XT-80型滑架的锻造工艺分析及模具设计

目 录引 言 - 1 -第 1 章 绪论 - 2 -1.1 引言 - 2 -1.2 锻造工艺的发展概况 - 2 -1.3 课题意义、研究内容及研究方案 - 3 -第 2 章 锻件工艺方案的确定 - 5 -2.1 模锻工步的选择 - 5 -2.2 锻锤吨位的确定 - 10 -2.3 坯料尺寸的确定 - 10 -第 3 章 锤用锻模模膛设计 - 12 -3.1 终锻模膛设计 - 12 -3.1.1 热锻件图的制定和绘制 - 12 -3.1.2 飞边槽的确定 - 12 -3.2 预锻模膛设计 - 13 -3.3 拔长模膛设计 - 14 -3.4 滚压模膛设计 - 16 -3.5 成形模膛设计 - 18 -3.6 各模膛模拟效果 - 19 -第 4 章 锤用锻模结构设计 - 21 -4.1 模膛布局 - 21 -4.2 钳口设计 - 24 -4.3 锁扣设计 - 25 -4.4 模膛壁厚的确定 - 25 -4.5 装模空间和锻模紧固 - 30 -结论与展望 - 34 -致 谢 - 36 -参考文献 - 37 -附 录 A - 38 -附 录 B - 56 -引 言滑架的主要作用是承受物件、吊具及链条的重量，在垂直弯曲段还要承受链条张力的合力，并能够保证链条按轨道的线路运行，滑架广泛应用于轻工、纺织、汽车、摩托车、家电、食品、橡胶及建材等行业。滑架传统的加工方法是采用铸造工艺。铸造方法虽然可以用于制造形状复杂的零件，但常用于制造力学性能要求不高的零件。在使用过程中由于滑架的力学性能较低，满足不了使用要求，迫切需要改进生产工艺。本文拟采用锻造方法实现滑架的批量生产。因为铸造组织经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。而且锻造滑架比铸造滑架要省时省人力，如果能锻造出满足强度要求的滑架，那大批量生产可带来很大的经济效益。本课题通过收集大量锻造工艺资料及阅读相关的文献，通过理论公式计算从模膛工步选择到确定毛坯尺寸，再到终锻、预锻模膛及相关制坯模膛设计，最后到锻模结构设计，所有数据确定都严格按照公式计算修整后得到，结合Deform 软件的模拟，不断对各模膛进行修改直至模拟得到满足要求的锻件为止。以 Deform 软件的模拟数据为参考预计结果是可以满足锻造工艺要求的。第 1 章 绪论1.1 引言在现代机械制造业中，模具工业已成为国名经济中一个非常重要的行业。许多新产品开发和生产在很大程度上依赖于模具的设计与制造技术。模具设计与制造能力的强弱与水平的高低，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一，它关系着产品质量和经济效益的提高，直接影响了国民经济中许多行业的发展。锻造工艺不仅能合理利用金属的塑性，省时节能地获得产品的形状，而且还能改变金属的内部组织，提高原始金属本身的承载能力，进而受到节材的效果。模锻工艺是在自由锻工艺基础上发展起来的一种先进工艺。它是将金属加热，使其具有较高的塑性，然后置于锻模模膛中，有锻造设备施加压力，是金属发生塑性变形并充填模膛，得到所需形状并符合技术要求的模锻件。在经济发达国家中，模锻件平均占锻件总质量的百分之七十以上，因此，模具在生产中所占比重，在某种意义上代表了这个国家经济发展水平，是工业发达程度的标志之一。1.2 锻造工艺的发展概况本课题是以锻造方法来实现滑架的成型，锻造生产与其他加工方法相比，具有以下特点：1） 锻造能改善金属的组织，提高金属的力学性能和物理性能。通过锻造能使铸造组织中的气孔及疏松压实，把粗大的晶粒击碎成细小的晶粒，并形成纤维组织。当纤维组织沿着零件轮廓合理地分布时，可以提高零件的塑性和冲击韧性。因而，锻制成的零件强度高，可承受更大的冲击力。在承受同样大小冲击力的情况下，锻制零件的尺寸可以减小，既节省金属，又使机器更加轻巧。2） 节约金属材料和切削加工工时。3） 具有较高的劳动生产率。以生产六角螺钉为例，用模锻成形，生产率可比切削加工提高约 50 倍；如采用多工位冷镦的效率更高。据统计，每模锻100 万 t 钢，可比切削加工减少 28 万名工人，少用 15000 台机床。4） 锻造有很大的灵活性。