1、沈阳理工大学课程设计说明书I目 录任务书 .11 零件分析及工艺方案确定 .21.1 零件分析 .21.2 工艺方案的确定 .22 锤上模锻件设计 .32.1 选择分模面 .32.2 确定模锻件加工余量及公差 .32.3 确定锻件模锻斜度 .42.4 确定锻件圆角半径 .42.5 确定锻件冲孔连皮 .52.6 确定模锻件的技术要求 .52.7 绘制锻件图及计算锻件基本数据 .53 锤上模锻工艺设计 .53.1 确定模锻锤的吨位 .53.1.1 经验 理论公式 .53.1.2 经验公式 .63.2 选择飞边槽 .63.3 绘制计算毛坯图 .73.4 计算繁重系数，选择制坯工步 .83.5 确定坯
2、料尺寸 .93.5.1 根据公式拔长加滚挤联合制坯 .93.5.2 坯料长度 .94 锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定 .94.1 确定加热方式，及锻造温度范围 .94.2 确定加热时间 .94.3 确定冷却方式及规范 .104.4 确定锻后热处理方式及要求 .105 锤用锻模设计 .105.1 终锻形槽设计 .105.1.1 热锻件图的设计 .105.1.2 钳口 .105.2.2 坎长 c 值得的确定 .125.2.3 型槽宽度 B 值的确定 .125.3 滚挤型槽尺寸的确定 .135.4 锻模结构设计 .136 确定模具材料及热处理的要求 .147 模锻工艺流程确定 .148 参考文献
3、 .15沈阳理工大学课程设计说明书1锻模课程设计任务书学 院 材料科学与工程学院 专 业 材料成型及控制工程学生姓名 孙洪亮 学 号 0705010520设计题目 摇臂任务要求：设计批量：大批量。设计精度：普通级。供选设备：模锻锤。设计原图：摇臂进度安排： 天 数 设 计 内 容1 零件分析 1 模锻件设计 1 锻件图绘制 1 模锻工艺设计 1 锻模设计 2 绘制锻模装配图 1 整理说明书、绘制工艺卡 2 答辩 指导老师（签字）：年 月 日学院院长（签字）：年 月 日设计要求：锤锻模装配图一张。冷锻件图一张。模锻工艺卡片一张。设计说明书一份。所有图形用 AutoCAD 软件输出、任务书用Wor
4、d 输出。沈阳理工大学课程设计说明书21 零件分析及工艺方案确定1.1 零件分析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 号钢，材料性能稳定。1.2 工艺方案的确定根据上述分析，结合生产批量要求，生产设备，制模能力等进行全面分析，初步确定出模锻设计步骤：1.选用设备类型：模锻锤；2.采用模锻形式：开始模锻：3.确定变形工步。2 锤上模锻件设计2.1 选择分模面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
5、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。因为此制件是头部较大的长轴类锻件，不宜直线分模，为保证尖角处能充满，应沈阳理工大学课程设计说明书3以折线分模，其具体分模位置见下图2。2.2 确定模锻件加工余量及公差1初步确定锻件重量及尺寸：估算锻件质量为 3.82KG。锻件为 45 号钢。材质系数为 M1。计算锻件外包容体质量 =6460（260+57.5+30 ）7.8510.48；所以根据bG公式 =3.82/10.480.364。查资料1得锻件形状复杂在 0.320.63 之间，bdS/形状复杂程度为一般，级别为级.初查表 GB12362-2003 锻件水平方向余量
