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毕业设计（论文）
BACHELOR DISSERTATION

论文题目： 汽车前轴热模锻工艺设计
学位类别： 工学学士
学科专业： 机械设计制造及其自动化

汽 车 前 轴 热 模 锻 工 艺 设 计
摘 要
冲击载荷大、形状复杂的汽车前轴对强度、刚度和疲劳寿命的要求更苛刻，因为它的质量直接或间接的影响到汽车的驱动系统的平稳性和车辆荷载的安全行驶。所以必须通过模锻成形来热模锻卡车和大型客车的前轴，来确保零件的强度和疲劳寿命指标。
热模锻，是锻造工艺技术的一种，一般是指将金属毛坯加热至高于材料再结晶温度，利用模具将金属毛坯塑性成形为锻件形状和尺寸的精密锻造方法。
现在, 120MN热模锻压机作为一个整体模锻汽车前轴的生产工艺越来越普遍,并明显提高了工艺和模具设计的水平。但为了达到提高产品质量和降低生产成本的要求,单件重量超过95kg的卡车前轴和载货汽车前轴,在生产过程中还存在不少困难和问题。这篇文章是以典型载货汽车前轴作为对象，来分析和介绍G312汽车前轴的模锻工艺和模具设计。
关键词：汽车前轴；热模锻；模具设计；热校正；热处理

Automobile Front Axle Hot Die Forging Process Design
ABSTRACT
Impact load, complex shape front axle strength, stiffness and fatigue life requirements for more demanding, because safe driving stability and vehicle affect its quality is directly or indirectly to the car's drive system load. It must be shaped to hot forging axle trucks and large buses by swaging, to ensure the strength and fatigue life of the index components.
Hot forging, a forging technology, generally refers to the metal blank is heated to a temperature above the recrystallization temperature of the material, the use of metal mold plastic forming blank forging method for precision forging shapes and sizes.
Now, 120 MN hot die forging press die forging of automobile front axle production process as a whole is becoming more common, and improve the level of technology and die design. But in order to improve product quality and reduce production costs, for more than 95 kg of truck front axle and truck front axle, many difficulties and problems still exist in the process of production. This article is based on a typical truck front axle as an object, to analyze and introduce G312 die forging technology and die design of automobile front axle.
KEY WORD：Automobile front axle；Hot-die forge；Design of die；Thermal correction；Heat treatment

目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2汽车前轴热模锻工艺及国内外研究现状 1
1.2.1国外前轴锻件生产技术的发展 1
1.2.2早期国内前轴的一些生产工艺 2
1.3课题研究的主要内容 2
第二章 锻件的工艺分析及相关模膛设计 3
2.1 锻件结构的分析 3
2.2 锻件图的分析 3
2.2.1 分模位置 3
2.2.2 模锻斜度 4
2.2.3 锻件圆角半径 5
2.2.4 锻件热处理 5
2.3 锻件加工工艺初步拟定 5
2.4 锻件基本参数分析 6
2.5 热模锻压力机的吨位选择 6
2.5.1 模锻力 6
2.5.2 设备规格选择 7
2.6 制坯工步分析 7
2.6.1 制坯工步设计要求 7
2.6.2 制坯工步选择 7
2.6.3 确定原毛坯尺寸 7
2.6.4 前轴辊锻模的设计 8
2.6.5 前轴弯曲模设计 11
2.7 终锻模膛设计 11
2.7.1 模膛尺寸 11
2.7.2 飞边槽尺寸的确定 12
2.8 切边模设计 13
2.8.1 压力机的选取 13
2.8.2 切边凸、凹模间隙 14
2.8.3 切边凹模结构 14
2.8.4 切边凹、凸模的固定 14
2.9 热校正模膛设计 14
2.9.1 热校正模膛设计要求 14
2.9.2 校正模膛尺寸分析 15
2.10 汽车前轴热模锻工艺流程最终确定 15
第三章 汽车前轴热模锻模架设计和主要模具装配图 17
3.1 模架设计 17
3.1.1 概述 17
3.1.2 基本要求 17
3.1.3 模架结构形式 17