可以锻制形状很简单的锻件（如模块、齿轮坯等） ，也可锻制形状复杂、不需或只需少量切削加工的精密锻件（如曲轴、精锻齿轮等） ，这些锻件质量最小的不到 1kg，大的可达几百公斤甚至几百吨；即可单件小批生产，又可大批量生产。随着机械制造工业的巨大发展，锻造生产也随之得到迅速发展。在工艺方面，推广模锻工艺，采用了高效率、少无切削的特种锻造工艺，如精密模锻、辊锻和挤压等。掌握了合金钢和大型锻件的各种锻造技术，当今，我国的大锻件生产已具备了制造 600MW 火电全套大锻件、700MW 水电全套大锻件、6001000MW 核电大锻件、千吨级石化压力容器、大型高铬钢轧辊、7 万吨级远洋轮成套大锻件以及航天航空、军工用基础件，曲轴、模块、轴承等中型基础件的制造能力。国内可锻最大钢锭 260t，最大锻件 150t 等。在设备方面，已能成功制造 5kN 以下的自由锻锤、带数控装置的 150MN的自由锻造水压机、300MN 的模锻水压机、超长宽台面的 KT-12500 型楔式热模锻压力机、16kN 以下的蒸-空模锻锤、31.5 以下的摩擦压力机。加热设备方面，用无烟节煤炉代替了落后的煤炉，制造了高效薄壁旋转加热炉和敞焰无氧化加热炉。随着我国工业的进一步发展，煤气和燃油加热炉及电加热炉已广泛采用，感应电加热（中频、工频）已在先进的自动化锻压生产线中为首选地加热设备。综上所述，解放后我国的锻造行业已形成了具有自己特点的体系，为发展我国的中型机械工业和巩固国防奠定了有力的基础。1.3 课题意义、研究内容及研究方案（1） 本课题研究的主要内容：1） 熟悉滑架的结构特点及使用要求，对零件的锻造工艺性进行分析；2） 确定零件的锻造工艺，明确模具设计要点；3） 设计滑架的锻件图，在锻件图的基础上，最终设计出滑架的锻造模具结构（2） 课题研究方案1）工作重点：滑架的锻造工艺分析是模具设计的基础，所以前期的锻造工艺分析非常重要，后期模具设计既是重点也是难点。2）工作难点：用圆棒料直接锻造成型是很困难的, 需从锻模设计上充分考虑预锻型腔、终锻型腔的金属流动和原材料的预分配。在工艺上要考虑毛坯的形状尺寸、坯料在型腔的放置位置、锻造操作时打击力的轻重等。本课题预采用二次成型的锻造工艺方案, 先进行自由锻毛坯 ,后进行预锻、终锻成型。工艺过程为:下料加热自由锻毛坯预锻、终锻热切边调质处理吹砂。这就要确定毛坯尺寸、设计预锻型腔、终锻型腔、毛边槽、计算成型力及预测可能出现的问题与解决办法。3）研究途径：此次毕业设计的研究是采用 UGNX 软件对滑架进行型体建模造型设计；利用搜索引擎、中/外文数据库、模具设计手册搜集相关文献及数据资料加以辅助设计；在三维造型的基础上，对滑架进行工艺分析，确定滑架的锻件图及锻造工艺；基于锻造工艺方案，确定毛坯尺寸、设计预锻型腔、终锻型腔、计算成型力等，对滑架的锻造模具进行设计，确定合理的工艺参数，并绘制模具图及相应的零件图，使设计的模具更具有可行性和实用性，使滑架的制造更具有经济性。XT-80 型滑架是某输送机械上的关键零部件之一。滑架传统的加工方法是采用铸造工艺。铸造方法虽然可以用于制造形状复杂的零件，但常用于制造力学性能要求不高的零件。在使用过程中由于滑架的力学性能较低，满足不了使用要求，迫切需要改进生产工艺。本文拟采用锻造方法实现滑架的批量生产。因为铸造组织经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。锻造作为金属加工的主要方法和手段之一，在国民经济中占有举足轻重的地位，是装备制造业，特别是机械、汽车行业，以及军工、航空航天工业中不可或缺的主要加工工艺。随着经济结构调整的不断深化，特别是作为支柱产业的汽车制造业的大发展，为我国的锻造业营造了非常好的机会。近几年在设备制造技术和加工技术上都有了很大的进展，行业的竞争力得到提升，某些方面的技术水平已进入世界先进行列。所以用锻造方法加工滑架有其现实的意义。第 2 章 锻件工艺方案的确定2.1 模锻工步的选择根据锻造工艺设计的原则，凡机械加工容易实现的形状和尺寸，不强求用锻造法。所以其沿轴向三个孔选用机加工完成。本课题设计时由二维锻件图，经过 UG 的三维建模造型修改成无孔锻件（见图 2-1） ，锻造工艺中的难点是凸台和两侧边缘高筋部分的成形。同时沿轴线方向截面积不规则，凸台部分用料较多，折弯部分用料也较多，故其锻造过程中的体积分配也是一大难点。