连杆的模锻工艺及模具设计

连杆的模锻工艺及模具设计摘要：本次毕业设计主要是对给定的连杆进行分析，然后进行锻件图的设计，确定锻锤吨位，然后选择模锻工步，再计算毛坯，确定坯料的尺寸，设计拔长模膛和滚压模膛，设计终锻模膛和预锻模膛，还需要设计锁扣、燕尾、键槽等。本设计还涉及PROE、CAD软件，还有绘制表格，生成曲线图。最后绘制了零件图和模具装配图。通过这次设计，让我巩固了我大学所学的知识，受益良多。关键词：连杆，模膛Abstract:Thegraduationprojectismainlyonagivenlinkisanalyzedandthendesignforgingfigure,andthenselecttheforgingstep,andthencalculatetheblankdeterminetheblanksize,designstretchinggroovesandrollinggrooves,determinethetonnagehammer,designthefinalforgingdieboreandblockersbore,alsoIneedtodesignlock,dovetail,keywayandsoon.ThisdesignalsoinvolvesPROE,CADsoftware,anddrawtables,generategraphs.Finally,drawsparesandmoldassemblydrawing.Throughthisdesign,letmeconsolidatemyknowledgeoftheuniversity,andIbenefitedalot.Keywords:link,bore01前言.32锻件图的设计.42.1分模位置.42.2估算零件质量.42.3锻件形状复杂系数S.42.4确定加工余量.52.5锻模斜度.52.6确定锻件公差.52.7锻件圆角半径.52.8冲孔连皮.62.9冷锻件图.63确定锻锤吨位.84飞边槽的确定.95.1计算毛坯图.105.2计算毛坯图的分析利用.136坯料的尺寸确定.146.1坯料体积和重量.146.2坯料规格的确定.157模锻工步选择.168拔长模膛.178.1作用.178.2型式.179滚压模膛设计.199.1作用.199.2型式.199.3纵向截面形状设计.199.4宽度B.219.5尾部及钳口.2110终锻模膛.23110.1热锻件图设计.2310.2钳口设计.2411普通锁扣设计.2512模锻锤的锻锤参数.2613燕尾.2714锻模结构设计.2814.1模膛的布置.2814.2模膛中心的确定.2814.3模膛壁厚确定.2814.4模块尺寸的确定.2914.5模锻材料的选择.2914.6连杆模锻工艺流程的最终确定.29参考文献.30致谢.3121前言连杆指的是在机构中的两端分别和主动、从动构件连接，用来传递运动的杆件。连杆工作时需要较高的工作条件，需要比较好的韧性，而且还需要高的强度和高的抗疲劳性能。需要采用模锻制坯。模锻是将坯料放在上下模块的型槽的中间，利用压力机滑块、锻锤锤头或者液压机活动横梁向下的压力或因为冲击成形为锻件的方法。模锻的内部组织很均匀，生产效率也比较高，受人操作的影响相对较小，而且它的尺寸和形状可以靠模具保证。模锻最常见的设备有好几种，分别是模锻锤、模锻液压机、机械压力机及螺旋锤等。模锻前必须对零件图进行锻件图的绘制，锻件图分为冷锻件图和热锻件图，冷锻件图的作用是用于锻件最后检验，同时也是热锻件图的设计依据，热锻件图的作用是用在锻模的设计过程中，还有在实际加工制造过程也需要。32锻件图的设计2.1分模位置在本设计中，因为为此锻件为对称的结构，连杆的最大截面在对称线上，如下图，所以A-A截面就是分模面。2.2估算零件质量将零件分为三部分，大头处为V1，中间为V2，小头处为V3。