镦锻工步的设计与优化的介绍

平锻工艺过程，主要是加热后的棒料在夹持下逐步镦粗（聚集）的过程。所以，首先要考虑怎样镦粗才能使棒料不致产生弯曲和折叠。实践证明，镦粗过程受到一定条件的制约，这些制约条件通常被称之为镦粗（聚料）规则。遵循这些规则，锻造过程就比较顺利，能够保证锻件的质量。否则，锻件的质量就得不到保证。

1.局部积聚的条件

在使毛坯局部锻粗时，为了获得良好的顶镦锻件，应遵守一定规则。局部镦粗通常有三种方法：平冲头局部镦粗、圆柱形凹模中镦粗和锥形凸模镦粗，后两种为型槽内局部镦粗。镦粗（聚料）的方式通常有三种（见图5-16）：平冲头自由镦粗（积聚）、凹模内镦粗（积聚）和凸模内的锥形镦粗（积聚）。

图5-16 局部镦粗参数选择

a）平冲头局部镦粗 b）圆柱形凹模局部镦粗 c）锥形凸模局部镦粗

镦粗比ψ是镦粗（积聚）规则中最主要的技术参数，可以确定镦粗的次数，并计算出合理的镦粗坯形。

式中 ψ——材料的镦粗比；

l₀——坯料与变形部分的长度，它是按锻件体积加上烧损率后除以坯料直径计算出来的（锻件体积应包括可能有的飞边及连皮等）（mm）；

d₀——坯料直径（mm）。

1）当坯料上需要镦锻部分的长度l₀与直径d₀之比值ψ≤2.5时，可将坯料一次镦锻到任意尺寸而不会引起坯料弯曲（见图5-16a）。当坯料端面比较平直且直径较大，加热均匀时，可适当增大ψ值，取ψ≤3.2；反之，则适当减小。具体参数参照表5-8选取。

表5-8局部镦粗基本条件

（续）

①在第二次及以后的镦锻工步中，用。

2）当ψ＞2.5时，为了避免坯料纵向失稳弯曲而产生折纹，必须在型槽内逐步积聚，直至长径比小于2.5时，才能最后成形。若在圆柱形凹模中镦锻（见图5-16b），虽然可防止坯料弯曲，但镦锻效果不如在锥形凸模中好，如需增加工步次数，金属易从毛坯端部及凹模分型面间挤出，表面质量不好等，所以生产中常用的是在冲头锥形型腔内的聚积。

3）若坯料端面斜度较大或冲头端部圆滑，ψ比值应适当减小。

4）当ψ>3时，最常使用的是锥形凸模内积聚（见图5-17）。用这种方法的最大优点是可以通过多次积聚最高可使ψ达到14。但是，由于受设备空间限制和坯料温度下降的影响，很少用到这种极限情况。因此，坯料在锥形凸模中镦锻能获得较好的效果，并被广泛使用。

2.凸模内锥形积聚工步计算

凸模内锥形积聚工步的计算，重点介绍在锥形凸模中镦锻的工步设计（见图5-17）。

图5-17 锥形凸模内积聚

为了保证预锻顺利进行，在锥形模槽积聚时应符合下列条件：

这里的ε=D₁/d₀称为锥形体的大头系数，其值为

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这里的η=1～1.2，称为锥形体小头系数。

图5-18 锥形镦锻限制线

已知l₀、d₀即可得出ψ，然后在图5-18上求出ψ线与abc线交点。由交点作纵、横坐标垂线，便可求出β及ε（与选用η值有关），计算锥形型槽尺寸。即

d_k=ηd；D_k=εd

l_k=λd=（φ-β）d

在计算第二次及以后各次的积聚尺寸时，可用前一次积聚的截锥体平均直径代替d₀值进行计算。

为了防止积聚过程中产生飞边，积聚型槽体积应较积聚金属体积增大3%～10%。

第二次顶镦时，用代替d₀作计算。当计算出的ψl₂/d_平2≤2.5时，就可不再进行锥形顶镦，可直接顶镦到任何形状；否则，仍应继续顶镦直至ψ_n≤2.5时为止（n为顶镦次数）。

锥形型槽设计还需注意以下几点：

1）在顶镦次数较多时，η取较小值，有时还采用二级锥度的顶镦型槽，以增大顶锻的稳定性。

2）在顶镦过程中，为防止毛坯直径偏差而挤出毛刺，应考虑不充满系数_μ，将锥体长度放大。其值可参见表5-9。

表5-9不充满系数μ

3）对于较深的型槽，须考虑一定长度的调节量，见图5-19中小头圆柱部分。

4）在进行多次顶锻时，各工步的尺寸应采取与限制线abc（见图5-18）相近的值，这样在顶镦时就可以得到比较满意的结果。

除上述方法外，也可直接对多次顶镦工步，按图5-19可以直观地设计凸模锥形顶镦型糟。

图5-19 镦锻工步计算图

a）五次聚料，13d₀≤l₀≤16.5d₀ b）四次聚料，9.7d₀≤t₀≤13d₀

图5-19 镦锻工步计算图（续）

c）三次聚料，6.5d₀≤l₀≤9.7d₀ d）二次聚料，3.9d₀≤l₀≤6.5d₀ e）一次聚料，l₀≤3.9d0

对于开式模锻，模锻过程中可能产生飞边，飞边体积按表5-10确定。尽管形成横向飞边容易去除，但是横向飞边的产生只能出现在最后一个工步中。

表5-10飞边尺寸

对于同时在凸模和凹模的型槽中镦锻，首先应将坯料按单锥体设计（见图5-20中的双点划线），然后再以体积不变条件换算成双锥体（见图5-19中的实线），使L_锥1＞L_锥2，并保证L_锥1＞0.372l₀。