另外由于截面积不规则，金属在锻压时流动剧烈，高筋部分较高，凸台高度也较高，这些都不容易一次成形，且若能成形也对模具损伤很大。 图 2-1 滑架 UG 效果图根据以上分析，本次设计时制坯工步采用了拔长加滚压和成形工步。另外由于锻件两侧有高筋部分，且沿轴向弯曲度较大，为了顺利充型，需要设计预锻和终锻模膛。1） 计算毛坯 根据平面变形假设进行计算并经修正所得的具有圆形（或方形）截面的中间坯料叫计算毛坯或计算坯料，它的各个截面积等于沿锻件长度上各相应截面积加上飞边的截面积。即：（2-1）2jdfdfAA式中 任意一处计算毛坯的横截面积；jA相应处锻件的横截面积；d相应处飞边的横截面积；f相应处飞边槽的横截面积；fA充满系数，形状简单的锻件取 0.30.5，形状复杂的取 0.50.8，两端面一般取 1。一般充型过程中，飞边充满 50%的飞边槽，设计中都以此计算。在作计算毛坯图时，对于弯曲的锻件，计算毛坯的长度等于锻件展开后的长度。以计算毛坯的长度 为横坐标，以算得的 为纵坐标（见图 2-2） ，绘Lj Aj制光滑曲线，便得到锻件（或计算毛坯）的截面积及直径变化图（见表 2-1、图 2-3） ，根据 可以计算出计算毛坯上任一处的直径 （或边长 ） ，即Aj jdja（或 ） （2-2）1.3jjdjja图 2-2 轴线及面积测量示意图表 2-1 沿轴向的截面积及直径沿轴向长度 jL截面积 jA直径 jd1 1 162.9672 14.42542 6 186.5153 15.43253 15 226.3893 17.00224 27 168.6254 14.67375 34 158.5804 14.22996 42 226.3899 17.00237 58 233.2512 17.25808 73 331.8753 20.58579 90 265.9472 18.427910 100 226.1436 16.993011 105 210.4418 16.392512 110 209.2514 16.346013 115 229.4825 17.118014 120 235.6339 17.345915 125 231.9278 17.209016 130 226.5904 17.009817 140 215.9281 16.604818 150 300.0225 19.572919 160 501.7603 25.312020 162 507.2529 25.450221 168 421.9679 23.212322 170 288.2868 19.186323 173 175.0154 14.9492截 面 积01002003004005006000 50 100 150 200截 面 积直 径0.00005.000010.000015.000020.000025.000030.00000 50 100 150 200直 径图 2-3 锻件截面积及直径变化曲线图对于上述计算毛坯图，为了保证金属顺利地流动，在大小两个截面过渡处还应加大连接的圆弧。将 除以 便可得到计算毛坯的平均截面积 。jAjLmA（2-3）jdfmjVAL由 UG 测得 =58309.532 ， =174.7756mm，所以 =333.6251V总 3总 m。2m由 便可算出计算毛坯的平均直径 （或边长 ） 。Amdma=20.6399mm（或 ） （2-4）1.3mdAA在计算毛坯图上， 大于 之处叫做头部， 小于 处叫做杆部。按体积相j jm等修正计算毛坯图（图 2-4） ，修正后最大截面积和最大直径没有变化。图 2-4 计算毛坯图修正2） 工艺繁重系数计算 如果计算毛坯断面变化很大，而且杆部又很长，则制坯时由杆部排出的金属多，而且流动的距离也很长，亦即变形量大。变形量的大小，一般可用下面几个指标来衡量：（2-5）maxd25.401.369（2-6）jmLd7.8.720（2-7）mingK式中 金属流入头部的繁重系数；金属沿轴向流动的繁重系数；K杆部斜率；计算毛坯的最大直径；maxd计算毛坯的最小直径；in杆部与头部转接处的直径，又称为拐点处直径。g拐点处直径按照杆部体积守恒转化成锥体的大头直径，可根据下式计算Dd （2-8）2minin3.80.75.ggVddL式中 计算毛坯杆部体积；gV计算毛坯杆部长度。