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模锻定义

在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。

【分类】

根据设备不同，模锻分为锤上模锻，曲柄压力机模锻，平锻机模锻，摩擦压力机模锻等。

【精密模锻】

在模锻基础上发展而来，能够锻造一些复杂形状，尺寸精度高的零件，如：锥齿轮，叶片，航空零件等。

简介

在模锻锤或压力机上用锻模将金属坯料锻压加工成形的工艺。

模锻

模锻工艺生产效率高，劳动强度低，尺寸精确，加工余量小，并可锻制形状复杂的锻件；适用于批量生产。但模具成本高，需有专用的模锻设备，不适合于单件或小批量生产。模锻

附图为模锻用的锻模，由上下两个模块组成,模膛4是锻模的工作部分，上下模各一半。用燕尾和楔1、2固定在锤砧和工作台上；并以锁扣3或导柱导向,防止上下模块错位。金属坯料按模膛的形状变形。

模锻的工序为制坯、预锻和终锻。终锻模的模膛是按锻件的尺寸、形状，并加上余量和偏差确定的。模锻一般分开口模锻和闭口模锻两种：开口模锻的模膛周围有毛边槽5，成形后多余的金属流入槽内,最后将毛边切除；闭口模锻只在端部有很小的毛边,如果坯料精确,也可以不出毛边。

第五节、制坯工步的选择及制坯工步模膛的设计

1.1 圆饼类锻件制坯工步选择

圆饼类(l≈b≈h或l≈b＞h)锻件一般使用镦粗制坯，形状复杂的宜用成形镦粗制坯。制坯的目的是为了避免终锻时产生折叠，还兼有除去氧化皮从而提高锻件表面质量和提高锻模寿命的作用。为此确定盘形锻件中间坯料尺寸时，应选择恰当的d和高度h，否则会影响锻件成形效果，还可能出现充填不满或产生环状裂纹。例如锻造套环类锻件，若制坯直径d与锻

件轮辐直径d 2的比值等于1，当锤击猛烈时，金属由中心向四周迅速外流，在冲头附近形成内凹，金属与轮缘模壁及模底接触后，便产生回流，结果在轮缘内侧转角处形成环状折纹（图6-37）。当R 2减小或d 2/d 3减小，更能促使环状折纹的形成。所以，对套环类锻件，中间坯料直径应为d=，即d 2＜d ＜d 3。

对于齿轮类锻件，中间坯料尺寸应视轮毂高度尺寸大小分两种情况确定：

1. 轮毂较矮的锻件。这类锻件主要是要防止轮毂和轮缘过渡区产生折叠。因此，中间坯料直径d 应在轮辐外径D 2和轮缘外径D 1之间，即D 2＜d ＜D 1。

2. 轮毂较高的锻件。当轮毂较高且又有较宽的轮缘和较深的内孔时，一方面要保证轮毂成形，另一方面又要防止产生折叠，中间坯料直径应在D 2＜d ＜范围内。

对于轮毂高且有内孔的锻件（图6-38），为保证锻件充填饱满，并便于坯料在终锻型槽中放平稳，宜用成形镦粗，中间坯料尺寸应符合下列条件：

＞H 1

≤D 1

≤d 0

2.1 长轴类锻件制坯工步选择

2.1.1 长轴类锻件的制坯工步

长轴类（l ＞b ≥h ）锻件成形一般要采

用拔长、滚挤、弯曲、卡压、成型等制

坯工步，以及预锻、终锻和切断工步。

1. 直长轴线锻件，通常采用拔长、滚挤、卡压、成型等制坯工步。

2. 弯曲类锻件，制坯工步与直长轴线

类锻件相同，但需增加一道弯曲工步。

3. 带枝芽的长轴件，这类锻件所用制

坯工步大致与前两类锻件相同，但须增

加一道成型制坯工步。

4. 叉形类锻件的制坯工步除具有前

三类锻件特点外，还需增加预锻工步劈

开叉形部位达到成形目的。

长轴类锻件制坯工步是根据锻件轴向

横截面积变化的特点，使坯料在终锻前金属体积分布与锻件要求相一致来确定

的。其中，拔长、滚挤、卡压三种制坯工步可用经验计算法，一计算毛坯为基础，参照经验图表资料及具体生产情况定量地加以确定。

2.1.2 计算毛坯

长轴类锻件终锻前，最好将等截面的原材料沿轴向预制成近似锻件各截面面积不等的中间毛坯，使中间毛坯上每一横截面面积等于带毛边锻件的相应截面积，以保证终锻时，锻件各处充填饱满，毛边均匀，从而节约金属，减轻锻模型槽磨损。按上述要求计算的坯料，通常称为计算毛坯。计算毛坯包含锻件的一个主视图、计算毛坯截面图和计算毛坯直径图三部分。

作计算毛坯的依据是，假定轴类锻件在模锻时属平面应变状态，因而计算毛坯的长度与锻件的长度相等，而轴向各截面面积应与锻件上相应截面面积和毛边截面面积之和相等，即： F i 计=F i 锻＋2ηF i 毛 （6－12）

