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張宇 汽車離合器精密鍛壓模具設計 引言 鍛造是金屬加工方法之一，在現(xiàn)代制造業(yè)中占有重要地位。鍛造一般屬于體積成形，是通過金屬體積的轉移和分配，來獲得機械零件或接近于零件尺寸的毛坯，鍛造的產品稱為鍛件。模鍛是適合于大批量生產鍛件的鍛造方法。模鍛時，使用特制、開設有與鍛件形狀一致或相近的型腔（模膛）的鍛模，將鍛模安裝在鍛造設備上，金屬毛坯置于鍛模的模膛中，鍛造設備通過鍛模對毛坯施加載荷，是毛坯產生塑性變形，同時變形流動又受到模膛空間的限制。 金屬材料通過模鍛塑性成形，可以獲得形狀尺寸精確、表面光潔程度較高的鍛件，同時其內組織能夠得到顯著改善，使用性能得到提高。并且，模鍛具有很高的生產率，模鍛件機械加工余量較小，材料利用率較高；鍛件流線分布合理，零件使用壽命高；生產操作簡單方便。在工程應用中承受較大或復雜載荷的零件，常采用模鍛方法進行大批量生產。 模鍛成形在國民經(jīng)濟各個領域中得到廣泛應用。例如汽車、拖拉機、機械、航空、航天、軍工等領域，某些需要考慮形狀尺寸和內部質量的穩(wěn)定性，以及有某些特殊性能要求的零件，也經(jīng)常采用模鍛方法生產。由于社會需求和生產技術的進步，各種先進的、特殊的模鍛方法不斷產生和發(fā)展。例如精密模鍛、液態(tài)模鍛、粉末鍛造、擺動輾壓、自動輾環(huán)、高速模鍛、超塑模鍛等，所加工的材料，也從普通鋼和一般的有色金屬，發(fā)展到特殊鋼、高溫合金、鋁鎂合金、復合材料等。 鍛造是歷史久遠的生產行業(yè)，也是飛速發(fā)展的學科領域，從依靠簡單機械裝置驅錘的古老鍛造模式，發(fā)展到以高壓蒸汽、壓縮空氣、液體等多種介質驅動多種鍛造機器，使用多樣化模具體系進行的近現(xiàn)代化模鍛生產，進而到采用計算機控制的、全自動的、集成化模鍛生產線或柔性化鍛造加工系統(tǒng)，傳統(tǒng)的成產方式正在被先進生產方式改造、取代。因此鍛造工作者需要不斷“充電”來適應學科、行業(yè)的發(fā)展。 本次設計的主要是鍛模，是對于汽車離合器的精密鍛壓模具設計。由于能力和時間有限，又是初次設計與分析，沒有什么經(jīng)驗，僅憑的是別人總結出來的經(jīng)驗，還有許多不恰當?shù)牡胤?，錯誤和不妥之處肯定在所難免，敬請各位老師批評指正。 第一章 模具的概述 1.1模具的概念、作用和優(yōu)點 模具的概念 在工業(yè)生產中，用各種壓力機和裝在壓力機上的專用工具，通過壓力機的壓力，使金屬或非金屬材料在專用工具內變形、流動獲得所需形狀和尺寸的制件，這種專用工具統(tǒng)稱為模具。 模具的作用 模具是工業(yè)生產中使用極為廣泛的重要工藝裝備。采用模具生產制品及零件，具有生產效率高，節(jié)約原材料成本低廉，保證質量等一系列優(yōu)點，是現(xiàn)代工業(yè)生產的重要手段和主要發(fā)展方向。 模具是成型金屬、塑料、橡膠、玻璃、陶瓷等制件的基礎工藝裝備，是工業(yè)生產中發(fā)展和實現(xiàn)少無切削加工技術不可缺少的工具。如汽車、拖拉機、電器、電機、儀器儀表、電子等行業(yè)有60%~80%的零件需要用模具加工，輕工業(yè)日用品的生產需要用模具更多，螺母、螺釘、墊圈等標準零件，沒有模具就無法大量生產。由此看來，模具是工業(yè)生產中使用極為廣泛的主要工藝裝備之一。 模具是一種高效率的工藝裝備，用模具進行各種材料的成形可實現(xiàn)高速度的大批量生產，并能在大批量生產條件下穩(wěn)定的保證制件的質量、節(jié)約原材料。因此，在現(xiàn)代工業(yè)生產中，模具的應用日益廣泛，是當代工業(yè)生產的重要手段和工藝發(fā)展方向。許多現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和技術水平的提高，在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平。模具工業(yè)的水平和發(fā)展狀況已被認為是衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。 模具加工制品的優(yōu)點 利用模具加工制品及零件主要有以下優(yōu)點: (1)生產效率高，可實現(xiàn)制品與零件的高速度大量的生產； (2)節(jié)約原材料，可實現(xiàn)少切削，無切削加工； (3)制件質量穩(wěn)定，有良好的互換性； (4)操作工藝簡單，利用模具生產制品時，不需要操作者有較高的技藝水平； (5)利用模具批量生產的零件和制品成本低廉； (6)所加工出的的零件與制品可一次成形，不需要進行再加工； (7)能制造出用其他加工工藝方法難以加工、形狀比較復雜的零件制品； (8)容易實現(xiàn)生產的自動化和半制動化。 1.2 模具的分類和成形特點 模具的分類 模具分類方法很多，過去常使用的有：按模具結構形式分類，如單工序模，復式?jīng)_模等；按使用對象分類，如汽車覆蓋件模具、電機模具等；按加工材料性質分類，如金屬制品用模具，非金屬制用模具等；按模具制造材料分類，如硬質合金模具等；按工藝性質分類，如拉深模、粉末冶金模、鍛模等。這些分類方法中，有些不能全面地反映各種模具的結構和成形加工工藝的特點，以及它們的使用功能。為此，采用以使用模具進行成形加工的工藝性質和使用對象為主的綜合分類方法，將模具分為十大類，見表1各大類模具，又可根據(jù)模具結構、材料、使用功能以及制模方法等分為若干小類或品種。其具體分類： 1.沖壓模具（沖模） 模具品種：沖裁模（無、少廢料沖裁、整修、光潔沖裁、深孔沖裁精沖模等），彎曲模具，拉深模具，單工序模具（沖裁、彎曲、拉深、成形等），復合沖模，級進沖模；汽車覆蓋件沖模，組合沖模，電機硅鋼片沖模 適用范圍:板材沖壓成形 2.