冲压模具转向臂锻模成形工艺与模具设计论文

1、 转向臂成形工艺与模具设计摘 要 模锻即模型锻造，在锻造工业中具有举足轻重的作用。本文介绍了热锻工艺的基本类型及工艺规程，并重点对锤上模锻的成型原理和变形过程进行了分析探讨。本文设计的转向臂，在工农业中的应用非常广泛。通过分析其在锤上模锻的变形过程，应用金属塑性变形基本原理，制定了转向臂的成形工艺，并完成了转向臂的锻模设计。在设计过程中，根据转向臂零件的各种参数，分析了其由坯料变为成形锻件的变形过程，制定出了较为合理的工艺流程；由转向臂锻件的制坯过程，设计出了较为经济，使用方便，较为合理的模具。关键词：锻造 工艺设计 模具设计 Abstract The mold Forging namely

2、the model forging, have a prominent function in the forging the industry.This text introduced the basic type and the craft rules distance of the hot Forging craft, laying equal stress on to order to model principle and transform process to carry on an analytical study to the hammer mold Forging.This

3、 text design of change direction arm, very extensive in the application in the work agriculture.Pass analytical it the mold Forging transforms process on the hammer, applying the metals to transform basic principle, drawing up to change direction arm of take shape a craft, and complete to change dir

4、ection arm of the Forging mold design.During the period of design, according to change direction various parameter of the arm spare parts, analyze it is anticipate by the metals to change in to take shape the Forging piece to transform process, draw up more reasonable craft process;From change direc

5、tion the arm Forging piece system process, design more economic, use convenience, more reasonable molding tool.Keyword: Forging Craft design The molding tool design 目 录 前 言51 模锻件图设计71.1确定分模面71.2 确定锻件的机械加工余量和公差81.2.1 锻件的形状复杂系数81.2.2 锻件的质量和公称尺寸的大小91.2.3 锻件材质系数91.2.4 模锻件的精度等级91.3 模锻斜度和圆角半径91.4 技术条件101.

6、5 计算锻件的主要参数102 确定锻锤吨位103 模锻方式选择及毛边槽形式和尺寸的确定113.1 开式模锻113.2 闭式模锻123.3 毛边槽设计134 确定终锻型槽155 设计预锻型槽156 加热规范的制订166.1 制定加热规范的目的166.1.1 过热176.1.2 过烧176.1.3 裂纹176.2 装料时的炉温176.3 加热速度196.4 均热保温时间206.5 加热时间217 锻造变形工步的确定237.1 计算毛坯237.1.1按名义尺寸绘制冷锻件图。247.1.2计算锻件截面积。247.1.3选择适当的缩尺比M247.2 计算毛坯体积和直径257.3 制坯工步选择267.4

7、确定坯料尺寸288 制坯型槽设计288.1 拔长型槽设计288.2 滚挤型槽设计308.2.1 滚挤型槽形式308.2.2 滚挤模膛设计内容318.2.3 设计滚挤型槽329 锤锻模结构设计339.1 型槽布排349.2 型槽壁厚359.3 错移力的平衡和锁扣的设计369.3.1 锁扣的形式369.3.2 锁扣的设计379.4 整体模的模块尺寸389.4.1 承击面389.4.2 打击中心与模块中心的偏移值389.4.3 模块宽度和高度399.4.4 模块长度和质量399.4.5 模块材料的纤维方向要求3910 转向臂模锻工艺流程：40结 论41致谢42参考文献43 前 言 材料成形加工在机械

8、、冶金、造船、航空、航天、铁路、交通、石油、化工、国防等许多工业及国民经济中占有极为重要的地位。对一个国家的工业、农业、国防和科学技术所能达到的水平影响非常大。而材料成形中，锻造生产又占有举足轻重的地位，涉及各个生产部门和领域，在现代化的工业生产中，若无锻造生产的密切配合，其发展和生存是不可想象的。 材料成形工艺，尤其是铸造和锻造，我国是世界上应用最早的国家之一。从1972年河北藁城县商代遗址出土的兵器考证，距今已有3300余年，经采用现代技术考验，其刃口是采用合金嵌锻而成，这是我国至今发现最早生产的锻件。我国的铸、锻生产虽然历史悠久，但长期处于手工和作坊的落后状态，直到新中国成立以后，我国的

9、铸、锻、焊工业随着机械制造业的发展同步壮大起来。我国是铸、锻、焊件大国，但不是强国。与工业发达国家相比，我国的铸、锻、焊生产的差距不是表现在规模和产量上，而是集中表现在质量和效率上。在技术水平上与国外发达国家相比也还有很大一段距离。锻造是一种借助工具或模具在冲击或压力作用下加工金属机械零件或零件毛坯的方法。与其它加工方法相比，锻造加工生产率最高；锻件的形状、尺寸稳定性好，并有最佳的综合力学性能。锻件的最大优势是韧性高、纤维组织合理，件与件之间性能变化小；锻件的内部质量与加工历史有关，不会被任何一种金属加工工艺超过。锻造生产根据使用工具和生产工艺的不同而分为自由锻、模锻和特种锻造。模锻件余量小，

