輕卡轉(zhuǎn)向節(jié)外半軸錘上模鍛造工藝設計及模具設計說明書

1、沈陽理工大學課程設計專用紙- i -目 錄1 設計的前期準備 .11.1 零件分析 .11.1.11.1.1 零件的結(jié)構分析 .11.1.2零件材料的特性分析.11.1.3 鍛件的加工要求.11.2 工藝方案確定 .12 2 錘上模鍛件設計 .22.1 選擇分模面 .22.2 確定模鍛件加工余量及公差 .22.2.1 鍛件的形狀復雜系數(shù).22.2.2 鍛件的質(zhì)量.32.2.3 鍛件的材質(zhì)系數(shù).32.2.4 模鍛件的精度等級.32.2.5 確定鍛件公差和余量.32.2.6 模鍛斜度.32.2.7 鍛件技術要求.42.3 計算鍛件基本數(shù)據(jù) .43 確定鍛錘的噸位 .54 確定飛邊槽及尺寸 .65

2、確定終鍛型槽 .76 設計預鍛型槽 .77 繪制計算毛坯圖 .78 制坯工步的選擇 .89 確定坯料尺寸 .810 制坯型槽設計 .910.1 滾擠型槽設計.910.2 拔長型槽設計.1011 錘用鍛模設計 .1011.1 鉗口尺寸確定.1111.2 模塊尺寸.1112 鍛前加熱鍛后冷卻及熱處理要求的確定 .1112.1 確定加熱方式，及鍛造溫度范圍.1112.2 確定加熱時間.12沈陽理工大學課程設計專用紙- ii -12.3 確定冷卻方式及規(guī)范.1212.4 確定鍛后熱處理方式及要求.12參考文獻 .13沈陽理工大學課程設計專用紙- 1 -1 設計的前期準備1.1 零件分析零件分析1.1.

3、1 零件的結(jié)構分析轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車底盤上的關鍵零件，根據(jù)車型可分為重型汽車轉(zhuǎn)向節(jié)、中型汽車轉(zhuǎn)向節(jié)、輕型汽車轉(zhuǎn)向節(jié)、微型汽車轉(zhuǎn)向節(jié)、客車轉(zhuǎn)向節(jié)和轎車轉(zhuǎn)向節(jié)六大類；按其形狀特征可分為長桿類、中心孔類和套管類三種。長桿類轉(zhuǎn)向節(jié)主要由桿部、法蘭和枝權構成。中心孔類轉(zhuǎn)向節(jié)主要由基座，法蘭和枝權構成，基座中心帶孔。套管類轉(zhuǎn)向節(jié)主要由長桿、套管和法蘭構成。轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車轉(zhuǎn)向橋上的主要零件，形狀比較復雜，其形狀兼具有軸類、盤類和叉架類等零件的特點。轉(zhuǎn)向節(jié)既支撐車體重量，又傳遞轉(zhuǎn)向力矩和承受前輪剎車制動力矩，因此對其機械性能和外形結(jié)構要求嚴格，是汽車上的重要安全零件之一1.1.2 零件材料的特性分析 該鍛件材料為 1

4、8crmnti，是合金結(jié)構鋼，是工業(yè)上應用最廣泛的不銹鋼，密度為7.85g/cm3。18crmnti 的預鍛溫度為 1200，終鍛溫度為 800。 1.1.3 鍛件的加工要求模鍛斜度 7，精度為普通級。1.2 工藝方案確定根據(jù)零件的形狀以及要求大批量生產(chǎn)，因此選用錘上模鍛。沈陽理工大學課程設計專用紙- 2 -2 錘上模鍛件設計錘上模鍛件設計2.1 選擇分模面分模面是指模鍛件在可分的模腔中成型時，組成模具型腔的各模塊的分合面。鍛件分模位置合適與否，關系到鍛件成形、鍛件出模、材料利用率等一系列問題。為了提高鍛件質(zhì)量合生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，并使鍛模結(jié)構盡量簡單，防止上下模錯移，分模面盡可能采用直線狀，如

