开式模锻的成形过程大体分为三个阶段（ 开式模锻的成形过程大体分为三个阶段（见图 6.4）： 6.4
图6.4
开式模锻成形过程的金属流动
第6章 模锻成形工步分析
1、锻粗阶段： 锻粗阶段 锻粗阶段是开式模锻的第一阶段。 锻粗阶段是开式模锻的第一阶段。 是开式模锻的第一阶段 压下量△ 模锻力为P 见图6.5 6.5）。 压下量△H1，模锻力为P1（见图6.5）。 此时整个坯料都产生变形， 此时整个坯料都产生变形，在坯料内部 近似存在分流面。 近似存在分流面。分流面外的坯料金属 流向法兰部分， 流向法兰部分，分流面内的金属流向凸 台部分。 台部分
图6.14 飞边位置的设计
第6章 模锻成形工步分析
3.设备工作速度的影响 3.设备工作速度的影响 一般说来，设备工作速度高时， 一般说来，设备工作速度高时，金属变形 速度快，金属变形的惯性和变形热效应突出。 速度快，金属变形的惯性和变形热效应突出。 由于温度较高，氧化皮软化， 由于温度较高，氧化皮软化，摩擦系数有所 降低， 降低，这时的氧化皮在某种程度上具有润滑 剂的功能。 剂的功能。 模锻时正确利用这些因素， 模锻时正确利用这些因素，有助于使金属 充填模膛，得到外形复杂、尺寸精确的锻件。 充填模膛，得到外形复杂、尺寸精确的锻件
第6章 模锻成形工步分析
第6章 模锻成形工步分析
第6章 模锻成形工步分析
第6章 模锻成形工步分析
模锻：利用模具使坯料变形而获得锻件 模锻： 的锻造方法称为模锻。 的锻造方法称为模锻。 模锻成形工步的成形方法：开式模锻、 模锻成形工步的成形方法：开式模锻、 闭式模锻、挤压、顶镦。 闭式模锻、挤压、顶镦。
图6-8摩擦力对金属充填模膛的影响 摩擦力对金属充填模膛的影响
第6章 模锻成形工步分析
图6.9模壁斜度对金属充填模 模壁斜度对金属充填模 膛的影响
图 6.10模具圆角半径对金属流动 模具圆角半径对金属流动 的影响
第6章 模锻成形工步分析
2.飞边槽的影响 2.飞边槽的影响
常见飞边槽型式如图6.11。 常见飞边槽型式如图6.11。它包括飞边槽桥部和 6.11 仓部。桥部的主要作用是阻止金属外流， 仓部。桥部的主要作用是阻止金属外流，迫使金属 充满模膛。较薄的飞边槽桥部， 充满模膛。较薄的飞边槽桥部，也有利于飞边在后 续工序中切除。 续工序中切除。飞边槽仓部的作用主要是容纳多余 金属，以免金属流到分模面上，影响上下模具打靠。 金属，以免金属流到分模面上，影响上下模具打靠。
图 6.11飞边槽型式 飞边槽型式
6.12带阻力沟的飞边槽 带阻力沟的飞边
第6章 模锻成形工步分析
设计飞边槽， 设计飞边槽，主要是合理确定飞边槽桥 部宽度和高度。 部宽度和高度。 ——为了保证金属充满模膛，希望飞边桥 为了保证金属充满模膛， 为了保证金属充满模膛 部阻力大一些。但阻力过大， 部阻力大一些。但阻力过大，会使模锻 成形的变形功和变形力变大， 成形的变形功和变形力变大，对模锻锤 会造成因打击能量不足而上下模不能打 靠，对热模锻压力机则可能发生超载 闷车” 因此， “闷车”。因此，飞边槽要根据模膛充 填的难易程度设计。模膛易充满时， 填的难易程度设计。模膛易充满时，b/h 值取小些，反之，取大些。 值取小些，反之靠阶段： 打靠阶段：
