掛輪架軸鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書

1、課程設(shè)計(jì)說明書題目：掛輪架軸鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)作 者:潘山山學(xué) 號：1103054227學(xué) 院:材料科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè):材料成型及控制工程指導(dǎo)教師： (姓 名) (職稱或?qū)W歷) (姓 名) (職稱或?qū)W歷)2015 年 1 月目錄1. 鍛件圖的設(shè)計(jì)1.1繪制鍛件圖的過程 1.2 計(jì)算鍛件的主要參數(shù)3.確定鍛錘噸位4.確定毛邊槽形式和尺寸5.繪制計(jì)算毛坯圖6.制坯工步選擇7.確定坯料尺寸8.制坯型槽尺寸8.1、拔長模膛設(shè)計(jì)8.2滾擠模膛設(shè)計(jì)9. 鍛模模膛設(shè)計(jì)9.1切斷模膛設(shè)計(jì)10.鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11、鍛前加熱、鍛后冷卻及熱處理要求12、致謝13、參考文獻(xiàn) 引言本次項(xiàng)目是通過錘上模鍛成形生產(chǎn)，錘上模

2、鍛主要用于鍛件的大批量生產(chǎn)，是鍛造生產(chǎn)中最基本的鍛造方法。主要設(shè)計(jì)步驟有制定鍛件圖；計(jì)算主要參數(shù)；確定設(shè)備噸位；作熱鍛件圖，確定終鍛模膛；確定飛邊槽的形式和尺寸；計(jì)算毛坯圖；選擇制坯工步；確定坯料尺寸；設(shè)計(jì)預(yù)鍛模膛；設(shè)計(jì)制坯模膛；模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；繪制鍛模圖、切邊模圖等1、模鍛件圖設(shè)計(jì) 連接頭是軸類件，對零件的整體形狀尺寸，表面粗糙度進(jìn)行分析，此零件的材料為45鋼，材料性能穩(wěn)定,適合鍛造。零件圖如上圖。1.1 繪制鍛件圖的過程 1.1.1 確定分模位置確定分模面位置最基本的原則是保證鍛件形狀盡可能與零件形狀相同。使鍛件容易從鍛模型槽中取出，因此鍛件的側(cè)表面不得有內(nèi)凹的形狀，并且使模膛的寬度大而深度

3、小。鍛件分模位置應(yīng)選在具有最大水平投影尺寸的位置上。應(yīng)使飛邊能切除干凈，不至產(chǎn)生飛刺。對金屬流線有要求的鍛件，應(yīng)保證鍛件有最好的纖維分布。根據(jù)連接頭零件形狀，采用上下對稱的直線分型模。1.1.2 確定公差和加工余量 查得45鋼的密度為：。估算鍛件的體積為190cm，則鍛件質(zhì)量約為。連接頭材料為45鋼，即材質(zhì)系數(shù)為。鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)： s=v鍛/v外廓包容 (1.1) 式中 v鍛鍛件體積； v外廓包容外廓包容體的體積。則，為一級復(fù)雜系數(shù)由文獻(xiàn)1查得:高度公差為，長度公差為 ，寬度公差為。零件需無磨削加工,加工精度為,由1查得高度及水平尺寸的單邊余量約為1.0-2.0mm,取1.5mm。1.1.3

4、 模鍛斜度 取常用模鍛斜度為7。1.1.4 圓角半徑 1.1.5 技術(shù)條件（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=1.5mm；（3）允許的殘留毛邊量0.7mm；（4）允許的表面缺陷深度0.5mm；（5）鍛件熱處理:調(diào)質(zhì)hbc:58-62；（6）鍛件表面清理:為便于檢查淬火裂紋,采用酸洗(7) 允許的飛邊錯(cuò)移量：0.5mm。 根據(jù)余量和公差,繪制鍛件圖。1.2 計(jì)算鍛件的主要參數(shù)(1) 鍛件在平面上的投影面積為6423mm2;(2) 鍛件周邊長度為431mm ;(3) 鍛件體積為mm3;(4) 鍛件質(zhì)量為1.41kg。熱鍛件工程圖如下2、確定鍛錘噸位總變形面積為鍛件在水平面上