V=V1+V2+V3V1=3.14552503303603.14(772)250(1037+208.5)50=380cm3V2=(48+110)2000.50.5(3.14(1102)2+3.14(482)2)14=142cm3V3=3.142423.14(252)229=38cm3V=560cm3锻件材料为40Cr，所以密度为7.82g/cm3，所以估算零件质量为m=5607.2=4379g所以质量为4.4kg2.3锻件形状复杂系数S锻件形状复杂系数相关的有两点，分别是锻件重量G1和相应的锻件外廓包容体重量G2。其值为这两个相除所得的商。即S=G1/G2通过计算S=5601534=0.3654锻件的形状复杂系数根据规定被分为了四级，简单的：S10.631一般的：S20.320.63较复杂的：S30.160.32复杂的：S40.16所以本设计的锻件形状复杂系数为一般。2.4确定加工余量确定加工余量时，需要根据前面锻件估算出的质量，零件的加工精度还有零件的形状复杂系数的要求。查锻模设计手册表4-3得长宽高的加工余量均为2.0mm直径为77的孔的机械加工余量为2.5mm直径为25的孔的机械加工余量为2.0mm2.5锻模斜度锻件侧面需要设有模锻斜度，设置的目的是为了便于模锻以后方便脱模。模锻斜度分为两种，分别是外斜度和内斜度。锤上模锻的锻件的外斜度值需要两个比值获得，分别是根据锻件各部分的高度和宽度之比值H/B，还有长度和宽度之比值L/B，根据这两个比值查表获得。内斜度需要按外斜度增大23即可。根据锻模设计手册根据表410，由H/B=2511060mm）小孔径(d500k10.850.80.750.7k20.80.850.8(2)拔长口长度CC=Kdp公式中C拔长口长度（mm）K由坯料被拔长部分原始长度Lp决定的系数dp原坯料直径（mm）K查表3-2-11得20060=3.33所以为（34）dp所以查表得k=1.5经过计算得C=1.570=105mm(3)圆弧R和R1圆弧值按下式计算R=0.25CR1=10R17经过计算得R=26.25mmR1=262.5mm(4)宽度B按下式确定拔模宽度B=1.5dpdp原坯料直径（mm）所以B=105mm(5)拔长平台的设计在坯料被拔长部分的原始长度很短的这种情况下，基本上拔长模膛很难将坯料咬住，导致操作起来特别困难，所以这时可以可以采用拔长平台进行拔长。宽度BB=（1.41.6）dp所以B=98112mm取B=100mm圆角RR=0.25dp得R=17.5mm189滚压模膛设计9.1作用滚压模膛可以很好的去除氧化皮，而且可以把在拔长过程时的凹凸表面压平，从而使坯料外表变得光滑，进而很好的避免后续模锻产生折叠。9.2型式滚压模膛的型式有五种，分别是开式、闭式、混合式、不等宽闭式和不对称模膛。本设计选定了开式滚压。因为开式型槽截面为矩形，侧面开通，此种滚挤型槽结构简单，制造方便。9.3纵向截面形状设计在杆部，型槽高度应比计算毛坯相应部分直径小。这样每次压下量较大，由杆部排入头部的金属增多，虽然滚挤到最后坯料断面不是圆形，但是只要截面积相等即可。设计步骤如下（1）首先先绘制出热锻件的主要视图（2）取锻件典型部位的截面，在形状变化剧烈处取得密集，平缓处取得稀松一些，然后需要计算出刚刚取得的截面的面积。（3）通过下面的公式计算出刚刚所取的截面各处的滚压模膛的高度h=K(FdFf)式子中h指的是各个截面的计算高度（mm）K指的是系数，需要查锻压手册表3-2-12Fd指的是锻件的各个截面的面积Ff指的是截面两侧的飞边面积（4）将连杆的滚压模膛的截面面积的计算数据绘制成表格如下截面编号FdFf/103mm2(FdFf)/mm2d/mmKh/mmh/2/mm10.1815.8117.150.8513.446.721922.8253.1600.842.4821.2435.1671.8381.170.7553.8726.9446.48090.40.75603054.9570.3679.50.7552.7726.3964.6267.9776.80.7550.9825.4974