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机械毕业设计全套
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MJC02-055@轴头锻压模设计,机械毕业设计全套
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- 1 - 1 论述 1.1 锻压的发展历史及国内现状 “锻压 ”是人类发明的最古老的生产技术之一。人类发现和使用金属几千年的历史，都伴随锻压技术的发展。从最初锻造农具和制造盔甲，到现在生活中随处可见的千千万万的锻压产品，都证明了这一技术对人类的宝贵价值。目前，人类生产的金属材料的大部分，最终都是经过锻压方法加工成成品零件的。 锻压是一种既古老而又正处在蓬勃发展之中的一种金属加工技术。从规模上看，它从昔日的红炉手工锻造已发展到在万吨级的液压机上锻造几百吨的钢锭；从工艺上看，它冲破了旧有单一的概念，又开发出了冷锻、温锻 、近熔点锻、等温度和超塑性锻造等；从设备上看，它已由单方向的直线动作扩展到了多向、回转或其它更复杂的动作；从锻件原材料看，它由一般钢扩展到了许多特种用途钢、难变形钢和高温有色合金等，也由锭料和棒料扩展到了液料和粉料。 越来越多的生产实践表明，锻压法已遍及国民经济的各个生产领域。这不仅因为它能合理地利用金属的塑性，省时节能地获得产品的形状，而且还能改变金属的性能，通过改善金属的内部组织，提高原始金属本身的承载能力，进而收到节材的效果。近些年来的发展也表明，锻压已不再只是一种加工零件毛坯的手段，用它直接成形零件 的生产实例已越来越多。这一切证明锻压是一种充满活力和前途宽广的加工技术，它的水平正不断提高，它的作用也不断延伸。所以，现在的飞机、汽车、船舶、大型发电设备和化工容器以及军工领域的许多大型的重要零件和仪器，钟表中的一些小零件，都几乎是用这种方法制造出来的。 过去在我国工业中，模具长期未受到重视。改革开放以来，塑料成型、家用电器、仪表、摩托车、汽车等行业进入大批量生产，模具工业有一定的发展，但仍然落后于需要，每年进口模具数量很大。除模具本身外，使用模具的设备如高效多工位模压设备，现代化的锻压设备，大型塑料成型设 备以及供应 高效冲压用的卷料设备等仍落后于需要。由于历史原因遗留下来的工厂大而全，专业化程度落后，对这类企业内部结构不合理的现象仍需要作很大调整。 建国以来，我国的锻压技术有了飞跃的发展。从教学、科研和生产方面基本形成了一个完整的专业体系。特别是专业人材培养和锻压技术科研方面，与先进国家并没有太大的差距。但是就全行业普通的生产水平而言，不仅与世界先进国家的差距很大，就是与国内外其它机械制造工艺相比，也是最落后的行业之一。 nts - 2 - 随着我国四化建设，特别是汽车工业的发展，客观上对锻压技术也提出了更新更高的要求。作为锻压 技术工作者应当共同携手，为充分发挥成形技术的潜力，尽快掌握更多的先进技术，及时总结技术经验，丰富专业基础文件，大面积提高专业技术水平而努力。 锻压工艺在机械、机器制造、交通运输、冶金、航空、航天、兵器等工业部门得到广泛的应用，在锻压件的生产中，锻模设计是整个锻压工艺中不可缺少的重要环节。我国锻压行业的广大科技人员和工人，在长期的生产和科研实践中，在锻模设计方面积累了丰富的经验 . 1.2 锻压的分类 锻压的分类：根据不同的情况，锻模的分类目前有多种方法。 按锻模设备不同，锻模可分为锤用锻模、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、高速锤用锻模等。 按工艺用途不同，锻模可分为锻造模具、挤压模具，冷镦模具、校正模具、压印模具、精整模具、精锻模具、切边、冲孔模具等。 其它分类方法还有，如按锻模的结构不同可分为整体锻模和组合镶块锻模；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可分为单个分模面锻模和多向模锻锻模等。 1.3 锤用锻模及其特点 本设计采用锤用锻模 锤上模锻主要用于锻件的大批量生产，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，因此锤上 模锻也是锻造生产中应用最广的锻造方法之一。 