式中： F i 计——第i 个截面的计算毛坯截面积（㎜2）；

F i 锻——锻件上第i 个截面的面积（㎜2）；

F i 毛——相应锻件上第i 个截面处毛边的截面积（㎜2）；

η——充满系数，形状简单的锻件取0.3～0.5，形状复杂的欺0.5～0.8，常取0.7； i=1，2，3……。

计算毛坯截面图和直径图具体作法步骤如下：

图6-37 套环锻件环状折纹的形成过程

图6-38 带孔的高轮毂锻件成形过程 （a ）坯料 （b ）成形镦粗后 （c ）锻件

1. 按名义尺寸绘制冷锻件图，一般只绘出最具代表性的一个主视图即可。

2. 计算锻件上的各个截面积。首先在冷锻件图上选取具有代表性的点（截面积发生突变的点），按6－12式计算出各截面的F i 计。

3. 选择适当的缩尺比M ，求出代表各截面面积F i 计的高度h i 计，即：

h i 计=F i 计/M

缩尺比M 通常取为20～50㎜2/㎜。

将计算出来的h i 计绘制到坐标纸上。以冷锻件图上锻件公称长度为横坐标，以h i 计为各点纵坐标，连接h i 计端点成光滑曲线，即得计算毛坯截面图，如图6-39所示。

4. 确定计算毛坯直径d i 计。计算毛坯图上任一截面的直径d i 计可由下式计算：

d i 计=1.13 （㎜） （6－13）

同理，以锻件公称长度为横坐标，以d i 计为各点纵坐标，在计算毛坯截面图的下方绘制出计算毛坯直径图（图6-39）。

5. 修正F i 计和d i 计。由于锻件形状复杂，各截面面积差别较大，对于具有孔腔或凹部的锻件，沿轴向截面积发生突变处，不利于制坯时金属流动，也不利于锻模型槽机械加工，因此应根据终锻时金属流动，将初算得到的计算毛坯截面图与直径图进行修正，以得到圆滑连接的计算毛坯截面图和直径图。

实践证明，连杆类锻件叉口端部不易充满，应将d max 叉口端部方向移动一定距离。

6. 计算毛坯体积计算。因为计算毛坯截面图的任一处高度h i 计均代表着计算毛坯在该点处的截面积，因此截面图曲线下的整个面积积分起来就是计算毛坯的体积V 计。即： V 计=M h i 计=F i 计 （6－14）

