挂轮架轴锻造工艺及模具设计课程设计说明书.doc

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1、课程设计说明书题目：挂轮架轴锻造工艺及模具设计作 者:潘山山学 号：1103054227学 院:材料科学与工程学院专 业:材料成型及控制工程指导教师： (姓 名) (职称或学历) (姓 名) (职称或学历)2015 年 1 月目录1. 锻件图的设计1.1绘制锻件图的过程 1.2 计算锻件的主要参数3.确定锻锤吨位4.确定毛边槽形式和尺寸5.绘制计算毛坯图6.制坯工步选择7.确定坯料尺寸8.制坯型槽尺寸8.1、拔长模膛设计8.2滚挤模膛设计9. 锻模模膛设计9.1切断模膛设计10.锻模结构设计11、锻前加热、锻后冷却及热处理要求12、致谢13、参考文献 引言本次项目是通过锤上模锻成形生产，锤上模

2、锻主要用于锻件的大批量生产，是锻造生产中最基本的锻造方法。主要设计步骤有制定锻件图；计算主要参数；确定设备吨位；作热锻件图，确定终锻模膛；确定飞边槽的形式和尺寸；计算毛坯图；选择制坯工步；确定坯料尺寸；设计预锻模膛；设计制坯模膛；模具结构设计；绘制锻模图、切边模图等1、模锻件图设计 连接头是轴类件，对零件的整体形状尺寸，表面粗糙度进行分析，此零件的材料为45钢，材料性能稳定,适合锻造。零件图如上图。1.1 绘制锻件图的过程 1.1.1 确定分模位置确定分模面位置最基本的原则是保证锻件形状尽可能与零件形状相同。使锻件容易从锻模型槽中取出，因此锻件的侧表面不得有内凹的形状，并且使模膛的宽度大而深度

3、小。锻件分模位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上。应使飞边能切除干净，不至产生飞刺。对金属流线有要求的锻件，应保证锻件有最好的纤维分布。根据连接头零件形状，采用上下对称的直线分型模。1.1.2 确定公差和加工余量 查得45钢的密度为：。估算锻件的体积为190cm，则锻件质量约为。连接头材料为45钢，即材质系数为。锻件形状复杂系数： S=V锻/V外廓包容 (1.1) 式中 V锻锻件体积； V外廓包容外廓包容体的体积。则，为一级复杂系数由文献1查得:高度公差为，长度公差为 ，宽度公差为。零件需无磨削加工,加工精度为,由1查得高度及水平尺寸的单边余量约为1.0-2.0mm,取1.5mm。1.1.3

4、 模锻斜度 取常用模锻斜度为7。1.1.4 圆角半径 1.1.5 技术条件（1）图上未标注的模锻斜度7；（2）图上未标注的圆角半径R=1.5mm；（3）允许的残留毛边量0.7mm；（4）允许的表面缺陷深度0.5mm；（5）锻件热处理:调质HBC:58-62；（6）锻件表面清理:为便于检查淬火裂纹,采用酸洗(7) 允许的飞边错移量：0.5mm。 根据余量和公差,绘制锻件图。1.2 计算锻件的主要参数(1) 锻件在平面上的投影面积为6423mm2;(2) 锻件周边长度为431mm ;(3) 锻件体积为mm3;(4) 锻件质量为1.41kg。热锻件工程图如下2、确定锻锤吨位总变形面积为锻件在水平面上

5、的投影面积与飞边水平投影面积之和。按1-2锤飞边槽尺寸考虑，按确定双作用模锻锤吨位的经验公式G=63KA的计算选择锻锤。取钢种系数K=1，锻件和飞边在水平面上的投影面积为A,G=63KA=10020.15KN，选用2t双作用模锻锤。3、 确定毛边槽形式和尺寸 选用图1毛边槽形式I，其尺寸按表确定；选定毛边槽尺寸为 ,=4mm，b=10mm，r=2.5mm，=25mm， 图1毛边槽形式 4、绘制计算毛坯图根据零件形状特点，选取22个截面，分别计算分别计算F锻,F毛*1.4，F计列于下表1,并在坐标纸上绘出连接头的截面图和直径图（见图2）。为设计滚挤型槽方便,计算毛坯图按冷锻件尺寸计算。表1 连接