塑料成型模具 模具品種：壓塑模具，擠塑模具，注射模具（立式、式、角式注射模具）；熱固性塑料注射模具，擠出成形模具（管材、簿膜扁平機頭等）發(fā)泡成形模具，低刀具工具泡注射成形模具，吹塑成形模具等 適用范圍:塑料制品成形加黃巖工藝（熱固性和熱塑性模塑料） 3.壓鑄模 模具品種：熱室壓鑄機用壓鑄模，立式冷室壓鑄機用壓鑄模，臣式冷室壓鑄機用壓鑄模，全立式壓鑄機用壓鑄模，有色金屬（鋅、鋁、銅、鎂合金）壓鑄，黑色金屬壓鑄模 適用范圍:有色金屬與黑色金屬壓力鑄造成形工藝 4.鍛造成形模具 模具品種：模鍛和大型壓力機用鍛模，螺旋壓力機用鍛模，平鍛機鍛模，輥鍛模等；各種緊固件冷鐓模，擠壓模具，拉絲模具，液態(tài)鍛造用模具等 適用范圍:金屬零件成形，采用鍛壓、擠壓 5.鑄造用金屬模具 模具品種：各種金屬零件鑄造時采用的金屬模型 適用范圍:金屬澆鑄成形工藝 6.粉末冶金模具 模具品種：成形模；手動模：實體單向壓制、實體雙向壓制手動模；實體浮動壓模；機動模：大型截面實體浮動壓模，極掌單向壓模，套類單向、雙向壓模，套類浮動壓模；整形模；手動模；徑向整形模，帶外臺階套類全整形模，帶球面件整形模等。 機動模：無臺階實體件自動整形模，軸套拉桿式半自動整形饃，軸套通過式自動整形模軸套全整形自動模，帶外臺階與帶外球面軸套全整形自動模等 適用范圍:粉末制品壓坯的壓制成形黃巖藝。主模具電加工設備用于銅基、鐵基粉末制品；機械零件，工具材料與制品易熱零件等 7.玻璃制品模具 模具品種：吹一吹法成形瓶罐模具，壓一吹法成形瓶罐模具，玻璃器皿用模具等 適用范圍:玻璃制品成形工藝 8.橡膠成型模具 模具品種：橡膠制品的壓膠模、擠膠模、注射模。橡膠輪胎模，“O”形密封圈橡膠模等 適用范圍:橡膠壓制成形工藝 9.陶瓷模具 模具品種：各種陶瓷器皿等制品用的成形金屬模具 適用范圍:陶瓷制品成形工藝 10.經(jīng)濟模具（簡易模具） 模具品種：低熔點合金成形模具，薄板沖模，疊層沖模，硅橡膠模，環(huán)氧樹脂模，陶瓷型精鑄模，疊層型腔塑料模，快速電鑄成形模等 適用范圍:適用多品種少批量工業(yè)產品用模具，有很高經(jīng)濟價值 各類模具的成形特點 (1) 冷沖模的成形特點 冷沖模是指在室溫下把金屬或非金屬材料放在模具內，通過壓力機和模具對板料施加壓力，使板料發(fā)生分離或變形制成所需零件的模具。各類冷沖模成形特點是： 圖1-1 落料沖裁模成形特點 圖1-2 沖孔沖裁模成形特點 1）沖裁模。沖裁模的成形特點是：將一部分材料與另一部分材料分離。圖1-1所示為落料沖裁模結構形式，它的成形特點是將材料封閉的輪廓分開，而最終得到的是一平整的零件。而圖1-2所示是一沖裁模結構，它是將零件內的材料與封閉的輪廓分離，使零件得到孔。 2）彎曲模。彎曲模的成形特點是：將板料或沖裁后的坯料通過壓力在模具內彎成一定的角度和形狀。如圖1-3所示的壓彎膜，是將平直的板料壓成帶有一定角度的彎曲形狀。 圖1-3 彎曲模成形特點 圖1-4 拉深模成形特點 3）拉深模。拉深模的成形特點是：將經(jīng)過沖裁所得到的平板坯料，壓制成開口的空心零件。如圖1-4所示的模具是將平板的坯料拉深成筒形零件。 4）成形模。成形模的成形特點是：用各種局部變形的方法來改變零件或坯料的形狀。如圖1-5所示的縮口模，它是將空心件或管狀毛坯的端部由外向內壓縮，以縮小其口徑成為所要求的零件形狀。 圖1-5 成形模成形特點 圖1-6 冷擠壓模成形特點 5）冷擠壓模。冷擠壓模的成形特點是：在室溫下，在模具型腔內將金屬坯料加壓，使其產生塑性變形，擠壓成所需的形狀、尺寸及性能的零件制品。如圖1-6所示，是將一部分金屬在壓力作用下，沖擠到凸凹模形成的型腔內，是毛坯變成所需的空心零件。 （2）型腔模的成形特點 圖1-7 鍛模成形特點 1）鍛模。鍛模的成形特點是：將金屬毛坯，加熱后放在模膛內，利用鍛錘的壓力使材料發(fā)生塑性變形，待充滿型腔后，形成所要求形狀的零件，如圖1-7所示。 2）塑料壓縮模。壓縮模的成形特點是：將塑料放在模具型腔中，在壓機上通過加熱板對其加熱、加壓后使其軟化充滿型腔，保持一定的溫度機保壓一定時間后，軟化的塑料就固化成一定形狀的零件，如圖1-8所示。 圖1-8 壓縮模成形特點 圖1-9 擠塑模成形特點 3）塑料擠壓模。擠壓模的成形特點是：將塑料放入專用的加料室內，通過壓力機加熱、加壓，使受熱而軟化的塑料熔液經(jīng)過澆注系統(tǒng)擠入模具型腔內，待型腔填滿固化后而形成所需的制品，如圖1-9所示。 4）塑料注射模。注射模的成形特點是：將熱塑性塑料放入專用的注射機料筒內，通過加熱使其熔化成流動狀態(tài)，再以較高速度和壓力，通過推桿將其注入模具型腔內，待其固化后，形成所需的零件，如圖1-10所示。 5）合金壓鑄模。合金壓鑄模的成形特點是：把經(jīng)加熱熔化成液體的有色金屬合金，放入壓鑄機的加料室內，用壓鑄機活塞加壓后使其進入模具型腔內，待冷卻后固化成所需形狀的零件，如圖1-11所示。 圖1-10 注射模成形特點 圖1-11 合金壓鑄模成形特點 1.3 模具的加工方法和發(fā)展趨勢 傳統(tǒng)模具加工法 滾筒(加工)、波紋加工、拉刀切削、定中心、切削、外圓車削、放電加工、電解研磨、壓花加工、面車削、銼刀修潤、卷邊加工、滾齒加工、搖動加工、拋光/研磨修潤、雷射加工、車床車削、刨削加工、拋亮光、鉸孔修潤、粗切削、圓形加工、鋸削、清除鋼碇缺陷、成形加工、表面研磨、切縫切削、錐度車削、螺紋切削、超音波加工、逆銑加工、手工修潤。 新的模具技工方法 1.高速切削技術 高速切削加工技術按其目的而言可分為兩類：以實現(xiàn)單位時間最大材料去除量為目的的加工和以實現(xiàn)高質量加工表面與細節(jié)結構為目的的加工。模具的高速切削加工都是這兩類技術的綜合運用。高速切削加工技術引進到模具加工行業(yè)，主要應用于以下三個方面：一是淬硬模具型腔的直接加工。二是EDM電極加工。三是快速樣件制造。 2.微型模具加工技術 按其加工原理不同可分為三大類：光制作技術，如LIGA技術、UV-LIGA技術、電子束光刻技術、激光加工技術;腐蝕技術，如刻蝕技術;微機械加工技術，如微細車削、微細銑削、微細磨削、微細電火花等傳統(tǒng)加工法。 