锤上模锻的特点： 模锻锤与锻压机等相比主要有下列工作特点： （ 1） 靠冲击力使金属变形，锤头在行程的最后速度约为 7 9m/s; （ 2） 受力系统不是封闭的，冲击力通过下 砧 传给基础； （ 3） 单位时间内的打击次数多（ 1 10t 模锻锤为 100 40 次 /min） ; （ 4） 锤头的行程不固定； （ 5） 承受偏载的能力和导向精度均较差； （ 6） 无顶出装置。 1.4 模锻工艺和模具设计的特点 根据锻锤的工作特点，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nts - 3 - 击速度虽 然较快，但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，有利于金属填充模膛。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）由于靠冲击力使金属变形，模具一般采用整体结构； （ 6）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，较小采用导柱导套。 1.5 锤上模锻的缺点 模锻锤工 作时震动、噪声大，劳动条件差，对车间设备和厂房带来有害的影响；另外，模锻锤需要较重的下座，（一般为落下部分重量的 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，进几十年来， 16T 以上的模锻锤逐渐地被其他锻压设备所取代。 1.6 锻造温度范围 金属的锻造温度范围是指其始锻温度和终锻温度间的一段温度区间。在锻造温度范围内，金属应具有良好的可锻性（足够的塑性、低的变形抗力等）和合适的金相组织，锻造温度范围是通过各种实验和分析金相状态图确定的。 锻模设计时，根据材料的锻造温度范围可确定变形抗力和计算 设备吨位。 由资料查得，材料 20Mn2 的锻造温度范围为 ： 1200 c0 （始锻） 800 c0 （终锻） 1.7 锻坯加热 金属加热到一定温度后塑性提高 ， 变性抗力减小。根据曲线可知 ， 金属随著温度提高而强度降低。 加热温度 锻坯一般加热到金属的允许始锻温度。为保证里外温度均匀 ， 锻坯表面加热到所需温度后还应保温一定时间。 nts - 4 - 图 1 钢的高温强度变化 热态锻造前的重要工序。金属加热到一定温度后塑性提高，变性抗力减小 为含碳 0.45的碳 素钢和含镍铬钨的合金钢的高温强度变化曲线。根据 图 1曲线可知 ， 金属随著温度提高而强度降低。 加热温度 锻坯一般加热到金属的允许始锻温度。为保证里外温度均匀 ，锻坯表面加热到所需温度后还应保温一定时间。保温时间与金属的导热系数锻坯的截面尺寸和在炉内的放置状态有关。冷坯料加热的升 温速度不宜太高 ， 以防止表层与心部之间出现过大的温差和在心部出现大的热应力。心部热应力容易引起裂纹。常用的测温仪表有测炉温的热电偶测金属表面温度的光学高温计。 加热方法 古代锻造用明火直接加热锻坯。现代锻坯加热使用各种燃煤 燃油燃气和电热式的工业炉 ， 包括间歇式的室式炉台车式炉电阻炉感应炉和连续式炉。感应炉具有加热速度快温度均匀占地小便 于 自动控制等优点 ， 已广泛应用 于 中小模锻件生 产 线中。锻坯加热消耗大量能源因此必须提高工业炉的热效率 ， 改进加热的管理和操作。 在高温下 ， 钢中的铁与炉气中的氧化合 ， 形成 FeO Fe3O4 Fe2O3 等氧化物 ， 称为氧化皮。氧化皮的 产 生会增加金属的耗损。一般间歇式火焰加热炉的氧化烧损率为 2 3 ， 感应加热小 于 0.5。此外 ， 氧化皮还会加剧 模具 的磨损 ，降低锻件精度和导致表面粗糙 ， 从 而加大 机械加工 的加工 余 量 ， 增加了材料消耗。氧化皮还阻碍热的传导 ， 延 加热时间 ， 影响炉底寿命和工业炉的机械化作业。nts - 5 - 氧化除 产 生氧化皮外 ， 还会减少钢的表层碳含量 ， 形成脱碳层 ， 降低锻件表层的硬度和强度。氧化皮的 产 生更不利 于 精密锻造。为避免或减少氧化引起的各种问题和损失 ， 20 世纪以来 们对锻坯少无氧化加热作了许多研究 ， 研究成果已用于 工业生 产 。 使锻坯表层没有或只有少量氧化皮的锻坯加热工艺。这 种加热法特别适宜 于同少无切削加工和精密锻造配套使用。影响氧化的主要因素是炉气成分加热温度和加热时间。