6、：22.5mm高度方向余量 22.5mm内孔余量：2.5mm。全部取 2.5mm。根据锻件形状计算锻件体积：V=3318.307234-1134.113410386.8936-4596.3536+52.5（260-57.5-30）25=457153.39mm3锻件质量: =7.9103457153.39=3.61kg.vGd2.计算锻件的形状复杂系数: 1 (2.1)bdGS/ 锻件外包容体质量； 锻件质量；b计算锻件外包容体质量 =6460（260+57.5+30 ）7.910.48；所以根据公b式 =3.6/10.480.343。查资料1得锻件形状复杂在 0.320.63 之间，形bdGS
7、/状复杂程度为一般，级别为级。3.选择锻件材质系数 M：查资料2材质系数分为 2 级，M1 为最高含碳量小于 0.65的碳钢或合金元素总含量小于 30的合金纲，此锻件的材料为 45 号钢，所以材质系数为 M1 级。锻件的机械加工余量的确定与锻件形状的复杂程度、成品零件的精度要求、锻件的材质、模锻的设备、工艺条件、热处理的变形量、校正的难易程度、机械加工的工序设计等许多因素有关，不能笼统的说多大的余量最适合。机械加工余量也并不是越小越好，为了将锻件的脱碳层和表面的细小裂纹去掉，留有一定的加工余量是有必要的。模锻件公差代表模锻件要求达到的精度。就尺寸而言，是锻件工程尺寸允许的偏沈阳理工大学课程设计
8、说明书4差值。对公称尺寸所允许的增大值叫做正公差，对公称尺寸允许的减小值叫做负偏差。钢质模锻件公差在 GB/T123621990 中已有规定。主要的公差项目有：长度、宽度、高度公差；错差；残留飞边公差；厚度公差；表面缺陷；直线度；平面度公差；中心距公差等。由上考虑锻件精度等要求查表 GB12362-2003 确定锻件锻件机械加工余量与公差，在在水平方向单边余量为 2.5mm，高度方向锻件的单边余量为 2.5mm，锻件的内径单边余量为 2.5mm. 水平方向锻件公差为-3.2+2.1 -1.1 在高度方向锻件的公差为-2.2+1.5 -0.7；锻件的内径公差为-2.2+1.5 -0.7。12.3
9、 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。为了使锻件容易从模膛中取出，一般锻件均有脱模斜度或脱模角,它分为外斜度和内斜度，常常内斜度比外斜度大 23 度。查有关手册确定型槽的外斜度为 7，内斜度为 10。2.4 确定锻件圆角半径锻件上的圆角可使金属容易充满模膛，起模方便和延长模具使用寿命。圆角半径太小会使锻模在热处理或使用中产生裂纹或压塌变形，在锻件上也容易产生折纹。同时为了加工方便同一锻件圆角的选取要与铣刀相配。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。r=余量+零件相应处圆角半径或倒角锻件
10、上内圆角半径 R 应比外圆角半径 r 大，一般取 R=（23）r所以外圆角半径 r 为 3mm，内圆角半径为 R=（23）r，所以内圆角半径为 6mm.2.5 确定锻件冲孔连皮模锻不能锻出透孔，只能锻出盲孔而在分模面处留有连皮，在随后的冲孔工序中在将其冲掉。由于冲小孔会使冲头部分极易压塌受损，所以零件上直径小于 25mm 的孔不能锻出。冲孔连皮有三种：平底、斜底、带仓连皮。模锻不能直接锻出透孔，因此在设计热锻件图时必须在孔内保留一层连皮，然后在切边压力机上切除掉。考虑到加工及经济效益的影响，采用平底连皮，其具体形状尺寸见图 2-23。沈阳理工大学课程设计说明书5连皮厚度 S=0.45(d-0.
