鍛機主要適合用于生產頂鐓類鍛件,它的鍛件圖設計方法與模鍛錘、熱模鍛壓力機、螺旋壓力機有很多區別。平鍛件設計主要解決以下五個問題：9.3.1分模面確定1)分模位置設在鍛件粗大部分的右端，使頭部在凸模型槽中成形，質量好；缺點是切邊設備難定位，鍛件與坯料易產生錯差

2)分模位置設在粗大頭部的左端，使鍛件在凹模型槽中成形，不用設置模鍛斜度；缺點是切邊工序易拉出縱向毛刺。

3)受鍛件形狀限制，分模位置若只能設在凸肩中部，飛邊易切除干凈，缺點是凹模和凸模調整不好易產生錯差。

4)采用閉式模鍛時，凸凹模之間按鍛件最大圓柱面分模。圖9-3凸凹模之間的分模位置

1—凹模2—凸模3—飛邊4—局部鐓粗件平鍛模具有兩個分模面：1）兩半凹模間的分模位置容易確定，設在縱向和軸向剖面上；2）凹凸模之間的分模位置根據情況處理，如圖所示9-3.9.3.2機械加工余量和公差表9-2平鍛件余量和公差2．機械加工余量和公差：平鍛件形狀不同，變形特點也不同。一般按工廠標準確定，也可以根據設備噸位確定，如下表：9.3.3模鍛斜度表9-3平鍛件模鍛斜度3．模鍛斜度

1）為了保證沖頭在機器回程時，鍛件外側及內孔不被沖頭“拉毛”，外側及內孔中應有外模鍛斜度α。

2）在凹模內成形帶雙凸緣的鍛件時，應設置內模鍛斜度β。其值參照表選取。4．圓角半徑：

有利于填充成形、避免金屬被卡咬和提高模具壽命

1）在沖頭或凸模中成形的部分：

外圓角半徑r=0.1H+1mm

內圓角半徑R=0.2H+1mm

H：沖頭部分成形的高度

2）在凹模中成形的部分：

外圓角半徑r=(a1+a2)/2+s

內圓角半徑R=0.2Δ+0.1mm一般R≥3mm

式中：a1：鍛件高度方向機械加工余量；

a2：鍛件徑向機械加工余量；

s：倒角值；

Δ：凸緣高度。9.3.4圓角半徑9.3.5平鍛件允許的形狀偏差表9-4平鍛件允許形狀偏差(單位：mm)5、平鍛件允許的形狀偏差見表所示：9.4聚集規則及其工步計算9.4.1聚集規則

9.4.2聚集工步計算9.4.1聚集規則圖9-4自由頂鐓變形情況

a)無折疊b)有折疊平鍛工藝過程，主要是加熱后的棒料在模具夾持下逐步地聚集（鐓粗）的過程。聚集：在坯料端部的局部鐓粗過程，又叫頂鐓。坯料長徑比過大，會因失穩而產生彎曲，嚴重時甚至發生折疊，如圖9-4所示。因此聚集過程主要研究兩點：1、防止彎曲；2、盡可能減少聚集過程頂鐓與局部鐓粗的根本區別：局部鐓粗的坯料在型槽中自由流動；頂鐓是在夾緊下進行金屬變形，具有更大的穩定性。折疊25表9-5一次行程聚集條件圖9-5桿件塑性縱彎示意圖26圖9-6在凹模和凸模型腔中頂鍛27289.4.2聚集工步計算29圖9-7圖9-8雙錐形聚集工步9.5通孔和盲孔類平鍛件工藝分析9.5.1沖孔成形

9.5.2通孔平鍛件熱鍛件圖設計

9.5.3沖孔次數的確定和沖孔工步設計

9.5.4沖孔原始坯料尺寸的確定9.5.1沖孔成形圖9-9沖孔力-行程關系圖通孔和盲孔件在平鍛機鍛件中占有比例相當大。工藝需要：聚集、沖孔、穿孔和切斷。沖孔過程中沖孔力變化經過三個階段：1）從接觸坯料到直徑達到孔直徑時，沖孔力急劇增大；2）隨著沖孔深度增加至結束，沖孔力略有增加；3）沖孔深度接近閉式模鍛的終端階段，即使深度小幅變化，也會造成沖孔力急劇變化。9.5.2通孔平鍛件熱鍛件圖設計9.5.3沖孔次數的確定和沖孔工步設計1.沖孔次數的確定表9-8沖孔次數的確定圖9-10沖深孔的方法沖深孔時，為了防止工件被沖歪，需要設計沖頭進入凹模的導向深度：b≥10~15cm，見圖9-10所示。2.沖孔工步設計表9-9沖孔件預成形坯料尺寸的確定