10、只得少量的机械加工(有的甚至不加工)，生产效率高，内部组织均匀，件与件之间为性能变化小，形状和尺寸主要是靠模具保证，受操作人员的影响较小。模锻须要借助模具，加大了投资，因此不适合单件和小批量生产。由设计的转向臂零件可知，零件产量为大批量生产，精度要求属普通级，符合模锻设计特点，故采用模锻成形。本文主要设计任务是完成转向臂成形工艺的制定和模具的设计。锻造工艺在锻件生产中起着重大作用。工艺流程不同，得到的锻件质量(指形状、尺寸精度、力学性能、流线等)有很大的差别，使用设备类型、吨位也相去甚远。工艺过程安排恰当与否，不仅影响质量，还影响锻件的生产成本。根据转向臂的成形特点，通过调查研究，查阅资料，制

11、定出了较为合理的工艺流程，使之得到的锻件质量能够最好，成本最低，操作方便、简单，而且能充分发挥出材料的潜力。而模锻设计则是本论文的设计重点，它直接关系到锻件各项性能指标（包括形状、尺寸精度、力学性能等）的优劣。由转向臂锻件的制坯过程，参考其他模锻设计实例，设计出了较为合理的模锻模具，包括终端型槽，拔长型槽，滚挤型槽设计，最后通过模锻结构设计，将各个型槽组成一个完整的整体。 本论文设计的转向臂属于构造比较简单的零件，锻造工艺难度不高，如果要生产精度要求较高的零件，则需要新工艺，高技术。锻造生产要跟上当代科学技术的发展，须要不断改进技术，采用新工艺、新技术，进一步提高锻件的性能指标；同时要缩短生产

12、周期，降低成本，使之在竞争中处于优势地位。 锻造生产是机械制造工业中提供毛坏的主要途径之一。锻造生产的优越性在于：它不但能获得金属零件的形状，而且能改善金属的内部组织，提高金属的力学性能和物理性能。一般对于受力大的重要机械零件，大多采用锻造方法制造。本文设计的转向臂，应用非常广泛，属于比较常用的机械零件，其主要应用于汽车，拖拉机，机床等工农行业中。如果采用机械加工转向臂零件，得到的零件成品无论是金属的力学性能还是物理性能都不是最好的，而模锻成形在锻造工业中使用较为普遍，采用此种方式，在批量生产情况下生产很高，能够改善金属的组织，提高金属的力学性能和物理性能。使纤维组织沿着零件轮廓合理地分布，提

13、高零件的塑性和冲击韧性。因而，锻制成的转向臂零件强度高，可承受更大的冲击力。在承受同样大小冲击力的情况下，锻制零件的尺寸可以减小，既节省了金属，又使机器更加轻巧。参照模锻设计实例，根据转向臂成形过程和技术要求，其设计路线为：锻件图的设计；模锻方式选择；毛边槽设计；加热规范制定；变形工步的确定；型槽的设计；锻模结构设计；具体设计如下：1 模锻件图设计 模锻生产过程、工艺规程制订、锻模设计、锻件检验及锻模制造，都离不开锻件图锻件图根据零件图设计，分为冷缎件图和热锻件图两种。冷锻件图用于最终锻件检验和热锻件图设计；热锻件图用于锻模设计和加工制造。一般将冷锻件图称为锻件图，设计锻件图时一般应考虑解决下

14、列问题。1.1确定分模面 模锻件是在可分的模腔中成形，组成模具型腔的各模块的分合面称为“分模面”，分模面与锻件表面的交线称为锻件的分模线。分模线是模锻件最重要、最基本的结构要素。 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。确定分模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，容易从锻模型槽中取出；此外，应争取获得镦粗充填成形。故此，锻件分模位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上。通过以上分析，确定转向臂分模面如图所示：图1-11.2 确定锻件的机械加工余量和公差 由于受到各种工艺因素的影响，锻件实际尺寸不可能与名义尺寸相等，无论是高度方向还是水平方向都会有

15、偏差，因而应对锻件规定允许的尺寸偏差范围，这对控制锻模工作寿命和锻件检验都是必要的。锻件尺寸公差具有非对称性，即正公差比负公差大一些。这是由于高度方向影响尺寸发生偏差的根本原因是锻不足，而型槽底部磨损及分模面压陷引起的尺寸变化却是次要的，水平方向的尺寸公差也是正公差大于负公差，这是考虑到型槽磨损，锻件错移是难以避免的现象，而且均属于增大尺寸的影响因素。再者负公差是指锻件尺寸的下限，不宜过大。而正公差的大小不会导致锻件报废；正公差偏大对稳定工艺，提高锻模使用寿命有好处，因而有所放宽。 影响锻件余量和公差的因素及其确定方法：1.2.1 锻件的形状复杂系数锻件的形状复杂系数S是锻件质量或体积(，)与

