連桿鍛件模具

1、摘要連桿是發(fā)動機中的高精度的精密零件，對強度有較高的要求，是汽車發(fā)動機中重要的部件之一，被稱為“保安件”，其質量直接影響到發(fā)動機乃至整輛汽車的安全使用和行駛。連桿的品質直接關系到其力體部分的截面多為圓形或工字形，兩端有孔，孔內裝有青銅襯套或滾針軸承，供裝入軸銷而學性能及使用壽命，鍛造連桿具有力學性能優(yōu)良、易于加工、表面質量好等優(yōu)點，而且生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。連桿機構中兩端分別與主動和從動構件鉸接以傳遞運動和力的桿件。例如在往復活塞式動力機械和壓縮機中，用連桿來連接活塞與曲柄。連桿多為鋼件，其主構成鉸接。連桿是汽車發(fā)動機中的重要零件，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋

2、轉運動，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。連桿在工作中，除承受燃燒室燃氣產(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿在一個復雜的應力狀態(tài)下工作。它既受、交變的拉壓應力、又受彎曲應力。 連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應力區(qū)域。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。連桿材料一般采用45鋼、40r或40MnB等調質鋼。合金鋼雖具有很高強度，擔對應力集中很敏感。所以，在連桿外形、過度圓角等方面需嚴格要求，還應注意表面加工質量以提高疲勞強度，否則高強度合金鋼的應用并不能達到預期果。連桿的生產(chǎn)方式

3、多種多樣，常見的為一模一件。而對于一模兩件多為采用對排。本文較為系統(tǒng)地闡述了汽車連桿鍛模的設計過程，并對模具進行了造型。Abstract Linkage is the engine of high-precision precision components, the strength of higher demand, a car engine in one of the important parts, known as the "security case", its direct impact on the quality of motor vehicles and

4、 the security of the whole Use and traffic. Link directly related to the quality of its cross-section of part of the round or more for the shape, at both ends of a hole, the hole with bronze bushings or needle roller bearings for axle load and sales of property and life, forging Linkage with good me

5、chanical properties and easy processing, the advantages of good quality surface, and the short production cycle, the production process stability. Linkage with the two ends of the active and passive components hinged to convey movement and of the bar. For example, in Reciprocating power machinery an

6、d compressors, with link to connect the Pistons and crank. Link for more steel parts, which constitute the main hinged. Linkage is important in the automobile engine parts, it connects with the Pistons and the crankshaft, the Pistons will play the role of the reciprocating movement into the rotating

7、 crankshaft, and the role of the Detroit Pistons passed on the crank to power output. Link in their work, in addition to the gas chamber under pressure, we must also bear the vertical and horizontal inertial force. Therefore, the link in a complex work under stress. It subject, alternating the tensi

8、on and compression stress, the bending stress. Linkage is the main form of damage and excessive fatigue fracture deformation. Fatigue fracture is usually the site of the linkage of the three high stress on the region. Linkage of the terms and conditions of the link with high intensity and anti-fatig

9、ue properties and require adequate steel and toughness. Linkage of the general use of 45 steel, 40 Cr or 40 MnB, such as quenched and tempered steel. Although the strength of high-alloy steel, Tam is very sensitive to stress concentration. Therefore, the link shape, fillet over the areas to be stric

10、t requirements, attention should be paid to the surface processing to enhance the quality of fatigue, or the application of high-strength alloy steel and can not achieve the desired fruit. Linkage of production varied, the common mode for a one. For more than two-one for the introduction of the row.

11、 This article is more systematically on the car side-by-side double-linkage of the forging process and die design process, a mold and shape. Keyword: Mold Open - die forging Closed -die forging Flash slot目錄摘要IAbstractII第一章 緒論11.1 問題的提出及研究意義11.2 國內外研究狀況1第二章 連桿錘上模鍛的零件分析及工藝分析32.1 零件分析32.2 工藝分析4第三章 工藝參數(shù)

12、計算及制坯工步的預選擇73.1 工藝參數(shù)計算73.1.1 確定公差和加工余量73.1.2 計算鍛件主要參數(shù)103.1.3 確定錘鍛噸位103.2 模鍛工藝流程的確定113.2.1 模鍛工序113.2.2 制坯工步的預選擇113.3 精壓11第四章 模鍛方案比較及確定15第五章 鍛模的設計165.1 確定分模位置165.2 確定毛邊槽形式和尺寸175.3 確定終鍛型槽205.4 設計預鍛型槽215.5 繪制計算毛坯圖245.6 制坯工步確定275.7 確定坯料尺寸275.8 制坯型槽設計285.9 鍛模結構設計31第六章 切邊模設計376.1 連桿切邊凹模的結構及尺寸386.2 連桿切邊凸模設計

