3.3金属塑性成形工艺设计

5.确定锻造温度范围及加热冷却规范 （1）锻造温度范围：对于45号钢
始锻温度：1200℃，终锻温度：800℃ （2）加热：箱式加热炉（煤、油或电能） 可将冷的坯料直接送入高温的加热炉中，提高生产率。 （3）冷却： 空冷： WC≤0.5%的碳钢 及WC≤0.3%的低合金钢中、小锻件一般采用空冷。
6.选择锻造设备 （1）选择依据：锻件重量、类型和尺寸。
A
U
T
S
3.计算毛坯重量
m0=（md+mc+mq）（1+δ） 式中 m0 —— 毛坯重量（kg） md ——锻件重量（kg） mc —— 冲孔芯料重量（kg） mq —— 切除料头重量（kg） δ—— 烧损率，燃料加热一般取2％~3％， 电加热取0.5%~1%。
4.计算毛坯尺寸
当锻造的第一工序为镦粗时： 则坯料直径：D0≥0.8 3 当锻造的第一工序为拔长时： D0≥ Y Dmax D0 — 毛坯直径（mm）； V0 — 坯料的体积（mm3）； Dmax— 拔长后锻件的最大直径（mm）； Y — 锻造比。
外壁斜度5º 或7º ，内壁斜度7º 或10º
★
★
圆角半径:所有转角都应为圆角。
内圆角r =1 ~ 4mm，外圆角R =(3 ~ 4)r
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齿轮锻件图
A
U
T S
2.确定模锻工步
盘类（齿轮、法兰等）：
镦粗制坯+（预锻）+终锻 轴类（曲轴、连杆等）：
拔or滚or弯制坯+预锻+终 锻 3.计算坯料尺寸：根据锻件质量和加热、 锻造过程中的损耗计算。（略）
连续模---在冲床一次行程中，在模具不同工
（级进模） 上同时完成多道冲压工序的冲模。 特点：结构简单，生产效率高，
复合模---在冲床的一次行程中，在模具的同一 工位上同时完成多道冲压工序的冲模。 特点：生产效率高但模具结构复杂，通常用于冲孔与 落料、落料与拉深等少量工序的复合， 适合大批量生产高精度的冲压件。
7.零件结构的模锻工艺性
①应有合理的分模面，保证锻件从模膛中取 出又利于金属填充、减少余块和易于制模。 ②与分模面垂直的非加工面应有结构斜度， 以利于从模膛中取出锻件。 ③应避免肋的设置过密或高宽比过大，以利 于金属充填模腔。 ④应避免腹板过薄，以减小变形抗力及利于 金属充填模腔。
⑤应尽量避免深孔或多孔结构。以利于制模 和减少余块。
落 料 凸 模 导 正 销
冲孔 凸模
凸 模
凹 模
凹 模
凸凹模
连续模 A 择：
考虑冲压件的形状、尺寸、精度及生产批量等。
1）简易模：用于新品种试制或小批量生产
①镶块式模；
②柔性模；
③低熔点合金模。
2）高精度冲模：用于精密冲压件。
6.零件结构的冲压工艺性
(1)冲压件材料： 应尽量选用价格较低的材料， 并充分利用边角余料，以降低材料费。 (2)冲压件的精度和表面质量： 冲压件的精度要求不应超过冲压工艺所能达 到的一般精度， 以减少制模成本和工序数。
(2)弯曲件毛坯长度计算：
弯曲件毛坯长度为弯曲件的直线部分和弯曲部分的 中性层长度之和。
3.拉深工艺设计
