模锻工艺及锻模设计培训课程模板.doc
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1、第十一第十二第十三第十四上次课程回顾:第三节 铸造工艺方案确实定一、造型、制芯方法选择二、铸件浇注位置确实定三、分型面选择四、型(砂)芯设计第四节 铸造工艺参数确实定一、铸件尺寸公差二、机械加工余量三、铸件工艺余量四、铸件工艺补正量五、起模斜度(铸造斜度)六、铸造收缩率七、最小铸出孔及槽八、反变形量第五节 液态金属成形工艺设计实例一、铸造工艺图绘制二、铸件图绘制三、铸型(装配)图绘制四、铸造工艺规程和工艺卡片编制问题:1 在铸造生产中,选择造型方案时应考虑哪些基础标准?2 什么叫浇注位置?选择浇注位置应遵照哪些标准?3 怎样选择分型面?1 在铸造生产中,选择造型方案时应考虑哪些基础标准?(1)
2、造型、制芯方法应和生产批量相适应;(2)造型、制芯方法应适合工厂条件;(3)要兼顾铸件精度要求和成本。2 什么叫浇注位置?选择浇注位置应遵照哪些标准?浇注位置:浇注时铸件在铸型中所处位置。(1)铸件上质量要求高部分及关键工作面、关键加工面、加工基准面和大平面应尽可能朝下或垂直安放;(2)铸件厚大部位应放在上部,尽可能满足铸件自下而上次序凝固;(3)应确保铸件有良好液态金属导入位置确保铸型充满;(4)应尽可能少用或不用砂芯。3 怎样选择分型面?(1)分型面应选在铸件最大截面处,以确保顺利起出模样而不损坏铸型;(2)尽可能将铸件全部或大部分放在同一个半型内;(3)尽可能降低分型面数量;(4)分型面
3、应尽可能选择平面;(5)便于下芯、合型和检验型腔尺寸;(6)考虑工艺特点,尽可能使加工及操作工艺简单。第四章内容回顾:第四章 液态金属成形工艺设计第一节 液态金属成形工艺设计概论一、设计依据二、设计内容和程序第二节 铸件结构工艺性一、铸造工艺对铸件结构要求二、铸造合金对铸件结构要求三、铸造方法对铸件结构要求第三节 铸造工艺方案确实定一、造型、制芯方法选择二、铸件浇注位置确实定三、分型面选择四、型(砂)芯设计第四节 铸造工艺参数确实定一、铸件尺寸公差二、机械加工余量三、铸件工艺余量四、铸件工艺补正量五、起模斜度(铸造斜度)六、铸造收缩率七、最小铸出孔及槽八、反变形量第五节 液态金属成形工艺设计实
4、例一、铸造工艺图绘制二、铸件图绘制三、铸型(装配)图绘制四、铸造工艺规程和工艺卡片编制测验:1 名词解释(1)铸造;(2)砂型铸造;(3)熔模铸造;(4)消失模铸造;(5)压力铸造;(6)低压铸造;(7)差压铸造。2 什么叫浇注系统?由几部分组成?3 铸造工艺参数有哪些?4 常见冒口有哪些?说明冒口作用。冷铁作用是什么?5 什么叫浇注位置?怎样确定浇注位置?6 什么叫分型面?怎样确定分型面7 比较图a及图b哪个铸造工艺好,并简明说明。第五章 模锻工艺及锻模设计塑性成形技术是指利用金属塑性,在外力作用下,取得含有一定轮廓、尺寸和力学性能产品加工技术。塑性成形原理关键内容塑性力学铸造和冲压(锻压)
5、:将固态金属(体积金属或板料金属)加热,或在室温下在锻压机器外力作用下经过模具成形为所需锻件或冲压件产品方法。铸造:铸造是一个利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生塑性变形以取得含有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件加工方法。三峡升船机螺母柱毛坯 中国首台400MN(4万吨)重型航空模锻液压机重型航空模锻液压机进行热试 顺利铸造出首个大型盘类件产品第一节 毛坯加热和锻件冷却一、毛坯加热方法1 锻前加热目标目标:提升金属塑性、降低变形抗力、使金属易于流动成形铸造生产过程中一个极其关键步骤。2 加热方法(1) 燃料火焰加热固体(煤、焦炭等)、液体(重油、柴油等)、气体(煤气、天燃气等)缺点:劳动条