5、的投影面積與飛邊水平投影面積之和。按1-2錘飛邊槽尺寸考慮，按確定雙作用模鍛錘噸位的經(jīng)驗(yàn)公式g=63ka的計(jì)算選擇鍛錘。取鋼種系數(shù)k=1，鍛件和飛邊在水平面上的投影面積為a,g=63ka=10020.15kn，選用2t雙作用模鍛錘。3、 確定毛邊槽形式和尺寸 選用圖1毛邊槽形式i，其尺寸按表確定；選定毛邊槽尺寸為 ,=4mm，b=10mm，r=2.5mm，=25mm， 圖1毛邊槽形式 4、繪制計(jì)算毛坯圖根據(jù)零件形狀特點(diǎn)，選取22個(gè)截面，分別計(jì)算分別計(jì)算f鍛,f毛*1.4，f計(jì)列于下表1,并在坐標(biāo)紙上繪出連接頭的截面圖和直徑圖（見圖2）。為設(shè)計(jì)滾擠型槽方便,計(jì)算毛坯圖按冷鍛件尺寸計(jì)算。表1 連接

6、頭計(jì)算毛坯的計(jì)算數(shù)據(jù)截面號1019319315.727119326418.4328319347624.7428319347624.7528319347624.7628319347624.778031938553381590193178347.791590193178347.7101590193178347.7111590193178347.7121590193178347.71380319389633.81440119359427.51540119359427.51640119359427.51734019353326.11828319347624.71928319347624.7202831

7、9347624.7215019324317.6220193019315.7由截面圖所圍面積即為計(jì)算毛坯面積,得 平均截面積： 則平均直徑 按體積相等修正截面圖和直徑圖（附圖中點(diǎn)劃線部分）,修正后的最大截面積為則最大直徑為毛坯圖如下5、制坯工步選擇計(jì)算毛坯為一頭一桿 計(jì)算繁重系數(shù)，選擇制坯工步 1kg 由文獻(xiàn)2知此鍛件應(yīng)采用閉式滾擠制坯工步,為使鍛出的鍛件有更好的質(zhì)量，易于充滿型槽,調(diào)整制坯工步為：開式滾擠。模鍛工藝方案為:拔長-開式滾擠-終鍛-切斷。冷鍛件工程圖如下6、確定坯料尺寸 坯料截面積計(jì)算： 由 取系數(shù)為0.8，則 由零件形狀及原材料規(guī)格，實(shí)際取=44mm。 燒損率， 坯料體積為： =

8、190000*（1+）=196000 計(jì)算毛坯長度： 根據(jù)坯料的質(zhì)量和長度，適于采用調(diào)頭模鍛，坯料原長為， 考慮切斷并經(jīng)試鍛調(diào)整后，下料長度為312mm。7、 制坯型槽設(shè)計(jì)7.1、拔長模膛設(shè)計(jì)7.1.1拔長模膛的作用：拔長模膛用來減少坯料的截面積，增長坯料長度。一般拔長模膛是變形工序的第一步，它兼有清除氧化皮的作用。為了便于金屬縱向流動(dòng)，在拔長過程中坯料要不斷翻轉(zhuǎn)，還要送進(jìn)。7.1.2拔長模膛的形式：通常按截面積形狀將拔長模膛分為開式和閉式兩種。由，則選用開式模膛。7.1.3拔長模膛的尺寸計(jì)算：拔長模膛有坎部和倉部組成。拔長后需要進(jìn)行滾擠，拔長部分的厚度1）坎部長度c2）坎部的寬度b應(yīng)考慮上下

9、模一次打靠時(shí)金屬不流到坎部外面；翻轉(zhuǎn)90度錘擊時(shí)，不產(chǎn)生彎曲。取3)坎部的高度h4)模膛深度e5）圓角圓弧半徑6）拔長模膛總長度l7.2滾擠模膛設(shè)計(jì)7.2.1滾擠模膛尺寸設(shè)計(jì)開式滾擠橫截面為矩形，側(cè)面開通，此種滾擠模膛結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，但聚料作用較小，適用于鍛件各截面積變化較小的情況。滾擠型槽用來減少毛坯局部橫截面積，增大另一部分的橫截面積，使坯料沿軸向體積分配符合計(jì)算毛坯的要求。它對毛坯有少量的拔長作用，兼有滾光和去除氧化皮的功能滾擠模膛可認(rèn)為是由鉗口、本體、毛刺槽三部分組成，鉗口用來容納夾鉗并卡細(xì)坯料，毛刺槽是用來容納滾擠時(shí)產(chǎn)生的端部毛刺，本體使坯料變形。同拔長型槽一樣，滾擠型槽也是以計(jì)

