锻造模具设计
摘要
模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备, 具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点, 被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器、仪表等行业。随着我国汽车工业的迅猛发展，汽车性能不断提高，汽车零部件中对高精度、形状复杂锻件的需求量越来越大，锻造新工艺、省材、节能工艺等技术的开发对于新型汽车零件的生产尤为重要。我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量 进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。
本文主要是以轴类锻件的生产，加工工艺等，设计制造了，一些模具，包括，堕轮锻件的镦粗，终锻等后期加工模具。
首先介绍了，模具的一些简单情况，模具的分类，发展现状和趋势等，其次介绍了，零件的工艺性，毛坯的制定，镦粗，终锻模膛的设计，包括飞边槽的设计。
关键词：模具，终锻模膛，飞边槽，钳口，镦粗
An inert wheel forging the design specification
Abstract
Mold is mechanical manufacturing technology advanced, profoundly important technical equipment ，High production efficiency, material with high efficiency and good quality, technology parts good adaptability etc. Characteristics. Widely used in motor vehicles, machinery, aerospace, aviation, light industry, electronics, electric appliances, instruments and other industries. With the rapid development of China's automobile industry, The car's performance to improve, Auto parts of high precision, complicated shape of forging an increasing demand for, Forging new craft, material, energy saving technology province technology development for new type of car parts production is especially important. Our country stamping die in the number no matter, or in quality, technology and ability are already has great development, But with the national economy needs and the advanced world level, compared to a gap still, Some large, sophisticated, complex, the long life of high-grade die every year in the importation of large still, Especially in high-grade car covering mould, at present still mainly rely on imports.
The paper is an inert round of forging production, Processing techniques, Design and manufacturing, some mould, including, fall round of forgings upsetting, eventually forging, and trimming punching production processing mould.
Firstly introduces, die some simple case, the classification of mould, development situation and trends, Secondly introduces, the technology of parts, blank the formulation, the upsetting, and the design of the chamber forging die, Including flash slots of design, Introduced again, trimming punching the design of the composite film.
Key words: Mould, Finally bore, Flash tank, Clamp mouth, Upsetting, Trimming, punching
目录
1．绪论 ............................................................ 1
1.1模具工业简介 ................................................. 1
1.2模具分类 ..................................................... 1
1.3热锻的目的有三方面 .......................................... 2
1.4我国锻造模具发展现状和趋势 .................................... 2