炉气成分 ： 炉气中的 O2 CO2 H2O 等属 于 氧化气氛 ， 易使金属氧化 ； CO H2 Cn H m N2 等分别是还原气氛和惰性气体 ， 可防止氧化。 使锻坯表层没有或只有少量氧化皮的锻坯加热 工艺 。 这 种加热法特别适宜 于 同少无 切削加工 和精密锻造配套使用。影响氧化的主要因素 是 炉气成分加热温度和加热时间。炉气成分 ： 炉气中的 O2 CO2 H2O 等属 于 氧化气氛 ， 易使金属氧化 ； CO H2 Cn H m N2 等分别是还原气氛和 惰性气体 ， 可防止氧化。加热温度 ： 温度越高 ， 氧化也越激烈。钢在 500 下氧化甚缓 ， 600 700氧化加快 ， 900 以上急剧氧化。以 900 的氧化指数为 1， 则 1000 时增加为 2，1100 时为 3.5， 1300 时为 7。加热时间 ： 在同样温度和气氛条件下 ， 氧化随时间成正比增加。在合理的加热温度条件下 ， 减少氧化的途径是 ： 缩短坯料在炉内停留时间 ， 勤装料勤出料 ； 尽 量减少多 余 的空气 ， 严格控制通风量 ， 减少漏风 ， 保持炉内还原性气氛。 少氧化和无氧化加热有多种方法。 保护气氛下电阻炉加热 这是最方便的无氧化加热 方法 ， 但需要大的 电源，热效率低 ， 加热缓慢。 保护气氛下马弗炉加热 在马弗式电阻炉中通入保护气氛加热。在没有充分的电源时 ， 仍用火焰炉加热 ， 但需将锻坯放在马弗罩中使之与氧化性的炉气隔离。炉气将马弗罩加热至高温 ， 再由马弗辐射加热锻坯。马弗罩用碳化硅刚玉等耐高温材料製成 ， 寿命较短 ， 限制了这个方法的应用。 盐浴加热和玻璃浴加热 用熔融的金属盐 (一般用氯化钡和氯化钠混合物 )或玻璃将锻坯与空气隔离 ， 用电阻加热盐浴。锻坯上的盐膜或玻璃还能保护金属出炉后不受二次氧化 ， 但盐或玻璃可能留存在模膛内造成锻件缺陷和损 坏 模具 。另外 ， 这种方法的热效率也较低。盐浴需要好的通风装置以排除有害健康的盐蒸气 (见盐浴炉 )。 浮动粒子炉加热 用石墨石英砂刚玉粒代替熔盐作加热介质。工作时粒子形成悬浮状态的流床 ， 锻坯在其中加热。 采 用这种方法可避免盐浴加热的缺点 ，但需要有鼓风装置和保护气体。 涂保护覆盖层后加热 在锻坯加热前用水玻璃铝粉镁砂硼酸盐等涂料nts - 6 - 浸渍或涂刷 ， 形成保护性覆盖层 ， 然后在火焰炉加热。这种方法简单 ， 但保护不完全可靠。 快速电感应加热和电接触加热 这类高速加热设备主要用在锻造生 产 线中 ，从坯料开始加热到 锻成成品仅需几分 钟 ； 虽不用保护气体 ， 氧化也较轻微。对 于大批量生 产 的中小型精密锻件 ， 这是有更大发展前途的加热方法。它的主要缺点是不适用 于 多品种小批量生 产 。 nts - 7 - 2 锻件图的制定 2.1 材料特性 锻件材料为 20Mn2,模具材料为 35CrMo 20Mn2 为典型低淬透性合金渗碳钢，这类钢的淬透性低，心部强度较低，只适用于制造冲击载荷较小的耐磨件，如小轴，活塞销，小齿轮等。 20Mn2 的主要化学成分 (w/%): 含 c 量： 0.17 0.24 含 Mn 量： 1.40 1.80 含 Si量： 0.17 037 热处理（ / C0 ）： 渗碳： 930 预备处理： 850 870 淬火： 880（介质：油） 回火： 220 机械性能（不小于）： 抗拉强度 b /MPa:785 屈服点 s /MPa:590 伸长率 /%： 10 断面 收缩率 /%： 40 冲击吸收力 Aku2/J:54 35CrMo 是一种典型的中淬透性合金调质钢，这类钢的油淬临界直径为40mm 60mm，含有较多的合金元素，用于制造截面较大的零件，例如曲轴、连杆等。加入 35CrMo 不仅可提高淬透性，而且可防止第二类回火脆性。 35CrMo 的主要化学成分 (w/%): 含 c 量： 0.32 0.40 含 Mn 量： 0.40 0.70 含 Si量： 0.17 0.37 含 Cr 量： 0.80 1.10 含 Mo 量： 0.15 0.25 热处理（ / C0 ）： 淬火： 850（介质：油） nts - 8 - 回火： 550（介质：油） 机械性能（不小于）： 抗拉强度 b /MPa:980 屈服点 s /MPa:830 伸长率 /%： 12 断面收缩率 /%： 45 冲击吸收力 Aku2/J:63 退火状态 /HB： 229 2.2 锻件图的制定 锻件图 是根据产品图制定的，它全面地反映锻件的情况。