1、沈阳理工大学课程设计说明书11 零件分析及工艺方案确定1.1 零件分析该零件学名为羊角，其工艺特点为：带细长杆的复杂叉形件，中间有一段高而窄，宽度较大的梯形法兰。截面沿轴向的变化很剧烈；叉部内侧宽 76mm,外侧宽 158mm。叉形两侧与轴线不完全对称。为保证终锻时充满叉形又不产生折叠，预锻时应将坯料上端劈开，且锻件中间梯形法兰处形状复杂，难于成型。锻件三维视图沈阳理工大学课程设计说明书21.2 分析零件的材料特性零件所用的材料为 40Cr,其特性如下表 1 所列：表 1 材料特性密度 比热容 c 热导率 线胀系数 1 电阻率 (g/cm3 ) J/(kg.k) w/(m.k) (20-200
2、)/(10 -6 /k) (10-6 m)7.82 461 41.87 12.5 0.191.3 零件尺寸精度，表面粗糙度分析因为零件尺寸较大，故零件基本尺寸精确到个位，其表面粗糙度为上叉部需要加工的表面为 Ra1.6，杆部加工面粗糙度为 Ra=0.81.6，需要精加工。1.4 工艺方案的确定因设计批量为大批量，设计精度为普通级，初步确定采用模锻锤模锻，锻件加工工步依次为拔长，滚挤，预锻，终锻。2 锤上模锻件设计2.1 选择分模面根据零件的形状选折分模面为零件的侧面的中线，且是平直的直线；表现在杆部即为使杆部上下对称的轴线。沈阳理工大学课程设计说明书32.2 确定模锻件加工余量及公差2.2.1
3、 确定锻件重量及尺寸由 其中 为锻件体积； 为锻件外包容体体积bdGSGdg50g5782.12316.09.57bdGS零件为较复杂的 级。42.2.3 确定锻件公差和余量因为锻件材料为 40Cr,即材质系数为 M1，锻件精度等级为普通级，锻件形状复杂系数为 级，锻件质量为 5.4 Kg，可查表得：4S锻件长度方向的公差及极限偏差为 1.23锻件宽度方向的公差及极限偏差为 7.805锻件高度方向上的公差及极限偏差为 1.2锻件的单边余量：厚度方向为 2.02.5，取为 2，水平方向为 2.02.5 取为 2。锻件的错差公差以及残留飞边公差均为 1.2。2.2.4 确定模锻斜度由标准铣刀的尺寸
4、决定锻模斜度为 7 度，圆角半径为 23 度，未注圆角（外侧）均为 23 度。2.2.5 计算锻件基本数据锻件投影面积 F=16386mm2锻件周长 L 周 =910mm锻件长度 L=263mm沈阳理工大学课程设计说明书4锻件体积 V=703cm3锻件质量 m=5.5 kg2.3 确定锻件模锻斜度为便于模锻件从型槽中取出，必须将型槽壁做成一定的斜度，称为模锻斜度或出模角。由参考文献 1 确定型槽的外斜度为 7，内斜度为 10。2.4 确定锻件圆角半径为了使金属易于流动和充满型槽，提高锻件质量并延长锻模寿命，模锻件上的所有转接出都用圆弧连接。确定外圆角半径 r 为 3mm，内圆角半径为 R=（2