（1）拉深间隙Z：即拉深模具中凸模和凹模之间的 单边径向间隙。 （2）凸、凹模直径：当要求拉深件外形正确时，凹 模直径应等于拉深件外径，凸模直径为凹模直径 减去间隙值。当要求拉深件内形正确时，凸模直 径应等于拉深件内径，凹模直径等于凸模直径加 间隙值。 （3）毛坯直径计算：毛坯直径通常是根据拉深件与 坯料表面积相等的原则计算得出的。 （4）拉深次数确定：当拉深件的拉深系数小于极限 拉深系数时，须采用多次拉深工艺。
设备吨位大小要适当，既不能造成能量的过分浪费， 又要保证锻件能充分锻透。
（2）确定方法：理论计算法和查表法。
目前生产中比较实用的是查表法，可根据锻件大小 和形状查表选择锻锤的吨位。 工艺设计还包括选用工夹具、确定加热设备、制 定加热及冷却规范、热处理工艺等内容，最终需将 设计结果填写在工艺卡片上。
7.零件结构的自由锻工艺性 ①应避免锥形、楔形， 尽量采用圆柱面或平行平面,以利于锻造。 ②各表面交接处应避免弧线或曲线， 尽量采用直线或圆，以利于锻制。 ③应避免肋板或凸台， 以利于减少余块和简化锻造工艺。 ④大件和形状复杂的锻件， 可采用锻-焊、锻-螺纹联接等组合结构， 以利于锻造和机械加工。
3.3 金属塑性成形工艺设计
3.3.1 自由锻工艺设计 主要内容：
①绘制锻件图； ②确定变形工序； ③计算坯料的重量和尺寸； ④确定加热温度及冷却方式； ⑤选定锻造设备等。
1.绘制锻件图
锻件图＝零件图 + 余块 + 加工余量 + 锻造公差 绘制方法：一般用粗实线画出锻件最终轮 廓,用双点划线画出零件的主要轮廓形状 。在尺寸线上方或左面标注锻件的尺寸与 公差；在尺寸线下方或右面用圆括号标出 零件尺寸。
3）拉深件的形状和尺寸
拉深件形状：拉深件形状应力求简单、对称， 尽量采用回转体，尤其是圆筒形，并尽量 减少拉深件深度，以利于制模和减少拉深 次数。 拉深件转角：拉深件各转角的圆角半径不宜 过小，以免增加拉深次数和整形工序。 孔的位置：拉深件上的孔应避开转角处，以 防止孔变形或利于冲孔。
4）采用组合工艺或切口工艺 形状复杂件和大件 可采用冲-焊、冲-铆接、 冲-螺纹联接等组合工艺。 形状复杂件还可采用切口工艺。 优缺点: 以简化模具结构和冲压工艺，省工省料； 但制件的结构刚性较差。
3.3.3 冲压工艺设计
冲压工艺设计包括冲裁、弯曲、拉深等工序中的工 艺设计以及冲压工序选择、模具选择等。
1.冲裁工艺设计 (1)落料模刃口尺寸: 落料件尺寸取决于凹模刃口尺寸， 且随着凹模磨损刃口尺寸会增大； (2)冲孔模刃口尺寸: 由于制件孔的尺寸取决于凸模刃口尺寸, 且随着凸模磨损刃口尺寸会减少。
7.冲压工艺设计示例
(1)零件结构分析 (2)冲裁间隙 (3)模具刃口尺寸 (4)冲压工序选择 1)工序类型，2）工序顺序。 (5)模具类型
例：如图所示的轴，批量为10件/月，材料为45号钢。
安徽工程科技学院机械系 2.确定变形工序 锻造变形工序应依据锻件的形状、尺寸、 技术要求、生产批量和生产条件等综合考虑 。 一般来说，盘类锻件以镦粗为主，轴杆类 锻件以拔长为主，空心件肯定要冲孔(大孔还 需要进一步扩孔)，弯杆少不了弯曲。各类自 由锻件的基本变形工序方案见表3-8。
V0
根据算出的坯料重量可算出坯料的体积， 坯料的尺寸则取决于第一工序的性质。 若是镦粗，则坯料的高径比不应超过2.5（以 免镦弯），但要大于1.25（使下料方便）； 若是拔长，则按锻件的最大截面（最小变形） 处满足锻造比要求来选择坯料尺寸。 最后所确定的坯料直径或边长应为标准值(市 场可买到），再按体积计算坯料的长度，即： L0＝V0/F0 ＝ 4 V0/D02 采用钢锭为坯料的大型锻件，则根据算出的 坯料重量选取标准钢锭。