13、及固定方法386.3 切邊凸凹模的間隙39第七章 連桿模鍛工藝流程40第八章 錘鍛模材料的選擇、鍛模的失效與相應的預防延壽方法以及模鍛后續(xù)工序418.1 鍛模材料的選擇418.2 鍛模的失效形式及預防延壽相應方法418.3 模鍛后續(xù)工序42結束語43致謝44參考文獻：45IV第一章 緒論1.1 問題的提出及研究意義隨著機械工業(yè)，尤其是汽車工業(yè)的飛速發(fā)展與國際競爭的加劇，產(chǎn)品零部件設計與生產(chǎn)過程的高精度、高性能、低成本、低能耗已成為提高市場競爭力的唯一途徑。常規(guī)的連桿制造工藝難以滿足現(xiàn)代社會的要求，也難以適應這個競爭日趨激烈的社會。因此，生產(chǎn)出盡可能的強度高、力學性能好，表面質量好，易于加工、生

14、產(chǎn)周期短、成本低的連桿已經(jīng)成為我們的迫切需求。我國汽車連桿以前基本采用一模一件的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)成本高，周期長、難于滿足日益，是汽車行業(yè)中需要進行工藝改革的重要零件之一。采用了并排式連桿制造供以后，不僅提高了生產(chǎn)效率、材料利用率，而且適應了社會的需求。1.2 國內外研究狀況東風汽車公司工藝研究所的張先國、汪維新，以某 491 發(fā)動機球鐵連桿為例，通過分析 LY12 用于設計輕型車和轎車汽油發(fā)動機連桿時，連桿在 150 高溫條件下使用的安全系數(shù)，以及顆粒增強鋁基復合材料與其基體材料的性能對比可知，就疲勞性能而言，采用常規(guī)鋁合金或以其為基體的顆粒增強鋁基復合材料制造輕型車和轎車用汽油發(fā)動機連桿是可行

15、的。武漢理工大學的胡建華、吳芳以鋁合金連桿為研究對象，探討了擠壓鑄造鋁合金連桿的工藝和擠壓鑄造模具結構，分析了各種工藝參數(shù)對產(chǎn)品最終質量的作用和影響，確定了合適的擠壓鑄造工藝參數(shù)，比較了不同擠壓鑄造方式的特點。并且得出結論，鋁連桿的擠壓鑄造生產(chǎn)成本較鍛造鋼質連桿有較大幅度的降低，靜壓擠壓鑄造和間接擠壓鑄造都可以生產(chǎn)出合格的鋁合金連桿，靜壓擠壓鑄造連桿的性能高于間接擠壓鑄造連桿。綜合其他因素考慮，批量生產(chǎn)宜采用間接擠壓鑄造工藝，應根據(jù)連桿的實際結構特點和性能要求等方面設計出合理的模具結構，并結合適當?shù)臏囟?、壓力、速度、時間等擠壓鑄造工藝參數(shù)才能保證連續(xù)和穩(wěn)定地生產(chǎn)出合格的鋁合金連桿。濟南大學機械

16、工程學的王強開發(fā)了連桿精密鍛造工藝及生產(chǎn)線,研制了楔橫軋機自動制坯,楔橫軋模具三維計算機輔助設計,感應加熱爐自動上料,毛坯料溫自動分選,切邊、沖連皮、熱校復合模具等多項新技術。吉林大學輥鍛工藝研究所寇淑清，楊慎華，趙勇，趙慶華等分析了斷裂的剖分機理和發(fā)生條件，并對裂解連桿材料、預制初始裂紋槽、定向裂解、定扭矩裝配螺栓等連桿裂解加工的關鍵技術與核心工藝進行了探討。研究開發(fā)了具有“背壓”裂解功能的定向裂解機床，并對轎車發(fā)動機連桿裂解加工過程進行了數(shù)值分析與試驗探索。其結果表明：合理設計裂紋槽位置與幾何參數(shù)并保證加工精度，可有效降低裂解加工載荷。背壓裂解加工方法有利于提高裂解加工質量，在瞬時加載條件

17、下，合理調節(jié)背壓力與裂解力比值可獲得性能優(yōu)良的斷裂面。20 世紀 70 年代中期，德國保時捷公司率先在其生產(chǎn)的標準系列汽車上使用粉末鍛造連桿，日本豐田汽車公司則于 20 世紀 80 年代初開始采用，至 1992 年其產(chǎn)量已達 250 萬根。美國福特汽車公司從 1987 年開始大量采用粉末鍛造連桿，1992 年的產(chǎn)量已達 400 萬根。德國寶馬公司于1991 年開始在其新設計的 8 缸發(fā)動機上采用粉末鍛造連桿，當年的產(chǎn)量即達到 65 萬根。德國有一所大學幾年前曾采用碳纖維增強工程塑料制造發(fā)動機連桿，其質量僅為鍛鋼連桿的48% ，但價格是鍛鋼連桿的 6.7 倍。因生產(chǎn)成本居高不下，這種連桿在汽車行

18、業(yè)大批量應用的前景還十分遙遠。由于鋁具有密度小、強度高的特性，故采用鋁基材料制造車用發(fā)動機連桿能得到顯著的輕量化效果。日本豐田汽車公司采用體積率為 40% 的氧化鋁長纖維增強鋁基復合材料生產(chǎn)發(fā)動機連桿，質量比鍛鋼連桿減輕了 35% 。日本本田公司采用不銹鋼纖維增強鋁基復合材料生產(chǎn)其轎車發(fā)動機連桿，據(jù)報道至少已有 5 萬件這種連桿被采用。第二章 連桿錘上模鍛的零件分析及工藝分析2.1 零件分析零件為汽車連桿，連桿是汽車發(fā)動機的主要零件之一，工作時在高速下運轉，工作條件比較繁重。此次所設計連桿為某機車廠研發(fā)，中心距的尺寸為190mm,第二該鍛件為精鍛件，除鍛件大小頭端面與大小頭孔為加工部位，其余部