16、其外廊包容体的质量或体积(，)的比值，即：查阅参考文献（一）表4-2属级。1.2.2 锻件的质量和公称尺寸的大小 锻件的质量根据锻件图的名义尺寸进行计算，并按此质量和尺寸查表确定。估算锻件质量为2.24kg。1.2.3 锻件材质系数 查阅参考文献（一）表4-3知 材质系数为。 1.2.4 模锻件的精度等级 由设计的转向臂知，精度等级为普通级。 查锻工手册得：高度公差为 ，长度公差为：，宽度公差为： 零件加工精度为，查锻工手册得高度及水平尺寸的单边余量约为1.7-2.2mm，取2mm。 1.3 模锻斜度和圆角半径 为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，称为模锻斜度或出模角。模锻

17、斜度可以是锻件侧壁附加的斜度，也可以是侧壁的自然斜度。实际生产中，较难实现自然脱模，出模角度不是偏大就是偏小。若出模角增大，则金属充填型槽阻力增大，锻件斜度余量也增大，从而增加金属的消耗和机械加工余量。因此，在保证锻件能顺利取出的前提下，模锻斜度应尽可能取小值。模锻斜度有内斜度和外斜度。当热锻件冷缩时，锻件外侧趋向离开模壁，而内侧包住模具型槽中凸出部分不易取出，因此应取大于一级。查阅参考文献（一）表4-4得知，。为了使金属易于流动和充满型槽，提高锻件质量并延长锻模的寿命，模锻件上所有的转接处都要用圆弧连接，使尖角、尖边呈圆弧过度，此过度处称为锻件的圆角。 锻件上的凸圆角半径称外团角半径，用r表

18、示；凹圆角半径称内圆角半径，用R表示。圆角半径的大小与锻件的形状尺寸有关，锻件高度尺寸大，圆角半径应加大。为保证锻件外圆角处有必要的加工余量，可按公式： r余量十零件相应处圆角半径或倒角 锻件上的内圆角半径只应比外因圆角半径r大，一般取R(2-3)r 。由加工余量为0.5mm，零件相应处圆角半径为2mm,故r=2mm,R=5mm. 1.4 技术条件 （1） 图上未标注的模锻斜度 ； （2） 图上未标注的圆角半径R2mm; （3） 允许的错移量 0.4mm; （4） 允许的残留毛边量 0.7mm; （5） 允许的表面缺陷深度 0.4mm （6） 锻件热处理：调质； 1.5 计算锻件的主要参数 （

19、1）锻件在平面上的投影面积为 6800; （2） 锻件周边长度为 580mm; （3） 锻件体积为 31500; （4） 缎件质量为 2.24kg.2 确定锻锤吨位总变形面积为锻件在平面图上的投影面积与毛边面积之和，参照参考书目（一）表411，按l-2t锤毛边槽尺寸考虑，假定毛边平均宽度为25mm总面积f6800+5802521300.按双作用模锻锤吨位确定的经验公式G(3.5-6.3)kF确定锻锤吨位，因转向臂为大批量生产，需要高生产率，取较大的系数6.3，取k1.0，于是G6.31.02131342 kg选用1.5t锤。3 模锻方式选择及毛边槽形式和尺寸的确定 锤上模锻是在自由锻、胎模锻基

20、础上最早发展起来的一种模锻生产方法，适合成批或大批量锻件锻制。它是将上、下模块分别固紧在锤头与砧座上，将加热透的金属坏料放人下模型腔中。借助于上模向下的冲击作用、迫使金属在锻模型槽中塑性流动和充填，从而获得与型腔形状一致的锻件。根据分类方式的不同，锤上模锻方式有多种。如按金属在锻模型槽内变形的特征，以及变形金属所处应力和塑性状态的不同，可分为开式模锻与闭式模锻。3.1开式模锻 开式模锻是变形金属的流动不完全受模腔限制的一种锻造方式。开式模锻时，多余的金属沿垂直于作用力方向流动形成毛边。随着作用力的增大，毛边减薄，温度降低，金属由毛边向外流动受阻，最终迫使金属充满型槽。开式模锻金属变形过程大约可

21、分为四个阶段，如图3-1所示。 图3-1 第I阶段 自由变形或称镦粗变形阶段，在这一阶段，坯料在型槽中发生镦粗变形，对于某些形状的锻件可能伴有局部压入变形。当镦粗的坯料和型槽侧壁接触，则表明此阶段结束。此时金属处于较弱的三向压应力状态，变形抗力也较小。第阶段 形成毛边阶段，由于金属流动受到模壁阻碍，坯料自由流动受到限制，继续压缩时，金属流动方向有两个，一个流向型槽深处，充满型槽；另一个流向毛边槽，形成少许毛边。 第阶段 充满型槽阶段。毛边形成后，随着变形的继续进行，毛边逐渐减薄，金属流入毛边槽的阻力急剧增大，形成一个阻力图。第阶段 锻粗或称打靠阶段。通常坯料体积略大于型槽容积，因此。当型槽完全

