五档轴模锻设计

1、锻造工艺学与模具设计报告齿轮轴锤锻模设计ysu2014-01-05 小组成员： 班 级： 指导教师：金 赵前言 锻造是制造业的基础工序之一，是机械产品不可缺少的重要环节。锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压（锻造与冲压）的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。 锻造生产是机械制造工业中提供机械零件毛坯

2、的主要加工方法之一。通过锻造，不仅可以得到机械零件的形状，而且能改善金属内部组织，提高金属的机械性能和物理性能。一般对受力大、要求高的重要机械零件，大多采用锻造生产方法制造。如汽轮发电机轴、转子、叶轮、叶片、护环、大型水压机立柱、高压缸、轧钢机轧辊、内燃机曲轴、连杆、齿轮、轴承、以及国防工业方面的火炮等重要零件，均采用锻造生产。因此，锻造生产广泛的应用于冶金、矿山、汽车、拖拉机、收获机械、石油、化工、航空、航天、兵器等工业部门，就是在日常生活中，锻造生产亦具有重要位置。 从某种意义上说，锻件的年产量，模锻件在锻件总产量中所占的比例，以及锻造设备大小和拥有量等指标，在一定程度上反映了一个国家的工

3、业水平。 锻造可分为自由锻、镦粗、挤压、模锻、闭式模锻、闭式镦锻等。本文以实际例子说明锤上模锻的设计过程，限于小组成员能力有限，错误和谬误在所难免，敬请老师指正。谢谢！关键字：齿轮轴 锤锻模 deform等目录1.零件分析及工艺方案确定-12.锤上模锻件设计-23.锤上模锻工艺设计-64.锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定-115.锤用锻模设计-126.锻锤模加工精度和表面质量-197.锻模成本与锻件售价估计-238. 确定模具材料及热处理的要求-239.模锻工艺流程确定-2410.锻模二维三维图-2411.deform 模拟-2712.心得体会-3013.组内成绩-3114.参考文献-311

4、.零件分析及工艺方案确定1.1零件的分析 如下图为零件二维图，该零件为一五档齿轮轴，尺寸标注相当齐全，对零件的整体形状尺寸，表面粗糙度进行分析，此零件的材料为45号钢，材料性能稳定。1.2工艺方案的确定 根据上述分析，结合生产批量要求，生产设备，制模能力等进行全面分析，初步确定出为锤锻模加工工艺。分析：齿轮轴的螺纹、齿轮和孔等都由后续加工获得，模锻只需锻造轴形状。由于后段阶梯较小可锻成一杆。1.3零件的三维建模 根据零件的二维图，利用软件画出零件三维。如下图：2.锤上模锻件设计2.1确定分模面 因为锻件为回转体，选择轴线所在面为分模面。为了便于采用标准刀具制造模具，选择两端面的拔模高度为5度。

5、如下图:2.2计算锻件复杂情况 由上式计算出S=0.34 该零件为一般件，形状复杂系数为S2。 2.3锻件材料的材料系数 材质系数按锻压的难易程度划分等级，材质系数不同，共公差不同。由于锻件材料为45钢，所以材料系数为M1级。2.4确定机械加工余量 根据零件工程图，估算得锻件的质量为m=3.2kg，零件材料为45号钢，然后由有关手册查得： 锻件表面机械加工余量2mm(1.72.2mm)， 直径方向上偏差为+1.4， 下偏差为- 0.6， 长度方向上偏差为+1.5，+1.7， 下偏差为- 0.7，- 0.8。2.5确定技术要求 1.确定模锻斜度： 根据零件图分析，查得模锻斜为5 2.确定圆角半径

6、: 查相关手册得： 各部位圆角半径R=3mm，零件图上规定的圆角半径不变。 3.允许错差量0.8mm2.6冷锻件二维图2.7冷锻件三维图2.8验证由于之前公差等由锻件估算得到，所以需要验证。经计算：2.9热锻件二维图 热锻件图以冷锻件图为依据，但又有所区别。首先热锻件的尺寸标注，高度方向尺寸标注以分模面为基准，以便于锻模机械加工和准备检验样板。其次考虑到金属的冷缩现象，热锻件图上的所有尺寸应计入收缩率，按下列公式计算：由于材料为45号钢，收缩率取0.8%-1.5%,取1.2%2.10热锻件三维图3.锤上模锻工艺设计3.1计算锻件的主要参数 （1）.锻件在平面上的投影面积11207mm （2）.

