锻件的结构设计及工艺性分析设计论文

1、目 录摘 要IAbstractII前 言1第1章 绪论31.1 目前锻件的应用31.2 目前国内外发展概况和发展趋势4第2章 锻件的结构设计及工艺性分析52.1 对锻造零件结构工艺性的要求52.2 锻件组织特点52.3 锻件的结构工艺性52.3.1自由锻件的结构工艺性52.3.2 模锻件的结构工艺性9第3章 锻件的结构设计错误示例及其改进123.1 模锻件的分模位置问题123.1.1 上下对称锻件的分模位置不应选在上平面或下平面123.1.2 倾斜锻件不宜采用折线分模133.1.3 左右对称的锻件，分模面不宜选在过度截面上143.1.4 高度小于或者等于台阶直径的圆饼类锻件，不宜轴向分模153

2、.1.5 头部较大的轴类锻件不宜直线分模163.2 模锻件的模锻斜度问题173.2.1 模膛内侧不能与分模面垂直173.2.2 同一锻件的内模斜度不应比外模斜度小183.2.3 同一锻件上不宜出现多种模锻斜度203.2.4 分模面两侧的模锻斜度不能相互错开213.3 零件上过于复杂的部分不要锻出，应合理设计余块213.3.1 对于有凸缘的锻件223.3.2对于有难成形的复杂形状的锻件233.3.3 对于零件相邻台阶直径相差不大的锻件253.4 需增设定位块的锤上模锻件263.5 模锻件连皮的问题273.5.1 冲孔连皮不能太薄，也不宜太厚273.5.2 锻件内孔较大时，不宜用平底连皮283.5

3、.3 锻件上的小孔不宜锻出连皮, 只进行压凹293.6 对于法兰较薄的锻件，在锻件两侧各增加一块工艺凸台敷料313.7 合理确定锻件的分合323.7.1 单拐曲线两件合锻323.7.2 轴套类零件两件合锻333.7.3 复杂模锻件的分锻343.7.4 有骤变横截面模锻件的分锻353.8 合理确定锻件的凸肩363.8.1 凸肩与锻件直径相差不大时不宜锻出凸肩363.8.2 高度过小的凸肩不要锻出373.9 自由锻件结构应力求简单383.9.1 自由锻件应尽量避免有锥形和斜度平面383.9.2 自由锻件应避免两曲面或曲面与棱柱面交接403.9.3 自由锻件应避免加强筋413.9.4 自由锻件不允许

4、在基体上或在叉件内侧有凸台423.9.5 大型锻件台阶余面的重量不能忽视,锻造设备不能选择过大，也不能选择太小433.10 孔径小于30mm的孔，不宜锻出453.11 模锻件应尽可能直接模锻成形463.12 加大连接板的厚度473.13 复杂锻件应成对称形状，可使模具和夹具通用483.14 合理选择锻件上的倒圆半径493.15 不能忽视预锻成型503.16 平锻机上终锻成形时的冲孔芯料不能太薄513.17 合理安排毛刺、飞边的位置52第4章 结论54参 考 文 献55致 谢56摘 要目前国内外的锻造方法主要的仍然是自由锻和模锻，工业发达国家的模锻大大超过自由锻。因为模锻生产率高，锻件尺寸精度高

5、，材料利用率高，纤维组织沿锻件轮廓分布，故力学性能好，故强度高，耐冲击抗疲劳。如果能结合胎膜锻、型砧锻，其经济效益会显著提高，“锻压”是人类发明的最古老的生产技术之一，也是机械制造业中重要的技术之一。它包含了锻造和冲压技术，以及与之相关的塑性变形技术。锻造作为金属加工的主要方法和手段，因此锻造工艺是发展趋势，锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命，锻件是机器中负重载荷的零件，特别适合结构尺寸小而载荷大或受疲劳载荷的零件。不懂锻件设计就有可能违反锻造原理和锻造结构工艺性,轻则延长零件的生产周期锻造加工能保证

6、金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件的外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命，增加制造困难，增加成本；重则可能无法把您设计的零件锻造出来。本设计将通过对各种锻件的具体案例的结构设计及其工艺性进行分析，把握锻件的结构设计及其工艺性的制造规律，并通过其规律的把握，达到灵活运用制造技术，合理设计零件结构及其工艺的目的。关键词：自由锻；模锻；锻造工艺；胎膜锻；结构 II AbstractCurrently，forging method at home and abroad，mainly remains Free forging and Roll forging，

7、Model Forging of Industrial developed countries easily outnumbered Free forging. Beca mechanical property. High strength, impact fatigue resistance. Forge is one of the oldest use of high production rate of Roll forging，high dimension precision of forging，high utilization ratio of material and fibro