6、头计算毛坯的计算数据截面号1019319315.727119326418.4328319347624.7428319347624.7528319347624.7628319347624.778031938553381590193178347.791590193178347.7101590193178347.7111590193178347.7121590193178347.71380319389633.81440119359427.51540119359427.51640119359427.51734019353326.11828319347624.71928319347624.7202831

7、9347624.7215019324317.6220193019315.7由截面图所围面积即为计算毛坯面积,得 平均截面积： 则平均直径 按体积相等修正截面图和直径图（附图中点划线部分）,修正后的最大截面积为则最大直径为毛坯图如下5、制坯工步选择计算毛坯为一头一杆 计算繁重系数，选择制坯工步 1kg 由文献2知此锻件应采用闭式滚挤制坯工步,为使锻出的锻件有更好的质量，易于充满型槽,调整制坯工步为：开式滚挤。模锻工艺方案为:拔长-开式滚挤-终锻-切断。冷锻件工程图如下6、确定坯料尺寸 坯料截面积计算： 由 取系数为0.8，则 由零件形状及原材料规格，实际取=44mm。 烧损率， 坯料体积为： =

8、190000*（1+）=196000 计算毛坯长度： 根据坯料的质量和长度，适于采用调头模锻，坯料原长为， 考虑切断并经试锻调整后，下料长度为312mm。7、 制坯型槽设计7.1、拔长模膛设计7.1.1拔长模膛的作用：拔长模膛用来减少坯料的截面积，增长坯料长度。一般拔长模膛是变形工序的第一步，它兼有清除氧化皮的作用。为了便于金属纵向流动，在拔长过程中坯料要不断翻转，还要送进。7.1.2拔长模膛的形式：通常按截面积形状将拔长模膛分为开式和闭式两种。由，则选用开式模膛。7.1.3拔长模膛的尺寸计算：拔长模膛有坎部和仓部组成。拔长后需要进行滚挤，拔长部分的厚度1）坎部长度C2）坎部的宽度B应考虑上下

9、模一次打靠时金属不流到坎部外面；翻转90度锤击时，不产生弯曲。取3)坎部的高度h4)模膛深度e5）圆角圆弧半径6）拔长模膛总长度L7.2滚挤模膛设计7.2.1滚挤模膛尺寸设计开式滚挤横截面为矩形，侧面开通，此种滚挤模膛结构简单、制造方便，但聚料作用较小，适用于锻件各截面积变化较小的情况。滚挤型槽用来减少毛坯局部横截面积，增大另一部分的横截面积，使坯料沿轴向体积分配符合计算毛坯的要求。它对毛坯有少量的拔长作用，兼有滚光和去除氧化皮的功能滚挤模膛可认为是由钳口、本体、毛刺槽三部分组成，钳口用来容纳夹钳并卡细坯料，毛刺槽是用来容纳滚挤时产生的端部毛刺，本体使坯料变形。同拔长型槽一样，滚挤型槽也是以计

10、算毛坯为依据进行设计的，主要是确定型槽高度h，宽度B及其他一些有关尺寸。（1） 滚挤模膛高度:在杆部，模膛的高度应比计算毛坯相应部分的直径小，这样每次压下量较大，由杆部排入头部的金属增多。对于开式模膛，由于截面积近似矩形，则滚挤模膛头部为了有助于金属的聚集，模膛的高度应等于或略大于计算毛坯图相应部分的直径，即（2） 滚挤模膛宽度B 滚挤型槽宽度B应根据所选型槽形式和坯料的状态来确定。型槽B过大会减少聚集效率，并增大模块尺寸；B过小，在滚挤过程中金属流进分模面会形成毛边，当翻转再滚挤时，就会形成折叠。 经过拔长的坯料再进行滚挤时，杆部金属富裕量要小得多，不会再有大量金属流入头部，因此，经过拔长过