L经 UG 测得 =43083.9584 ，所以：g3m，24308.95.2.714.90.51492.8051gd m。.76K3） 制坯工步选择 图 2-5 是根据生产经验的总结而绘成的图表，可将计算得到的繁重系数（，K，G）代入图表中查对，从而得出制坯工步的初步方案。45#钢的密度为 7.85 ，则 G=0.3654kg。3gcm图 2-5 长轴类锻件制坯工步选用范围图中的文字含义如下：不不需制坯工步，可直接模锻成形；卡需卡压制坯；开需开式滚挤制坯；闭需闭式滚挤制坯；拔需拔长制坯；拔闭滚当 K 值大于 0.05 时，宜用拔长加上闭式滚挤制坯；拔开滚当 K 值在 0.020.05 之间，宜用拔长加上开式滚挤制坯；拔-卡当 K 值小于 0.02 时，可用拔长加上卡压制坯。由图 2.1-4 查对，可采用拔长加上闭式滚挤制坯工步。为在锻造时易于充满，应选用原坯料，模锻工艺为：拔长加闭式滚压预锻终锻。2.2 锻锤吨位的确定经验公式（2-9）(3.56)GKA式中 G锤落下部分重量（kg）A锻件和飞边（按仓部的 50%计算）在水平面上的投影面积（ ） ；2cmK材料系数。查中国模具工程大典 P155 表 2.2-21 取 K=1。由 Auto CAD 可得到1A=57.3902+150.7909/2=132.7857 。所以 G=6.31132.7857=864.5499kg，选2cm用 1t 双作用锤。2.3 坯料尺寸的确定确定模锻所需原坯料尺寸时，应根据锻件的形状和尺寸以及所采用的模锻方法，先计算出所需的金属体积，然后再计算出坯料的截面尺寸和下料长度。坯料截面积计算查中国模具工程大典 P157 表 2.2-23 可知拔长加滚压1工步的计算公式为：（2-10）()(.052)pbgtt mAKAVLKA式中 计算毛坯头部的体积； 计算毛坯头部的长度；K计算毛坯直径图tVt杆部的锥度； 滚压坯料截面积； 拔长坯料截面积。g b则 215237.04.560.71523.04.7561.23.543.97pA m.ppdm按标准规格选择原材料（圆料或方料） ，实际取 =26mm 便可计算出实际pd坯料的截面积 =529.4072 ，然后确定下料长度：pA2（2-11）pqVLlA式中 类钳料头长度，一般取 =（1.01.5）d，d 为坯料直径；ql ql坯料体积，由下式确定：pV =58309.53201.03=60058.8180 （2-12()(1pjfV3m）式中 锻件体积；j飞边加冲孔连皮的体积；f 火耗率，查中国模具工程大典 P157 取 为 3%。1所以： ，实际取 120mm。6058.13.45297pLm第 3 章 锤用锻模模膛设计3.1 终锻模膛设计3.1.1 热锻件图的制定和绘制1） 在热锻件图的全部尺寸上都应计入收缩率。其计算公式（3-1）(1%)RL式中 锻件热尺寸；RLL锻件冷尺寸；终锻温度下金属的收缩率为 1.2%1.5%，本文取 1.5%。经计算，绘制的热锻件图如图 3-1。图 3-1 滑架的热锻件图注：1.未注模锻斜度 72.未注圆角 R3 3.收缩率 1.5%3.1.2 飞边槽的确定1） 飞边槽的作用增加金属流出模膛阻力，迫使金属充满模膛。容纳多余的金属。锻造时飞边起缓冲作用，减弱上下模的打击，防止模具的压塌与开裂。2） 飞边槽尺寸的确定此次设计中采用飞边槽的型式如图 3-2，见图 3-2 飞边槽型式飞边槽最主要的尺寸是桥部高度 及宽度 b。 增大，阻力减小， 减小fhfhfh阻力增大。桥部宽度 b 增加时阻力增加。桥部高度可用下式确定：（3-2）0.15fA式中 A锻件在分模面上的投影面积（ ） 。2m经 Auto CAD 可得出锻件周边为 367.1373mm，其投影面积 A=5739.0247，所以 =1.14mm1mm。2mfh其它尺寸经查锻造工艺学 P132 表 4-15 确定为：h=3mm， =1mm，b=10mm， =28mm。飞边槽面积为 =88.3013 ，飞11R1bA飞 2m边体积为： =367.13730.588.3013=16209.3504 。V飞 3m通过 UG 绘制终锻模具效果图如下：图 3-3 终锻上模 图 3-4 终锻下模3.2 预锻模膛设计由于锻件形状复杂，需设置预锻模膛。预锻模膛的设计主要是使金属在终锻时不出现折叠，减少终锻模膛的磨损，改善终锻时充满情况。