10、算毛坯為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，主要是確定型槽高度h，寬度b及其他一些有關(guān)尺寸。（1） 滾擠模膛高度:在桿部，模膛的高度應(yīng)比計(jì)算毛坯相應(yīng)部分的直徑小，這樣每次壓下量較大，由桿部排入頭部的金屬增多。對于開式模膛，由于截面積近似矩形，則滾擠模膛頭部為了有助于金屬的聚集，模膛的高度應(yīng)等于或略大于計(jì)算毛坯圖相應(yīng)部分的直徑，即（2） 滾擠模膛寬度b 滾擠型槽寬度b應(yīng)根據(jù)所選型槽形式和坯料的狀態(tài)來確定。型槽b過大會減少聚集效率，并增大模塊尺寸；b過小，在滾擠過程中金屬流進(jìn)分模面會形成毛邊，當(dāng)翻轉(zhuǎn)再滾擠時(shí)，就會形成折疊。 經(jīng)過拔長的坯料再進(jìn)行滾擠時(shí)，桿部金屬富裕量要小得多，不會再有大量金屬流入頭部，因此，經(jīng)過拔長過

11、的坯料再滾擠時(shí)，滾擠型槽桿部寬度應(yīng)比前述的小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可得：（3）滾擠模膛長度l滾擠型槽長度l應(yīng)根據(jù)熱鍛件圖尺寸確定。直鍛件： (mm)（4）鉗口與毛刺尺寸： =15 （mm) = 22 (mm) = 11 (mm)原始坯料直徑，型槽端部毛刺尺寸按表選定。 s-模壁最小的厚度 毛刺槽尺寸：無切刀，a=6mm，c=25mm，r3=5mm，r4=6mm，b=30mm。 7.2.2開式滾擠模膛截面形狀為了有助于干部金屬流入頭部，一般在縱截面的桿部設(shè)計(jì)2-5的斜度(如果毛坯圖原來有的話,則可以用原來的斜度).在桿部與頭部的過渡區(qū),應(yīng)做成圓角,滾擠模膛長度應(yīng)根據(jù)熱鍛件圖長度確定8、 鍛模模膛設(shè)計(jì)8.1切

12、斷模膛設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)切斷模膛，采用后切刀。切刀傾角取20，切刀寬度為5mm，切斷模膛寬度和高度，根據(jù)坯料的直徑和帶有飛邊鍛件的尺寸，根據(jù)文獻(xiàn)3, 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，經(jīng)驗(yàn)分別確定為60mm和70mm9、 鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鍛模設(shè)計(jì)的優(yōu)劣對鍛件質(zhì)量、生產(chǎn)效率、勞動(dòng)強(qiáng)度、鍛模和鍛錘的使用壽命以及鍛模的加工制造都有直接的影響。 鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)主要是要解決生產(chǎn)一種鍛件所采用的各工步模膛在模塊上的合理布排，模膛之間和模膛至模塊邊緣的壁厚，模塊尺寸、質(zhì)量、纖維方向要求，以及平衡錯(cuò)移力的鎖扣形式。 鍛模有整體式和鑲塊式之分，鑲塊模是把容易磨損的終鍛模膛或其中的一部分用優(yōu)質(zhì)模具鋼制成鑲塊，依靠楔鐵或熱套方法安裝在一般鋼

13、材制成的模塊本體上。鑲塊磨損后可以更新，有利于節(jié)約模具鋼和縮短制模周期。由于鍛錘沖擊載荷大、震動(dòng)大，宜采用整體模.9.1模膛布排 模鍛一種鍛件，往往要采用多個(gè)工步完成。因此鍛模分模面上的模膛布置要根據(jù)模膛數(shù)、各模膛的作用以及操作是否方便來確定，原則上應(yīng)使模膛中心（模膛承受反作用力的合力點(diǎn)）與理論上的打擊中心（燕尾中心線與鍵槽中心線的交點(diǎn)）重合，以使錘擊力與鍛件的反作用力處于同一垂直線上，從而減小錘桿承受的偏心力矩，有利于延長錘桿使用壽命，減小導(dǎo)軌的磨損和模塊燕尾的偏心載荷，在保證應(yīng)有的打擊能量和鍛模有足夠強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量減少模塊尺寸，這樣，模塊壽命長，鍛件精度高。 根據(jù)采用的工步，由于有兩

