锻模设计含实例
齿轮轴锻造工艺设计经典案例
R2
φ50 +1.9 -0.9 (40)
技 术要求
1.未注明圆角半径R3mm； 2.错差公差1.4mm； 3.残飞边公差1.4mm； 4.锻件热处理在粗加工后进行
四、设备吨位的计算
计算锻件的主要参数
1. 锻件在平面上的投影面积： 2.锻件毛边面积为： 3.锻件体积为： 4.锻件的质量为：
五、确定飞边槽的形式和尺寸
齿轮轴锻造工艺 设计经典案例
目录
1.零件的尺寸图及设计要求 2.零件的三维建模 3.绘制锻件图 4设备吨位的计算 5.确定飞边槽的形式和尺寸 6.绘制计算毛坯图 7.确定变形工步 8.坯料尺寸的确定 9.热锻件图尺寸的确定 10.钳口设计 11.拔长型槽的尺寸设计计算 12.闭式滚挤型槽设计 13.终锻型槽的尺寸设计与计算 14.模块结构图 15.参考文献
小组成员及贡献：
1.王伟超：主要负责锻造工艺制定和锻模设计，做 三维图和动画 90 2.段晓森：主要负责PPT的制作和二维制图 85 3.康冬：主要负责查资料和进行相关计算 85 4.高冬：主要负责绘制三维图和二维零件图 80
谢谢
177 (171)
28.5°
R6
计算后尺寸直接体现于图中
73 (70)
R7
R10
φ86 +2.1 -1.1 (80.96)
120
φ86 +2.1 -1.1 (70)
333 (325)
φ86 +2.1 -1.1 (77) φ71 +1.9 -0.9 (65)
R2
75 31 (29)
φ60 +1.9 -0.9 (54)
一、零件的尺寸图及设计要求
172 58
12.5
某锻压模课程设计计算部分(含部分公式)
凸凹棋固定板、卸料饭、推件块等的材料选用45钢。
工作时.条料由卸料饭4 上面送人。
没有导料销。
依靠目测来定位。
上棋下行卸料板4与推件块15压紧板料，然后凸凹模3与落料凹模5完成落料工作，同时端部呈锥形的翻孔凸模7进行冲穿孔。
上模继续下行，工件在推件块的压紧状态下进行翻孔。
当翻孔结束时，翻孔凸模与凸凹模进行挤切修边。
上模回升时，由卸料板及推件块完成卸料，挤切修边废料从凸凹模孔口内落下，至此整个冲压工序完毕。
6.2.5、落料、冲孔、翻边成形复合模工件名称:防尘盖生产批量:大批童材料:10钢 厚度t = 0 . 3mm工件简图:如图6-27所示6.2.5.1冲压件的工艺性分析该工件是KZI-4.5角接触球轴承中的防尘盖，加工该工件需内孔翻边和浅拉深起伏。
一般冲制这种工件采用落料、冲孔和翻边成形两道工序来完成。
这种加工工艺中存在下两个主要问题:①落料在翻边成形之前，直径为"ф98.9mm 的凸缘容易在钱拉深后变得周边不齐;②在第二道工序中，操作者须将手放入模具内，不安全。
因为该工件是轴对称件，材料厚度仅为0. 3mm ，冲裁性能较好。
为了减少工序数，经对该工件进行详细分析并查阅有关资料后，可采用如图6-29所示复合模一次压制成形。
该工艺特点是首先进行冲孔，在翻遍成形，最后落料。
采用这种方法加工的工件外观平整、毛刺小、产品质量较高，而且大大提高了生产效率，也解决了操作者将手放入模具内的不安全问题。
6.2.5.2 主要工艺参数计算1.毛坯的尺寸计算（1）毛坯翻边预制孔直径d 0 由式（5-16）可计算出预制孔直径。
d 0 =D-2( H-0.43r-0.72t )D ——翻边直径（按中线计）（mm ）H ——翻边高度（mm ），H=3.5mmr ——竖边与凸缘的圆角半径（mm ）,r =0.5mmt ——料厚（mm ）， t = 0.3mm 。
