车床输出轴模锻工艺过程的制定.doc

车床输出轴模锻工艺过程的制定一、学习目标知识目标：了解模锻生产的种类、特点及应用；掌握锤上模锻、胎膜锻的基本特点及锻模特点；了解模锻件的结构设计原则。能力目标：能选择模锻件方法及制定其工艺过程。二、任务引入输出轴的用途很广，应用在动力输出装置中，是动力输出的关键零件之一。功率输出轴（图5-15）主要作用：一是传递转矩，二是工作过程中经常承受载荷，三是支撑传动零部件。零件材料为45钢。根据输出轴的实际作用和材料、形状以及生产中获得可能性，零件毛坯推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床、刀具等的浪费，而锻件具有较高的抗拉、抗弯和抗扭强度。本零件生产批量为中批量，所以综上所述选择锻件中的模锻。图5-15 输出轴坯锻件图三、相关知识模型锻造简称模锻，是在高强度模具材料上加工出与锻件形状一致的模膛（即制成锻模），然后将加热后的坯料放在模膛内受压变形，最终得到和模膛形状相符的锻件。与自由锻相比，模锻特点：能锻造出形状比较复杂的锻件（图5-16）；模锻件尺寸精确，表面粗糙度值较小，加工余量小；生产率高；节省金属材料，减少切削加工工时，此外，在批量足够的条件下可降低零件的成本；模锻操作简单，劳动强度低。但是，模锻生产受到设备吨位的限制，模锻件的尺寸不能太大，锻模制造周期长，成本高，所以模锻适合于中小型锻件的大批量生产。模锻按使用的设备不同，可分为锤上模锻、胎模锻和压力机上模锻。图5-16 模锻件举例（一）锤上模锻锤上模锻是将上模固定在锤头上，下模紧固在模垫上，通过随锤头作上下往复运动的上模，对置于下模中的金属坯料施以直接锻击，来获取锻件的锻造方法。常用的模锻设备是蒸汽空气模锻锤。单模模锻工作过程如图5-17所示。图5-17 单模模锻示意图1-上模；2下模；3-模锻中的毛坯；4-毛坯 1.锻模 根据模膛功用不同，锻模可分为模锻模膛和制坯模膛。（1）模锻模膛可分为终锻模膛和预锻模膛两种。终锻模膛：使金属坯料最终变形到所要求的形状与尺寸，如图6-17所示。预锻模膛：预锻模膛的作用是使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，然后进入终锻模膛。预锻模膛与终锻模膛的主要区别是，前者的圆角和斜度较大，没有飞边槽。对于形状简单或批量不够大的模锻件也可以不设预锻模膛。（2）制坯模膛 对于形状复杂的模锻件，为了使坯料基本接近模锻件的形状，以便模锻时金属能合理分布，并很好地充满模膛，必须预先在制坯模膛内制坯。制坯模膛有以下几种：拔长模膛：减小坯料某部分的横截面积，以增加其长度，如图5-18所示。滚压模膛：减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。主要是使金属坯料能够按模锻件的形状来分布，如图5-19所示。 图5-18 拔长模膛 图5-19 滚压模膛图 5-20 弯曲模膛弯曲模膛：使坯料弯曲，如图5-20所示。切断模膛：在上模与下模的角部组成一对刃口，用来切断金属。根据模锻件的复杂程度不同，所需变形的模膛数量不等，可将锻模设计成单膛锻模（图5-17）或多膛锻模（图5-21）。多膛锻模是在一副锻模上具有两个以上模膛的锻模。图5-21 弯曲连杆模锻过程1-原始坯料；2-延伸；3-滚压；4-弯曲； 5-预锻； 6-终锻；7-飞边； 8-锻件；9-延伸模膛；10-滚压模膛；11-终锻模膛；12-预锻模膛；13-弯曲模膛；14-切边凸模；15-切边凹模2.模锻件的结构设计 为了便于模锻件生产和降低成本，设计模锻零件时，应根据模锻特点和工艺要求，使其结构符合下列原则：（1）模锻零件应具有合理的分模面、模锻斜度和圆角半径。（2）由于模锻的精度较高，表面粗糙度低，因此零件的配合表面可留有加工余量；非配合面一般不需要加工，不留加工余量。（3）零件的外形应力求简单、平直、对称，避免零件截面间差别过大，或具有薄壁、高肋等不良结构。一般说来，零件的最小截面与最大截面之比不要小于0.5。如图5-22（a）所示零件的凸缘太薄、太高，中间下凹太深，金属不易充型。如图5-22（b）所示零件过于扁薄，薄壁部分金属模锻时容易冷却，不易锻出，对保护设备和锻模也不利。