3. 采用離散制造原理,直接快速制造金屬模具零件。 制造中先采用超聲波焊接, 實現(xiàn)層與層之間的固體連接,每一層焊接完成后,根據(jù)計算機中CAD數(shù)據(jù)信息,驅動刀具進行單層平面輪廓加工,然后再堆積成形新層。 4.日本大隈公司開發(fā)出了一種加工模具的新方法 粗加工時采用“機槍切削法”，即采取高速進給、而切入量較小的一種加工方法。精加工時則采用“超負荷加工方法”荷減小，加工穩(wěn)定，刀具壽命延長，加工效率大大提高。 模具技術的發(fā)展趨勢 模具產品主要是向著更大型、更精密、更復雜及更經(jīng)濟的方向發(fā)展，模具產品的技術含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產朝著信息化、無圖化、精細化、自動化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術集成化、設備精良化、產批品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化的方向發(fā)展。 其開發(fā)動向為： 1.以最適應的成型加工條件為目標的各種控制技術及其高度化、專家系統(tǒng)，開環(huán)和閉環(huán)控制日益普及，并設計各種高性能螺桿，開發(fā)薄膜、片材、中空制品等多層復合成型設備。 2.開發(fā)精微控制、低噪音及性能優(yōu)良的全電動性注塑機，電動和油壓并用的電動注塑機。 3.可減低殘留應力的加工機械，如各種低壓成型或適應壓力成型的加工機械，模內壓力控制法、注塑壓縮成型機等。 4.多材、多色成型機，如多層專用加工機、夾芯注塑機、成型機、回收利用專用機、 成型機、軟硬材料一體成型機等。 5.大型化塑機也是當前發(fā)展方向之一。 6.個性化也是當前塑機發(fā)展的另一個關注熱點。 1.4模具的材料選擇 模具材料以模具鋼為主。鍛造模具失效主要原因是受力過大、過熱、磨損和熱疲勞。對于大多數(shù)模鍛錘和鍛造壓力機用的鍛模模塊，其工作硬度一般不大于HRC50。鍛模一般截面較大，應選用淬透性較高的鋼種，以提高模塊心部的性能。為了提高熱作模具的使用壽命，往往選擇純凈度高、等向性好、經(jīng)過爐外精煉、電渣重熔和多向鍛造的高質量模具鋼 1.其分類為： 按用途： 熱鍛模用鋼、熱擠壓模用鋼、壓鑄模用鋼，更可細分為錘鍛模用鋼、機鍛模用鋼、熱擠壓模用鋼、熱鐓模用鋼、熱沖裁模用鋼、壓鑄模用鋼。 按性能： 高韌性熱作模具鋼、高熱強性熱作模具鋼、高耐磨性熱作模具鋼，也可分為低耐熱性熱作模具鋼、中耐熱性熱作模具鋼、高耐熱性熱作模具鋼。 按成分： 低合金熱作模具鋼、中合金熱作模具鋼、高合金熱作模具鋼，也可分為鎢系熱作模具鋼、鉻系熱作模具鋼、鉻鉬系熱作模具鋼、鉻鎢鉬系熱作模具鋼。 非專用熱作模具鋼： 奧氏體耐熱鋼、高速工具鋼、馬氏體時效鋼、析出硬化鋼、冷熱兼用基體鋼等。 本次畢業(yè)設計課題是精密鍛壓模具因此所要選擇的模具材料為熱作模具鋼，其成分特點： (1)含碳量處于中等水平，碳的質量分數(shù)一般為0.3%~0.6%； (2)加入Cr、Ni、Mn等元素，提高鋼的淬透性和強度等性能； (3)加入W、Mo、V等元素，防止回火脆性，提高熱穩(wěn)定性及紅硬性； (4)適當提高Cr、Mo、W在鋼中的含量，可提高鋼的抗熱疲勞性。 2.熱作模具的使用性能要求： (1)較高的高溫硬度 (2)優(yōu)良的耐熱疲勞性能 (3)較高的高溫強度和韌性 (4)良好的耐磨性 3.鍛壓模具用鋼的選用 1.錘鍛模：受沖擊負荷，韌性要求較高。 中、小型錘鍛模首選：5CrMnMo 大型錘鍛模首選：5CrNiMo 特大型錘鍛模：5Cr2NiMoVSi 2.壓力機鍛模：沖擊負荷較小，負荷較大，要求熱強性較高。 壓力機鍛模首選：4Cr5MoSiV 表1-1常用的鍛壓模具鋼的選用 4Cr5MoSiV1 第二章 模鍛生產工藝 2.1 模鍛成形方法 圖2-1 開式模鍛 圖2-2 閉式模鍛 按目前實際生產中主要采用的方式，模鍛可分為開式模鍛（見圖2-1）與閉式模鍛（見圖2-2）。開式模鍛要形成飛邊（也成毛邊），因而稱為有飛邊模鍛；而閉式模鍛在正常情況下不產生飛邊，因而又稱為無飛邊模鍛。 2.1.1模鍛成形過程 1.開式模鍛的充形過程 圖 2-3 開式模鍛變形過程 開式模鍛的變形過程如圖2-3所示，在一般情況下擬將整個變形過程分為四個階段，現(xiàn)分述如下： 第Ⅰ階段(自由變形或稱鐓粗變形階段)。在這一階段，坯料在型槽中發(fā)生鐓粗變形，對于某些形狀的鍛件可能伴有局部壓入變形。當被鐓粗的坯料與模膛側壁接觸時，表明此階段結束。此時變形金屬處于較弱的三向壓應力狀態(tài)，變形抗力也較小。 第Ⅱ階段(形成毛邊階段)。第Ⅰ階段結束后，由于金屬流動受到模膛壁的阻礙，坯料在垂直于作用力方向的自由流動受到限制，繼續(xù)壓縮時，金屬流動方向有兩個，一個平行于受力方向，流向模膛深處，一個繼續(xù)沿垂直于作用力方向流向毛邊槽，形成少許毛邊。此時變形抗力明顯增大，毛邊橋部內側的金屬處于較強的三向壓應力狀態(tài)。 第Ⅲ階段(充滿型槽階段)。毛邊形成后，隨著變形的繼續(xù)進行，毛邊逐漸減薄，形成一個阻力圈，使得金屬流向毛邊槽的阻力急劇增大。當這個阻力大于金屬流向模膛深處和圓角處的阻力時，迫使金屬繼續(xù)向模膛深處和圓角處流動，直到整個模膛完全充滿為止。此階段變形金屬處于更強的三向壓應力狀態(tài)，變形抗力急劇增大。 第Ⅳ階段(鍛足或稱打靠階段)。通常坯料體積略大于模膛容積，因此，當模膛完全充滿后，尚須繼續(xù)壓縮至上下模接觸（即打靠）。多余金屬全部排入毛邊槽，以保證高度尺寸符合要求。這一階段變形僅發(fā)生在分模面附近的不大區(qū)域內，其它部位則在靜水壓力作用下壓合空洞、疏松或使變形體處于彈性變形狀態(tài)。