毕业设计（论文）-连杆锻模设计及数控加工.doc

第1章 绪论1.1模具和模具工业在现代化工业产品中，60%一90%的工业产品需要使用模具加工，模具工业己成为工业发展的基础，许多新产品的开发和生产在很大程度上都依赖于模具生产，特别是汽车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。而作为制造业基础的机械行业，据国际生产技术协会预测，21世纪机械制造工业的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都依靠模具完成。因此，模具工业已成为国民经济的重要基础。模具工业发展的关键是模具技术的进步，模具技术又涉及到多学科的交叉。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。世界上许多国家，特别是一些工业发达国家都十分重视模具技术的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，己取得了显著的经济效益。纵观世界经济的发展，模具工业在经济繁荣和经济萧条时代都不可或缺。经济发展较快时，产品畅销，自然要求模具能跟上;而经济发展滞缓时期，产品不畅销，企业必然想方设法开发新产品，因此，国内外行家都称现代模具工业是不衰的工业。如今，模具工业在国民经济发展过程中己发挥着越来越重要的作用，其发展历程从技术角度来看，大致可分为5个阶段:手工操作阶段、手工操作机械化阶段、数字控制阶段、计算机阶段和cadc/ae/cam信息网络技术一体化阶段。cad/cam技术是随着信息技术的发展应运而生的，模具行业则是最早采用cad/cam技术的行业。模具cad/cam技术是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工种。它以计算机软件的形式，为用户提供一种有效的辅助工具，使工种技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。1.2我国模具的现状和发展趋势 我国的模具工业发展较快，模具制造的水平也在逐步提高，但和工业发达国家相比，仍存在较大差距，主要表现在模具品种较少、精度差、寿命短、生产周期长、经济效应差、力量分散、管理水平低等方面。由于模具制造技术的相对落后，造成了模具供不应求的状况，远不能适应国民经济发展的需要，严重影响工业国内制造水平的限制，不得不依赖进口。我国模具工业要想在短时间内赶上世界工业发达国家的水平，还要付出许多艰苦的努力。根据我国模具技术的发展现状及存在的问题，模具制造技术今后应朝着以下几个方面发展。1）模具制造技术向生产精密、高效、长寿命模具方向发展，以满足模具市场的需要。2）加速模具标准化和商品化进程，以提高模具质量，缩短模具制造周期。3）大力开发和推广模具cad/cam技术，以提高模具制造过程的自动化程度。4）积极开发模具制造的新工艺、新技术、新材料，以满足用户对模具的不同需求。5）发展模具专业化生产，以提高模具制造的反应灵活性并提高质量和效率。1.3数控技术在模具加工中的应用模具零件制造属于单件小批量生产方式，型腔、型芯的形状往往比较复杂，难以在短时间内自动完成，制造质量也不易保证。在数控技术出现之前，除了用于大批量生产的专门生产线具有较高的自动化程度外，各种零件的制造基本上由手工操作完成。此时零件一般由直线、圆弧等简单的几何元素构成。数控技术的产生和发展，为复杂曲线、曲面模具零件的单件加工提供了极为有效地手段。锻模cadc/am技术的优越性 (1)cad/cam技术可以提高模具设计和制造水平，从而提高模具质量。因为借助软件系统不仅可以充分利用数据库资源，而且实现人机交互，有利于发挥人机各自的特长，使模具设计和制造工艺更加合理。更为重要的是，采用cadc/am技术极大地提高了加工能力，很好地解决了传统方法难以加工或根本无法加工的复杂模具型腔的加工难题。(2)cad/cam技术可以节省时间，提高效率。借助计算机，能使设计算和图样绘制成为自动化，从而大大缩短设计时间。cad与cam一体化，减少了中间环节的过渡时间，显著缩短从设计到制造的周期。产周期的缩短有利于产品的更新换代。(3)cad/cam技术可以较大幅度地降低成本。计算机的高速运算和自动绘图大大节省了劳动力。采用优化设计后，也大大节省了原材料。用cam可减少模具的加工和调试工时，使制造成本降低。(4)cad/cam技术将技术人员从繁冗的计算、绘图和nc编程中解出来，使其可以从事更多的创造性劳动。