11、25h-5) +0.6h (mm)=7.16mm 式中：d 锻件内孔直径；锻件内孔深度 h =41mm.连皮上的圆角半径 R1，因锻模成形过程中金属流动激烈，应比同尺寸压凹件内圆角半径 R 大一些，可按 R1=R+0.1h+2 （mm）2.6 确定模锻件的技术要求1.未注明的模锻斜度为 7，内斜度为 10；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：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；2.7 绘制锻件图及计算锻件基本数据冷热锻件图见锻件图的画法。利用 CAD 求出锻件的基本数据如下：锻件
12、在平面上的投影面积 为 19021.mm2; 锻件的周边长度 为 792.15mm；分F周L锻件的体积 =457153.39mm3；锻件的长度 为 347.5mm;VL3 锤上模锻工艺设计3.1 确定模锻锤的吨位3.1.1 经验理论公式1.根据锻件折算直径和终锻温度下的强度极限确定 3(1) 根据推倒，锻件单位流动压力计算 ； ）件Dpk05.1(2.9(3.1.1)(2) 锻件体积由下式确定： ； 均件件 hV24/沈阳理工大学课程设计说明书6(3.1.2)(3) (3.1.3)件件件件 ）（）（ DDA201.75.0.18最后一次锤击成形所耗变形功： (3.1.4)毛件 A式中 毛边变形
13、所消耗的变形功，至此，可以得到毛圆饼类锻件最终锤击时所需变形功的计算公式：(3.1.5)件件件件 ）（）（ DDA 2201.75./1.)05.1(82. 双动锤有效变形能量与锤落下部分质量在数值上有如下关系： GE18由于 A=E，所以对圆饼类锻件所需锻锤吨位为：（kg） (3.1.6)件件件件 ）（）（G22/.).(计算长轴类锻件吨位应计形状因素，即 (3.1.7)）均件 BLG1.0(式中 锻件长度； 锻件平均宽度： 始锻温度下的变形抗力；件L均B3.1.2 经验公式按锻件在分模上的投影面积和材料性质确定模锻锤吨位：双动模锻锤 6.3）5.3(GKFF锻件本体和毛边在水平面上的投影面
14、积(cm 2)K 材料系数用经验公式,当取 K 等于 1，并假定毛边宽度为 20mm，则 =418cm220.4./ ）（件 kgG463853121.62计算结果表明用 2 吨的模锻锤可用。33.2 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。2确定飞边槽的尺寸有吨位法和计算法，本设计采用吨位法，查表1，确定飞边的尺寸如下：h=2mm;h1=4mm;b=10mm;b1=30mm;R=1.5mm;飞边槽的具体形状尺寸如图所示：
15、沈阳理工大学课程设计说明书7计算出飞边的截面积: 207.5mm 2)25.1(bhF飞飞边的体积: =207.5927.470.7=134715mm2飞V3.3 绘制计算毛坯图根据摇臂的形状特点，选取 10 个截面，分别计算各参数如图所示，并在坐标上绘出摇臂的截面图和直径图。截面号锻iF2毛i 毛锻计 iiF计计 iFd13.计ihk 计dh1-1 223 420 513.64 25.60 20.06 1.15 26.682-2 3438 290.5 3193.45 63.86 50 1.05 75.903-3 2902 290.5 3002.82 61.92 48.5 1.05 79.75
16、4-4 3803 290.5 4094.34 72.3 56.63 1.05 75.905-5 2733 290.5 3023.94 62.14 48.66 0.90 62.376-6 1679 290.5 1969.66 50.11 39.3 0.75 37.587-7 171 290.5 1462.48 43.21 33.85 0.75 32.408-8 1189 290.5 1480.37 43.48 34.05 0.95 32.339-9 2362 290.5 2653.08 58.2 45.59 0.75 34.8010-10 2622 290.5 2912.82 60.99 47.
17、76 0.75 34.05其中： M 取值为： ；20/;m锻件的截面积； 毛边槽的截面积； 计算毛坯截面积；锻F毛F计F计算毛坯直径； 修正后的毛坯截面积； 修正后的计算毛坯直径。计d计计d3沈阳理工大学课程设计说明书8为设计滚挤型槽方便，计算毛坯按热锻件图绘制。截面图所围面积即为计算毛坯体积得：32045.38046VMFm计 计(3.3.1)平均截面积：2V1.7L毛计 锻均 计 计(3.3.2)3.4 计算繁重系数，选择制坯工步根据公式： (3.4.1)max/72.3/51.29d均(3.4.2)ax16./L杆(3.4.3)min()/Kd拐 杆 （ 2.4-5.60） /17.=