是开式模锻的第三阶段。 打靠阶段是开式模锻的第三阶段。压下 模锻力为P 见图6.5）。此时金属 6.5）。 量△H3，模锻力为P3（见图6.5）。此时金属 已完全充满模膛，但上、下模面尚未打靠（锤 已完全充满模膛，但上、下模面尚未打靠（ 上模锻结束时要打靠），多余金属挤入飞边槽， ），多余金属挤入飞边槽 上模锻结束时要打靠），多余金属挤入飞边槽， 锻造变形力急剧上升， 锻造变形力急剧上升，变形区缩小为模锻件中 心部分区域。 心部分区域。
第6章 模锻成形工步分析
开式模锻成形过程锻造力——行程曲线 图6.5 开式模锻成形过程锻造力 行程曲线
第6章 模锻成形工步分析
— 研究锻件的成形问题，主要研究第二阶段。 研究锻件的成形问题，主要研究第二阶段。 —计算变形力可按第三阶段的变形区域考虑， 计算变形力可按第三阶段的变形区域考虑， 计算变形力可按第三阶段的变形区域考虑 希望第三阶段尽可能小。 6.7是某回转体锻件 希望第三阶段尽可能小。图6.7是某回转体锻件 模锻第二阶段子午面的网格变化情况。 模锻第二阶段子午面的网格变化情况。
第6章 模锻成形工步分析
二、控制金属的变形方向 ：
根据金属塑性成形理论， 根据金属塑性成形理论，塑性变形时金属 主要朝最大主应力的方向流动。 主要朝最大主应力的方向流动。在三向压应力 的情况下，金属主要朝最小阻力方向流动。 的情况下，金属主要朝最小阻力方向流动。 因此，对一个待加工的锻件， 因此，对一个待加工的锻件，通过设计不 同的制坯工步如拔长、滚挤、弯曲、预锻等 同的制坯工步如拔长、滚挤、弯曲、 参见图6.2），可控制金属的变形方向 6.2），可控制金属的变形方向， （参见图6.2），可控制金属的变形方向，完 成对坯料的塑性加工。 成对坯料的塑性加工。
第6章 模锻成形工步分析
四、提高金属的塑性
金属的塑性与应力状态有很大关系， 金属的塑性与应力状态有很大关系，压应力个数 越多，静水压力数值越大，材料的塑性越好。 越多，静水压力数值越大，材料的塑性越好。封闭的 模膛使金属在终锻最后阶段处于三向压应力状态， 模膛使金属在终锻最后阶段处于三向压应力状态，材 料的塑性好。 料的塑性好。
图6.6 锻件锻造时的金属流动平面和变形方向 (a) 变形平面 (b)锻件形状 (c) 变形方向 锻件形状
第6章 模锻成形工步分析
6.2.3开式模锻时影响金属成形的主要因素 6.2.3开式模锻时影响金属成形的主要因素
1.模膛尺寸和形状的影响 1.模膛尺寸和形状的影响 金属变形时在模膛内遇到的阻力与下列因素有关： 金属变形时在模膛内遇到的阻力与下列因素有关： （1）变形金属与模壁间的摩擦系数 ； 模壁斜度； （2）模壁斜度； 圆角半径R （3）圆角半径R ； （4）模膛的宽度和深度 ； （5）模具温度 。
第6章 模锻成形工步分析
2、充满模膛阶段： 充满模膛阶段： 充满模膛阶段是开式模锻的第二阶 压下量△ 模锻力为P 段。压下量△H2，模锻力为P2（见图 6.5）。这时下模膛已经充满， ）。这时下模膛已经充满 6.5）。这时下模膛已经充满，凸台部 分尚未充满，金属开始流入飞边槽。 分尚未充满，金属开始流入飞边槽。随 着桥部金属变薄， 着桥部金属变薄，金属流入飞边的阻力 增大，迫使金属流向凸台和角部， 增大，迫使金属流向凸台和角部，直到 完全充满模膛， 完全充满模膛，变形区仍然遍布整个坯 料。
