徐楊錘鍛模設(shè)計(jì)說明書 Microsoft Word 文檔

1、1零件分析及工藝方案確定1.1零件分析 該零件學(xué)名為羊角，其工藝特點(diǎn)為：帶細(xì)長(zhǎng)桿的復(fù)雜叉形件，中間有一段高而窄，寬度較大的梯形法蘭。截面沿軸向的變化很劇烈；叉部?jī)?nèi)側(cè)寬76mm,外側(cè)寬158mm。叉形兩側(cè)與軸線不完全對(duì)稱。為保證終鍛時(shí)充滿叉形又不產(chǎn)生折疊，預(yù)鍛時(shí)應(yīng)將坯料上端劈開，且鍛件中間梯形法蘭處形狀復(fù)雜，難于成型。鍛件三維視圖1.2分析零件的材料特性 零件所用的材料為40Cr,其特性如下表1所列： 表1 材料特性密度 比熱容c 熱導(dǎo)率 線脹系數(shù)1 電阻率(g/cm3 ) J/(kg.k) w/(m.k) (20-200)/(10-6 /k) (10-6 m)7.82 461 41.87 12

2、.5 0.191.3零件尺寸精度，表面粗糙度分析 因?yàn)榱慵叽巛^大，故零件基本尺寸精確到個(gè)位，其表面粗糙度為上叉部需要加工的表面為Ra>1.6，桿部加工面粗糙度為Ra=0.8<1.6，需要精加工。1.4工藝方案的確定 因設(shè)計(jì)批量為大批量，設(shè)計(jì)精度為普通級(jí)，初步確定采用模鍛錘模鍛，鍛件加工工步依次為拔長(zhǎng)，滾擠，預(yù)鍛，終鍛。2錘上模鍛件設(shè)計(jì)2.1 選擇分模面根據(jù)零件的形狀選折分模面為零件的側(cè)面的中線，且是平直的直線；表現(xiàn)在桿部即為使桿部上下對(duì)稱的軸線。2.2確定模鍛件加工余量及公差確定鍛件重量及尺寸由 其中為鍛件體積；為鍛件外包容體體積 零件為較復(fù)雜的級(jí)。確定鍛件公差和余量因?yàn)殄懠牧?/p>

3、為40Cr,即材質(zhì)系數(shù)為M1，鍛件精度等級(jí)為普通級(jí)，鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)為級(jí)，鍛件質(zhì)量為5.4 Kg，可查表得：鍛件長(zhǎng)度方向的公差及極限偏差為鍛件寬度方向的公差及極限偏差為鍛件高度方向上的公差及極限偏差為鍛件的單邊余量：厚度方向?yàn)?.02.5，取為2，水平方向?yàn)?.02.5取為2。鍛件的錯(cuò)差公差以及殘留飛邊公差均為1.2。確定模鍛斜度由標(biāo)準(zhǔn)銑刀的尺寸決定鍛模斜度為7度，圓角半徑為23度，未注圓角（外側(cè)）均為23度。計(jì)算鍛件基本數(shù)據(jù)鍛件投影面積F=16386mm2鍛件周長(zhǎng)L周=910mm鍛件長(zhǎng)度L=263mm鍛件體積V=703cm3鍛件質(zhì)量m=5.5 kg2.3 確定鍛件模鍛斜度 為便于模鍛件從型槽

4、中取出，必須將型槽壁做成一定的斜度，稱為模鍛斜度或出模角。由參考文獻(xiàn)1確定型槽的外斜度為7°，內(nèi)斜度為10°。2.4 確定鍛件圓角半徑 為了使金屬易于流動(dòng)和充滿型槽，提高鍛件質(zhì)量并延長(zhǎng)鍛模壽命，模鍛件上的所有轉(zhuǎn)接出都用圓弧連接。確定外圓角半徑r為3mm，內(nèi)圓角半徑為R=（23）r，所以內(nèi)圓角半徑為2-5mm。2.5 確定模鍛件的技術(shù)要求（1）未注明的模鍛斜度為7°；（2）未注明的圓角半徑為R3；（3）允許的殘留量和殘留飛邊錯(cuò)移量為1.2mm；（4）允許的表面缺陷深度為：0.6；（5）鍛后熱處理的方法及硬度要求：調(diào)質(zhì)；（6）表面清理方法：為便于檢查淬火裂紋，采用酸洗