2.1.3 计算毛坯的简化

根据计算毛坯截面图和直径图可计算出平均

截面积F 均和平均直径d 均，即：

F 均== h 均=

式中 L 计——计算毛坯长度，L 计=L 锻（㎜）

d 均=1.13

通常将平均截面积F 均(h 均)和平均直径d 均分

别在计算毛坯截面图和直径图上用虚线表示出

来。在计算毛坯直径图上，d 计＞d 均处，称为头

部；d 计＜d 均处，称为杆部。也可从截面图上判

断，凡是大于虚线（h 均）部分的称为头部，小

于虚线部分的称为杆部。

对于复杂的计算毛坯（超过一头一杆），选择制坯工步时应先将它转变成简单

计算毛坯。从一端开始，使杆部多

余的金属U 1杆与头部缺少的金属U 1

头（图6-40）相等，从而找出两个简

单计算毛坯的分界线f －f 。然后分

别确定每一个简单计算毛坯所需的

制坯工步方案，并从中选择效率高

的工步方案作为整个锻件的制坯工

步方案。

对于头部带有内孔的长轴类锻件，如连杆，其计算毛坯截面图和直径图在头部具有突变的轮廓线。

为使制坯型槽加工制造简单并有利于终锻成形，应按体积守恒条件将截面图和直径图简化成圆浑的形状，如图6-41所示。

图6-39 计算毛坯图

图6-40 复杂计算毛坯的简化

弯曲轴线类锻件，应先将轴线展开成直线，然后作计算毛坯截面图和直径图。

对曲率半径较大的自由弯曲件，应从锻件图上厚度内

侧1/3处作中性线使之展直。

对复杂弯曲件，如多拐曲轴，毛坯在弯曲过程中因夹

紧现象而引起明显拉长，因此这类锻件不必展直轴线，而

当作直轴线锻件处理。

900弯曲的锻件，如图6-42所示，在弯曲型槽内弯曲

时，坯料一定会夹紧，并会拉长。因此，轴线展开时两端

的长度L 1和L 3不变，只是900转折处L 2要考虑在弯曲时

有拉长现象。有三种展直方案供选择： 1. L 2=A12345B 折线长度，多用于弯曲部分带有枝

芽的锻件，1，2，3，4，5各点是截面的重心。

2. L 2=，圆弧半径为OA ，用于弯曲时拉长现

象较明显的情况。

3. L 2=，用于没有枝芽的弯曲件，即x=0。

对于此类锻件，可不必画出展开图，只须根据锻件

个别部位的规格直接作出计算毛坯图。

2.1.4 计算繁重系数 长轴类锻件终锻前，需要将等截面的原材料预制成

计算毛坯的形状，因而要采用合适的制坯工步，如拔

长、滚挤、卡压等，以便将杆部多余金属转移到头部，

转移金属量的多少与下列繁重系数有关。

α=

（6－15） β= （6－16）

K= （6－17）

式中 α——金属流向头部的繁重系数；

β——金属沿轴向流动的繁重系数；

K ——计算毛坯的杆部斜率；

d max ——计算毛坯的最大直径（㎜）；

d min ——计算毛坯的最小直径（㎜）；

d 拐——计算毛坯杆部与头部转接处的直径，又称为拐点处直径（㎜）。

拐点处直径按照杆部体积守恒转化成锥体的大头直径，可根据下式计算：

d 拐=－0.5d min （6－18）

式中 V 杆——计算毛坯杆部体积（㎜3）；

L 杆——计算毛坯杆部长度（㎜）。

或直接由计算毛坯截面图求出近似值：

d 拐=1.13 （6－19）

繁重系数α值愈大，表明须转移到头部的金属愈多；β值愈大，则金属沿轴向流动的距离愈长；K 值愈大，表明杆部锥度大，小头一端金属愈过剩；锻件质量G 愈大，制坯愈困难。因此，繁重系数代表了制坯时需转移金属量的多少、金属转移的难易程度，作为选择制坯工步的依据。

必须强调指出，按上述方法选择的制坯方案，还应针对具体锻件和生产条件作相应修改。

【例】 有一质量为0.8㎏的锤上模锻件，作出计算毛坯图后，竟计算工艺繁重系数α=1.37，β=3.2，K=0.05。

从图6-43中查得，可采用闭式滚挤工步制坯，然后终锻成形。

图6-41 头部带孔锻件计算毛坯直径的简化

图6-42 900弯曲件展开方法示意图

图6-43是根据锤上模锻生产经验总结而绘成的图表，只用于拔长、滚挤、卡压等工步。其它模锻设备模锻长轴类锻件时也可参考应用。图中文字含义如下：

不——不需要制坯工步，可直接模锻成形；

卡——需卡压制坯；

开——需开式滚挤制坯；

闭——需闭式滚挤制坯；

拔——需拔长制坯；

拔－闭滚——需拔长加闭式滚挤联合制坯；余类推。

3.1 制坯工步模膛的设计

各种制坯工步都要通过相

应的型槽完成，因此，在确定

了模锻工序的工步方案后，另

一个重要任务就是设计制坯

型槽。

3.1.1 拔长工步模膛

拔长型槽的主要作用是使

坯料局部截面积减小，长度增

加，若是第一道变形工步，还

兼有清除氧化皮的作用。拔长

型槽位置设置在模块边缘，由

坎部、仓部和钳口三部分组

成。

3.1.1.1 拔长型槽的结构形式 按截面形式分，拔长型槽有

开式和闭式两种；按在模块上

的排列方式分，有直排与斜排之别。

1. 开式拔长型槽。其拔长平台截面呈矩形，

边缘敞开，如图6-44。这种形式结构简单，加

工制造方便，但拔长效率低。

2. 闭式拔长型槽。拔长平台呈椭圆形，边

缘封闭，如图6-44。闭式拔长效率高，而且拔

长后的坯料光滑，一般用于L 拔/a ＞15的细长锻

件。L 拔指拔长部分的长度（包含小头），a 指

拔长部分的厚度（或直径）。

3. 直排式拔长型槽。型槽的中心线与燕尾

中心线平行，拔长过的部分储于仓部，其优点

是可控制拔长尺寸和避免坯料弯曲，但所占模

块面积较大。

4. 斜排式拔长型槽。型槽中心线与燕尾中

心线呈一定夹角α。适用于待拔长部分较长的

锻件，有利于减小模块尺寸，增加承击面积。

夹角α一般设计为100，120，150，200等，联

合考虑其它型槽的布置而定，但应注意，伸出模块外的坯料不得与机架相碰。

3.1.1.2 拔长型槽尺寸设计

拔长型槽是以计算毛坯为依据进行设计的，主要是确定拔长坎高度a ，宽度B ，拔长坎长度c 等尺寸。

1. 坎高

a

图6-43 长轴类锻件制坯工步选用范围图表

图6-44 拔长模膛

(1) 若杆部截面积变化不大，仅用拔长制坯工步时，坎高a 可按计算毛坯上杆部的最小直径d min 确定：

a=k 1d min （㎜） （6－20）

(2) 若杆部截面积变化较大，拔长后还须要滚挤制坯，坎高a 应按计算毛坯杆部平均截面积确定：

a=k 2 （㎜） （6－21）

式中 k 1、k 2——系数，与计算毛坯的长度有关，可按表6－4选取。

2. 坎长c

拔长平台应有适当的长度c ，太短会影响坯料表面质量、不光滑；太长又会影响拔长效率。根据生产经验，按下式确定：

c=k 3d 坯 （6－22）

式中 d 坯——毛坯直径（㎜）。

k 3——系数，和待拔长部分长度与毛坯直径之比有关，按表6－5选取。

3. 拔长型槽宽度B

为便于操作，拔长型槽宽度宜大一些，按下式确定：

直排时 B=k 4d 坯＋（10～20）（㎜） （6－23）

斜排时 B=（k 4－0.4tan α）d 坯＋（10～20）（㎜） （6－24）

系数k 4按表6－6选取.