7、锻件毛边长度为738.7mm （3）.锻件体积为.6m （4）.锻件的质量为3.5kg3.2确定锻锤吨位 总变形面积为锻件在水平面上的投影面积与飞边水平投影面积之和。按45 t锤飞边槽尺寸考虑，假定飞边平均宽度为 20mm。总的变形面积： S=11207+738.720= 25981mm 按确定45钢模锻锤吨位的经验公式 ： G=（3.56.3）kF F为锻件本体和毛边在水平面投影面积 F=S=25981mm 根据材料查表确定锻锤吨位取 k=1.0系数取5 计算得G=0.911.63kg选用 1.5t锻锤。3.3确定毛边的形状与尺寸 选用如图所示I型飞边槽，其尺寸由锻压手册中查得。其优点是桥部

8、设在上模块，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。选定飞边槽的尺寸为： h1=4 .0mm，hf= 1.8mm，b= 8mm b1= 28mm， r= 1mm，F飞= 150mm 得锻件毛边体积 二维图：3.4绘制计算毛坯图 根据零件形状特点，选取多个截面，分别计算分别计算F锻，F毛，F计列于表1,并在坐标纸上绘出连接头的截面图和直径图。为设计滚挤型槽方便,计算毛坯图按冷锻件尺寸计算。按体积相等修正截面图和直径图。计算繁重系数： 式中金属流向头部的繁重系数； 金属沿轴向流动的繁重系数； 杆部斜率； 计算毛坯的最大直径； 计算毛坯的最小直径； 杆部与头部转接处的直径

9、； 计算毛坯的杆部长度。 分析：值越大，表明金属流到头部的金属体积愈多；值愈大，则轴向流动的距离愈长；K值愈大，表明杆部锥度大，小头一端的金属愈为过剩；锻件质量G愈大，表明金属量大，制坯更困难。因此繁重系数代表了制坯时需转移金属量的多少，金属转移时的难易程度，作为选择制坯工步的依据。 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变形，最后成为锻件。坯料在每一模膛中的变形过程叫做模膛工部，而工部的名称与所用模膛的名称是相应一致的。此锻件长度与截面相差较大，为长轴类锻件，查表确定制坯工步为拔长，闭式滚挤，模锻工步为终锻。 拔长后进行滚压，使坯料表面光滑，氧化皮去处干净，金

10、属分配准确，防止锻件产生折叠，终锻模膛布置在锻模打击中心上以减少错移。根据以上所算数据，查表确定制坯工步为拔长，滚挤，模锻工步为预锻、终锻。3.5确定变形工步 由查表确定变形工步： 1.下料2.拔长 3.滚挤 4.终锻3.6坯料尺寸的确定3.6.1坯料直径计算 拔长加滚挤联合制胚时： F坯=（0.75-0.95）Fmax 因为最大截面区长度较短时，系数取小值 F坯=0.75Fmax=0.75(74.22)=3241.4mm 则 ： 所以 D=232.1=64.2mm 由原材料规格，查得D=65mm3.6.2坯料的长度计算 2、坯料的长度计算 采用室式天然气炉，烧损率取2% 根据公式求得坯料体积

11、： V坯=（V件+V毛）（1+）=.6mm 所以L坯=V坯 F坯=.63316.6=153.6mm F坯-坯料截面积 考虑钳口长度取20mm L坯=153.6+20=173.6mm 取L=175mm4.锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定4.1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

12、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。查有关资料确定锻件的始段锻温度为1200，终锻温度为8004.2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：=0.136.5=0.845(h) 式中 D坯料直径或厚度，6.5cm； 钢化学成分影响系数，取0.13（h/cm）。4.3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