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确定新制凸模、凹模尺寸的基本原则为： 落料→以凹模为基准，凹模尺寸接近于落料件的最 尺寸，凸模比凹模缩小一个最小间隙值；
冲孔→以凸模为基准，凸模尺寸接近于冲孔件的最 大尺寸，凹模比凸模放大一个最小间隙值。
A
U
T
S
2.弯曲工艺设计 (1)凸模圆角半径rp：
一般情况下，凸模圆角半径取等于或略小于工件内 侧圆角半径r。当工件圆角半径较大时且精度较高时， 应进行回弹计算。
3.3.2 锤模锻工艺设计
主要内容： 1、绘制模锻件图； 2、计算坯料的重量和尺寸； 3、确定模锻工步； 4、选择锻压设备； 5、设计锻模模膛； 6、确定锻造温度范围、加热和冷却规范。
1.绘制模锻件图
模锻件图＝零件图+分模面+加工余量+模锻斜度 +冲孔连皮+余块+圆角+公差 ★分模面（上、下模的分界面） 选择原则： A. 应选在锻件最大截面处，以利锻件脱模; B. 尽量选用平面，以简化模具结构、方便制造; C. 应选在上、下模膛轮廓相同的位置上，以便 于及时发现错模； D. 选在模膛深度最浅且上、下模深度基本一致 的位置，以便于金属充满模膛。
(3)冲压件的形状和尺寸 1)冲裁件的形状和尺寸
落料件的外形和冲孔件的孔形 均应简单、对称， 落料件形状还应使排样时废料较少。 冲裁件的各边交接处应采用圆弧过渡， 以防止模具相应部位易于磨损或产生应力集中。 冲裁件孔径和孔边距不得过小， 以防止凸模刚性不足或孔边冲裂
2） 弯曲件的形状和尺寸
弯曲件的形状：弯曲件的形状应力求简单、
对称，尽量采用V形、Z形等简单、对称的 形状，以利于制模和减少弯曲次数。 弯曲半径：弯曲件的弯曲半径不应小于最 小弯曲半径，以防止弯曲处开裂：但也不 宜过大，以免因回弹量过大而使制件精度 降低。
弯曲边高度h：弯曲件的弯曲边不应过短， 以利于弯曲成形：不允许增加弯曲边高度h 时，可在弯曲后再切短或先预压工艺槽后 再弯曲。 防止孔变形：带孔工件弯曲时，孔的位置应 避开变形区，或在孔附近预冲工艺孔、槽， 以免弯曲时孔变形。 防止撕裂：仅有局部弯曲的工件，应在交接 处冲孔、以避免产生应力集中而撕裂。
4.冲压工序选择
（1）工序类型的选择： 主要根据冲压件的形状、尺寸等确定。查表 （2）工序顺序： 主要根据零件的结构形状和模具类型确定。 带孔平板件采用单工序模时一般先落料后冲孔， 采用连续模时则须先冲孔后落料。 带空的弯曲件或拉深件应先弯曲或拉深后再冲孔， 以防孔变形。 形状复杂的弯曲件一般先弯两端和两侧， 后弯中间部分。
4.选定模锻锤吨位：根据锻件质量查表确定。 5.确定锻造温度范围、加热和冷却规范。
6.修整工序:
即模锻件成形后提高精度和表面质量的工序。
①切边：即带飞边的模锻件终锻后切除飞边的工序。 ②冲连皮：即带孔的锻件经终锻后，冲除孔内连皮 的工序。 ③校正：即为消除锻件在锻后产生的弯曲、扭转等 变形，使之符合锻件图技术要求的工序。 ④热处理和清理：模锻件经过修整后，一般还需通 过热处理和清理。 采用正火或退火，细化晶粒； 清理表面缺陷或氧化皮。