起重機連桿錘上模鍛工藝及模具設(shè)計課程設(shè)計說明書

1、作者姓名：xxx（起重機連桿錘鍛工藝及模具設(shè)計）各專業(yè)全套優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計圖紙目錄引言21 錘鍛工藝設(shè)計31.1熱鍛件圖31.1.1分模面31.1.2余量及公差31.1.3拔模斜度41.1.4圓角半徑41.1.5沖孔連皮41.1.6技術(shù)條件41.2鍛件的主要參數(shù)41.3 設(shè)備噸位51.4計算毛坯圖51.5制坯工步71.6坯料尺寸81.7模鍛工藝流程82鍛錘模具設(shè)計102.1 終鍛模膛設(shè)計102.1.1 飛邊槽設(shè)計102.1.2 鉗口設(shè)計102.1.3 終鍛模膛102.2 預(yù)鍛模膛設(shè)計112.3 拔長模膛設(shè)計132.4滾壓模膛設(shè)計142.5模膛排布152.5.1 排布順序152.5.2 模膛壁厚15

2、2.5.3 模膛寬度方向排布152.5.4 模膛長度方向排布152.6模塊設(shè)計152.7 鎖扣設(shè)計162.8燕尾設(shè)計162.9模具校核162.10模具16參考文獻1819引言連桿是連桿機構(gòu)中兩端分別與主動和從動構(gòu)件鉸接以傳遞運動和力的桿件。連桿是機器的主要運動件之一,它受載情況復(fù)雜,是較難設(shè)汁的重要零件之一。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。連桿是長軸類鍛件中有代表性的鍛件之一。起重機連桿是起重機發(fā)動機的主要零件之一，工作時在高速下運轉(zhuǎn)，工作條件比較繁重。連桿的形狀比較復(fù)雜，既有和曲軸相連的大頭部，又有工字形斷面的桿部，還有通過活塞銷與活塞相連的小頭

3、部。起重機連桿絕大多數(shù)都不需要機械加工，所以對連桿鍛件的尺寸要求比較嚴格。本次專業(yè)課程設(shè)計以起重機連桿為例，介紹它的錘鍛工藝制訂以及鍛模設(shè)計的內(nèi)容和步驟。本次專業(yè)課程設(shè)計摒棄了傳統(tǒng)的錘鍛工藝設(shè)計手段,針對傳統(tǒng)的手工計算、繪圖和分析的方法將有很大的誤差和設(shè)計時間周期長并且費時費力等缺點,應(yīng)用了計算機輔助設(shè)計（cad）技術(shù),通過大型三維cad軟件ug進行零件的造型、工藝計算及工藝分析,提高了設(shè)計效率以及計算的準確性。1 錘鍛工藝設(shè)計1.1 熱鍛件圖1.1.1 分模面從連桿的外形很容易確定鍛件的分模面。分模面應(yīng)選擇在高度尺寸24.5mm的中間處，沿連桿高度方向?qū)ΨQ分模，這樣鍛件的余塊和機加工余量最小

4、，最大深度最小，有利于金屬充滿模膛，模具制造也更加方便。1.1.2 余量及公差 鍛件在需要加工的面上的尺寸公差已經(jīng)直接給出，如圖1.1所示。圖1.1 連桿熱鍛件圖連桿材料為40cr，由ug軟件可以計算出鍛件重量約為7.29kg，包容體體積約為3351506，鍛件體積約為931531。根據(jù)參考文獻1可查得材質(zhì)系數(shù)為級，由該書中公式c=其中，鍛件質(zhì)量或體積； 鍛件外包容體的質(zhì)量或體積。計算得到c=931531/3351506=0.278，屬于級，即較復(fù)雜件。零件需要磨削加工，即加工精度，由參考文獻4表2-5查得高度及水平尺寸的單邊余量為2-3mm，取3mm。1.1.3 拔模斜度鍛件部分拔模斜度已經(jīng)