D =87.7mm+0.3mm = 88mm则 d 0 =88mm - 2×(3.5-0.43×0.5-0.72×0.3)mm =81.55mm(2) 毛坯的直径D 0 按等面积原则，用解析法求该工件的毛坯直径 .D 0 。
锻模设计(含实例)
• 针对加工精度不足的问题：在加工锻模时，需要采用高精度的加工设备和方法 ，保证加工精度。例如，可以采用数控加工中心进行加工，以保证尺寸精度和 表面粗糙度符合要求。
自动化制造
通过数控机床和机器人技 术实现锻模的自动化加工 和装配，提高生产效率。
智能化监控
利用传感器和监控系统对 锻模使用过程进行实时监 测和预警，延长使用寿命。
05
锻模设计中的问题与解决方 案
锻模设计中的常见问题
材料选择不当
01
在锻模设计中，材料选择是非常关键的。如果 材料硬度、耐磨性和耐热性等性能不符合要求，
强度计算
根据模具的工作条件和材料特性，进行强度计算，以确保模具在工作过程中不会 发生破坏。
锻模设计的工艺要求
适应工艺要求
锻模设计应满足锻造工艺的要求，如成形件的结构、尺寸、精度等。
材料选择与热处理
根据模具的工作条件和要求，选择合适的材料，并进行相应的热处
锻模设计实例
高强度钢
采用高强度钢作为锻模材料，提高其耐磨性和抗疲劳性能。
硬质合金
在特定区域使用硬质合金材料，增强锻模的耐热性和硬度。
复合材料
利用复合材料的特点，如低热膨胀系数和良好的耐磨性，优化锻模设计。
锻模设计的智能化与自动化
01
02
03
智能化设计
借助人工智能技术，自动 优化锻模设计方案，减少 人为因素导致的误差。
会导致锻模寿命缩短，甚至引发安全事故。
热处理工艺不成熟
03
热处理工艺对锻模的硬度和耐磨性等性能影响 很大，如果工艺不成熟，会导致锻模性能不稳
常啮合齿轮锻件锻模设计案例
常啮合齿轮锻件锻模设计案例一、常啮合齿轮零件图：零件材料为18CrMnTi二、制定锻件图根据零件图制定锻件图1、确定分型面位置常啮合齿轮的高径比为H/D=55/178=0.31＜1，属短轴线类锻件，因此取径向分模，根据零件形状，分模面取在最大直径处1/2高度的位置。
2、公差和加工余量加工余量的确定与锻件形状的复杂程度、成品零件的精度要求，锻件的材质，模锻设备，工艺条件，热处理的变形量，校正的难易程度，机械加工的工序等许多因素有关。
因此在确定加工余量时通常要与加工部门协商。
为了将锻件的脱碳层和表面的细小裂纹去掉，必须留有一定的加工余量。
（1）锻件形状复杂程度：锻件形状复杂程度用锻件形状复杂系数S表示。
它是锻件质量m与锻件外廓包容体质量m1之比，即S=m/m1，锻件形状复杂系数分为4级：薄圆盘或法兰锻件当圆盘厚度和直径之比t/d≤0.2时，采用S4级。
（2）锻件的材质锻件的材质将影响锻件的公差和机械加工余量，锻件的材质的影响用锻件的材质系数M表示，常见金属材料的材质系数见下表（3）锻件的公差和机械加工余量与锻件的质量有关，可按零件图基本尺寸估算机械加工余量，绘制初步锻件图并估算锻件质量。
按估算的质量查表确定锻件的公差和机械加工余量，再修正锻件图。
估算锻件质量约为5.2Kg，外廓包容体体积为12.05Kg；零件材料为18CrMnTi，材质系数为M1，形状复杂系数为：S=m/m1=5.22/12.05=0.433式中：m—锻件质量；m1—锻件外廓包容体质量即复杂系数为二级；零件加工精度为一般加工精度，锻件在煤气加热炉中加热。
查手册可知，水平及高度方向的单边加工余量为2.0～2.5mm,取2mm ； 查下表，内孔单边加工余量为2mm 。
