机械基础制造课程论文
题目 闭式胎模锻的变形过程及工艺 姓名 杨顺 学号 __ _ 14556122 班级 _机械设计制造及其自动化141班 联系电话___ 17855864197/684197 日期： 2015 年 12 月 30 日 成绩 ___
闭式胎模锻的变形过程及工艺
工学分院 机械设计制造及其自动化专业 姓名：杨顺（14556122） 摘要：胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法。所用的模具称为胎膜，其结构简单，形势多样，且不固定在锤头和砧座上，只在使用时才放上去。一般选用自由锻方法制坯，然后在胎膜中终锻成形。
关键词：胎模锻；变形过程；锻造；自由锻
Deformation process and process of die
forging
(Mechanical Design, Manufacturing and Automation，Zhejiang Normal
University )
Abstract：Die forging is a kind of forging method for producing die forging for free forging equipment. The mold said membranes, the utility model has the advantages of simple structure, diverse situation without being fixed on the hammer and anvil, only when in use to put up. The general choice of free forging method, and then in the final part of the fetal membranes.
Key Words：forging；The deformation process；Forging；Free forging
一、 引言
随着汽车、机床等工业的不断发展，对锻件的需求逐步向轻量化、精密化、复杂化、多样化的方向发展。而这一过程中，对于原料的锻造的技术要求也在不断的提高。
胎模锻独特的技术方法与工艺特点被运用于一些锻件的生产中。胎模锻与自由锻相比，具有较高的生产率，短剑形象准确，精度较高，余块少，内部组织致密，纤维分布更符合性能要求等优点；与模锻相比，具有成本更低，操作灵活，使用方便等优点。但胎模锻的锻件精度和生产率不如锤上膜锻高，工人劳动强度较大，胎膜使用寿命短。胎模锻一般用于小型锻件的中、小批量生产，在没有模锻设备的中小型工厂应用较广泛。
二、 闭式胎模锻的变形过程
闭式胎模锻造的变形过程分为三个阶段：基本成型阶段，充满阶段、形成纵向飞刺阶段。
(1) 基本形成阶段
即金属由开始变形到基本上充满型槽为止这一过程。由压力加工中的最小阻力定律可知．这一变形过程中的整体变形抗力小。这是因为此过程中的自由度大，约束少，与型槽接触的正应力小故变形时摩擦阻力也小，所以变形过程非常容易实现。这一阶段由于坯料所受约束少，易变形，如果不稳妥固定，在锻造时极易窜位．使得坯料金属分布不均匀而锻出次品甚至废品。
(2) 过程充满阶段
充满阶段即金属由基本成形状态到完全充满型槽的过程。此阶段开始时。由于金属坯料已基本上全部接触模槽，坯料的端面锥形区及侧壁、中心区域，都已处于三向等压应力状态，而变形区域仅为极小部分，处于未充满处附近的两个刚性区域之间，并且变形区域的应力差值也很小．欲使其继续变形的变形力很大。所以这一变形阶段的变形抗力较上一阶段的变形抗力大得多。
该阶段中作用于上模的正应力吮和侧壁的正应力σR是胎模设计的基本理论数据。作用于上模的正应力σz分布是以上模轴心为中心，等量同圆向外分布，在R/2处接近最大；作用于型槽侧壁的正应力σz。则是在距上端面1/3高度处附近达到极值。变形力P和型槽侧壁作用力Q由下列公式计算： P=
Q=
这里需要说明一点，型槽侧壁上的作用力Q受锻件高径比(H/D)的影响很大，如果H/D增加，Q也将增大。
(3) 最终飞刺阶段
即坯料金属沿内模形阶段开始时。由于坯料已全部充满型槽，整个坯料基本上成为不变形的刚性体，故飞刺的形成不容易实现，特别是套筒胎模锻造时。由于套筒的弹性变形而吸收了一定的打击能量，更不易形成飞刺。但在生产过程中有时因为打击能量过大或套筒的刚性非常好，也偶尔有形成纵向飞刺的现象产生。实践证明，飞刺产生对闭式胎模锻造有害无利。所以应避免飞刺的产生，即在飞刺形成前结束锻打。通过对上面各变形过程的叙述分析。我们可以得出闭式胎模锻造的以下几个特点：