模具cad/cam的优越性不局限于以上几点，还可列举好多，但是可以肯定的是这一高智力、知识密集、更新速度快、高效益的新技术最将取代传统的模具设计与制造技术。第2章 零件的分析2.1连杆功能和结构特点连杆是汽车发动机中的主要部件之一，其小头经活塞销与活塞连接，大头与曲轴连杆轴颈连接。燃烧室中受压缩的油气混合气体经点火燃烧后急剧膨胀，以很大的压力压向活塞顶面，连杆则将活塞所受的力传给曲轴，推动曲轴旋转。连杆部件一般是由连杆体、连杆盖和螺栓、螺母等所组成，如图2.1所示。在发动机工作过程中，连杆要承受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。为了减少磨损和便于维修，在连杆小头孔中压入青铜衬套，大头孔内衬有具有钢质基底的耐磨巴氏合金轴瓦。为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头两端面设置了去不平衡质量的凸块，以便在称质量后切除不平衡质量。连杆大、小头两端面对称分布在连杆中截面的两侧。考虑到装夹、安装、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等（基本尺寸相同）。在连杆小头的顶端设有油孔（或油槽），发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头铜衬套与活塞销之间的摆动运动副。2.2分析零件图 连杆上需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其两端面，杆体与杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。仔细阅读连杆的零件图和相关资料得出连杆总成的主要技术要求如下： 1.为了使连杆大、小头运动副之间配合良好，大头孔的尺寸公差等级取为it6，表面粗糙度ra应不大于1.0m；小头孔的尺寸公差等级取为it7，表面粗糙度ra应不大于2.0，对它们的圆柱度也相应地规定了严格的要求。2.大、小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，进而影响发动机的效率，故两孔中心距的尺寸公差等级应不低于it9(0.115mm)。大、小头孔中心线在两个相互垂直的方向上的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，致使汽缸磨损不均匀，缩短发动机的寿命，同时也使曲轴的连杆轴颈磨损加剧。3.连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大，将加剧连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两端面之间的磨损，甚至引起烧伤，一般规定垂直度公差等级应不低于9级（0.062mm）。4.连杆大小头两端面间距离的基本尺寸相同，但是其技术要求是不同的。大头两端面间尺寸公差等级为it9，表面粗糙度ra部大于3.2m；小头两端面间的尺寸公差等级为it12，表面粗糙度ra不大于6.3m。这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座內档之间没有配合要求。连杆大头两端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。5.为了保证发动机运转平稳，对连杆小头（约占连杆全长2/3）质量差和小头（约占连杆全长1/3）质量差分别给以严格的规定。图2.1 连杆实体图第3章 模锻及锤用锻模的了解3.1模锻工艺概述模锻工艺是金属毛坯在外力作用下发生变形充满模膛，获得所需形状、尺寸并具有一定机械性能的模锻件的锻造生产工艺。根据模锻时锻件是否形成横向飞边，模锻工艺可分为两种：1）有飞边模锻 即开式模锻，如图3.1a所示。分模面与模具运动方向垂直，在模锻过程中分模面之间的距离逐渐减小，沿分模面形成横向飞边，依靠飞边的阻力使金属充满模膛。其特点是锻件周围沿分模面形成横向飞边。2）无飞边模锻 即闭式模锻，如图3.1b所示。分模面与模具运动方向平行，在模锻过程中分模面之间的间隙保持不变，不形成飞边。如果毛坯体积过多，则在模膛充满后出现少量的纵向毛刺。图3.1 a)开式模锻 图3.1 b)闭式模锻根据金属毛坯的温度不同，模锻工艺可以分为三种：1）热模锻 将金属毛坯加热至再结晶温度以上时进行模锻。