锻造工艺与模具设计第5章 模锻成形工序分析

5.3.3 打击能量和模压力对成形质量的影响
1)在不加限程装置的情况下，打击能量(或模压力)合适时，成 形良好，而过大时则产生飞边，过小时则充不满。 2)闭式模锻时，对体积准确的坯料，增加限程装置，可以改善 因打击能量(或模压力)过大而产生飞边的情况，以获得成形良 好的锻件。 3)对机械压力机，由于行程一定，模压力大小和成形情况取决 于坯料体积的大小。
5.2 开式模锻
5.2.1 开式模锻各阶段的应力应变分析 5.2.2 开式模锻时影响金属成形的主要因素
图5-1 开式模锻时金属流动过程的三个阶段 a)镦粗阶段 b)充满模膛阶段 c)多余金属挤入飞边槽
5.2.1 开式模锻各阶段的应力应变分析
1.第Ⅰ阶段 开式模锻的第Ⅰ阶段是由开始模压到金属与模具侧壁 接触为止，这个阶段的变形犹如孔板间镦粗(在没有孔腔时犹如自 由镦粗)。 2.第Ⅱ阶段 在第Ⅱ阶段，金属也有两个流动方向：一部分金属 充填模膛；另一部分金属由桥口处流出形成飞边，并逐渐减薄。 3.第Ⅲ阶段 第Ⅲ阶段主要是将多余的金属排入飞边槽。此时流动 分界面已不存在，变形仅发生在分模面附近的区域内，其他部位 则处于弹性状态。变形区的应力应变状态与薄件镦粗相同，如图 5-4所示。
图5-17 闭式模 锻时金属分布 不均匀的情况
5.3.2 坯料体积和模膛体积偏差对锻件尺寸的影响
•闭式模锻时，忽略纵向飞边的材料损耗，如果坯料体积和模 膛体积之间存在偏差ΔV，则锻件高度尺寸将发生变化，其变化 量ΔH为 ΔH=4ΔVπD2(5-3) •影响ΔV的因素有两方面：一方面是坯料实际体积的变化，其 中主要是坯料直径和下料长度的公差、烧损量的变化、实际锻 造温度的变化等；另一方面是模膛实际体积的变化，其中主要 是模膛的磨损、设备和模具因工作载荷变化引起的弹性变形量 的变化、锻模温度的变化等。这些因素对ΔV值的影响，在具体 的生产条件下，都是可以计算或按统计数值估算的。
图5-5 模壁斜度对金属充填模膛的影响
图5-6 摩擦力对金属充填模膛的影响
2.飞边槽的影响
图5-7 飞边槽
图5-8 桥口有制动槽的飞边槽
图5-9 小飞边模锻
图5-10 小飞边模锻A处未充满情况
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图5-11 楔形飞边槽
图5-12 扩张型飞边槽
3.设备工作速度的影响
表5-1 设备工作速度对金属充填模膛的影响(单位：mm)
表5-2 打击能量和模压力对成形质量的影响
表5-2 打击能量和模压力对成形质量的影响
5.4 挤压
5.4.1 5.4.2 5.4.3
挤压的应力应变分析 挤压时筒内金属的变形流动 挤压时常见缺陷分析
5.4.1 挤压的应力应变分析
图5-18 正挤压时各变形区及 其应力应变简图
5.4.2 挤压时筒内金属的变形流动
第5章 模锻成形工序分析
5.1 概述 5.2 开式模锻 5.3 闭式模锻 5.4 挤压 5.5 顶镦
5.1 概述
模具形状对金属变形和流动的主要影响有如下几方面： (1)控制锻件的最终形状和尺寸 模锻用的终锻模膛决定了锻件最 终的形状和尺寸。 (2)控制金属的流动方向 由金属塑性成形理论可知，塑性变形时 金属主要是向着最大主应力增大的方向流动。 (3)控制塑性变形区 利用不同工具在坯料内产生不同的应力状态， 使部分金属满足屈服准则，而另一部分金属不满足屈服准则，即 通过塑性区和刚性区的合理分布，达到控制变形区的目的。 (4)提高金属的塑性 金属的塑性与应力状态有很大关系。 (5)控制坯料失稳，提高成形极限 长杆料顶镦时容易产生失稳而 弯曲，并可能发展成折叠。
图5-2 孔板间镦粗时各变形区的应力应变简图
图5-3 开式模锻时各变形区的应力应变简图
图5-4 模锻第Ⅲ阶段变形区及其应力应变简图
5.2.2 开式模锻时影响金属成形的主要因素
1.模膛(模锻件)尺寸和形状的影响 2.飞边槽的影响 3.设备工作速度的影响
1.模膛(模锻件)尺寸和形状的影响
(1)变形金属与模壁的摩擦系数 模膛表面粗糙度值较低和润滑 较好时，摩擦阻力小，有利于金属充满模膛。 (2)模壁斜度 为了便于锻件取出，模膛通常制成一定的斜度， 但是模壁斜度对金属充填模膛是不利的。 (3)孔口圆角半径 模具孔口的圆角半径R对金属流动的影响很 大。 (4)模膛的宽度与深度及模具温度 在其他条件相同的情况下， 模膛越窄时，金属流向模膛的阻力将越大，金属温度的降低也 越严重，故充满模膛越困难；模膛越深时，充满也越困难。
图5-14 闭式模锻各阶段
图5-15 充满阶段变形特点示意图
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3.第Ⅲ阶段——形成纵向飞边阶段
1)闭式模锻变形过程宜在第Ⅱ阶段末结束，即在形成纵向飞边 之前结束；应该允许在分模面处存在少量充不满或仅形成很小 的纵向飞边。 2)模壁的受力情况与锻件的高径比H/D有关，H/D越小，模壁受 力状况越好。 3)坯料体积的精确性对锻件尺寸和是否出现纵向飞边有重要影 响。 4)打击能量或模压力是否合适对闭式模锻的成形有重要影响。 5)坯料形状和尺寸比例是否合适、在模膛中定位是否正确，对 金属分布的均匀性有重要影响。
5.3 闭式模锻
5.3.1 5.3.2 5.3.3
闭式模锻的变形过程分析 坯料体积和模膛体积偏差对锻件尺寸的影响 打击能量和模压力对成形质量的影响
5.3.1 闭式模锻的变形过程分析
1.第Ⅰ阶段——基本成形阶段 2.第Ⅱ阶段——充满阶段 3.第Ⅲ阶段——形成纵向飞边阶段
图5-13 闭式模锻变形过程简图
1)第一种情况如图5-19a所示，仅区域Ⅰ内金属有显著的塑性变 形，称为剧烈变形区；在区域Ⅱ内金属变形很小，可近似地认 为是刚性移动。 2)第二种情况如图5-19b所示，挤压筒内所有金属都有显著的塑 性变形，并且轴心部分的金属比筒壁附近的金属流动得快，死 区比第一种情况大。 3)第三种情况如图5-19c所示，挤压筒内金属变形不均匀，轴心 部分金属流动得很快，靠近筒壁部分的外层金属流动很慢，死 区也较大。
图5-19 正挤压时金属在挤压筒内的流动情况 a)均匀流动 b)不均匀流动 c)最不均匀流动