此階段由于毛邊厚度進一步減薄和冷卻，多余金屬由橋口流出的阻力很大，這時變形區(qū)處于最強的三向壓應力狀態(tài)，變形抗力也最大。有研究表明，此階段的壓下量雖小于2mm，它消耗的能量卻占總能量的30%～50%。 2.閉式模鍛成形過程 圖2-4 閉式模鍛變形過程 閉式模鍛變形過程分為三個階段如圖2-4所示：開式鐓粗階段、充滿角隙階段和擠出端部飛邊階段。 (1).粗階段 開式鐓粗即為自由鐓粗，即由開始變形（△HⅠ）至金屬基本充滿型槽（△HⅡ）。從坯料與沖頭或上型槽表面接觸開始到坯料金屬與型槽（最寬處）的側壁接觸為止。在這一階段中，金屬充滿型槽中某些容易填充的部分。此階段結束后繼續(xù)變形時，變形抗力將急劇增高。 (2).角隙階段 即從毛坯的鼓形側面與凹模側壁接觸開始（△HⅡ）到金屬完全充滿型槽為止（△HⅢ）的階段。在這一階段中，變形金屬的流動受到模壁的阻礙，變形金屬各部分處于不同三向壓應力狀態(tài)。隨著毛坯變形程度的增加，模壁承受的側向壓力逐漸增大，直到型槽完全充滿。在該階段開始時，坯料的變形區(qū)位于未充滿處附近的兩個剛性區(qū)之間。在此階段結束時的變形力比第Ⅰ階段末可增大2～3倍，變形區(qū)隨著變形過程的進行逐漸縮小，最后消失，但變形量△HⅡ卻很小。 (3).出端部飛邊階段 即從充滿型槽后（△HⅢ）的多余金屬在繼續(xù)增大的壓力作用下擠入凸、凹模之間的間隙中，形成環(huán)形縱向飛邊。飛邊不僅增大了能量消耗，而且會加速模具的磨損，因此鐓粗式閉式模鍛的最佳模鍛鍛力應是指最難成形的四角充滿后模鍛過程立即停止時動力。 閉式模鍛一般適用于軸對稱變形或近似軸對稱變形的鍛件，應用最多的是短軸類的回轉體鍛件。 2.1.2模鍛時金屬的流動方向判別 判別方法 金屬流動是指金屬內質點的移動。流動是由于塑性變形引起的，而流動的情況又決定了變形最終的形狀和尺寸。模鍛時，毛坯內部質點向什么方向流動，是模鍛工藝設計者必須弄清楚的問題。解決這個問題目前還沒有十分精確的公式，前人曾提出許多比較適用的觀點，但也還有不完善的地方。確定金屬流動方向的一般步驟是: ① 根據(jù)應力狀態(tài)對毛坯進行分區(qū)，在每個區(qū)中作出應力狀態(tài)圖，確定最大主應力； ② 根據(jù)應力分布情況定出最大主應力增大的方向，確定質點主要流動方向； ③ 根據(jù)次要主應力增大方向確定質點流動方向的偏移情況。 2.1.3模鍛的分類 鍛模的分類見表2-1。 表2-1 鍛模的分類 項號 分類方法 模具名稱 應用范圍 1 按模鍛設備分類 1. 模鍛錘用鍛模 2. 摩擦壓力機用鍛模 3. 自由鍛錘用固定鍛模及不固定鍛模（胎模） 2 按工藝用途分類 1. 模鍛用鍛模 2. 切邊、沖孔鍛模 用于成品鍛件 用于切除飛邊及穿孔 3 按有無飛邊分類 1. 開式模鍛用鍛模 2. 閉式模鍛用鍛模 各種鍛件 軸對稱回轉體鍛件 4 按模腔數(shù)量分類 1. 單腔鍛模 2. 多腔鍛模 用于胎模鍛和摩擦壓力機模鍛 多用于錘上模鍛 2.1.4 鍛造工藝的基本工序和工步 一般情況下鍛件生產流程為：備料——加熱——鍛造工序——后續(xù)工序。 鍛造工序按加工方法的不同，又可分為自由鍛工序、胎模鍛工序和模鍛工序。利用鍛造設備的上、下砧和簡單的通用工具使坯料在壓力下產生塑性變形的鍛造方法，稱為自由鍛工序。自由鍛工序對鍛造設備要求低，通常在自由鍛錘上進行，因此鍛件精度低。 利用簡單的可移動模具，在自由鍛錘上鍛造，稱為胎模鍛工序。它通常用于批量不大、精度要求不高的鍛件生產。 利用專門的鍛模固定在模鍛設備上使壞料變形而獲得鍛件的鍛造方法稱為模鍛工序。生產中模鍛工序往往又要分成好幾個工步來逐步實現(xiàn)。工步是在鍛造加工時采用一種模具在鍛造設備一次或多次動作下，使坯料產生一種方式的變形并獲得一定的外觀變形量的步驟。如汽車發(fā)動機上連桿鍛件在錘上模鍛時，就要經(jīng)過拔長、滾壓、預鍛、終鍛四個工步。 目前生產中所用鍛造工序和工步名稱很多。除按加工方法不同區(qū)分外，還可以按成形特點命名，如鐓粗工序、拔長工序、彎曲工序等。表2-2只列舉其中常見的一部分。 表2-2 常用鍛造工序及工步舉例 分類 序號 名稱 加工示意圖 成形特點說明 自 由 鍛 工 序 1 鐓粗 工序 把坯料沿軸向壓縮，使坯料橫截面增大，軸向長度縮小 2 拔長 工序 使坯料在送進過程中橫截面縮小，沿軸向長度增加 3 沖孔 工序 在軸向高度不大的盤形坯料上沖出大于25㎜ 的孔 4 彎曲 工序 將坯料中心軸線壓彎成所需的角度和形狀 分類 序號 名稱 加工示意圖 成形特點說明 模 鍛 工 序 1 拔長 制坯 工步 利用鍛模模膛，同時操作坯料，一面翻轉，一面送進，使坯料長度增加，截面積減小。一般要多次連續(xù)鍛打才能完成。有去除氧化皮功能 2 壓扁 （鐓粗） 制坯 工步 利用鍛模上壓扁平臺或鐓粗臺，在鍛造力作用下，使坯料截面積增大高度減小。鍛造力與坯料軸線垂直，稱壓扁制坯工步鍛造力與坯料軸線一致稱鐓粗制坯工步 3 滾壓 制坯 工步 利用鍛模模膛，同時操作坯料不斷翻轉，在多次連續(xù)鍛打下，使坯料一處截面積增大，另一處截面積減小，起聚料作用，同時有滾光和去除氧化皮功能 4 卡壓 制坯 工步 又稱壓肩制坯工步。坯料在鍛模模膛中只受鍛壓力一次作用，使高度減小寬度增加，有少量聚料作用 5 彎曲 工步 利用模具使坯料軸線彎曲成形 分類 序號 名稱 加工示意圖 成形特點說明 模 鍛 工 序 6 擠壓 工步 坯料放在鍛模內，在沖頭壓力下擠壓成形。又分正擠、反擠、復合擠、徑向擠等。圖示為正擠 7 預鍛 工步 使制坯后的中間坯料進一步變形，使它更接近鍛件形狀，以改善坯料在終鍛時流動條件，避免產生充填不滿和折疊，并提高終鍛模膛的壽命 8 終鍛 工步 使坯料在終鍛模膛中最終成形，生產出符合鍛件圖要求的鍛件 后 續(xù) 工 序 1 切邊 （沖孔） 工序 利用切邊或沖孔模在壓力機上切除飛邊或沖孔連皮，使鍛件符合鍛件圖的要求 2 熱處理 工序 按圖樣要求進行退火或調質等熱處理；有要求的還要進行噴丸，酸洗等表面處理 3 校正 工序 為消除鍛件在鍛后產生的彎曲、扭轉等變形，使之符合鍛件圖技術要求而進行的修整工序稱為校正 4 精壓 工序 是利用平板或模具對鍛件進行少量壓縮以達到高的精度（形狀和尺寸）和細的表面粗糙度的一種工序 2．