3.1.4 模架设计依据及内容 17
3.1.5 导向装置 19
3.1.6 顶料装置 21
3.2 终锻模具装配图及相关零件图设计 23
3.2.1 模架结构形式 23
3.2.2 模块尺寸 23
3.2.3 模块承压强度校核 23
3.2.4 模架主要部件尺寸确定 23
3.2.5 导向装置 24
3.2.6 导柱导套的设计 24
3.3 切边模装配图及相关零件图设计 24
3.3.1 切边凸、凹模座设计 24
3.3.2 卸飞边装置 25
3.3.3 切边模总装配图 25
3.4 热校正模具装配图及相关零件图设计 25
3.4.1 模架各部分尺寸确定 25
3.4.2 热校正模具总装配图 26
第四章 结论 27
参考文献 28
致 谢 29

第一章 绪论
1.1 课题的背景及意义
汽车前轴生产制造已经随着汽车工业的快速发展有了很大进步，所以前轴质量也引起了越来越多的关注。汽车前轴(也被称为前桥)是汽车底盘的重要组成部分,由于它在剧烈的冲击载荷下运动,需承受较大的扭转、弯曲等复杂负荷所产生的交变应力,从而容易导致塑性和弹性变形。为了避免车毁人亡的恶性事故的发生,对前轴的制造技术要求越来越高,被汽车行业所重视的程度也愈来愈高,因此通常国外把其又称作“保安件”。 
汽车前轴具有复杂的几何形状，并且要承受更多的负载，所以需要高弯曲强度和疲劳寿命，它的辊锻成形的技术以及相关模具的设计制造都比较繁琐。
通过该设计，我们学会了自己去思考，自己去解决问题，尽管设计过程中困难重重，仍然需要坚持不懈的研究下去，遇到不懂的问题要虚心的向知识渊博的老师们请教，如此可增强对刚学书本相关领域的领悟能力和巩固所学技能。同时在设计的整个过程中，应做好有计划的工作，设定预期的目标，并去完成它。
1.2 汽车前轴模锻工艺
国外前轴锻件的发展史
二十世纪六十年代，120MN热模锻压力机的发明，使得一体化模锻G312汽车前轴的工艺成为可能。而在应用和研究大型热模锻压力机方面德国始终处于世界前列，其中比较成功的案例如:德国Rhine Starr集团和奥姆科集团率先研发的热模锻压力机锻造56t的货车前轴生产线；吉利沃尔沃汽车研发集团则采用160MN热模锻压力机来模锻超过8t载货汽车的前轴。
早期国内前轴的一些生产工艺
二十世纪七十年代，为了赶上世界最先进前轴锻造技术脚步，全套的G312前轴流水线由东风汽车公司从德国奥姆科集团引进，其主要的工艺流程为用中频感应器加热®制坯辊锻®弯曲®预锻®终锻®切边®热校正。这种流程的优点是锻件质量好，制造生产机械一体化效果好。
1.3课题研究的主要内容
本课题主要研究内容如下：
⑴根据所给的冷锻件图纸确定生产工艺流程；
⑵通过工艺分析，进行各个模膛、模架的设计；
⑶CAD画出基本的零件图和装配图，及UG零件图和模座图。

第二章 锻件的工艺分析及相关模膛设计
2.1锻件结构的分析
汽车前轴锻件属于平面弯曲轴线类的锻件，分模面的类型为平面分模，锻件在分模面上的弯曲度大，因此需要对坯料进行弯曲变形。
因为该锻件辊锻成形相对容易，仅中间凹槽部分有时较难充满，但只要在该处设计一定阻力就可保证充满，所以不必设置预锻工步；又由于该锻件具有工字型截面冷却的时间快，因此不设置预锻，故仅需采用一道终锻成形即可。

图1 汽车前轴零件图
2.2 锻件图的分析
分模位置
分模面位置一般选择较易拔模的位置，它直接影响零件质量，在选择分模面时，需多加考虑，尽可能确保能选出最合适的分模面。
一般情况下，在考虑拔模斜度的前提下，尽量将锻件上较不平的地方避开，再此基础上，尽量选其截面最大的地方。分模位置如图所示：