5、圖 2.1 分模面的位置所示。圖 2.1 分模面的位置2.2 確定模鍛件加工余量及公差2.2.1 鍛件的形狀復雜系數(shù)鍛件的形狀復雜系數(shù) s 時鍛件質(zhì)量或體積（gd，vd）與其外廓包容體的質(zhì)量或體積（gb，vb）的比值，即： (2.1)vvggbdbds其中 vd鍛件體積；vb外廓包容體的體積；gd鍛件質(zhì)量；gb外廓包容體的體積。經(jīng)估算：31863640mmvd 34855230mmvb38.048552301863640vbvds沈陽理工大學課程設計專用紙- 3 -查鍛件形狀復雜程度等級表1得該鍛件形狀復雜程度級別為 s2 級，形狀復雜程度為一般。2.2.2 鍛件的質(zhì)量鍛件的質(zhì)量可以根據(jù)鍛件圖

6、的名義尺寸進行計算，即： （2.2）vm其中 材料密度，取 7.85 g/cm3 v鍛件體積，取 1863640mm3經(jīng)計算，kgm63.142.2.3 鍛件的材質(zhì)系數(shù) 材質(zhì)系數(shù)按鍛壓的難易程度劃分兩個等級，材質(zhì)系數(shù)不同，公差不同。該鍛件的材料為 18crmnti ，屬于 m1。2.2.4 模鍛件的精度等級模鍛件的公差一般為三級，普通級、半精度級和精度級，此鍛件采用普通級。2.2.5 確定鍛件公差和余量根據(jù)鍛件的名義尺寸、質(zhì)量、精度等級、形狀復雜系數(shù)以及鍛件材質(zhì)諸因素查找鍛壓手冊確定長、寬和高度方向的尺寸公差。查手冊1得厚度方向公差 3.2，長度公差按各段長度分別查表，寬度公差 3.2mmmm

7、1.21.1。mmmm1.21.1查手冊1得高度方向單邊余量為 2.02.5mm,取 2.5mm，長度方向上余量為2.02.7，取 2.5mm. 寬度方向上余量為 2.02.5mm,取 2.5mm。2.2.6 模鍛斜度 便于模鍛件從型槽中取出，必須將型槽壁部做成一定的斜度，即模鍛斜度。它可以是鍛件側(cè)壁附加的斜度，也可以是側(cè)壁的自然斜度。模鍛斜度有內(nèi)斜度 和外斜度。當鍛件冷縮時，鍛件外側(cè)趨向離開模壁，而內(nèi)側(cè)抱住模具型槽中凸出部分不易取沈陽理工大學課程設計專用紙- 4 -出。本設計中內(nèi)外斜度均采用 7。2.2.7 鍛件技術要求1. 圖上未標注的模鍛外斜度 7；2. 圖上未標注的圓角半徑 r=2mm

8、；3. 允許的錯移量 1.4mm；4. 殘留的毛邊量 1.4mm；5. 允許的表面缺陷深度 0.5mm；6. 熱處理表面滲碳 0.91.3mm.7. 熱處理后噴丸或拋丸。2.3 計算鍛件基本數(shù)據(jù)1. 鍛件在平面上的投影面積 32371mm2；2. 鍛件的周邊長度 1007mm；3. 鍛件體積 1863640mm3；4.鍛件質(zhì)量 14.63kg。沈陽理工大學課程設計專用紙- 5 -3 確定鍛錘的噸位模鍛錘噸位選擇恰當，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。模鍛過程是一個短暫的動態(tài)變化過程，受到諸多因素的制約，要獲得準確的理論解是很困難的。因此，生產(chǎn)中，為方便起見

9、，多用經(jīng)驗公式或近似解的理論公式確定設備噸位。有時，甚至采用更為簡易的辦法，即參照類似鍛件的生產(chǎn)經(jīng)驗，通過類似來選擇設備噸位。 經(jīng)驗公式法(1)按鍛件在分模面上的投影面積、鍛件的復雜程度和變形抗力確定模鍛錘的噸位： （3.1）件fg式中 合金變形抗力系數(shù)；鍛件復雜程度系數(shù)；不包括毛邊的模鍛件在分模面上的投影面積（鈦合金包括毛邊橋部在內(nèi)）件fmm2。 鍛錘的選用一般用經(jīng)驗公式進行計算：經(jīng)查表1：=1.21.5，取 1.5 =0.07 f件=32371 mm2tkgg9.48.48794647507.05.1由計算結(jié)果可知，選用 5 噸鍛錘。(2)按鍛件在分模面上的投影面積和材料性質(zhì)確定模鍛錘噸位