2）温模锻 将金属毛坯加热至金属再结晶温度以下某个适当的温度范围内进行模锻。3）冷漠段 在室温中对金属毛坯进行模锻。3.2锻模概述锻压加工是机械制造工业的一个重要加工方式，它的加工特点是坯料经过加热，在锤锻或压力机等锻压设备及模具的动力作用下，坯料内部的应力状态达到一定的条件后，引起形状改变为最终形状的锻件。由于锻件的内部组织与机械性能较好，因此一般承载力件多选用锻压方法进行生产。而锻模是金属在热态和冷态下进行体积成形（锻压）时所用模具的统称。根据不同的情况，锻模的分类也有多种：1）按锻造设备不同，锻模可以分为锤用锻模、螺旋压力机用锻模、热模锻压力机用锻模、平锻机用锻模、水压机用锻模、辊锻机用锻模、高速锤用锻模、摆輾机用锻模等等，这种分类方法主要考虑了各种锻压设备的工作特点、结构特点和工艺特点，因此决定了锻模的结构和使用条件有所不同。2）按工艺用途不同，锻模可以分为锻造模具、挤压模具、辊锻模具、冷镦模具、校正模具、压印模具、精整模具、精锻模具、切边模具、冲孔模具等等。这种方法主要考虑不同变形工序的规律，因此各类锻模的模膛设计和模锻结构也有所不同。3）其它的分类方法，如按锻模的结构不同分为整体模和组合镶块锻模;按终锻模膛结构不同可分为开式锻模和闭式锻模；按分模面的数量不同分为单个分模面锻模和多向分模面锻模等。目前由于国内连杆生产企业在规模和技术先进程度存在着差异，因此连杆生产所采用的锻造工艺也就有所不同。锤用锻模主要用于锻件的大量生产，是锻造生产中最基本的锻造方法。由于模锻锤具有通用性较强，生产效率高等优点，因此锤用锻模也是锻造生产中应用最广的锻造方法之一。本课题也是就锤用锻模作为研究对象，来设计连杆的锤用锻模。3.3 锤用锻模介绍锤用锻模主要用于锻件的大量生产，是锻造生产中最基本的锻造方法。由于模锻锤具有通用性较强，生产效率高优点，因此锤用锻模也是锻造生产中应用最广的锻造方法之一。3.3.1 锤上锻模的特点模锻锤与锻压机等相比较主要有下列工作特点：1）靠冲压力使金属变形，锤头在行程的最后的、速度约为7-9m/s;2）受力系统不是封闭的，冲击力通过下帖传给基础；3）单位时间内的打击次数多（1-10t模锻锤为100-400次/min）；4)锤头的行程不固定；5）承受偏载的能力和导向精度较差；6）无顶出装置。根据模锻锤的工作特点，其模锻工艺和模具设计具有下列特点： 1）金属在各模膛中的变形是在锤头的多次打击下逐步完成的，锤头的打击速度虽然较快，但是在打击中每一次的变形量较小；2）由于靠冲击力使金属变形，可以利用金属的流动惯性，有利于金属充满模膛。锻件上难充满的部分应尽量放在上模；3）在锤上可实现多种模锻工步，特别是对长轴类锻件进行滚压、拔长等制坯工步非常方便。4)由于模锻锤的导向精度不太高，工作时的冲击性质和锤头行程不固定等，因此，模锻件的尺寸精度不太高；5）由于无顶出装置，锻模起模较困难，模锻斜度应适当大些；6）由于靠冲击力使金属变形，模具一般用用整体结构；7）由于靠冲击力使金属变形和锤头行程速度快，通常采用锁扣装置导向，较少采用导柱导套。模锻锤工作时振动、噪音大，劳动条件差，对车间设备和厂房带来有害的影响；另外，模锻锤需要较重的砧座（约为落下部分质量的25倍），尤其对大吨位的模锻锤，制造、运输和安装都很困难。因此，近几十年来，16t以上的模锻锤逐渐地被其他锻压设备所代替。3.3.2 锤上锻模的工艺路线为了得到合格的锻件所进行的全套工艺，一般情况下包括下列工序：1）下料 将原材料切割成所需尺寸的坯料；2）加热 为了提高金属的塑性、降低变形抗力，便于模锻成形；3）模锻 得到锻件的形状和尺寸；4）切边或冲孔 切去飞边或者冲孔连皮；5）热校正或热精压 使锻件形状和尺寸准确；6）在砂轮上磨毛刺 （切边所剩的毛刺）；7）热处理 保证合适的硬度和合格的机械性能，常用的方法是正火和调质；8）清除氧化皮 得到表面光洁的锻件。常用的方法有喷砂、喷丸、滚筒抛光、酸洗；9）冷校正或冷精压 进一步提高锻件的精度，减小表面粗糙度；10）检验锻件质量。第4章 连杆锻模的设计4.1 锻件图的设计锻件图是根据零件产品图制定的，它全面地反应锻件的情况。在锻件图中要规定：锻件公差和机械加工余量；锻件的材质及热处理要求；锻件的清理方式及其他技术条件内容。锻件图是编制锻造工艺卡片、设计模和量具以及最后检验锻件的依据，也是机械加工部门验收锻件，制定切削加工工艺，设计加工夹具（用毛坯面定位时）依据，所以锻件图是最重要的基本工艺文件之一。设计锻件图时必须综合考虑锻件的生产批量，设备工艺条件等各种因素。