22、充满后，尚须继续压缩至上下模接触(或打靠)。在开式模锻过程中，变形金属的具体流动情况主要取决于各流动方向上的阻力之间的关系影响变形金属流动的因素主型有：（1）型槽的具体尺寸和形状；（2）毛边槽桥口尺寸和锻件分模位置；（3）设备的工作速度、运动特征。能在工艺上起重要作用的因素主要是毛边槽。3.2 闭式模锻 开式模锻中毛边金属的损耗较大，通常毛边占锻件质量的10-50，为减少金属损耗，提高材料利用率，出现了闭式模锻。闭式模缎也称无毛边模锻。在变形过程中，金属始终被封闭在型腔内不能排出，迫使金属充满型槽而不形成毛边。闭式模锻时，上下模之间的间隙很小，金属流人间隙的阻力极大，但在下料不准确或模锻操作不

23、当时，也会产生微量的纵向毛刺。 闭式模锻有如下优点： (1)省去了毛边材料的消耗和毛边的变形功； (2)坯料处于更强的三向压应力状态，提高了金属的塑性，有利于低塑性合金的锻造成形； (3)锻件纤维组织按零件轮廓连续分布，流线不会被切断，提高锻件的力学性能和抗应力腐蚀性能。 但闭式模锻有一定的局限性，常会遇到下列问题： (1)要求坯料体积精确，使坯料体积和型槽容积相等。而实际生产中，由于原材料尺寸精度，下料，加热等因素的影响。很难满足上述要求，造成体积波动，不但影响锻件成形，甚至会因坯料过大而导致锻模损坏。 (2)要求坯料形状和尺寸比例合适，并在型槽内准确定位，否则锻造时一边已产生毛刺而另一边尚

24、未充满型槽，从而使锻件报废，同时还影响到模具寿命。 (3)锻件出模困难，需要顶件装置，使锻模结构复杂化。 (4)应用范围窄。闭式模锻一般只适用于形状对称的回转体锻件，其它类形的锻件很难控制在不产生不均匀的毛刺条件下而使型槽充满。 通过以上分析，从生产成本，锻件精度，锻模设计复杂度，锻模应用范围等各方面考虑，采用开式摸锻比较合理。 3.3 毛边槽设计开式模锻的终锻型槽周边必须设计毛边槽，其形式和尺寸对锻件质量影响很大。毛边槽的作用是：（1）造成足够大的水平方向的阻力，迫使金属充满型槽，保证锻件尺寸准确。（2）缓冲锤击。由于毛边金属层的阻隔，可以缓冲上下模块的直接撞击，提高锻模寿命。（3）容纳多余

25、金属。在金属已完全充满型槽后，尚有多余金属需要排出，这时靠毛边仓部来容纳多余的金属。毛边槽有如下几种形式： 图3-2形式I是使用最广泛的一种，其优点是桥部设在上模块，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。形式适用于高度方向形状不对称锻件。因复杂部分设在上模，为简化切边冲头形状，通常将锻件翻转，故桥部设在下模，切边时缎件也易放平稳。形式适用于形状复杂，坯料体积不易计算准确而往往偏多的锻件，由于增大仓部容积，不致于发生上下模压不靠。形式使用对象同形式，由于加宽下模毛边槽桥部，因而提高桥部强度，以避免过快地磨损和过早地压塌。形式只用于锻模局部，桥部增设阻尼沟，增加金属向

26、仓部流动的阻力，迫使金属流向型槽深处或枝芽处。形式称为楔形毛边槽，其特点是终锻时水平方向金属流动愈来愈因难，适用形状更复杂的锻件，缺点是切除毛边困难。由图3-3可知，设计要点：（1） h减小， b增大，则水平方向流动阻力增大，有利于充满模膛；（2）h太大， b太小，则难以充满模膛，且产生大飞边。（3）h减小， b增大，则水平方向流动阻力增大，有利于充满模膛；（4）h太大， b太小，则难以充满模膛，且产生大飞边。图3-3选用最广泛的一种如图所示毛边槽形式I，毛边槽具体尺寸根据锻锤吨位大小来选定，吨位法是从实际生产总结出来的，应用简便，考虑锻件形状复杂程度较低，因而准确率较高。按参考书目（一）表4

27、14；选定毛边槽尺寸为1.5mm,=4mm，b=8mm,22mm，r4mm,=112。锻件毛边体积V5800.7；5800.711245500，其中0.7(锻件毛边平均截面积)。4 确定终锻型槽终锻型槽是各种型槽中最重要的型槽，用来完成锻件最终成形。终锻型槽按热锻件图加工制造和检验，所以设计终锻型槽，须先设计热锻件图。热锻件图以冷锻件图为依据，但又有所区别。首先，热锻件图的尺寸标注，高度方向尺寸以分模面为基准，以便于锻模机械加工和准备检验样板。其次，考虑到金属冷缩现象，热锻件图上的所有尺寸应计入收缩率，即按下式计算热锻件图尺寸：Ll(1+)查阅参考书目（一）表4-13得=1.5。转向臂材料为4