因此根据锻件的特性，我们要成形的预锻件基本类似于终锻件，做如下修改，加大圆角半径和拔模斜度，同时减小凹槽两侧的高度，另外减小凸台的高度，并相应的增大其半径。经过多次的设计模拟，我们最终确定了一个良好的预锻模具。预锻件的形状如图 3-6 所示。图 3-6 预锻件形状设置飞边槽来容纳多余金属。经 UG 测得，预锻件的周边长度为371.6249mm，投影面积为 5042.3619 。同终锻飞边槽的计算类似，再根据2m=1.0651mm1mm，则其飞边槽形状大小与终锻时一致，即0.15fhA=3mm， =1mm，b=10mm， =28mm。飞边槽面积为 =88.3013 ，飞R1bA飞 2m边体积为： =371.62490.588.3013=16407.4809 。V飞 3通过 UG 绘制预锻模具效果图如下：图 3-7 预锻上模 图 3 -8 预锻下模3.3 拔长模膛设计（1） 拔长模膛型式的选择1） 拔长模膛的作用拔长模膛是用来减少坯料某部分的横截面积，增大其长度，具有分配金属的作用。2）拔长模膛型式拔长模膛采用开式，因为其结构简单，制造方便，且应用最广，在模块上的排列为直排式，其模膛中心线与燕尾中心线平行。其优点是可控制拔长尺寸和避免坯料弯曲，该排列型式应用也较广。见图 3-10。图 3-10 开式拔长模膛（2） 模膛尺寸的确定模膛尺寸根据锻件杆部需要拔长部分的尺寸和坯料尺寸设计。其中主要是拔长坎德设计，拔长的高度 h、长度 l 和拔长模膛宽度 B 的确定。1） 拔长坎高度的确定（3-3）min(0.85)F式中 拔长后坯料的最小截面积，即锻件杆部面积与飞边面积之和minF。2由式中系数 0.80.85 的取值原则，拔长后用滚压时取大值，所以取为0.85。则 。0.851.40.739hm实际应用中，我们常将计算的 h 值有意减少 3%4%，然后，通过调试再将h 值修整成合适的数值，本次设计修整后取 h=10mm。2） 拔长坎长度 的确定l（3-4）plkd式中 拔长坎长度（mm） ；l原坯料直径（mm） ；pdk系数。k 值由 （被拔长部分坯料原始长度）和 决定。查中国模具工程大典pLpdP165 表 2.2-28，k 取为 1.5。所以， =1.526=39mm。1 l3） 圆弧 R 与 的确定1 （3-5）0.259.710mRl（3-6）14） 拔长模膛的宽度 B 值的确定一般情况， （3-7）.539pd因为计算毛坯为一头一杆式，所以设计中不需要拔长台。5） 值的确定 Lb（3-8）22853.14590pbtdLmBh3.4 滚压模膛设计（1） 滚压模膛型式选择1） 滚压模膛的作用滚压模膛是用来减小坯料某部分横截面积，增大另一部分的横截面积，以获得接近计算毛坯图的形状和尺寸。同时它还有滚光坯料表面和去除氧化皮的作用。2） 滚压模膛的型式在制坯工步选择时，已经确定为闭式滚挤，闭式滚挤模膛横截面为椭圆形，如图 3-12 所示，此种模膛滚压时，聚料效果好，但模膛制造较复杂，在这种模膛中滚压后，坯料表面较圆滑，终锻时不易折叠，故应用较广。图 3-12 闭式滚压模膛（2） 滚压模膛尺寸的确定模膛尺寸和形状主要根据计算毛坯图尺寸和坯料横截面尺寸来确定，模膛结构如图 3-13 所示。图 3-13 滚压模膛结构各部分尺寸的确定见中国模具工程大典 P166 表 2.2-29 可知：11） 模膛高度 h，且（3-9）hjkd（系数 k 取值：杆部 k=0.8，头部 k=1.15，拐点 k=1）见表 3-1、图 3-14 所示。表 3-1 模膛高度变化表沿轴向长度 h 值1 11.54036 12.346015 13.601827 11.739034 11.384042 13.601858 13.806473 16.468690 14.7423100 13.5944105 13.1140110 13.0768115 13.6944120 13.8767125 13.7672130 13.6078140 16.6048150 22.5088160 29.1088162 29.2677168 26.6941170 22.0642173 17.1915图 3-14 模膛高度变化示意图2） 模膛宽度 B， （3-10）min(1.46)1.25gpAdBh但 。所以 ，且max1.d30746.5239.3.79148.