锻件内孔直径的机械加工单边余量孔径/mm孔深/mm＜6363～100100～140140～200200～280＜25 2.0 - - - - 25～40 2.0 2.6 40～63 2.0 2.6 3.0 63～100 2.5 3.0 3.0 4.0 100～160 2.6 3.0 3.4 4.0 4.6 160～2503.03.03.44.04.6零件尺寸加上加工余量得到锻件尺寸，径向尺寸：φ48-2X2→44, φ178+2X2→182，高度尺寸：55+2X2→59, 45+2X2→49，30+2X2→34由锻件尺寸查表可确定锻件各尺寸的公差：8.07.144+-φ，4.22.1182+-φ，0.25.049+-、1.27.059+-、0.25.034+-3、模锻斜度外模锻斜度与零件图上一致，取α=7°，内模锻斜度取β=10°4、圆角半径：（1）作用：使金属容易充满模膛，起模方便，保证锻件质量，减缓锻模外圆角磨损，延长模具使用寿命。
第八章 锻模设计
（3）轮毂高且有内孔和突缘的锻件（图8-1）： 为保证锻件充满型腔，并便于毛坯在终锻模膛中 定位平稳，宜用成形镦粗。 镦粗后的毛坯尺寸应满足： H’1 > H1，D’1 ≤ Dl，d’ ≤ d。
二、长轴类锻件制坯工步的选择
1．制坯工步的选择
①长轴类锻件分为： 直长轴线、弯曲轴线、带枝芽的和叉形件。 ②长轴类锻件的模锻工序： 拔长、滚挤、弯曲、卡压、成形等制坯工步和预锻 及终锻工步所组成。
图8-9是一种新的设计方法： ①根据终锻模膛宽度B确定预锻模膛的宽度B1， B1=B+(10～20)mm。 ②作圆弧，使面积 A1＝（1.0～1.1）A。 令B1>B的目的是：使终锻时首先产生飞边，然后充 满模膛。 实践证明，采用新方法设计的预锻模膛，避免了涡 流和穿肋的产生，提高了锻件质量，方便了模膛制造。
①一般情况下，用图8-7a形式， ②叉部较窄时，用图8-7b形式。
α = 10°～45°时，按下式确定有关尺寸 A = 0.25B 8<A<30 h = （0.4～0.7）H α > 45°时，采用图8-7b形式。
6．带工字形断面的锻件 各种连杆锻件，根据肋的相对高度，采用图8-8所示 方法来设计预锻模膛。
3．圆角半径 预锻模膛内的圆角半径应比终锻模膛的大，目的是减 小金属流动阻力，促进肋部预锻成形，防止产生折叠。 圆角半径R’： R’= R+c 式中 R —— 终锻模膛相应部位 上的圆角半径； c—— 系数。 终 H<10mm，c=2； 锻 H=20~25mm，c=3； 模 H=25～50mm，c=4； 膛 H>50mm，c=5。 深
二、预锻模膛的设计 1．宽度应小1～2mm。 ②预锻模膛不设飞边槽，模膛横截面面积稍大于终锻模膛。
锻模设计
R1
R
图8.19 带高肋锻件预锻模膛
返回
8.3 制坯工步的选择及制坯模膛设计
8.3.1圆饼类模锻件制坯工步选择
圆饼类模锻件一般使用镦粗制坯，形状复杂的 宜用成型镦粗制坯。不过在特殊情况下，也有用 拔长、滚挤或打扁制坯的。
表8.5 圆饼类锻件制坯工步示例
序号 锻件简图 变形工步 自由镦粗 镦粗 说明 一般齿轮锻件
图8-16
计算毛坯图
2、计算平均直径
将计算毛坯的体积除以模锻件长度或模锻 件计算坯料长度，可得到平均截面积，再确定 其计算平均直径。
3、确定计算毛坯的头部及杆部
将平均截面积和平均直径在图上用虚线绘出。 凡是大于平均直径的部分称为头部，反之称为杆部。 如果选用的坯料直径恰与计算毛坯的平均直径 相等，并且不制坯，模锻时将导致头部金属不足而 杆部金属多余。 应选择合适的坯料直径和制坯工步。
图8-1
开式模锻成形过程的金属流动