锻件图的设计还必须与机械加工工艺人员协商并认可。4.1.1 确定分模位置 分模面选择的基本要求是能保证锻件从模膛中取出来，因此锻件的侧面不能有凹的形状。此外，还要考虑以下因素： 1）保证锻件容易脱模，一般应以最大投影面作为分模面 ，见图4.1a ；2）易于检查上下模膛的相对错移，见图4.1b;3）分模线尽可能选直线，使锻模加工简单，见图4.1c;但是对头部尺寸较大，且上下不对称的锻件，则易取折线分模，以保证成形充满，见图4.1d;4)对圆饼类锻件，当hd时，宜取径向分模，而不取轴向分模，见图4.2e;5)应保证锻件有合理的金属流线分布，见图4.1f；6）尽量在高度的一半处分模，使锻件机械加工余量最小，有利于节约材料；7）要使模膛的宽带大而深度小，这样金属容易充满模膛，锻件容易出模。图4.1不正确与正确的分模面综上分析，再结合连杆自身的特点，分模面选择在其上下对称位置，见图4.2为其示意图。图4.2 分模面位置4.1.2 机械加工余量的确定 机械加工余量的确定于锻件形状的复杂程度、成品零件的精度要求、锻件的材质、模锻设备、工艺条件、热处理的变形量、矫正的难易程度、机械加工的工序设计等许多因素有关，不能笼统地说多大的余量最合适。机械加工余量也并不是越小越好，为了将锻件的脱碳层（约0.5mm）和表面的细小裂纹去掉，留有一定的加工余量是必要的。gb/t 12362-1990规定的机械加工余量，根据估算锻件质量、加工精度及锻件复杂系数查表得到。（1）锻件质量 估算连杆锻件的质量约为1.5kg,连杆材料为40钢。（2）材质系数 锻件的材质系数分为两类，即分为和两级。是钢的最高含碳量小于0.65%的碳钢或合金元素最高总含量小于3.0%的合金钢。是钢的最高含碳量大于或等于0.65%的碳钢或者合金元素最高总含量大于或等于3.0%的合金。详见表4-1。表4-1 锻件材质系数级别钢的最高含碳量合金钢的合金元素最高含量0.65%0.63-1.00较复杂0.16-0.32一般0.32-0.63复杂0.16有零件图中连杆的表面粗糙度可知连杆需要磨削加工，即加工精度为f2，有3表24.2-2，根据锻件质量、材质系数、锻件形状复杂系数和相应部位的尺寸查表得：在厚度方向的单边加工余量为1.7-2.2mm;在水平方向的单边加工余量为 1.7-2.2mm。 故统一取2.0mm。连杆小头的孔不不锻造出来，大头内孔的机械加工余量参考4.3表表4.3 锻件内孔的单面机械加工余量（摘自gb/t 12362-1990） （mm）孔径孔深大于到大于063100140200至63100140200280-252.5-25402.02.6-40632.02.63.0-631002.53.03.04.0-1001602.63.03.44.04.61602503.03.03.44.04.6由连杆大头的尺寸确定单边机械加工余量为2.5mm。4.1.3 模锻件的公差的确定模锻件公差代表模锻件要求达到的精度。就尺寸公差而言，是锻件公称尺寸所允许的增大值叫做正偏差；对公称尺寸所允许的减小值叫做负偏差。锻件公称尺寸，公差和余量之间的关系如图4.3所示。图4.3 锻件的公称尺寸、公差和余量 （1）长度、宽度和高度尺寸公差 指在分模线一侧同一块模具上沿长度l、宽度b、高度h方向上的尺寸公差，此类公差根据锻件的基本尺寸、质量、形状复杂系数及材质系数查7表15-18 查得为： 长度极限偏差为 宽度极限偏差为 高度极限偏差为 在大量生产的条件下，连杆锻件在机械加工时用大小头端面定位，要求大小头端面在同一平面上的精度较高，100mm内为0.6mm，而模锻后的高度公差较大，达不到上述要求，故锻件在热处理、清理后增加一道压印（平面冷精压）工序。锻件经压印后，机械加工余量可大大减小，取0.75mm，压印后的锻件高度公差取0.2mm。连杆锻件压印后，大小头高度尺寸为（38.5+20.75）mm=40mm,单边压印余量取0.25mm,同时模锻后大小头部的高度尺寸为（40+）mm=40.5mm。 由于压印需要余量，如锻件高度偏差为负值时（-0.6），则实际单边压印余量仅为0.15mm，为保证适当的压印余量，锻件高度极限偏差调整为，由于压印后锻件水平方向的尺寸稍有增加，故在水平方向的余量可以适当减小，把加上余量为103mm的宽度改为109mm等。（2）厚度尺寸公差 指跨越分模线的厚度尺寸的公差。锻件所有厚度尺寸去同一公差，其数值根据锻件最大厚度尺寸查7表15-20 查得为：厚度尺寸公差为。由于连杆锻件的分模线是一直线，比较厚度和高度的尺寸公差发现公差带值相等，只是上下偏差分布有0.1mm的差入。