5、3）r，所以内圆角半径为2-5mm。2.5 确定模锻件的技术要求（1）未注明的模锻斜度为 7；（2）未注明的圆角半径为 R3；（3）允许的残留量和残留飞边错移量为 1.2mm；（4）允许的表面缺陷深度为：0.6；（5）锻后热处理的方法及硬度要求：调质；（6）表面清理方法：为便于检查淬火裂纹，采用酸洗。3 锤上模锻工艺设计3.1 确定模锻锤的吨位利用经验公式 当取 =1，并假定毛边平均宽度 30mm,则KFG)3.65(224748091638cmF件取 = 故K. kg7.件由上确定选为 3 吨锻锤即可。沈阳理工大学课程设计说明书53.2 选择飞边槽开式模锻的终锻型槽周边必须设计毛边槽，其形式
6、和尺寸对锻件质量影响很大。飞边槽有几种形式，本设计采用最广泛的一种，其优点是桥部设在上模块，与坯料接触时间短，吸收热量少，因而温升少，能减轻桥部磨损或避免压塌。锻件上的飞边不会是均匀的，因此终锻模膛的飞边槽有的地方就采用双仓部，保证终锻时金属不致溢到分模面上，影响锻件厚度尺寸的精度。确定飞边槽的尺寸有吨位法和计算法，本设计采用吨位法，查文献7确定飞边的尺寸如下：取 h=2.5mm1hb11RKF5mm 12mm 35mm 1.5mm 285飞边槽的具体形状尺寸如图3.1.图 3.1 飞边槽锻件毛边的体积：318547.091mFVK毛其中 （锻件毛边平均截面积）毛.3.3 绘制计算毛坯图根据转
7、向节的形状特点,选取 13 个截面,分别计算 F 锻 ,F 毛 ,F 计 列于表,并在坐标纸上绘出连杆的截面图和直径图（见附图） 。为设计滚挤型槽方便,计算毛坯图按冷锻件尺寸计算。沈阳理工大学课程设计说明书6截面图所围面积即为计算毛坯面积,得（3.1） 31084252mFMV计平均截面积：（3.2） 256)1084(均（3.3）d.73.均均按体积相等修正截面图和直径图（附图中双点划线部分）,修正后的最大截面积为 7241mm2,则最大直径为 dmax=123.2m绘出计算毛坯的截面图和直径图.连杆计算毛坯的计算数据截面号F 锻/mm2F 毛 2/mm2F 计 =F锻+2F 毛计计 iFd
8、13./mm修正 计i/mm2修正 计id/mm2计ihmm2u 计杆 kahimm20 0 500 500 25.3 - - 0 1.10 27.831 1880 350 2230 53.3 32.5 55.7 18.8 1.10 58.852 4277 350 4627 76.8 40 79.1 42.8 1.05 84.483 4418 350 4768 78 44.4 87.5 44.2 1.05 85.84 3848 350 4198 73.2 46.8 83.4 38.5 1.05 80.525 15900 350 3922 70.8 46.5 65.2 35.7 1.05 74.
9、346 13250 350 13600 104.642.984.7 132.5 1.05109.837 3243 350 16983 123.235.581.2 166.3 1.05129.368 4654 350 5004 79.9 32.8 71.67 46.5 0.95 87.899 1734 350 2084 51.6 27.9 60.8 13.7 1.10 56.7610 754 350 1104 37.6 25 59.6 7.54 1.10 39.4811 283 350 633 28.4 25 - 2.83 0.75 26.9812 0 500 500 25.3 - - 0 0.