1、锻粗阶段： 锻粗阶段是开式模锻的第一阶段。压 下量△H1，模锻力为P1（见图6.5）。此 时整个坯料都产生变形，在坯料内部近似 存在分流面。分流面外的坯料金属流向法 兰部分，分流面内的金属流向凸台部分。
2、充满模膛阶段：
充满模膛阶段是开式模锻的第二阶 段。压下量△H2，模锻力为P2（见图 6.5）。这时下模膛已经充满，凸台部 分尚未充满，金属开始流入飞边槽。随 着桥部金属变薄，金属流入飞边的阻力 增大，迫使金属流向凸台和角部，直到 完全充满模膛，变形区仍然遍布整个坯 料。
楔铁
图8.30
定位键块
多模膛锻模
2 模膛的布排
1)终锻与预锻模膛的布排：
（1)锻模中心与模膛中心 锻模中心：锤锻模的紧固一般都是利用楔铁 和键块配合燕尾紧固在下模。锻模中心指锻模 燕尾中心线与燕尾键槽中心线的交点，它位于 锤杆轴心线上，应是锻锤打击力的中心（参见 图8-26）。
典型精锻模设计实例第一讲精锻模设计基础_2_王以华
图 (# 等温条件下 %&’()*’(+’-<= 合金变形抗力 与变形温度和变形速度的关系
为了更直观地比较普通模锻和等温模锻，可以参见 表 ( 、图 7 ，毛坯材料为 %&’()*’$+。
表 ’! 普通模锻和等温模锻的比较
模锻方法 模具温度 ! / 毛坯温度 ! / 普通模锻 等温模锻 :.. 3 2.. 7(. 3 ,0. 7(. 3 ,0. 7(. 3 ,0. 变形速度 ! 88・9 ? 1 2. ." .$ （ 下死点附近）
技术讲座 !"#$%&# ’"#()*"
典型精锻模设计实例 ’
第一讲 % 精锻模设计基础 （!）
上海交通大学! ! ! ! ! ! ! ! 上海保捷汽车零部件锻压公司! 上海桦厦实业公司! ! ! ! ! ! （ "#$%$% ） ! 王以华 ! ! ! ! ! ! ! ! （ "#$%$% ） ! 张海英 ! 周! 煊 ! 王 ! 黎 （ "##$"# ） ! 林 ! 健! 吴振清! ! ! !
热加工
7: 热处理! 锻压! 铸造! "##$ 年第 % 期 !!!" "#$%&’&()" $*"" $’#
技术讲座 !"#$%&# ’"#()*"
近年来研制的陶瓷材料的模具也有应用。
棘手问题需要解决：!毛坯的多余材料造成锻造设备的 过载。"锻件厚度公差的控制。 为解决上述问题，人们做了长期研究，下面介绍无 飞边模锻中闭式模锻研究的一些最新成果。 无飞边模锻的模具结构如图 + 所示。其特点是凸凹 模间间隙方向与模具运动方向平行。在模锻过程中间隙 的大小不变。由于间隙很小，金属流入间隙的阻力一开 始就很大，这有利于金属充满模膛。 无飞 边 模 锻 的 优 点是： ! 有 利 于 金 属 充满 模 膛，锻 件 的 精 度较 高。 " 减 小 了 飞 边损 耗，不 需 要 切 边 设备，有 利 于 节 能 降 耗。# 无 飞 边 模 锻 时 金属 处 于 明 显 的 压 应
锻模设计(含实例)
5
二、 模锻方法
单件模锻： 一个坯料锻一件，一般用于较大锻件的锻造。 调头模锻 ：锻制锻件重 2～3kg ，长度<350mm 。
调 头 模 锻
一 模 多 件
多 件 合 锻
一模多件 ：一锻模内一次2～3锻件，重量<0.5kg、长度<80mm
第二节
模锻模膛设计
一 开式模锻的变形特征
开式模锻：在锻件周围形成横向飞边的模锻； 闭式模锻：在锻件周围不形成横向飞边仅形成小的 纵向飞边的模锻
K 值越大，表明杆部锥度大，小头和杆部金属过剩； G 值越大，制坯难度加大。
(4) 根据繁重系数确定制坯工序的初步 方案
长轴类锻件可根据 计算出的繁重系数在右 示经验图表中查出制坯 工序的初步方案，再依 据生产试验修改确定。 图中： 不—表示无需制坯工序； 卡—需卡压制坯； 开—需开式滚挤制坯； 闭—需闭式滚挤制坯。