故厚度的和高度的统一起来与高度尺寸公差一样。（3）错位公差和残留飞边公差 错位是锻件在分模线上、下两部分对应点所偏移的距离（图4.4），数值为或其中为平行于分模线最大、最小投影长度，为平行于分模线最大、最小投影宽度。图4.4 模锻件的错差查7表15-18 由质量约为1.5kg和分模线对称得：连杆锻件的错位公差为0.6mm。连杆锻件的横向残留飞边公差为0.7mm。（4）允许的表面缺陷深度 对于加工表面，最大深度不超过余量的一半；对于非加工表面，其最大深度不超过最大厚度公差的三分之一。故取锻件的允许表面缺陷深度为0.5mm。4.1.4 模锻斜度的确定 为了便于将成形后的锻件从模膛中取出，在锻件上与分模面相互垂直的平面上必要加上一定斜度的余料，这个斜度就是模锻斜度。锻件外壁的斜度成为外模锻斜度如图4-4，锻件内壁的斜度称为内模锻斜度，如图4.5。锻件成形后，随着温度的下降，外膜锻斜度上的金属由于收缩而有助于锻件出模，内模锻斜度的金属由于收缩反而将 图4.5 锻件的内外模斜度和圆角模膛的突起部分夹得更紧。所以同一锻件上内模锻斜度比外模锻斜度大。很明显，加上模锻斜度后会增加金属耗材和机加工工时。因此应尽量选用较小的锻模斜度，同时要注意充分利用锻件的固有斜度。模锻斜度与模膛内壁斜度相对应。模膛内壁斜度系用指状标准铣刀加工而成，所以模锻斜度应该选用，,，标准度数，以便与铣刀规格一致。为了减少铣削加工的换刀次数，可选用内外模锻斜度为同一数值。同时和零件图的模锻斜度保持一致，故选模锻斜度为。4.1.5 圆角半径的确定锻件上凸起和凹下的部分均应带有圆角，不允许出现锐角。如图4-4所示。凸圆角的作用是避免锻模在热处理时和模锻过程中因为应力集中导致开裂，也使金属易于充满相应的部位。凹圆角的作用是使金属易于流动，防止模锻件产生折叠，防止模膛过早磨损和被压塌。生产上吧模锻件的凸圆角称为外圆角半径r,凹圆角半径称为内圆角半径r（图4-4）。适当加大圆角半径，对防止锻件转角处的流线被切断、提高模锻件品质和模具寿命有利。然而，增加外圆角半径r将会减少相应部位的机加工余量，增加内圆角半径r，将会加大相应部位的机加工余量，增加材料损耗。对某些复杂锻件，内圆角半径r过大，也会使金属过早流失，造成局部充不满现象。为保证锻件外圆角处的最小机加工余量: (4.2)式中 零件相应处的圆角半径或倒角值； 如无倒角： (4.3)为了适应制造模具所用刀具的标准化，可按下列序列值设计圆角半径（mm）：1.0，1.5，2.5，3.0，4.0，5.0，6.0，8.0，10.0，12.0，15.0。当圆角半径大于15mm后，按以5mm为递增值生成序列选取。在同一锻件上选定的圆角半径规格应该尽量一致，不宜过多。本锻件高度余量：（0.75+0.4）mm=1.15mm，则连杆锻件需要倒角的叉内圆角半径：（1.15+2）=3.15mm，取3.0mm。其余部位的圆角半径取1.5mm。4.1.6 冲孔连皮具有通孔的零件，在模锻是不能直接锻出通孔。所锻成的盲孔内留一层具有一定厚度的金属层，称为冲孔连皮。冲孔连皮可利用切边机切除。 模锻时锻出盲孔是为了使锻件更接近零件形状，减少金属消耗、缩短机加工工时。连皮的厚度s要适当，过薄易发生锻不足，而且容易导致模膛凸起部分打塌；过厚切除连皮困难，而且浪费金属。一般情况下，当锻件内孔直径小于30mm,孔可以不锻出。当锻件内孔直径大于30mm，可考虑冲孔，要合理设计冲孔连皮的形状和尺寸。当锻件内孔直径较小，如连杆小头的内孔，不易锻出连皮应该为压凹形式，如图4.6所示。其目的不在于节省金属，而是通过压凹变形有助于小头部分饱满成形。图4.6 锻件压凹4.1.7 技术要求(1)锻件图上未标注的模锻斜度为。(2)锻件图上未标注的圆角半径r1.5。(3)允许的错差量为0.6mm。(4)允许的残留飞边量0.7mm。(5)允许的便面缺陷深度0.5mm。(6)锻件热处理为：调质。(7)锻件表面的清理：为了便于检查淬火裂纹，系用酸洗。上述各参数确定后，便可以绘出制模锻件图。带连皮的模锻件，不需要绘出连皮的形状和尺寸。4.2 计算锻件的主要参数（1）锻件在平面图上的投影面积为9630。 连杆小头为圆形： 2060 连杆大头为半环形：= 2000.2 中间杆部：+- 5570.2s=9630.4 （2）锻件周边长度为：1104mm。