28、5钢。考虑收缩率为1.5。根据生产经验总结，考虑到锻模使用后承浙面下陷，型槽深度减小，横向尺寸增大等因素修改了几处尺寸：大头上平面增厚0.3mm，小头上下平面不变，绘制的热锻件图如图1-1所示：5设计预锻型槽对于形状复杂的锻件需要经预锻方能成形，预锻可以改善金属在终锻型腔中的流动情况，避免在锻件上形成折伤，并能更好地充满成形，同时还可以减少终锻型腔的磨损，提高锻模的寿命。但是，采用预锻模后，使终锻型腔不能设在锻模的中心，产生偏心打击，引起上，下模产生错移，同时也增加了模快尺寸，对于尺寸较大的锻件，当需要预锻和终锻两副模具联合生产时就要增加设备，生产率也随着降低。因此，综合具体情况全面考虑，对于

29、转向臂的设计，不必采用预锻。6 加热规范的制订6.1 制定加热规范的目的金属在锻前加热时，应尽快达到所规定时始锻温度。但是，如果温度升很太快，由于温度应力过大，可能造成坯料开裂。相反，升温速度过于缓慢，会降低生产率，增加燃料消耗等。因此在实际生产中，金属坯料应按一定的加热规范进行加热。 加热规范(或加热制度)是指金属坯料从装炉开始到加热完了整个过程，对炉子温度和坯料温度随时间变化的规定。为了应用方便和清晰起见，加热规范采用温度时间的变化曲线来表示，而且通常是以炉温时间的变化曲线(又称加热曲线或炉温曲线)来表示。根据金屑材料的种类、特性及断面尺寸的不同。锻压生产中常见的加热规范有：一段、二段、三

30、段、四段及五段加热规范。钢的加热曲线如图6-1所示。 由图6-1可见,加热过程中含有预热、加热、均热几个阶段。制订加热规范就是要确定加热过程不同阶段的炉温、升温速度和加热(保温)时间。 预热阶段，主要是合理规定装料时的炉温； 加热阶段，关键是正确选择升温加热速度； 均热阶段，则应保证钢料温度均匀，确定保温时间。加热规范正确与否，对产品质量和各项技术经济指标影响很大。正确的加热规范应能保证：金属在加热过程中不产生裂纹，不过热过烧，温度均匀、氧化脱碳少，加热时间短和节约能源等。即在保证加热质量的前提下，力求加热过程越快越好。6.1.1 过热钢料由于加热温度过高、加热时间过长或在高温下停留时间过长而

31、引起奥氏体晶粒迅速长大，形成粗大组织而使锻件力学性能变差，这种缺陷即为过热。过热的危害：使钢料的塑性下降。锻造、热处理后锻件的晶粒仍粗大，降低金属的力学性能。为避免过热组织，必须严格控制。查阅参考书目（一）表3-4知转向臂零件45钢过热温度为1300。6.1.2 过烧当毛坯加热温度接近熔点，并在该温度下长时间停留，氧化性气体渗入到晶界，同晶界中低熔点的Fe、C、Si发生氧化形成脆性氧化层，使晶粒之间的连接被破坏，钢完全失去塑性，稍受锻打即裂，这种缺陷即为过烧。过烧是钢致命的加热缺陷。不能通过热处理或锻造方法给予补救，只能报废回炉重熔。要防止过烧必须严格控制加热的最高温度，要低于始熔线下1002

32、00。6.1.3 裂纹对大尺寸的钢锭（3t以上），大型导热性差和塑性差的金属锭，若快速加热至高温，造成表层与心部温差过大，内外膨胀不一致而产生热应力，导致毛坯心部产生裂纹。防止办法：低温装炉，缓慢加热，待热均匀、热透，在快速加热至高温。以下介绍金属加热规范主要参数的确定方法。6.2 装料时的炉温 如前所述，金属坯料在低温阶段加热时，由于处于弹性变形状态，塑性低，很容易因为温度应力过大而引起开裂。对于导热性差及断面尺寸大的坯料，为了避免直接装入高温炉内的坯科因加热速度过快而引起断裂，坯料应先装入低温炉中加热，故须要确定坯料装料时的炉温。 （1）对截面尺寸小（边长或直径350mm）按如下方法确定：

33、 按坯料断面最大允许温差来确定装料炉温。根据对加热温度应力的理论分析圆拄体坯料表面与中心的最大允许温差计算式如下： （）式中： 许用应力(MPa)可按相应温度下的强度极限计算 膨胀系数()； E 弹性模量(MPa)。 由上式算出最大允许温差，再按不同热阻条件下最大允许温差与允许装料炉温的理论计算曲线(图6-2)、便可制定出允许装料炉温。生产实践表明，上述理论计算方法所得的允许炉温偏低，还应参考有关经验资料与试验数据进行修正。 6.3加热速度 金属加热速度是指加热时温度升高的快慢。通常是指金属表面温度升高的速度，其单位为/b也可用单位时间加热的厚度来表示，其单位为mm/min。 加热速度高则可以