5、。3錘上模鍛工藝設(shè)計(jì)3.1 確定模鍛錘的噸位 利用經(jīng)驗(yàn)公式 當(dāng)取=1，并假定毛邊平均寬度30mm,則取=故由上確定選為3噸鍛錘即可。3.2 選擇飛邊槽 開式模鍛的終鍛型槽周邊必須設(shè)計(jì)毛邊槽，其形式和尺寸對(duì)鍛件質(zhì)量影響很大。飛邊槽有幾種形式，本設(shè)計(jì)采用最廣泛的一種，其優(yōu)點(diǎn)是橋部設(shè)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。鍛件上的飛邊不會(huì)是均勻的，因此終鍛模膛的飛邊槽有的地方就采用雙倉(cāng)部，保證終鍛時(shí)金屬不致溢到分模面上，影響鍛件厚度尺寸的精度。 確定飛邊槽的尺寸有噸位法和計(jì)算法，本設(shè)計(jì)采用噸位法，查文獻(xiàn)7確定飛邊的尺寸如下：取h=2.5mm5mm12mm35mm

6、1.5mm285 飛邊槽的具體形狀尺寸如圖3.1. 圖3.1 飛邊槽鍛件毛邊的體積： 其中（鍛件毛邊平均截面積）3.3 繪制計(jì)算毛坯圖根據(jù)轉(zhuǎn)向節(jié)的形狀特點(diǎn),選取13個(gè)截面,分別計(jì)算F鍛,F毛,F計(jì)列于表,并在坐標(biāo)紙上繪出連桿的截面圖和直徑圖（見附圖）。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。截面圖所圍面積即為計(jì)算毛坯面積,得 （3.1） 平均截面積： （3.2） （3.3）按體積相等修正截面圖和直徑圖（附圖中雙點(diǎn)劃線部分）,修正后的最大截面積為7241mm2,則最大直徑為dmax=123.2m繪出計(jì)算毛坯的截面圖和直徑圖.連桿計(jì)算毛坯的計(jì)算數(shù)據(jù)截面號(hào)F鍛/mm2F毛×2/mm

7、2F計(jì)=F鍛+2F毛/mm修正/mm2修正/mm2mm2umm20050050025.3- 01.1027.8311880350223053.332.555.718.81.1058.8524277350462776.84079.142.81.0584.483441835047687844.487.544.21.0585.843848350419873.246.883.438.51.0580.52515900350392270.846.565.235.71.0574.3461325035013600104.642.984.7132.51.05109.837324335016983123.235.

8、581.2166.31.05129.3684654350500479.932.871.6746.50.9587.8991734350208451.627.960.813.71.1056.7610754350110437.62559.67.541.1039.481128335063328.425-2.830.7526.9812050050025.3-00.7522.77計(jì)算毛坯3.4 計(jì)算繁重系數(shù)，選擇制坯工步 根據(jù)公式： 式中 金屬流向頭部的繁重系數(shù)； 金屬沿軸向流動(dòng)的繁重系數(shù)； 桿部斜率；計(jì)算毛坯的最大直徑123.2（mm）；計(jì)算毛坯的最小直徑37.6（mm）；桿部與頭部轉(zhuǎn)接處的直徑，又稱為

9、拐點(diǎn)處直徑66.5（mm）；計(jì)算毛坯的桿部長(zhǎng)度144（mm）；其中，根據(jù)計(jì)算毛坯截面圖求出為66.5mm。 值越大，表明金屬流到頭部的金屬體積愈多；值愈大，則軸向流動(dòng)的距離愈長(zhǎng)；K值愈大，表明桿部錐度大，小頭一端的金屬愈為過剩；鍛件質(zhì)量G愈大，表明金屬量大，制坯更困難。因此繁重系數(shù)代表了制坯時(shí)需轉(zhuǎn)移金屬量的多少，金屬轉(zhuǎn)移時(shí)的難易程度，作為選擇制坯工步的依據(jù)。 根據(jù)以上所算數(shù)據(jù)，查表確定制坯工步為拔長(zhǎng)，滾擠，模鍛工步為預(yù)鍛鍛，終鍛。3.5 確定坯料尺寸 1. 根據(jù)公式拔長(zhǎng)加滾擠聯(lián)合制坯時(shí)：毛坯截面積;計(jì)算毛坯頭部最大尺寸處截面積,8799mm2;2. 坯料長(zhǎng)度：坯料體積按下式計(jì)算：其中 坯料體積