2. 课题的分析拟定 ................................................... 3
2.1零件的工艺性分析 .............................................. 3
2．1.1制件的技术要求 ....................................... 3
2．1.2确定工艺方案 . ......................................... 4
3. 制定锻件图 . ...................................................... 5
3.1确定分型面 ................................................... 5
3.2确定加工余量和公差 .......................................... 6
3.3估算锻件质量m ................................................ 7
3.4计算加工余量公差 .............................................. 7
3.5技术条件 ..................................................... 7
3.6模锻斜度 ..................................................... 8
4. 设计终锻模膛 . .................................................... 8
4.1绘制齿轮热锻件图 .............................................. 8
4.2确定飞边槽的尺寸 . ............................................. 9
4．2.1飞边槽形式 ............................................. 9
4.2.2飞边槽的作用： ......................................... 10
4.2.3飞边槽的尺寸确定方法： ................................. 10
4.3钳口的确定 .................................................. 11
5. 制坯模膛的设计 .................................................. 13
5.1确定终锻模设备吨位 ........................................... 13
5.2设计制坯模锻 ................................................. 13
5.3制坯工步的确定 ............................................... 15
5.4确定坯料长度 ................................................. 15
6. 锻模结构设计 .................................................... 16
6.1模膛布置 ..................................................... 16
6.2镦粗台的设计 ................................................. 16
6.3模块尺寸及要求 ............................................... 17
6.4模块材料 ..................................................... 18
6.5燕尾槽尺寸 ................................................... 18
7. 模锻工艺流程 .................................................... 18
8. 锻模模具材料及其热处理的确定 .................................... 18
8.1锻锤模及切边模模具材料的确定 ................................. 18
8.2模具材料热处理的硬度要求 ..................................... 18
9. 热锻模的失效形式 ............................................... 19
结论 .............................................................. 20
致谢 .............................................................. 21
参考文献 .......................................................... 22
1．绪论
1.1模具工业简介
模具工业是国民经济的重要基础工业之一。模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高精密集型产品，也是高新技术产业化的重要领域，其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。
随着电子、信息等高新技术的不断发展，模具技术的发展呈现以下趋势。1. 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展2. 模具制造向精密、高效、复合和多功能方向发展。3. 快速经济制模技术得到应用。4. 特种加工技术有了进一步的发展。5. 模具自动加工系统的研制和发展。6. 模具材料及表面处理技术发展迅速。
