徐杨锤锻模设计说明书 Microsoft Word 文档.doc

沈阳理工大学课程设计说明书
1零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
1.2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λ 线胀系数α1 电阻率ρ
(g/cm3 ) [J/(kg.k)] [w/(m.k)] (20-200℃)/(10-6 /k) (10-6 Ωm)
7.82 461 41.87 12.5 0.19
1.3零件尺寸精度，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Ra>1.6，杆部加工面粗糙度为Ra=0.8<1.6，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。
2.2确定模锻件加工余量及公差
2.2.1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

零件为较复杂的级。
2.2.3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：
锻件长度方向的公差及极限偏差为
锻件宽度方向的公差及极限偏差为
锻件高度方向上的公差及极限偏差为
锻件的单边余量：厚度方向为2.0～2.5，取为2，水平方向为2.0～2.5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
由标准铣刀的尺寸决定锻模斜度为7度，圆角半径为2～3度，未注圆角（外侧）均为2～3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
锻件体积V=703cm3
锻件质量m=5.5 kg
2.3 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=（2～3）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

取=故
由上确定选为3吨锻锤即可。
3.2 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。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=2.5mm

5mm
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：

其中（锻件毛边平均截面积）
3.3 绘制计算毛坯图
根据转向节的形状特点,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。
截面图所围面积即为计算毛坯面积,得
（3.1）
平均截面积：
（3.2）
（3.3）
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

/mm2
F毛×2

/mm2
F计=F锻+2η
F毛

/mm

修正

/mm2

修正

/mm2

mm2
u

mm2
0
0
500
500
25.3
----
----
0
1.10
27.83
1
1880
350
2230
53.3
32.5
55.7
18.8
1.10
58.85
2
4277
350
4627
76.8
40
79.1
42.8
1.05
84.48
3
4418
350
4768
78
44.4
87.5
44.2
1.05
85.8
4
3848
350
4198
73.2
46.8
83.4
38.5
1.05
80.52
5
15900
350
3922
70.8
46.5
65.2
35.7
1.05
74.34
6
13250
350
13600
104.6
42.9
84.7
132.5
1.05
109.83
7
3243
350
16983
123.2
35.5
81.2
166.3
1.05
129.36
8
4654
350
5004
79.9
32.8
71.67
46.5
0.95
87.89
9
1734
350
2084
51.6
27.9
60.8
13.7
1.10
56.76
10
754
350
1104
37.6
25
59.6
7.54
1.10
39.48
11
283
350
633
28.4
25
----
2.83
0.75
26.98
12
0
500
500
25.3
----
----
0
0.75
22.77

计算毛坯
3.4 计算繁重系数，选择制坯工步
根据公式：

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）；
—计算毛坯的最小直径37.6（mm）；
—杆部与头部转接处的直径，又称为拐点处直径66.5（mm）；
—计算毛坯的杆部长度144（mm）；
其中，根据计算毛坯截面图求出为66.5mm。
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：

—毛坯截面积;
—计算毛坯头部最大尺寸处截面积,8799mm2;

2. 坯料长度：
坯料体积按下式计算：

其中 —坯料体积
—毛边体积
—锻件体积
—连皮体积, 为0；
—火耗；
查表取=1%。，在高频加热炉中加热。所以坯料长度：
=（1～1.5）×=1.5×32.84=49.3mm
=125+49.3=174.3mm 约取坯料175mm
式中 —所选规格钢坯的截面积；—钳夹头长度；
根据坯料的制坯工步采用圆形坯料，其直径=94.8，查表取标准直径=95mm。

4 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：

式中 —坯料直径或厚度，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。

5 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：

式中 —热锻件尺寸；
—冷锻件尺寸；
—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可知h=20mm,R=10mm,由锻件质量可知钳口颈尺寸b=10mm,a=3mm.

钳口

5.2 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

，
实际取
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
式中 ——计算毛坯杆部体积 163229mm3
——计算毛坯杆部长度145mm
——系数，与计算毛坯杆部长度有关，可按参考文献［７］中表4-20选取，取K2=0.9。
2) 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
式中——毛坯直径（mm）
——系数，和待拔部分长度L坯与毛坯直径d坯之比有关，按参考文献［７］表4-21选取。取K3=1.3。
3) 型槽宽度：

4）其他尺寸：
L=L拔+5=250mm
R=0.25c=30.9mm
R1=2.5c=308.8mm
e=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纵剖面外形，然后用圆弧或直线光滑连接，并适当简化。
杆部：
114mm
取B=120mm

闭式滚挤型槽
钳口处：n=0.2d0+6=0.2×75+6=21
m=(1–2)n=30
R=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
ａ／(mm)
ｃ／(mm)
ｂ／(mm)
R3／／(mm)
R4／／(mm)
数值
10
35
50
12
10
5.4 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。
5.5 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35—39；燕尾部分的HRC值为30—35。

参考文献

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