5、直接給出，未注拔模斜度根據(jù)參考文獻5表5-26可確定，連桿大小頭部的外拔模斜度=5，內(nèi)拔模斜度=7；工字形桿部外拔模斜度=7，內(nèi)拔模斜度=10。1.1.4 圓角半徑 鍛件部分圓角半徑已經(jīng)直接給出，未注圓角半徑可根據(jù)參考文獻5表5-28中公式=余量（其中為凸角處無倒角的凸角處的圓角半徑），知鍛件圓角未注圓角半徑為3mm。1.1.5 沖孔連皮鍛件已經(jīng)直接選定沖孔連皮形式為平底連皮，根據(jù)參考文獻5表5-29可確定連皮厚度為8.8mm。1.1.6 技術(shù)條件在上述參數(shù)的基礎(chǔ)上便可繪制鍛件圖，其技術(shù)條件如下：1） 圖中未注拔模斜度選取如下：連桿大小頭部的外拔模斜度=5，內(nèi)拔模斜度=7；工字形桿部外拔模斜度

6、=7，內(nèi)拔模斜度=10。2） 圖中未注圓角半徑3mm。3） 語序錯差量0.6mm。4） 允許的殘留飛邊量0.7mm。5） 允許的表面缺陷深度0.5mm。6） 鍛件熱處理：調(diào)質(zhì)。7） 鍛件表面清理：為了便于檢查淬火裂紋，一般用酸洗。通過上述參數(shù)以及已經(jīng)給定的圖形可繪制連桿熱鍛件的三維模型如圖1.2所示。1.2 鍛件的主要參數(shù)通過ug軟件繪制出熱鍛件圖后可以直接計算出鐘鍛件的一些參數(shù)如下：1） 鍛件質(zhì)量為7.29kg。2） 鍛件體積為931531。3） 鍛件投影面積為28290。4） 鍛件周邊長度為1140mm。圖1.2 連桿熱鍛件的三維模型1.3 設(shè)備噸位由參考文獻5表5-48中的公式m=(3.

7、56.3)ka其中，k-材料系數(shù)，由表5-49確定為1.15； m-鍛件和飛邊的水平投影面積（），飛邊面積按倉部的一半計算。得到鍛錘噸位m=(3.56.3)1.1550655=（19503510）kg，故可以選擇3噸錘。1.4 計算毛坯圖根據(jù)參考文獻2公式6-3：=+2 其中-計算毛坯截面積； -相應(yīng)位置上鍛件的剖面面積； -相應(yīng)位置上飛邊槽的剖面面積； -充滿系數(shù)，由參考文獻4表2-10選取=0.7。公式6-4：=/ m 其中-換算高度； m-縮尺比，取m=60。以及公式6-5：=1.13 其中-計算毛坯直徑。即可計算出不同位置上的計算毛坯截面積、換算高度以及計算毛坯直徑。在鍛件長度方向上取

8、20個截面，分別計算整理，得到數(shù)據(jù)如下：表1.1 計算毛坯圖數(shù)據(jù)表編號2修正修正10685.3685.311.4 29.6 11.429.623682350.74032.767.2 71.8 60.167.036558201.66759.6112.7 92.9 89.282.245212201.65413.690.2 83.1 108.990.754919201.65120.685.3 80.9 114.093.065212201.65413.690.2 83.1 108.989.476558201.66759.6112.7 92.9 85.980.483667319.93986.966.4

9、71.4 54.667.591181520.11701.128.4 46.6 30.851.010788254.81042.817.4 36.5 19.4 37.81178820399116.5 35.6 1278820399116.5 35.6 1378820399116.5 35.6 14788204.4992.416.5 35.6 151342235.21577.226.3 44.9 162643213.52856.547.6 60.4 173025202.33227.353.8 64.2 182643214.92857.947.6 60.4 19671281.4952.415.9 34