图2 前轴分模面
模锻斜度
一般模锻倾斜角度取4°～8°，外模锻倾斜角度一般常用5°；在里面斜度可由相对尺寸而定，通常偏大些；该锻件的技术条件表明模锻斜度为7°。
如图所示：

图3 锻件截面拔模斜度
锻件圆角半径
锻件外边的圆角直径的一半及模具模膛内角直径的一半，其大小直接影响模具寿命，根据生产经验，模膛内角直径的一半过小易使应力聚集在一处而裂开。根据锻件技术要求一般为5mm。
锻件热处理
锻件的热处理是根据一定的热处理规范进行的，依据断面尺寸、锻件钢种及技术要求等，结合并参考相关的手册和资料制订。其中需考虑的内容有加热温度、冷却方式及温度维持不变的时间。
普通钢材45#或50#热处理工艺：
淬火温度840°—850°，温度维持不变的时间为98min；回火温度540°-550°，温度维持不变的时间为100min，硬度基本要求HB241-285最好。
40Cr热处理工艺方法：
40Cr热处理硬度基本要求：HRC24-28，以下步骤为转轴热处理工艺方法：
硬度要求为：40Cr材料，调质后HRC24-28
热处理工作：正火：850° ±10° 保温85分 空冷
淬火：850° ±10° 保温85分 水冷
回火：620° ±10° 保温120分 水冷
42CrMn前轴热处理工艺方法：
正火：850° ±10° 保温90分 空冷
淬火：850° ±10° 保温90分 介质冷
回火：620° ±10° 保温120分 水冷
42CrMn的汽车前轴硬度要求为：HB285-333，为了确保所要求范围内的回火硬度，因此回火温度需要在-10-+30℃之间适当的调整。
2.3 锻件加工工艺初步拟定
根据锻件形状和模锻工艺特点，机械压力机上的模锻件可分为短轴类锻件、长轴类锻件、弯曲长轴类锻件和挤压类锻件等四大类，每一类又可细分为若干组。
因此，由锻件图可以看出该锻件第Ⅲ类弯曲长轴类锻件，这类锻件又属于平面弯曲轴线锻件。初步确定其制坯工步为辊锻弯曲（预锻）终锻。由于锻件结构较易成型，则可省去预锻工步。

图4 热模锻G312前轴流程图
2.4 锻件基本参数分析
根据UG冷锻图和CAD二维图可知：
锻件体积：11790564.4307mm³；
质量：94.4708kg；重量：926.4431N。
在分模面前轴锻件投影面积:124399.9mm²；（测量方法：打开UG零件图，安装注塑模向导，鼠标点击注塑模工具，下拉菜单选择计算面积，再将零件图在xy面投影这样就得出了该锻件在平面图上的投影面积。）
锻件周边长度：2384.474mm。
锻件毛坯的加工余量 钢板座加2mm单面；拳头部位加3-4mm 双面；管材直径为钢板座截面的1.8倍以上。
2.5 热模锻压力机的规格要求
2.5.1 模锻力

