挂轮架轴锻造工艺及模具设计讲解

1、课程设计说明书题目挂轮架轴锻造工艺及模具设计作者:潘山山学 号：1103054227学院：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程指导教师：（姓名）（职称或学历）（姓名）（职称或学历）2015年1 月目录1. 锻件图的设计1.1 绘制锻件图的过程1.2 计算锻件的主要参数3. 确定锻锤吨位4. 确定毛边槽形式和尺寸5. 绘制计算毛坯图6. 制坯工步选择7. 确定坯料尺寸8. 制坯型槽尺寸8.1 、拔长模膛设计8.2 滚挤模膛设计9. 锻模模膛设计9.1 切断模膛设计10. 锻模 结构 设 计11、锻前加热、锻后冷却及热处理要求12、致谢 13、参考文献引言 本次项目是通过锤上模锻成形生产，锤

2、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。 主要设计步骤有制定锻件图；计算主要参数；确定 设备吨位；作热锻件图，确定终锻模膛；确定飞边槽的形式和尺寸；计算毛坯图；选 择制坯工步；确定坯料尺寸；设计预锻模膛；设计制坯模膛；模具结构设计；绘制锻 模图、切边模图等1、模锻件图设计其余Dy11753Q.0CF1971.號萍蒂恥理金测tnb 古未磋!10模删直 7：桶注的鬧腐料瓠5冲 *允弁的费診歆6量月muJ | A零挂轮架轴冷锻工程图整体形状尺寸，表面粗糙度进行分析，此零件的材料为45钢， 材料性能稳定,适合锻造。零件图如上图。1.1 绘制锻件图的过程1.1.1 确定分模位置确

3、定分模面位置最基本的原则是保证锻件形状尽可能与零件形状相同。使锻件容易从锻模型槽中取出，因此锻件的侧表 面不得有内凹的形状，并且使模膛的宽度大而深度小。锻件分 模位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上。应使飞边能切 除干净，不至产生飞刺。对金属流线有要求的锻件，应保证锻 件有最好的纤维分布。根据连接头零件形状，采用上下对称的直线分型模。1.1.2 确定公差和加工余量查得45钢的密度为：讣二7.85g/cm3。估算锻件的体积为190cm3,则锻件质量约为m二二7.85 190 :-1.41kg。连接头材料为45钢，即材质系数为M“。 锻件形状复杂系数：S=V 锻 /V 外廓包容(1.1)式中V锻

4、一锻件体积；V外廓包容一外廓包容体的体积。则S9* 10 208*105 =0.65，为一级复杂系数s由文献1查得：高度公差为駕需，长度公差为，宽度公差 为 1.3。零件需无磨削加工，加工精度为f2,由1查得高度及水平尺 寸的单边余量约为1.0-2.0mm, 取1.5mm。1.1.3 模锻斜度取常用模锻斜度为70。1.1.4 圆角半径H B 2，r =0.05H0.5, R = 2.5r0.5r =余量?，机械加工时无倒角r = 1.5mmR=2.5*1.5 0.5 二 4.25mm，取 R = 4mm1.1.5 技术条件(1) 图上未标注的模锻斜度7o;(2) 图上未标注的圆角半径R=1.5

5、mm;3)允许的残留毛边量0.7mm;(4) 允许的表面缺陷深度0.5mm；(5) 锻件热处理：调质HBC:58-62 ；(6) 锻件表面清理：为便于检查淬火裂纹,采用酸洗 允许的飞边错移量：0.5mm。根据余量和公差,绘制锻件图。1.2计算锻件的主要参数(1) 锻件在平面上的投影面积为6423mm； 锻件周边长度为431mm ;锻件体积为1.9* 105mrn;锻件质量为1.41kg。热锻件工程图如下3 C5M,ttffl 1,000理輙58-62$棘注IB.啊怦LMpi4、血删WEz5. ftWMWSWm挂轮架轴热锻件工程图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