10、75 22.77沈阳理工大学课程设计说明书7计算毛坯3.4 计算繁重系数，选择制坯工步根据公式： 9.162.3/max均d4均杆L2.04/).375(/)(min 杆拐K式中 金属流向头部的繁重系数；金属沿轴向流动的繁重系数；杆部斜率；计算毛坯的最大直径 123.2（mm） ；maxd计算毛坯的最小直径 37.6（mm） ；in杆部与头部转接处的直径，又称为拐点处直径 66.5（mm） ；拐计算毛坯的杆部长度 144（mm） ；杆L沈阳理工大学课程设计说明书8其中 ， 根据计算毛坯截面图求出为 66.5mm。Mhd拐拐 13.拐值越大，表明金属流到头部的金属体积愈多； 值愈大，则轴向流动的
11、 距离愈长；K 值愈大，表明杆部锥度大，小头一端的金属愈为过剩；锻件质量G 愈大，表明金属量大，制坯更困难。因此繁重系数代表了制坯时需转移金属量的多少，金属转移时的难易程度，作为选择制坯工步的依据。根据以上所算数据，查表确定制坯工步为拔长，滚挤，模锻工步为预锻锻，终锻。3.5 确定坯料尺寸1. 根据公式拔长加滚挤联合制坯时： max9.075FF）（坯 毛坯截面积;坯计算毛坯头部最大尺寸处截面积,8799mm 2;max 2ax70398.08. 坯2. 坯料长度：坯料体积按下式计算： 3879156)0.1(57409)1( mVV ）（ 连毛件坯其中 坯料体积 坯毛边体积毛锻件体积件连皮体
12、积, 为 0；连V火耗；查表取 =1%。 ，在高频加热炉中加热。所以坯料长度 ：坯L=（11.5） =1.532.84=49.3mm 钳L坯D=125+49.3=174.3mm 约取坯料 175mm,/坯坯坯 FV钳L式中 所选规格钢坯的截面积； 钳夹头长度；坯 钳根据坯料的制坯工步采用圆形坯料，其直径 =94.8，查表取标准坯坯 FD13.直径 =95mm。坯D沈阳理工大学课程设计说明书94 锻前加热，锻后冷却及热处理要求的确定4.1 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成型，并使锻件获得良好的组
13、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800。4.2 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： )(24.1593.0hD式中 坯料直径或厚度
14、，9.5cm；钢化学成分影响系数，取 0.13（h/cm） ；4.3 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。4.4 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。沈阳理工大学课程设计说明书105 锤上锻模设计5.1 终锻型槽设计终锻形槽是各种型槽中最重要的
15、型槽，用来完成锻件最终成型，终锻件图按热锻件图加工和检验，所以设计终端形槽须先设计热锻件图。热锻件图以冷锻件图为依据，但又有所区别。首先热锻件的尺寸标注，高度方向尺寸标注以分模面为基准，以便于锻模机械加工和准备检验样板。其次考虑到金属的冷缩现象，热锻件图上的所有尺寸应计入收缩率，按下列公式计算： 1lL式中 热锻件尺寸；L冷锻件尺寸；l终锻温度下的金属收缩率，头部取 1.5%，杆部取 2%；特别注意坐标圆角半径，不加收缩率。钳口：终锻形槽前端留下的凹腔叫钳口。钳口主要用来夹持坯料的夹钳和便于从形槽中取出锻件。 由表 4-18 可知当锤的吨位小于 20KN 时钳口宽度 B=50mm,由表4-16
16、 可知 h=20mm,R=10mm,由锻件质量可知钳口颈尺寸 b=10mm,a=3mm.钳口沈阳理工大学课程设计说明书115.2 预锻型槽设计由于锻件形状复杂，须设置预锻型槽,在叉部采用劈料台。劈料台具体尺寸如下 mBA19752.0.Hh4.6)4(，实际取 ,R在工字形截面的杆部,辐板较薄且宽,为防止终锻时锻件产生折纹,应使预锻型槽面积稍小于或等于终锻型槽相应处的横截面积(不计预锻打不靠的横截面积)。预锻型槽沿分模面处的圆角半径增大至 R=5mm,预锻型槽其余与终锻型槽不同的地方均在热锻件图上标明。5.3 制坯型槽设计 1. 拔长型槽尺寸设计拔长型槽的主要作用是使坯料局部截面积减小，长度增