式中 P—模锻力（KN）；
k1—钢种系数 ；
k2—金属变形抗力 ；
F—锻件投影面积。
F=(1244+238.447x2.4) =1816.3cm²，k1取1.1，k2取0.8；则
P=1.1x46x1816.3x0.8 KN=73523.8 KN。
2.5.2 设备规格选择
选择机械压力机吨位时尽量不要太大，以便于安稳的工作，较少经费的消耗，故选用现有的120MN热模锻压力机。
2.6 制坯工步分析
制坏工步注意事项
在热模锻像G312这样的长轴类锻件时，应该多注意力学的分析。直接在模膛内进行锻造的一般原料会产生飞边槽，而容纳在飞边槽金属的多少又直接影响到对金属的利用率，截面较小部分，如果有大量金属进了飞边槽，将会产生不必要浪费；而截面较大的头部，则会因金属不足，不能充满。所以，长轴类锻件应尽可能多的去分析其横截面积的分布方式，进行合理的运算，才能够保证金属的利用率达到一定的程度，同时还能保证金属能够填满型腔，得出完整的制件。
制坯工步选择
根据对该锻件的分析，此锻件应采用辊锻+弯曲工步。
2.6.3 确定原毛坯尺寸
根据公式： =（+）（1+δ），
式中： —锻件体积；
—飞边体积；
—原毛坯体积；
δ—金属加热损耗率。
可得=11790564+1961399.67=13751963.7。
毛坯直径按计算它的最大的截面积：
=1.13，
根据计算的值,按国家标准选取圆钢，再计算毛坯的长度。
可得：=95mm，=1800mm。
2.6.4前轴辊锻模的设计
G312汽车前轴的辊锻模由辊锻制坯模、预成形模和终成形模组成。辊锻模每个道次的生产成形序次又与所想序次有所不同，利用热辊锻件图(加上1.2％收缩率的辊锻图尺寸)来确定终成形辊锻模的型槽，而预成形辊锻模型槽是利用热预成形辊锻件图确定的，同样利用热制坯图决定制坯模型槽。
辊锻外轮廓大小根据辊锻机的辊子尺寸、辊之间的距离大小等机器的标注参数来确定。图5是用来制造G312汽车前轴的辊锻模外形尺寸。（利用压环固定模块法使模具间固定）

图5 G312前轴辊锻模外形尺寸
(1) 制坯模的设计
制坯模是决定最终制坯成形的重要组成部分，使下一步预成形辊锻件毛坯制作更为简洁。根据预成形辊锻毛坯的尺寸、外形以及根据截面图和锻件图来确定制坯模（图6为制坯图）。用于设计的制坯模型槽是加入1.2％的收缩率后得到的。为了满足托板部分宽度的尺寸要求，G312汽车前轴锻件大的展宽量同样也是制坯模所需要考虑的。另外也要考虑后续工序中辊锻稳定性和对称性等一系列问题。
①为了增大宽展量，减少延伸量，托板对应地方的型槽上应该有横向阻力槽。
②为了接下来的预成形型槽有必要的各辊锻稳定性、对称性。图6所示的礼帽型(B—B切面)即为制坯型槽截面设计，再将这种型状的毛坯翻转90。
图6 锻制坯简图
（2）预成形模的设计
G312前轴预成形辊锻件图就是下图。图7加放1.2％收缩量形成热预成形辊锻件图。

图7 成形辊锻件图
(3) 终成形模的设计
终成形模的高、宽按照热辊锻件图上所对应的高宽长度来进行设计，而长需将金属质点的前滑现象考虑在内，比较常用的方法是在热辊锻件图标准上减去前滑S，才能使辊锻件长度符合要求。相对其他锻件前轴的锻件托板 和“拳头” 有一些高低不定的横向、纵向截面，相应的压下量呈几何函数趋势，限制了在变形区金属的随意滑动，因此可忽略不计这两部分的前滑。实践表明在生产过程中取G312前轴辊锻件前滑值S3％。
由于G312汽车前轴差异很大的锻件托板与杆部高，金属在成形时较深型腔处有积水和油，当内部金属温度较高的时候，相应的密闭区域内愈来愈小，随着越来越大的压缩蒸汽形成的压力会导致压缩蒸汽喷发时容易造成以下不良影响：
①模具易损坏；
②使托板充不满等现象。
(4) 型槽布置
型槽布置根据图8。如此布置：1. 运送热棒料的时间被大大减少了2.当经过辊轧变形力最大的第三道次时辊锻机两机架的受力比较匀均，对金属的形成形状以及辊锻平稳性起着不可或缺的作用。

图8 辊锻模排布图
前轴弯曲模设计

图9 弯曲模膛结构
2.7 终锻模膛设计
2.7.1 模膛尺寸
⑴热锻件图设计
G312汽车前轴热锻件图是根据冷锻件图来进行设计，由锻件的形状以及对锻造工艺的要求，控制热锻件图部分与冷锻件图差异在一定范围内。又因为金属有热胀冷缩，所以设计热锻件图时热锻件图上长宽高应加上收缩率，由此得出热锻件图所需尺寸：
L=l·（1+δ）
式中    L——热锻件图尺寸；
      l——冷锻件图尺寸；
      δ——终锻温度下金属的收缩率（取1.2％）
各部分尺寸如下图所示：