2 模鍛變形的力學與金屬學基礎 2.2.1基本物理量 （1）外力（載荷） 外力是重要的模鍛工藝參數(shù)，外力由模鍛設備借助于模具施加給毛坯。選擇模鍛設備、進行模具設計都須考慮外力及其對成型的影響。 （2）應力 金屬是通過原子間的結合力而結合成為整體的。要使金屬產生變形，外力就必須克服原子間的相互作用力，是原子離開平衡位置向另一個平衡位置移動。 （3）應變 毛坯內某質點處發(fā)生的變形大小用“應變”表示 2.2.2 塑性變形 一、塑性變形實質 1、單晶體塑性變形 （1）當無外力，晶格正常排列。 （2）外力作用使原子離開平衡位置，晶格變形。 （3）當剪應力足夠大，沿晶面移動一個或幾個原子距離。 2、多晶體塑性變形 多晶體是多個位向不同變形總和。特點： （1）變形過程復雜。 （2）變形抗力比單晶體大的多。 二、熱變形后金屬組織與性能 1、氣孔、縮孔、縮松能鍛合，提高致密度。 2、生成再結晶組織，細化晶粒。 3、生成纖維組織，使材料有方向性。 鑄錠組織不均，晶粒粗大，氣孔、夾雜，塑性變形后，再結晶消除加工硬化組織，夾雜沿變形方向分布，呈纖維狀。變形增加越明顯，使材料有方向性。 三、金屬變形程度 常用鍛造比表示 Y=F0/F F0表示變形前面積 F表示變形后面積 鋼錠Y=2-3 合金鋼Y=3-4 高速鋼Y=5-12 四、冷、熱變形比較 熱變形特點： （1）均勻、細化晶粒 （2）消除加工硬化 （3）高溫、塑性好 （4）氧化嚴重 （5）精度差 （6）設備貴，維修費高 冷變形特點： （1）不加熱 （2）精度、表面質量好 （3）硬度、強度高 （4）材料有方向性 （5）設備貴，存在殘余應力，易產生裂紋。 2.2.3塑性條件（屈服準則） 材料質點處于單向應力狀態(tài)時，此單向應力達到屈服極限時發(fā)生屈服，開式產生塑性變形。但是，當材料處于復雜受力條件下，質點處于多向應力狀態(tài)時，就必須考慮所有方向應力分量綜合作用的效果，實驗研究表明：只有當各應力分量之間符合某一定關系時，質點才能進入塑性狀態(tài)，這種關系成為屈服準則。 目前常用的屈服準則是密席斯準則：“當材料質點處得等效應力達到時，質點發(fā)生屈服?！? 或 設代數(shù)值 ＞＞，其中為與 有關的系數(shù)。這里是指在變形溫度下金屬的抗力，即所謂“真實抗力”，可在資料或金屬抗力圖上查取。 因為坯料形狀和鍛模模膛形狀不同，各處接觸情況不同，鍛模內壞料各部分所受外力不同，應力亦不同。變形首先發(fā)生在已符合塑性條件的區(qū)域，這樣的區(qū)域稱為塑變區(qū)。其余區(qū)域稱為彈性區(qū)或剛性區(qū)。隨著時間變化，金屬坯料的形狀發(fā)生了改變，它和模膛接觸情況在變化，外力和應力都在變化。所以塑變區(qū)和其余區(qū)域的界線在模鍛過程中是在變化的。 在塑變區(qū)和其余區(qū)域界線附近，由于兩種區(qū)域變形量不同而存在附加應力。這種附加應力總是成對出現(xiàn)，其中的拉應力往往是金屬坯料在鍛造時發(fā)生塑性破裂的原因。 2.2.4塑性變形體積不變條件 塑性變形的機理是金屬在剪應力作用下產生滑移，原子離開原來的位置到達新的平衡位置。塑性變形不產生體積的變化。可以描述為： 可見塑性變形時，三個正應變分量不可能全為正。 2.2.5 塑變圖 圖2-5是圓柱體坯料在平砧上自由鐓粗時坯料剖面內塑變區(qū)的分布圖。圓柱體的變形分為三個不同的區(qū)域。第Ⅰ區(qū)為坯料兩端與上、下錘砧相接觸的圓錐體。其表層受到錘砧表面摩擦阻力作用變形十分困難，是彈性區(qū)或剛性區(qū)。Ⅱ區(qū)在坯料中心，受接觸摩擦力影響很小，主要受垂直方向鍛壓力的作用金屬由四角向上、下端面流動，是劇烈變形區(qū)。Ⅲ區(qū)是圓柱側面所圍成的厚度不等的圓環(huán)形。其外側是自由表面，受端面摩擦力影響較小。隨著Ⅱ區(qū)坯料不斷變形，Ⅲ區(qū)直徑也逐漸擴大呈現(xiàn)鼓形，其變形量在Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)之間，又稱小變形區(qū)。Ⅲ區(qū)受到Ⅱ區(qū)脹大時引起切向拉應力，鐓粗操作不當會造成圓柱側面縱向裂紋。綜上所述，主要塑變區(qū)是Ⅱ區(qū)。它和Ⅰ區(qū)分界面上作用有正應力和切應力。這些應力沿分界面積分總和的垂直分量是理論鍛造力。 圖2-5 圓柱體坯料鐓粗時塑變圖 高度和直徑比例不同的圓柱體坯料在同一平砧上自由鐓粗時，當原始高度Ho和原始直徑Do之比在2.5～1.5之間時，出現(xiàn)雙鼓形。當鐓粗到H/D=1時雙鼓形變?yōu)閱喂男巍? 圖2-6是高度和直徑比例不同的圓柱體坯料在同一平砧上自由鐓粗時的塑變圖。當原始高度Ho和原始直徑Do之比在2.5～1.5之間時，出現(xiàn)雙鼓形。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)如前述，Ⅳ區(qū)為中心均勻變形區(qū)。Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)為塑變區(qū)。當鐓粗到H/D=1時雙鼓形變?yōu)閱喂男巍? 圖2-6 不同比例圓柱體的塑變圖 圖2-7是終鍛模膛內飛邊已形成時的塑變圖。 圖2-7 模鍛件終鍛時塑變圖 2.2.6金屬的塑性和塑性指標 塑性是材料在外力作用下產生永久變形，而不破壞其完整性的能力。影響金屬塑性的因素主要有兩個方面：一是材料本身的內在條件，如晶格類型、化學成分和金相組織等；二是外部施加的變形條件，如變形溫度、變形速率和受力狀態(tài)等。材料的塑性不是固定不變的。同一種材料在不同的變形條件下，會表現(xiàn)出不同的塑性。 衡量塑性高低的數(shù)量指標成為塑性指標。塑性指標有很多種，實驗方法不同，對應的塑性指標也不同。