19、位均為非加工部位。非加工部位表面質量與尺寸精度要求較高，并且鍛件重量最大與最小之差不能超過15Kn。為了保證鍛件精度，連桿與連桿蓋分成兩部分做，這樣雖然多做一套模具，但是可以保證精度要求。所有上述要求給鍛造帶來一定難度。難點在于： 工字型處難成型。 非加工面鍛件表面質量不易保證。 必須嚴格控制鍛件的厚度以達到鍛件重量的要求。要滿足上述三點要求，必須制定合理的工藝方案和設計科學的模具。圖2-1連桿圖2-2連桿（不帶連桿蓋）平面圖圖2-3 連桿（不帶連桿蓋）平面圖2.2 工藝分析 此連桿是發(fā)動機上一個重要的零件。圖2-2是連桿體零件圖，圖2-3是零件實體圖；圖2-4所示是鍛件圖，圖2-5是實體圖。

20、圖2-3 連桿（不帶連桿蓋）實體圖 圖2-4 連桿鍛件圖 主要技術要求為： 1.鍛造抽模角不大于。圖2-5連桿（不帶連桿蓋）鍛件圖2.在連桿的全部表面上不得有裂縫、發(fā)裂、夾層、結疤、凹痕、飛邊、氧化皮及銹蝕等現(xiàn)象。3.連桿上不得有因金屬未充滿鍛模而產(chǎn)生的缺陷，連桿上不得焊補修整。4.在指定處檢驗硬度，硬度為226278HRB。5.連桿縱剖面上宏觀組織的纖維方向應沿著連桿中心線并與連桿外廓相符，無彎曲及斷裂現(xiàn)象。6.連桿成品的金相顯微組織應為均勻的細晶粒結構，不允許有片狀鐵素體。7.材料：45。8.允許的錯移量0.6mm。9.允許的毛邊殘留量0.7mm。該連桿形狀復雜，成形較困難。首先該來連桿桿

21、身為工字型截面，工字筋高而窄h(huán)/b>2。鍛造過程靠壓力法成型，金屬在R7處易產(chǎn)生縱向折疊。其次，由于連桿桿身與大小頭過渡部分截面積相差較大，在制坯過程中不易控制坯料長度和過渡部分的尺寸。模鍛時金屬過渡部分的流動速度和變形量不均勻也容易產(chǎn)生橫向折疊。第三章 工藝參數(shù)計算及制坯工步的預選擇3.1 工藝參數(shù)計算3.1.1 確定公差和加工余量根據(jù)鍛件圖2-4的具體資料，進行以下計算 估算鍛件品質：桿長:L=190-39-432=129.5mm；桿寬：k=27mm；桿高h6.5mm；所以連桿桿部的體積約為：V129.5276.522727.25mm。大頭體積：R65.5232.75mm； R992

22、49.5mm；又因為連桿大頭只有一半為此次鍛造所需要有效部分，所以大頭體積為：Vh（R- R）3.1438（49.5-32.75）82192.84mm小頭體積：R19.5mm ； R14.75mm ； 所以小頭體積為：VhR3.143819.5 45371.43mm；長方形體積：V=（27-5-14.75）2438=6612mm所以該連桿的體積為：VV+ V+ V+V22727.25+82192.84+45371.43+6612 156903.52156904mm；由鍛件圖知道，該零件要求材料為45，查表知45的密度為7.85，鍛件品質約為：Mv7.85*156904*101231.70g；所

23、以鍛件質量約為1.23Kg。 鍛件的復雜系數(shù)鍛件的復雜系數(shù)S鍛件體積/鍛件外廓包容體積，所以該鍛件復雜系數(shù)為：鍛件形狀復雜系數(shù)： =。 查有關質料手冊（鍛造工藝學與模具設計P95表4-3）得該鍛件級別為級S，形狀復雜系數(shù)較復雜。 鍛件材質系數(shù)的確定由鍛件圖要求知道，該零件材料為45，查表知45的密度為7.85，由相關質料知該零件材質系數(shù)為M。 公差與余量由鍛模簡明設計手冊中P77頁表5.18可 確定模鍛件的長度、寬度、高度公差:高度公差為；長度公差為；寬度公差為。查鍛模設計手冊P108頁表4-3可知：大小頭加工余量為：1.7mm2.5mm；水平尺寸加工余量為：2.0mm2.5mm；取2mm。在

24、大量生產(chǎn)的條件下，連桿鍛件機械加工時用大小頭的端面定位，要求大小頭端面在同一平面的精度較高，100mm內為0.6mm而模鍛后的高度公差較大，達不到上述要求，故鍛件在熱處理、清理后加一道冷精壓工序。鍛件精壓后加工余量可大大減小，取0.75mm，精壓后鍛件高度公差取0.2mm。所以模鍛后連桿精壓后，大小頭高度尺寸為；單邊冷精壓余量取，所以模鍛后大小頭部高度尺寸應為。精壓需要一定的余量，如鍛件公差取負值時，則實際單邊精壓余量為，為保證精壓余量，鍛件高度公差調整為。精壓后鍛件水平方向的尺寸稍有增大，故水平方向的余量可酌量減小。 模鍛斜度為使鍛件容易從模膛中取出，一般鍛件均有模鍛斜度，為了使制造模具的刀