c=2=2()1104mm （3）锻件体积为:220326mm3sh=h=40.5+19525=81856.25 =-0.53240.5 67324 = 24635.7= 431063404.25 +=220326（4）锻件质量为：1.73kg m= =7.85220326 1.729（kg ） 取1.73kg4.3确定锻锤吨位总变形面积为锻件在平面上的投影面积与飞边面积之和，参考表4-4，按12t锤飞边槽尺寸考虑，假定飞边平均宽度为23mm。总变形面积：a=（9630+110423）=35022因生产中要求搞生产率，按确定吨位的经验公式： g=6.3ka (4.4)式中 g锤落下部分质量（kg）； a锻件和飞边（按仓部的0.5计算）在水平面上的投影（） k材质系数，取1.0 g=6.3ka=6.31.035022kg=2206.4kg3000kg 故选用3t锻锤。表4.4 飞边槽尺寸与锻锤吨位的关系（）锤吨位备注1t夹板锤0.638201.51t模锻锤1-1.648251.5齿轮锁扣=301.5t模锻锤1.6-24825-3022t模锻锤241030-402.5齿轮锁扣=403t模锻锤351230-403齿轮锁扣=455t模锻锤32626503齿轮锁扣=5510t模锻锤536165034.4 确定飞边槽的形式和尺寸锤上模锻为开式模锻，一般终锻模膛周围必须有飞边槽，其主要作用是增加金属流出模膛的阻力，迫使金属充满模膛。飞边还可容纳多余金属。锻造时飞边起到缓冲作用，减弱上模对下模的打击，使模具不易压塌和开裂。此外飞边处厚度较薄，便于切除。飞边槽一般由桥口和仓部组成。（1）飞边槽形式的选择 连杆锻件质量为1.73kg，质量不大，而且形状上下对称，还不太复杂，故选用标准形见图4.7，其优点是桥口在上模，模锻时受热时间短，温开较低，桥口不易压塌和磨损。图4.7飞边槽的结构形式（2）飞边槽的尺寸确定 设计锤上飞边槽尺寸有两种方法：吨位法。锻件的尺寸即是选择吨位的依据，也是选择飞边槽尺寸的主要依据。生产中通常按设备吨位来选定飞边槽尺寸，如表4.4所列。计算法。利用经验公式计算桥口高度后根据表4.4确定其他相关尺寸。 (4.5)式中 s锻件在分模面上的投影面积（mm2）。 由表4.4可以看出飞边槽的尺寸选用3t中的下限。即:=3mm =30mm b=12mm=5mm r=3mm飞边断面积: =（）+bh-() 2 (4.6) = 30(5+1.5)+123-（25-0.253.14）2 =220.25220（mm2）因杆部断面积太小，考虑到拔长难以达到最小断面积，需增大飞边槽仓部宽度；大头部分叉口较宽分料困难，流入飞边槽的金属较少，将该处减小到20。使模膛安排紧张，且增加承击面积。锻件飞边平均断面积为： =0.7=0.7220=154 (4.7)飞边体积： =1104154=1700164.5 设计终段模膛终锻模膛是锻件最后成形的模膛，通过它获得带飞边的锻件。终锻模膛是按照热锻件图制造的，模膛设计的主要内容是绘制热锻图和确定飞边槽尺寸。考虑金属的热胀冷缩，热锻件图上的尺寸应比锻件图的相应尺寸有所放大。终锻温度下的收缩率为普通钢：1.2%-1.5%；连杆热锻件图考虑1.5%冷缩率。根据生产中的经验总结，考虑到锻模使用后承击面下陷，模膛深度减小及精压是变形不均，横向尺寸增大等因素，需要修改几处尺寸：连杆小头高度40.5处，理论上应为41，实际取为41.5；大头和小头一样；小头50应为50.6，而实际仍为50等。绘制的热锻件图见锻件图。4.6 设计预锻模膛带工字形截面的锻件以两杆为其代表。锻件大部分表面不经过机械加工。质量要求严格，不允许有折叠，成品连杆有质量要求，尺寸精度要求高。一般均采用预锻。预锻模膛是用来对制坯后的坯料进一步变形，合理地分配坯料的各部位的金属体积，使其接近锻件外形，改善金属在终锻模膛内的流动条件，保证终锻时成形饱满；避免折叠、裂纹或其他缺陷，减少终锻模膛的磨损，同时还可以提高终端模膛寿命，使锻件的尺寸稳定。叉形锻件模锻时常常在内端角处产生不满的情况，为避免这种缺陷，终锻前需要进行预锻，用带有劈料台的预锻模膛先将叉形部分劈开（如图4.8）。这样，终锻时就会改善金属流动情况，保证内端角部位充满。图4.8 叉形部分劈料台b=0.25b=0.25302=15h=(0.4-0.7)h=0.541.520r取20。可以是等宽的如图所示，也可以是变宽的，而变宽的效果较好。 预锻模膛和终锻模膛的形状基本一样，也是根据热锻件图加工出来的。预锻模膛与终锻模膛的差别不大，为了尽可能做到预锻后的坯料容易地放入终锻模膛，预锻模膛的宽度比终锻模膛的小1-2，高度比终锻模膛的高2-5,预锻模膛的宽度有终锻的111改为109;两端的高度由41.5改为43;杆部的高度由19.3改为21,杆部中间部分由5改为5.5等。