18、2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；k计算毛坯的最大直径,72.3(mm)；maxd计算毛坯的最小直径 25.6(mm)；in杆部与头部转接处的直径，又称为拐点处直径 62.14(mm);拐计算毛坯的杆部长度, 167.5(mm)杆L其中 , ， 根据计算毛坯截面图求出为 151.mm.3Mhd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
19、的依据。模锻时，坯料按照锻件的复杂程度和具体生产条件，在锻模的一系列模膛中逐步变形，最后成为锻件。坯料在每一模膛中的变形过程叫做模膛工部，而工部的名称与所用模膛的名称是相应一致的。此锻件长度与截面相差较大，为长轴类锻件，查表确定制坯工步为拔长，滚挤，模锻工步为终锻。拔长后进行滚压，使坯料表面光滑，氧化皮去处干净，金属分配准确，防止锻件产生折叠，终锻模膛布置在锻模打击中心上以减少错移。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、终锻。沈阳理工大学课程设计说明书93.5 确定坯料尺寸3.5.1 根据公式拔长加滚挤联合制坯F 拔=V 头/L 头=12271.8420/130=18
20、87.98毛坯截面积; 计算毛坯头部最大尺寸处截面积, 3954mm 2;坯 maxF=0.84094=3275mm2 18.0坯根据坯料的制坯工步采用圆形坯料其直径 查表取标准直径 =64.9mm。坯坯D13. 坯D查表取烧损率 =3%，在室内电炉中加热。钳头长度 =（11.5） =70mm钳L坯所以坯料长度 ： =209.4mm，取 215mm。坯 坯坯坯 FV/钳L4 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织和力学性能。金属坯料
21、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。 24.2 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： =0.137=0.91(h)D式中 D坯料直径或厚度，7cm
22、； 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。 【2】沈阳理工大学课程设计说明书104.4 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。 【2】5 锤用锻模设计5.1 终锻形槽设计终锻形槽是各种型槽中最重要
23、的型槽，用来完成锻件最终成型，终锻件图安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。5.1.1 热锻件图的设计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： 1L式中 热锻件尺寸； 冷锻件尺寸； 终锻温度下的金属收缩率，取 0.15%；6Ll注意无坐标圆角半径，不加放收缩率。所以终锻形槽及热锻件图见装配图的画法。5.1.2 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。其具体形状尺寸如下图。
24、沈阳理工大学课程设计说明书11钳口夹钳口尺寸主要依据夹钳料头的直径而定。应保证夹料钳子能被自由的操作，在调头锻造时能防止下锻件的相邻端部。有表查得钳口的尺寸值：钳口宽度 B=100mm h=50mm mm150R钳口的长度值可按模膛排布而定。钳口颈尺寸的确定：选取其参数值尺寸：钳口颈高度 a 和宽度 b 分别为：2.5mm 和 8mm钳口颈尺寸： L 0.5S0其中 S0模壁最小厚度。终锻型槽是按热锻件图加工和检验的，摇臂的材料为 45 钢，考虑收缩率为 1.5%，各尺寸等比例放大即为热锻件图（见下图热锻件图）沈阳理工大学课程设计说明书12热锻件图5.2 拔长型槽尺寸的确定拔长型槽的主要作用是
25、使批表局部截面积减小，长度增加，还兼有清除氧化皮的作用，拔长型槽的位置在模块边缘，有坎部，仓部和钳口三部分组成。选择开式拔长型槽，其拔长平台截面呈矩形，边缘敞开，如图所示拔长型槽沈阳理工大学课程设计说明书13这种结构形式简单，制造方便。拔长型槽是以毛坯为依据进行设计的，主要确定拔长坎高度 a，宽度 B，拔长坎长度 c 等尺寸。45.2.1 坎高 a因其拔长后还须要滚挤制坯，坎高 a 应按计算毛坯杆部平均截面积来确定坎高： 计算毛坯杆部体积 计算毛坯杆部的长度 系2V37mLk杆杆 杆 杆L2k数，与计算毛坯杆部长度有关，这里 【3】85.02k5.2.2 坎长 c 值得的确定拔长台有适当的长度