34、使坯料更快地达到所规定的始锻温度使坯料住炉中停留时间缩短，从而可以提高炉子的单位生产率，减少金属氧化和提高热能利用效率。 将炉子本身可能达到的最大加热速度称为最大可能的加热速度，为保证坯料加热质量及完整性所允许的最大加热速度称为坯料允许的加热速度。前者取决于炉子结构、燃科种类及其燃烧情况、坯料的形状尺寸及其在炉中安放方法等。后者受加热时产生的温度应力的限制，与坯料的导温性、力学性能及坯料尺寸有关。 根据加热时坯料表面与中心的最大允许温差而确定的圆柱体坯料最大允许加热速度可按下式计算：C= （）式中： 许用应力(MPa)，可用相应温度的强度极限计算； 导温系数()； 线膨胀系数()； 弹性模量(

35、MPa)； R圆柱体坯料半径（mm） 由上式可见，坯料的导温系数愈大，强度极限愈大，断面尺寸愈小，则允许的加热速度愈大。反之，允许的加热速度愈小。 对导温性好、断面尺寸小的坯料，其允许的加热速度很大，即使炉子按最大可能的加热速度加热，也不可能达到坯料所允许的加热速度。因此对于这类钢料，如碳钢和有色金屑，当直径小于200 mm时，不必考虑坯料允许的加热速度，而以最大可能的加热速度加热。在高温阶段，金属塑性已显著提高，可用最大可能的加热速度加热。当坯料表面加热至始锻温度时。如果炉子也停留在该温度下，则需较长的保温时间才能将坯料热透。保温时间越长，坯料表面氧化脱碳越严重，甚至还会产生过热、过烧。为避

36、免产生这些缺陷，生产上常用提高温度头的办法来提高加热速度，以缩短加热时间。所谓温度头，是指炉温高出始锻温度之数值.由选用45号钢，属塑性较好的钢料，炉温控制在1250-1300 ，其温度头为100150左右。选温度头为100时，将缩短加热时间50。 6.4 均热保温时间 保温时间的长短，要从锻件质量、生产效率等方面进行综合考虑。特别是始锻温度下的保温时间尤为重要。因此，对终锻温度下的保温时间规定有最小保温时间和最大保温时间。 最小保温时间是指能够使坯料断面温差达到规定的均匀程度所需最短的保温时间。钢料加热终了断面所要求的均匀程度因钢种而不同，碳素钢及低合金钢的断面温差应小于50-100，高合金

37、钢的断面温差要小于40。钢料最小保温时间可按图2-3确定。由图可见，最小保温时间与温度头和坯料直径有关。温度头越大。坯料直径越大、则坯料断面的温差就越大，因此最小保温时间需要长些。相反，则保温时间就可短些。由温度头为150 ，d=60mm, 由表2-3得知最小保温时间为表面加热时间的70%。又由下面计算得知最小保温时间为1360%=8min. 最大保温时间是针对生产中可能发生的特殊情况而规定的。如生产设备出现故障或其它原因，使钢材不能及时出炉，若钢料在高温下停留过久， 容易产生过热，为此规定了最大保温时间。6.5 加热时间 加热时间是指坯料装炉后从开始加热到出炉所需要的时间，包括加热各阶段的升

38、温时间和保温时间。加热时间可按传热学理论计算，但因计算复杂，与实际差距大，生产中很少采用。工厂中常用经验公式、经验数据、试验图线确定加热时间，虽有一定的局限性，但很方便。 在室式炉中加热时加热时间按下述方法确定。 直径小于200mm的钢坯加热时间，可按图6-4确定。图中曲线为碳素钢圆材单个坯料在室式炉中的加热时间，考虑到实际加热时坯料装炉数量及方式、坯料尺寸及钢种的影响，加热时间应是单个坯料加热时间乘以相应的系数，即。 由后文计算得知，坯料尺寸为，d=60mm, l=326mm.查的直径为60mm的加热时间，并由图2-4查得=1.32，=0.98，=1。 则所求的加热时间为：=1.320.98

39、110=13.213min. 图6-4综合以上分析采用三段规范，即由在装炉温度下保温，升温和在锻造温度下保温三阶段组成。阶段 温度（） 速度（mm/min） 时间（min）装炉温度下保温（） 800 - 3升温 （） 1000 1214 3锻造温度（） 1250 - 7装炉温度：900，始锻温度11501200，终锻温度800850，锻造温度范围：150，炉子工作温度t=1300，出炉温度：1250。 总之，在制订金属的加热规范时，首先要考虑坯料的断面尺寸，其次要考虑坯料的化学成分及有关性能(塑性、强度极限、导温系数、膨胀系数、组织特点等)，再参考有关资料和手册。合理的加热规范应能保证在憋个加