17、加。由前分析，此制件的制坯需要拔长。拔长型槽由坎部，仓部和钳口三部分组成。 1）坎高 a此锻件杆部截面积变化较大，拔长后需要滚挤制胚，坎高按计算毛胚杆部平，均截面积确定：=31.2mm ,取 32mm杆杆Lvka2式中 计算毛坯杆部体积 163229mm 3杆计算毛坯杆部长度 145mm杆系数，与计算毛坯杆部长度有关，可按参考文献中表 4-20 选2k取，取 K2=0.9。沈阳理工大学课程设计说明书122) 坎长 c拔长平台应有适当的长度 c，太短会影响坯料表面质量，不光滑，太长又会影响拔长效率。根据生产经验，按下式确定：= =123.5mm 坯dkc395.1式中 毛坯直径（mm）坯系数，和
18、待拔部分长度 L 坯 与毛坯直径 d 坯 之比有关，按参考文献3表 4-21 选取。取 K3=1.3。3) 型槽宽度：mdB1240.1坯4）其他尺寸：L=L 拔 +5=250mm R=0.25c=30.9mmR1=2.5c=308.8mme=2a=60.4mm开式拔长型槽2.滚挤型槽尺寸设计滚挤型槽设计：采用闭式滚挤。型槽高度 ，计算的结果列于表 3.1 中，按截面的高度绘制滚挤型槽计kdh纵剖面外形，然后用圆弧或直线光滑连接，并适当简化。杆部： mB1420)6.14(0杆114mmmax.d头取 B=120mm沈阳理工大学课程设计说明书13闭式滚挤型槽钳口处：n=0.2d 0+6=0.2
19、75+6=21m=(12)n=30R=0.1d+6=13式中 d0原始坯料直径毛刺槽的尺寸的确定，根据锻模设计手册，选取毛刺槽尺寸如表 5.1。表 5.1 闭滚型毛刺槽尺寸参数 (mm) (mm) (mm) R3 (mm) R4 (mm)数值 10 35 50 12 105.4 型槽布置方式及模块结构设计1. 型槽布置方式：有两个制坯型槽，布排型槽应以终锻型槽为中心左右布排，并尽可能使型槽中心与打击中心重合。2. 模块尺寸的选择：1）承击面：查表得，3 吨锤的最小承击面为 700cm2 ,承击面积为模块在分模平面上的面积减去各型槽，毛边槽，锁扣和钳口所占面积。经计算符合要求。2）模块高度：模块
20、高度根据型槽最大深度和锻锤的最小闭合高度确定。这是由于上下模块的最小闭合高度应不小于锻锤允许的最小闭合高度，查资料得锻锤的最小闭合高度为 260 mm。经上确定模块的规格为 H 模 = 400mm， L=700mm 。3. 燕尾槽、起重孔等尺寸按标准选取，具体见装配图。沈阳理工大学课程设计说明书145.5 确定模具材料及热处理的要求锻模是生产模锻件的必要工具，锻模主要承受冲击载荷，选择锻模模用材料要满足以下要求：在工作环境下具有良好的综合力学性能；在工作温度下具有良好的组织稳定性；具有良好的抗冷和热疲劳性能，以减缓因冷热交替变化而引起的疲劳破裂；此外，还应具有良好的冶金质量。目前常用的锤锻模材
21、料有高韧性半耐热模具钢，中等耐热模具钢，耐高温抗磨损模具钢等。由上已知设备的规格为 3 吨锤，故选用的主要材料为 5CrNiMo,代用材料为 5W2CSV ，锻模硬度要求为型槽表面 HRC 值 3539；燕尾部分的 HRC 值为 3035。参考文献1锻工手册编写组 锻工手册北京：机械工业出版社，1976，2730.2张志文主编 锻造工艺学北京：机械工业出版社，1988，7984.3大连理工大学工程画教研室 机械制图高等教育出版社，2003,1315.4航空工艺装备设计手册编写组 航空工艺装备设计手册：锻模设计北京：国防工业出版社,1978,98120.5中华人民共和国机械工业部标准 钢质模锻件：公差及机械加工余量北京：1985,25.6中华人民共和国机械工业部标准 钢质模锻件：通用技术条件北京：1985，37.7姚泽坤主编 锻造工艺学与模具设计西安：西北工业大学出版社，2007,111172.8夏巨湛主编。 中国工程大典第 5 卷: 锻造模具设计电子工业出版社，2007,131150.沈阳理工大学课程设计说明书1