7. 模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同。 在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。此方法生产的锻件尺寸精确，加工余量较小，结构也比较复杂生产率高。
1.2模具分类
模具分为冷冲压模具、热锻模具、塑料模具、铸造模具、橡胶模具和玻璃模具等。模锻的分类根据设备不同，模锻分为锤上模锻，曲柄压力机模锻，平锻机模锻，摩擦压力机模锻等。锤上模锻所用的设备为模锻锤，通常为空气模锻锤，对形状复杂的锻件，先在制坯模腔内初步成形，然后在锻模腔内锻造。精密模锻则是在模锻基础上发展而来，能够锻造一些复杂形状，尺寸精度高的零件，如：锥齿轮，叶片，航空零件等。在模锻锤或压力机上用锻模将金属坯料锻压加工成形的工艺。
模锻工艺生产效率高，劳动强度低，尺寸精确，加工余量小，并可锻制形状复杂的锻件；适用于批量生产。但模具成本高，需有专用的模锻设备，不适合于单件或小批量生产。
模锻的工序为制坯、预锻和终锻。终锻模的模膛是按锻件的尺寸、形状，并加上余量和偏差确定的。模锻一般分开口模锻和闭口模锻两种：开口模锻的模膛周围有毛边槽，成形后多余的金属流入槽内, 最后将毛边切除；闭口模锻只在端部有很小的毛边, 如果坯料精确, 也可以不出毛边。
锻造按坯料在加工时的温度可分为冷锻和热锻。冷锻一般是在室温下加工，热锻是
在高于坯料金属的再结晶温度上加工。有时还将处于加热状态，但温度不超过再结晶温度时进行的锻造称为温锻。不过这种划分在生产中并不完全统一。
1.3热锻的目的有三方面：
（1） 减少金属的变形抗力，因而减少坏料变形所需的锻压力，使锻压设
备吨位大为减少；
（2） 改变钢锭的铸态结构，在热锻过程中经过再结晶，粗大的铸态组织
变成细小晶粒的新组织，并减少铸态结构的缺陷，提高钢的机械性
能；
（3） 提高钢的塑性，这对一些低温时较脆难以锻压的高合金钢尤为重
要。[模锻是使用锻模对毛坯进行成型锻造，它的精度较高，只需要少
量的切削加工，或者不需要切削加工，就可以获得精确的尺寸，效率非
常高。但需要制造模具和要求较高的锻造设备，因此初期投入较大，适
合大批量的生产。主要设备有摩擦压力机，平锻机，水压机，油压机等。
1.4我国锻造模具发展现状和趋势
锻造加工作为制造业的一个重要分支，广泛应用于工业制造中。锻造产品主要用于汽车、飞机、机车车辆、工程机械、石化通用等行业，汽车用锻件占到总量的90%。按重量计算，汽车零件中有17~19%的锻件。锻件也是汽车零部件中的“保安件”，汽车发动机所使用的曲轴、连杆、凸轮轴，前桥所需的前梁、转向节，后桥使用的半轴、半轴套管、桥箱内的传动齿轮等等，都是关系汽车安全运行的保安关键锻件。2003我国年的锻件产量为300万吨左右，模锻件产量为200万吨左右。我国是锻件生产大国，锻件产量居世界第一。 随着中国汽车工业的进一步发展，锻件的需求量会持续增长。
为提高市场竞争力，企业对模具的要求也越来越苛刻。用户不只是希望模具的成型精度和表面质量满足需求，使用寿命长，还特别要求尽量缩短模具交货周期以缩短其产品开发周期。为了适应市场要求，新的加工理念，逐渐改变传统模具制造的工艺方式，现代高速、高效的数控铣削加工方法的应用，大大提高了模具制造的精度和效率。模具制造进入一个以模具计算机辅助设计、辅助制造为主的新阶段，CAD/CAM技术在锻模开发过程中得到了极为普遍的应用。
中国模具行业与发达国家相比存在着开发技术不成熟、产业化程度不高、专业化分工不细和人才匮乏等问题；而且，目前国内模具材料市场仍落后于模具工业的需要，主要是模具材料品种少、质量低和中低端产品供大于求等问题；以上原因最终导致国内锻造企业使用的模具失效频繁、模具的锻打寿命不高，从而使模具成本提高，最终影响到企业的整体经济效益。因此，锻造企业始终千方百计地寻求降低成本的方法。修复废旧模具、提高模具寿命就成为降低锻造成本的重要途径之一。
2. 课题的分析拟定
2.1零件的工艺性分析
由图1-1可知，该零件为锤模锻件，普通级精度，用半连续式炉加热，该零件材料45#,轴类零件的最大厚度为62.05mm, 最小厚度为30.4mm ，该零件属于轴类零件，锤锻时打击方向一致，金属沿长宽高方向同时流动。对于体积小，形状简单的轴类零件，可由原始坯料直接锻造成形。
其模锻的基本工艺路线：镦粗—终端
图1-1
2．1.1制件的技术要求
a) 未有注出模斜度7°，R5
b) 正火dB≥3.9(HB≤241)
c) 毛刺≤1，孔内≤2
d) 表面缺陷：不加工面≤1，加工表面≤实际余量的½
e) 错差≤1
f) 尺寸按交点注
g) 未注公差尺寸不检查
2．1.2确定工艺方案
由零件图可知零件有孔，属于轴类锻件。锻件中需设置毛边槽，所以该锻件的工艺方案如下：在机械化炉中预热——用1000t 剪床剪切下料——在半连续式炉中加热——用2t 锤上模锻（镦粗、终锻）———正火——在酸洗槽中清理。
表2-1 工艺卡
3. 制定锻件图
3.1确定分型面
锻模的分模面是指上下锻模的分接面。分模轮廓线是指终锻模膛分模面与锻件轮廓交线。分模面的选择应按以下原则进行：
（1）要保证模锻件能从模膛中顺利取出，并使锻件形状尽可能与零件形状相同，一般分模面应选择在模锻件最大水平投影尺寸的截面上。
（2）按照选定的分模面制成锻模后，应使上下模沿分模面的模膛轮廓一致，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象。
（3）最好使分模面为一个平面，并使上下锻模的模膛深度基本一致，差别不宜过大，以便均匀充型。
（4）选定的分模面应使零件上所加的熬料最少。
（5）最好把分模面选取在能使模膛深度最浅处，这样可使金属很容易充满模锻，以便取出锻件。
按上述原则综合分析，该工件高径比H/D=112/217
模，根据零件形状知道，分模面选在最大直径处，即约距最下端48㎜处，即用图中的A-A 面为分模面最合适。
参照零件图选择分模面最合理，如下图：
3.2确定加工余量和公差
模锻件水平方向尺寸公差见下表3-1，
表3-1
模锻件内外表面的加工余量见表3-2
