毕业设计（论文）-扭力臂锻件锤锻模设计.doc

南昌航空大学姓名：班级：110335学号：11033508专业：材料成型机控制工程课设题目：扭力臂锻件锤用锻模设计设计时间：2014.12.202014.12.30目录一、绘制锻件图21、确定分模位置22、确定公差和加工余量23、拔模斜度34、圆角半径35、冲孔连皮46、技术条件5二、计算锻件的主要参数6三、确定锻锤吨位7四、确定毛边槽形式和尺寸8五、确定终锻型槽101、热锻件图102、钳口的选择11六、绘制计算毛坯图11七、制坯工步选择14八、确定坯料尺寸14九、制坯型槽设计151、滚挤型槽设计152、型槽高度153、型槽宽度为164、型槽长度165、调整个别尺寸16十、锻模结构设计161、终锻型槽的布置172、制坯型槽的布置173、型槽壁厚174、模块尺寸181）承击面182）打击中心与模块中心的偏移183）模块宽度184）模块高度195）模块长度196）锻模检验角197）校核19十一、总结19参考文献21一、绘制锻件图1、确定分模位置锻件分模位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上根据扭力臂的形状特点，采用上下对称的直线分模。2、确定公差和加工余量 普通模锻方法锻出的锻件很难满足机械零件的要求，存在锻件走样和便面质量不易保证的问题，锻件设计时，应添加一层包裹零件外层的金属，即余量，而且得规定适当的公差，以保证锻件的误差落在余量范围之内。确定锻件机械加工余量和公差大小的方法主要有两种：一种是按锻锤吨位大小计算，另一种是按锻件形状尺寸大小查表确定。锻件体积大约为：V=894015 (mm3) 0.894 (dm3)钢材的密度=7.85（/dm3）锻件质量大约为：m锻=v=7.850.97选择锻件的材料为45钢 ，其材质系数为M1锻件外廓包容体的质量m外=14.2锻件的形状复杂系数为：S=m锻m外=714.2=0.49 式中m锻为锻件质量（）； m外为锻件外廓包容体的质量（）。锻件的形状复杂系数为级复杂系数S2。查锻造工工作手册表2-14得各公差（普通级）为：长度公差，宽度公差，高度公差，厚度公差。锻件表面粗糙度为Ra=6.3,查锻造工工作手册表2-29锻件内外表面加工余量得：厚度和水平方向单边余量为2.0-2.5mm,取2mm。所以，锻件实际长度L=260.4+4=264.4mm；锻件实际宽度B=108+4=112mm；锻件实际厚度H=45+4=49mm。两孔的直径分别为58mm和45mm，查锻造工工作手册表2-28锻件内孔直径的单面机械加工余量得：两孔单边加工余量均为2.0mm。所以，锻件两孔实际直径分别为=58-4=54mm和=45-4=41mm。3、拔模斜度为了便于模锻件从型槽中取出，必须将型槽壁部做成一定的斜度，称为锻模斜度或出模角。实际生产中，较难实现织染脱膜，出模角不是偏大就是偏小。若出模角增大，则金属充填型槽阻力增大，锻件斜度余量也曾大，从而增加金属的消耗和机械加工余量。因此，在保证锻件能顺利取出的前提下，模锻斜度应尽可能去小值。根据扭力臂锻件尺寸查教材锻造工艺学与模具设计表44钢质锻件外壁斜度，模锻斜度为50。4、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的寿命，模锻件上所有的转接处都要用圆弧链接，使尖角、尖边呈圆弧过度，此过度处称为锻件的圆角。锻件上的外圆角对应模具型槽的内圆角，其作用是避免锻模在热处理的模锻国产车中因应力集中而导致模具开裂，并保证金属充满型；锻件上内圆角对应模具型槽上的凸圆角，其作用是使金属易于流动充满型槽，防止产生折叠和型槽过早被压塌。圆角半径的大小与锻件的形状尺寸有关，锻件高度尺寸大，圆角半径应加大。为保证锻件外圆角处有必要的加工余量，可按如下公式：r=余量+零件相应处圆角半径或倒角根据教材锻造工艺学与模具设计表47水平外圆角半径r和产品图，外圆角半径r=2+2.5=4.5mm，内圆角半径R应比外圆角半径r大，一般取R=(23)r，这里R=2r=9。5、冲孔连皮一般情况下，当锻件直径大于30mm时要考虑冲孔连皮。