，本次设计 B 值取为 35mm。2407B3） 模膛长度 L，滑架为弯曲轴线的锻件，且弯曲时有拉伸且并不严重，模膛尺寸 L 介于锻件内侧 1/3 宽度处的连线张开长度(经 UG 测得长度为174.7724mm)与锻件水平投影的长度（经 Auto CAD 测得为 154.4mm）之间,本次设计取为 165mm。由于杆部直径变化不大，所以滚压模膛的杆部直径定为一定值，在杆部处 h 定为 20mm，头部高度定位 27mm。 4） 模膛钳口尺寸，=11.212mm， 公式 3-0.26pnd11=18mm， 公式 3-(1)m12= 8.69mm。 公式 3-130.6pRd5）毛刺槽尺寸，a=4mm，c=20mm ， =5mm， =4mm，b=20mm。34R上述符号说明： 坯料断面积； 模膛最小深度； 计算毛坯最大pAminhmaxd直径； 计算毛坯杆部平均断面积； 收缩率。gm 3.5 成形模膛设计（1） 模膛型式的确定1） 模膛作用 成形模膛的作用与弯曲模膛相近似，也是用来使毛坯获得符合终锻模膛在分模面上的形状。2） 模膛型式 成形模膛一般为开式模膛，由于锻件在分模面上形状不对称所以本次成形模膛型式选择不对称式。（2） 成形模膛尺寸确定成形模膛的形状是根据终锻模膛在分模面上的外形(水平投影)，用作图法制出。1）模膛高度 h 为了成形后的毛坯能自由地放入预锻模膛，并以镦粗的方式成型，成形模膛高度 h 应小于热锻件在分模面上的外形尺寸。按下式确定： 在头部 公式 3-14=b12dm 在杆部 公式 3-1535 模膛杆部处 为了便于金属的流动，作成 的斜度。式中 锻件平面上相应处尺寸。bd 模膛最小高度 公式 3-16min529.4078.14.8pAhm 模膛宽度 B ， 公式 3-in.1365.07p17修整为 65mm。 钳口尺寸和尾部小槽尺寸和滚压模膛相同3.6 各模膛模拟效果通过上述各模膛的数据确定，利用 UG 软件建模模块绘制相应的模膛，再用 Deform 软件进行热锻模拟，各模拟效果图 3-13 所示。模拟结果说明什么问题。 。 。 。 。第 4 章 锤用锻模结构设计4.1 模膛布局模膛的合理布置是多模膛锻模设计中一个十分重要的问题，模膛布置合理与否关系着锻件质量的好坏，锻模寿命的高低，生产效率与工人操作的难易。在模膛布排中最重要的是终端模膛和预锻模膛的布置。因此设计时要首先布置好终锻和预锻两模膛的位置，然后再根据它们的位置，模锻工艺程序与模膛数量布置其余模膛。（1） 终锻模膛与预锻模膛布置应考虑的原则1） 模膛中心与锻模中心 锻模中心 锻模中心即锻模燕尾中心线与键槽中心线的交点，它位于锤杆轴心线上，是锻锤打击力的作用中心。如图 4-1 所示。图 4-1 锻模中心与模膛中心 模膛中心的确定 模膛中心即为模膛（包括飞边桥部）在分模面的水平投影的面积重心，它是锻造时模膛中金属变形阻力的合力作用点，可依据锻件在分模面上的面积重心确定，视模膛中金属变形力分布均匀与否有所不同。本次设计的滑架锻件变形在头部变形阻力较大，模膛中心则由面积重心向变形阻力较大的一边移动距离 s，见图 4-2。s 值大小应根据模膛各部分变形阻力相差程度大小，凭经验来确定，一般情况，锤吨位为 1 吨时 s15mm。求模膛中心有图解、计算等多种方法，实际中常用的有样板法，计算机辅助计算法两种，由于样板法对于本次设计不实际，计算机辅助法也有点困难，本次设计中心计算方法用了冲压设计中的压力中心计算方法，计算求得重心在轴线水平投影的 54mm 处。图 4-2 模膛中心的确定2）确定终锻模膛位置的一般原则 对于带落差的锻件，锻件斜面上的模锻变形抗力有相当大的水平分力 F，如图 4-3 分力 F 将使模具产生位移，使平衡锁扣产生剧烈磨损，严重时甚至将锁扣打裂，为了抵消分力 F 的影响，需将模膛中心特意偏离锻模中心利用这个偏离产生的偏心力矩来消除或减少水平分力的作用。模膛中心偏移的方向如图 4-4 所示。即：模膛中心应朝着下模斜面升高的方向偏移，偏移的距离 s 可按下式计算：=0.331.5=9.45mm9mm 公式 4-1(0.24)Sh式中 h斜面的高度图 4-3 偏心力矩引起偏移 图 4-4 用模膛中心偏移抵消斜面的影响当锻件斜面部分面积较大时，或对锻件错差要求严时，取式中较大的系数。