40、热过程中，坯料截面上的温差和温度应力在许可范围之内，并尽可能地缩短加热时间，提高生产率。7 锻造变形工步的确定 模锻工序是模锻工艺过程中最关键的组成都分，它关系到采取什么工步来锻制所需的锻件。锤上模锻工序包括三类工步。 （1）模锻工步 包括预锻和终锻工步，其作用是使经制坯的坯料得到冷锻件团所要求的形状和尺寸。每类锻件都需要终锻工步，而预锻工步应根据具体情况决定是否采用。例如模锻那些容易产生折叠；不易充满的锻件常采用预锻工步。 （2）制坯工步 包括墩粗、拔长、滚挤、卡压、成形、弯曲等工步。制坯工步的作用是改变毛坯的形状，合理分配坯料体积，以适应锻件横截面形状和尺寸的要求，使金属较好地充满型槽。

41、（3）切断工步 切断工步的作用主要是当采用一火多件模锻时，切断已缎好的锻件，以便能继续锻造下一个；或是用来切断钳口。7.1 计算毛坯转向臂属长轴类锻件，在终锻前，最好先将等截面的原材料沿轴向预制成近似锻件的不等截面的中间毛坯，使中间毛坯上每一横截面面积等于带毛边锻件的相应截面积，以保证终锻时，锻件各处充填饱满，毛边均匀，从而节省金属，减轻锻模型槽磨损。按上述要求计算的坯料，通常称为计算毛坯。计算毛坯可用计算毛坯截面图与计算毛坯直径图表示。计算毛坯的依据是，假定轴类锻件在模锻时属平面应变状态，因而计算毛坯的长度与锻件之和相等，即：十2式中： 第i个截面的计算毛坯截面积() 锻件上第i个截面的面积

42、()； 锻件第i个截面处毛边的截面积（）；充满系数，形状简单的锻件取0.30.5，形状复杂 的取0.7; 此转向臂设计取0.7。 i1，2，3， 计算毛坯截面图和直径图具体作法步骤如下：7.1.1按名义尺寸绘制冷锻件图。作计算毛坯图时，一般只绘出最具代表性的一个主视图。7.1.2计算锻件截面积。首先在冷锻件图上选取具有代表性的点(截面积发生变化的点)，按上式计算出各截面的。7.1.3选择适当的缩尺比M，求出代表各截面面积和高度，即: =缩尺比M通常取为2050mm。本设计取M=50mm.将计算出来的绘制到坐标纸上。以热锻件图上锻件公称长度为横坐标, 以为各点纵坐标连接各端点成光滑曲线，即得计算

43、毛坯截面团，如图所示。根据转向臂的形状特点，选取13个截面，分别计算，列于表中，并在坐标纸上绘出转向臂的截面图和直径图。为设计滚挤型槽方便，计算毛坯因技热锻件尺才计算。截面号 Kh=K* 118011229219.31.0520.32156078163845.71.0547.93182278190049.31.0551.84156078163845.71.0547.953367841423.00.7524.26134378142142.60.7544.77300078307862.71.1565.88349278357067.51.1570.99305578313363.21.166.4102

44、57578265358.21.161.111264678272458.91.161.812151878159645.11.147.413011211212.01.112.6表7-1 7.2 计算毛坯体积和直径： 因为计算毛坯截面图的任一处高度均代表着计算毛坯在该处的截面积下的整个面积就是计算毛坯的体积。式中 ： 计算毛坯体积()；计算毛坯截面团曲线下的总面积，可用求积仪或数坐标方格求出求出。用求积仪求出=7468，=。（与=+45500=对比，相差3.6%）平均截面积： =；平均截面直径： 43.4。计算毛坯图上任一截面的直径时可由下式计算（mm）同理，以锻件公称长度为核坐标，以为纵坐标，在计

45、算毛坯截面图的下方绘制出计算毛坯直径图，如图所示。从图中可看到一张完整的计算毛坯图包含锻件图的一个主视图、截面团和直径图三部分。图7-17.3 制坯工步选择转向臂属长轴类锻件，在终锻前，需要将等截面的原材料预制成计算毛坯的形状，因而要采用合适的制坯工步，如拔长、该挤、卡压等，以便将杆部多余金属转移到头部，转移金属量的多少与下列繁重系数有关。G锻件总质量；一金属流向头部的繁重系数；金属沿轴向流动的繁重系数计算毛坯为两头一杆简化成两个简单的一头一杆计算毛坯来选择制坯工步： =1.38 1kg 图7-3图73是根据锤上模锻生产经验总结而绘成的图表，只用于拔长、滚挤、卡压等工步。其它模锻设备模锻长轴类

46、锻件时也可参考应用。图中文字含义如下：不不需要制坯工步，可直接模锻成形；卡需卡压制坯；开需开式滚挤制坯；闭需闭式滚挤制坯；拔需拔长制坯；拔拔闭滚拔长加闭滚制坯；其余类推。由图知此锻件应采用拔长、滚挤制坯工步。为易于充满型槽，应选圆坯料闭式滚挤。模锻工艺方案确定为：拔长闭式滚挤终缎。7.4 确定坯料尺寸由计算毛坯截面图和直径图知，=20.4mm,=42.7; K=0.124; 所需坯料截面积：； = ； =1.1=1.11476=1623； =2828-0.124（2828-1623）=2678； =58.5， 根据原材料规格， 实际取60mm。烧损率取3.坯料体积为： =;式中，是在作计算毛坯