10、 毛邊體積鍛件體積連皮體積, 為0； 火耗；查表取=1%。，在高頻加熱爐中加熱。所以坯料長(zhǎng)度：=（11.5）×=1.5×32.84=49.3mm =125+49.3=174.3mm 約取坯料175mm式中 所選規(guī)格鋼坯的截面積；鉗夾頭長(zhǎng)度；根據(jù)坯料的制坯工步采用圓形坯料，其直徑=94.8，查表取標(biāo)準(zhǔn)直徑=95mm。4 鍛前加熱，鍛后冷卻及熱處理要求的確定4.1 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，

11、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。查有關(guān)資料確定鍛件的始段鍛溫度為1200，終鍛溫度為800。4.2 確定加熱時(shí)間 加熱時(shí)間是坯料裝爐后從開始加熱到出爐所需的時(shí)間，包括加熱個(gè)階段的升溫時(shí)間和保溫時(shí)間。在半連續(xù)爐中加熱，加熱時(shí)間可按下式計(jì)算： 式中 坯料直徑或厚度，9.5cm； 鋼化學(xué)成分影響系數(shù)，取0.13（h/cm）；4.3 確定冷卻方式

12、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，選擇在空氣中冷卻。4.4 確定鍛后熱處理方式及要求鍛件在機(jī)加工前后均進(jìn)行熱處理，其目的是調(diào)整鍛件的硬度，以利鍛件進(jìn)行切削加工，消除鍛件內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒等。根據(jù)鍛件的含碳量及鍛件的形狀大小，采用在連續(xù)熱處理爐中，調(diào)質(zhì)處理?？墒瑰懠@得良好的綜合力性能。5 錘上鍛模設(shè)計(jì)5.1 終鍛型槽設(shè)計(jì) 終鍛形槽是各種型槽中最重要的型槽，用來完成鍛件最終成型，終鍛件圖按熱鍛件圖加工和檢驗(yàn)，所以設(shè)計(jì)終端形槽須先設(shè)計(jì)熱鍛件圖。熱鍛件圖以冷鍛件圖為

13、依據(jù)，但又有所區(qū)別。首先熱鍛件的尺寸標(biāo)注，高度方向尺寸標(biāo)注以分模面為基準(zhǔn)，以便于鍛模機(jī)械加工和準(zhǔn)備檢驗(yàn)樣板。其次考慮到金屬的冷縮現(xiàn)象，熱鍛件圖上的所有尺寸應(yīng)計(jì)入收縮率，按下列公式計(jì)算：式中 熱鍛件尺寸； 冷鍛件尺寸；終鍛溫度下的金屬收縮率，頭部取1.5%，桿部取2%； 特別注意坐標(biāo)圓角半徑，不加收縮率。鉗口：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。 由表4-18可知當(dāng)錘的噸位小于20KN時(shí)鉗口寬度B=50mm,由表4-16可知h=20mm,R=10mm,由鍛件質(zhì)量可知鉗口頸尺寸b=10mm,a=3mm.鉗口5.2 預(yù)鍛型槽設(shè)計(jì)由于鍛件形狀復(fù)雜，須設(shè)置預(yù)鍛

14、型槽,在叉部采用劈料臺(tái)。劈料臺(tái)具體尺寸如下 ，實(shí)際取在工字形截面的桿部,輻板較薄且寬,為防止終鍛時(shí)鍛件產(chǎn)生折紋,應(yīng)使預(yù)鍛型槽面積稍小于或等于終鍛型槽相應(yīng)處的橫截面積(不計(jì)預(yù)鍛打不靠的橫截面積)。預(yù)鍛型槽沿分模面處的圓角半徑增大至R=5mm,預(yù)鍛型槽其余與終鍛型槽不同的地方均在熱鍛件圖上標(biāo)明。5.3 制坯型槽設(shè)計(jì) 1. 拔長(zhǎng)型槽尺寸設(shè)計(jì)拔長(zhǎng)型槽的主要作用是使坯料局部截面積減小，長(zhǎng)度增加。由前分析，此制件的制坯需要拔長(zhǎng)。拔長(zhǎng)型槽由坎部，倉(cāng)部和鉗口三部分組成。 1） 坎高a此鍛件桿部截面積變化較大，拔長(zhǎng)后需要滾擠制胚，坎高按計(jì)算毛胚桿部平，均截面積確定： =31.2mm ,取32mm式中 計(jì)算毛坯桿