（2） 终锻模膛与预锻模膛的布置原则 当顶锻模膛和终锻模膛同时存在时，二个模膛的布置要兼顾，一是在模壁强度允许的条件下二个模膛尽量靠近；二是终锻模膛要比预锻模膛更加靠近模锻中心。终锻模膛中心至锻模中心的距离一般是预、终锻模膛间距的 1/3，而预锻模膛中心锻模中心的距离则是预、终锻模膛中心间距的 2/3。如图 4-5 所示。终锻模膛与预锻模膛在模块平面上布置方式采用同向排列如图 4-6。采用这种排列可使锻模前后方向的错差比较好控制，操作方便，是最常用的布置方法。 图 4-5 终锻与预锻模膛的布置 图 4-6 同向排列（2） 关于模膛的预错 由于预锻模膛受力比终锻模膛小，而且必须更严格地控制终锻的错移，所以一般预锻模膛比终锻模膛更为偏离锻模中心。预锻产生的错移较大，可能导致终锻时产生折迭和充不满。为此可在预锻模膛上作出预先的方向错移量一般为 14mm，根据经验确定。如图 4-7 所示。图 4-7 预锻模膛的预错（2） 制坯模膛的布置原则模膛的位置应与加热炉、切边压床的位置相适应，第一个制坯模膛应靠近加热炉一侧，使得操作方便，特别是两个工人同时操作时。模膛应尽可能按工步顺序排列，以减少坯料往返移动的次数，减轻操作者的劳动强度。在左侧拔长时，采用斜式拔长模膛以使操作方便。（2） 模膛的布置方案模膛布置的主要方案如图 4-8 所示，本次设计采取第八种布置方式。图 4-8 模膛布置方案4.2 钳口设计（1） 钳口作用与型式1） 钳口作用 终锻和预锻模膛都必须设有钳口，它位于模膛前方，钳口可分夹钳口与钳口颈两部分，它的用途为： 夹钳口在模锻时是作为放置棒料及夹钳用的； 钳口颈是用于加强夹钳料头与锻件之间的连接，便于锻件起模； 齿轮类锻件在模锻时无夹钳聊头，则钳口作为锻件起模之用； 在锻模制造时，钳口作为浇注模膛检验件（金属盐或铅）的浇口之用。2）钳口型式 本次设计采用常用的钳口型式如图 4-9 所示。图 4-9 常用的钳口型式（2） 钳口尺寸的确定1） 夹钳口尺寸的确定（如图 4-9） 夹钳口尺寸主要依据夹钳头的直径而定。应保证夹料钳子能被自由地操作。在调头锻造时应能放置下锻件相邻端部。 夹钳口宽度 B，高度 h 与圆角 可按中国模具工程大典 P177 表 2.2-0R135 查用。可定 B=60mm，h=25mm， =10mm。 夹钳口长度 可按模膛布排而定。1l（2） 钳口颈尺寸的确定 图 4-9 钳口颈尺寸根据锻件重量确定。 钳口颈高度 a，宽度 b 锻件重量为 0.3654kg 按中国模具工程大典P177 表 2.2-36 确定 b=8mm，a=1.5mm 。1 钳口颈长度 l 0.5ls式中 模壁最小厚度（mm）0s4.3 锁扣设计（1） 锁扣的作用 平衡错移力 锁扣的主要作用是平衡错移力，在锤击时上下模之间经常产生水平错移力，如锻造带落差的锻件时，由于分模面不再同一平面上，将产生错移力；由于模膛中心对锻模中心有偏移，将产生偏移力矩；由于锤头与下砧座水平面间不平行将产生错移力；又如毛坯放入终锻模膛偏向一边较大时，也会产生错移力。在锻造时由于这些错移力与错移力矩造成上下模之间相对错移，从而使锻件产生错差。因此在锻模上采用锁扣，可以平衡错移力，消除锻模错移，减少锻件错差。 起导向作用 在设备精度低的情况下，如锤头与导轨间隙过大或因设备陈旧无法达到工艺要求的间隙等，锻模锁扣将起导向作用以补充设备精度不足。 便于上下模块的调整，提高生产率。（2） 锁扣型式 由于锻件具有 31.5mm 的落差，故采用平衡开式锁扣见图 4-10。图 4-10 平衡块式（3） 锁扣的尺寸确定 按中国模具工程大典 P182 表 2.2-39 确定，1锁扣高度 h=32mm，锁扣壁厚 ，取 b=50mm，锁扣斜度 =3，锁b1.5h=48m扣间隙 =0.2mm。4.4 模膛壁厚的确定（1） 终锻与预锻模膛的最小壁厚1） 模膛的最小外壁厚度 （如图 4-11） ，按下式确定0S公式 4-20Kh式中 K系数，其值按表 4-1 确定。图 4-11 模膛壁厚表 4-1 K 值模膛深度h/mm20 2030 3040 4055 5570 7090 90120系数 K 2 1.7 1.5 1.3 1.2 1.1 1.0当模膛靠外壁处有不同深度 ， 时，则应分别计算出最小壁厚 ，如图h 0S4-12。图 4-12 模膛最小壁厚由于终锻与预锻模膛下模头部靠外壁处有不同深度，如图 4-13 所示。