14、個(gè)制坯模膛，這時(shí)應(yīng)將第一道制坯工步安排在吹風(fēng)管的對面，以避免氧化皮落入終鍛模膛內(nèi)。布排模膛應(yīng)以終鍛模膛為中心，左右對稱布排，并盡可能使模膛中心與打擊中心重合。9.2 模膛間壁厚 模膛至模塊邊緣的距離，或模膛之間的距離都稱為模膛間壁厚。模膛間壁厚應(yīng)保證有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)又要盡可能減小模塊尺寸。 終鍛模膛受力大，模壁厚度與模膛深度h、模膛底部圓角半徑r、模膛出模斜度有關(guān)（見圖6-62），h愈大，r和愈小，模壁厚度應(yīng)加大. 。 根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，模膛間壁厚可參考圖6-64確定。 。 1） 模膛的最小外壁厚度各模膛的最大深度均在44-55之間，查文獻(xiàn)3可知k取1.32）模膛間距3）制坯模膛間的最小壁

15、厚4）滾擠模膛的最小壁厚9.4.1 模塊尺寸及要求 模塊尺寸除與模膛數(shù)、模膛尺寸、排列方式和模膛間最小壁厚有關(guān)外，還須考慮下列問題。 1. 承擊面。承擊面是指鍛錘空擊時(shí)，上下模塊實(shí)際接觸的面積。不包括模膛、毛 邊槽、鎖扣和鉗口所占面積。承擊面太小，容易壓塌分模面，它與鍛錘噸位大小有關(guān)。最小承擊面鍛錘噸位的關(guān)系見表6-9。由于采用的鍛錘噸位為2t，則最小承擊面積s=500002） 鍛模中心與模塊中心的偏移量s：3） 燕尾尺寸 查文獻(xiàn)3，可知b=200mm，h=50.5mm，b=50mm9.4.2模塊寬度b。為保證鍛模不與錘的導(dǎo)軌相碰，模塊最大寬度bmax應(yīng)保證模塊邊緣與導(dǎo)軌間留有單邊距離大于20

16、。模塊最小寬度也有要求，至少超出燕尾每邊10，燕尾中心線到鍛模邊緣的最小尺寸為： b1b/210（）,取b=372mm。 9.4.3模塊高度h。鍛模高度根據(jù)模膛最大深度和鍛錘的最小閉合高度確定?？紤]到鍛模翻修的需要，通常鍛?？偢叨萮 模是鍛錘最小閉合高度的1.351.45倍。若h模太小，上下模合不攏，鍛件打不靠，甚至可能撞掉鍛錘汽缸底；若h模 太大，將縮短錘頭行程，降低打擊能量。對于鑲塊模，模膛底部與側(cè)壁連接半徑r3時(shí)，應(yīng)保證模膛最大深度不超過鑲塊高度的40%；r3時(shí)，取不超過30%，取h=240mm。 9.4.4模塊長度l。模鍛特長鍛件時(shí)，允許模塊超出錘頭，兩端處于懸空狀態(tài)。這時(shí)鍛模受力條件

17、處于不利，故應(yīng)限制模塊懸空的長度。一般規(guī)定，每端允許伸出錘頭長度值fh/3，h為模塊高度。取l =380mm。 9.4. 5模塊質(zhì)量為保證錘頭運(yùn)動(dòng)性能，上模塊質(zhì)量應(yīng)有所限制，最大質(zhì)量不得超過鍛錘噸位的35%。 9.4. 6鍛模檢驗(yàn)角。鍛模上兩個(gè)加工側(cè)面所構(gòu)成的900角稱為檢驗(yàn)角。這兩個(gè)側(cè)面一般刨進(jìn)深度為5，高度50100。檢驗(yàn)角可以設(shè)在模塊左邊或右邊，根據(jù)模膛位置而定。檢驗(yàn)角的作用一是為了鍛模安裝調(diào)整時(shí)，檢驗(yàn)上下模模膛對準(zhǔn)的情況；二是作為鍛模機(jī)械加工劃線時(shí)的基準(zhǔn)。 9.4.7模塊的技術(shù)要求 （1）鍛造比 用來加工制造鍛模的模塊，要求鍛造比達(dá)到3以上，應(yīng)打碎鑄造組織、碳化物及夾雜，鍛合空洞，增加