制坯使坯料变成易于终锻成形的毛坯。包括镦 粗、拔长、卡压、滚挤、弯曲和扭转等
一、 圆饼类锻件
采用镦粗制坯或成形镦粗制坯。
锻件
毛坯
轮毂较矮
轮毂较高
中间毛坯尺寸满足： 中间毛坯尺寸满足： （D1＋D2）/2＞D镦＞D2 D 1＞ D 镦＞ D 2
轮毂高，凸缘大 有内孔，采用成形镦粗 中间毛坯尺寸满足： H’1 ＞H1，D’1≤D1， d ’≤ d
东风汽车公司锻造厂用的热模锻压力机 吨位主要有1200、800、400、200MN（1MN =106 N）等。
2、平锻机吨位 经验公式： F = 57.5kA，kN。 式中 k —材料系数。 取 k = 1.0～1.3；
第六节
锻模结构设计
锻模有整体式、镶块式两种。模具块、镶块常用 5CrNiMo、4Cr5MoSiV(H11)、4Cr5MoSiV(H13) 等热作模具钢加工成。 整体模具块、镶块一般用楔铁和燕尾槽安装在模架上。
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最终热处理、
校正、清理和
检验。
加热
制坯
加热
模锻
清除氧化皮
切边 冲切孔内连皮
热处理 去毛刺 热校正
表面清理
冷校正
工艺流程图
最终检验
冷精压
模锻工艺与锻模设计内容
1、产品工艺分析； 2、绘制模锻件图 (冷锻件图)； 3、确定模锻工序； 4、编制工艺流程； 5、填写工艺卡； 6、锻模设计（据热锻件图）。
120MN热模锻压力机锻造生产线（前轴）
下料 1250T剪
床
加热（1240℃） 感应加热炉
辊锻制坯（二道） ø930辊锻机
模锻成形（弯、预、终） 120MN热模锻压力机
切边 1250T压床
校正压平 1600T液压机
热处理 调质
清理 酸洗
校正 100T液压机
前轴是汽车中最重最大的锻件，原采用合金调质钢，经淬 火、高温回火处理，每吨前梁热处理加热耗电达600KWh。 采用低碳低合金空冷贝氏体钢，锻后无需热处理。
金属继续流向模膛深处和圆角处， 直到整个模膛完全充满。金属受三 向压应力状态，变形抗力急剧增大。
第Ⅳ阶段(打靠合模)
继续压缩至上下模接触即打靠。 变形仅发生在分模面附近的区域内， 处于最强的三向压应力状态，变形 抗力也最大。此阶段的压下量小于 2mm，它消耗的能量却占总能量的 30%～50%。
二、终锻模膛设计
预锻、终锻模膛的斜度相同。
3、 圆角半径：
（C=2～5mRm R; 模 c深大，取上限）
４、 带枝芽的锻件，预锻模膛的枝芽形状可简化
枝芽连接处的圆角半径适当增大，必要时在分模 面上增设阻尼沟，以增大金属流向飞边的阻力．
５、 叉形锻件的预锻模膛设计
叉间距离不大时，必须在预锻模膛中使用劈料台。 依靠劈料台把金属挤向两侧，流入叉部模膛内。
锻模设计
终锻模膛设计
绘 确编 制 定制
预锻模膛设计
飞边槽设计
锻 模
热 锻
模工 锻艺
制坯模膛设计
结 构
件 工流 图 序程
切边模设计
钳口设计
设 计
校正模设计
第一节 模锻工艺方案的选择
一、模锻工艺过程的制定
备料
原则：技术可行性；
经济合理性。
工 序
模锻工步(工艺流程图) ： 间
检
先备料制坯，
验
后预锻和终锻，
1、模膛尺寸计算
热锻件图依据冷锻件图绘制。 热锻件图上尺寸比冷锻件图 中尺寸加大一个收缩率，
即 L l(1 %)
式中：δ—终锻温度下的
合金收缩率。 钢为 1.2％～1.5％。 从分模面起始标注模膛高度 尺寸。
2、飞边槽设计
一般只有终锻模膛设计 有飞边槽。一些复杂锻件， 预锻模膛也采用飞边槽。
开式模锻中的终锻模膛 由模膛本部和飞边槽两部分 组成。
