锻造课程设计大作业轴

1、塑性体积成形工艺与模具设计项目设计说明书课程名称 塑性体积成形工艺与模具设计 设计题目 06轴 学 院（系） 机械学院 专 业 材料成型及控制工程 年 级 学 号 姓 名 2014年3月设计说明书机械学院目录设计题目：轴 锤用锻模设计2一、零件分析及工艺方案确定21 零件分析2二、 锤上模锻件设计21 选择分模面22 确定模锻件加工余量及公差33 确定锻件模锻斜度34 确定锻件圆角半径45 确定模锻件的技术要求46 绘制锻件图及计算锻件基本数据5三 锤上模锻工艺设计61 确定模锻锤的吨位62 选择飞边槽73 绘制计算毛坯图84 计算繁重系数，选择制坯工步85 确定坯料尺寸10四、锻前加热锻后冷

2、却及热处理要求的确定101 确定加热方式，及锻造温度范围102 确定加热时间113 确定冷却方式及规范114 确定锻后热处理方式及要求11五、锤用锻模设计111 终锻形槽设计11 1.1热锻件图的设计11 1.2钳口122 锻模结构设计13六、 确定模具材料及热处理的要求13七、 模锻工艺流程确定14八、 参考文献14设计题目：轴06 锤用锻模设计 一、 零件分析及工艺方案的确定1、零件分析：图 1图 2零件材料：45钢。切削加工性良好，无特殊加工问题，故加工中不需要采取特殊工艺措施。零件组成表面：圆柱、倒角、键槽主要表面分析：45外圆柱面是零件的配合面和工作面，用于零件与零件间的连接。主要技

3、术条件：45外圆柱面精度要求：IT9粗糙度要求Ra1.6µm。零件总体特点：长径比较小，为细长轴。二、锤上模锻件设计：1.分模位置根据零件为轴类对称形状，选择上下对称的直线分模。2.确定公差和加工余量1、估算锻件质量，由表查出碳钢类密度为7.85g/cm3计算锻件重量约2.18kg。长轴材料为45钢，即材料系数为M1。2形状复杂系数：由S=VfVN=278.3413.5=0.67，可知复杂系数S1,，复杂程度简单。由模具大典表24.2-4得出：直径极限偏差为1.8-0.6+1.2；长度极限偏差为2.5-0.8+1.7。3.厚度尺寸公差：2.0-0.5+1.53.确定锻件模锻斜度;由下

4、表可知模锻斜度：2°004确定模锻圆角半径凸台高度h1=5mm，b1=80mm,h1/b1=0.0625凸台高度h2=2.5mm,b2=30mm,所以h2/b2=0.083根据书本P105 图4-7查得两者r=2.5因为R=（2-3）r 为了选取标准刀具圆角半径可取R=6mm查的下图由上图可知内圆角半径上偏差+0.75，下偏差-0.38外圆角半径上偏差+3.0，下偏差-1.55确定模锻件的技术要求 1）图中未注模锻斜度2°00 2）图中未注圆角R0.5； 3）错差量0.8mm； 4）残留飞边量0.8mm；5）允许的表面缺陷深度0.8mm；（0.5-1mm）6）锻件的热处理：

5、调质； 7）锻件表面清理：为便于检查淬火裂纹，采取酸洗8）锻件的直线度，由下图可知平面度为1.4mm加工余量：长度方向的余量1.7-2.2mm，直径方向的方向1.7-2.2mm。666绘制锻件图及计算锻件基本数据1绘制锻件图：2计算锻件的主要参数: （1） 锻件在平面上的投影面积为 9465mm2 ； （2） 锻件周边长度为610mm ；（3） 锻件体积为 278262.6mm3 ； （4） 锻件质量为2184g ；三、锤上模锻工艺设计1确定锻锤吨位因为材料是45钢由上图可知=60N/mm2;k=1.0；采用经验公式计算毛边槽桥部高度，即：h=0.015F件总变形面积为锻件在平面图上的投影面积