在锻件图中要规定：锻件的几何形状、尺寸；锻件公差和机械加工余量；锻件的材质及热处理要求；锻件的清理方式以及其它技术条件等内容。 锻件图是编制锻造工艺卡片，设计模具和量具以及最后检验锻件的根据，也是机械加工部门验收锻件，制定加工工艺、设计加工夹具（用毛坯面定位时）的依据，所以锻件图是最重要的基本工艺文件之一。 制定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。锻件图的制定还必须与机械加工工艺人员协商并由他们会签认可。 2.2.1 分析成品的形状 成品图 2 所示：根据成品图，确定分模面、加工余量、模锻件的公差、锻模斜度以及圆角半径等。 零件一头处内凹部分制造精度为 IT12。 因为零件图一头处有一内陷，不易采用机加工的方法加工此内陷，可以直接通过锻造得到此内陷，因此锻造此处的模膛其精度一定得与零件相一致，为 IT12。 13.0(10.3)3.0425.5+3-162 57.5 104.5 63.5 53.8(3.2)46.0(0.5)112111(1.0)737161+1 010152.5R1510.074143.5+0.5_1.589.3AA143.5+0.5-1.5110110143.5+ 0 . 5- 1 . 5A - A旋转R2105.2143.5+0.5-1.0723.88 15.8246.7 (37.5)(7)101110R1.5R2.5图 2 锻件 图 nts - 9 - 2.2.2 分模面的确定 选择分模面的基本要求是保证锻件能从模膛中取得出来，因此锻件的侧表面上不得有内凹 的形状 由 锻件 图 2 可知： 因为轴头处有一内腔，如果把分模面设计为通过轴线，那么锻件一头处有内凹形状，锻件不能从模膛中取出。所以分模面不能通过轴线，只能把它设计为垂直于轴线。此锻件的分模面在锻件图中标出。 2.2.3 机械加工余量的确定 加工余量的确定与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，校正的难易程度，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。 JB3834 85 规定的机械加工余量，根据估算锻件重量、加工精度、锻件复杂系数可由表查出机械加工余量。 初步估算出零件的重量在 20Kg 50Kg 内， 复杂系数为 S1，加工精度为一般加工精度。 根据此数据 在锻模设计手册 模具手册之五（锻模设计手册编写组编著），第 79 页表 4-3 查得 ：锻件的单边余量在厚度（直径）方向为 2.3mm3.0mm，取 2.5mm 锻件的单边余量在水平方向 2.5mm 3.5mm，取 2.5mm 2.2.4 模锻件公差 模锻件公差 代表模锻件要求达到的精度。就尺寸公差而言，是锻件公称尺寸允许的偏差值。对公称尺寸所允许的增大值叫做正公差；对公称尺寸所允许的减小值叫做负公差。 公差分为两级，普通级和精密级。一般均采用普通级。 在查公差表之前，先要确定以下几个因素： （ 1）锻件重量 锻件重量按锻件图的公称尺寸计算得出。 锻件的公称尺寸 =零件尺寸 +机械加工余量 将锻件分成若干段，各段体积为： V1= 3/15.64)38333833( 22 =255660.37mm3=255.66cm3 V2= 3/15.5739383938 22 nts - 10 - =267681.83 mm3=267.68cm3 V3= 3/15.1 0 458395839 22 =781667.39mm3=781.67cm3 V4= 3/15.635.58585.5858 22 =676614.75mm3=676.61cm3 V5= 3/18.53)9.705.589.705.58( 22 =709197.29mm3=709.20cm3 V6= 7.46)2/5.1 4 6( 22 hr =808424.09mm3=808.42cm3 V7= 3/140)535.57535.57( 22 =383918.99mm3=383.92cm3 V8= 3/15.52)5.342.255.342.25( 22 =148073.22mm3 =148.07cm3 V锻 =V1+V2+V3+V4+V5+V6+V7-V8 =3735.09cm3 查表得 20Mn2 的密度为 7.85 g/cm3 kggVM 32.2945.29320 锻锻 (2) 锻件复杂系数 S S= 外廓包容锻件外廓包容锻件 V VWW （参考文献 2，第 80 页） 外V 5.43025.74 2 -3735.09 =3717.3 cm3 S= 外廓包容锻件VV= 13.3717 09.3735 所以查表得复杂系数为 S1 级。 （ 3）分模线形状 分模线形状分为两类 a.平直及对称分模线 b.落差不对称分模线 这里应采用第一种平直及对称分模线 （ 4）材质系数 M 材质系数分为两类： M1 类：最高含碳量小于 0.65%的碳钢或合金元素最高总含量小于或等于3.0%的合金钢。 M2 类：最高含碳量大于或等于 0.65%的碳钢或合金元素最高总含量大于或等于 3.0%的合金钢。 有表查得 20Mn2 的含碳量为 0.17 0.24 所以该钢材材质系数为 M1 类。 nts - 11 - A、 长度、宽度和高度尺寸 的公差 ,长度、宽度和高度尺寸是指在分模线一侧同一块模具上的尺寸。 当锻件的复杂系数为 S1、 S2 级，且长宽比值小于 3.5 时，其公差均可按锻件最大外形尺寸表确定。 由锻件的公称尺寸可知：长宽比值 =430.5/148.5 3.5 所以，其公差均可按锻件最大外形尺寸表确定。 查锻模设计手册 模具手册之五 （锻模设计手册编写组编著） ，第 82 页 表 4-5 查得锻件轮廓尺寸（ mm）长、宽、高尺寸公差为： 长： 2.14.2 宽： 2.14.2 高： 5.10.3 B、 残留飞边公差 对于中小型锻件大体允许 0.8 1.5mm。其应用与其它公差无关。 C、 表面缺陷 表面缺陷是指锻件表面的氧化、皮坑、磕碰、凹坑或轻度折叠等 .对于需要机械加工的锻件表面 ,其深度一般允许不超过加工余量的 1/2;对于非加工表面 ,其最大深度一般为厚度公差的 1/3. 2.2.5 锻模斜度 为了使锻件容易从模膛中取出 ,一般锻件均有模锻斜度 ,它包括外斜度和内斜度 , 外斜度用 表示 ,一般为 50 ,70 ,100 等；常取 70 。 内斜度用 表示，一般为 ,12,10,7 000 等；常取 100 。 对于深而窄的锻模型腔 ,为了便于起模 ,而且不至于过多的增加余块 ,可采用图 3 所示的双级斜度 图 3 锻模双级斜度 一个锻件上应尽量减少不同的斜度，使模具制造方便。 为了使制造模具的刀nts - 12 - 具标准化，模锻斜度优先选用 30 ， 10 30， 30 ， 50 ， 70 ， 100 ， 120 ， 150 等数值。 因为轴头属于长轴类锻件，而且它的分模面设计在垂直于轴线，这样就造成了锻模型腔深而窄，因此，为了便于起模根据锻件的形状特点，锻模要采用多级斜度。轴头零件本身就有斜度，只需在分模面处设计其脱模斜度，在这里可以取它的斜度为 30 ，其余各处斜度与零件一致。 2.2.6 圆周半径 锻件上的圆角可以使金属容易充满模膛 ,起模方便和延长模具使用寿命 ,圆角半径太小会使锻模在热处理或使用中产生裂纹压塌变形 ,在锻件上也容易产生 折纹 . 外圆角半径用 r 表示，内圆角半径用 R 表示。 外圆角半径 r=单面余量 +零件圆角半径或倒角。 内圆角半径 R=（ 2 3） r 圆角半径优先选用 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 25, 30mm,等数值 . 由轴头的零件图可知道零件外圆角半径用 r 有： r1.5， r2.5， 所以锻件的外圆角半径为： r1.5+2.5=r4 r2.5+2.5=r5 对于模锻非加工部分的圆角半径可按表 1 确定 HHHBBBrrRRr图 4 圆周半径 表 1 圆周半径表 1. H/B 2. r 3. R 4. 4 11. 0.07h+0.5 12. 3.5r+0.5 nts - 13 - 84.25.18 5.52 BH r=5 3.0r+0.5=15.5 取 R=15 2.2.7 锻件的热处理和清理 产品图要求调质且硬度为 HB230-260,所以锻件按产品图规定的硬度调质 . 清理的目的是除去锻件表面的氧化皮 ,常用的清理方法有 :抛丸、喷砂 ,酸洗、滚筒清理等 . 由以上各步的计算和查表和得到锻件 处理后的 锻件 锻件图如 图 5： A ?68.83+1 0?76.95 ?78.98?117.45?118.46?69.86?107.3? 5 3 . 