10、：雙動模鍛錘 g=(3.56.3)kf （3.2）式中 g, g1鍛落下部分質(zhì)量(kg)；e無氈座錘的打擊能量(j)；f鍛件本體和毛邊（按倉部的 50%計算）在水平面上的投影面積(cm2)；k材料系數(shù)，查表 4-10。2按毛邊槽尺寸考慮，假定毛邊橋?qū)挾葹?35mm,總面積=663.56cm2，因大批量生產(chǎn)，取系數(shù)為 5，k=1.0。沈陽理工大學課程設計專用紙- 6 - g=51.0663.56=3318.25kg3.4t綜合考慮，安全起見選用 5 噸錘。沈陽理工大學課程設計專用紙- 7 -4 確定飛邊槽及尺寸毛邊槽的形式和尺寸對鍛件質(zhì)量影響很大，有六種形式。 1.飛邊槽的作用： 1）增加金屬流

11、出模膛的阻力，迫使金屬充滿模膛。 2）容納多余金屬。 3）鍛造時飛邊起緩沖作用，減弱上下模的直接撞擊，防止模具的壓塌與開裂。 2.飛邊槽尺寸的確定：計算法 計算法是采用經(jīng)驗公式計算毛邊槽橋部高度，即 h0.015 fmm件（）式中 f 件鍛件在分模面上的投影面積 32371mm2 =2.7mmh0.015 fmm件（） 然后根據(jù)計算得到的 h 值確定毛邊槽其他尺寸。hh1圓角 r1bb1fmax2.752.51436268 圖 3.1 飛邊槽的形狀沈陽理工大學課程設計專用紙- 8 -5 確定終鍛型槽終鍛形槽及熱鍛件圖見裝配圖的畫法。轉(zhuǎn)向節(jié)材料為 18crmnti;考慮收縮率取 1.5%,繪制的

12、鍛件圖如鍛件圖。沈陽理工大學課程設計專用紙- 9 -6 設計預鍛型槽由于鍛件較復雜，需要設置預鍛型槽。在頭部開設坯料臺（見鍛模圖）mmhhmmba5 .26535 . 0)7 . 04 . 0(156025. 025. 0沈陽理工大學課程設計專用紙- 10 -7 繪制計算毛坯圖根據(jù)轉(zhuǎn)向節(jié)的形狀特點，選取 14 個截面，分別計算，列于表 3，并在取f取f取f坐標紙上繪出連桿的截面圖和直徑圖。為設計滾擠型槽方便，計算毛坯圖按熱鍛件尺寸計算。截面圖所得面積即為計算毛坯體積，得 3計1920481mmv平均截面積為2總計均5.51763711920481mmlvf平均直徑為mmfd3.815.5176

13、13.113.1均均 截面號f鍛/mm2f毛2/mm2f計=f鍛+2f毛mma/f計修正 f計/mm修正 a計/mmkh/mm 13879375425465.2425465.2 0.852.2 23879375425465.2425465.2 0.852.2 33879375425465.2425465.2 0.852.2 43879375425465.2425465.2 0.852.2 52814375318956.4318956.4 0.846.6 64794375516971.9428365.4 0.852.3 78087375846292643980.2 1.1390.6 863433

14、75671882782188.4 1.13100 97085375746086.4890094.3 1.13106.5 109369375974498.7939497 1.13109.6 111002537510400102966298.3 1.13111 129019375939496.9879694 1.13106.2 138572375894794.6738785.9 1.1396.1 143040375341558341558.4 0.846.7表 7.1 轉(zhuǎn)向節(jié)外半軸計算毛坯的計算數(shù)據(jù)沈陽理工大學課程設計專用紙- 11 -8 制坯工步的選擇計算毛坯為一頭一桿，則計算繁重系數(shù)如下 39

15、.13.817.112均maxdda 56.43.81371dl為計算毛坯桿部長度， 越大則軸向流動越困難。查制坯工步應用范圍表，制坯工取l藝方案為拔長-閉式滾擠。沈陽理工大學課程設計專用紙- 12 -9 確定坯料尺寸拔長加滾擠聯(lián)合制坯，f坯=（0.75-0.9）fmax 式中 fmax為冷鍛件圖計算毛坯最大截面積取系數(shù)為 0.85，則f坯=22.880395.01974485.0mmmmfd.3101.8803913.113.1坯坯選擇坯料直徑為 100 的圓柱坯。坯料體積：，取 244。mmfvl3.24310014.3191023142坯坯坯考慮到鉗口夾頭長度取坯料長度 244+100=