25、具標準化，模鍛斜度優(yōu)先選用30°、1°30、3°、5°、7°、12°、15°等數(shù)值，考慮到模具制造方便，同一模具不宜采用不同斜度，綜合考慮多種因素，鍛造模具設計手冊中P116頁表4-10中可知該鍛件的外斜度取7°，所以最終選擇模鍛斜度為7°。表3-1 鍛件模鍛斜度 圓角半徑鍛件上的圓角可以使金屬容易充滿模膛，起模方便和延長模具壽命。圓角半徑太小會使鍛模在熱處理和使用中產(chǎn)生裂紋或者壓塌變形，在鍛件上也容易產(chǎn)生折紋。圓角半徑優(yōu)先選用1，1.5，2，2.5，3，4，5，6，8等數(shù)值。該鍛件的高度余量為：0.75

26、+0.41.15mm；則需要倒角的叉內圓圓角半徑為：1.15+53.15mm； 取3mm，其余部位圓角半徑取1.5mm；外圓角半徑r單面余量+零件圓角半徑或倒角；由鍛造工藝學與模具設計中的P105頁表47查出圓角半徑為：3mm。 故此圓角半徑最終取值為3mm，其余部位的圓角半徑取1.5mm。 技術條件1) 圖上未標注的模鍛斜度7°；2) 圖上未標注的圓角半徑R1.5mm；3) 允許的錯移量0.6mm;4) 允許的殘留毛邊量0.7mm；5) 允許的表面缺陷深度0.5mm；6) 不加工表面不得有氧化皮和腐蝕；7) 鍛件熱處理：調質；8) 鍛件表面清理：為便于檢查淬火裂紋，采用酸洗；根據(jù)以

27、上計算的余量和公差，繪制鍛件圖，如圖1-5所示。3.1.2 計算鍛件主要參數(shù) 小頭投影面積S=r+24(27-5-29.52)=3.1419.5+247.25=1367.99 mm大頭投影面積：S9939-()2177.08 mm中間桿的投影面積約為：S （190-19.5-39）273550.5 mm鍛件在平面上的投影面積S S+ S+ S1367.99+2177.08+3550.57095.57 mm總投影面積約為7096 mm； 鍛件周邊長度根據(jù)鍛件外形，可計算其長度值為：2432+273+21/239+（99-78）+224+21/3210+1/92902=135.02+146+122

28、.46+21+48+41.865+125.6=653.905mm650mm 鍛件體積由前計算可知：零件體積為 156904mm,估算鍛件體積為157000 mm。 鍛件品質因為鍛件材料為45,其密度為 = 7.85g/ mm，鍛件品質為 mV=7.8515700010=1232.45g，約為1.24Kg。3.1.3 確定錘鍛噸位總變形面積為鍛件在平面圖上的投影面積與毛邊面積之和，參照鍛造工藝及模具設計表4-14，按錘毛邊槽尺寸考慮，假定毛邊平均寬度為23 ，總面積 ，按雙作用模鍛噸位確定的經(jīng)驗公式確定模鍛噸位，因汽車連桿為大批量生產(chǎn)，需要高生產(chǎn)率，取較大的系數(shù)，取，于是 選用錘。3.2 模鍛工

29、藝流程的確定任何一種鍛件投入生產(chǎn)前，首先必須根據(jù)產(chǎn)品零件的形狀尺寸、性能要求、生產(chǎn)批量和所具備的生產(chǎn)條件，確定鍛模工藝方案，制定鍛模生產(chǎn)的全部工藝流程。一般的模鍛工藝流程包括：下料、加熱、模鍛、切邊、熱處理、精壓、檢驗等工序。3.2.1 模鍛工序模鍛工序是模鍛工藝過程中最關鍵的組成部分，他關系到采取什么工步來鍛制所需的鍛件。一般包括三類工步：（1）模鍛工步 包括預鍛和終鍛工步，其作用是使經(jīng)制坯的坯料得到冷鍛件圖所要求的形狀和尺寸。（2）制坯工步 包括墩粗、拔長、滾擠、卡壓、成型、彎曲等工步。制坯工步的作用是改變毛坯的形狀，合理分配坯料體積，以適應鍛件橫截面形狀和尺寸的要求，使金屬較好的充滿型槽

30、。（3）切斷工步根據(jù)第二章對零件的具體分析，以及零件的形狀為長軸類鍛件，兩端有頭，且大頭處有叉，結合上面對各工步的了解，可初步確定模鍛工藝流程為：下料加熱鍛坯預鍛終鍛熱切邊打磨毛刺熱處理酸洗冷校正冷精壓探傷測硬配重下料3.2.2 制坯工步的預選擇因為該鍛件為長軸類鍛件，所以其制坯工步初步定為：拔長滾擠預鍛終鍛3.3 精壓由工藝流程可知，流程中有精壓工步，因為，該連桿鍛件精度要求較高，為達到零件要求，同時減少機加工余量和時間，故采用精壓工步。精壓的實際情況如下：精壓是對鍛件進行少量擠壓，以達到較高的尺寸精度和低的表面粗糙度。根據(jù)精壓時金屬的變形特點及效果，可分為平面精壓如圖2-1和體積精壓如圖2

