锻造工艺学6.ppt
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1、,材料科学与工程学院,第六章 模锻成形工序分析,一、模锻特点 定义:把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的模具内进行锻造的方法称为模锻。模锻是使用专用锻模进行锻造来获得所需形状和尺寸锻件的主要工艺方法。 模锻的特点是:在锻压机器动力作用下,热透坯料在锻模型腔中被迫塑性流动成形,从而获得比自由锻质量更高的锻件。,6-1 概述,优点: 1生产率高; 2锻件形状较复杂,尺寸精度较高;粗糙度也比自由锻低; 3锻件的机械加工余量较小,材料利用率较高; 4可使流线分布更为完整合理,从而进一步提高零件的使用寿命; 5生产过程操作简便,劳动强度比自由锻小; 6锻件达到一定批量后,其成本降低。,缺点: 1设备投资
2、大; 2生产准备周期,尤其是锻模制造周期都比较长, 批量小的锻件在经济上不合算; 3锻模成本高,且寿命较低; 4工艺灵活性不如自由锻。,二、工具(模具)形状对变形和金属流动的主要影响 1控制锻件的形状和尺寸:(终锻模膛,终成形模具) 为保证锻件的形状和尺寸精度,设计模具时应注意以下两点: (1) 热锻时应考虑锻件和模具的热收缩; (2) 精密成形时还应考虑模具的弹性变形。,2控制金属的流动方向 塑性变形的金属主要沿最大主应力增大的方向流动。在三向压应力情况下,金属主要沿最小阻力(增大)的方向流动。 3控制塑性变形区 靠利用不同工具在坯料内产生不同的应力状态,使部分金属首先满足屈服条件。,4提高
3、金属的塑性:尽量形成三向压应力的应力状态 静水压力越大,材料的塑性越高 芯轴扩孔、辗压扩孔、挤压,三向压应力 冲子、楔扩孔,切向受拉,塑性差 5控制坯料失稳提高成形极限:失稳弯曲,进而会发展成为折迭 长杆料顶镦时,D1.25d0 管子弯曲时,应该用适当的模具或芯轴,6-2 开式模锻,一、概念 开式模锻是变形金属的流动不完全受模腔限制的一种锻造方式。开式模锻时,多余的金属沿垂直于作用力的方向流动形成毛边。,二、飞边槽的作用 1增大径向阻力,迫使金属充满模膛; 2容纳多余的金属; 3缓冲上、下模的打击,防止模具压塌和开裂。,三、模锻过程的四个阶段 开式模锻时,金属流动的过程可以分为四个阶段: I第
4、一阶段是自由变形或镦粗变形阶段; II第二阶段为形成毛边阶段; III第三阶段为充满型槽阶段; IV第四阶段为锻足或打靠阶段。,四、开式模锻各阶段的变形分析 第阶段 坯料在型槽中发生镦粗变形。此时金属处于较弱的三向压应力状态,变形抗力较小。, 第阶段 金属流动方向有两个方向,一个是充满模腔,一方面流入毛边槽,形成少许毛边。这时,两方面流动阻力都很大,处于明显的三向压应力状态,变形抗力显著上升。 该阶段的凹圆角被充满后,变形金属可分为五个区域:A内、A外为镦粗和B区金属如同在圆形砧内摔圆,C区为弹性变形区,D区内的金属变形犹如外径受限制的环形件镦粗。,3第阶段 金属流入毛边槽的阻力急剧增大,形成
5、一个阻力圈。迫使金属继续向型槽深处和圆角处流动,直到整个型槽完全充满为止。此阶段金属处于更强的三向应力状态,变形抗力急剧增大。,4第阶段 多余金属排入飞边 变形区仅发生在分模面附近的一个区域内(椭圆形或菱形变形区),其它区域处于三向等压力应力状态,即成为弹性变形区(刚性区)。变形区的应力应变状态与薄件镦粗一样。 此阶段由于飞边继续变薄和降温,变形抗力继续增大,达到最大值。所需要的锤击力最大,开式模锻所需的变形力即按此阶段计算。,五、开式模锻时影响金属成形的主要因素,以上分析表明,变形金属的流动取决于各流动方向上的阻力之间的关系,此外,载荷的性质(设备速度)等也有一定影响。 主要因素有: 1模膛
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