轻卡转向节外半轴锤上模锻造工艺设计及模具设计说明书.doc

沈阳理工大学课程设计专用纸 I 目 录 1 设计的前期准备 1 1 1 零件分析 1 1 1 11 1 1 零件的结构分析 1 1 1 2零件材料的特性分析 1 1 1 3 锻件的加工要求 1 1 2 工艺方案确定 1 2 2 锤上模锻件设计 2 2 1 选择分模面 2 2 2 确定模锻件加工余量及公差 2 2 2 1 锻件的形状复杂系数 2 2 2 2 锻件的质量 3 2 2 3 锻件的材质系数 3 2 2 4 模锻件的精度等级 3 2 2 5 确定锻件公差和余量 3 2 2 6 模锻斜度 3 2 2 7 锻件技术要求 4 2 3 计算锻件基本数据 4 3 确定锻锤的吨位 5 4 确定飞边槽及尺寸 6 5 确定终锻型槽 7 6 设计预锻型槽 7 7 绘制计算毛坯图 7 8 制坯工步的选择 8 9 确定坯料尺寸 8 10 制坯型槽设计 9 10 1 滚挤型槽设计 9 10 2 拔长型槽设计 10 11 锤用锻模设计 10 11 1 钳口尺寸确定 11 11 2 模块尺寸 11 12 锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定 11 12 1 确定加热方式 及锻造温度范围 11 12 2 确定加热时间 12 沈阳理工大学课程设计专用纸 II 12 3 确定冷却方式及规范 12 12 4 确定锻后热处理方式及要求 12 参考文献 13 沈阳理工大学课程设计专用纸 1 1 设计的前期准备 1 1 零件分析零件分析 1 1 1 零件的结构分析 转向节是汽车底盘上的关键零件 根据车型可分为重型汽车转向节 中型汽车转 向节 轻型汽车转向节 微型汽车转向节 客车转向节和轿车转向节六大类 按其形 状特征可分为长杆类 中心孔类和套管类三种 长杆类转向节主要由杆部 法兰和枝 权构成 中心孔类转向节主要由基座 法兰和枝权构成 基座中心带孔 套管类转向 节主要由长杆 套管和法兰构成 转向节是汽车转向桥上的主要零件 形状比较复杂 其形状兼具有轴类 盘类和叉 架类等零件的特点 转向节既支撑车体重量 又传递转向力矩和承受前轮刹车制动力 矩 因此对其机械性能和外形结构要求严格 是汽车上的重要安全零件之一 1 1 2 零件材料的特性分析 该锻件材料为 18CrMnTi 是合金结构钢 是工业上应用最广泛的不锈钢 密度为 7 85g cm3 18CrMnTi 的预锻温度为 1200 终锻温度为 800 1 1 3 锻件的加工要求 模锻斜度 7 精度为普通级 1 2 工艺方案确定 根据零件的形状以及要求大批量生产 因此选用锤上模锻 沈阳理工大学课程设计专用纸 2 2 锤上模锻件设计锤上模锻件设计 2 1 选择分模面 分模面是指模锻件在可分的模腔中成型时 组成模具型腔的各模块的分合面 锻 件分模位置合适与否 关系到锻件成形 锻件出模 材料利用率等一系列问题 为了 提高锻件质量合生产过程的稳定性 并使锻模结构尽量简单 防止上下模错移 分模 面尽可能采用直线状 如图 2 1 分模面的位置所示 图 2 1 分模面的位置 2 2 确定模锻件加工余量及公差 2 2 1 锻件的形状复杂系数 锻件的形状复杂系数 S 时锻件质量或体积 Gd Vd 与其外廓包容体的质量或体 积 Gb Vb 的比值 即 2 1 V V G G b d b d S 其中 Vd 锻件体积 Vb 外廓包容体的体积 Gd 锻件质量 Gb 外廓包容体的体积 经估算 3 1863640mmVd 3 4855230mmVb 38 0 4855230 1863640 Vb Vd S 沈阳理工大学课程设计专用纸 3 查锻件形状复杂程度等级表 1 得该锻件形状复杂程度级别为 S2 级 形状复杂程 度为一般 2 2 2 锻件的质量 锻件的质量可以根据锻件图的名义尺寸进行计算 即 2 2 vm 其中 材料密度 取 7 85 g cm3 V 锻件体积 取 1863640mm3 经计算 Kgm63 14 2 2 3 锻件的材质系数 材质系数按锻压的难易程度划分两个等级 材质系数不同 公差不同 该锻件的材 料为 18CrMnTi 属于 M1 2 2 4 模锻件的精度等级 模锻件的公差一般为三级 普通级 半精度级和精度级 此锻件采用普通级 2 2 5 确定锻件公差和余量 根据锻件的名义尺寸 质量 精度等级 形状复杂系数以及锻件材质诸因素查找 锻压手册确定长 宽和高度方向的尺寸公差 查手册 1 得厚度方向公差 3 2 长度公差按各段长度分别查表 宽度公差 3 2 mm mm 1 2 1 1 mm mm 1 2 1 1 查手册 1 得高度方向单边余量为 2 0 2 5mm 取 2 5mm 长度方向上余量为 2 0 2 7 取 2 5mm 宽度方向上余量为 2 0 2 5mm 取 2 5mm 2 2 6 模锻斜度 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 即模锻斜度 它可以 是锻件侧壁附加的斜度 也可以是侧壁的自然斜度 模锻斜度有内斜度 和外斜度 当锻件冷缩时 