8、us tissue distributes the outlines of forging，so it has good production technology of human invention, is one of the important technology in mechanical manufacturing industry. It includes the forging and stamping technology, and the plastic deformation associated with technology. Forging as main met

9、hods and means of metal processing . Forging ps histiocytomarocess can ensure the continuity of metallic fibrou , consistent with appearance of fibrous tissue and forgings forging, metal flow line complete, guaranteed parts with good mechanical properties and long service life, Forging is the weight

10、-bearing loads in the machine parts, particularly suited to the structure of small size and loading large or subject to fatigue loading parts，If we can combine The fetal membrane hammers and the swage block hammers，the Economic efficiency will obviously enhances，so Forging craft is the trend of deve

11、lopment, we will disobey Forging principle and Forging structure technology capability if we can not understand Forging design, the result range from not forging the components to protracting the production cycle, increasing manufacturing difficulties and costing this Graduation Project, we can gras

12、p the law of the manufacture of structural design and forging structure technology capability by analysising the structural design of a wide range of forging and the technology capability, also nimbly use the technique of manufacture, reasonably design the structural and the craft by grasping the la

13、w. Keywords:Free forging；Roll forging；Forging craft；The fetal membrane hammers；structural IV沈阳工业大学工程学院本科生毕业设计（论文）前 言现代科学技术的迅猛发展，迫使作为现代工业基础的机械制造业也必须紧跟时代的脉搏，并应超前于其他工业部门的发展，为他们提供大量优质的装备。我国的机械制造产品质量虽有较大的提高，然而与世界发达的工业国家相比，在某些方面仍然存在产品性能差、寿命短、质量不稳定等问题。1其原因当然是多方面的，首要的是设计，所以设计要相应改变。机械零件制造结构设计是把零件设计得最大限度地满足制造

14、条件，即根据零件的功能进行理论设计及计算，并按照制造条件确定零件的结构。这样做，方便去除多余功能或过剩功能的结构，以便优化结构，减少毛坯废品，省工省料，降低成本，提高产品的价值。2产品的竞争力来源于严格的管理和降低成本。降低机械产品成本，则首先是设计。在功能相同的条件下，产品零件结构有利于制造时降低成本的关键。“锻压”是人类发明的最古老的生产技术之一，也是机械制造业中重要的技术之一。它包含了锻造和冲压技术，以及与之相关的塑性变形技术。锻造作为金属加工的主要方法和手段之一，5使其在国民经济中占有举足轻重的地位，在装备制造业中涉及到：机械、汽车、船舶、航空、航天、大型发电设备、化工容器、军工、轻工

15、等领域。特别是机械、汽车制造业中是不可或缺的主要加工工艺。在机械设计中，不仅要保证所设计的机械设备具有良好的工作性能，而且还要考虑能否制造和便于制造。这种在机械设计中综合考虑制造、装配工艺及维修等方面各种技术问题，称为机械设计工艺性，机器及其零部件的工艺性体现在结构设计当中，所以又称为结构设计工艺性。7而锻件的结构设计及其工艺性分析，是接下来我所要讨论的课题。锻件是由坯料（型钢或钢锭）经加热后锻造而成的坯件。锻件的力学性能好，因为锻件是锻钢组织，结晶致密，晶粒细小，纤维组织分配合理，故强度高，耐冲击抗疲劳。3锻件是机器中负重载荷的零件，特别适合结构尺寸小而载荷大或受疲劳载荷的零件。一般机器中的

16、金属机械零件的传统生产过程是：制造毛坯，热处理后切削加工，或再经热处理后精加工而成零件。通常毛坯制造是：铸造生产铸件；锻造生产锻件；焊接生产焊件；挤压生产挤压件；冲压生产冲压件。各种方法有各自的应用价值，哪一种方法都没有老化。本设计将通过对各种锻件的具体案例的结构设计及其工艺性进行分析，把握锻件的结构设计及其工艺性的制造规律，并通过其规律的把握，达到灵活运用制造技术，合理设计零件结构及其工艺的目的。本设计将通过对3040个锻件的工艺性分析，并画出合理与不合理之处，说明其原因。第1章 绪论1.1 目前锻件的应用飞机锻件：按重量计算，飞机上有85%左右的构件是锻件。飞机发动机的涡轮盘、后轴颈（空心

