齒輪錘鍛模課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、Harbin Institute of Technology課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）課程名稱： 設(shè)計(jì)題目： 齒輪錘鍛模 院 系： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 班 級(jí)： 設(shè) 計(jì) 者： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)教務(wù)處哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 姓 名： 院 （系）：材料科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)：材料成型及控制工程至日期： 課程設(shè)計(jì)題目： 齒輪錘鍛模 已知技術(shù)參數(shù)： 齒輪零件圖一張。設(shè)計(jì)要求：材料：45號(hào)鋼 零件質(zhì)量較好，尺寸精度適中，生產(chǎn)批量大，生產(chǎn)效率高。 工作量： （1） 按零件圖完成鍛件圖一張 ；（2） 繪制鍛模裝配圖一張 ；（3） 完成上模、下模模具圖各一張 。（4） 編寫設(shè)

2、計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份。工作計(jì)劃安排： 同組設(shè)計(jì)者及分工： 無(wú)。 指導(dǎo)教師簽字_ 年 月 日 教研室主任意見(jiàn)： 教研室主任簽字_ 年 月 日*注：此任務(wù)書由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師填寫。齒輪錘鍛模課程設(shè)計(jì)目 錄 1.設(shè)計(jì)任務(wù)零件圖62.模鍛工藝及模鍛方法的選擇63.鍛件圖的設(shè)計(jì)64.計(jì)算鍛件的主要參數(shù)65.鍛錘噸位的確定76.熱鍛件圖的制定和繪制77.確定飛邊槽的型式和尺寸88.鉗口及其尺寸89.制坯工步選擇1010.確定坯料尺寸1011.制坯模膛設(shè)計(jì)1012.鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1013.參考文獻(xiàn)111、 設(shè)計(jì)任務(wù)零件圖圖1 齒輪錘鍛零件圖相關(guān)參數(shù)：模數(shù)M=3，齒數(shù)Z=792、 模鍛工藝及模鍛方法的選擇同一鍛件可

3、以在不同的設(shè)備上采用不同的工藝制造，不同的工藝方案，所用的工藝設(shè)備不同，其經(jīng)濟(jì)效果也不同。當(dāng)生產(chǎn)批量較大時(shí)，可采用模鍛錘或熱模鍛壓力機(jī)；若批量不大時(shí)，可采用螺旋壓力機(jī)或在自由鍛錘上胎模鍛及固定模模鍛。此鍛件要求大批量生產(chǎn)，采用錘上模鍛的方法。模鍛方法即在模鍛設(shè)備上進(jìn)行鍛件生產(chǎn)時(shí)可采用不同的方法，如單件模鍛、掉頭模鍛、一火多件、一模多件、合鍛等。此鍛件質(zhì)量交大，采用單件模鍛。3、 鍛件圖的設(shè)計(jì)a) 確定分模面的位置模鍛件是可分的模腔中成形，組成模具型腔的各模塊的分合面稱為“分模面”1。選擇分模面的最基本原則：保證鍛件容易從鍛模模膛中取出，鍛件形狀盡可能與零件形狀相同。鍛件分模位置應(yīng)選擇在具有最大

4、水平投影尺寸的位置上。(1) 為了使鍛模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并防止上、下模錯(cuò)移，分模位置應(yīng)盡可能用直線式。(2) 頭部尺寸較大的長(zhǎng)軸類鍛件，不宜用直線式分模，為使鍛件較深尖角處能充滿，應(yīng)用折線式分模，使上、下模的模膛深度大致相等。(3) 為了便于鍛模、切邊模加工制造和減少金屬損耗，當(dāng)圓餅類鍛件的HD時(shí)，應(yīng)取徑向分模，不應(yīng)選軸向分模。(4) 有金屬流線方向要求的鍛件，應(yīng)考慮鍛件工作時(shí)的受力特點(diǎn)，保證鍛件有最好的纖維分布。根據(jù)以上原則，本圖分模面選在中間厚度水平面位置處。b) 機(jī)械加工余量和鍛件公差i. 鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)（S）是鍛件質(zhì)量或體積（Gd，Vd）與其外輪廓包容體的重量或體積（Gd，