17.14.41.010.30.5 13.046.010.03.0R15R2分模面6 5 . 3 1 5 8 . 2 2 1 0 5 . 8 1 6 4 . 2 9 5 4 . 4 7 4 7 . 2 8 ( 4 0 . 5 )-1.5116.43149.98+2.4-1.21 1 6 . 4 392.95AA - A 旋转R2?107.33?111.58116.44150.36+2.4-1.271624.18149.98+2.4 -1.2(3.24)R5R4图 5 处理后的 锻件 nts - 14 - 3 热锻件图的制定和绘制 3.1 制定和绘制热锻件图 该注意 事项 应考虑锻件的热胀冷缩，钢锻件冷却时的收缩率一般为 1.5%，但细长件或停锻温度较低的锻件可取到 1.2% 1.3%。 图如图 6： 所以，在这里可以取轴头锻件的收缩率为 1.25%，冷锻件各尺寸乘以 1.0125得到热锻件的尺寸。 66 1.0125 66.8 (mm) 76 1.0125 77 (mm) 78 1.0125 79 (mm) 116 1.0125 117.5 (mm) 117 1.0125 118.5 (mm) 69 1.0125 69.9 (mm) 106 1.0125 107.3 (mm) 52.5 1.0125 53.1 (mm) 76 1.0125 77 (mm) 64.5 1.0125 65.3 (mm) 57.5 1.0125 58.2 (mm) 104.5 1.0125 105.8 (mm) 63.5 1.0125 64.3 (mm) 53.8 1.0125 54.5 (mm) 46.7 1.0125 47.3 (mm) 40 1.0125 40.5 (mm) 148.5 1.0125 150.4 (mm) nts - 15 - A ?68.83+1 0?76.95 ?78.98?117.45 ?118.46?69.86?107.3?53.17.14.41.010.30.5 13.046.010.03.0R15R2分模面65.31 58.22 105 .81 64.29 54.47 47.28 (40 .5)-1.5116.43149.98+2 .4-1 .2116 .4392.95AA - A旋转R2?107.33?111.58116.44150.36+2.4-1.271624.18149.98+2.4-1.2(3.24)R5R4图 6 热锻件图 nts - 16 - 4 锻锤吨位的确定 和机械工作压力机的工作原理 4.1 锻锤吨位的确定 通常用下面的经验公式来确定锻模的吨位 G G= FK 10001 （ t） （参考文献 2 第 100 页） 式中 F包括飞边 (按仓宽 1/2 计算 )及连皮在内的锻件水平投影面积 cm2 K 钢件系数 ,按锻模设计手册 模具手册之五，（锻模设计手册编写组编著）表 4 15 选用。 模锻的锤的吨位还可以按布雷留哈偌夫和列别尔斯基的公式确定 . 4.1.1 圆形锻件 G0 =（ 1-0.005D）221.1 D （ 0.75+0.001D2 ） D （ Kg） （参考文献 2 第 100 页） 式中 D 锻 件直径 (cm); 锻件在终端温度时的变形抗力 (MPa)按锻模设计手册 模具手册之五，（锻模设计手册编写组编著）第一张表 1 9 选用 . 该式适用用于直径为 60cm以下的锻件 4.1.2 非圆形锻件 G=G0 (1+0.1 BL ) （ Kg） （参考文献 2 第 101 页） 式中 L 锻件水平投影面上的最大长度 (cm); B 锻件投影面积 A(cm2 )。除以 L 所得的平均宽度。 在按上式计算 G0 时，式中的 D 要用相当直径 De 代替， De 值为： De =1.13 A A=14.85 14.85 =220.52 cm 所以 De =1.13 A =1.13 14.85 =16.78 nts - 17 - 查 参考文献 2， 表 1 9 得： =60 (Mpa) 代入 G0 =（ 1-0.005D）221.1 D （ 0.75+0.001D2 ） D （ Kg） =0.916 60785.16032.122.1 1165.48 再代入 G=G0 (1+0.1 BL ) （ Kg） 3.1 （ t） 4.2 机械压力机 工作原理 通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转换为滑块的直线往復运动 ， 对坯料进行成形加工的锻压机械 如图 7。