15、部體積 163229mm3計(jì)算毛坯桿部長(zhǎng)度145mm系數(shù)，與計(jì)算毛坯桿部長(zhǎng)度有關(guān)，可按參考文獻(xiàn)中表4-20選取，取K2=0.9。 2) 坎長(zhǎng)c拔長(zhǎng)平臺(tái)應(yīng)有適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度c，太短會(huì)影響坯料表面質(zhì)量，不光滑，太長(zhǎng)又會(huì)影響拔長(zhǎng)效率。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，按下式確定：=123.5mm 式中毛坯直徑（mm） 系數(shù)，和待拔部分長(zhǎng)度L坯與毛坯直徑d坯之比有關(guān)，按參考文獻(xiàn)表4-21選取。取K3=1.3。3) 型槽寬度：4）其他尺寸：L=L拔+5=250mm R=0.25c=30.9mmR1=2.5c=308.8mm e=2a=60.4mm開式拔長(zhǎng)型槽2.滾擠型槽尺寸設(shè)計(jì)滾擠型槽設(shè)計(jì)：采用閉式滾擠。型槽高度，計(jì)算的結(jié)果列于

16、表3.1中，按截面的高度繪制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(jiǎn)化。桿部： 114mm取B=120mm閉式滾擠型槽鉗口處：n=0.2d0+6=0.2×75+6=21 m=(12)n=30 R=0.1d+6=13 式中d0原始坯料直徑毛刺槽的尺寸的確定，根據(jù)鍛模設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取毛刺槽尺寸如表5.1。表5.1 閉滾型毛刺槽尺寸參數(shù)(mm)(mm)(mm)R3(mm)R4(mm)數(shù)值10355012105.4 型槽布置方式及模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1. 型槽布置方式：有兩個(gè)制坯型槽，布排型槽應(yīng)以終鍛型槽為中心左右布排，并盡可能使型槽中心與打擊中心重合。2. 模塊尺寸的選擇：1）承擊面：

17、查表得，3噸錘的最小承擊面為700cm2 ,承擊面積為模塊在分模平面上的面積減去各型槽，毛邊槽，鎖扣和鉗口所占面積。經(jīng)計(jì)算符合要求。2）模塊高度：模塊高度根據(jù)型槽最大深度和鍛錘的最小閉合高度確定。這是由于上下模塊的最小閉合高度應(yīng)不小于鍛錘允許的最小閉合高度，查資料得鍛錘的最小閉合高度為260 mm。經(jīng)上確定模塊的規(guī)格為H模= 400mm， L=700mm 。3. 燕尾槽、起重孔等尺寸按標(biāo)準(zhǔn)選取，具體見裝配圖。5.5 確定模具材料及熱處理的要求 鍛模是生產(chǎn)模鍛件的必要工具，鍛模主要承受沖擊載荷，選擇鍛模模用材料要滿足以下要求：在工作環(huán)境下具有良好的綜合力學(xué)性能；在工作溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性；具有良好的抗冷和熱疲勞性能，以減緩因冷熱交替變化而引起的疲勞破裂；此外，還應(yīng)具有良好的冶金質(zhì)量。目前常用的錘鍛模材料有高韌性半耐熱模具鋼，中等耐熱模具鋼，耐高溫抗磨損模具鋼等。由上已知設(shè)備的規(guī)格為3噸錘，故選用的主要材料為5CrNiMo,代用材料為5W2CSV ，鍛模硬度要求為型槽表面HRC值3539；燕尾部分的HRC值為3035。參考文獻(xiàn)1鍛工手冊(cè)編寫組鍛工手冊(cè)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1976，2730.2張志文主編