10、.9 200340.2340.25.7 20.8 按照上述計算數(shù)據(jù)描點并將各點用平滑曲線依次連接即可如圖1.3的計算毛坯圖。此圖中圖形有急突的變化，出現(xiàn)馬鞍形，這樣不僅不利于制坯，更不利于在模鍛型槽中的成形。應(yīng)該予以修正。圖1.3 計算毛坯圖（修正前） 按面積相等（即減少部分體積等于增加部分體積）的原則將圖1.4中的原則進行修正，面積相等的原則主要是通過ug軟件中“利用曲線測量面積”的命令保證。在修正過程中還應(yīng)該保證最大截面積不變或者稍大，最大截面積的位置應(yīng)在軸對稱變形的軸上。得到修正的計算毛坯圖后將修正量填入表1.1中。根據(jù)參考文獻2公式6-6：= 其中，-毛坯的平均斷面面積； -計算毛坯截

11、面圖的總面積，由ug軟件計算得17003； -計算毛坯長度；得到=2298。 根據(jù)參考文獻2公式6-7：=1.13（為計算毛坯計算直徑）可得到：=1.13=54.2mm。由作圖可以發(fā)現(xiàn)，該鍛件毛坯是兩頭一桿的復(fù)雜計算毛坯，應(yīng)該將其轉(zhuǎn)化為兩頭兩桿的計算毛坯（相當于轉(zhuǎn)化為兩個簡單毛坯），便于分析和計算，其轉(zhuǎn)化原則是頭部多出的體積等于桿部缺少的體積，即計算毛坯截面圖上頭部多余的面積等于桿部缺少的面積。最終得到的計算毛坯圖如圖1.4所示。圖1.4 計算毛坯圖（修正后）1.5 制坯工步以大頭組成的簡單計算毛坯為例，由參考文獻1公式2-8可求得衡量變形量的大小的指標如下：=93/54.2=1.71=329

12、/54.2=6.07k=(54.2-35.6)/(329-117)=0.080.05m=7.29kg其中，-金屬流入頭部的繁重系數(shù)； -金屬沿軸向流動的繁重系數(shù)； k-桿部斜率； -計算毛坯最大直徑； -計算毛坯平均直徑； -桿部與頭部轉(zhuǎn)接處的直徑； m-鍛件質(zhì)量。由參考文獻1圖2-21再根據(jù)以上指標可以確定該鍛件的制坯工步為拔長加閉式滾壓。1.6 坯料尺寸根據(jù)參考文獻4第76頁公式=（+）（1+） 其中，-坯料體積； -鍛件體積； -飛邊的體積； -連皮的體積； -燒損率。由ug軟件可計算得到+=931531，=127496。鍛件加熱方式采用感應(yīng)加熱，由表2-12選取=1%。得到鍛件體積為：

13、=（+）（1+）=（931531+127496）（1+1%）=1069617利用參考文獻2,第163頁公式=（0.750.90），其中為坯料截面積，為計算毛坯最大截面積，可以得到坯料截面積=（0.750.90）6760=50706084，取=5526。則坯料直徑為：=1.13=1.13=84mm坯料長度為：=193.6mm，取195mm。1.7 模鍛工藝流程連桿鍛件屬于具有工字形截面并且?guī)Э椎腻懠浔旧韺﹀懠牧W性能要求也較高，為了改善金屬流動條件，避免產(chǎn)生折疊，應(yīng)該選用預(yù)鍛工藝。因此，模鍛工藝順序為：拔長閉式滾壓預(yù)鍛終鍛。根據(jù)參考文獻1可確定連桿模鍛工藝流程為：1） 切料：5000kn剪

14、型機冷切。2） 加熱：感應(yīng)加熱，1150-1200c。3） 模鍛：3t模鍛錘，拔長、閉式滾壓、預(yù)鍛、終鍛。4） 熱切邊：1600kn切邊壓力機。5） 磨毛刺：砂輪機。6） 熱處理：連續(xù)熱處理爐，調(diào)質(zhì)，硬度3.9-4.2db。7） 酸洗：酸洗槽。8） 冷校正：1t夾板錘。9） 檢驗。2 鍛錘模具設(shè)計2.1 終鍛模膛設(shè)計終鍛模膛的設(shè)計主要是熱鍛件、飛邊槽與鉗口的設(shè)計。熱鍛件已經(jīng)在之前設(shè)計過程中設(shè)計好，接下來主要講飛邊槽和鉗口的設(shè)計。2.1.1 飛邊槽設(shè)計根據(jù)參考文獻5表5-35選擇如圖1.3的飛邊槽形式。圖2.1 飛邊槽形式根據(jù)表中公式h=0.015其中h-飛邊槽倉部高度；a-鍛件在分型面的投影面