在單向拉伸實驗中，對應的塑性指標是斷后伸長率δ和斷面收縮率ψ。在落錘鐓粗實驗中，對應的塑性指標是極限壓縮變形程度ε。 影響塑性的主要因素有:化學成分，組織，變形溫度和變形速度。 2.3鍛模的基本失效形式及外觀檢查 鍛模在上述復雜條件下工作，其失效形式也復雜多樣。其基本失效形式有型腔部分的模壁斷裂、燕尾開裂、型腔表面的熱疲勞、塑性變形和磨損。 一、模具的斷裂 模具的斷裂不僅影響生產，而且危及人身安全，是最危險的一種失效形式。 1、模具斷裂的類型 按斷裂的性質，可分為早期脆性斷裂和機械疲勞斷裂兩種類型。 模具的早期脆性斷裂一般發(fā)生在模具首次使用時，是在錘擊次數(shù)較少時就會發(fā)生，有時僅錘擊一次就發(fā)生斷裂。其斷口的形貌特征是從斷裂源開始，裂紋呈人字花紋向外擴展。（鍛模在首次使用時，操作工一定要十分注意。） 模具的機械疲勞斷裂是在模具經(jīng)受多次鍛擊后發(fā)生的斷裂，其宏觀和微觀斷口也具有一般疲勞端口的特征，但宏觀斷口上的裂紋擴展區(qū)一般較小。 圖2-8 斷裂圖 兩種斷裂形式可以從斷口的特征加以區(qū)別。疲勞破裂斷口一般可分為兩部分：一部分是疲勞裂紋發(fā)展形成的疲勞破裂部分，這部分由于疲勞裂紋隨著鍛打過程時進時停常常呈現(xiàn)出貝殼形狀；一部分是突然斷裂部分，這部分的裂紋是急速發(fā)展的，端口成凸凹不平的粗糙狀態(tài)。 圖2-9 燕尾轉角處開裂 前者也就是通常所說的“舊茬”，后者稱“新茬”。脆性斷裂由于是產生裂紋后急速擴展的，所以端口不呈貝殼形狀。 2、模具斷裂的形式 常見的模具斷裂形式主要有四種。 圖2-9燕尾轉角處開裂第一種是燕尾根部轉角處產生的裂紋造成燕尾斷裂。據(jù)國內資料介紹和模具失效的情況看，有10％～30％的錘鍛模因燕尾開裂而失效。 第二種是沿高度方向開始于模腔深處的縱向裂紋造成模具破裂。其主要原因：其一是鍛模的高度（厚度）不夠，在鍛擊時模腔側壁承受很大的壓力，當應力值超過材料的強度極限時便引起破裂；其二是當模腔內圓角不足、有深而狹窄的凹槽、型槽根部留有加工刀痕，這時易造成應力集中而產生破壞。 第三種是模壁被打斷。其原因主要是兩方面：其一是模壁太薄，強度不夠；其二是模腔較深時模壁斜度和底部圓角小且留有加工刀痕。模壁破裂多發(fā)生于閉式鍛模和鑲塊鍛模。 第四種是鍛模凸鎖扣被擠斷。由于下模溫度升高比上?？?，容易出現(xiàn)卡模現(xiàn)象，所以，鍛模采用角鎖扣結構時通常把凸鎖扣布置在下模上，其配合面為斜面配合。 造成鍛模斷裂的因素較多，主要有：模具結構設計不合理造成應力集中、模具材料冶金質量不高或鍛件質量缺陷、熱處理缺陷和機械加工缺陷、模具的不正確安裝等。這些因素均可誘發(fā)裂紋萌生，并導致早期斷裂和機械疲勞斷裂。 二、型腔表面的熱疲勞 所謂“熱疲勞”是指模具在循環(huán)熱應力的反復作用下所產生的疲勞裂紋和破壞。鍛模尤其是大鍛模，工作過程中模具型腔表面受急熱、急冷的作用而內層的溫度變化較小。因而，表層的熱脹冷縮受到內層的約束而產生熱應力。如果熱應力大于材料的屈服點，便會產生壓、拉塑性應變。模具經(jīng)過一定的周次產生循環(huán)的塑性應變，導致型腔表面產生許多細小的裂紋，即熱疲勞裂紋。 三、型腔表面的磨損 鍛模在機械負荷和熱負荷雙重作用下，一方面坯料對型腔表面產生沖擊性的接觸應力，另一方面坯料塑變流動對型腔表面產生強烈的摩擦。在型腔表面與坯料滑動摩擦較小的部位（在模具的突出部），由于較大接觸應力的重復作用，易使形腔表面產生小塊剝落，形成痘狀麻坑。在型腔表面受坯料滑動摩擦較大的部位（在模腔的口部和飛邊槽橋部），由于摩擦切應力和熱負荷的作用，易產生氧化磨損和熱粘著磨損，坯料與模具型腔局部發(fā)生粘合，繼而在粘合處產生擦傷溝槽，在粘合處產生破壞。 四、模具形腔的塑性變形 鍛模的塑性變形常發(fā)生在模具形腔中受力大且受熱溫升高的部位，如肋、凸臺等突出部位。模具型腔在坯料的高溫、變形過程摩擦產生的溫升作用下（高于模具的回火溫度），使模具材料的屈服強度下降，表面產生了軟化層，在軟化層較深的部位，則會產生棱角堆塌或使型腔深處產生凹陷等塑變現(xiàn)象。 因此，在鍛造過程中，要選用合理的變形速度、操作方法和冷卻、潤滑方式，盡量減少坯料在模具中的停留時間，同時應合理的調節(jié)錘擊速度和打擊能量，尤其是在模具打靠時應避免重擊。在毛坯充滿模膛后，錘頭（滑塊）的多余能量主要由模具和設備的彈性變形所吸收，坯料被壓縮后，使模具的內腔撐大，模具承受很大的應力，反復多次的沖擊載荷作用，勢必造成模具的塑變和破裂。 模具外觀檢查 1、模具表面不允許有裂紋、碰傷、腐蝕和嚴重氧化的缺陷，毛邊、毛刺去除干凈。模腔各部的過渡處圓角半徑符合要求，圓弧連接應平緩圓滑，不允許有尖銳轉角，不允許有加工中因進刀太深留下的局部刀痕和接刀痕跡。 2、模具各部的表面粗糙度符合圖紙要求，模槽部分必須進行拋光處理，尤其是模腔窄槽底部、燕尾根部轉角凹槽、鑲塊模座楔鐵槽底部轉角處、定位鍵槽底部和鉗口部位是檢查的重點，不允許有肉眼可見的刀痕。 3、對于采用電火花加工的模具，要求在電加工后進行一次低溫補充回. 2．4 模鍛工藝制定的主要內容 2. 4. 1 制定與模鍛變形相關的工藝 1,設計鍛件圖 根據(jù)產品零件圖、鍛件精度、和其他生產條件，確定分模面、加工余量及公差、模鍛斜度、圓角半徑，設計沖孔連皮，繪制模鍛件圖； 2，確定工藝方案 根據(jù)鍛件形狀尺寸和實際生產條件確定變形工藝方案，主要是工步的種類和順序； 3,設計工步和相應的模膛 設計順序是先設計終鍛模膛，再設計預鍛模膛和制坯模膛（與變形過程相反）。在鍛件圖基礎上根據(jù)鍛件收縮率繪出熱鍛件圖，熱鍛件圖就是終鍛模膛加工圖，然后設計鉗口和飛邊槽； 4,確定模鍛設備噸位 按終鍛工步計算鍛壓力，確定模鍛設備類型及噸位并校核飛邊槽設計； 5，確定原材料規(guī)格 根據(jù)制坯模膛的要求,坯料總體積和加熱中的損耗及工藝余塊、料夾頭等確定下料長度； 6,繪出鍛模裝配總圖，給出鍛模技術條件，再繪制鍛模零件圖。 