31、-2。 （1） 平面精壓：平面精壓是用工作面為平面的模具對鍛件進行精壓，使受壓部分具有較高的尺寸精度和表面粗糙度。平面精壓按受精壓面的多少，又分為單平面精壓，雙平面精壓和多平面精壓，如圖2-1所示。平面精壓工藝中，雙平面精壓應用最廣。 （2） 體積精壓（整體精壓）：體積精壓是用尺寸精確的模膛對鍛件進行精壓，最后多余的金屬被擠出模膛，在分模面上產(chǎn)生飛邊或毛刺，體積精壓時鍛件的全部尺寸精度得到提高，因而也就提高了鍛件的重量精度，由于體積精壓時變形抗力較大，一般多用于小型零件的精壓。 根據(jù)精壓時的變形溫度不同，可分為冷精壓和熱精壓。冷精壓的變形抗力大，精壓件和模具的彈性變形也較大，熱精壓的變形抗力較

32、小，但有冷收縮、氧化和脫碳等現(xiàn)象。圖3-1平面精壓圖3-2 體積精壓表3-2精壓件圖是根據(jù)零件圖繪制的鍛造車間的是產(chǎn)品圖和制造精壓模的依據(jù)。 精壓毛表3-3÷2平面精壓時高度方向精壓公差 表3-4÷2體積精壓時高度方向精壓公差表3-5坯圖（鍛件圖）是根據(jù)精壓件圖考慮有關因素繪制的。 若平面精壓只在鍛件局部地方進行，可在鍛件圖上注明精壓尺寸和精度，不另繪圖，只在相應的尺寸下方用括號標出精壓尺寸。 對于形狀尺寸變化較多的，需對精壓前的鍛坯尺寸有所要求，應予單獨繪出。 體積精壓的精鍛件圖與鍛件圖通常是分開繪制的。 精壓余量按零件的表面粗糙度、幾何精度、幾何形狀、尺寸和材料來定，可

33、按表3-2選取。精壓工差，精壓前鍛件尺寸應有一定的公差，參見表3-3。平面精壓，高度方向精壓公差見表3-4。體積精壓，高度方向精壓公差見表35。第四章 模鍛方案比較及確定第一方案：自由鍛制坯，模鍛成型。自由鍛：下料加熱；用型摔滾擠出小頭；用型摔滾擠出大頭和桿部。模鍛：預斷；終鍛。該方案制坯較精確，錘上模鍛時成型性較好，操作也較方便，但需要兩火才能完成，工序多。且鍛件經(jīng)兩次加熱后表面氧化皮和脫碳層較厚。第二方案：模鍛：開式拔長；閉式滾擠；預鍛；終鍛。該方案為一火完成，兩件連鍛，工序與第一方案一樣。如果取這一方案，鍛件外觀質量比第一種方案好。第三方案：模鍛：開式拔長；開式滾擠；預鍛；終鍛。此方案鍛

34、件質量有很大的提高，雖然大頭部毛邊較大，但是比較適合此連桿的鍛造方案，工序也比較簡單，方便。第四方案：模鍛：半閉式復合拔長，滾擠小頭和桿部；預鍛；終鍛。這個方案進一步減少了制坯工步。由原來的兩個制坯工步型槽減少到一個型槽，型槽加工較簡單。還減少了模塊尺寸和偏心打擊，操作簡便。進一步降低了鍛件的廢品率，鍛件質量進一步提高。但總的來說，此方案的半閉式復合拔長，滾擠小頭和桿部型槽比較復雜，不太好加工，加工難度較大。第五方案：在第四方案的基礎上再省去預斷工步，即半閉式復合拔長，滾擠小頭和桿部；終鍛。在此基礎上可考慮使用鑲塊模，即制坯型槽開在模座上而終鍛模膛設計成鑲塊模，用楔鐵緊固在模座上，隨時更換。通

35、過對以上五種方案的比較，可以看出第三種方案無論在經(jīng)濟上還是在工藝技術上都要比其他四種方案更合理。且第五種方案只有在第四種方案的基礎上進一步實驗和實踐才能逐步得到完善。第五章 鍛模的設計零件為汽車連桿，除和曲軸相連的半圓叉形部分以及通過活塞稍與活塞相連的小頭部分續(xù)機械加工外，其它工字形截面桿部等都不加工。綜合考慮這些實際因素，繪制短見圖過程如下：5.1 確定分模位置模鍛件是在可分的模腔中成型，組成模具型腔的各模塊的分合面稱為分模面，分模面形式：平鍛分為閉式模鍛和開式模鍛。 閉式模鍛：對于使用前擋板的零件，因為能控制變形金屬的體積，因此大多采用閉式模鍛，其優(yōu)點是不需要切邊工序，但一般易產(chǎn)生縱向飛邊