5、Vd）的比值。即 S=GdGb=VdVb=121.5260-106.5242-40.25242 mm3121.5260 mm3=1315139.0 mm32782618.6 mm3=0.473S在0.32-0.63范圍內(nèi)，所以形狀復(fù)雜系數(shù)為S2級(jí)。ii. 鍛件重量鍛件的質(zhì)量可以根據(jù)鍛件圖的名義尺寸進(jìn)行計(jì)算，即：m=Vd 其中材料密度，取7.85 g/cm3 V鍛件體積，取1315139.0 mm3經(jīng)計(jì)算，m=Vd=7.85 g/cm31315139.0 mm3=10.324 Kgiii. 鍛件材質(zhì)系數(shù)材質(zhì)系數(shù)是按材料可鍛性難易程度而劃分等級(jí)的。材質(zhì)系數(shù)不同，公差不同。鋼質(zhì)鍛件可分為M1和M2兩

6、級(jí)。M1：含碳量小于0.65%的碳鋼或合金元素總含量小于3.0%的合金鋼。M2：含碳量大于或等于0.65%的碳鋼或合金元素總含量大于或等于3.0%的合金鋼此鍛件的材料為45#鋼，45#鋼含碳量c%=0.420.50%2.5h或d60 mm），一般采用斜底連皮。此鍛件內(nèi)孔直徑62.660，因此采用斜底連皮。s=0.45d-0.25h-5+0.6h=0.4562.6-0.2530-5+0.630s=6.47 mmR1=R+0.1h+2=6+0.130+2=11 mm斜底連皮相關(guān)尺寸為：s大=1.35s=1.356.47=8.411 mms小=0.65s=0.656.47=4.206 mmd1=0.

7、250.3d=0.250.362.6=15.6518.6 mm，取d1=16 mmf) 鍛件圖和鍛件技術(shù)條件鍛件圖的技術(shù)要求：(1) 圖上未標(biāo)注的模鍛斜度7；(2) 圖上未標(biāo)注的圓角半徑R=3 mm；(3) 允許的錯(cuò)移量1.4 mm；(4) 殘留的毛邊量1.4 mm；(5) 允許的表面缺陷深度1.5 mm；(6) 鍛件熱處理：調(diào)質(zhì)；(7) 鍛件表面清理：噴沙清理。4、 計(jì)算鍛件的主要參數(shù)a) 鍛件在水平面的投影面積S投影=R2=2482+652tan72=51464.21 mm2b) 鍛件的周邊長(zhǎng)度C周邊=R=2482+652tan7=804.19 mmc) 鍛件體積鍛件體積：vd=121.5

8、260-106.5242-40.25242 mm3=1315139.0 mm3d) 鍛件質(zhì)量鍛件質(zhì)量：m=Vd=7.85 g/cm31315139.0 mm3=10.324 Kg5、 鍛錘噸位的確定模鍛錘噸位選擇恰當(dāng)，既能獲得優(yōu)質(zhì)鍛件，又能節(jié)省能量，保證正常生產(chǎn)，并能保證模具有一定的壽命。模鍛過(guò)程是一個(gè)短暫的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，受到諸多因素的制約，要獲得準(zhǔn)確的理論解是很困難的。因此，生產(chǎn)中，為方便起見(jiàn)，多用經(jīng)驗(yàn)公式或近似解的理論公式確定設(shè)備噸位。有時(shí)，甚至采用更為簡(jiǎn)易的辦法，即參照類似鍛件的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)類似來(lái)選擇設(shè)備噸位。鍛錘噸位可以通過(guò)鍛件折算直徑和終鍛溫度下的強(qiáng)度極限、功能關(guān)系、經(jīng)驗(yàn)公式等方法

9、確定1。選擇雙作用模鍛錘，根據(jù)布留哈諾夫和列別爾斯基公式2:G0=1-0.005D1.1+2D20.75+0.001D2DG0=1-0.00525.61.1+225.620.75+0.00125.6225.660G0=2612.63 Kg其中D鍛件直徑（cm） 鍛件在終鍛溫度時(shí)的變形抗力，查參考文獻(xiàn)2表知取60MP故選用雙作用3噸模鍛錘。6、 熱鍛件圖的制定和繪制熱鍛件圖是將鍛件圖的所有尺寸計(jì)入收縮率而繪制的。一般情況下，熱鍛件圖形狀與鍛件圖形狀是完全相同的。但在某些情況下，為了保證按照熱鍛件圖制造終鍛模膛能鍛出合格的鍛件，熱鍛件圖的某些地方與鍛件圖是有差異的，應(yīng)根據(jù)具體情況給予具體處理。(1