2.4.2 制定模鍛變形前和變形后的工藝 1，確定加熱、冷卻和熱處理規(guī)范； 2，確定切邊工藝并設計切邊模具； 3，確定清理、校正等工藝和設備； 4，匯總設計結果，填寫模鍛工藝卡片。 2.5 模鍛件圖設計 模鍛的鍛件圖分為冷鍛件圖和熱鍛件圖兩種。冷鍛件圖是制定模鍛工藝、設計鍛模和檢驗鍛件的依據(jù)，此外，機械加工車間也要依據(jù)冷鍛件圖來設計機加工時所用的工卡具。熱鍛件圖用于鍛模設計和加工制造。冷鍛件圖就簡稱為鍛件圖。鍛件圖是模鍛生產最基本的技術文件之一。 鍛件圖是根據(jù)產品零件圖設計的。繪制模鍛件圖的主要工作內容是：確定分模面的形狀和位置；確定加工余量、鍛件公差和鍛造余塊；確定模鍛斜度；確定模鍛圓角半徑；確定沖孔連皮；確定鍛件技術條件等。 2.5.1 分模面設計 分模面是鍛模上、下兩部分的分界面。分模面的位置和形狀選擇正確與否，會影響到鍛件成形、鍛件出模、鍛件質量、材料利用率和鍛模、切邊模制造的復雜程度等。確定分模面位置時，經(jīng)常要考慮的原則如下： 1，使鍛件容易從模膛中取出。鍛件分模應選擇在具有最大的水平投影尺寸的位置上； 2，使鍛模結構簡單，便于加工制造，保證合模精度，并防止上、下模錯移，盡可能選擇平面分模； 3，便于發(fā)現(xiàn)上、下模在模鍛過程中的錯移，分模位置應選在鍛件側面的中部； 4，頭部尺寸較大并且上下不對稱的長軸類鍛件，有時不宜用直線式分模； 5，便于鍛模和切邊模加工制造和減少金屬損耗，短軸類鍛件的H≦D時，應取徑向分模而不宜軸向分模。 6，有金屬流線方向要求的鍛件，應考慮到鍛件在工作中的承力情況。 2.5.2 加工余量、鍛件公差和鍛造余塊 1，加工余量 由于毛坯表面在高溫下產生氧化、脫碳以及其他污染現(xiàn)象，毛坯體積變化以及終端溫度的波動，鍛件表面敷料等原因，普通的模鍛方法一般不能滿足最終零件對形狀和尺寸精度、表面粗糙度的要求。因此，鍛件的全部或部分表面，在模鍛后還需進行機械加工，在這些表面就應該留有供機械加工用的金屬層，稱為機械加工余量。鍛件上凡是需要機械加工的部位，都應給予加工余量。 加工余量的大小主要取決于零件的形狀尺寸、加工精度和表面粗糙度的要求，以及鍛造時設備模具精度和操作技術水平等。過大的加工余量，將增加機械加工工時和金屬消耗；加工余量不足，則將增加鍛件的廢品率。對于外形尺寸，鍛件的公稱尺寸等于零件的公稱尺寸與加工余量之和；對于內孔尺寸，鍛件的公稱尺寸等于零件的公稱尺寸與加工余量之差。對于零件的非機械加工表面（黑皮），則無需貼放加工余量，這時，鍛件的公稱尺寸就是零件的公稱尺寸。 2，鍛件公差 圖2-10 鍛件尺寸 模鍛過程中，各種影響因素的波動，造成每個鍛件在成形條件上的具體差異，于是鍛件的實際尺寸不可能準確無誤地達到鍛件的公稱尺寸，也允許有一定的誤差，叫做鍛件公差。允許鍛件實際尺寸大于其公稱尺寸的部分成為上偏差，允許鍛件實際尺寸小于其公稱尺寸的部分成為負偏差。鍛件上不論是否需要機械加工的部分，都應注明鍛件公差。普通鍛件公差約為加工余量的1/4～1/3。 3，鍛造余塊 圖2-11 鍛造余塊、余量、余面 根據(jù)鍛造工藝的需要，零件上較小的孔、狹窄的凹槽、直徑差較小的而長度不大的臺階等難于鍛造的地方，可以填滿金屬，使它們在鍛件圖上不再出現(xiàn)。這部分附加的金屬叫做鍛造余塊。添加鍛造余塊可以簡化鍛件形狀，減少鍛造難度，但會增加機械加工工時和金屬損耗。因此，是否增加鍛造余塊，應根據(jù)零件形狀、鍛造技術水平、加工成本等綜合考慮確定。 4，確定方法 確定加工余量和鍛件公差的的方法較多。模鍛件的加工余量根據(jù)估算鍛件質量、加工精度及鍛件復雜系數(shù)查表；鍛件公差根據(jù)鍛件尺寸、重量、精度級別、形狀復雜系數(shù)等查表確定。主要公差項目有：尺寸公差、錯差、殘留飛邊公差、直線度和平面度公差、中心距公差、表面缺陷等。各查表因素確定方法如下： （1）鍛件估算重量 根據(jù)零件公稱尺寸，附加上估計的初定余量進行計算。 （2）鍛件形狀復雜系數(shù)S 是鍛件重量（或體積 ）與其外廓包容體（如圖2-12、2-13所示）的重量（或體積 ）的比值，即： 鍛件形狀復雜系數(shù)可分為四個等級，見表2-3: 表2-3 鍛件形狀復雜系數(shù)等級 級別 形狀復雜系數(shù) 形狀復雜程度 級別 形狀復雜系數(shù) 形狀復雜程度 0.63～1 簡單 0.16～0.32 復雜 0.32～0.63 一般 ≤0.16 較復雜 圖2-12 a)、b)圓形鍛件鍛件的外廓包容體 圖2-13 c)、d)非圓形鍛件鍛件的外廓包容體 （3）鍛件材質系數(shù)按材料可鍛難易程度，鋼質模鍛件可分為和兩級。 ①含碳量小于0.65%的碳鋼或合金元素總含量小于3.0%的合金鋼； ②含碳量大于或等于0.65%的碳鋼或合金元素總含量大于或等于3.0%的合金鋼。 （4）鋼質鍛件公差等級 分為普通級和精密級。普通級公差是指用一般模鍛方法能達到的精度；精密級公差適用于精密鍛件。 2.5.3 模鍛斜度 為了鍛后能夠順利取出鍛件，模膛的側壁必須要有一定的斜度，相應地在鍛件上也就會產生相應的斜度，個斜度叫做模鍛斜度。模鍛斜度可以在鍛件側表面上人為地添加敷料來形成，也可以是鍛件側表面上固有的斜度（自然斜度）。鍛件在冷縮時趨向離開模壁的部分為外模鍛斜度，用表示；反之為內模鍛斜度，用表示（見圖2-14）。模鍛錘、鍛壓機和螺旋壓力機上鍛件的外模鍛斜度，按鍛件各部分的高度與寬度以及長度與寬度的比值、確定，數(shù)值見表2-4。內模鍛斜度按外模鍛斜度值加大2°或3°(15°除外）。當模鍛設備具有頂料機構時外模斜度可縮小2°或3°，但一般不宜小于3°。 注：為便于模具制造，采用標準刀具，模鍛斜度可按下列數(shù)值選用：0°15′，0°30′，1°，1°30′，3°，5°，7°，10°，12°，15°。在同一鍛模上不宜選用過多種模鍛斜度。 