36、，縱向飛邊必須用砂輪機磨掉。 開式模鍛，對于使用后擋板或鉗口擋板的零件，大多采用開式模鍛。開式模鍛產(chǎn)生橫向飛邊。分模面一般應該設置在鍛件的最大輪廓處，它分為如下三種情況：1） 分模面設置在最大輪廓的最前端優(yōu)點：凸模結構筒單，鍛件的頭部和桿部不偏心，對于非回轉體鍛件，可以筒化模具制造和安裝調整工作。 缺點：在切邊時易拉出縱向飛邊。 2） 分模面設置在最大輪廓中部 優(yōu)點：切邊時鍛件飛邊要得干凈，一般飛邊設置在離凸模方向1015mm為宜。 缺點：凸模和凹模調整不當時，易產(chǎn)生錯差，并且要求終鍛模膛和要邊模膛有較好的同心端。 3） 分模面設置在最大輪廓的后端 優(yōu)點：由于鍛件都在凸模內成形，鍛件內外徑和前

37、后臺階同心度好。 缺點：鍛件在切邊模膛內很難定位，并且鍛件和坯料之間易產(chǎn)生錯差，一般很少采用。但是在生產(chǎn)軸承環(huán)鍛件時，采用，其飛邊在切邊壓床上冷切。該鍛件為開式模鍛，根據(jù)鍛件形狀及保證鍛件形狀盡可能與零件形狀相同，容易從鍛模型槽中取出；此外應爭取獲得鐓粗充填成型等原則，另外考慮到以下要求：1）為了便于發(fā)現(xiàn)上下模在模鍛過程中的錯移，分模位置應選在鍛件側面的中部。2）為使鍛模結構盡量簡單，并防止上下模錯移，分模平面盡可能采用直線狀。綜合考慮以上各種因素，可確定該連桿的分模面采用上下對稱直線分模，其具體位置位置如圖4-1所示的A-A截面。圖5-1 鍛件分模面位置5.2 確定毛邊槽形式和尺寸為了達到如

38、下效果：1） 增加金屬流出模膛的阻力，迫使金屬充滿模膛。2） 容納多余金屬3） 對鍛造時飛邊（毛邊）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。開式模鍛的終鍛型槽周邊必須設計毛邊槽，其形式和尺寸對鍛件質量影響很大，所以本件必須設毛邊槽。表5-1 按錘鍛噸位確定的毛邊槽尺寸錘鍛類型及噸位毛邊槽截面積1t夾板錘1t模鍛錘2t模鍛錘3t模鍛錘5t模鍛錘10t模鍛錘 圖5-2 毛邊槽形式選用圖 5-2毛邊槽形式，其尺寸按表5-1確定；選定毛邊槽尺寸為，。因鍛件桿部截面積太小，考慮拔長難以達到最小截面積，須增大毛邊倉部寬度； 圖5-3 毛邊槽規(guī)格大頭部分叉口較寬，分料困難，流入毛邊槽金屬較少

39、，將該處減小到，使型槽安排緊湊，增大承擊面積。鍛件毛邊體積，其中（鍛件毛邊平均截面積）。圖5-4 桿部毛邊槽圖5-5 連桿體熱鍛件圖表5-2 常用鋼材熱鍛件的收縮率類型收縮率一般鍛件不銹鋼鍛件不銹鋼的收縮率較大，一般取細長的桿類鍛件；扁薄的鍛件；冷卻快或打擊次數(shù)多和終鍛溫度低的鍛件帶較大頭部的長桿類鍛件頭部和桿部的收縮率應取不同值溫鍛件溫鍛時，由于終鍛溫度較低，收縮率應適當取小些5.3 確定終鍛型槽終鍛型槽是按熱鍛件圖加工和檢驗的，連桿材料為45鋼，查表5-2可考慮平均收縮率為1.5%。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗總結，考慮到鍛模使用后承擊面下陷，型槽深度減小及精壓時變形不均，橫向尺寸增大等因素，修改了幾處尺

40、寸：幅板處增厚，見圖5-6；連桿小頭高度處，理論上因為，實際上??；大頭上下平面做成斜面，將高度尺寸上小各增加；小頭應為，實際仍為等。繪制的熱鍛件圖如圖5-5所示。圖5-6 輻板的改動5.4 設計預鍛型槽 由于鍛件復雜，須設置預鍛型槽。1.在叉部采用劈料臺，如圖5-7所示。 圖5-7 劈料臺樣圖圖5-8 工字型截面預鍛型槽樣圖 實際取，。2. 工字型截面的預鍛因為該型柴油機連桿為帶工字型截面的鍛件，所以其預鍛型槽還應考慮以下情況（相對于圖5-8）：情況1：h2b；情況2：h>2b；情況3：當工字型截面兩肋之間間距很大時；情況4：預鍛型槽采用蛇型截面時。 現(xiàn)有熱鍛件圖上數(shù)據(jù)可以確定大頭截面：