6、件差,炉内气氛、炉温及加热质量较难控制,轻易造成环境污染。(2)电加热优点、缺点电阻加热感应加热(3)少无氧化加热精密模锻时,毛坯必需采取少无氧化加热,可降低钢材氧化和脱碳,有利于提升模具寿命。实现少无氧化加热方法有多个,简单而效果很好是带保护气氛感应加热。3 金属加热时改变和常见缺点金属在加热过程中,因为能量升高,原子振动加紧、振幅增大,和电子运动自由行程改变,还有周围介质影响等原因,金属将发生以下改变:化学改变:氧化、脱碳、吸氢,产生氧化皮和脱碳层等;物理改变:热导率、热扩散率、膨胀系数、密度等随温度升高而改变;组织结构改变:过热、过烧;力学性能改变:随加热温度升高,金属塑形提升,变形抗力
7、降低,残余应力逐步消失;但也可能产生温度应力和组织应力,过大内应力会引发加热金属开裂。4 金属材料铸造温度范围确实定铸造温度范围:是指开始铸造(始锻温度)和结束铸造(终锻温度)之间温度区间。铸造温度确定标准:确定铸造温度范围基础方法:通常来讲,碳钢铸造温度范围依据铁-碳相图就可确定;铝合金、钛合金、铜合金、不锈钢及高温合金,往往须要综合利用多种方法,才能确定出合理铸造温度范围。多种材料始锻和终锻温度可查手册。5 金属加热规范金属在锻前加热时,应立即达成要求始锻温度,以降低氧化,节省燃料,提升生产率。不过,温度升得太快,温度应力就大,往往会造成毛坯开裂。所以,在实际生产中,金属毛坯应按一定加热规
8、范进行加热。加热规范:金属毛坯装炉开始到出炉整个过程中,炉温和料温随时间改变要求。为方便起见,加热规范通常是以炉温时间改变曲线来表示。一段、二段、三段或多段加热规范。预热、加热、均热等多个阶段。怎样制订加热规范?确定加热过程不一样阶段炉温、升温速度和加热和均温时间。二、锻件冷却方法锻件冷却时铸造后依据锻件材料性质,根据不一样速度冷却到室温工序。假如冷却速度选择不妥,锻件可能因产生裂纹或白点而报废。1 锻件在冷却过程中内应力(1)冷却时温度应力锻件在冷却早期,表层冷却快,体积收缩大;心部冷却慢,体积收缩小。因为表层金属收缩受到心部金属阻碍,结果在金属表层产生了拉应力,心部产生了压应力。此时心部温
9、度仍较高,变形抗力小,且塑性很好,还许可微量塑性变形,使温度应力得以松弛。到了冷却后期,锻件表面已靠近室温,基础上不再收缩,这时表层金属反而阻碍心部金属继续收缩,造成心部由受压应力转变成受拉应力,从而易产生冷却裂纹。若锻件材料为抗力大、塑性低合金,在冷却早期表层金属内产生拉应力不能得到松弛,就是在冷却后期,也只能使表层金属早期产生拉应力有所降低,但表层仍为拉应力,心部仍为压应力。所以,冷却过程中低碳钢和低合金钢锻件可能出现内裂,而高碳钢和高合金钢锻件则易产生外裂。(2)冷却过程中组织应力(3)冷却过程中残余应力2 锻件冷却方法根据冷却速度不一样,锻件冷却方法有三种,即在空气中冷却、在灰砂中冷却