13、，冷却速度最慢。根据本锻件的形状体积大小及锻造温度的影响，选择在空气中冷却。4.4 确定锻后热处理方式及要求 锻件在机加工前后均进行热处理，其目的是调整锻件的硬度，以利锻件进行切削加工，消除锻件内应力，细化晶粒等。根据锻件的含碳量及锻件的形状大小，采用在连续热处理炉中，调质处理。可使锻件获得良好的综合力性能。5.锤用锻模设计5.1钳口的设计 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。其具体形状尺寸如下图。 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：B=130mm h=60m

14、m R0=15mm 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：钳口颈高度a和宽度b分别为：2.5mm和8mm钳口颈尺寸：L0.5S0 其中S0模壁最小厚度。5.2终锻型槽的设计 终锻形槽是各种型槽中最重要的型槽，用来完成锻件最终成型，终锻件图安热锻件图加工和检验，所以设计终端形槽须按热锻件图设计。终锻型槽设计如下：5.3拔长型槽尺寸的确定 拔长型槽的主要作用是使批表局部截面积减小，长度增加，还兼有清除氧化皮的作用，拔长型槽的位置在模块边缘，有坎部，仓部和钳口三部分组成。选择开式拔长型槽，其拔长平台截面呈矩形，边缘敞开。这种结构形式简单，制造方便。拔长型槽是以毛坯为依据进

15、行设计的，主要确定拔长坎高度 a，宽度B，拔长坎长度c等尺寸。5.3.1 坎高a的确定 因其拔长后还须要滚挤制坯，坎高a应按计算毛坯杆部平均截面积来确定。5.3.2坎长c的确定拔长台有适当的长度c，太短会影响坯料表面质量，不光滑，太长又会影响拔长效率，根据生产经验确定如下：5.3.3型槽宽度B值的确定 直排 D坯/mm小于404080大于80K41.51.351.25.3.4其他尺寸 R=0.25c=21.55mm R1=2.5c=212.5mm 圆整取R=22mm R1=213mm 无小头e(仓部深)= 35+210=55mm L=L拔+5=201+5=206mm5.3.5二维图5.4滚挤型

16、槽的确定滚挤型槽设计：采用闭式滚挤。5.4.1型槽高度 计算的公式如下： 5.4.2滚挤型槽宽度B 经过拔长的坯料，滚挤型槽杆部宽度应比未经过拔长时要小，根据经验公式得： 5.4.3滚挤型槽长度L 滚挤型槽长度应该根据热锻件图尺寸决定，由于此锻件为直锻件： L=L锻+（1-3） L=247mm5.4.4钳口与毛刺槽尺寸 钳口处： 毛刺槽处,查表得： a=8mm c=30mm b=40mm R3=10mm R4=8mm5.4.5闭式滚挤型槽截面形状 由于毛坯直径小于80mm，杆部宜用圆弧型槽，对于头部应该采用圆弧型槽。5.4.6滚挤型槽二维图 按截面的高度绘制滚挤型槽纵剖面外形，然后用圆弧或直线

17、光滑连接，并适当简化。5.5型槽排列方式及锻模结构设计5.5.1型槽的布排方式模锻此锻件的1.5t模锻锤机组，加热炉在锤的左方，故拔长型槽布置在左边，滚挤型槽布置在锻模右边，拔长型槽、滚挤型槽应以终锻型槽为中心左右对称排布，并尽可能使型槽中心与打击中心重合。5.5.2型槽壁厚 型槽至模块边缘的距离，或型槽之间的距离都称为型槽壁厚。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。 采用整体式，壁厚根据下图确定根据数据查图计算S0=13mm S1=50mm S2=50cm。5.5.3锁扣的设计 为了防止上下模错移，影响锻件的尺寸精度和加工余量，而且加速锻锤导轨的磨损和锤杆过早的折断，应