41、b4mm；h7mm；小頭截面：b4mm；h7mm。根據(jù)資料有：小頭 h7mm2b8mm； 大頭 h7mm2b8mm；該連桿工字型截面符合情況1。有鍛造工藝學與模具設計P133頁可知該鍛件工字型截面預鍛型槽的橫截面應設計成梯形，其寬度BB-（26）mm，高度h根據(jù)預鍛型槽的橫截面積等于終鍛型槽橫截面積與毛邊截面積之和來計算，即： BB-（26）mm hF/ B （公式出之鍛模設計手冊P137頁）式中 F 終鍛模膛截面積（mm） F預鍛模膛截面積（mm） B 終鍛模膛寬度（mm） B預鍛模膛寬度（mm） h預鍛模膛高度（mm）BB-（26）mm 這里修正系數(shù)去3mm；有BB-3； 所以有：小頭寬度

42、：BB-331-328mm；大頭寬度：BB-334-331mm；預鍛模膛高度：hF/ BF5192+(31-10)5=295mm；hF/ B11mm（修正值）；同樣大頭高度：20.82+2.544.1mm小頭高度：20.82+2.544.1mm大頭小頭 圖5-9工字型截面預鍛型槽具體資料圖5-10 連桿預鍛件圖根據(jù)以上計算結果可以畫出工字型截面的預鍛型槽圖，具體見圖5-9。在工字形截面的桿部，幅板較薄且寬，為防止終鍛時鍛件產(chǎn)生折紋，應使預鍛型槽面積稍小于或等于終鍛型槽相應的橫截面積（不計預鍛打不靠的橫解面積）。如鍛模圖所示，幅板和肋的轉角處外圓角半徑由增大到，型槽高度減小至，均由作圖法確定，使

43、。預鍛型槽沿分模面處的圓角半徑增大至，具體見預鍛件圖5-10所示。5.5 繪制計算毛坯圖根據(jù)連桿的形狀14個截面，分別計算，列于表 ，并在坐標紙上繪出連桿的截面圖和直徑圖5-11。為設計滾擠型槽方便，計算毛坯圖按熱鍛件尺寸計算。截面圖所圍面積即為計算毛坯體積,得 （與對比，相差。）圖5-11 連桿體的剖面圖和計算毛坯圖 表5-3 連桿計算毛坯的計算數(shù)據(jù)- 平均截面積 ；平均截面邊長 。按體積相等修正截面圖和直徑圖（圖5-11中實線部分），修正后的最大截面積為，則最大截面邊長為。5.6 制坯工步確定計算毛坯為兩頭一桿，應簡化為兩個簡單的一頭一桿計算毛坯來選擇制坯工步。 由長軸類鍛件制坯工步選用范

44、圍圖表（鍛造工藝學及模具設計P119頁圖4-59）知此鍛件應采用拔長、滾擠制坯工步。為易于充滿型槽，應選用方坯料，先拔長，再開式滾擠。模鍛工藝方案為：拔長-開式滾擠-預鍛-終鍛。5.7 確定坯料尺寸由計算毛坯截面圖和直徑圖知，由此可得拐點處直徑，桿部錐度。所需坯料截面積： 因此， 根據(jù)原材料規(guī)格，實際取。 燒損率取 。坯料體積為： 式中，是在作計算毛坯圖時按熱鍛件尺寸考慮的，而計算坯料應按冷鍛件尺寸考慮。坯料長度： 根據(jù)坯料的質量和長度，適于采用調頭模鍛，一料雙件，坯料長為，經(jīng)試鍛調整后，下料長度定為，見圖5-12。圖5-12 坯料5.8 制坯型槽設計(1)滾擠型槽設計:用開式滾擠。 型槽高度

45、,計算結果列于表5-3中,按各截面的高度值繪制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。 型槽寬度為：桿部： 頭部： 經(jīng)試生產(chǎn)，調整型槽頭部和桿部寬度均為。 型槽長度等于計算毛坯圖的長度。試鍛后調整、修改個別尺寸：最大高度由改為，以容納氧化皮；小頭部分做出了一定的斜度，簡化后滾擠型槽如圖5-13所示 。（2）拔長型槽設計，拔長型槽的主要作用是使坯料局部截面積減小，長度增加，若是第一道變形工步，還兼有消除氧化批的作用。拔長型槽位置設置在模塊邊緣，由坎部、倉部和鉗口三部分組成。設計如下：由于桿部截面積變化較大，拔長后還須滾擠制坯，拔長坎高度應按計算毛坯桿部平均截面積確定。拔長坎長

46、度圓角半徑 型槽寬度，取。倉部深度。拔長型槽長度。拔長型槽計算中，的取值分別見鍛造工藝學與模具設計P136-137表4-20到4-22。按上述設計可鍛出合格鍛件，但為了提高生產(chǎn)率，可將型槽的高度減小，增大，計算數(shù)值與實際采用數(shù)值比較見表5-4。圖5-13 開式滾擠型槽外形設計采用圖5-14實線所示的拔長型槽，拔長后毛坯示于圖5-15，拔長部分某些截面小于計算毛坯最小截面。但拔長部分長度比計算毛坯相應部分長度短，結果早滾擠時靠近大小頭部分金屬，除流向頭部外，還向桿部流動，滾擠后毛坯長度略有增大，滾擠后毛坯形狀見圖5-15所示。由此可知，拔長后須滾擠的毛坯，為減少打擊次數(shù)，可減小拔長坎高度，增大圓