.4366.5675.210.7549.9224.9684.3666.0374.610.7549.5224.7694.3966.2674.870.7549.724.85104.5667.5376.30.7550.6525.32114.97079.10.7552.526.25125.775.585.320.7556.6328.31136.0477.7287.820.7558.2929.15144.5667.5376.310.7550.6525.3215244.7250.520.835.7817.89161.9444.0549.780.835.2417.62171.764247.460.833.616.8181.5839.7544.920.831.815.9191.437.4242.280.829.9414.97202.0945.7251.660.836.7818.29212.3748.6855.010.838.9419.42222.4249.1955.580.839.3519.68232.34854.240.838.419.2241.8743.2448.860.834.5917.3251.5639.544.640.831.615.8260.1815.8117.150.8513.446.72经过计算得h/2的平均值为22mm。209.4宽度B因为是一头一杆锻件，需要分别计算头部和杆部的宽度。杆部宽度B杆=F杆/hmin+10F杆杆部平均面积hmin滚压模膛最小高度经过计算得B杆=75mm头部宽度B头=1.13(F计max)1/2+10经过计算得B头=120mm取两者中较大的宽度得B=120mm。9.5尾部及钳口在滚压模膛的尾部需要开设小槽，原因是小槽是用来容纳滚压时可能会从坯料上挤出的毛刺。简述钳口的作用，是通过滚压后，可以将棒料分为锻坯和料头两个部分。料头指的是夹持的部分，料头在切边后不会留下，最后会和飞边一起切除。钳口形状尺寸按下面公式计算：h=0.2dp6mmR=0.1dp5mmm=(12)hmm经过计算得h=20mmR=22mmm=2040mm取m=30mmdp=70mm查锻压手册表3-2-15得a=8mmc=30mmr=10mmb=B/2=60mm21以下是模膛尾部和钳口图2210终锻模膛因为模膛是和锻件形状刚好相反的空腔，所以对终锻模膛的要求最大。终锻模膛是锻造锻件必须设计而且需要的模膛，作用是因为通过终锻模膛，从而就可以获得带有飞边的最后尺寸和形状的锻件。飞边槽前面已经设计过，此处就不多做解释。10.1热锻件图设计因为模膛是和锻件形状刚好相反的空腔，而且基本上大部分构造都很复杂，但是以实型去表达模膛却很方便，还可以做到与锻件尺寸对应，因为一般难于将繁杂的尺寸直接标注在模具的空腔中，所以设计实型。热锻件图的设计原则是，要做到使工件在经过后续各种工序之后，要能得到符合锻件图要求的锻件。热锻件图和锻件图的差别体现在下面几方面。（1）形状方面1）连皮是模膛的一部分，而且需要同模膛一道加工，所以冲孔件的热锻件图要绘上连皮。2）相对深度比较大的模膛比较会容易存留气体，而且位于下模的狭小模膛还容易存留氧化皮，并且不容易清除，上述提到的这些部位都容易出现欠充满现象，因此应适当加深，预留一些空间。3）对于边缘较薄的锻件，当进行切边时会发生拉缩变形这种情况，为了消除这种缺陷，所以应该在一定范围内增加一些工艺余块，用来补偿拉缩所产生的变形。（2）尺寸方面因为锻件受热会产生变化，热锻件图的尺寸需要比锻件图的大，应该加上收缩率后得到的尺寸。热锻件尺寸按下式计算Lt=L（1at）公式中Lt终锻温度时的锻件尺寸（mm）L冷态时的锻件的尺寸（mm）a材料线膨胀系数（1/）t终锻温度()根据锻压手册得，对于钢铁材料来说，模锻的终锻温度大多都取1000，23所以材料收缩率1.5%.（3）图面表达方面热锻件图不需要绘制零件轮廓图，不注公差，不标材料牌号。热锻件图如下10.2钳口设计在终锻和预锻模膛前部开了空腔，这个空腔称为钳口。