为了锻模制造方便，预锻模膛的斜度一般应与终锻模膛相同。故锻模斜度不变。预锻模膛的圆角半径一般比终锻模膛大，这样可以减轻金属流动阻力，防止产生折叠。一般 （4.8） 式中 c一般为2-5。 因此，预锻模膛的圆角半径取15。此外，预锻与终锻不同之处详见连杆热锻图。4.7 绘制计算毛坯图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，它的各个横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： (式4.9)式中 任意一处计算毛坯的横截面积； 相应处锻件的横截面积； 相应处飞边的横截面积； 相应处飞边槽的横截面积； 充满系数，形状简单的锻件取0.3-0.5，形状复杂的取0.5-0.8，两端面一般取1，计算中，由于两杆形状复杂，取0.5根据可以计算出计算毛坯上任意处的直径（或边长）,即 (4.10) (4.11)根据连杆形状的特点，共选取13个断面，分别计算、列于表4-5，并绘出连杆的截面图和计算毛坯图，见图4.9.为了设计滚挤模膛方便，截面图和计算毛坯图按锻件热尺寸计算。由截面图所围面积，即为锻件体积，得 =2012512=250240平均断面积： =1009平均端面边长： =31.8按体积相等修正截面图和计算毛坯图（见图4-9中双点划线部分）。修正后最大端面积为1440，则最大断面边长为=49.4。其毛坯的尺寸计算数据如表4.5中所示。表4.5 计算毛坯的计算数据断面号=2或1.4修正修正 (修正)124625249822.3-1.124.521658176183442.8200044.71.149.231612176178842.3244049.41.259.341888176206445.4148038.51.142.252392176256850.7130036.11.139.7630817648422-0.817.6730017647621.8-0.817.4826817644421.1-0.816.9977617695230.9-0.927.8101600176177642.1-142.1表4.5（续）111764176194044.1-144.1121600176177642.1-142.11312525225215.9-0.914.34.8 制坯工步选择计算毛坯为双头一杆，应简化为两个简单计算毛坯来选择制坯工步。连杆大头一端：金属流入头部的繁重系数 （4.12） 金属沿轴向流动的繁重系数 （4.13） 杆部锥度的大小的繁重系数 （4.14）式中 ； ； ； 。按2图7.25，此锻件采用坺长滚压工步。为易于充满，应选用方料，先坺长，后开式滚压，整个工步为：坺长开式滚压预锻终锻。图4.9连杆的计算毛坯图4.9 确定坯料尺寸由截面图知， =21.5,大头端计算毛坯杆部体积=80305，大头端计算毛坯杆部长度=109,故可以拐点处尺寸： (4.15) =42.1()故杆部锥度为： =0.189 (4.16)有3表24.2-4，按截面有关公式求其截面面积：坺长坯料截面积： =2130 (4.17)滚压坯料截面积： =（1.05-1.2）=1.11009=1110 坯料截面积： (4.18) =2130-0.189(2130-1110) =1940()式中 vt计算毛坯头部体积； lt计算毛坯头部长度； am平均断面积。毛坯边长：=44 取=45坯料体积： (4.19) =（220326+170016）（1+0.03）=402052.26式中：烧损率坯料长度： =198.5 (4.20)根据坯料的重量和长度，适于采用调头模锻，一料两件，料长为2002=400,经试锻调整后，下料长度定为420。4.10 制坯模膛的设计 制坯工步的作用是为了初步改变原坯料的形状，合理地分配坯料，以适应锻件横截面积和形状的要求，使金属能较好地充满模膛。不同形状的锻件采用的制坯工步不同。锤上锻模所用的制坯模膛主要有坺长模膛、滚压模膛、弯曲模膛、成形模膛等。本课题只有坺长和滚压模膛。（1）滚压模膛设计：滚压模膛可以改变坯料形状，起到分配金属，是坯料某一部分截面积减小，某一部分截面积稍稍增大（聚料），获得接近毛坯图形状和尺寸的作用。另外，滚压还可以将毛坯滚光和清除氧化皮。采用开式滚压，模膛的尺寸和形状主要根据计算毛坯图和坯料横截面尺寸来确定。模膛高度h=kaj，可按各断面的高度值绘出滚压纵剖面外形见图4.10，然后利用圆弧或直线光滑连接并进行简化。