17、轴）、叶片、机翼的翼梁, 机身的肋筋板、轮支架、起落架的内外筒体等都是涉及飞机安全的重要锻件。飞机锻件多用高强度耐磨、耐蚀的铝合金、钛合金、镍基合金等贵重材料制造。4为了节约材料和节约能源，飞机用锻件大都采用模锻或多向模锻压力机来生产。汽车锻件：汽车锻按重量计算，汽车上有1719%的锻件。一般的汽车由车身、车箱、发动机、前桥、后桥、车架、变速箱、传动轴、转向系统等15个部件构成汽车锻件的特点是外形复杂、重量轻、工况条件差、安全度要求高。如汽车发动机所使用的曲轴、连杆、凸轮轴、前桥所需的前梁、转向节、后桥使用的半轴、半轴套管、桥箱内的传动齿轮等等，无一不是有关汽车安全运行的保安关键锻件。柴油机锻

18、件：柴油机是动力机械的一种，它常用来作发动机。以大型柴油机为例，所用的锻件有汽缸盖、主轴颈、曲轴端法兰输出端轴、连杆、活塞杆、活塞头、十字头销轴、曲轴传动齿轮、齿圈、中间齿轮和染油泵体等十余种。 船用锻件：船用锻件分为三大类，主机锻件、轴系锻件和舵系锻件。主机锻件与柴油机锻件一样。轴系锻件有推力轴、中间轴艉轴等。舵系锻件有舵杆、舵柱、舵销等。兵器锻件：锻件在兵器工业中占有极其重要的地位。按重量计算，在坦克中有60%是锻件。火炮中的炮管、炮口制退器和炮尾，步兵武器中的具有膛线的枪管及三棱刺刀、火箭和潜艇深水炸弹发射装置和固定座、核潜艇高压冷却器用不锈钢阀体、炮弹、枪弹等，都是锻压产品。除钢锻件以

19、外，还用其它材料制造武器。石油化工锻件：锻件在石油化工设备中有着广泛的应用。如球形储罐的人孔、法兰，换热器所需的各种管板、对焊法兰催化裂化反应器的整锻筒体（压力容器），加氢反应器所用的筒节，化肥设备所需的顶盖、底盖、封头等均是锻件。矿山锻件：按设备重量计算，矿山设备中锻件的比重为12-24%。矿山设备有：采掘设备、卷扬设备、破碎设备、研磨设备、洗选设备、烧结设备、核电锻件1.2 目前国内外发展概况和发展趋势机械零件制造结构设计是把零件设计得最大限度地满足制造条件，即根据零件的功能进行理论设计及计算，并按照制造条件确定零件的结构。6这样做，方便去除多余功能或过剩功能的结构，以便优化结构，减少毛坯

20、废品，省工省料，降低成本，提高产品的价值。产品的竞争力来源于严格的管理和降低成本。降低机械产品成本，则首先是设计。在功能相同的条件下，产品零件结构有利于制造时降低成本的关键。在机械设计中，不仅要保证所设计的机械设备具有良好的工作性能，而且还要考虑能否制造和便于制造。9这种在机械设计中综合考虑制造、装配工艺及维修等方面各种技术问题，称为机械设计工艺性，机器及其零部件的工艺性体现在结构设计当中，所以又称为结构设计工艺性。结构设计工艺性问题设计的面较广，它存在于零部件生产的各个阶段：材料选择、毛坯生产、机械加工、热处理、机器装配、机器操作、维修等。11在结构设计中，产生矛盾事，应统筹安排，综合考虑，

21、找出主要问题，予以妥善解决。一般机器中的金属机械零件的传统生产过程是：制造毛坯，热处理后切削加工，或再经热处理后精加工而成零件。通常毛坯制造是：铸造生产铸件；锻造生产锻件；焊接生产焊件；挤压生产挤压件；冲压生产冲压件。各种方法有各自的应用价值，哪一种方法都没有老化。10目前国内外的锻造方法主要的仍然是自由锻和模锻，工业发达国家的模锻大大超过自由锻。锻造工艺是发展趋势，因为模锻生产率高，锻件尺寸精度高，材料利用率高，纤维组织沿锻件轮廓分布，故力学性能好。只要生产锻件批量够大，就会降低锻件成本而提高经济效益。由于品种多而批量不大的产品生产需要，自由锻仍然是适用的，如果能结合胎膜锻、型砧锻，其经济效

22、益会显著提高。第2章 锻件的结构设计及工艺性分析2.1 对锻造零件结构工艺性的要求1、结构力求简单、对称，横截面尺寸不应有突然变化。2、锻模件应有合理的锻造斜度和圆角半径。3、材料应具有良好的可锻性。2.2 锻件组织特点金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能。经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。15锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长