连皮厚度s应适当，若过薄，锻件容易发生锻不足和要求较大的打击力，从而导致模具凸出部分加速磨损或打塌；若连皮太厚，虽然有助于克服上述现象，但是冲除连皮困难，容易使锻件形状走样，而且浪费金属。所以，当设计有内孔的锻件时，必须正确选定连皮形状和尺寸。该锻件的内孔，其60mm，采用平底连皮，其厚度s按下列公式计算：+0.6式中 d锻件内孔直径（mm）： h锻件内孔深度（mm）。连皮上的圆角半径R1，因模锻成型过程中金属流动剧烈，应比同尺寸压凹件内圆角半径R大一些，可按侠式确定：R1=R+0.1h+2对于锻件的=45内孔：s=0.45+0.6=5.486mm,取s=6mm。R1=9+0.122.5+2=13.25mm,取整为14mm。锻件的=58mm内孔：s=0.45+0.6=5.946mm,取s=6mm。R2=9+0.122.5+2=13.25mm，取整为s=14mm。6、技术条件1）图上未标注的模锻斜度为50；2）图上未标注的圆角半径为R=2.5mm；3）允许的错移量为1.2mm；4）允许的残留毛边量为1.2mm；5）锻件热处理：正火（9000C空冷）并不完全退火（7800C炉冷至6500C保温2小时空冷）；6）锻件表面清理：抛光。根据以上设计的参数，绘制锻件图，如下图所示二、计算锻件的主要参数利用UG6.0对锻件进行造型，如图所示1、锻件在平面上的投影面积为19867mm2；2、锻件周边长度为639mm；3、锻件体积为894015mm3；4、锻件质量为7。三、确定锻锤吨位模锻锤吨位选择恰当，即能获得优质锻件，又能节省能量，保证正常生产，并能保证锻模有一定的寿命。关于模锻变形力的计算，尽管有不少理论计算方法，但因模锻过程是一个短暂的动态变化过程，受到诸多因素的制约，要获得准确的理论解很困难的。因此，生产中为方便起见，多用经验公式或近似解的理论公式确定设备的那位。有时甚至采用更为简易的办法，即参照类似锻件的生产经验，通过类比来选择设备吨位。按锻件在分模面上的投影面积、锻件复杂程度和变形抗力大小确定锻模吨位：G=(3.56.3)kF件式中 G锤落下部分质量（）； k材料系数，查教材锻造工艺学与模具设计表4-10； F件锻件本体和毛边（按仓部的50%计算）在水平面上的投影面积（2）。这里系数取5，锻件材料为碳素结构钢且Wc25%，查教材锻造工艺学与模具设计表4-10终锻温度下部分钢材的变形抗力和材料系数k得k=1.0，按2-3t锤毛边槽计算，毛边槽平均宽度30，F件=19867+63930=39038mm2，G=51390.38=1951.9（），选用2t锤。四、确定毛边槽形式和尺寸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影响很大。毛边槽有如下几种形式。形式 是使用最广泛的一种，其优点是桥部设在模块上，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。形式 适用于高度方向形状不对称锻件。因复杂部分设在上模，为简化切边冲头形状，通常将锻件翻转1800，故桥部设在下模，切边是锻件也易放平稳。形式 适用于形状复杂，坯料体积不易计算准确而往往偏移多的锻件，由于增大仓部体积，不至于发生上下模压不靠。形式 使用对象同形式，由于加宽下模毛边槽桥部，因而提高桥部强度，以避免过快地磨损和过早地压塌。形式 只用于锻模局部，桥部增设阻尼沟，增加金属向仓部流动的阻力，迫使金属流向型槽深处或枝芽处。形式 称为楔形毛边槽，其特点是终锻时水平方向金属流动愈来愈困难，适用形状更复杂的锻件，缺点是切除毛边困难。毛边槽的主要尺寸是桥部高度h、宽度b及入口圆角半径R1。若h减小，b增大，则水平方向流动阻力增大，有利于充满型槽。但如果过度增大，将导致锻不足，并使锻模加速磨损。但h太大，b过小，导致金属向外流动的阻力太小，则不利于充满型槽，并产生厚大毛边。入口处圆角半径R1太小，容易压塌内陷，影响锻件出模；R1太大，又影响切边质量。根据锻件形状，选用形式的毛边槽。毛边槽尺寸确定方法有两种：1、吨位法。吨位法是指毛边槽具体尺寸根据锻锤吨位大小来选定（见教材锻造工艺学与模具设计表4-14按锻锤吨位确定的毛边槽尺寸）。吨位法是从实际生产中总结出来的，应用简便，大未考虑锻件形状复杂程度，因而准确性差。