47、图时按热锻件尺寸考虑的，而计算坯料应按冷锻件尺寸考虑. 坯料长度： mm,根据坯料的质量和长度，适于采用调头模锻，一料两件，坯料长为1302260mm，下料长度还应加上钳口长度。经试锻调整后，下料长度定326mm。 8 制坯型槽设计8.1拔长型槽设计各种制坯工步都要通过相应的型槽完成，因此，在确定了模锻工序的工步方案后，另一个重要任务就是设计制坯型槽。拨长型槽的主要作用是使坯料局部截面积减小,长度增加，若是第一道变形工步，还兼有清除氧化皮的作用。拔长型槽位置设置在模块边缘，由坎部、仓部和钳口三部分组成。拔长型槽按截面形状分，有开式和闭式两种；按在模块上的排列方式分，有直排与斜排之别。 图8-1

48、 开式拔长模膛:拔长平台截面设计成矩形，边缘敞开。特点：结构简单，制造方便，但拔长效率低，用于矩形横截面锻件坯料的拔长。 闭式拔长模膛:拔长平台截面呈椭圆形，边缘封闭。特点：(1)拔长平台设计成椭圆形，拔长效率高，即金属沿轴向流动阻力小；再者适应于对锻件横截面要求具有工字形；(2)拔长后的毛坯光滑;(3)考虑模具制造成本。 开式拨长型槽,形式结构简单，制造方便，模具制造成本较闭式拔长模膛低，因此选用这种拨长型槽。拔长型槽设计，步骤如下： 拔长坎高度h 拔长坎长度C1.11.13601.11.1360=74.6mm。 圆角半径R=0.25C=0.2574.4=18.6mm，R110R186 mm

49、。 型槽宽度B1.351.1360+10101.5mm,取B=100 仓部深度e1.243.652.3mm。取58mm 拔长型槽长度L187mm。按上述没计可锻出合格锻件，但为了提高生产率可将型增的高度h减小，C，R，增大，计算数值与实际采用数值比较如下表：型槽尺寸 h/mm C/mm R/mm /mm计算数值 23.1 74.6 18.6 186实际采用数值 30 90 22.5 225 8.2 滚挤型槽设计 滚挤型槽用来减小毛坯局部横截面积，增大另一部分的横截面积，使坯料沿轴向体积分配符合计算毛坯的要求，它对毛坯有少量的拔长作用，兼有滚光和去除氧化皮的功能。滚挤型槽的结构形式分开式和闭式两

50、种基本形式，其它形式都是由此两种形式演变而成的。 8.2.1 滚挤型槽形式 （1）开式滚挤型槽：型糟截面为矩形，侧面沿模具边缘分模线开通(图82)。滚挤时金属横向宽展较大，故聚料效率低。适用于截而变化不大的轴类锻件，但制模简单，占用模块平面积较少。（2）闭式滚挤型槽：闭式滚挤横截面成椭圆形整个侧面封闭(图83)。滚挤时金属的横向流动受封闭型槽侧壁限制，而迫使金属沿轴向强烈流动，聚料效率高，适用于截面变化较大的长轴类锻件，占用模块平面积较大。（3）混合式滚挤型槽：型槽的杆部做成闭式，头部做成开式(图84)。头部敞开，适用于头部带孔的锻件；杆部截面均为椭圆形，可获得较高的滚挤效果；头部截面为圆柱体

51、，坯料制坯后可平稳地放到预锻或终锻型槽中。 8.2.2 滚挤模膛设计内容 以计算毛坯为依据进行设计，具体设计内容：（1）根据锻件的长度和计算毛坯截面图，计算出模膛各段高度h，并作为纵坐标，以适当圆弧和直线连接各点，得到型腔纵向形状轮廓，如图（8-5）； 图8-5（2）滚挤模膛截面形状设计如图 图8-6（3）计算出各段宽度B。（4）滚挤模膛钳口和飞边槽尺寸确定。 8.2.3 设计滚挤型槽 （1）滚挤型槽设计：采用闭式滚挤； （2）型槽高度计算结果列于表7-1中 ，按各截面的高度值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。 （3）型槽高度为经过拔长，坯料闭式滚挤时： =84-96mm;66mm；经试生产，调整型槽头部，杆部宽度均为90mm。 （4）滚挤模膛长度L按热锻件图中长度尺寸确定。 试锻后调整，修改个别尺寸，最大高度由67.5mm改为h=71mm，以容纳氧化皮，简化后滚挤型槽如图8-7：图8-7图8-7经计算得知:h=18mm,R=12mm,m=32mm,c=30mm,a=8mm.9 锤锻模结构设计锤锻模结构设汁的优劣对锻件质量、生产效率、劳动强度、锻模和锻锤的使用寿命以及锻件加工制造都有直接的影响。锤锻模结构设计任务，主要是解决生产一种锻件所采用的各工步型槽在模块上的合理布排、型槽之间和型槽至模块边缘的壁厚，模块尺寸