18、致密度。 （2）流線方向 鍛模的壽命與模膛布置在模塊什么樣的纖維方向上有密切關(guān)系。任何錘鍛模的纖維方向都不允許與打擊方向平行。否則，在分模面上不僅流線末端外露，加劇應(yīng)力腐蝕，大大降低模具壽命；而且在打擊力的作用下，分模面上模膛兩側(cè)的金屬將有沿纖維方向劈開或撕裂的危險(xiǎn)，輕者也將造成分模面塌陷或使模壁金屬剝落。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是模塊緊固在錘頭和砧座上，只與燕尾底部貼合，在燕尾兩肩留有間隙，當(dāng)纖維方向與打擊方向平行時(shí)，外力恰似一把剪刀將纖維撕開。正象日常生活中所見到的劈木材，當(dāng)沿著樹干纖維方向劈時(shí)省力，而在垂直纖維方向劈時(shí)就十分困難。 鍛模纖維方向正確安排應(yīng)該是：對于長軸類鍛件，模塊的纖維方向與燕

19、尾 （或鍛件軸線）方向一致；對于圓餅類鍛件，應(yīng)與鍵槽方向一致 （3）對于整體鑄鋼模，要求冒口所在面作燕尾面，而不能作承擊面。因冒口附近，疏松、孔洞、非金屬夾雜等缺陷較集中，致密性差，強(qiáng)度低。 (4)模膛部分允許用模具鋼堆焊加工，但堆焊層應(yīng)大于15。 鍛模機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量 鍛模加工精度的高低直接影響鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量。模膛表面粗糙 度值小，硬度高，金屬流動(dòng)就容易，表面質(zhì)量高；模膛輪廓尺寸公差小，精度高，鍛件的尺寸公差就精確；同時(shí)鍛模壽命也長。但相應(yīng)機(jī)械加工制造成 本增加，設(shè)計(jì)時(shí)不得不綜合考慮。通常的做法是，在保證鍛件形狀及尺寸的前提下，應(yīng)力求提高模具外形（特別是分模面）的平行度，檢驗(yàn)

20、面與分模面的垂直度，鑲塊與模座的配合精度，燕尾與楔鐵的配合精度等，這些因素對鍛件精度和鍛模壽命影響較大。鍛鋼時(shí)終鍛模膛表面粗糙度ra應(yīng)不大于6m。有色金屬（如鋁、鎂）鍛造時(shí)，因粘性大，流動(dòng)性差，模膛表面粗糙度ra應(yīng)不大于2.5m。9.5 鍛模機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量 鍛模加工精度的高低直接影響鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量。模膛表面粗糙 度值小，硬度高，金屬流動(dòng)就容易，表面質(zhì)量高；模膛輪廓尺寸公差小，精度高，鍛件的尺寸公差就精確；同時(shí)鍛模壽命也長。但相應(yīng)機(jī)械加工制造成 本增加，設(shè)計(jì)時(shí)不得不綜合考慮。通常的做法是，在保證鍛件形狀及尺寸的前提下，應(yīng)力求提高模具外形（特別是分模面）的平行度，檢驗(yàn)面與分模面的

21、垂直度，鑲塊與模座的配合精度，燕尾與楔鐵的配合精度等，這些因素對鍛件精度和鍛模壽命影響較大。鍛鋼時(shí)終鍛模膛表面粗糙度ra應(yīng)不大于6m。有色金屬（如鋁、鎂）鍛造時(shí)，因粘性大，流動(dòng)性差，模膛表面粗糙度ra應(yīng)不大于2.5m。9.6 鍛模的緊固方式 鍛模的緊固方式與鍛造設(shè)備類型及鍛模結(jié)構(gòu)有關(guān)。對于鍛錘，既牢固，裝卸又方便的方式是楔鐵和鍵塊配合燕尾緊固。對于熱模鍛壓力機(jī)或液壓機(jī)，既可以用楔鐵，也可以用螺栓和壓板方式緊固。10、鍛前加熱、鍛后冷卻及熱處理要求的確定10.1 確定加熱方式，及鍛造溫度范圍 在鍛造生產(chǎn)中，金屬坯料鍛前加熱的目的：提高金屬塑性，降低變形抗力，即增加金屬的可塑性，從而使金屬易于流動(dòng)成型，并使鍛件獲得良好的組織和力學(xué)性能。金屬坯料的加熱方法，按所采用的加熱源不同，可分為燃料加熱和電加熱兩大類。根據(jù)鍛件的形狀，材質(zhì)和體積，采用半連續(xù)爐加熱。 金屬的鍛造溫度范圍是指開始鍛造溫度（始鍛溫度）和金屬鍛造溫度（終鍛溫度）之間的一段溫度區(qū)間。確定鍛造溫度的原則是，應(yīng)能保