4. 其它尺寸

R=0.25c

R 1=2.5c

e(仓部深)=1.2d 小头，无小头e=2a

L=L 拔＋5 （㎜）

这是拔长型槽的一种特殊形式，如图6－45，主要用于毛坯的拔长尺寸L 拔小于1.2d 坯时。利用这种平台拔长双台阶毛坯或钳子夹头都很方便，其位置可设在模面前沿一侧或型槽之间。拔长台尺寸如下：

B=1.4d 坯＋10 （㎜）

L=L 杆＋10 （㎜）

R 按表6－7选取。

3.2.1 滚挤工步模膛

滚挤模膛用来减小毛坯局部横截面积，增大另一部

分的横截面积，使坯料沿轴向体积分配符合计算毛坯要

求。它对毛坯有少量的拔长作用，兼有滚光和去除氧化

皮的功能。 3.2.1.1 滚挤模膛的结构形式

滚挤模膛分开式和闭式两种基本形式，其它形式都是由此两种形式演化而来。 图6-45 拔长台

1. 开式滚挤模膛

这种形式的模膛截面为矩形，侧面沿模具边缘分模

线开通（图6－46左）。滚挤时金属横向展宽较大，

故聚料效率低，适用于截面变化不大的轴类锻件，但

制模简单，占用模块平面较少。

2. 闭式滚挤模膛

闭式滚挤模膛横截面积呈椭圆形，整个侧面封闭（图

6－46右）。滚挤时金属的横向流动受到封闭侧壁的阻

挡，而迫使金属沿轴向强烈流动，聚料效率高，适用

于截面变化较大的长轴类锻件，但占用模块较大平面。

3. 混合式滚挤模膛

模膛的杆部做成闭式，头部做成开式，或头部也做

成闭式但头部和杆部采用不同宽度。头部敞开，适用

于头部带孔的锻件；杆部截面均为椭圆形，可获得较

高的滚挤效果；头部截面为圆柱体，锻制坯后可平稳

地放到预锻或终锻模膛中。

4. 非对称滚挤模膛

这种模膛上下深度不相等，兼有滚挤与成型功

能（图6－47），适用于不对称轴类锻件。设计时

应考虑上下模膛不对称部分高度h 1/h 2＜1.8，如将

不对称的头部做成开式，可使h 1/h 2＜1.8～2.5。这

种滚挤模膛在滚挤操作时受到模膛较浅一侧尺寸

的限制，当滚挤到h 1＞h 2时就不能连续转动。

3.2.1.2 滚挤模膛尺寸设计

滚挤模膛可认为是由钳口、本体和毛刺槽三部

分组成。钳口用来容纳夹钳并卡细坯料，防止滚挤

过程中金属由钳口流出；毛刺槽是用来容纳滚挤时产生的毛刺；本体使坯料成形为计算毛坯形状。

同拔长模膛一样，滚挤模膛也是以计算毛坯为依据进行设计的，主要是确定模膛高度h ，宽度B 及其它一些相关尺寸。

1. 滚挤模膛高度

闭式滚挤时，坯料杆部被滚成椭圆形截面，模膛高度应比计算毛坯相应部分的直径小一些，这样每次压下量可以大一些，由杆部转移到头部的金属就会多一些。在计算闭式滚挤模膛杆部高度h 杆时，按滚挤后坯料的截面积等于计算毛坯图相应部分的截面积确定，即：

杆=

为避免横向展宽过大，不利于翻转900后的操作，坯料椭圆截面长轴与短轴之比为3：2，因而上式可改写成：

h 杆h 杆=

h 杆=0.8d 计 （6－25）

由于滚挤时，上下模不一定打靠，实际采用的模膛高度应比计算值小一些，建议按下式计算：

闭式滚挤 h 杆=(0.8～0.7)d 计

开式滚挤 h 杆=(0.75～0.65)d 计 (6－26)

滚挤头部时,要求充分聚料,要尽量减小金属流入的阻力。头部模膛高度h 头应比计算毛坯相应处直径大，一般按下式确定：

h 头=(1.05～1.15)d 计 (6－27)

滚挤模膛的头部与杆部转折处称为拐点，拐点处坯料变形前后截面积变化很小，其模膛高度h 拐可与计算毛坯直径近似相等，即

h 拐=(0.9～1.0)d 计 (6－28)

综合上述，滚挤模膛高度h i 可统一成下式：

图6-46 滚挤模膛

图6-47 非对称滚挤模膛

h i =μd i 计 （6－29）

2. 滚挤模膛宽度B

滚挤模膛宽度B 应根据所选模膛形式和坯料状态（原始棒材或已经过拔长的坯料）来确定。模膛宽度B 过大会减小聚料效率，并增大模块尺寸；B 过小，在滚挤过程中金属流进分模面会形成毛边，当翻转900再滚挤时，就会形成折叠。可按表6－8中公式计算。