26、 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，根据生产经验确定如下拔长坎长度： =1.570=105mm 坯dk3毛坯的直径； k3系数，和待拔长部分长度 L 坯与毛坯直径 d 坯只比有关，坯dk3=1.335.2.3 型槽宽度 B 值的确定直排时：B=k 4d 坯 +（1020）=1.3570+15=109.5mm沈阳理工大学课程设计说明书14D 坯/mm 小于 40 4080 大于 80K4 1.5 1.35 1.2仓部深度 e=2a=234=58mm型槽长度 L=L 拔 +5=229.8+5=234.8mm R=0.25c=26.25mm，R 1=2.5c=262.5mm5
27、.3 滚挤型槽的确定滚挤型槽设计：采用闭式滚挤。型槽高度 ，计算的结果列于表中，按截面的高度绘制滚挤型槽纵剖面外计kdh形，然后用圆弧或直线光滑连接，并适当简化。 5 毛刺槽的尺寸的确定，根据锻模设计手册，选取毛刺槽尺寸如下：表 5-1 毛刺槽尺寸参数 a(mm) C(mm) b(mm) R3 R4数值 6 25 40 10 6夹钳口尺寸的确定： (5.2.1)mdn2067.062. (5.2.2)m3)1(沈阳理工大学课程设计说明书15(5.2.3)mdR13670.61.0型槽的长度等于计算毛坯图的长度。5.4 型槽排列方式及锻模结构设计（1）型槽布置方式：模锻此摇臂的 2t 模锻锤机组
28、，加热炉在锤的右方，故拔长型槽布置在右边，滚挤型槽布置在锻模左边，拔长型槽、滚挤型槽应以终锻型槽为中心左右对称排布，并尽可能使型槽中心与打击中心重合。（2）模块尺寸的选择：承击面：查教材表 4-29 得，2 吨锤的最小承击面为 500cm2 ,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。模块尺寸规格：模块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，由教材表 4-34 查得2t 锻锤的最小闭合高度为 400 mm。考虑到锻模翻修的需要，锻模总高度 H 模 = （1.351.45）H min
29、=580mm；模块长度 L=560mm；模块宽度 B=500mm。 （3）燕尾槽、键槽和起重孔等尺寸按标准选取，具体数据见表 5-2。表 5-2 锤锻模燕尾b/mm h/mm b1/mm dS(mmmm)300 65.5 75 3060燕尾槽、其重孔等尺寸按标准选取，具体见装配图。锁扣的设计：（根据有关手册按标准选取）锁扣高度 h=锻件分模面的落差高度=21mm锁扣的厚度 mhb5.31.5.1锁扣的斜度 a锁扣间隙 m锁扣非导向侧面间隙 41锁扣沿分模面非打击面上的间隙 5.12锁扣内圆角 3.05.1hR锁扣的外圆角 3m64226. 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，
30、它的工作材料恶劣，不仅承受很大的冲击载荷，而且在高温下受到流动金属的摩擦，同时还受到反复激冷激热的交变作用。锤锻模主要承受冲击载荷，选择锤锻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；沈阳理工大学课程设计说明书16要有良好的抗冷、热疲劳性能，以减缓因冷热交替变化而引起的疲劳破裂；应具有良好的冶金质量。目前常用的锤锻模材料有高韧性半耐热模具钢，中等韧性耐热模具钢，耐高温抗磨损模具钢等。已知设备的规格为 3t 锤，故选用的主要材料为 5CrNiMo,代用材料为5W2CrSiV，锻模硬度要求为型槽表面 HRC 值 3539；燕尾部分的 HRC 值为
31、3035。7.模锻工艺流程确定（1） 下料：5 000kN 剪切机冷切；（2） 加热：半连续式炉，1 2201 240；（3） 模锻：2t 模锻锤，拔长、闭式滚挤、终锻；（4） 热切边：1 600kN 切边压力机；（5） 打磨毛刺、锐边倒钝：砂轮机；（6） 热处理：连续热处理炉，调质，硬度为 HB210250；（7） 酸洗：酸洗槽；（8） 冷校正：1t 夹板锤；（9） 冷精压：1 000kN 精压机；检验。8 参考文献1锻模设计手册编写组编著，锻模设计手册，机械工业出版社，1990，P88-1052 吕炎主编， 锻压工艺学 ，哈尔滨工业大学出版社，1983，P158-4693 姚泽坤， 锻造工艺学与模具设计 ，西北工业大学出版社，2001，P63-1234 张志文，锻造工艺学. 北京：机械工业出版社，1983，P102-3605 张志文，锻造工艺学. 北京：机械工业出版社，1988，P140-3206 锻压手册编委会编. 锻压技术手册. 北京：国防工业出版社，1989，P 159-200