锻件外侧趋向离开模壁 而内侧抱住模具型槽中凸出部分不易取 沈阳理工大学课程设计专用纸 4 出 本设计中内外斜度均采用 7 2 2 7 锻件技术要求 1 图上未标注的模锻外斜度 7 2 图上未标注的圆角半径 R 2mm 3 允许的错移量 1 4mm 4 残留的毛边量 1 4mm 5 允许的表面缺陷深度 0 5mm 6 热处理表面渗碳 0 9 1 3mm 7 热处理后喷丸或抛丸 2 3 计算锻件基本数据 1 锻件在平面上的投影面积 32371mm2 2 锻件的周边长度 1007mm 3 锻件体积 1863640mm3 4 锻件质量 14 63kg 沈阳理工大学课程设计专用纸 5 3 确定锻锤的吨位 模锻锤吨位选择恰当 既能获得优质锻件 又能节省能量 保证正常生产 并能 保证模具有一定的寿命 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 解是很困难的 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 设备吨位 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 通过类似 来选择设备吨位 经验公式法 1 按锻件在分模面上的投影面积 锻件的复杂程度和变形抗力确定模锻锤的吨位 3 1 件 FG 式中 合金变形抗力系数 锻件复杂程度系数 不包括毛边的模锻件在分模面上的投影面积 钛合金包括毛边桥部在内 件 F mm2 锻锤的选用一般用经验公式进行计算 经查表 1 1 2 1 5 取 1 5 0 07 F件 32371 mm2 tKgG9 48 48794647507 05 1 由计算结果可知 选用 5 吨锻锤 2 按锻件在分模面上的投影面积和材料性质确定模锻锤吨位 双动模锻锤 G 3 5 6 3 kF 3 2 式中 G G1 锻落下部分质量 kg E 无毡座锤的打击能量 J F 锻件本体和毛边 按仓部的 50 计算 在水平面上的投影面积 cm2 K 材料系数 查表 4 10 2 按毛边槽尺寸考虑 假定毛边桥宽度为 35mm 总面积 663 56cm2 因大批量生产 取 系数为 5 k 1 0 沈阳理工大学课程设计专用纸 6 G 5 1 0 663 56 3318 25kg 3 4t 综合考虑 安全起见选用 5 吨锤 沈阳理工大学课程设计专用纸 7 4 确定飞边槽及尺寸 毛边槽的形式和尺寸对锻件质量影响很大 有六种形式 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 减弱上下模的直接撞击 防止模具的压塌与开裂 2 飞边槽尺寸的确定 计算法 计算法是采用经验公式计算毛边槽桥部高度 即 h0 015 Fmm 件 式中 F 件 锻件在分模面上的投影面积 32371mm2 2 7mmh0 015 Fmm 件 然后根据计算得到的 h 值确定毛边槽其他尺寸 hh1圆角 R1bb1Fmax 2 752 51436268 图 3 1 飞边槽的形状 沈阳理工大学课程设计专用纸 8 5 确定终锻型槽 终锻形槽及热锻件图见装配图的画法 转向节材料为 18CrMnTi 考虑收缩率取 1 5 绘制的锻件图如锻件图 沈阳理工大学课程设计专用纸 9 6 设计预锻型槽 由于锻件较复杂 需要设置预锻型槽 在头部开设坯料台 见锻模图 mmHh mmBA 5 26535 0 7 0 4 0 156025 0 25 0 沈阳理工大学课程设计专用纸 10 7 绘制计算毛坯图 根据转向节的形状特点 选取 14 个截面 分别计算 列于表 3 并在 取 F 取 F 取 F 坐标纸上绘出连杆的截面图和直径图 为设计滚挤型槽方便 计算毛坯图按热锻件尺 寸计算 截面图所得面积即为计算毛坯体积 得 3 计 1920481mmV 平均截面积为 2 总 计 均 5 5176 371 1920481 mm L V F 平均直径为mmFd3 815 517613 113 1 均均 截面号F锻 mm2 F毛 2 mm2 F计 F锻 2F毛 mm a F计 修正 F 计 mm 修正 a计 mm Kh mm 13879375425465 2425465 2 0 852 2 23879375425465 2425465 2 0 852 2 33879375425465 2425465 2 0 852 2 43879375425465 2425465 2 0 852 2 52814375318956 4318956 4 0 846 6 64794375516971 9428365 4 0 852 3 78087375846292643980 2 1 1390 6 86343375671882782188 4 1 13100 97085375746086 4890094 3 1 13106 5 109369375974498 7939497 1 13109 6 111002537510400102966298 3 1 13111 129019375939496 9879694 1 13106 2 138572375894794 