23、的使用寿命2.3 锻件的结构工艺性锻件的结构工艺性是指锻件的结构设计在满足使用性能和保证质量的前提下，在一定的生产条件和生产规模下，能以最少的劳动量，最低的成本、最高的生产率的方法锻造成型的性质。在进行锻件的结构设计时，应充分考虑到：1）锻件材料；2)锻造设备与工装；3）生产批量；4）零件的使用要求；5）零件的形状和尺寸特征等因素，从中寻求最合理的工艺过程所对应的具有良好工艺性的锻件结构。14因此，要求设计人员不但要熟练地掌握锻件的设计知识，而且还要很好的了解工艺知识。2.3.1自由锻件的结构工艺性1、自由锻件的分类自由锻造是一种通用性很强的工艺方法，锻件结构品种繁多，复杂程度不等。自由锻件的

24、成型过程均由一系列变形工序组合而成。因此，自由锻件可按锻造工艺特点，根据锻件的形状特征和变形性质加以分类。具体有：饼块类、空心类、轴杆类、曲轴类、弯曲类、复杂形状。2、自由锻件结构设计要点自由锻件的结构因受其加工使用设备和工具的限制，在设计时应考虑到锻造是否方便、经济和可能。因此，自由锻件的结构应力求简单、对称，由直线和平面或圆柱面组成的平滑形状。（具体要点有第三大节举例说明）3、自由锻件的结构要素a余块的设计 为简化锻件外形及锻造过程，在自由锻件的某些地方添加一些大于余量的金属，这部分体积的金属成为余块。在设计余块时，应该注意：、对于短凸缘（法兰）的锻件，为了防止凸缘在锻造时的变形，应在轴向

25、添加余块，使凸缘增长。、当零件相邻台阶直径相差不大时，可以在直径较小的地方添加径向余块。、当零件上较小的孔，窄的凹档以及难以用自由锻造成型的复杂形状，均可通过加设余块以使锻件外形得以简化。、对于需要试样检验以及需留有热处理或机械加工夹头的锻件，应在锻件的相应部位添加余块。余块的添加虽然使锻造工艺得以简化，但金属的消耗以及机械加工工时也相应增加。这一问题应视锻件的生产批量和工具制造等情况综合考虑。b.台阶与凹档的设计 为使自由锻件上的台阶和凹档在锻造时能够顺利进行，应对其最大高度和最小长度的几何参数加以限制。c.法兰的设计 自由锻件的法兰可分为端部法兰和中间法兰两种形式。在进行锻件设计时，应对在

26、指定的截面尺寸条件下可锻出法兰的最小厚度或长度这一几何参数加以限制。当锻件的法兰厚度或长度不满足条件时，应适当加大法兰厚度或长度方向的余量。对于端部法兰，亦可采用将两锻件连锻后切割的方法。d.孔的设计 带孔的自由锻件可按其基本尺寸特征，分为盘类、环类、短筒类和长筒类四类。在进行自由锻件孔的设计时，应考虑以下因素：、对于锤锻件，当孔径d3d或H3D、d0.5D的孔，一般均允许不锻出。、对于套筒件，当孔径d30mm或壁厚t12mm时，也可以不锻出。、对于水压机锻件，其孔径d2.5h或d60mm），不宜用平底连皮。这是因为这种形式的连皮，平底连皮较薄，阻碍金属外流，锻模不易将内孔处的多余金属向四周排

27、除，易使锻件内孔产生折叠，模膛内的冲头部分会过早地磨损或压塌，如图例3-5-2上图。采用斜底连皮，连皮斜度增加了连皮和内孔接触处的连皮厚度，促进金属向外流动，避免产生折叠，冲头不易损坏模膛内的冲头部分会过早地磨损或压塌。因此，应采用斜度连皮，这时，S1=0.65S,D1=(0.25-0.3)D;S2=1.35S，如图例3-5-2下图。图3-5-2 有关连皮设计的纠错分析Fig. 3-5-2 Related including packaging design error correction analysis3.5.3 锻件上的小孔不宜锻出连皮, 只进行压凹表3-5-3 有关连皮设计的纠错分析

28、表Tab.3-5-3 Table of related including packaging design error correction analysis上图（不合理）下图（合理）锻件上直径较小的内孔，如连杆小头的内孔，或小于30mm的小孔，不宜锻出连皮，否则模锻在热处理时和模锻过程中会因应力集中而导致开裂，并在模锻时金属难以充分充填模膛，如图例3-5-3上图。图例3-5-3上视图中，连杆小头内孔径仅为28mm是小于30mm的小孔，只进行压凹，其目的不是为了节省金属，而是通过压凹变形，有助于小孔周围充满变形，然后机械加工出内孔，又比较经济。如图例3-5-3下图。图3-5-3 有关连皮设计的纠错分析Fig. 3-5-3 Related including packaging design error correction analysis3.6 对于法兰较薄的锻件，在锻件两侧各增加一块工艺凸台敷料表3-6 有关工艺凸台敷料设计的纠错分析表Tab.3-6 Table of related craft lug boss surg