11、的坯料再滚挤时，滚挤型槽杆部宽度应比前述的小，根据经验可得：（3）滚挤模膛长度L滚挤型槽长度L应根据热锻件图尺寸确定。直锻件： (mm)（4）钳口与毛刺尺寸： =15 （mm) = 22 (mm) = 11 (mm)原始坯料直径，型槽端部毛刺尺寸按表选定。 s-模壁最小的厚度 毛刺槽尺寸：无切刀，a=6mm，c=25mm，R3=5mm，R4=6mm，b=30mm。 7.2.2开式滚挤模膛截面形状为了有助于干部金属流入头部，一般在纵截面的杆部设计2-5的斜度(如果毛坯图原来有的话,则可以用原来的斜度).在杆部与头部的过渡区,应做成圆角,滚挤模膛长度应根据热锻件图长度确定8、 锻模模膛设计8.1切

12、断模膛设计需要设计切断模膛，采用后切刀。切刀倾角取20，切刀宽度为5mm，切断模膛宽度和高度，根据坯料的直径和带有飞边锻件的尺寸，根据文献3, 结合生产实际，经验分别确定为60mm和70mm9、 锻模结构设计 锻模设计的优劣对锻件质量、生产效率、劳动强度、锻模和锻锤的使用寿命以及锻模的加工制造都有直接的影响。 锻模结构设计任务主要是要解决生产一种锻件所采用的各工步模膛在模块上的合理布排，模膛之间和模膛至模块边缘的壁厚，模块尺寸、质量、纤维方向要求，以及平衡错移力的锁扣形式。 锻模有整体式和镶块式之分，镶块模是把容易磨损的终锻模膛或其中的一部分用优质模具钢制成镶块，依靠楔铁或热套方法安装在一般钢

13、材制成的模块本体上。镶块磨损后可以更新，有利于节约模具钢和缩短制模周期。由于锻锤冲击载荷大、震动大，宜采用整体模.9.1模膛布排 模锻一种锻件，往往要采用多个工步完成。因此锻模分模面上的模膛布置要根据模膛数、各模膛的作用以及操作是否方便来确定，原则上应使模膛中心（模膛承受反作用力的合力点）与理论上的打击中心（燕尾中心线与键槽中心线的交点）重合，以使锤击力与锻件的反作用力处于同一垂直线上，从而减小锤杆承受的偏心力矩，有利于延长锤杆使用寿命，减小导轨的磨损和模块燕尾的偏心载荷，在保证应有的打击能量和锻模有足够强度的前提下，应尽量减少模块尺寸，这样，模块寿命长，锻件精度高。 根据采用的工步，由于有两

14、个制坯模膛，这时应将第一道制坯工步安排在吹风管的对面，以避免氧化皮落入终锻模膛内。布排模膛应以终锻模膛为中心，左右对称布排，并尽可能使模膛中心与打击中心重合。9.2 模膛间壁厚 模膛至模块边缘的距离，或模膛之间的距离都称为模膛间壁厚。模膛间壁厚应保证有足够的强度和刚度，同时又要尽可能减小模块尺寸。 终锻模膛受力大，模壁厚度与模膛深度h、模膛底部圆角半径R、模膛出模斜度有关（见图6-62），h愈大，R和愈小，模壁厚度应加大. 。 根据实践经验，模膛间壁厚可参考图6-64确定。 。 1） 模膛的最小外壁厚度各模膛的最大深度均在44-55之间，查文献3可知k取1.32）模膛间距3）制坯模膛间的最小壁