10、) 終鍛模膛易損處，應(yīng)在鍛件負(fù)公差范圍內(nèi)預(yù)先增加磨損量，以提高鍛模壽命，保證鍛件的合格率；(2) 鍛件上形狀復(fù)雜且較高的部分應(yīng)盡量放在上模。如因特殊情況需放在下模時(shí)，由于下模局部較深處易積聚氧化皮，致使鍛件在該處“缺肉”；(3) 當(dāng)設(shè)備噸位偏小，模鍛不足現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)使熱鍛件圖高度尺寸比鍛件圖上相應(yīng)高度減小一些，以抵消模鍛不足的影響。相反，當(dāng)設(shè)備噸位偏大或鍛模承擊面偏小時(shí)，熱鍛件圖高度尺寸應(yīng)接近于正公差，以保證在承擊面下陷時(shí)仍可鍛出合格的鍛件；(4) 鍛件的某些部位在切邊或沖孔時(shí)易產(chǎn)生變形而影響加工余量時(shí)，則應(yīng)在熱鍛件圖的相應(yīng)部位適當(dāng)?shù)卦黾右欢ǖ膹浹a(bǔ)量，以提高鍛件的合格率，如下圖所示；(5)

11、當(dāng)鍛件形狀不能保證坯料在下模膛內(nèi)或切邊模內(nèi)準(zhǔn)確定位時(shí)，則應(yīng)在熱鍛件圖上增加必要的定位余塊，以保證多次鍛擊過(guò)程中的定位以及切飛邊時(shí)的定位。7、 確定飛邊槽的型式和尺寸飛邊槽由橋口與倉(cāng)部組成，飛邊槽的作用：(1) 增加金屬流出模膛的阻力，促使金屬充滿模膛；(2) 容納多余的金屬；(3) 鍛造時(shí)飛邊起緩沖作用，減弱上、下模的直接撞擊，防止鍛模的壓塌和開(kāi)裂。毛邊槽的形式和尺寸對(duì)鍛件質(zhì)量影響很大，有六種形式，采用形式，橋部設(shè)置在上模塊，與坯料接觸時(shí)間短，吸收熱量少，因而溫升少，能減輕橋部磨損或避免壓塌。飛邊槽尺寸可通過(guò)噸位法和計(jì)算確定，根據(jù)噸位法查參考文獻(xiàn)1表得飛邊槽的尺寸為：h飛/mmh1/mmb/m

12、mb1/mmR1/mm35123040，取351飛邊槽的形狀8、 鉗口及其尺寸鉗口是指在鍛模的模鍛模膛前面所做的空腔，由夾鉗口與鉗口頸組成。其作用為：(1) 在模鍛時(shí)用來(lái)放置棒料及鉗夾頭；(2) 鉗口頸用于加強(qiáng)夾鉗料頭與鍛件之間的連接強(qiáng)度；(3) 齒輪類鍛件在模鍛時(shí)無(wú)夾鉗料頭，鉗口作為鍛件起模之用；(4) 在鍛模制造時(shí)，鉗口作為澆注模膛檢驗(yàn)件（金屬鹽或鉛）的澆口。對(duì)于圓餅類鍛件，設(shè)計(jì)鉗口只是為了鍛件出模方便和用作澆口1。由于鍛件質(zhì)量10.324 Kg超過(guò)10 Kg，鉗口應(yīng)設(shè)計(jì)成圓形。鉗口直徑D=0.2m+10=0.210.324+10=12.0648 mm12.06 mm取鍛模外壁最小厚度Sm