6738785 9 1 1396 1 143040375341558341558 4 0 846 7 表 7 1 转向节外半轴计算毛坯的计算数据 沈阳理工大学课程设计专用纸 11 8 制坯工步的选择 计算毛坯为一头一杆 则计算繁重系数如下 39 1 3 81 7 112 均 max d d a 56 4 3 81 371 d L 为计算毛坯杆部长度 越大则轴向流动越困难 查制坯工步应用范围表 制坯工 取 L 艺方案为拔长 闭式滚挤 沈阳理工大学课程设计专用纸 12 9 确定坯料尺寸 拔长加滚挤联合制坯 F坯 0 75 0 9 Fmax 式中 Fmax为冷锻件图计算毛坯最大截面积 取系数为 0 85 则 F坯 2 2 88039 5 01 974485 0 mm mmFd 3101 8803913 113 1 坯坯 选择坯料直径为 100 的圆柱坯 坯料体积 取 244 mm F V L3 243 10014 3 19102314 2 坯 坯 坯 考虑到钳口夹头长度取坯料长度 244 100 344mm 3 3 计坯 1910231 5 21 015 1 1948768 1 mm VV 沈阳理工大学课程设计专用纸 13 10 制坯型槽设计 10 1 滚挤型槽设计 1 采用闭式滚挤 型槽高度 计算结果列于表 1 中 坯料的截面积为 8659 8 和 锻件的截面积相比需要增加的部分 K 取 1 13 需要减小的部分 K 取 0 8 其余截面不 变化 按各截面的高度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 2 型槽宽度为 坯料经过拔长 mm dB 160 140 6 1 4 1 坯 取 B 160mm 3 滚挤模腔的尾部与钳口 钳口形状可见图 图 3 修正后的闭式滚挤型槽外形设计 尺寸按下式确定 mm30取 2 1 1551 0 2662 0 坯 坯 hm mmdR mmdh 查参考文献 1 表 4 26 尾部小槽的尺寸为 mmrmmcmma10 30 8 10 2 拔长型槽设计 沈阳理工大学课程设计专用纸 14 1 拔长坎高度 取 52mm mm L V Ka1 52 249 936195 85 0 杆 杆 1 2 拔长坎长度 mm dKC 1301003 1 坯3 3 圆角半径 mmRR mmCR 32510 2 5301325 025 0 1 4 型槽宽度 B K4d坯 1 4X100 140mm 5 拔长膛深度 取 123mm mmah 6122 36122 杆 6 拔长型槽长度 mmLL25910249 10 5 杆 沈阳理工大学课程设计专用纸 15 11 锤用锻模设计 11 1 钳口尺寸确定 终锻形槽前端留下的凹腔叫钳口 钳口主要用来夹持坯料的夹钳和便于从形槽中 取出锻件 根据本课设选用圆形钳口 其具体形状尺寸如装配图中所示 夹钳口尺寸主要依据夹钳料头的直径而定 应保证夹料钳子能被自由的操作 在调头锻造时能防止下锻件的相邻端部 有表查得钳口的尺寸值 钳口的长度值可按模膛排布而定 钳口颈尺寸的确定 选取其参数值尺寸 D 取为 0 2G 10 取 14mm 10 2 模块尺寸 模块尺寸的选择 B 706mm L 600mm H 350mm 燕尾槽 起重孔等尺寸按标准选取 具体装配图 锁扣的设计 根据有关手册按标准选取平衡锁扣 锁扣高度 h 锻件分模面的落差高度 56mm 锁扣的厚度 mmhb84565 15 1 锁扣的斜度 5a 锁扣间隙 mm1 锁扣非导向侧面间隙 mm4 1 锁扣沿分模面非打击面上的间隙 mm5 1 2 锁扣内圆角 54015 0 15 0 1 hR 锁扣的外圆角 mmmmRR87252 12 取 沈阳理工大学课程设计专用纸 16 12 锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定 12 1 确定加热方式 及锻造温度范围 在锻造生产中 金属坯料锻前加热的目的 提高金属塑性 降低变形抗力 即增 加金属的可塑性 从而使金属易于流动成型 并使锻件获得良好的组织和力学性能 金属坯料的加热方法 按所采用的加热源不同 可分为燃料加热和电加热两大类 根 据锻件的形状 材质和体积 采用半连续炉加热 金属的锻造温度范围是指开始锻造温度 始锻温度 和金属锻造温度 终锻温度 之间的一段温度区间 确定锻造温度的原则是 应能保证金属在锻造温度范围内具有 较高的塑性和较小的变形抗力 并能使制出的锻件获得所希望的组织和性能 3 查有关 资料确定锻件的始段锻温度为 1180 终锻温度为 800 12 2 确定加热时间 加热时间是坯料装炉后从开始加热到出炉所需的时间 包括加热个阶段的升温时 间和保温时间 在半连续炉中加热 加热时间可按下式计算 0 13 10 2 1 33 h 12 1 D 式中 D 坯料直径或厚度 10 2cm 钢化学成分影响系数 取 0 13 h cm 12 3 确定冷却方式及规范 按照冷却速度的不同 锻件的冷却方法有 3 种 在空气中冷却 冷却速度快 在 灰沙中冷却 冷却速度较慢 在炉内冷却 冷却速