图10 汽车前轴热锻件图
⑵终锻模膛设计
由热锻件图可以准确的把握各部分尺寸，终锻模膛就由那些尺寸而来。
2.7.2 飞边槽尺寸的确定
机械压力机的飞边槽型式最基本的有两个类型，像下图所示：

图11 飞边槽型式
根据表2-1确定终锻飞边的长宽高：
表2-1终锻模膛飞边槽尺寸
吨位/KN
尺寸/mm
10000
16000
20000
25000
31500
40000
63000
80000
125000
h
2
2
3
4
5
5
6
6
8
b
10
10
10
12
15
15
20
20
24
B
10
10
10
10
10
10
10
12
18
L
40
40
40
50
50
50
60
60
60
r1
1
1
1.5
1.5
2
2
2.5
2.5
3
r2
2
2
2
2
3
3
4
4
4
参考设备公称压力为120MN热锻模压力机所确定的数值，选定：h=8mm,b=24mm,B=18mm,L=60mm,r1 =3mm,r2 =4mm。

图12 飞边槽尺寸图
2.8 切边模设计
压力机的选取
根据公式:
P=（1.5～1.8）S（2.5t+） 式中 =150MPa ；t=3mm；
S—需切边锻件周长；
—锻件垂直方向正公差。
所以 P=6573710.88～7888453.06N。
一般在10MN闭式单点压力机切边是可行的，而根据压力机的装模空间可知，仍需选用120MN机械压力机，其工作台能够装载该切边模。
切边凸、凹模间隙
一般为简化模具，使之安全生产和保证切边质量，冲头和凹模单边间隙取0.8～1.5为宜。
切边凹模结构
该锻件沿凹模轮廓的切边刃磨损情况都比较均匀，则切边模凹模采用整体式。热切边时，当锻件为曲面分模时，切边模的凹模应该与锻模分模面一致。但需注意该原则的局限性，分清是规则的平面分模面还是不规则的非平面。而对于整体式凹模，一般都采用直刃口。
切边凹、凸模的固定
整体式凹模一般用斜楔固定在模座上，同时在相互垂直的方向上装定位螺钉，而凸模一般直接在压力机滑块上。
切边凹、凸模截面图如下图所示：

图13 切边凸凹模截面
2.9 热校正模膛设计
热校正模膛制造要求
校正模膛制造加工时应该注意锻件有时会有些面无法受力的情况，导致其垂直方向会增大，从而影响到了锻件的精度和质量，这时就需要一定的空隙缓解此问题，所以在水平方向上模膛和锻件间应有一定空隙；为便于放置锻件和避免上下模压下时因摆动而刮伤锻件，校正模膛应在沿分模面方向作较大的圆角；经切边后锻件由于锻件没有飞边和夹钳料头，校正后不利于起模，应在模膛便于出模又不影响校正处开个缺口，以便于锻件取出。
校正模膛尺寸分析
表2-2 校正模模膛公差
校正模膛所锻压的零件时经过切除飞边形成，其模膛所成形的零件尺寸即为零件热锻件尺寸。同时在校正模的模膛边缘应作出大约为R=3～5mm的圆角；模膛的表面粗糙度一般为～；制造公差如下表所示：

模膛尺寸
深度尺寸公差
长或宽尺寸公差
≤15
+0.1
+0.6
-0.2
-0.2
16～30
+0.1
+0.8
-0.3
-0.3
31～60
+0.2
+1.1
-0.4
-0.4
61～120
0
+1.4
0
-0.5
>120
0
+1.5
0
-0.6
平面校正模膛的壁厚与间距一般是按照校正部分的形状来确定的。尽管校正模已基本上不产生飞边，但在校正模上下模之间留有1～2mm的间隙。
2.10 汽车前轴热模锻工艺流程最终确定
①下料：锯床上选取一定尺寸棒料进行冷切；
②加热：用中频的感应炉将零件加热到1150～1180℃；
③辊锻：把加热完成的棒料放到辊锻机来拔长制坯；
④弯曲：拔长后的毛坯，进行适当的弯曲，使得在模锻时受力均匀，以免浪费材料；
⑤模锻：在模锻模膛中终锻进行弯曲后的零件；
⑥切边：坯料经过终锻产生飞边，将其放入切边模进行切边；
⑦热校正：切边后的零件留有毛刺，放入热校正模膛进行整形；
⑧探伤；
⑨检测，入库。