6、与毛边面积之和，参考表4-14假定毛边桥部宽度为23mm,总面积F=9465+610×23=23495mm2,按双作用模锻锤吨位确定的经验公式G=（3.56.3）kF 确定锻锤吨位，因轴为大批量生产，需要高生产率，取较大的系数6.3，k=1.0,于是：G=6.3×1.0×235.0=1480.5kg故选用1.5t.2选择毛边槽:确定毛边槽形式和尺寸：选用毛边槽形式，选定毛边槽尺寸为h桥=1.6mm，h1=4mm，b=8mm，b1=25mm r=2mm, Fk=126mm2。锻件飞边平均断面积F毛=0.7Fk=88.2mm, 锻件毛边体积V毛=610×F毛

7、=53802mm2具体图示如下图：,3绘制计算毛坯图根据轴的形状特点，选取10个截面，分别计算各参数如图所示：其中： M取值为：；锻件的截面积； 毛边槽的截面积； 计算毛坯截面积；计算毛坯直径； 修正后的毛坯截面积； 修正后的计算毛坯直径。为设计滚挤型槽方便，计算毛坯按热锻件图绘制。截面图所围面积即为计算毛坯体积得：=20×15137.4=342748mm3平均截面积： F均 = V计L计=342748280=1224.1 mm2 h均=F均M=1224.120=55.64mm d均=1.13F均=39.54mm4 计算繁重系数，选择制坯工步：毛坯为两杆三头，应简化成一杆一头计算，选

8、择制坯工步，=dmaxd均=4939.54=1.24=L计d均=28039.54=7.08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；K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，又称为拐点处直径;计算毛坯的杆部长度；根据k=0,=1.24，=7.08查上表得，可采用闭式滚挤制坯，然后终锻成形。5 确定坯料尺寸1 根据公式拔长加滚挤联合制坯1、坯料截面积计算：由计算毛坯截面和直径图， V锻=367315.01mm3 ，L锻 = 280mm ，用滚挤制坯时：F坯=1.051.2F均F坯=1.1F均=1.1×1224.1=1346.51mm2因此a

9、0=F坯=36.69mm按原材料规格，实际取a0=37mm2、坯料长度计算：烧损率取3%。（见表3-6）坯料体积为 V坯=V锻+V毛+V连1+=367315.01+53802+01+0.03=433750.52mm3 坯料长度：L坯=V坯F坯=433750.52372=316.84mm根据坯料的质量和长度，采用单件锻，坯料原长为 280 mm，考虑切断并经试锻调整后 317mm四 锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定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

10、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。查有关资料确定锻件的始段锻温度为1200，终锻温度为800。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：=0.13×3.7=0.48(h)式中 D坯料直径或厚度，3.7

11、 cm；钢化学成分影响系数，取0.13（h/cm）；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。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。五、 锤用锻模设计1 终锻形槽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

12、验，所以设计终端形槽须先设计热锻件图。热锻件图的设计：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：L=(1+)式中热锻件尺寸；冷锻件尺寸；终锻温度下的金属收缩率，取1.5%；热锻件图 钳口：按表4-16 P130选择钳口尺寸：B=80mm h=35mm R0=15mm钳口2 锻模结构设计（1）滚挤型槽设计：采用闭式滚挤。 1）型槽高度h=d计，根据书本表4-24确定。60mmD计30mm 闭式0.75 头部1.10 拐点0.95h1=h

13、4=0.75×36.33=27.25mmh2=1.10×60.43=66.47mmh3=0.95×41.06=39.01mm2）型槽宽度为B：B杆=0.9×1.273F0hmin=1.15F0hmin=1.15×37227.25=57.77mm验算：B杆1.6d0B头1.1dmax经试生产，调整B=58mm。3）型槽的长度等于计算毛坯图的长度（317mm）。只有一个制坯型槽，这时模块上实际有2个型槽，除制坯型槽外，还有终锻型槽。因此，应将终锻型槽中心线偏离燕尾中心线，偏移距离e应小于模块宽度的10%，即e<10%B。e<10%B=5

14、.8mm在保证强度的前提下，尽可能缩小型槽中心之间的距离。以减小打击产生的弯曲力矩。所以选择：平行布排。六、 确定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,代用材料为5W2CrSiV，锻模硬度要求为型槽表面HRC值3539；燕尾部分的HRC值为3035。七 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 22