模膛宽度为 杆部： 38 (4.21) 头部：+10=1.13+10 =1.13+10 =66经试生产，调整模膛宽度为b=80。模膛长度l等于计算毛坯图的长度试用调整后，修改个别尺寸：最大高度由59.3改为h=81,以容纳氧化皮。小头部分作出了一定斜度，简化后滚压模膛如图4.10所示。图4.10开式滚压模膛外形设计（2）坺长模膛设计： 坺长模膛用来减少坯料的截面积，增加坯料长度。一般坺长模模膛是变形工步的第一道，它兼有清除氧化皮的作用。为了便于金属纵向流动，在坺长过程中坯料不断翻转，还要送进。坺长模膛有坎部和仓部组成。坎部是主要工作部分，而仓部容纳坺长后的金属，所以在坺长模膛设计中，主要设计坎部尺寸，包括坎部的高度h,坎部的长度c和坎部的宽度b。设计依据是计算毛坯。由3表24.2-29，可知：坺长坎部高度： =0.9 =17 (4.22)式中：计算毛坯杆部体积 计算毛坯杆部长度 =222.8-2-39.5-20=161.3161 坺长坎长度： l=1.13=1.1345=51=56其中：取1.1。 圆角圆弧半径： =0.25l=0.2556=14 =10=140 模膛高度： b=+(10-20)=(1.3551+10)=78.5 取b=75。 模膛深度： e=1.2=1.243=53 坺长模膛长度： =195按照上述设计可锻出合格锻件，但为了提高生产率，将坺长模膛的h缩小，、增大，坺长过程只需打击三次。将计算数值与实际数值比较如表4.6所示。采用图4.11实习所示的坺长模膛，坺长后毛坯见图4.12，坺长部分某些截面小于计算毛坯最小截面。但是坺长部分长度比计算毛坯相应部分长度小，结果在滚压是靠近大小头的部分金属，除流向头部外，还向杆部流动，滚压是整毛坯长度还有一定的增长。滚压后毛坯的形状见图4.12.由此可知，坺长后需滚压的，为减少坺长打击次数，可减少坺长坎高度，增大圆角、圆弧半径。坺长后毛坯表面是否粗糙不影响锻件质量。坺长后毛坯的长度可比相应的计算毛坯长度短一些，以减小滚压端部毛刺。表4.6 连杆锻模坺长模膛尺寸 （mm） 模膛尺寸数值hlrr1计算数值175614140目前采用数值147730、32150图4.11 坺长模膛设计图4.12 坺长、滚压后坯料形状a)坺长后的坯料 b)滚压后的坯料4.11 模膛结构设计锤锻模的结构设计对锻件品质、生产率、劳动强度、锻模和锻锤的使用寿命等有很大的影响。锤锻模的结构设计应着重考虑模膛的布排、错移力的平衡及锻模的强度、模块尺寸、导向等等。1.模膛的布排模膛的布排要根据模膛数以及各模膛的作用和操作方便安排。锤锻模一般有多个模膛，终锻模膛和预锻模膛的变形力较大，在模膛布置过程中一般首先考虑模锻模膛。当模锻有预锻模膛是，两个中心（锻模中心：锤锻模的紧固一般都是利用楔铁和键块配合燕尾紧固下模，锻模中心指锻模燕尾中心线与上键槽中心线的交点，它是位于锻杆轴心线上，应是锻锤打击力的作用中心。模膛中心：锻造时模膛承受锻件反作用力的合力作用点。）时，两个模膛中心一般都不可能与锻模中心重合。为了减少错差、保证锻件品质，应力求终锻模膛和预锻模膛中心靠近模锻中心。在锻模前后方向上，两模膛中心均应在键槽中心线上；在锻模左右方向上，终锻模膛与锻模中心线的偏移量不要过大。为了减小终锻模膛与预锻模膛中心距l，保证模膛壁有足够的强度，可选用平行排列法（还有前后错开排列法、反向排列法），终锻模膛和预锻模膛中心位于键槽中心线上，l值减小的同时前后方向的错差量也较小，锻件品质好。终锻模膛和预锻模膛的模膛中心位置确定后，模膛在模块还不能完全放置，还需对模膛的前后方向进行排列。本课题采用锻件大头靠近钳口，是锻件质量大且难出模的一段接近操作者，这样操作方便、省力。除终锻模膛和预锻模膛以外的其他模膛由于变形力较小，可布置在终锻模膛和预锻模膛两侧。模膛的排列应与加热炉、切边压力机和吃风机的位置相应。氧化皮最多的模膛是锻模中头道制坯模膛，应靠近加热炉的一侧，且在吹风管对面，不要让氧化皮吹落到终锻模膛、预锻模膛内。假设加热炉在锻锤的右方，故坺长模膛布置在右边，滚压模膛在左边，预锻及终锻工步从左至右。2.错移力的平衡与锁扣的设计错移力一方面使锻件错移，影响尺寸精度和加工余量；另一方面加速锻锤导轨磨损，使锤杆过早折断。我们知道，设备的精度对减小锻件的错差有一定的影响，但最根本、最有积极意义的是在模具设计方面采取措施，因为后者的影响更直接，更具有决定作用。模膛中心与锤杆中心不一致，终锻模膛中心偏离锻杆中心，产生偏心距。为了减小由这些原因引起的错移力，处设计时