锻造模具设计
摘要
模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备, 具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点, 被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器、仪表等行业。随着我国汽车工业的迅猛发展，汽车性能不断提高，汽车零部件中对高精度、形状复杂锻件的需求量越来越大，锻造新工艺、省材、节能工艺等技术的开发对于新型汽车零件的生产尤为重要。我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量 进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。
本文主要是以轴类锻件的生产，加工工艺等，设计制造了，一些模具，包括，堕轮锻件的镦粗，终锻等后期加工模具。
首先介绍了，模具的一些简单情况，模具的分类，发展现状和趋势等，其次介绍了，零件的工艺性，毛坯的制定，镦粗，终锻模膛的设计，包括飞边槽的设计。
关键词：模具，终锻模膛，飞边槽，钳口，镦粗
An inert wheel forging the design specification
Abstract
Mold is mechanical manufacturing technology advanced, profoundly important technical equipment ，High production efficiency, material with high efficiency and good quality, technology parts good adaptability etc. Characteristics. Widely used in motor vehicles, machinery, aerospace, aviation, light industry, electronics, electric appliances, instruments and other industries. With the rapid development of China's automobile industry, The car's performance to improve, Auto parts of high precision, complicated shape of forging an increasing demand for, Forging new craft, material, energy saving technology province technology development for new type of car parts production is especially important. Our country stamping die in the number no matter, or in quality, technology and ability are already has great development, But with the national economy needs and the advanced world level, compared to a gap still, Some large, sophisticated, complex, the long life of high-grade die every year in the importation of large still, Especially in high-grade car covering mould, at present still mainly rely on imports.
The paper is an inert round of forging production, Processing techniques, Design and manufacturing, some mould, including, fall round of forgings upsetting, eventually forging, and trimming punching production processing mould.
Firstly introduces, die some simple case, the classification of mould, development situation and trends, Secondly introduces, the technology of parts, blank the formulation, the upsetting, and the design of the chamber forging die, Including flash slots of design, Introduced again, trimming punching the design of the composite film.
Key words: Mould, Finally bore, Flash tank, Clamp mouth, Upsetting, Trimming, punching
目录
1．绪论 ............................................................ 1
1.1模具工业简介 ................................................. 1
1.2模具分类 ..................................................... 1
1.3热锻的目的有三方面 .......................................... 2
1.4我国锻造模具发展现状和趋势 .................................... 2