根據其所帶孔形的大小、深淺的不同，在確定沖孔次數后，對沖孔件預成型坯料尺寸的設計要求見下表9-9所示：表9-9沖孔件預成形坯料尺寸的確定9.5.4沖孔原始坯料尺寸的確定圖9-11沖孔件的計算毛坯圖表9-10坯料直徑d坯的確定表9-11管坯局部聚集成形方式管坯的聚集一般分為五種：9.6管類平鍛件的工藝分析9.6管類平鍛件的工藝分析管坯頂鍛規則為：1)當待鐓部分長度l0與管壁厚度t的比值l0/t＜3時，允許在一次行程中將管坯自由鐓粗到較大壁厚。

2)當l0/t＞3時，應在多道模膛內鐓粗，每道鐓粗時允許加厚的管壁tn應滿足tn≤(1.3～1.5)tn-1。

管坯平鍛工藝也可按以下方法計算：1)若管坯帶有長度l=(0.5～1.0)t的凸緣時，管坯端部可鐓出D=(2～2.5)d外的凸緣。

2)若l≤0.75d外和D≤時，可用兩道工步鐓出粗大部分。

3)在l＞0.75d外和D≤時，應經過三道或更多道工步。9.7平鍛機噸位的確定9.7.1經驗-理論公式9.7.2經驗公式

9.7.3查表法439.7平鍛機噸位的確定9.7.3查表法表9-12可鍛棒料直徑與平鍛機規格表示法關系除此之外，按照鍛件的最大成形面直徑或棒料直徑，還可以采用查表法。

最終確定所選的平鍛機噸位時，還應綜合考慮鍛件的形狀、精度要求和坯料成形時的鍛造溫度。9.8平鍛機上鍛模結構特點與模具使用9.8.1平鍛模的安裝

9.8.2平鍛模結構設計特點

9.8.3型槽設計

9.8.4平鍛模的使用469.8.1平鍛模的安裝圖9-12垂直分模平鍛機的模具結構及固定方式簡圖

1—調節斜楔2、5—壓板3—夾持器4—凹

模6—鍵7、8、9、10、11、12—螺釘圖9-13沖頭夾持器形式

a)軸頭式b)壓蓋式489.8.2平鍛模結構設計特點圖9-14凹模形狀與緊固方式

a)半圓式b)方塊式c)固定方式圖9-15沖頭形狀與緊固方式

沖頭的工作部分可與固定部分整體制造，也可設計成組合式。圖9-15a、b位整體式；c~h為組合式。9.8.3型槽設計1.終鍛成形型槽設計

2.聚集型槽設計

3.切邊型槽設計

4.穿孔型槽設計

5.輔助成形型槽設計511.終鍛成形型槽設計圖9-16終鍛成形型槽522.聚集型槽設計圖9-17聚集型槽為避免聚集時脫落的氧化皮壓入鍛件形成凹坑，要在聚集型槽與凹模型槽間隙處開設溝槽(圖9-17中A—A剖視)，以儲存氧化皮。53表9-14切邊型槽的設計54表9-15穿孔型槽的設計55565.輔助成形型槽設計(1)卡細型槽當棒料直徑大于鍛模的孔徑時，必須使用卡細型槽(圖9-18)，以局部減小棒料的截面積。

(2)脹粗型槽和卡細型槽的作用相反，當棒料直徑小于鍛模孔徑時，為保證穿孔時剩余的棒料后退時端頭不被活動凹模夾住，便于連續生產，必須使用脹粗型槽(圖9-19)。

(3)切斷型槽用長棒料連續模鍛無孔或孔類鍛件時，在有孔鍛件沖穿后，棒料直徑和芯料直徑之比大于1.25時，就必須采用切斷工步。

(4)夾緊型槽這是為了夾緊棒料而設置的輔助模膛。

(5)后定位裝置后定位裝置結構形式如圖9-22所示。(6)其他型槽根據平鍛件形狀的需要，夾緊滑塊還可用來壓扁鍛件頭部，壓出與主滑塊運動方向相垂直的凹坑或通孔或將鍛件局部壓彎等。圖9-18卡細型槽圖9-19脹粗型槽圖9-20切斷型槽

1—固定切刀2—活動切刀3—夾緊鑲塊圖9-21夾緊型槽圖9-22后定位裝置結構9.8.4平鍛模的使用1.試鍛前的準備工作

2.對試鍛結果的分析

3.平鍛件模鍛生產調試分析1.試鍛前的準備工作1)對新模具，要擦凈型槽內的潤滑油脂，以免鍛打時油液濺出傷人。

2)調整好冷卻水的位置，使型槽和凸模得到及時冷卻。

3)坯料的加熱長度要符合工藝要求，數量自定。2.對試鍛結果的分析