2、计算法。计算法是采用经验公式计算毛边槽桥部高度，即：h=0.015式中，F为锻件在分模面上 的投影面积（mm2）。然后根据计算得到的h值查教材锻造工艺学与模具设计表4-15按桥部高度h确定毛边槽尺寸确定毛边槽其他尺寸。h=-0.09+2-0.01Q式中，Q为锻件质量（）。根据公式h=0.015=2.1mm，取h=3mm,查教材锻造工艺学与模具设计表4-15按桥部高度h确定毛边槽尺寸得：h1=5mm，R1=1.5mm,b=12mm,b1=32mm,毛边槽截面面积F毛=233mm2。根据以上尺寸计算锻件毛边体积V毛=639*0.7F毛=6390.7233=104220.9mm3。五、确定终锻型槽终锻型槽是各种型槽中最重要的型槽，用来完成锻件最终成形。终锻型槽按热锻件图家工制造和检验，所以要先设计终锻型槽，须先设计热锻件图。1、热锻件图热锻件图以冷锻件图为依据，大又有所区别。首先，热锻件图的尺寸标注、高度方向尺寸以分模面为基准，以便于锻模机械加工和准备检验样板。其次，如有需锻出的孔，则须绘出连皮。再次，考虑到金属冷缩现象，热锻件图上的所有尺寸应计入收缩率，即按下式计算热锻件图尺寸：L= (1+)式中 L热锻件尺寸（）； 冷锻件尺寸（）； 终锻温度下金属的收缩率：钢为0.8%1.5%。该锻件为45钢，收缩率为1.5%，计算热锻件图尺寸，绘制热锻件图。2、钳口的选择终锻型槽和预锻型槽前端留下的凹腔叫钳口。钳口主要用来容纳夹持坯料的夹钳和便于从型槽中取出锻件；另一作用是作为浇注检验用的铅或金属盐样件的浇口。这里选用常用的钳口形式（见教材锻造工艺学与模具设计图4-64）。查教材锻造工艺学与模具设计表4-16钳口尺寸，确定钳口尺寸为：B=130mm，h=60mm，R0=15mm。确定钳口颈的尺寸为：b=10mm，a=3mm。六、绘制计算毛坯图利用UG6.0根据产品图设计出三维热锻件图，如图：1、根据锻件的形状特点，选取11个截面积，分别计算F锻、F计和d计：表1如下：截面图如下图：直径图如下：截面图所围的面积即为计算毛坯体积：V计=5019698.6=984910.9（3）；平均截面积为：F均=984910.9262=3730.7（2）；d均=1.13=1.13=69.02()；2、锻件分模面总周长为639mm，锻件长度为262mm，按体积相等计算毛坯体积：毛坯体积V毛坯=V锻+V毛边=894015+104220.9=998235.9（mm3）；平均截面积F均=998235.9262=3810（2）；平均直径d均=1.13=1.13=69.75（）。3、按体积相等修正，修正后最大截面积Fmax=6095.72，最大直径为dmax=88.2。七、制坯工步选择制定模锻工艺过程的主要任务之一是确定制坯工步。长轴类锻件制坯一般要采用拔长、滚挤、弯曲、卡压、成形等工步，有时还采用预锻和切断工步。计算毛坯为两头一杆，应简化成两个简单的一头一杆计算毛坯来选择制坯工步。=dmaxd均=88.269.75=1.26=L计d均=26269.75=3.76G坯1由教材锻造工艺学与模具设计图4-53长轴类锻件制坯工步选用范围图表可知该锻件应采用闭式滚挤制坯工步，模锻工艺方案为：闭式滚挤终锻。八、确定坯料尺寸模锻用原材料的体积应包括锻件本体、毛边、连皮、夹钳料头和加热引起的氧化皮之总和。原材料的截面尺寸及长度是以计算毛坯为基础，再根据热锻件特点及所选定的制坯工步、模锻方法（单件锻、调头锻、逐件连续锻）确定。坯料截面积 F坯=（1.051.2）F均式中 F坯毛坯截面积（2）； F均计算毛坯平均截面积（2）。则 F坯=1.2F均=1.23730=4476（2）选用棒料，则棒料直径为：d0=75.5(),根据原材料的给规格，d0取76。材料烧损率取3%坯料体积为：V坯=V计（1+）=984910.9（1+3%）=1014458.2（3）坯料长度：L坯=V坯F0=1014458.23819.1=266（）其中F0=3.14（69.752）2=3819.1（2），确定坯料尺寸为76266。九、制坯型槽设计1、滚挤型槽设计采用闭式滚挤。2、型槽高度型槽高度按h=kd计计算，计算结果列在表1中，按各截面的高度值绘出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。