2. 课题的分析拟定 ................................................... 3
2.1零件的工艺性分析 .............................................. 3
2．1.1制件的技术要求 ....................................... 3
2．1.2确定工艺方案 . ......................................... 4
3. 制定锻件图 . ...................................................... 5
3.1确定分型面 ................................................... 5
3.2确定加工余量和公差 .......................................... 6
3.3估算锻件质量m ................................................ 7
3.4计算加工余量公差 .............................................. 7
3.5技术条件 ..................................................... 7
3.6模锻斜度 ..................................................... 8
4. 设计终锻模膛 . .................................................... 8
4.1绘制齿轮热锻件图 .............................................. 8
4.2确定飞边槽的尺寸 . ............................................. 9
4．2.1飞边槽形式 ............................................. 9
4.2.2飞边槽的作用： ......................................... 10
4.2.3飞边槽的尺寸确定方法： ................................. 10
4.3钳口的确定 .................................................. 11
5. 制坯模膛的设计 .................................................. 13
5.1确定终锻模设备吨位 ........................................... 13
5.2设计制坯模锻 ................................................. 13
5.3制坯工步的确定 ............................................... 15
5.4确定坯料长度 ................................................. 15
6. 锻模结构设计 .................................................... 16
6.1模膛布置 ..................................................... 16
6.2镦粗台的设计 ................................................. 16
6.3模块尺寸及要求 ............................................... 17
6.4模块材料 ..................................................... 18
6.5燕尾槽尺寸 ................................................... 18
7. 模锻工艺流程 .................................................... 18
8. 锻模模具材料及其热处理的确定 .................................... 18
8.1锻锤模及切边模模具材料的确定 ................................. 18
8.2模具材料热处理的硬度要求 ..................................... 18
9. 热锻模的失效形式 ............................................... 19
结论 .............................................................. 20
致谢 .............................................................. 21
参考文献 .......................................................... 22
1．绪论
1.1模具工业简介
模具工业是国民经济的重要基础工业之一。模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高精密集型产品，也是高新技术产业化的重要领域，其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。
随着电子、信息等高新技术的不断发展，模具技术的发展呈现以下趋势。1. 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展2. 模具制造向精密、高效、复合和多功能方向发展。3. 快速经济制模技术得到应用。4. 特种加工技术有了进一步的发展。5. 模具自动加工系统的研制和发展。6. 模具材料及表面处理技术发展迅速。