B=

000max h m in —计算毛坯杆部最小高度 3．滚挤模膛长度L

滚挤模膛长度L 应根据热锻件图尺寸确定。

对于滚挤后还须进行弯曲工步制坯的锻件，滚挤模膛长度应根据滚挤后是一般弯曲还是多拐弯曲作适当的修正。

（1）对于一般弯曲的轴类锻件，弯曲时无明显拉伸，因是按锻件内侧1/3宽度处的连线作为展开长来计算滚挤模膛长度的，所以锻件中心线处略长；弯曲时有被压扁的可能，因此模膛头部尺寸应向杆部方向增大，如图6－48（a ）所示。

（2）对多拐曲轴类锻件，作计算毛坯图时

是被当成直轴类锻件，滚挤模膛长度L 按锻件

水平投影长度确定，此类锻件毛坯弯曲时有严

重拉伸现象，坯料两端有向内缩的倾向，故应

将滚挤模膛头部向相反方向增长，如图6－48

（b ）所示。

4．钳口与毛刺槽尺寸

钳口与毛刺槽尺寸查有关手册。

3.2.1.3 闭式滚挤模膛截面形状

闭式滚挤模膛的截面形状有两种，当毛坯直径小于

80㎜时，杆部宜用圆弧形截面模膛； 当毛坯直径大于80㎜时，可采用棱形截面模膛（见图6-49（b ）），以增强滚挤效果，但滚挤后毛坯表面质量不如采用圆弧形截面模膛，至于头部，均应采用圆

弧形截面模膛（见图6-49（a ））。

3.3.1 卡压工步模膛

卡压模膛又称压肩模膛，功用类似滚挤模膛，所不同的是卡压毛坯在模膛中只锤击一次，稍微减小毛坯局部高度，增大宽度，使头部金属得到少量聚积，从而改善终锻时金属流动性，使终锻效果更佳。

图6-48 弯曲类锻件的滚挤模膛 （a ）弯曲时坯料无明显拉长 （b ）拉长较大 图6-49 闭式滚挤模膛采用的截面形式 （a ）圆弧形 （b ）菱形

卡压模膛采用开式的较多，因开式加工方便。卡

压模膛（图6-50）的设计依据与滚挤模膛相同，都

是按计算毛坯直径图来确定模膛尺寸。

1. 卡压模膛高度 模膛各部位高度尺寸可按下

式确定：

h i =kd i （6－40）

式中 k ——系数，按表6－9选取；

d i ——相应于h i 处的计算毛坯直

径 （㎜）。

2. 模膛宽度 卡压模膛宽度B 在全长上相

等，按下式计算：

B=＋（5～10） （㎜） （6－41）

模膛的杆部向头部过渡区要做成30～50的斜度，有助于金属流向头部，提高卡压效果。

3. 模膛上其余部分尺寸 卡压模膛通常也设钳口与毛刺槽，其尺寸可按滚挤模膛钳口和毛刺槽设计方法设计。

3.4.1 弯曲工步模膛

弯曲模膛用来改变原材毛坯或已经拔长、滚挤过的坯料的轴线，使其符合锻件水平投影相似的形状。弯曲变形时金属轴向流动很小，没有聚料作用，但在个别截面处可对坯料卡压。 弯曲模膛设计是根据弯曲变形时坯料有无拉伸现象考虑的。在自由弯曲模膛（图6－51）中弯曲制坯时，坯料没有明显的拉长现象，它适用于圆浑弯曲的锻件，且一般只有一个弯角。在夹紧弯曲模膛中弯曲时，毛坯拉伸变形大且兼有成形，它适用于多个拐弯的且又为急突弯曲形状锻件，如多拐曲轴等。

弯曲模膛的纵剖面形状按锻件水平面投影设计，模膛各处高度尺寸比锻件相应处宽度尺寸减小2～10㎜，大锻件减小多些，小锻件减小少些，或按下式确定：

h=（0.8～0.9）b 锻

式中 b 锻——热锻件在分模面上相应位置的宽度。

弯曲模膛的宽度B 按下式计算确定：B=F 坯/h min ＋（

10～20） （㎜）

式中 F 坯——待弯曲毛坯横截面积（㎜2）；

h min ——模膛的最小高度（㎜）。

如弯曲原始棒材时，应在模膛末端设挡料台，如图6－51中的K 处。

弯曲模膛的深腔处，尺寸应加大，如图6－51中尺寸h 。这里，虽然模膛轮廓线超出锻件形状，实际上弯曲制坯时，此处不可能填满，却起着容纳氧化皮的作用。

为避免弯曲过程中损坏毛坯端部，弯曲模膛上模两端应加大模膛，如图6-51中的G 处。 为便于操作和控制弯曲长度，模膛必须设立支承面（图6-51中的K 、J 处）。为防止毛坯横向转动，上模凸起部分应做成凹圆状，凹圆面深度h 1按下式确定：