10、和在炉内冷却。1 在空气中冷却2 在干燥灰、砂坑(箱)内冷却3 在炉内冷却上次课程回顾:第五章 模锻工艺及锻模设计第一节 毛坯加热和锻件冷却一、毛坯加热方法二、锻件冷却方法问题?1 什么叫锻压?什么叫铸造?2 金属毛坯加热目标是什么?关键加热方法有哪些?1 什么叫锻压?什么叫铸造?铸造和冲压(锻压):将固态金属(体积金属或板料金属)加热,或在室温下在锻压机器外力作用下经过模具成形为所需锻件或冲压件产品方法。铸造:铸造是一个利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生塑性变形以取得含有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件加工方法。2 金属毛坯加热目标是什么?关键加热方法有哪些?目标:提升金属塑性、降低变
11、形抗力、使金属易于流动成形。加热方法:(1)燃料火焰加热;(2)电加热;(3)少无氧化加热。第二节 锻件分类及锻件图设计模锻即模型铸造,是利用模具使毛坯变形而取得锻件铸造方法。开式模锻:沿锻件分型面周围形成横向飞边模锻。 一、锻件分类为了便于确定工艺规程和锻模设计,应将多种形状锻件进行分类。现在比较一致分类方法是,根据锻件外形和模锻时毛坯轴线方向,把锻件分为短轴线类(圆饼类)和长轴线类。锻件分类以下:短轴线类锻件特点:打击方向、流动平面长轴线类锻件特点:二、表示模锻件复杂程度参数模锻件形状对模锻时金属流动和变形力影响很大,所以,必需找出表示锻件形状复杂程度参数。通常见锻件体积和其外廓包容体体积
12、之比来表示锻件复杂性,而且比较正确地估量到偏离主轴那部分所带来影响,即形状复杂系数为:当S=1-0.63时,形状复杂程度为较低级,锻件形状简单;当S=0.63-0.32时,形状复杂程度为较低级,为一般形状锻件;当S=0.32-0.16时,形状复杂程度为较低级,锻件形状较复杂;当S0.16时,形状复杂程度为较低级,锻件形状复杂。提斯特(Teteies)提出轴对称锻件形状复杂系数为、分别是纵、横截面形状系数。三、锻件图设计在工艺规程制订、锻模设计和加工、模锻生产过程及锻件检验中,全部离不开锻件图。锻件图分为冷锻件图和热锻件图。冷锻件图用于最终锻件检验和热锻件图设计;热锻件图用于锻模设计和加工制造。
13、冷锻件图通常称为锻件图。它是依据零件图设计,其设计内容以下:1 确定分模面确定分模面位置最基础标准是:确保锻件形状尽可能和零件形状相同,轻易从模腔中取出;另外,应争取取得镦粗成形。锻件分模面位置应选在含有最大水平投影尺寸位置上。为了提升锻件质量和生产过程稳定性,除满足上述分模标准外,确定开式模锻件分模位置还应考虑下列要求:(1)易于发觉上下模腔相对错移;(2)尽可能选择直线分模,使模锻加工简单。但对头部尺寸较大、且上下不对称锻件,则宜用折线分模,以利充满成形;(3)对圆饼类锻件,当HD时,宜取径向分模,而不取轴向分模;(4)应确保锻件有合理金属流线分布。2 确定机械加工余量和公差一般模锻件均经
14、机械加工成为零件。原因?(1)毛坯在高温下产生氧化和脱碳;(2)毛坯体积改变及终锻温度波动;(3)因为锻件出模需要,模膛壁带有斜度,锻件侧壁需添加敷料;(4)模膛磨损和上下模难免错移现象;(5)锻件形状复杂,需作合适简化,确保模锻成形。3 模锻斜度模锻斜度:在锻件上和分模面垂直平面或曲面所附加或固有斜度。其作用是使锻件能顺利地从模膛取出。外模锻斜度:锻件冷却收缩过程中,趋向于离开模壁部分。内模锻斜度:锻件冷却收缩过程中,将模膛中突起部分夹得更紧部分。为了制造模具时采取标准刀具,模锻斜度应按以下数值选择:015、15等4 圆角半径圆角:为了使金属易于流动和充满模膛,提升锻件成形质量并延长锻模使用