第三章 汽车前轴热模锻模架设计和主要模具装配图
3.1 模架设计
概述
模架我们又叫做模座或夹持器，用来夹紧模块以及承受机械压力机的锻造力和顶料产生的冲击的基础部件，这个部件在热模锻时支撑所有的载荷。模架质量大，制造复杂，价格不菲，以通用模架质量为例，120MN机械压力机模架质量50t～65t。
基本要求
①模架的组成
模架是由上、下模座，上、下垫块，上、下模块、顶料装置以及模具定位零件与紧固件组成。
②模架造价一般较昂贵，其结构形式一般具有较好的实用性；
③模架是主要受力部位，上下模板等承受锻造负荷均应采用高强度合金钢制造，并进行恰当的热处理；
④模架保持其实用性的基础上，应尽可能地简化其他结构，便于使用；
⑤模架应该在某些模具上具有通用性，以便不同模具的装拆和调节；
⑥模架上所有的紧固件位置都需要布置得当，这有利于模块的精确定位，稳定可靠，同时操作方便；
⑦一般的模架上应含有起重孔。
模架结构形式
模架一般包括十字键式以及窝座式。
模架设计依据及内容
①模架设计依据
锻件的工艺参数和品种、锻件的年生产量、设备工作台大小和滑块锻造压力图分布图、模块和模架所允许的承压面积。
②模架结构形式的确定
根据锻件的工艺参数和生产品种，以及生产方式可选择模架的结构形式为窝座式。
③模块尺寸
如右图所示：
模块的模壁厚度S：S=（1～1.5）
模块高度：≥3
图14 模块尺寸
模块长度将由锻件尺寸和锁扣尺寸得出
承压面积强度校核：
=10P/F≤300MPa
式中 —承压面的单位面积（MPa）；
P—设备的名义压力（KN）；
F—承压面积（）。
模架的闭合高度（总高度）：
H=-0.25a 式中 H—模架封闭高度（mm）；
H设—设备最大封闭高度（mm）；
a —设备封闭高度调节量（mm），系数0.25是考虑模架和和设备之间的制造误差。
上、下模底板的高度： =（0.2～0.25）H
上、下垫板的高度：一般取=60mm～120mm
上、下模底板单位面积压力： ≤100MPa
式中 —模架底板承受的应力。
导向装置
机械压力机模架的导向装置主要是用于提升锻件质量、精度，便于调试模具，减少模具的错移量。模架导向装置按结构分一般有四种：导柱导套式、导板（锁扣）式、X导轨式和复合式。
①导柱导套式
导柱导套式的导向装置是由导柱、导套等零件组成。一般采用双导柱式设在模架的后面，但也有少数采用三个或四个导柱式。
导柱需要有一定的强度和刚度以便支撑热模锻时的错移力，因此导柱直径应该足够大。
导柱和导套应依次同上、下模板采用过盈配合禁固。导柱和导套之间一般留有一定的间隙，以保证导向的精确性，一般导柱和导套之间单边留有0.2mm～0.3mm的间隙。
导向装置中一般还包括润滑和清除氧化皮等零件，因此一般在导套内加工出一定的油槽，定时注入润滑油。所有的这些装置的零件尺寸大都是按照工厂自行制定的标准来进行设计，目前暂时没有通用标准。
导柱导套的优点在于其导向长，而且导向过程比较可靠、稳定，模架安装配简单。而其缺点为当机械压力机滑块运动时一般对导柱有侧向力，加快导柱导套之间的磨损，因此要保证润滑畅通。
导柱导套的导向装置如下图所示：

