輕卡轉(zhuǎn)向節(jié)外半軸錘上模鍛造工藝設(shè)計及模具設(shè)計說明書

1、目 錄 1 設(shè)計的前期準(zhǔn)備 .1 1.1 零件分析 .1 1.1.11.1.1 零件的結(jié)構(gòu)分析 .1 1.1.2零件材料的特性分析.1 1.1.3 鍛件的加工要求.1 1.2 工藝方案確定 .1 2 2 錘上模鍛件設(shè)計 .2 2.1 選擇分模面 .2 2.2 確定模鍛件加工余量及公差 .2 2.2.1 鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù).2 2.2.2 鍛件的質(zhì)量.3 2.2.3 鍛件的材質(zhì)系數(shù).3 2.2.4 模鍛件的精度等級.3 2.2.5 確定鍛件公差和余量.3 2.2.6 模鍛斜度.3 2.2.7 鍛件技術(shù)要求.4 2.3 計算鍛件基本數(shù)據(jù) .4 3 確定鍛錘的噸位 .5 4 確定飛邊槽及尺寸 .6

2、5 確定終鍛型槽 .7 6 設(shè)計預(yù)鍛型槽 .7 7 繪制計算毛坯圖 .7 8 制坯工步的選擇 .8 9 確定坯料尺寸 .8 10 制坯型槽設(shè)計 .9 10.1 滾擠型槽設(shè)計.9 10.2 拔長型槽設(shè)計.10 11 錘用鍛模設(shè)計 .10 11.1 鉗口尺寸確定.11 11.2 模塊尺寸.11 12 鍛前加熱鍛后冷卻及熱處理要求的確定 .11 12.1 確定加熱方式，及鍛造溫度范圍.11 12.2 確定加熱時間.12 12.3 確定冷卻方式及規(guī)范.12 12.4 確定鍛后熱處理方式及要求.12 參考文獻(xiàn) .13 1 設(shè)計的前期準(zhǔn)備 1.1 零件分析零件分析 1.1.1 零件的結(jié)構(gòu)分析 轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車

3、底盤上的關(guān)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(quán)構(gòu)成。中心孔類轉(zhuǎn)向節(jié)主要由基座，法蘭和枝權(quán)構(gòu)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(gòu)成。 轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車轉(zhuǎn)向橋上的主要零件，形狀比較復(fù)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(jī)械性能和外形結(jié)構(gòu)要求嚴(yán)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 18crmnti

4、，是合金結(jié)構(gòu)鋼，是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的不銹鋼，密度為 7.85g/cm3。 18crmnti 的預(yù)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。 2 錘上模鍛件設(shè)計錘上模鍛件設(shè)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(guān)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(gòu)盡量簡單，防止上下模錯移，分模 面盡可能采用直線狀，如圖 2.1 分模面的位置所示

5、。 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(fù)雜系數(shù) 鍛件的形狀復(fù)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) v v g g b d b d s 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： 3 1863640mmvd 3 4855230mmvb 38.0 4855230 1863640 vb vd s 查鍛件形狀復(fù)雜程度等級表1得該鍛件形狀復(fù)雜程度級別為 s2 級，形狀復(fù)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(jìn)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，kgm63.14 2.2.3 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(fù)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

7、公差 3.2 mm mm 1.2 1.1 。 mm mm 1.2 1.1 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(dāng)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 出。本設(shè)計中內(nèi)外斜度均采用 7。 2.2.7 鍛件技術(shù)要求 1. 圖上未標(biāo)注的模鍛外斜度 7； 2. 圖上未標(biāo)注的

8、圓角半徑 r=2mm； 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。 3 確定鍛錘的噸位 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(zhǔn)確的理論 解是很困難的。因此，生產(chǎn)

9、中，為方便起見，多用經(jīng)驗公式或近似解的理論公式確定 設(shè)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(shè)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(fù)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(fù)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 f mm2。 鍛錘的選用一般用經(jīng)驗公式進(jìn)行計算： 經(jīng)查表1：=1.21.5，取 1.5 =0.07 f件=32371 mm2 tkgg9.48.48794647507.05.1 由計算結(jié)果可知，選用 5 噸鍛錘。 (2)按鍛件

10、在分模面上的投影面積和材料性質(zhì)確定模鍛錘噸位： 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。 g=51.0663.56=3318.25kg3.4t 綜合考慮，安全起見選用 5 噸錘。 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）增加金屬流出模膛的

11、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 r1bb1fmax 2.752.51436268 圖 3.1 飛邊槽的形狀 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%,繪制的鍛件圖如鍛件圖。 6

12、設(shè)計預(yù)鍛型槽 由于鍛件較復(fù)雜，需要設(shè)置預(yù)鍛型槽。在頭部開設(shè)坯料臺（見鍛模圖） mmhh mmba 5 . 26535 . 0)7 . 04 . 0( 156025 . 0 25 . 0 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(biāo)紙上繪出連桿的截面圖和直徑圖。為設(shè)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 5.5176 371 1920481 mm l v f 平均直徑為mmfd3.815.517613.113.1 均均

13、截面號f鍛 /mm2 f毛2 /mm2 f計=f鍛 +2f毛 mm a /f計 修正 f 計/mm 修正 a計 /mm kh /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 1.1390.6 863

14、43375671882782188.4 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) 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 39.1 3.81 7.112

15、 均 max d d a 56.4 3.81 371 d l 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(yīng)用范圍表，制坯工 取 l 藝方案為拔長-閉式滾擠。 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= 2 2 .88039 5.01 974485.0 mm mmfd.3101.8803913.113.1 坯坯 選擇坯料直徑為 100 的圓柱坯。 坯料體積： ，取 244。mm f v l3.243 10014.3 19102314 2 坯 坯 坯 考慮到鉗口夾頭長度取坯料長度

16、244+100=344mm。 3 3 計坯 1910231 ）%5.21（ 015.1 1948768 )1( mm vv 10 制坯型槽設(shè)計 10.1 滾擠型槽設(shè)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(dāng)簡化。 （2） 型槽寬度為：坯料經(jīng)過拔長 mm db 160140 )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

17、的閉式滾擠型槽外形設(shè)計 尺寸按下式確定 mm30取,)21( 1551.0 2662.0 坯 坯 hm mmdr mmdh 查參考文獻(xiàn)1表 4-26，尾部小槽的尺寸為 。mmrmmcmma10,30,8 10.2 拔長型槽設(shè)計 （1）拔長坎高度 取 52mm；mm l v ka1.52 249 936195 85.0 桿 桿 1 （2） 拔長坎長度； mm dkc 1301003.1 坯3 （3） 圓角半徑； mmrr mmcr 32510 2.5301325.025.0 1 （4） 型槽寬度 b=k4d坯 =1.4x100=140mm； （5） 拔長膛深度 ，取 123mm；mmah.612

18、2.36122 桿 （6） 拔長型槽長度。mmll25910249)105( 桿 11 錘用鍛模設(shè)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(shè)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(yīng)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

19、尾槽、起重孔等尺寸按標(biāo)準(zhǔn)選取，具體裝配圖。 鎖扣的設(shè)計：（根據(jù)有關(guān)手冊按標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)向側(cè)面間隙mm4 1 鎖扣沿分模面非打擊面上的間隙mm5 . 1 2 鎖扣內(nèi)圓角54015 . 0 15 . 0 1 hr 鎖扣的外圓角 mmmmrr87252 12 取 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

20、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(guān) 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(xué)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