h 1=（0.1～0.2）h

式中 h ——弯曲模膛转角深腔处的高度。

图6-50 卡压模膛

模膛急弯内侧处，若圆弧过小，弯曲时形成的折纹在终锻时就会伸入到锻件本体（图6-52（a ）），加大圆角半径，终锻时折纹就能伸到毛边上（图6-52（b ））。

为了节省模具材料，方便加工，弯曲模膛上模的凸出部分可做成镶块式或焊接结构。如做成整体，应尽可能使上下模的凸出部分大致相等，即z 1=z 2（图6-51中的a-a 分模线）。 上下模相互嵌入处应留间隙Δ，其值依锤吨位大小在4～9㎜范围内选定。 弯曲模膛的钳口形式和尺寸大小与滚挤模膛相同。 3.5.1 成形工步模膛 成形模膛的功用类似滚挤模膛或卡压模膛，使坯料获得近似锻件平面图的形状，多用于形状不对称而又无法采用滚挤工步制坯的锻件的制坯，经制坯后须翻转900送入预锻或终锻模膛。 成形模膛的纵剖面形状及尺寸应根据锻件水平面投影设计（图6-53）。模膛高度尺寸应小于锻件在水平面上的投影宽度，头部每边小1～2㎜，杆部每边小3～5㎜，杆部向头部过渡区应做成20～50的斜度以利金属流动。 成形模膛的宽度在全长上相等，按下式确定： B=F 0/h min ＋（10～20） （㎜） 式中 F 0——毛坯横截面积（㎜2）； h min ——成形模膛的最小高度（㎜）。 分模面两边不对称的成形模膛，在急剧转弯处，应制成月牙槽（图6-53），以防止毛坯成形时滑依错位。月牙槽深度取h 1=（0.1～0.2）h 。 3.6.1 压扁台和镦粗台设计

图6-52 弯曲模膛转角形式

（a ）折纹在锻件和毛边上 （b ）折纹

在毛边上

图6-51 弯曲模膛

图6-53 非对称成形模膛

图6-55 镦粗台

压扁台适用于锻件平面图近似矩形的情况（图6-54），镦粗台适用于圆饼类锻件（图6-55）。这类平台的作用是使毛坯的高度尺寸减小，水平尺寸增大，并根据锻件形状要求， 在镦粗或压扁的同时，也可以在坯料上压出凹坑，以利于充满模膛，防止产生折叠，兼有成形镦粗和去除氧化皮的作用。 镦粗台和压扁台通常设置在模块边角上，所占面积稍大于毛坯镦粗后所占水平面尺寸，为节省锻模材料，可占用部分毛边仓部，但应使平台与毛边槽平滑过渡连接。

为避免镦粗时产生过大的偏击，应使图6-55

中的尺寸满足下式：

＜

1.4 ＜1.4

3.7.1 切断工步模膛设计

对于一棒模锻多件的锻模或带有夹钳料头的锻

件，必须设计切断模膛，以切断棒料上已锻成的锻

件或夹钳料头（图6-56）。切断模膛可安排在锻模

的四个角上。

切断模膛的斜度α通常取150，200，250，300

等，视锻模上其它模膛位置安排情况而定。

切断模膛的尺寸（深度和宽度）应以方便锻件

切下为原则来确定。当安排在前角时，在水平方向

锻件头部不应与模壁相碰，在垂直方向锻件的毛边

不应与模膛底部相碰。如切断模膛安排在后角，则

应根据坯料直径d 0确定，以坯料自由取放为原则。

1.1 终锻模膛设计

终锻模膛是各种型槽中最重要的模膛，用来完成锻件最终成形。终锻模膛按热锻件图加工制造和

检验，所以设计终锻模膛，须先设计热锻件图。

1.1.1 热锻件图设计

热锻件图设计以冷锻件图为依据，并根据锻件形状对锻造工艺的要求，允许热锻件图局部与冷锻件图不一致或作必要的修改。

1.1.1.1 热锻件图尺寸

热锻件图的高度方向的尺寸标注是以分模面为基准，以便于锻模机械加工和准备样板。同时，考虑到金属有冷缩现象，热锻件图上所有尺寸应计入收缩率，即按下式计算热锻件图尺寸：

L=l ·（1+δ） （6－5）

式中 L ——热锻件图尺寸；

l ——冷锻件图尺寸；

δ——终锻温度下金属的收缩率，钢为0.8%～1.5%，不锈钢为1.0%～1.8%，钛合金为0.5%～0.9%，铝合金为0.6%～1.0%，铜合金为0.6%～1.3%，镁合金为0.7～%0.8%，镍基高温合金为1.3%～1.8%。

对薄而宽或细而长的锻件，在模具中冷却快，或打击次数多而使终锻温度较低，其收缩率应适当减小。

当需要计入模具收缩率（如用高温合金做模具等温模锻钛合金）时，可按下式计算锻件收缩率：

δ=（α1t 1-α2t 2）×100% （6－6）

图6-54 拔长台

图6-56 切断模膛

式中 α1——终锻温度下锻件材料的平均线膨胀系数；

α2——模具材料在模具加热温度下的线膨胀系数；

t 1——从模具中取出时的锻件温度；

t 2——模锻过程中模具保持的温度。

加放收缩率还应注意如下两点：

1. 无坐标中心的圆角半径不加放收缩率；

2. 利用终锻模膛进行校正工序的锻件，其收缩率应按校正温度而适当减小。

1.1.1.2 热锻件图形状

热锻件图形状与冷锻件图一般相同，有时为保证锻件成形质量，允许热锻件图上个别部位与冷锻件图有所差异，这时应按具体情况进行具体处理。

1. 形状特别而又不对称的锻件，如图6-25，上半部分复杂，下

半部分简单。在椎击

过程中，可能因转动而导致锻件报废，应考虑在热锻件图上设定

位余块。

2. 下模模膛底部易积聚氧化皮，致使锻件表面压坑或缺肉。

如图6-26所示，为避免

缺肉，在热锻件图上曲柄端头加厚2㎜。

3. 热锻件图不标注公差和技术条件，也不绘制零件轮廓线；如有大于30㎜内孔，必须绘出连皮形式。

1.1.2 毛边槽设计 1.1.