图16 导柱导套装置
图15 导柱导套装置
②导板式
导板式导向装置其模块采用窝座内左侧定位与后定位垫板定位，靠右斜压板和前斜压板并加上螺钉紧固。
导板式导向装置，该装置是由下模架三个导向块和七块锡青铜导板，及上模架一件弓字形导向板和七块锡青铜导板组成，并布置在模架的后端。
导板水平尺寸是由模架的宽度和模块大小对称分割，导板高度为锡青铜导板的高度H加上、下导板的高度之差h。锡青铜导板的厚度取20mm～30mm，高度取40mm～120mm，导板间隙一般取0.2mm。
导板式导向装置是在近几年兴起的一种机构，其优点在于减少了导向装置对设备精度的影响，同时也便于维修，其精度也易恢复；而其缺点显而易见，导向行程短。
导板式导向装置如图17所示：
图16 导板式导向装置

③X导轨式
该装置一般是在模架的上、下底板上各布置四个圆柱体，并在其上开有一定角度的导向面。
锻造过程其间隙始终能保持不变且上下导板之间不受锻造温度的影响是X导轨式其最大的优点。
④复合式
导柱导套和X导轨复合式导向装置可以根据其各自的优缺点需进行克服，此时可采用复合式导向装置。
顶料装置
模架内设有顶料装置可有效提高模锻效果，其位置由设计模架的典型锻件的尺寸和形状确定。一般开式模锻其顶料行程比较短，但闭式模架的顶料行程长。模架经常使用的顶料装置有如下四种：
①直通顶料装置
它适用于模架与设备的顶料杆是完全一致的情况下，才能采用。在按照典型产品模架设计时，需根据模架顶料杆的位置要求来制造顶料杆，确保能直通顶料。
直通顶料装置如下图所示：
图17 直通顶料装置

②平板式顶料装置
该装置是由设备上的顶杆推顶平板，再由平板推顶模架内的顶杆，它一般适用于有预锻和终锻两个模膛的情况。它的缺点是锻造时需按一定顺序进行。预锻模膛及终锻模膛内一般不可能同时存在锻件，因此平板在顶料时会产生一定的倾斜，从而会产生卡塞的可能，因此在设计平板时，应在其两端尽可能的做成球状或者具有较大的圆角，以便防止卡塞。
平板式顶料装置如下图所示：

图18 平板式顶料装置

③杠杆平板式顶料装置
该装置是由压力机顶杆推顶其模架中的双臂杠杆，进而再推顶平板，因而顶料动作平稳，平板推顶垫板内的顶板和连在一起的顶杆，再通过垫板内的推板推顶其模架内的顶杆。这种结构一般适用于需要推顶双模膛，并且在每个模膛中有多顶杆的场合。
杠杆平板式顶料装置如下图所示：
图19 杠杆平板式顶料装置

④杠杆式顶料装置
该装置是一种可靠并且被广泛采用的结构，一般适用于多模膛单点顶料的锻件。其结构比较复杂，组成零件有多臂杠杆、可分轴承、弹簧、导套、顶杆等。其优点在于生产过程中，顶料平稳又可靠，但缺点也显而易见，结构复杂，上、下模座内被挖空，模架强度、刚度减弱。
杠杆式顶料装置如下图所示：
图20 杠杆式顶料装置

3.2 终锻相关零件图设计
模架结构形式
根据锻件工艺分析采用窝坐式模架。
模块尺寸
根据锻件的大小及其相关工艺参数可选定：
⑴模块长度L： L=2300mm；
⑵模块宽度B： B=1200mm；
⑶模块模壁厚度S：S=67.5～101.25mm≥40mm；
⑷模块高度：≥193.4mm。
模块承压强度校核
=10P/F=76.9MPa≤100MPa
模架主要部件尺寸确定
⑴模架封闭高度：H=1487.5mm；
⑵上、下模底板高度：=297.5～371.9mm；
⑶上、下垫板高度：一般取60mm～120mm，垫板内一般要布置顶料杆；
⑷确定顶料杆型式、位置、行程和数量；
由设备顶料机构，根据锻件要求顶料的行程和位置，确定顶杆的结构形式、长度。
⑸工作台尺寸为2240mmX2990mm，将模架安装于工作台上相应位置。
导向装置
依据所学分析可采用导柱导套式的导向装置。
导柱导套的设计
经查表可知，对应的机械压力机导柱尺寸分别为：
，。
导套尺寸分别为：
。
导柱、导套平面图如下所示：