13、in為50 mm，根據(jù)參考文獻(xiàn)3可知：鉗口頸長(zhǎng)度l0.5Smin=0.550=25 mm ,取35 mm鉗口長(zhǎng)度l1Smin=100 mm，取110 mm9、 制坯工步選擇根據(jù)工步作用不同可分為制坯工步、模鍛工步、和切斷工步。對(duì)于齒輪類鍛件，常用鐓粗和終鍛工步，坯料圓柱面上氧化皮在鐓粗時(shí)去除2，故采用的變形公布為：鐓粗終鍛。為防止輪輻和輪緣間過(guò)渡區(qū)產(chǎn)生折迭，須有：D1D鐓粗D2，取鐓粗后坯料直徑D鐓粗為218 mm。10、 確定坯料尺寸短軸類鍛件在終鍛模膛的變形是屬于體積變形，所以，通常按下式算出坯料的體積：V坯=V鍛+V飛1+式中V鍛鍛件（包括沖孔連皮）體積； 金屬火耗率（%），采用電阻爐加

14、熱，取1.5%； V飛飛邊體積，對(duì)短軸類鍛件，取飛邊槽容積的一半，即V飛=L周F飛=0.5L周F飛槽式中L周鍛件周長(zhǎng)； F飛槽飛邊槽截面積，取F飛槽=263.5 mm2。V飛=0.5804.19263.5=105952.03 mm3V坯=1315139.0+105952.031+1.5%=1442407.4 mm3根據(jù)計(jì)算出的坯料體積V坯確定坯料直徑D坯或方坯料的邊長(zhǎng)A坯。考慮到坯料在鐓粗時(shí)不致產(chǎn)生彎曲，備料方便，以及節(jié)省材料，應(yīng)使坯料長(zhǎng)度L坯與直徑D坯（或A坯）之比值L坯D坯=1.52.2。由此坯料直徑D坯或邊長(zhǎng)A坯可在下列范圍內(nèi)選擇：D坯=0.950.833V坯=107.3493.78 m

15、m3，取D坯=100 mm3A坯=0.870.773V坯=98.3087.00 mm3，取A坯=90 mm3計(jì)算出D坯或A坯后再按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，并優(yōu)先選用工廠常用的材料規(guī)格D坯（或A坯）。然后再按下式確定坯料的長(zhǎng)度L坯L坯=1.27V坯D坯2=1.271442407.4 mm31002 mm2=183.19 mm11、 制坯模鏜設(shè)計(jì)此鍛件為軸對(duì)稱鍛件，成型模膛的形狀是根據(jù)終鍛模膛在分模面上的外形（水平投影），用作圖法制出。高度h：為了成形后的毛坯能自由地放入（預(yù)）終鍛模膛，并以鐓粗方式成形，h小于熱鍛件圖在分模面上的外形尺寸，當(dāng)1) ApAj(桿部)：h=bd-35鐓粗臺(tái)是用來(lái)鐓粗毛坯以減小其

16、高度，增大直徑，使鐓粗后的毛坯在終鍛模膛內(nèi)能夠覆蓋一定的凸部和凹槽，以防止鍛件產(chǎn)生折迭和充不滿，并起清除毛坯和氧化皮，減少模膛磨損的作用。多用于短軸類與齒輪形鍛件2。設(shè)計(jì)依據(jù)：根據(jù)鍛件的形狀、尺寸和原毛坯尺寸確定，鐓粗后的毛坯直徑d，再根據(jù)d值確定鐓粗臺(tái)尺寸。dD1+D22=251.7+211.12=231.4 mm,取d=240 mm鐓粗臺(tái)尺寸：1) 鐓粗臺(tái)高度h=V坯4d2=1442407.44231.42=34.30 mm2) C、C與C尺寸：邊緣距離C：C=1015 mm，取C=12 mm；至銷口距離C：C=510 mm，取C=8 mm；右側(cè)與后邊距離C：C=1520 mm，取C=16

17、 mm；3) 邊緣圓角R：R=810 mm，取R=8 mm。12、 鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定鍛模模塊上各種模膛的設(shè)置和模塊尺寸的工作。錘上鍛模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)鍛件質(zhì)量、生產(chǎn)率、勞動(dòng)強(qiáng)度、鍛模和鍛錘的使用壽命等有很大的影響。a) 模鏜的排布因模膛無(wú)預(yù)鍛模膛時(shí)，終鍛模膛中心位置應(yīng)取在鍛模中心處。變形抗力分布均勻時(shí)，模膛中心即為模膛（包括飛邊橋部）在分模面的水平投影的面積重心。b) 錯(cuò)移力的平衡和導(dǎo)向錯(cuò)移力的平衡是保證鍛件尺寸精度的一個(gè)重要問(wèn)題，也是影響設(shè)備壽命的一個(gè)重要問(wèn)題。錯(cuò)移力產(chǎn)生的原因大致有下列幾方面：(1) 當(dāng)鍛造分模線不在同一平面上的鍛件時(shí)（即具有落差的鍛件），有水平方向的錯(cuò)移力。(2) 如果由于某