① 高径之比较小的锻件适宜进行闭式胎模锻。 ② 锻造前应先将坯料稳妥固定，否则易产生偏锻。
③ 整个锻造过程应在形成纵向飞刺前结束，在制定工艺时应该允许在模具分合处有少量的未充满，这样可以提高零件整体加工效率，并可提高锻模的寿命。 ④ 由于锻件在锻造过程中始终与温度低得多的胎模呈包容状况接触，温降速度快，故闭式胎模锻造宦在一次工作行程中连续完成．这样有利于型槽充分充满。并且可以改善锻模型槽的受力状况。
R2??R?zdR0H?0D?RdH三、采用闭式模锻工艺过程的必要条件
① 坯料体积准确
② 坯料形状合理并且能够在膜膛内准确定位 ③ 设备的打击能量或打击力可以控制
④ 设备上有顶出装置
四、胎模锻的锻件应用
胎模锻适用于中、小批量生产及新产品的研制生产，特别对于薄壁件，更显示他的优越性。而胎模锻的特点是工艺简单易行，锻件的尺寸精度高，几何形状稳定。因此，该类锻件的余量、公差可以取得小一些，从而减少原材料消耗，提高材料利用率。
胎模锻在当今的应用可谓是相当广泛，遍布于许多中小型模锻厂等。虽然模锻、辗扩、挤压及平锻等工艺有了较大的发展，但胎模锻生产仍是主要生产方法之一。而胎模锻的工艺则成为工件在生产过程中的重点步骤，对工件的形成起着至为重要的关键。
（1） 圆环类锻件
圆环类零件是指零件的高度不大于零件外径，且零件内径不小于外径的二分之一（图1a），即Hp≤Dp，dp≥0.5Dp。圆环类锻件的锤上锻造工艺一般采用胎模锻，其特点是工艺简单易行，锻件的尺寸精度高，几何形状稳定。因此，该类锻件的余量、公差可以取得小一些，从而减少原材料消耗，提高材料利用率。
工艺流程如图 2所示，圆环类锻件锤上胎模锻工艺流程为：自由镦饼→初成形→再成形→焖制切离[1]。首先将加热好的料段在锤上自由镦粗，然后将镦粗后的料饼放入头遍模中，打实后连同头遍模一起翻到二遍模上，将工件翻入二遍模中，放正再打实，最后放入冲孔模中，用冲头将冲孔连皮冲掉，即完成锻件的生产。
（2） 锥台类锻件
锥台类零件如图6是在实际生产中常见的一种零件。当生产批星在100件左右时。由于该类锻件在自由锻制坯时存在的轴向推力，增加了锻造生产时的危险
性。因此，大多回避直接塑性成形，而采用将直壁圆柱体锻件机加工出锥台的工 艺方法。这一方法材料利用率低、生产率低、刀具消耗量大、制造成本高。而用切双肩的办法平衡制锥坯的轴向推力，然后用胎模锻锻出锥台，可减少后续的切削加工量、降低加工成本，还可节约原材料，提高生产效率[5]。
图6 锻坯图
分析图6所示的零件，如果采用锻出阶梯轴再机加工出锥体时，材料利用率只有64.9％。当批量生产且材料昂贵时，会大大增加生产成本，因此，采用锻造成形是形势所迫。实际生产中，许多工厂会采用自由锻成形锥台，但用来成形锥台部分的斜楔在轴向力作用下容易飞出，常常发生工伤事故。为了解决这一问题，我们采用切肩成形锥台部分、胎模锻最终成形的工艺方案。切肩成形锥台是一种轴向力自成平衡体系的成形过程，不会产生沿着轴向的推力，有利于安全生产。图l所示锻件质量主要集中在大端和锥台部分，当切肩后小端部分高径比小于0．5，小端拔长时容易产生折叠13l；同时在利用切刀成形锥台部分时，小端厚度较小容易造成小端部分沿着轴向方向发生变形。为此，采用了一料两件的设计方案。
（3） 活塞类锻件
由于大活塞生产批量较大，最理想的锻造方法是整体套模成形，但厂房的设备能力无法实现。若采用自由锻拔出台阶，由于台阶相对较大，拔长时，心部参与变形小，外层金属相应伸长，端部凹心问题会更加严重；另外还必须增大操作机钳口的夹持直径。可见此综合考虑方法不仅不能保证大活塞的成形质量，而且还将增大工装改造投资。为此，我们决定利用胎模锻的灵活性，对大型锻件采取局部模锻，即杆部漏盘成形、头部自由锻成形的胎模锻工艺方案[6]。
① 例如根据锻件图，设计了如图 7所示的胎模。为使模具能够锻造自制及便于机加工，同时考虑工厂现有设备条件，将胎模设计成组合形式，其中下垫和模套采用过盈热装，过盈量控制在 0.8mm-0.1mm。它与其他一般胎模设计比较，有以下不同特点：
② Φ445mm尺寸用以控制盘上部分自由镦粗时的最小外圆尺寸，并检查偏心度，随时可用压板纠正偏心。
③ 设计20゜斜面有两方面的作用，主要作用在于控制受力方向，保持自由镦粗部位的坯料平衡，也有利于保证杆部和头部的同心度。另一方面也便于金属的流动成形。
④ 镶块15゜斜面及下通孔的作用，首先是改变了锻件小端部位金属的应变状态，有利于金属流动，有效避免了制坯时产生的凹心缺陷；另一方面可用圆垫