如图5-22（c）所示零件有一个高而薄的凸缘，使锻模的制造和锻件的取出都很困难，改成如图5-22（d）所示形状则较易锻造成形。（4）在零件结构允许的条件下，应尽量避免有深孔或多孔结构。孔径小于30mm或孔深大于直径两倍时，锻造困难。（5）对复杂锻件，为减少敷料，简化模锻工艺，在可能条件下，应采用锻造焊接或锻造机械联接组合工艺。（a） （b）（c） （d）图5-22 模锻结构工艺性（二）胎模锻胎模是一种不固定在锻造设备上的模具，结构较简单，制造容易。胎模锻是在自由锻设备上用胎模生产模锻件的工艺方法，因此胎模锻兼有自由锻和模锻的特点。胎模锻适合于中、小批量生产小型多品种的锻件，特别适合于没有模锻设备的工厂。常用的胎膜按其结构主要扣模、套筒模和合模三种类型（见图5-23所示）。1.扣模 常用来生产长杆非回转体锻件的全部或局部扣形，也可以用来合模制坯。2.套筒模（套模） 开式套模主要用于回转体锻件（如法兰盘、齿轮）的最终成形或制坯；闭式套筒主要用于端面有凸台或凹坑的回转体类锻件的制坯或最终成形，有时也用于非转体类锻件。3.合模用于各类锻件的最终成形，尤其是非回转体类复杂形状的锻件（如连杆、叉形等锻件）。 （a） 扣模 （b）套筒模 （c）合模图5-23 胎膜示意图四、任务实施图5-24所示为功率输出轴坯模锻锻造过程。根据零件特点，分析应采用胎膜锻，锻造设备为750 kg空气锤。 （b）下料、加热 （c）拔长杆部 （d）锻出法兰盘 （e）压出凸台 （f）终锻成形图5-24 功率输出轴坯胎模锻造过程五、能力训练选择大批量生产汽车发动机连杆模锻工艺流程连杆是汽车发动机中的零件（如图5-25），主要用来连接活塞和曲轴。其功能是将活塞承受的燃油爆发力传递给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。汽车发动机转速很高，连杆在高速运动中将承受很大的交变应力。该零件材料为高碳非调质钢，模锻该连杆的设备为2吨模锻锤机组。图5-25 汽车发动机连杆连杆模锻工艺流程为：（1）下料：剪切机冷切；（2）加热：12201240；（3）模锻：2t模锻锤，拔长、开式滚挤、预锻、终锻；（4）热切边：1600kN切边压力机；（5）打磨毛刺：砂轮机；（6）热处理： 油冷淬火 淬火后应及时回火（7）酸洗：酸洗槽；（8）冷校正：1t夹板锤；（9）冷精压：1000KN精压机；（10）检验。六、经验交流合金锻造性能的判断方法合金的锻造性能是指材料在锻压加工时的难易程度。若金属及合金材料在锻压加工时塑性好，变形抗力小，则锻造性能好；反之，则锻造性能差。因此，金属及合金的锻造性能常用其塑性及变形抗力来衡量。合金的锻造性能主要取决于材料的本质及其变形条件。1.材料的本质（1）化学成分 不同化学成分的合金材料具有不同的锻造性能。纯金属比合金的塑性好，变形抗力小，因此纯金属比合金的锻造性能好；合金元素的含量越高，锻造性能越差，因此低碳钢比高碳钢的锻造性能好；相同碳含量的碳钢比合金钢的锻造性能好，低合金钢比高合金钢的锻造性能好。（2）组织结构 金属的晶粒越细，塑性越好，但变形抗力越大。金属的组织越均匀，塑性也越好。相同成分的合金，单相固溶体比多相固溶体塑性好，变形抗力小，锻造性能好。2.变形条件（1）变形温度随变形温度的提高，金属原子的动能增大，削弱了原子间的引力，滑移所需的应力下降，金属及合金的塑性增加，变形抗力降低，锻造性好。但变形温度过高，晶粒将迅速长大，从而降低了金属及合金材料的力学性能，这种现象称为“过热”。若变形温度进一步提高，接近金属材料的熔点时，金属晶界产生氧化，锻造时金属及合金易沿晶界产生裂纹，这种现象成为“过烧”。过热可通过重新加热锻造和再结晶使金属或合金恢复原来的力学性能，但过热使锻造火次增加，而过烧则使金属或合金报废。因此，金属及合金的锻造温度必须控制在一定的温度范围内。（2）变形速度 变形速度是指单位时间内的变形量。金属在再结晶以上温度进行变形时，加工硬化与回复、再结晶同时发生。采用普通锻压方法（低速）时，回复、再结晶不足以消除由塑性变形所产生的加工硬化，随变形速度的增加，金属的塑性下降，变形抗力增加，锻造性降低。因此塑性较差的材料（如铜和高合金钢）宜采用较低的变形速度（即用液压机而不用锻锤）成形。当变形速度高于临界