18、些原因使得模膛中心與錘桿中心不一致時(shí)，模鍛時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏心力矩，造成鍛模的錯(cuò)移。(3) 如果設(shè)備的上、下砧面不平行，模鍛時(shí)也要產(chǎn)生水平錯(cuò)移。由于此鍛件不存在以上三種導(dǎo)致錯(cuò)移力產(chǎn)生的原因，故無(wú)需考慮錯(cuò)移力的平衡和導(dǎo)向。c) 模具強(qiáng)度i. 模壁厚度模鏜的最小外壁厚度S0=K1h=1.533=49.5 mm其中K1為系數(shù)，查參考文獻(xiàn)2表得K1為1.5。ii. 模塊高度因?yàn)榇隋懠o(wú)過(guò)渡墊模，則上下模最小閉合高度Hmin應(yīng)不小于錘安?？臻g最小高度2。查參考文獻(xiàn)2表得Hmin為480 mm，Hmax為700 mm。iii. 承擊面積承擊面是指上、下模的接觸面，承擊面積是指分模面積減去模膛和飛邊槽及鎖扣面積,鍛

19、模分模面的承擊面積S=300400G=9001200 cm2。查參考文獻(xiàn)2表得允許最小承擊面積為700 cm2。iv. 燕尾根部的轉(zhuǎn)角為減小應(yīng)力集中設(shè)計(jì)成圓角，一般取R=5mm。v. 模塊纖維方向鍛模壽命與其纖維方向密切相關(guān)，任何鍛模的纖維方向都不能與打擊方向相同，否則模膛表面耐磨性能下降，模壁容易產(chǎn)生剝落現(xiàn)象。此鍛件為短軸類鍛件，鍛模纖維方向應(yīng)與鍵槽中心線方向一致d) 模塊的尺寸和標(biāo)準(zhǔn)i. 鍛模寬度為保證鍛模不與鍛錘導(dǎo)軌相碰，鍛模最大寬度應(yīng)有所限制，在任何情況下必須保持它們之間的距離大于20mm。鍛模的最小寬度也有要求，至少超過(guò)燕尾10mm，或者燕尾中心線到鍛模邊緣的最小尺寸為 B1B/2+

20、10=300/2+10=160 mm 。ii. 鍛模長(zhǎng)度鍛模長(zhǎng)度根據(jù)模膛長(zhǎng)度和模壁厚度確定。較長(zhǎng)的鍛件有可能使鍛模超長(zhǎng)，伸到模座和錘頭之外，兩端呈懸空狀態(tài)，這種狀況對(duì)鍛模受力條件是不利的，所以對(duì)伸出長(zhǎng)度f(wàn)應(yīng)當(dāng)有所限制，一般規(guī)定是 fH/3=600/3=200 mm,其中H是模塊高度。iii. 鍛模高度考慮到鍛模翻新的需要,模塊最小高度Hmin為480 mm，最大高度Hmax為700 mm。iv. 鍛模中心與模塊中心的關(guān)系v. 鍛模質(zhì)量為了保證錘頭的運(yùn)動(dòng)性能，上模塊最大重量不應(yīng)超過(guò)錘噸位的35%，即不應(yīng)超過(guò)1050 Kg。vi. 檢驗(yàn)角鍛模上兩個(gè)加工側(cè)面所構(gòu)成的90角稱為檢驗(yàn)角。vii. 模塊規(guī)格模塊規(guī)格包括模塊標(biāo)準(zhǔn)、燕尾和起重孔設(shè)計(jì)、模鍛錘安?？臻g規(guī)格等。1. 模塊標(biāo)準(zhǔn)由參考文獻(xiàn)2可