15、寿命,锻件上全部转接处全部要用圆弧连接,使尖角、棱边呈圆弧过渡,此过渡称为锻件圆角。外圆角半径r:凸圆角半径,外圆角对应模膛内圆角内圆角半径R:凹圆角半径,内圆角对应模膛外圆角 问题:充填模膛困难,开裂,压塌,力学性能下降,回流折叠。外圆角半径过小,过大内圆角半径过小,过大圆角半径大小和锻件形状尺寸相关,锻件高度尺寸大,圆角半径应加大。外圆角半径:r=余量+零件对应处半径内圆角半径:R=(2-3)r为便于选择标准刀具,圆角半径应按下列标准选定:1、1.5、2mm、30mm等5 冲孔连皮模锻不能直接锻出通孔,所以,在设计热锻件图时,必需在孔内保留一层连皮,然后在切边压力机上冲除掉。问题:过薄,锻
16、不足并要求较大打击力,模具凸出部分加速磨损或打塌;过厚,冲除连皮困难,锻件形状走样,浪费金属。6 技术条件锻件图带连皮锻件,不需绘出连皮形状和尺寸,因为在检验用锻件图上连皮已经切除。零件图关键轮廓线应用点划线在锻件图上表示出来,便于了解各部分加工余量是否满足要求。凡在锻件图上无法表示相关锻件质量及其它检验要求,均列于技术条件说明中。通常技术条件包含以下内容:1)未注明模锻斜度和圆角半径;2)许可错移量和残余飞边宽度;3)许可表面缺点深度;4)表面清理方法;5)锻后热处理方法及硬度要求;6)需要取样进行金相组织检验和力学性能检测时,应在锻件图上注明取样位置。第三节 开式模锻变形特征及终锻和预锻模
17、膛设计一、开式模锻变形特征开式模锻时变形金属流动不完全受模腔限制,多出金属会沿垂直于作用力方向流动形成飞边。伴随作用力增大,飞边减薄,温度降低,金属由飞边向外流动受阻,最终迫使金属充满型槽。1 开式模锻变形特征四个阶段:镦粗变形、形成飞边、充满模膛、打靠。2 飞边槽作用(1)造成足够大横向阻力,迫使金属充满模膛;(2)容纳毛坯上多出金属,起赔偿和调整作用;(3)对于锤类设备上模锻,可缓冲模具撞击,提升锻模寿命。二、终锻模膛设计终锻模膛是用于锻件最终成形,它是由按热锻件图加工制造模膛和模膛周围飞边槽所组成。为便于操作,通常还设有钳口。1 热锻件图设计热锻件图设计是以冷锻件图为依据,考虑到金属有冷
18、缩现象,热锻件图上全部尺寸应计入收缩率:,是冷锻件图尺寸,是终锻温度下金属收缩率。多种合金收缩率:钢为0.8-1.5%,不锈钢1.0-1.8%,钛合金0.5-0.9%等。对薄而宽或细而长锻件,在模具中冷却快,或打击次数多而使终锻温度较低,其收缩率应合适减小。当需要计入模具收缩率时(如用高温合金作模具等温模锻钛合金),可按下式计算锻件收缩率:热锻件图形状和冷锻件图通常相同,有时为确保锻件成形质量,许可热锻件图上部分部位和冷锻件图有所差异,这时应按具体情况进行具体处理。热锻件图在高度方向尺寸标注是以分模面为基准,方便于锻模机械加工和准备样板。2 飞边槽设计飞边槽结构形式桥部和仓部飞边槽关键尺寸是桥
19、部高度h、宽度b及入口圆角半径r怎样影响?飞边槽尺寸确实定吨位法;计算法3 钳口设计终锻模膛和预锻模膛前段留下凹腔。作用?(1)用来容纳夹持毛坯夹钳和便于从型槽中取出锻件;(2)作为浇注检验时用铅或金属盐样件浇道。三、预锻模膛设计预锻模膛关键目标:在终锻前深入分配金属。分配金属是为了:确保金属无缺点流动,易于充满模膛;降低材料流向毛边槽损失;降低终锻模膛磨损;取得所期望金属流线和便于控制锻件力学性能。不利影响:轻易形成偏心打击,影响锤杆寿命,轻易使上下模错移,增大模块尺寸,降低生产率。预锻模膛是以终锻模膛或热锻件图为基础进行设计。设计标准:经预锻模膛成形毛坯,在终锻模膛中成形时金属变形均匀,充
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