机械压力机动作平稳 ， 工作可靠 ， 广泛用於衝压挤压模锻和粉末冶金等工艺。机械压力机在数量上约占 各类锻压机械总数的一半以上。机械压力机的规格用公称工作力 (千牛 )表示 ， 它是以滑块运动到距行程的下止点约 10 15 毫米处 (或从下止点算起曲柄转角 约为15 30 时 )为计算基点设计的最大工作力 。 图 7 曲柄滑块机构运动简图 nts - 18 - 图 8 机械压力机工作原理图 工作原理：如图 8，机械压力机工作时 由电动机通过三角皮带驱动大皮带轮(通常兼作飞轮 )， 经过 齿轮 副和离合器带动曲柄滑块机构 ， 使滑块和凸模直线下行。锻压工作完成后滑块迴程上行 ， 离合器自动脱开 ， 同时曲柄轴上的自动器接通 ， 使滑块停止在上止点附近。 每个曲柄滑块机构称为一个 “ 点 ” 。最简单的机械压力机 采 用单点式 ， 即只有一个曲柄滑块机构。有的大工作面机械压力机 ， 为使滑块底面受力均匀和运动平稳而 采 用双点或四点的。 机械压力机的载荷是 重 击性的 ， 即在一个工作週期内锻压工作的时间很短。短时的最大功率比平均功率大十几倍以上 ， 因此在传动系统中都 设置 有飞轮。按平均功率选用的电动机 启 动后 ， 飞轮运转至额定转速 ， 积蓄动能。凸模接触坯料开始锻压工作后 ， 电动机的驱动功率小 于 载荷 ， 转速降低 ， 飞轮释放出积蓄的动能进行补偿。锻压工作完成后 ， 飞轮再次加速积蓄动能 ， 以备下次使用。 机械压力机上的离合器与制动器之间设有机械或电气连锁 ， 以保证离合器接合前制动器一定鬆开 ， 制动器制动前离合器一定脱开。机械压力机的操作分为连续单次行程和寸动 (微动 )， 大多数是通过控制离合 器和制动器来实现的。滑块的行程 长 度不变 ， 但其底面与工作檯面之间的距离 (称为封密高度 )， 可以通过螺nts - 19 - 杆调节。 生产 中 ， 有可能发生超过压力机公称工作力的现象。为保证设备安全 ， 常在压力机上装设过载保护装置。为了保证操作者 身安全 ， 压力机上面装有 光电 式或双手操 作式人身保护装置。 4.3 锻件工步的选择 模锻时 ,坯料按照锻件的复杂程度和具体生产条件在锻模的一系列模膛中逐步形成 ,最后形成锻件 .坯料在每一模膛中的变形过程叫做模锻工步 ,而工步的名称与所用模膛的名称是相应一致的 。 该轴头属于长轴类锻件 ,其坯料的长度和截面和锻件相差较大 ,锻件较为细长时常采用拔长 ,滚压、终锻三个工步 。 此设计只需拔长 ,终锻两个工步即可 。 nts - 20 - 5 模膛的设计 第一类制坯工步有拔长、滚压和卡压，它们的作用都是初步改变原毛坯的形状 ,合理的分配的坯料以适应锻件横截 面的要求 ,使金属能较好的充满模锻的模膛 。 在这个设计中可选择拔长为制坯工步 。 5.1 拔长模膛的设计 1. 拔长模膛的作用 拔长模膛是用来减小坯料某部分横截面 积，增大其长度，具有分配金属的 作 用。 2.拔长模膛的设计主要是根据热锻件图来设计，其尺寸热锻件的轮廓尺寸，图如图 9 所示： 65.1 58.1 105.5 64.174.8 76.8115.2(4.4)(1.0)(10.3)(0.5)75 75170 64.7120.0R10292.9图 9 拔长模膛 5.2 终锻模膛的设计 终锻模膛是锻件最后形成的模膛，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件图和确定飞边槽尺 寸。 热锻件前面已设计，现在主要任务是确定飞边槽尺寸。 5.2.1 飞边槽的作用： （ 1） 增加金属流出模膛的阻力，迫使金属充满模膛。 （ 2） 容纳多余金属。 （ 3） 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。 nts - 21 - b b1h1h飞RR1R1R2R2R1图 10 飞边槽 由 锻模设计手册 模具手册之五，（锻模设计手册编写组编著）表 4-18 查得飞边槽尺寸为： h 飞： 1.6 2，取 2 h1: 4 b: 8 b1:25 30，取 25 5.2.2 锻坯 下料 方法 在锻造前把棒料切成所需 长 度的工序。 下料方法主要有切削下料和锻压设备下料两种。锻压设备下料 有剪切折 断加热后用剁刀切等方法。