圖2-14 鍛件的內外模鍛斜度 表2-4 模鍛錘、熱模鍛壓力機、螺旋壓力機鍛件外模鍛斜度數(shù)值 ≤1 ＞1～3 ＞3～4.5 ＞4.5～6.5 ＞6.5 ≤1.5 5°00′ 7°00′ 10°00′ 12°00′ 15°00′ ＞1.5 5°00′ 5°00′ 7°00′ 10°00′ 12°00′ 2.5.4 圓角半徑 為了利于金屬塑性流動，并考慮到模鍛強度，鍛件上各個凸出或凹下的轉角部位都不允許呈銳利的尖角，應設計為適當半徑的圓角。鍛件各面交線都應是圓角。在制件公差允許條件下圓角半徑應盡可能大。 （1）外圓角半徑 模膛內凸處的圓角半徑 稱外圓角半徑，它與鍛件上的內圓角半徑相呼應。太小，會使脫模困難，還會造成模鍛時金屬流動形成的纖維被割斷甚至產生折疊。一般情況下 取值按下式確定： 式中 Δ——加工余量； ——零件上相應處的圓角半徑或導角。 （2）內圓角半徑 模膛內凹處的圓角半徑 稱為內圓角半徑，它與鍛件上的外圓角半徑相呼應。太小，會使鍛件成形困難，導致鍛模因應力集中開裂。一般情況下 值按下式確定： 為便于模具制造時采用標準刀具，圓角半徑按下列數(shù)值選用（單位：㎜）：1,1.5,2,2.5,3,4,5,6,8,10,12,16,20,25,30。同一鍛模上圓角半徑值不宜取得過多。 2.5.5 沖孔連皮 模鍛件不能直接鍛出透孔，必須在孔內保留一層連皮，然后再切邊壓力機上切除。連皮的厚度應適當：若s過薄，則鍛擊力大，容易造成合模困難，并且加速模膛凸出部分的磨損或塌陷；若s過厚，則浪費金屬，沖切連皮困難，還會使鍛件形狀走樣。沖孔連皮的主要類型有： 1，平底連皮 當鍛件內徑孔較小時（d＜2.5h或25mm＜d＜60mm）,可以采用平底連皮。 2，斜底連皮 當鍛件內孔較大時（d＞2.5h或d＞60mm）,若仍用平底連皮，則內孔處的多余金屬不易向四周排除，而且容易在連皮周邊處產生折疊，模膛內的沖頭部分也會過早地磨損或壓塌。為此，應采用斜底連皮。 3，帶倉連皮 若鍛件需要經(jīng)過預鍛和終鍛成形，可以在預鍛模膛中用斜底連皮，而在終鍛模膛中采用帶倉連皮。這樣，內孔中多余的金屬不是向外排出，而是終鍛時擠入連皮倉部，可以避免折疊。帶倉連皮周邊較薄，易于沖除且鍛件形狀不走樣。連皮厚度s和寬度b，按飛邊槽橋部高度h和橋部寬度b確定。 2.5.6 飛邊槽的設計 在終鍛模膛中，都設有飛邊槽，故在產品成形時都帶有飛邊，飛邊槽的作用是： 1） 阻流作用。即封閉住模膛，鍛造時阻止金屬外流，以保證充滿模膛。 2） 容納多余金屬金屬。由于毛坯尺寸和模膛尺寸的偏差及使用過程中的磨損，很難使金屬毛坯的體積和模膛容積恰好相等；為了充滿模膛，實踐中必須是毛坯尺寸具有比模膛容積稍大的體積。模鍛時，多余的金屬排向飛邊槽形成飛邊，這就可以防止由于充不滿而產生的廢品。 3） 飛邊槽具有緩沖器作用，可減弱上模對下模的打擊，以防止模具的壓塌或崩壞。 圖2-15 飛邊基本結構 飛邊槽的基本結構型式，如圖2-15所示。從圖中可以看出，飛邊槽的結構分為橋部和倉部兩部分。橋部較為扁平，它的主要作用是阻流，同時有利于模鍛后對飛邊的切除。倉部的容積較大，它的作用是容納金屬。 表2-5 錘上模鍛飛邊槽尺寸 （mm） 飛邊槽的結構尺寸根據(jù)模鍛的方法不同而確定。 表2-6 胎膜鍛飛邊槽結構尺寸 （mm） 表2-7 摩擦壓力機模鍛飛邊槽尺寸 （mm） 2.5.7 技術條件 上述各項確定后，便可繪制鍛件圖。用粗實線繪制鍛件的輪廓，用雙點劃線繪出零件的主要輪廓；鍛件的公稱尺寸和鍛件公差標注于尺寸線上面，零件的公稱尺寸用括號括起，標注于尺寸線下面，這樣便于了解各部分的加工余量是否滿足要求；帶沖孔連皮的鍛件，不需要繪出連皮，因為按照鍛件圖驗收鍛件時，連皮已經(jīng)被切除。有關鍛件質量及其他檢驗要求，凡在圖上無法表示的，均列入技術條件說明中。一般的技術條件內容如下： ①鍛件熱處理及硬度要求； ②未注明的模鍛斜度和圓角半徑； ③允許的表面缺陷深度； ④允許的錯移量和殘余飛邊的寬度； ⑤需要取樣進行金相組織和力學性能試驗時，應注明鍛件上的取樣位置； ⑥表面清理方法； ⑦其他要求，如鍛件同心度、直線度、平面度等。 常用技術條件可參照《鋼質模鍛件通用技術條件》（GB 12361—90）。 第三章 離合器嚙合套的精密鍛壓模具設計 3.1 課題主要設計內容 本課題內容為離合器嚙合套精密鍛壓模具設計，用精密模鍛的方法加工離合器，用于替代以前的機械加工件，希望可以節(jié)約成本、提高生產效率。 用傳統(tǒng)方法加工離合器，毛坯的背面和內表面需車削加工。齒部需要單獨銑削，每銑削一個齒面之后，需要轉過一個角度銑削齒的另外一個面，如此反復，直到把所有的齒都銑削完。這樣加工的工作量大，特別是加工精度要求高的零件時，對于操作工人的要求較高。而嚙合套在日常生活中必不可少，因此需要尋求另一種高效加工法。設計它的精密鍛壓模具具有以下優(yōu)點：1.可以進行成批生產，大量生產，生產效率高；2.能獲得較好的精度和光潔度，甚至不需要進行機加工，這樣能夠大量的節(jié)約金屬材料和加工工時；3.能夠獲得較理想的金屬流線和致密的組織，從而提高零件的機械性能，延長零件的使用壽命；4.易于實現(xiàn)工藝工程的機械化和自動化，操作簡單，勞動強度低。 零件圖： 鍛件簡圖 3.2主要設計步驟 鍛壓模的設計步驟的主要內容： 1，分析鍛壓件的工藝性 根據(jù)設計課題要求，分析鍛壓件形狀特點，尺寸大小，結構工藝性，精度要求及所用材料是否符合鍛壓工藝要求。 2，制定鍛壓件的工藝方案 在分析了鍛壓件的工藝性后，從產品質量、生產效率、設備占用情況、模具制造的難易程度和模具壽命高低、工藝成本、操作方便和安全程度等方面，進行綜合分析、比較，然后確定適合具體生產條件的最經(jīng)濟的工藝方案。 3，確定毛坯形狀、尺寸和下料方式 在最經(jīng)濟的原則下，決定毛坯的形狀、尺寸和下料方式。 4，確定鍛模類型及結構型式 根據(jù)所確定的工藝方案和鍛壓件的形狀特點、精度要求、生產批量、模具制造條件、操作方便及安全的要求，以及利用現(xiàn)有通用機械化、自動化裝置的可能，選定鍛模類型及結構型式，繪制模具結構草圖。 5，進行必要的工藝計算 計算