（坯料）
图6.15 闭式模锻示意图
第6章 模锻成形工步分析
采用闭式模锻工艺过程的必要条件 是： 1.坯料体积准确 坯料体积准确； 1.坯料体积准确； 2.坯料形状合理并且能够在模膛内准 2.坯料形状合理并且能够在模膛内准 确定位； 确定位； 3.设备的打击能量或打击力可以控制 设备的打击能量或打击力可以控制； 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 设备上有顶出装置。 4.设备上有顶出装置。
第6章 模锻成形工步分析 6.2 开式模锻
6.2.1概述： 6.2.1概述： 概述 锤上开式模锻时， 锤上开式模锻时，上模和下模间的 间隙不断变小，变形结束时， 间隙不断变小，变形结束时，上下模完 全打靠。 全打靠。从坯料开始接触模具到上下模 打靠，锻造坯料最大外廓始终敞开， 打靠，锻造坯料最大外廓始终敞开，即 飞边的仓部未完全充满。 飞边的仓部未完全充满。
图6.1 单模膛模锻示意图
第6章 模锻成形工步分析
6.1 模具对金属变形的影响
模具形状对金属变形影响很大， 模具形状对金属变形影响很大，为了使模 锻成形顺利进行，模锻设计时， 锻成形顺利进行，模锻设计时，必须注意如 下方面： 下方面：
控制锻件的形状和尺寸： 一、控制锻件的形状和尺寸：
为了保证锻件的形状和尺寸精度， 为了保证锻件的形状和尺寸精度，设计热锻 模具时应考虑锻件和模具的热收缩， 模具时应考虑锻件和模具的热收缩，设计精密模 锻件还需考虑模具的弹性变形。 锻件还需考虑模具的弹性变形。
6.3 闭式模锻
——闭式模锻即无飞边模锻 。主要优点是：锻件的几 闭式模锻即无飞边模锻 主要优点是： 何形状、尺寸精度和表面品质最大限度地接近产品， 何形状、尺寸精度和表面品质最大限度地接近产品， 省去了飞边。 省去了飞边。 与开式模锻相比， 与开式模锻相比，可以大大提高金属材料的利用 率。
Δ Δ Δ
第6章 模锻成形工步分析
锻造过程中形成横向飞 边，飞边既能帮助锻件充满 模膛， 模膛，也可放松对坯料体积 的要求。飞边是工艺废料， 的要求。飞边是工艺废料， 一般在后续工序中切除。 一般在后续工序中切除。开 式模锻示意图如右。 式模锻示意图如右
图6-3 开式模锻示意图
第6章 模锻成形工步分析
6.2.2开式模锻成形过程的分析 6.2.2开式模锻成形过程的分析
第6章 模锻成形工步分析
图6.2 多模膛模锻示意图
第6章 模锻成形工步分析
三、改变变形区的应力场
变形体内的应力场是在外力作用下产生的， 变形体内的应力场是在外力作用下产生的， 一般外力通过模具施加在坯料上， 一般外力通过模具施加在坯料上，坯料变形的 反作用力也由模具承受。合理的模具设计还应 反作用力也由模具承受。 使锻件变形时的流动阻力尽量小， 使锻件变形时的流动阻力尽量小，使模具所承 受的载荷分布均匀，降低峰值应力。 受的载荷分布均匀，降低峰值应力。
第6章 模锻成形工步分析
锤上锻造时，变形金属具有很高的变形速度， 锤上锻造时，变形金属具有很高的变形速度， 在模具停止运动瞬时， 在模具停止运动瞬时，变形金属仍可依靠变形惯 性继续充填模膛。 性继续充填模膛。 设备工作速度对金属充填模膛的影响见下表： 设备工作速度对金属充填模膛的影响见下表：
第6章 模锻成形工步分析