纵向飞边的模锻
第Ⅰ阶段（镦粗）
毛坯上端面同上模膛表面 接触～毛坯被镦粗至鼓形侧面 同模膛侧壁接触。变形金属处
于较弱的三向压应力，F 较小。
第Ⅱ阶段（形成飞边）
金属流向模膛深处，又沿 垂直于作用力方向流向飞边槽， 形成少许飞边。变形抗力明显 增大，模膛内的金属处于较强 的三向压应力状态。
第Ⅲ阶段(充满型槽)
形式Ⅲ 用于形状复杂，坯料体 积不易计算准确的锻件。
3 、钳口设计 主要为终锻模膛和预锻模膛沿分模面上下局部加 工装配成的特制凹腔，作为钳夹操作空间。
三、预锻模膛设计（终锻模膛尺寸相应增、 减）
1、 模膛的宽与高
若终锻时以镦粗为主， 预锻模膛的高度应比终 锻模膛大2～5mm，宽度应小1～2mm。一般不
一般情况下采用图中a型；当α＞45°，叉部较窄
时，可使用b型，有关尺寸如下：
A=0.25B 8＜A＜30；h=(0.4～0.7)H；
α=10°～45°
劈料台
６、 H型截面锻件的预锻模膛设计
例如对带工字形断面的锻件，如各种连杆锻件， 根据肋的相对高度来设计预锻模膛。如右图 ： 当 h≤2b 时，B’= B－（2～3）mm;图a 当 h＞2b 时，B’= B－（1～2）mm;图b 预锻模膛舌形截面 B1=B+(10~20)mm
1） 飞边槽作用
Ⅰ 产生足够大的横向阻力，促使模膛充满。 热模锻压力机上模膛内横向阻力不太大。
Ⅱ 容纳坯料上的多余金属，起补偿与调节作 用。
Ⅲ 对锤类设备还有缓冲作用。
2）飞边槽结构形式与 尺寸
形式Ⅰ 使用广泛，桥部与坯料 接触时间短，能减轻桥部磨损。
形式Ⅱ 用于高度方向形状不对 称锻件。可简化切边冲头形状。
设飞边槽。预锻模膛的横截面积F预 应比终锻模 膛相应处截面积F终大1%～3%，或按下式计算：
F预=F终+（0.2～1）F飞
若经预锻的毛坯在终锻模膛中是以压入方式成形， 则预锻模膛的高度尺寸应略小于终锻模膛高度尺
寸，即h’=（0.8～0.9）h。
若高宽比h/b较大，取小的系数，反之，取大的系数。
2、 模锻斜度
5
二、 模锻方法
单件模锻： 一个坯料锻一件，一般用于较大锻件的锻造。 调头模锻 ：锻制锻件重 2～3kg ，长度<350mm 。
调头模锻
一模多件
多件合锻
一模多件 ：一锻模内一次2～3锻件，重量<0.5kg、长度 <80mm
第二节 模锻模膛设计
一 开式模锻的变形特征
开式模锻：在锻件周围形成横向飞边的模锻； 闭式模锻：在锻件周围不形成横向飞边仅形成小的
第三节 制坯工步的选择
制坯使坯料变成易于终锻成形的毛坯。包括镦 粗、拔长、卡压、滚挤、弯曲和扭转等
一、 圆饼类锻件
采用镦粗制坯或成形镦粗制坯。
锻件
毛坯
轮毂较矮
轮毂较高
中间毛坯尺寸满足： 中间毛坯尺寸满足：
D1＞D镦＞D2 （D1＋D2）/2＞D镦＞D2
轮毂高，凸缘大
有内孔，采用成形镦粗
中间毛坯尺寸满足：
2）弯曲轴线形
辊
图中为汽车前梁，是一 锻
个弯曲锻件。除了辊锻或拔长、
滚挤、卡压等制坯工步外，还
必须加一道弯曲工步才能得到
弯曲轴线。再经过预锻和终锻 弯
等工步成形。
曲
预 锻
终 锻
弯曲手柄的制坯工步
3) 带枝芽形 增加成形工步或非对称滚挤工步，充满枝芽 模膛。
4) 叉形件 需增加预锻劈叉工步， 形成叉形部分。
H’1 ＞H1，D’1≤D1，
d’≤d
二、 长轴类锻件
1、长轴类锻件的制坯工步
主要采用拔长(或辊锻)、滚挤、
弯曲、卡压、局部成形等制坯工步。
后再经过预锻和终锻等工步成形。
1) 直长轴线形
用拔长、滚挤、卡压或辊锻工
步等制成中间毛坯。 技术要点：
辊锻
中间毛坯长度=终锻模截面积。