6、 面积之和。按1-2锤飞边槽尺寸考虑，按确定双作用模锻锤吨 位的经验公式G=63KA的计算选择锻锤。取钢种系数K=1，锻件和飞边在水平面上的投影面积为A,G=63KA=10020.15KN ，选用2t双作用模锻锤。3、确定毛边槽形式和尺寸选用图1毛边槽形式I，其尺寸按表确定；选定毛边槽尺寸为h飞二 2.0mm，, h1 =4mm， b=10mm， r=2.5mm ， b1 =25mm，F 飞=138mm2, V飞二431* 0.7*138 =41635mm3图1毛边槽形式4、绘制计算毛坯图根据零件形状特点，选取22个截面，分别计算分别计算F 锻,F毛*1.4 ,F计列于下表1,并在坐标纸上绘出

7、连接头的截面图和直径图（见图2）。为设计滚挤型槽方便,计算毛坯图按冷锻件尺 寸计算。表1连接头计算毛坯的计算数据截F锻 / mm22F毛 *1.4 / mm2卩计=F锻+1.4* F毛 / mmd计=1.13JF计 / mm2面号1019319315.727119326418.4328319347624.7428319347624.7528319347624.7628319347624.778031938553381590193178347.791590193178347.7101590193178347.7111590193178347.7121590193178347.7138031938

8、9633.81440119359427.51540119359427.51640119359427.51734019353326.11828319347624.71928319347624.72028319347624.7215019324317.6220193019315.7由截面图所围面积即为计算毛坯面积，得V件=V锻 V毛九9*105 41635 = 2.3*105 mm3平均截面积：S均= 2.3*105198 = 1179mm2则平均直径d均二1.13 S均:38.8mm按体积相等修正截面图和直径图（附图中点划线部分），修正后的最大截面积为则最大直径为d = 47.7mmmax毛坯图

9、如下x/hhAsmIS101112o15Oo2D日16175、制坯工步选择计算毛坯为一头一杆计算繁重系数，选择制坯工步a _ d max _ 47.7 _ 1 22 d 均38.8L计=197 -5.03 d 均 38.8L杆=56.5, L头=141, V杆 ,22653mm3I2d 拐-d mind 拐二（382*（ V 杆/L杆）0.75d；in 0.5dmin 二 23.5，k 二一 一二 0.03，G 二1.41kg _ 1kgI r.-r-G 坯 ikg由文献2知此锻件应采用闭式滚挤制坯工步，为使锻出的锻 件有更好的质量，易于充满型槽，调整制坯工步为：开式滚挤。 模锻工艺方案为：拔

10、长-开式滚挤-终锻-切断。冷锻件工程图如下6、确定坯料尺寸坯料截面积计算：V头V头2由 S 坯二L -2*（ L均）二1524 mmL杆L杆取系数为0.8，则d坯=1.13 F坯=44.1mm由零件形状及原材料规格，实际取=44mm。烧损率300 ,坯料体积为：V坯=V锻 V飞 i 00 =190000*（ 1 +300）=196000mm3计算毛坯长度:L坯二V坯 F坯= 128.6mm, l钳=1.2d坯3来嘩前憫隼密Wnm瀾飜嘶:苕r B/2 + 10( mm),取 B=372mm9.4.3模块高度H。锻模高度根据模膛最大深度和锻锤的最小闭合高度确定。考虑到锻 模翻修的需要，通常锻模总高

11、度 H模是锻锤最小闭合高度的1.351.45 倍。若 H 模太小，上下模合不拢，锻件打不靠，甚至可能撞掉锻锤汽缸 底；若H模太大，将缩短锤头行程，降低打击能量。对于镶块模，模膛 底部与侧壁连接半径R3 mm时，应保证模膛最大深度不超过镶块高度的 40% RV 3 m时，取不超过30% 取H=240m。9.4.4 模块长度 L。 模锻特长锻件时，允许模块超出锤头，两端处于悬空状态。这时锻模受力条件处于不利，故应限制模块悬空的长度。一般规定，每端允许伸出锤头长度值f H/3, H为模块高度。取L =380mm9.4. 5 模块质量为保证锤头运动性能，上模块质量应有所限制，最大质量不得超过 锻锤吨位