钳口的作用为：1）在锻造时可以用来放置钳子夹头和钳子。2）在模具的制造过程中，钳口在这时会被当作浇灌口使用。3）在不用钳子夹头的这种情况下，还可以通过使用覆盖在钳口上面的飞边用来帮助起模。钳口分为两部分，由钳口和钳口颈组成。钳口颈指的是钳口和模膛之间所开的沟槽。它的作用是用来加强飞边的强度，方便于起模，而且同时可以避免在高温时钳子夹头和飞边打断飞出伤人，造成事故。钳口尺寸查锻压手册表3-2-9得，夹钳料头直径为60mm时，B=110mmh=50mmR0=15mm钳口颈是根据锻件的重量而选择尺寸的，选择怎样的钳口颈应保证锻件和夹钳口之间有一定的强度。当锻件重量G10kg时，钳口颈尺寸按表3-2-10取得。通过绘制热锻件的PROE图，得锻件的体积为850.563cm3，所以锻件重量为6.7kg,24小于10kg。查表得b=14a=3.511普通锁扣设计因为此设计的锻件是平面分模的，需要设置锁扣，为的是防止锻件的错差可能会过大，而且使模具的安装调整变得简单。通过查询资料得，长轴类锻件转动错差一般会在锻件的长度上被放大，所以长轴类锻件常采用纵向锁扣，需要选择限制左右错差能力强的类型。锁扣尺寸经过查锻压手册表3-2-17得2t锻锤的各个尺寸值分别为h=30b=60b140=5b3=50R1=3R2=5尺寸b按需要放大。锁扣间隙在0.2到0.4mm之间，通常取0.3mm。纵向锁扣图如下图所示2512模锻锤的锻锤参数模锻锤的装模空间尺寸有规定，通过查锻压手册表3-2-22得2t锻锤打击能量25000J最小高度Hmin=260mm锤头最大行程Hmax=1200mm导轨间距B=600mm锤头长度L=700mm砧座长度L1=9500mm。2613燕尾锻模的燕尾通过装模零件定位键、固紧锲、垫片等与锤头及砧座相联结。燕尾和键槽根据锻锤的工艺规格设计。燕尾高度应比锻锤燕尾槽深度大0.51mm，以保证燕尾平面不至于悬空，否则锻模易破裂。燕尾与锻模肩部过渡处的工作应力很大，因此过渡处的圆弧即不能太小，又要避免与锤头或砧座想干涉。圆弧上不允许有明显的加工痕迹，以免产生应力集中。3燕尾槽尺寸查表3-2-23得左侧宽度b=170mm右侧宽度b1=130mm燕尾槽深度h=50mm2714锻模结构设计14.1模膛的布置由于加热炉在锤的右方，故将第一个制坯模膛拔长模膛设在锻锤右侧，滚压模膛设在锻锤左侧。坯料经右面拔长后，按从左到右的顺序进行滚压、预锻和终锻等工步。14.2模膛中心的确定根据样板实测法和经验修正法确定终锻模膛中心。实测法求得模膛中心，其位置在连杆中心线上，离开大头中心线的距离为120mm。所以，模膛中心距大头中心为120mm。预锻模膛和终锻模膛相同。14.3模膛壁厚确定锻模模膛需要有能满足要求的壁厚，这样必须要避免模块过大，而且同时还保证锻模在工作中不至于会损坏，因为锤锻模的工作情况特别复杂，而且锤锻模本身结构也很复杂。所以根据以前的各种经验来确定模膛壁厚。以下是确定模膛壁厚应考虑以下几个因素：1）当与模膛相邻的壁面斜度越小的时候，壁厚相反则会越大。2）模膛的壁与底的圆角半径如果越小，则壁厚就会越大，当模膛深度如果越大，而侧壁斜度就会越小。28（1）模膛至外壁或锁扣的壁厚当=7，R=3mm时，壁厚S可根据模膛深度h按下式确定：S=K1h系数K1可根据表3-2-19选得因为h=55.6mm,所以K1=1.2（2）终锻模膛与预锻模膛的壁厚S=K2hK2按表3-2-20选用易得K2=1.1在和R较大时，壁厚可适当减小。14.4模块尺寸的确定根据模膛尺寸、模膛之间的壁厚及承击面等要求，查询模块标准规格选取模块尺寸长宽高为560*450*340。14.5模锻材料的选择按锤锻模用材料应满足的基本要求，另考虑到锻件为批量生产，最后选用5CrNiMo作为模具用钢，该钢种锻模数据如下：上模：工作表面硬度2.93.1HB，燕尾表面工作硬度3.63.8HB29下模：工作表面硬度2.93.1HB，燕尾表面工作硬度3.63.8H