16、344mm。33計坯1910231）%5.21（015.11948768)1(mmvv沈陽理工大學課程設計專用紙- 13 -10 制坯型槽設計10.1 滾擠型槽設計 （1）采用閉式滾擠，型槽高度，計算結(jié)果列于表 1 中，坯料的截面積為 8659.8 和鍛件的截面積相比需要增加的部分 k 取 1.13，需要減小的部分 k 取 0.8，其余截面不變化。按各截面的高度繪出滾擠型槽縱剖面外形，然后用圓弧或直線光滑連接，并適當簡化。（2） 型槽寬度為：坯料經(jīng)過拔長mmdb160140)6.14.1(坯取 b=160mm。（3） 滾擠模腔的尾部與鉗口 鉗口形狀可見圖 圖 3 修正后的閉式滾擠型槽外形設計

17、尺寸按下式確定 mm30取,)21(1551.02662.0坯坯hmmmdrmmdh查參考文獻1表 4-26，尾部小槽的尺寸為。mmrmmcmma10,30,810.2 拔長型槽設計沈陽理工大學課程設計專用紙- 14 -（1）拔長坎高度 取 52mm；mmlvka1.5224993619585.0桿桿1（2） 拔長坎長度；mmdkc1301003.1坯3（3） 圓角半徑；mmrrmmcr325102.5301325.025.01（4） 型槽寬度 b=k4d坯 =1.4x100=140mm；（5） 拔長膛深度 ，取 123mm；mmah.6122.36122桿（6） 拔長型槽長度。mmll259

18、10249)105(桿沈陽理工大學課程設計專用紙- 15 -11 錘用鍛模設計11.1 鉗口尺寸確定 終鍛形槽前端留下的凹腔叫鉗口。鉗口主要用來夾持坯料的夾鉗和便于從形槽中取出鍛件。根據(jù)本課設選用圓形鉗口，其具體形狀尺寸如裝配圖中所示。夾鉗口尺寸主要依據(jù)夾鉗料頭的直徑而定。應保證夾料鉗子能被自由的操作，在調(diào)頭鍛造時能防止下鍛件的相鄰端部。有表查得鉗口的尺寸值：鉗口的長度值可按模膛排布而定。鉗口頸尺寸的確定：選取其參數(shù)值尺寸：d 取為 0.2g+10，取 14mm。10.2 模塊尺寸 模塊尺寸的選擇：b=706mm; l=600mm; h=350mm. 燕尾槽、起重孔等尺寸按標準選取，具體裝配圖

19、。鎖扣的設計：（根據(jù)有關手冊按標準選取平衡鎖扣）鎖扣高度h=鍛件分模面的落差高度=56mm鎖扣的厚度mmhb84565.15.1鎖扣的斜度 5a鎖扣間隙mm1鎖扣非導向側(cè)面間隙mm41鎖扣沿分模面非打擊面上的間隙mm5 . 12鎖扣內(nèi)圓角54015. 015. 01hr鎖扣的外圓角 mmmmrr8725212取沈陽理工大學課程設計專用紙- 16 -12 鍛前加熱鍛后冷卻及熱處理要求的確定12.1 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成型，并使鍛件獲得良好的組織和力學性能。金屬坯料的加熱方法，按所采用

20、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，應能保證金屬在鍛造溫度范圍內(nèi)具有較高的塑性和較小的變形抗力。并能使制出的鍛件獲得所希望的組織和性能。3查有關資料確定鍛件的始段鍛溫度為 1180，終鍛溫度為 800。12.2 確定加熱時間加熱時間是坯料裝爐后從開始加熱到出爐所需的時間，包括加熱個階段的升溫時間和保溫時間。在半連續(xù)爐中加熱，加熱時間可按下式計算： =0.1310.2=1.33(h) （12.1）d式中 d坯料直徑或厚度，10.2cm； 鋼化學成分影響系數(shù)，取 0.13（h/cm）;12.3 確定冷卻方式及規(guī)范按照冷卻速度的不同，鍛件的冷卻方法有 3 種：在空氣中冷卻，冷卻速度快；在灰沙中冷卻，冷卻速度較慢；在爐內(nèi)冷卻，冷卻速度最慢。根據(jù)本鍛件的形狀體積大小及鍛造溫度的影響，選擇在空氣中冷