3、型槽宽度为杆部：B杆=F0hmin=4534.1625.76=176()头部：B头=1.2dmax=1.285.7=102.84（）式中 F0为滚挤前原棒材的截面积（2）。调整头部和杆部的宽度都为100mm。检验：1.1dmaxB1.7d01.1dmax=94.27，1.7d0=129.2，符合要求。4、型槽长度型槽长度等于计算毛坯图的长度。5、调整个别尺寸最大高度有94.27mm改为100mm，以容纳氧化皮。图为闭式滚挤型槽十、锻模结构设计模锻一种锻件，往往要采用多个工步来完成。因此，模锻分模平面上的型槽布置要根据型槽数、各型槽的作用以及操作是否方便来确定，原则上是应使型槽中心（型槽承受反作用力的合力点）与理论上的打击中心（燕尾中心线与键槽中心线的交点）重合，以使锤击力与锻件的反作用力处于同一垂直线上，从而减小锤杆承受的偏心力矩，有利于延长锤杆使用寿命，减小导轨的磨损和模块燕尾的偏心载荷，在保证应有的打击能量和锻模具有足够强度的前提下，应尽量减小模块尺寸，这样，模具寿命长，锻件精度高。1、终锻型槽的布置此锻件无需设置预锻型槽，只有一个制坯型槽，这时模块上实际有两个型槽，即制坯型槽和终锻型槽，应将终锻型槽中心线偏离燕尾中心线，偏移的距离e影响小与模块宽度的10%，否则，由于模块自身的质量，在锤头运动中会因重力产生的偏心力矩，导致锤杆弯曲，加速导轨磨损。2、制坯型槽的布置考虑到加热炉一般布置在锻锤的左边，氧化皮风管一般安在右边，故将闭式滚挤型槽布置在终锻型槽的左边。3、型槽壁厚型槽至模块边缘的距离，或型槽之间的距离称为型槽壁厚。型槽壁厚应保证足够的强度和刚度，同时又要尽可能减小模块尺寸。制坯型槽受力小，其壁厚可减小到510，这里取10；终锻型槽受力大，壁厚与型槽深度h、底部圆角半径R、模锻斜度有关，h愈大，R和愈小，壁厚应加大。该锻件的模锻R0.5h，200，按教材锻造工艺学与模具设计图4107确定型槽壁厚曲线s1线可得型槽与模块边缘壁厚s0=45，型槽至钳口间的壁厚s=0.7s2，s=0.740=28。型槽之间的壁厚s=0.5s2=0.540=20。4、模块尺寸1）承击面承击面是指锻锤空击时，上下模块实际接触的面积。承击面关系到模锻的寿命和经济性，承击面过大导致材料的浪费；承击面过小，容易压塌分模平面。根据所用的锻锤吨位，查教材锻造工艺学与模具设计表429不同吨位锻锤允许的最小承击面积，2t锤允许的最小承击面积为5002。2）打击中心与模块中心的偏移本设计设有制坯型槽，允许打击中心与模块中心不重合，但偏移量不能太大，一般应限制在0.1A和b0.1B的范围内（A为模块长度，B为模块宽度，a为长度方向偏移量，b为宽度方向偏移量）。否则，模块本身质量奖使锤杆承受弯曲应力，不但对锻件精度有影响，而且锻锤也受损害。3）模块宽度为保证锻模不与锤的导轨相碰，模块最大宽度Bmax应保证模块边缘与锻锤导轨间留有单边距离大于20。模块最小宽度至少超出燕尾每边10，即Bb+210，查教材锻造工艺学与模具设计表433锤锻模燕尾和键槽的尺寸得2t锻锤燕尾宽度b=200mm，B200+20=220mm,即模块最小宽度为220mm。结合型槽特点B=100+210+113.7+452=324mm，查锻造技术手册表9226模块规格标准，模块宽度初步定为B=350。4）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，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。按2t锤查教材锻造工艺学与模具设计表430模块高度与上模块允许质量，确定Hmin=220，Hmax=290，取H=250。5）模块长度综合制坯型槽、终锻型槽及壁厚考虑，确定模块长度L=400。6）锻模检验角锻模上两个加工侧面所构成的900角称为检验角。这两个侧面带一般刨进深度为5mm，高度为50100mm。检验角可以设在模块的右边或左边，根据型槽的位置而定。检验角的作用一是为了锻模安装调整时，检验上下模型槽对准情况；二是作为锻模机械加工时划线的基准面。取检验角高度为70。7