图 1 剪切下料原理为剪切下料的原理。对有些合金钢和尺寸较大的碳钢棒料 ， 为防止断口 产生裂纹 ， 还须加热到 350 550 剪切。 切削下料 用锯片锯条锯带薄片砂轮和车刀切断锻坯。切削下料端面平整 ， 但切口损耗材料 ， 生 产 率低 ， 多用 于 品种多批量较小或对切口质量要求高 的锻坯。 锻压设备下料 有剪切折 断加热后用剁刀切等方法。 刀口形状和棒料截面相似。小尺寸的棒料多用冷剪。对有些 合金 钢和尺寸较大的碳钢棒料 ， 为防止断口 产 生裂纹 ， 还须加热到 350 550 剪切。如果用多工位热锻自动机 ， 也可在锻造温度下热切。剪切下料效率高 ， 适用 于 大批生 产 ，切口没有材料损耗 ， 但剪切端面质量较差。 采 用精密剪切 工艺 和设备 ， 可以改善剪切端面的平整度和减小下料的重量误差。提高剪切精度的办法因材料而异。主要方法有把棒料置 于 夹紧状态下剪切和高速剪切。剪切后的端面和轴线的不垂直度可小 于 1 ， 重量误差在 0.5 1以内。 nts - 22 - 下料设备 用 于 下料的锻压设备主要是剪断机。 也可用 机械 压力机和螺旋压力机下料。中 生 产 的 16000 千牛棒料剪断机 ，可剪直径 230 毫米的碳钢棒料。 5.2.3 下料 由于锻件和飞边已算出，因此下部可以算料和下料锻件的重量前面已按锻件的 公称尺寸计算出来。 横向残留飞边可由锻模设计手册 模具手册之五，（锻模设计手册编写组编著）表 4-5 查得为： 1.7mm 飞边的体积为 V飞 = )4 22 dD （ = 22 5.148)7.15.148(4 =398.62mm3 0.4cm3 所以 M 飞 =7.85 4.0 =3.14 Kg 所以材料的总重量为 M = 锻M M 飞 =29.32+3.14 =32.46 Kg 下料： 原材料是直径为 100mm的圆钢材，由此可算出应该下多长的料。 V= M = 85.732460 =4135.032 cm3 所以： L= 250V= 250014.3 4135032 =526.76mm 因此，要去直接为 100mm长度为 526.76mm的材料。 nts - 23 - 6 锻模结构设计 6.1 模膛中心与锻模中心位置关系 A、 模膛中心的确定 模膛中心是锻造时模膛中金属变形阻力的合力作用点，可根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。 该轴头是有规则的几何体，形状是以轴线为中心的对称旋转体，分模面又是垂直于轴线，因此变形阻力分布均匀，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。 如图 11 4-R32.3150150面积重心与模膛中心图 11 锻模模膛中心 B、 当模膛中心与锻模中心位置相重合时，锻锤打击力与金属变形阻力作用在同一垂线上，不产生错移力，因而上下模不发生明显的错移，这是最理想的布排。 当锻模无预锻模膛时，终锻模膛中心位置应取在锻模中心处，以保证锻件质量，减少错差量。 nts - 24 - 6.2 锁口 设计 （ 1） 锁口的作用 a.平衡错移力 锁口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，由于分模面不在同一平面上，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。 b.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的不足。 c.偏于上下模块的调整，提高生产率。 （ 2） .锁扣 锁扣有两种：一种是平衡锁扣，又称形状锁扣，用于具有落差的锻件上，以平衡模锻时产生的错移力。它有以下几种的型式：对称式、倾斜式、平衡块式、混合式；一种是一般锁扣，用于提高锻件质量，偏于上下模块的调整和提高生产率。它有以下几种的型式：圆形锁扣、纵向锁扣、侧面锁扣、角锁扣。 在这里我们只需选择一般锁扣中的纵向锁扣。 杆类锻件普遍采用纵向锁扣，以保证此锻件在宽度方向有较小的错移 ，在一模多件的模锻中也常采用。图如 图 12。 h h135bv图 12 锁扣 装置 由锻模设计手册 模具手册之五，（锻模设计手册编写组
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