属于模膛较深的情况，应用图 4-12（b）图计算 。0S图 4-13 模膛效果图终锻： 0S1.534m终预锻： 29预3）模膛间距 （如图 4-14）按下式计算: 1公式 4-31SKh 图 4-14 模膛壁厚式中 系数，其值按表 4-2 确定。1K表 4-2 值1K模膛深度h/mm30 3040 4070 70100 100150系数 1K1.5 1.3 1.1 1.0 0.8预锻与终锻模膛的模膛最大深度出现在上模，且 h27mm，所以，小于预锻与终锻模膛的最小壁厚，所以将 修正为1S.5274m 1S55mm。（2）制坯模膛的最小壁厚制坯模膛之间的最小壁厚，一般取 ， 。如图 4-153S=105m4=0所示。图 4-15 制坯模膛最小壁厚1） 锻模中心与模块中心的偏移量 s 应在 的范围内（见图 4-16） 。c/d1.4图 4-16 模块中心2） 模块长度 模块长度超出锤头外时，其超出长度应限制为 （见图 4-3Hf17） 。图 4-17 模块长度3） 锻模宽度 锻模的最大宽度 一般应保证边缘至锻锤导轨的间隙不小于maxB20mm，若模块面积较大不能满足时，则模块侧面应加工刨平，并保证间隙不小于 10mm。锻模最小宽度 必须大于燕尾宽度 ， （见in0Bmin34b图 4-18） 。公式 4-3032Bb公式 4-44m图 4-18 锻模宽度4） 锻模高度 锻模高度按模膛最大深度确定，且要保证上下模块的最小闭合高度大于锻锤允许的最小闭合高度 （见图 4-19） 。模块高度过大，会使锻minH锤打击能量不足，故模块最大高度需限制。按吨位由中国模具工程大典表 2.2-46 可确定锻锤吨位为一时，模块最小高度 =170mm，最大高度1 min=240mm。maxH图 4-19 锻锤最小闭合高度5）上模最大重量 上模最大重量不得超过锻锤吨位的 35%，即上模最大重量=350kg。max6） 模块纤维方向 纤维方向应与打击方向垂直。对于长轴类锻件，纤维方向应与锻件轴线一致。7） 检验角 检验角的作用 检验角在锻模设计与制造时，是各模膛和燕尾尺寸的基准面；在生产中是模具调整的依据。检验角的二个平面互相垂直，一般是做在模块前面与左面或右面，应根据模膛布排的情况而定。以模块铣开部分较少的一面为宜。 检验角的尺寸（见图 4-20）图 4-20 模块高度与检验角a） 宽度 b b=5mmb） 高度 h h 可按设备吨位选取，设备吨位 t2t,h 取 50mm。8） 模块规格 设计时可参考 GB/T 118801989（见中国模具工程大典P67 表 1.2-62、图 4-21） 。模块长度尺寸 L 由用户自行规定。1图 4-21 模块尺寸图 根据各模膛宽度及模壁的最小壁厚要求定模块尺寸为：750425300（BHL ） 。4.5 装模空间和锻模紧固（1） 安模空间、燕尾与键槽锻锤的安模空间见图 4-22，安装空间尺寸见中国模具工程大典 P1871表 2.2-49 知锻锤吨位为 1t 时，数值选定见表 4-3。图 4-22 安模空间尺寸表 4-3 蒸汽模锻锤安装空间尺寸maxGinHmax1BlL 0.25b0.25a.h10.5f0.1fC350 320 1200 500 450 700 100 140 50 84 80 143注：1. 上模最大重量，超过表列重量不推荐。max2. 在上下模总高度为 时的最大锤头行程。HminH锻模结构见图 4-23，燕尾与键槽的尺寸见中国模具工程大典 P187 表12.2-50，确定 b=200mm， h=50.5mm， 。150b图 4-23 锻模结构锻模两侧要刨去 5mm，刨削高度上下模均为 50100mm（见图 4-23 中的 ）1h，两个刨削面相互垂直构成检验角。（2） 楔块、键块和垫片紧固锻模用的上下锤楔尺寸（见图 4-24， 中国模具工程大典 P188 表12.2-51） ，键块尺寸（图 4-25中国模具工程大典 P188 表 2.2-52）和垫片尺1寸（图 4-26 与 中国模具工程大典 P188 表 2.2-53） 。1图 4-24 上模楔铁和下模楔铁 图 4-25 定位键图 4-26 垫片查各表确定尺寸：楔铁尺寸：h=50mm ，上楔铁 b=40.8mm， =580，下楔铁lb=40.7mm， l=80