15、積。得到h=0.015=2.52mm，由于鍛件比較復(fù)雜，需要增大壓力，故選取h=2mm。根據(jù)考文獻5表5-35可確定飛邊其他尺寸如下：=4mm，=25mm，b=9mm，r=2mm。2.1.2 鉗口設(shè)計通過參考文獻4表2-19由鍛件質(zhì)量7.29kg可確定鉗口頸尺寸寬度b=12mm，半邊高度a=3.5mm，長度l12mm，取l=15mm。通過a、b可大致確定鉗夾頭直徑db1.25/且b1.1，經(jīng)計算可得到102.2b134.4，取b=120mm。利用以上數(shù)據(jù)即可得到滾壓模膛形狀，如圖2.9所示：圖2.9 滾壓模膛2.5 模膛排布2.5.1 排布順序模具采用直式拔長模膛，應(yīng)放在鍛模的右邊，則將滾壓模

16、膛放在鍛模左邊，為了使操作更加方便，模膛順序從左到右依次是滾壓模膛、預(yù)鍛模膛、終鍛模膛和拔長模膛。2.5.2 模膛壁厚由參考文獻圖2-41可得到多模膛鍛造最小壁厚為s25mm，滾壓模膛距離模塊外壁尺寸s=10mm。2.5.3 模膛寬度方向排布預(yù)鍛模膛和終鍛模膛之間距離為l=77+25+105=203mm，取210mm，按預(yù)鍛模膛中心線與終鍛模膛中心線距離燕尾中心線距離比值2：1計算得到預(yù)鍛模膛中心線距離燕尾中心線距離140mm，終鍛模膛中心線距離燕尾中心線70mm。經(jīng)過估計，模塊寬度最小為694mm（按最小壁厚25mm計算），由參考文獻1表2-33取模塊寬度700mm，模膛之間壁厚2530mm

17、。2.5.4 模膛長度方向排布通過ug軟件可以大致計算出預(yù)鍛模膛和終鍛模膛的質(zhì)心，按照預(yù)鍛模膛質(zhì)心和終鍛模膛質(zhì)心盡量在燕尾中心線上的原則選取鍵槽中心線距離長度方向邊緣220mm處。2.6 模塊設(shè)計 模塊寬度b=700mm。終鍛模膛長度約為548mm，考慮到壁厚和鎖扣的布置，取模塊長度l=650mm。由參考文獻1可得模塊最小高度為170mm，同時模具閉合高度最小為480mm。參考文獻1表2-33取模塊高度250mm。2.7 鎖扣設(shè)計由參考文獻1表2-25，選擇鎖扣形式為角鎖扣，由于模膛分布限制，鎖扣數(shù)量取為2個，分布在兩個角上。由表2-28可確定鎖扣尺寸如下：l=100mm，b=70mm，h=4

18、0mm，=1mm，=3，=3，=5，=10，=15。因為鎖扣數(shù)量較少且分布在鍛模同一側(cè)，為保證強度使b=100mm,l=150。2.8 燕尾設(shè)計2.8.1 燕尾尺寸根據(jù)錘噸位由參考文獻1表2-35可確定燕尾尺寸如下：燕尾寬度b=300mm，燕尾高度h=65mm。燕尾中心線偏離模塊中心線25mm。2.8.2 鍵槽尺寸根據(jù)錘噸位由參考文獻1表2-34可確定燕尾尺寸如下：鍵槽寬度a=60mm，鍵槽高度h=65mm，鍵槽長度c=75mm，倒角大小3mm。鍵槽中心線距離長度方向邊緣220mm處。鍵槽位于鍛模燕尾右側(cè)。2.8.3 起重孔尺寸根據(jù)錘噸位由參考文獻1表2-34可確定燕尾尺寸如下：起重孔直徑d=30mm，起重孔深度s=60mm。由于模塊重量