7. 模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同。 在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。此方法生产的锻件尺寸精确，加工余量较小，结构也比较复杂生产率高。
1.2模具分类
模具分为冷冲压模具、热锻模具、塑料模具、铸造模具、橡胶模具和玻璃模具等。模锻的分类根据设备不同，模锻分为锤上模锻，曲柄压力机模锻，平锻机模锻，摩擦压力机模锻等。锤上模锻所用的设备为模锻锤，通常为空气模锻锤，对形状复杂的锻件，先在制坯模腔内初步成形，然后在锻模腔内锻造。精密模锻则是在模锻基础上发展而来，能够锻造一些复杂形状，尺寸精度高的零件，如：锥齿轮，叶片，航空零件等。在模锻锤或压力机上用锻模将金属坯料锻压加工成形的工艺。
模锻工艺生产效率高，劳动强度低，尺寸精确，加工余量小，并可锻制形状复杂的锻件；适用于批量生产。但模具成本高，需有专用的模锻设备，不适合于单件或小批量生产。
模锻的工序为制坯、预锻和终锻。终锻模的模膛是按锻件的尺寸、形状，并加上余量和偏差确定的。模锻一般分开口模锻和闭口模锻两种：开口模锻的模膛周围有毛边槽，成形后多余的金属流入槽内, 最后将毛边切除；闭口模锻只在端部有很小的毛边, 如果坯料精确, 也可以不出毛边。
锻造按坯料在加工时的温度可分为冷锻和热锻。冷锻一般是在室温下加工，热锻是
在高于坯料金属的再结晶温度上加工。有时还将处于加热状态，但温度不超过再结晶温度时进行的锻造称为温锻。不过这种划分在生产中并不完全统一。
1.3热锻的目的有三方面：
（1） 减少金属的变形抗力，因而减少坏料变形所需的锻压力，使锻压设
备吨位大为减少；
（2） 改变钢锭的铸态结构，在热锻过程中经过再结晶，粗大的铸态组织
变成细小晶粒的新组织，并减少铸态结构的缺陷，提高钢的机械性
能；
（3） 提高钢的塑性，这对一些低温时较脆难以锻压的高合金钢尤为重
要。[模锻是使用锻模对毛坯进行成型锻造，它的精度较高，只需要少
量的切削加工，或者不需要切削加工，就可以获得精确的尺寸，效率非
常高。但需要制造模具和要求较高的锻造设备，因此初期投入较大，适
合大批量的生产。主要设备有摩擦压力机，平锻机，水压机，油压机等。
1.4我国锻造模具发展现状和趋势
锻造加工作为制造业的一个重要分支，广泛应用于工业制造中。锻造产品主要用于汽车、飞机、机车车辆、工程机械、石化通用等行业，汽车用锻件占到总量的90%。按重量计算，汽车零件中有17~19%的锻件。锻件也是汽车零部件中的“保安件”，汽车发动机所使用的曲轴、连杆、凸轮轴，前桥所需的前梁、转向节，后桥使用的半轴、半轴套管、桥箱内的传动齿轮等等，都是关系汽车安全运行的保安关键锻件。2003我国年的锻件产量为300万吨左右，模锻件产量为200万吨左右。我国是锻件生产大国，锻件产量居世界第一。 随着中国汽车工业的进一步发展，锻件的需求量会持续增长。
为提高市场竞争力，企业对模具的要求也越来越苛刻。用户不只是希望模具的成型精度和表面质量满足需求，使用寿命长，还特别要求尽量缩短模具交货周期以缩短其产品开发周期。为了适应市场要求，新的加工理念，逐渐改变传统模具制造的工艺方式，现代高速、高效的数控铣削加工方法的应用，大大提高了模具制造的精度和效率。模具制造进入一个以模具计算机辅助设计、辅助制造为主的新阶段，CAD/CAM技术在锻模开发过程中得到了极为普遍的应用。
中国模具行业与发达国家相比存在着开发技术不成熟、产业化程度不高、专业化分工不细和人才匮乏等问题；而且，目前国内模具材料市场仍落后于模具工业的需要，主要是模具材料品种少、质量低和中低端产品供大于求等问题；以上原因最终导致国内锻造企业使用的模具失效频繁、模具的锻打寿命不高，从而使模具成本提高，最终影响到企业的整体经济效益。因此，锻造企业始终千方百计地寻求降低成本的方法。修复废旧模具、提高模具寿命就成为降低锻造成本的重要途径之一。
2. 课题的分析拟定
2.1零件的工艺性分析
由图1-1可知，该零件为锤模锻件，普通级精度，用半连续式炉加热，该零件材料45#,轴类零件的最大厚度为62.05mm, 最小厚度为30.4mm ，该零件属于轴类零件，锤锻时打击方向一致，金属沿长宽高方向同时流动。对于体积小，形状简单的轴类零件，可由原始坯料直接锻造成形。
其模锻的基本工艺路线：镦粗—终端
图1-1
2．1.1制件的技术要求
a) 未有注出模斜度7°，R5
b) 正火dB≥3.9(HB≤241)
c) 毛刺≤1，孔内≤2
d) 表面缺陷：不加工面≤1，加工表面≤实际余量的½
e) 错差≤1
f) 尺寸按交点注
g) 未注公差尺寸不检查
2．1.2确定工艺方案
由零件图可知零件有孔，属于轴类锻件。锻件中需设置毛边槽，所以该锻件的工艺方案如下：在机械化炉中预热——用1000t 剪床剪切下料——在半连续式炉中加热——用2t 锤上模锻（镦粗、终锻）———正火——在酸洗槽中清理。
表2-1 工艺卡
3. 制定锻件图
3.1确定分型面
锻模的分模面是指上下锻模的分接面。分模轮廓线是指终锻模膛分模面与锻件轮廓交线。分模面的选择应按以下原则进行：
（1）要保证模锻件能从模膛中顺利取出，并使锻件形状尽可能与零件形状相同，一般分模面应选择在模锻件最大水平投影尺寸的截面上。
（2）按照选定的分模面制成锻模后，应使上下模沿分模面的模膛轮廓一致，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象。
（3）最好使分模面为一个平面，并使上下锻模的模膛深度基本一致，差别不宜过大，以便均匀充型。
（4）选定的分模面应使零件上所加的熬料最少。
（5）最好把分模面选取在能使模膛深度最浅处，这样可使金属很容易充满模锻，以便取出锻件。
按上述原则综合分析，该工件高径比H/D=112/217
模，根据零件形状知道，分模面选在最大直径处，即约距最下端48㎜处，即用图中的A-A 面为分模面最合适。
参照零件图选择分模面最合理，如下图：
3.2确定加工余量和公差
模锻件水平方向尺寸公差见下表3-1，
表3-1
模锻件内外表面的加工余量见表3-2