12、的 35%。9.4. 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。这两个侧面一般 刨进深度为5 高度50100 m。检验角可以设在模块左边或右边， 根据模膛位置而定。检验角的作用一是为了锻模安装调整时，检验上下 模模膛对准的情况；二是作为锻模机械加工划线时的基准。9.4.7 模块的技术要求（1）锻造比 用来加工制造锻模的模块,要求锻造比达到 3以上,应打 碎铸造组织、碳化物及夹杂,锻合空洞,增加致密度。（2）流线方向 锻模的寿命与模膛布置在模块什么样的纤维方向上有密切关系。任何锤锻模的纤维方向都不允许与打击方向平行。否则，在分模面上不仅流线末端外露，加剧应力腐蚀，大大降低

13、模具寿命；而且在打击力的作用下，分模面上模膛两侧的金属将有沿纤维方向劈开或撕裂的危险，轻者也将造成分模面塌陷或使模壁金属剥落。产生上述现象的原因是模块紧固在锤头和砧座上，只与燕尾底部贴合，在燕尾两肩留有 间隙，当纤维方向与打击方向平行时，外力恰似一把剪刀将纤维撕开。 正象日常生活中所见到的劈木材，当沿着树干纤维方向劈时省力，而在 垂直纤维方向劈时就十分困难。锻模纤维方向正确安排应该是：对于长轴类锻件，模块的纤维方向 与燕尾 （或锻件轴线）方向一致；对于圆饼类锻件，应与键槽方向一致（3）对于整体铸钢模，要求冒口所在面作燕尾面，而不能作承击面。因 冒口附近，疏松、孔洞、非金属夹杂等缺陷较集中，致密

14、性差，强度低。（4）模膛部分允许用模具钢堆焊加工，但堆焊层应大于15伽。锻模机械加工精度与表面质量锻模加工精度的高低直接影响锻件的尺寸精度和表面质量。模膛表 面粗糙 度值小，硬度高，金属流动就容易，表面质量高；模膛轮廓尺寸 公差小，精度高，锻件的尺寸公差就精确；同时锻模寿命也长。但相应 机械加工制造成 本增加，设计时不得不综合考虑。通常的做法是，在保 证锻件形状及尺寸的前提下，应力求提高模具外形（特别是分模面）的 平行度，检验面与分模面的垂直度，镶块与模座的配合精度，燕尾与楔 铁的配合精度等，这些因素对锻件精度和锻模寿命影响较大。锻钢时终 锻模膛表面粗糙度Ra应不大于6卩m。有色金属（如铝、镁

15、）锻造时，因 粘性大，流动性差，模膛表面粗糙度 Ra应不大于2.5卩m。9.5 锻模机械加工精度与表面质量锻模加工精度的高低直接影响锻件的尺寸精度和表面质量。模膛表 面粗糙 度值小，硬度高，金属流动就容易，表面质量高；模膛轮廓尺寸 公差小，精度高，锻件的尺寸公差就精确；同时锻模寿命也长。但相应 机械加工制造成 本增加，设计时不得不综合考虑。通常的做法是，在保 证锻件形状及尺寸的前提下，应力求提高模具外形（特别是分模面）的 平行度，检验面与分模面的垂直度，镶块与模座的配合精度，燕尾与楔 铁的配合精度等，这些因素对锻件精度和锻模寿命影响较大。锻钢时终 锻模膛表面粗糙度Ra应不大于6 it m。有色

16、金属（如铝、镁）锻造时，因 粘性大，流动性差，模膛表面粗糙度 Ra应不大于2.5 t m。9.6 锻模的紧固方式 锻模的紧固方式与锻造设备类型及锻模结构有关。对于锻锤，既牢固， 装卸又方便的方式是楔铁和键块配合燕尾紧固。对于热模锻压力机或液 压机，既可以用楔铁，也可以用螺栓和压板方式紧固。 10、锻前加热、锻后冷却及热处理要求的确定10.1 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

17、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。 查有关资料确定锻件的始段锻温度为1200 C,终锻温度为 750 C。10.2 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：.二：D = 0.12 4.5 60min =32.4min式中D-坯料直径或厚度(cm):钢化学成分影响系数，取0.12 ( h/cm );10.3 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。10.4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。11、总结与致谢课程设计是对本专业所学的内容进行一次全面的应用