47、角半徑。拔長后表面是否粗糙并不影響鍛件質量。拔長后毛坯的長度可比相應的計算毛坯短一些，以減小滾擠端部的毛刺。表5-4 連桿體鍛模拔長型槽尺寸，5.9 鍛模結構設計模膛的安排 模鍛此連桿的模鍛錘機組，加熱爐在錘的右方，故拔長型槽布置在右邊，滾擠型槽布置在鍛模左邊，預鍛及終鍛工步從左至右，見模具圖5-19。鍛模采用縱向鎖扣。為保證左右兩邊滾擠和拔長型槽處上模鎖扣強度，將兩型槽中心線分別下移和。圖5-14 連桿鍛模拔長型槽的設計圖5-15 拔長、滾擠后毛坯形狀（a）拔長后的坯料 （b）滾擠后的坯料以下是縱向鎖扣的形狀 圖5-16 縱向鎖扣由于是縱向鎖扣，根據(jù)型槽布排，上模做，下模做，轉角做，。模壁厚

48、度：Sk1h；式中：h模膛高度；k1可有鍛壓手冊P664頁表3-3-17確定，k11.0；所以模壁厚度：Sk1h1.021.321.3mm。確定預鍛與終鍛模膛中心距 鍛件寬度為；模壁厚度；預鍛型槽與終鍛型槽的中心距，取。檢驗承擊面考慮鍛模應有足夠的承擊面，鎖扣之間的寬度取，可使承擊面達。燕尾中心線至檢查角距離計算如下，取。鍵槽中心線的確定 把終鍛模膛平面尺寸加上飛邊橋部寬度，畫出連桿總變形面積，用樣板實測法求得模膛面積重心是距離大頭前端。然后加上鉗口尺寸，鍵槽中心線距前檢檢驗面。 表5-5 鉗口尺寸確定鉗口尺寸鉗口的設計按鍛造工藝學與模具設計P130頁表4-16選擇即按表5-5 選擇鉗 圖5-

49、17 鉗口的形狀口尺寸：，。但考慮到實際應用有部分數(shù)據(jù)有小的改動，實際取，。具體見圖5-17鉗口設計圖與鍛模圖所示。表5-6 鉗口頸尺寸鉗口頸尺寸按表5-6選?。海?。預鍛鉗口頸尺寸須考慮兩件連接處發(fā)生斷裂等因素，將其加大到幾乎與整個鉗口寬度相等。模塊尺寸的確定 模塊平面尺寸按上述所有尺寸，可以確定為及，高度尺寸則要考慮錘所允許的值，選定為。則模塊尺寸為：（長×寬×高）。最終鍛模圖如圖5-18所示。圖5-18 連桿錘鍛模圖第六章 切邊模設計模鍛件的切邊分冷切和熱切兩種。冷切模具按冷鍛件圖設計，對低碳結構鋼和有色金屬件只要設備能力及生產(chǎn)條件許可應優(yōu)先考慮冷切。當鍛件鋼材的含碳量

50、或合金元素含量較高時，切邊后還需要熱校正或熱彎曲以及冷切設備設備能力不足時，則采用熱切，這是模具按熱鍛件圖設計。圖6-1 熱鍛件及毛邊圖切邊模一般由切邊凹模、切邊凸模、模座、卸毛邊裝置等零件組成。圖6-2 切邊凹模刃口形式圖6-1是熱鍛件以及連帶的毛邊。參照毛邊和零件設計切邊模如下。6.1 連桿切邊凹模的結構及尺寸圖6-3 切邊凹模的結構切邊凹模有整體式和組合式兩種。整體式凹模適用于中小型鍛件，特別是形狀簡單， 對稱的鍛件。組合式凹模由兩塊以上的凹模組成，制造比較容易，熱處理時不易碎裂，變形小，便于修磨、調整、更換，多用于大型鍛件或形狀復雜的鍛件。此連桿形狀不太復雜且屬于中小型鍛件，因此選用整

51、體式凹模。圖6-2是切邊凹模選用的刃口形式。參見鍛造工藝及模具設計第九章切邊模設計。有熱鍛件以及鍛模圖，設計邊模如圖6-3。6.2 連桿切邊凸模設計及固定方法切邊時，切邊凸模起傳遞壓力的作用，要求與鍛件有一定的接觸面積（推壓面），而且其形狀應基本吻合。不均勻接觸或者推壓面積太小，切邊時鍛件因局部受壓會發(fā)生彎曲、扭曲和表面壓傷等缺陷，影響鍛件質量，甚至造成廢品。另外，為了避免啃傷鍛件的過渡斷面，應在該處留出空隙。值等于鍛件相應處水平正偏差之半加0.30.5。為了便于凸模加工，凸模并不需要與鍛件所有的表面接觸，可適當簡化。并應選擇鍛件形狀簡單的一面作為切邊時的推壓面。圖6-4 切邊凸模的結構凸模采用直接緊固，利用壓力機上的緊固裝置，直接將凸模尾柄緊固在滑塊上，其特點是夾持方便。6.3 切邊凸凹模的間隙切邊凸凹模的作用不同，間隙也不同。由于連桿鍛件模鍛斜度為，因此參見鍛造工藝學與模具設計P247圖9-13的形式計算： 式中 凸凹模單邊間隙（