图21 导柱、导套尺寸外形
注：终锻模其他相关零件见附件。
3.3 切边模装配图设计
切边凸、凹模座设计
⑴凸模座的设计
一般有四种形式：燕尾轴头式、燕尾式、燕尾键块式、燕尾短销式。根据分析选用燕尾键块式来固定冲头。
⑵凹模座的设计
一般也有四种形式：斜楔固定凹模的矮模座、斜楔固定凹模的高底座、螺钉压块固定凹模的底座、螺钉固定的凹模底座。根据分析选用螺钉紧固的凹模底座。
卸飞边装置
当冲头和凹模之间由于间隙过小，切边时凸模进入凹模，导致切除后的飞边经常卡在冲头上不易去除，则需要卸料飞边装置。
经常使用的卸飞边装置的形式有：支撑管刚性卸飞边器、爪型刚性卸飞边器、弹性卸飞边器、偏心凹槽卸飞边器、橡胶弹性卸飞边器。根据分析选用爪型刚性卸飞边器。
切边模总装配图（详见图纸）

图22 汽车平衡轴终锻装配图
3.4 热校正模具装配图设计
模架各部分尺寸确定
由于热校正模及终锻模模膛大小差不多，唯一区别为终锻模膛带有飞边的型槽，而热校正模主要锻压切边后的热锻件不带有飞边槽，所以热校正模模架尺寸和主要零件尺寸与终锻模一致。
热校正模具总装配图（详见图纸）

图23 汽车前轴热校正模装配图

第四章 结论
本课题的主要内容是经过机械设计基础、冲压模设计、注塑模设计和压铸模设计的学习，总结经验，通过查阅各种锻模相关书籍，将锻压模设计尽可能的熟悉，再实践巩固所学知识，提高解决实际问题能力。本文通过对G312汽车前轴热模锻工艺的设计分析，取得了以下成果：
⑴ 在汽车前轴热模锻工艺设计过程中采用多道工步进行制坯，包括较先进的辊锻模的使用，尽管看似复杂，却避免了材料的浪费以及提高了材料的力学性能。
⑵ 对于生产工艺流程中各个模膛的设计进行较为完整的分析，以便之后的上、下模具设计。
⑶对模具、模架进行一定的参数分析和强度校核和选择适合的导向装置与顶料装置，以便确保锻压时使锻件符合设计要求和工艺稳定、安全进行。
⑷在模锻产生飞边后，经切边模切除飞边，一定会留下毛刺，而经过热校正处理，可以进一步将锻件整形，提高锻件质量，达到工艺参数要求。

参考文献
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[8]张海渠.模锻工艺与模具设计[M].北京：化学工业出版社，2021.

致 谢
此次汽车前轴热模锻的工艺设计是在尊敬的汪珺老师的细心指导下完成的，历经将近三个月半的时间完成的，在这论文即将结束的一刻，请允许我向辛勤指导和热心帮助我的汪珺老师致以衷心的感谢与崇高的敬意。
从课题的选择到确定，从课题的准备到课题的进行，从工艺的设计到论文的编写等等，指导最终完成，这都是在汪珺老师的悉心指导下，一步一个脚印去分析，去讨论而完成。在这次毕业设计的过程中，汪老师细心的指导、耐心的解答、渊博的理论知识与丰富的实践经验给我留下了深刻的印象，也从侧面体现出一个作为即将离开校园的应届毕业生在工作经验、知识和眼界等方面的不足，但与此同时也激励着我去更加努力的扩充自身学识，更加努力的完成任务，当遇到问题时，应向汪珺老师一样，认真分析，换位思考，坚定的去完成。
最后，感谢培养我们的学校、学院，为我们大学期间的学习以及毕业设计的最终完成提供了便利条件和良好环境。