18、设计锁扣。 查表知: 锁扣的高度h=30mm 锁扣间隙=0.3mm 锁扣斜度=35.5.4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。根据生产经验，在一定的较小的锻锤吨位范围内，承击面随着锻锤吨位线性增加。 所以1.5吨锻锤的最小承击面需400cm ，经三维建模计算本设计承击面面积约为431.24mm，符合要求。 （2）模块宽度 为保证锻模不与锤的导轨相碰，模块的最大宽度Bmax保证模块边缘与导轨间留有单边距离大于20cm；模块最小宽度至少超出燕尾每边10mm，最小宽度 Bmin应满足： （3）模块高度 锻模高度根据型槽最大深度和锻模的最小闭合高度确定。 考虑翻新修理

19、 查手册得： 模块最小高度Hmin =360mm，Hmax=550mm 为了考虑翻新修理，合模高度可取H闭 = 500mm。（4）模块质量 上模块的最大质量不得超过锻锤吨位的35%，所以上模 质量不应超过0.53t左右。 经过三维建模计算出上模质量为262kg2050+0.1-0.1+0.3-0.10.61.0+3.0-1.0 （3）锤锻模的紧固方式（楔铁和键块配合燕尾紧固） 锤锻模燕尾和键槽的尺寸(1.5t)：锻锤吨位/tb/mmh/mmb1/mmdS(mmmm)1231220050.55053563060 （4）模锻锤安装空间规格：锻锤吨位/tGmaxHminHmaxB1lLb+0.25/

20、2a+0.25h-0.5f10.5f-0.1C1.55253601200550600800100140508480143 （5）楔铁尺寸(1.5t)：L1-锤头长度 L-下模座长度锻锤吨位/th/mmK/mm上楔下楔125040.8A1=L1+100A=L+100 （6）定位键尺寸(1.5t)：锻锤吨位/tf/mmh/mmL/mmL1/mmb1/mm123128050974849.952.955.97.锻模成本与锻件售价估计7.1锻模成本估计 锻模的材料选用5CrNiMo，按照体积可以估算原材料的成本。模块的质量 1）原料成本：62820=12560元。 2） 锻模加工：工序为刨-铣，估计用时

21、7天左右，加工费用为5000元。 3）锻模热处理工序：正火-淬火回火，热处理价格3000元。 4）其他需要费用初步估可能2000元 5）总计费用估计用22560元。7.2锻件售价 1）由之前的锻模可知其成本大约为22560元 2）锻模预计可翻新2次，每次翻新费用为机加工与热处理 费用，共计16000元。 3）预计本套模具可以生产9500个锻件。 锻件原材料价格: 锻件材料为45号钢，经查询45号钢报价约为4元/千克 总材料价格为44.569500=元 4）考虑其他的费用，人工+水电+场地等费用估计为30000 元 5）总费用为元 6）算每个零件纳税25%，初步可定锻件每个售价为45元8. 确定

22、模具材料及热处理的要求锻模是生产模锻件的必要工具，它的工作材料恶劣，不仅承受很大的冲击载荷，而且在高温下受到流动金属的摩擦，同时还受到反复激冷激热的交变作用。锤锻模主要承受冲击载荷，选择锤锻模用材料要满足以下要求：在工作环境下具有良好的综合力学性能；在工作温度下具有良好的组织稳定性；要有良好的抗冷、热疲劳性能，以减缓因冷热交替变化而引起的疲劳破裂；应具有良好的冶金质量。目前常用的锤锻模材料有高韧性半耐热模具钢，中等韧性耐热模具钢，耐高温抗磨损模具钢等。已知设备的规格为1.5t锤，故选用的主要材料为5CrNiMo,锻模硬度要求为型槽表面HRC值3539；燕尾部分的HRC值为3035。9.模锻工艺流程确定（1） 下料：5 000kN剪切机冷切；（2） 加热：半连续式炉，1 2201 240；（3） 模锻：1.5t模锻锤，拔长、闭式滚挤、终锻；（4） 热切边：1 600kN切边压力机；（5） 打磨毛刺、锐边倒钝：砂轮机；（6） 热处理：连续