15、厚4）滚挤模膛的最小壁厚9.4.1 模块尺寸及要求 模块尺寸除与模膛数、模膛尺寸、排列方式和模膛间最小壁厚有关外，还须考虑下列问题。 1. 承击面。承击面是指锻锤空击时，上下模块实际接触的面积。不包括模膛、毛 边槽、锁扣和钳口所占面积。承击面太小，容易压塌分模面，它与锻锤吨位大小有关。最小承击面锻锤吨位的关系见表6-9。由于采用的锻锤吨位为2t，则最小承击面积s=500002） 锻模中心与模块中心的偏移量s：3） 燕尾尺寸 查文献3，可知b=200mm，h=50.5mm，b=50mm9.4.2模块宽度B。为保证锻模不与锤的导轨相碰，模块最大宽度Bmax应保证模块边缘与导轨间留有单边距离大于20

16、。模块最小宽度也有要求，至少超出燕尾每边10，燕尾中心线到锻模边缘的最小尺寸为： B1B/210（）,取B=372mm。 9.4.3模块高度H。锻模高度根据模膛最大深度和锻锤的最小闭合高度确定。考虑到锻模翻修的需要，通常锻模总高度H 模是锻锤最小闭合高度的1.351.45倍。若H模太小，上下模合不拢，锻件打不靠，甚至可能撞掉锻锤汽缸底；若H模 太大，将缩短锤头行程，降低打击能量。对于镶块模，模膛底部与侧壁连接半径R3时，应保证模膛最大深度不超过镶块高度的40%；R3时，取不超过30%，取H=240mm。 9.4.4模块长度L。模锻特长锻件时，允许模块超出锤头，两端处于悬空状态。这时锻模受力条件

17、处于不利，故应限制模块悬空的长度。一般规定，每端允许伸出锤头长度值fH/3，H为模块高度。取L =380mm。 9.4. 5模块质量为保证锤头运动性能，上模块质量应有所限制，最大质量不得超过锻锤吨位的35%。 9.4. 6锻模检验角。锻模上两个加工侧面所构成的900角称为检验角。这两个侧面一般刨进深度为5，高度50100。检验角可以设在模块左边或右边，根据模膛位置而定。检验角的作用一是为了锻模安装调整时，检验上下模模膛对准的情况；二是作为锻模机械加工划线时的基准。 9.4.7模块的技术要求 （1）锻造比 用来加工制造锻模的模块，要求锻造比达到3以上，应打碎铸造组织、碳化物及夹杂，锻合空洞，增加

18、致密度。 （2）流线方向 锻模的寿命与模膛布置在模块什么样的纤维方向上有密切关系。任何锤锻模的纤维方向都不允许与打击方向平行。否则，在分模面上不仅流线末端外露，加剧应力腐蚀，大大降低模具寿命；而且在打击力的作用下，分模面上模膛两侧的金属将有沿纤维方向劈开或撕裂的危险，轻者也将造成分模面塌陷或使模壁金属剥落。产生上述现象的原因是模块紧固在锤头和砧座上，只与燕尾底部贴合，在燕尾两肩留有间隙，当纤维方向与打击方向平行时，外力恰似一把剪刀将纤维撕开。正象日常生活中所见到的劈木材，当沿着树干纤维方向劈时省力，而在垂直纤维方向劈时就十分困难。 锻模纤维方向正确安排应该是：对于长轴类锻件，模块的纤维方向与燕

19、尾 （或锻件轴线）方向一致；对于圆饼类锻件，应与键槽方向一致 （3）对于整体铸钢模，要求冒口所在面作燕尾面，而不能作承击面。因冒口附近，疏松、孔洞、非金属夹杂等缺陷较集中，致密性差，强度低。 (4)模膛部分允许用模具钢堆焊加工，但堆焊层应大于15。 锻模机械加工精度与表面质量 锻模加工精度的高低直接影响锻件的尺寸精度和表面质量。模膛表面粗糙 度值小，硬度高，金属流动就容易，表面质量高；模膛轮廓尺寸公差小，精度高，锻件的尺寸公差就精确；同时锻模寿命也长。但相应机械加工制造成 本增加，设计时不得不综合考虑。通常的做法是，在保证锻件形状及尺寸的前提下，应力求提高模具外形（特别是分模面）的平行度，检验