2.1 毛边槽形式

1. 毛边槽形式。开式模锻的终锻模膛周边必

须设计毛边槽，其形式和尺寸对锻件质量影响很

大，常见的毛边槽形式有下列几种（图6-27）。

形式Ⅰ是使用最广泛的一种，其优点是桥部设

在上模块，与坯料接触时间短，吸收热量少，因而

温升少，能减轻桥部磨损或避免压塌。

形式Ⅱ适用于高度方向形状不对称锻件。因而复杂部分设在上模，为简化切变冲头形状，通常将锻件翻转1800，故桥部设在下模，切边时锻件也

易放平稳。

形式Ⅲ适用于形状复杂，坯料体积不易计算准确而往往偏多的锻件，由于增大仓部容积，不至于发生上下模压不靠。

形式Ⅳ使用对象同形式Ⅲ，由于加宽下模毛边槽桥部，因而提高桥部强度，以避免桥部过快地磨损和过早地压塌。

形式Ⅴ只适用于锻模局部，桥部增设阻尼沟，增加金属向仓部流动阻力，迫使金属流向型槽深处或枝芽处。

形式Ⅵ称为楔形毛边槽，其特

点是终锻时水平方向金属流动愈

来愈困难，适用形状更复杂的锻

件，缺点是切除毛边困难。

毛边槽的主要尺寸是桥部高度

h 、宽度b 及入口圆角半径R 1。当

h 减小，b 增大，则水平方向流动阻力增大，有利于充满模膛。但如

果过度增大，将导致锻不足，并使锻模加速磨损。若h 太大，b 过小，

会造成金属向外流动的阻力太小，不利于充填模膛，并产生厚大毛边。入口处圆角半径R 1太小，容易压塌内陷，影响锻件出模；R 1太大，又影响切边质量。

1.1.

2.2 毛边槽尺寸确定方法

图6-25 锻件上增设定位余块

图6-26 曲轴锻件局部加厚

图6-27 毛边槽形式

1. 吨位法。毛边槽具体尺寸根据锻锤吨位大小来选定（可查有关手册），吨位法是从实际生产中总结出来的，应用简便，但未考虑锻件形状复杂程度，因而准确性差。

2. 计算法。计算法是采用经验公式计算毛边槽桥部高度，即

（1） h=0.015 （㎜） （6－7）

（2） h=－0.09＋2－0.01Q (㎜) （6－8）

式中: F 件 —锻件在分模面上的投影面积(㎜2)；

Q —锻件质量（㎏）。

然后根据计算得到的h 值查表6-1确定毛边槽其它尺

寸。

1.1.3 钳口设计 终锻型槽和预锻型槽前端留下的凹腔叫钳口(图6-28)。钳口主要用来容纳夹持坯料的夹钳和便于从型槽中取出

锻件；另一作用是作为浇注检验用的铅或金属盐样件的浇口。钳口与型槽间的沟槽叫钳口颈，其作用主要是增加锻件与夹钳头连接的刚度，便于锻件出模；同时也是浇铅水或金属盐溶液的浇道。

mz 图6-29所示是常用的钳口形式，这种形式的钳口制造方便。钳口尺寸根据钳夹头直径d 选定，而钳口颈尺寸按锻件质量选择（查有关手册）。如果钳夹头经拔长变细，应以拔长后的直径选择钳口尺寸。 调头模锻时，钳口尺寸应满足搁置坯料和锻件头部（包括毛边）的要求。 圆饼类锻件，设计钳口只是为了锻件出模方便和用作浇口，可按图6-30和表6-2设计。如钳口只起浇口作用，则宽度B=G+30（㎜），G 为锻件质量（㎏）。（注：这里G 只取数值，而不考虑物理含义，下同）。 如果锻件质量大于10㎏，钳口应设计

成圆形。钳口颈直径D=0.2G+10（㎜），

图6-28 钳口 图6-29 常用的钳口形式

但不大于30㎜。

当预锻型槽也开有钳口，且与终锻型槽钳口间壁厚c 小于15㎜时，可将两钳口开通，便于机械加工。

模锻低塑性合金时，如镁合金，为防止毛边裂断，飞出伤人，可将钳口设计成封闭式，如图6-31所示。不过，此形式将增大模块尺寸。

2.1 预锻模膛设计

预锻的主要目的是在终锻前进一步分配金属，分配金属是为了：

1. 确保金属无缺陷流动，易于充填型槽；

2. 减少材料流向毛边槽的损失；

3. 减小终锻模膛磨损（由于减少了金属的流

动量）；

4. 取得所希望的流线和便于控制锻件的力学

性能。

但采用预锻型槽也会带来不利影响，由于模

块上附加了预锻型槽，容易造成偏心打击，影响

锤杆的寿命，容易使上下模错移，增大模块尺寸，

降低生产率。 预锻型槽是以终锻型槽或热锻件图为基础进行设计的，设计的原则是经预锻型槽成形的坯

料，在终锻型槽中成形时，金属应变形均匀，充

填性好，产生的毛边最小。为此，须具体考虑如

下问题：

2.1.1 预锻模膛的宽与高

当预锻后的坯料在终锻型槽中是以镦粗方式

成形时，预锻型槽的高度尺寸应比终锻型槽大

2～5㎜，，宽度则比终锻型槽小1～2㎜，预锻

型槽的横截面积F 预 应比终锻型槽相应处截面

积F 终大1%～3%，或按下式计算： F 预=F 终+（02～1）F 毛 （6

－10

）

式中： F 毛

——毛边槽横截面积。

若经预锻的坯料在终锻型槽中是以压入方式成形，则预锻型槽的高度尺寸应略小于终锻

型槽高度尺寸，即h

‘=（0.8～0.9）h 。若高宽比h/b 较大，取小的系数，反之，取大的系数。

顶部（型槽底部）宽度相同，即b ’=b （图6-32）。由此可见，当预锻型槽与终锻型槽肋顶

相等而模锻斜度又相同时，则肋的根部宽度c ‘＜c 。经预锻的坯料在肋部的横截面积小于终

锻型槽相应处的截面积，为使终锻时肋部顺利成形，应适当加大底部圆角半径R ’。

2.1.2 预锻模膛的斜度

预锻型槽的出模斜度一般与终锻型槽相同。

2.1.3 预锻模膛的圆角半径

预锻型槽周边不设毛边槽，而是在型槽分模面转角处用

较大的圆弧；型槽内的圆角半径比终锻型槽对应处稍大。

增大肋根部圆角半径的目的是减小金属流动阻力，促进预

锻件成形，同时也能补偿终锻时金属的不足，还可防止产

生折叠。此凸圆角半径R ’可按R ’=R+C 计算（R 为终锻型槽相应处的圆角半径，C 为修正

量，按表6-3确定）。

图6-31 封闭式钳口 图6-30 特殊钳口 图6-32 预锻与终锻的尺寸关系

横截面积发生突然变化的锻件，预锻型槽在水平面上拐角处的圆角半径应适当加大，使坯料变形逐渐过渡，以避免预锻和终锻时产生折叠。

2.1.4

为便于金属流入枝芽处，预锻型槽的枝芽形状可简化，与枝芽连接处的圆角半径适当增大，必要时在分模面上增设阻尼沟，以增大金属流向毛边的阻力，如图6-33。

2.1.5 叉形锻件的预锻模膛设计

锻件叉间距离不大时，必须在预锻型槽中使用

劈料台。预锻时依靠劈料台把金属挤向两侧，流入

叉部型槽内。一般情况下采用图6-34中（a）型；

当α＞450，叉部较窄时，可使用（b）型，有关尺

寸如下：

A=0.25B 8＜A＜30

H=(0.4～0.7)H

α=100～450

2.1.6 H形截面锻件的预锻模膛设计

设计带H形截面的锻件如连杆的预锻型槽,

应按下述情况考虑：

1. 当h≤2b时，见图6-35，预锻型槽设计

成梯形，其宽

度B‘=B－

（2～6）㎜，

α1=α2，高度

h’根据预锻型

槽的横截面积

等于终锻型槽

横截面积与毛

边截面积之和

来计算，即

F预

+F欠=F终+2F毛

也就是B‘h’＋B‘h欠= F终+2F毛

h’

= －h欠（

6－11）

式中：

F欠——由于欠压而造成预锻件截面积减小部分；

h欠——欠压量，决定于锻锤吨位，通常h欠=1～5㎜；

F毛——毛边单边截面积。

2. 当h＞2b时，见图6-35。B‘=B－（1～2）㎜，高度h’的确定方法是，先假设预锻型

槽为梯形截面求出H‘，然后按x=求解，则h’= H‘＋2x。通过x作圆弧并令截面积f1=f2，得到预锻型槽形状。

图6-33 带枝芽锻件的预锻模膛

图6-34 劈料台

图6-35 H字型截面的预锻模膛

3. 预锻型槽采用舌形截面，用来防止产生涡流或穿流缺陷。图6-36是舌形截面预锻型槽，横截面宽度设计时取B 1=B ＋（10～20）㎜。 增大B 1的目的是使终锻时预锻件金属首先在增宽部分形成毛边，以防止金属外流，防止在锻件肋根部产生穿流并迫使金属充填终锻型槽的整个空间。舌形截面的厚度H 是通过宽度B 1的两端点作圆弧R ，使截面积f 1=（1.0～1.1）f 2来

确定。

图6-36 舌形截面的预锻模膛