20、面与分模面的垂直度，镶块与模座的配合精度，燕尾与楔铁的配合精度等，这些因素对锻件精度和锻模寿命影响较大。锻钢时终锻模膛表面粗糙度Ra应不大于6m。有色金属（如铝、镁）锻造时，因粘性大，流动性差，模膛表面粗糙度Ra应不大于2.5m。9.5 锻模机械加工精度与表面质量 锻模加工精度的高低直接影响锻件的尺寸精度和表面质量。模膛表面粗糙 度值小，硬度高，金属流动就容易，表面质量高；模膛轮廓尺寸公差小，精度高，锻件的尺寸公差就精确；同时锻模寿命也长。但相应机械加工制造成 本增加，设计时不得不综合考虑。通常的做法是，在保证锻件形状及尺寸的前提下，应力求提高模具外形（特别是分模面）的平行度，检验面与分模面的

21、垂直度，镶块与模座的配合精度，燕尾与楔铁的配合精度等，这些因素对锻件精度和锻模寿命影响较大。锻钢时终锻模膛表面粗糙度Ra应不大于6m。有色金属（如铝、镁）锻造时，因粘性大，流动性差，模膛表面粗糙度Ra应不大于2.5m。9.6 锻模的紧固方式 锻模的紧固方式与锻造设备类型及锻模结构有关。对于锻锤，既牢固，装卸又方便的方式是楔铁和键块配合燕尾紧固。对于热模锻压力机或液压机，既可以用楔铁，也可以用螺栓和压板方式紧固。10、锻前加热、锻后冷却及热处理要求的确定10.1 确定加热方式，及锻造温度范围 在锻造生产中，金属坯料锻前加热的目的：提高金属塑性，降低变形抗力，即增加金属的可塑性，从而使金属易于流动

22、成型，并使锻件获得良好的组织和力学性能。金属坯料的加热方法，按所采用的加热源不同，可分为燃料加热和电加热两大类。根据锻件的形状，材质和体积，采用半连续炉加热。 金属的锻造温度范围是指开始锻造温度（始锻温度）和金属锻造温度（终锻温度）之间的一段温度区间。确定锻造温度的原则是，应能保证金属在锻造温度范围内具有较高的塑性和较小的变形抗力。并能使制出的锻件获得所希望的组织和性能。查有关资料确定锻件的始段锻温度为1200，终锻温度为750。10.2 确定加热时间 加热时间是坯料装炉后从开始加热到出炉所需的时间，包括加热个阶段的升温时间和保温时间。在半连续炉中加热，加热时间可按下式计算： 式中 D坯料直径

23、或厚度（cm） 钢化学成分影响系数，取0.12（h/cm）;10.3 确定冷却方式及规范 按照冷却速度的不同，锻件的冷却方法有3种：在空气中冷却，冷却速度快；在灰沙中冷却，冷却速度较慢；在炉内冷却，冷却速度最慢。根据本锻件的形状体积大小及锻造温度的影响，选择在空气中冷却。10.4 确定锻后热处理方式及要求锻件在机加工前后均进行热处理，其目的是调整锻件的硬度，以利锻件进行切削加工，消除锻件内应力，细化晶粒等。根据锻件的含碳量及锻件的形状大小，采用在连续热处理炉中，调质处理。可使锻件获得良好的综合力性能。11、总结与致谢课程设计是对本专业所学的内容进行一次全面的应用性实践，通过设计可以在实践中发现问题，分析问题和解决问题，从而提高这三方面的能力。在设计过程中，自己根据设计任务书的内容和要求，进一步掌握了锻造工艺设计的步骤和方法，学会选择和确定锤锻设备的型号和规格，学会运用和查找有关设计手册和技术资料，开阔视野，增长知识。在此，十分感谢指导老师对我的精心指导与培养，使我学到许多知识，得到了很好的锻炼，这些都为我走上工作岗位打好了良好的基础。参考文献1. GB/T 12362-2003钢质模锻件公差及机械加工余量2. 胡亚民 华林主编.锻造工艺过程及模具设计.北京大学出版社.3.中国模具设计大典第四卷