轻卡转向节外半轴锤上模锻造工艺设计及模具设计说明书

1、目 录1 设计的前期准备 .11.1 零件分析 .11.1.11.1.1 零件的结构分析 .11.1.2零件材料的特性分析.11.1.3 锻件的加工要求.11.2 工艺方案确定 .12 2 锤上模锻件设计 .22.1 选择分模面 .22.2 确定模锻件加工余量及公差 .22.2.1 锻件的形状复杂系数.22.2.2 锻件的质量.32.2.3 锻件的材质系数.32.2.4 模锻件的精度等级.32.2.5 确定锻件公差和余量.32.2.6 模锻斜度.32.2.7 锻件技术要求.42.3 计算锻件基本数据 .43 确定锻锤的吨位 .54 确定飞边槽及尺寸 .65 确定终锻型槽 .76 设计预锻型槽

2、.77 绘制计算毛坯图 .78 制坯工步的选择 .89 确定坯料尺寸 .810 制坯型槽设计 .910.1 滚挤型槽设计.910.2 拔长型槽设计.1011 锤用锻模设计 .1011.1 钳口尺寸确定.1111.2 模块尺寸.1112 锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定 .1112.1 确定加热方式，及锻造温度范围.1112.2 确定加热时间.1212.3 确定冷却方式及规范.1212.4 确定锻后热处理方式及要求.12参考文献 .131 设计的前期准备1.1 零件分析零件分析1.1.1 零件的结构分析转向节是汽车底盘上的关键零件，根据车型可分为重型汽车转向节、中型汽车转向节、轻型汽车转向节、

3、微型汽车转向节、客车转向节和轿车转向节六大类；按其形状特征可分为长杆类、中心孔类和套管类三种。长杆类转向节主要由杆部、法兰和枝权构成。中心孔类转向节主要由基座，法兰和枝权构成，基座中心带孔。套管类转向节主要由长杆、套管和法兰构成。转向节是汽车转向桥上的主要零件，形状比较复杂，其形状兼具有轴类、盘类和叉架类等零件的特点。转向节既支撑车体重量，又传递转向力矩和承受前轮刹车制动力矩，因此对其机械性能和外形结构要求严格，是汽车上的重要安全零件之一1.1.2 零件材料的特性分析 该锻件材料为 18CrMnTi，是合金结构钢，是工业上应用最广泛的不锈钢，密度为7.85g/cm3。18CrMnTi 的预锻温

4、度为 1200，终锻温度为 800。 1.1.3 锻件的加工要求模锻斜度 7，精度为普通级。1.2 工艺方案确定根据零件的形状以及要求大批量生产，因此选用锤上模锻。2 锤上模锻件设计锤上模锻件设计2.1 选择分模面分模面是指模锻件在可分的模腔中成型时，组成模具型腔的各模块的分合面。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。为了提高锻件质量合生产过程的稳定性，并使锻模结构尽量简单，防止上下模错移，分模面尽可能采用直线状，如图 2.1 分模面的位置所示。图 2.1 分模面的位置2.2 确定模锻件加工余量及公差2.2.1 锻件的形状复杂系数锻件的形状复杂系数 S 时锻件

5、质量或体积（Gd，Vd）与其外廓包容体的质量或体积（Gb，Vb）的比值，即： (2.1)VVGGbdbdS其中 Vd锻件体积；Vb外廓包容体的体积；Gd锻件质量；Gb外廓包容体的体积。经估算：31863640mmVd 34855230mmVb38.048552301863640VbVdS查锻件形状复杂程度等级表1得该锻件形状复杂程度级别为 S2 级，形状复杂程度为一般。2.2.2 锻件的质量锻件的质量可以根据锻件图的名义尺寸进行计算，即： （2.2）vm其中 材料密度，取 7.85 g/cm3 V锻件体积，取 1863640mm3经计算，Kgm63.142.2.3 锻件的材质系数 材质系数按锻

6、压的难易程度划分两个等级，材质系数不同，公差不同。该锻件的材料为 18CrMnTi ，属于 M1。2.2.4 模锻件的精度等级模锻件的公差一般为三级，普通级、半精度级和精度级，此锻件采用普通级。2.2.5 确定锻件公差和余量根据锻件的名义尺寸、质量、精度等级、形状复杂系数以及锻件材质诸因素查找锻压手册确定长、宽和高度方向的尺寸公差。查手册1得厚度方向公差 3.2，长度公差按各段长度分别查表，宽度公差 3.2mmmm1.21.1。mmmm1.21.1查手册1得高度方向单边余量为 2.02.5mm,取 2.5mm，长度方向上余量为2.02.7，取 2.5mm. 宽度方向上余量为 2.02.5mm,

7、取 2.5mm。2.2.6 模锻斜度 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，即模锻斜度。它可以是锻件侧壁附加的斜度，也可以是侧壁的自然斜度。模锻斜度有内斜度 和外斜度。当锻件冷缩时，锻件外侧趋向离开模壁，而内侧抱住模具型槽中凸出部分不易取出。本设计中内外斜度均采用 7。2.2.7 锻件技术要求1. 图上未标注的模锻外斜度 7；2. 图上未标注的圆角半径 R=2mm；3. 允许的错移量 1.4mm；4. 残留的毛边量 1.4mm；5. 允许的表面缺陷深度 0.5mm；6. 热处理表面渗碳 0.91.3mm.7. 热处理后喷丸或抛丸。2.3 计算锻件基本数据1. 锻件在平面上的投影

8、面积 32371mm2；2. 锻件的周边长度 1007mm；3. 锻件体积 1863640mm3；4.锻件质量 14.63kg。3 确定锻锤的吨位模锻锤吨位选择恰当，既能获得优质锻件，又能节省能量，保证正常生产，并能保证模具有一定的寿命。模锻过程是一个短暂的动态变化过程，受到诸多因素的制约，要获得准确的理论解是很困难的。因此，生产中，为方便起见，多用经验公式或近似解的理论公式确定设备吨位。有时，甚至采用更为简易的办法，即参照类似锻件的生产经验，通过类似来选择设备吨位。 经验公式法(1)按锻件在分模面上的投影面积、锻件的复杂程度和变形抗力确定模锻锤的吨位： （3.1）件FG式中 合金变形抗力系数

9、；锻件复杂程度系数；不包括毛边的模锻件在分模面上的投影面积（钛合金包括毛边桥部在内）件Fmm2。 锻锤的选用一般用经验公式进行计算：经查表1：=1.21.5，取 1.5 =0.07 F件=32371 mm2tKgG9.48.48794647507.05.1由计算结果可知，选用 5 吨锻锤。(2)按锻件在分模面上的投影面积和材料性质确定模锻锤吨位：双动模锻锤 G=(3.56.3)kF （3.2）式中 G, G1锻落下部分质量(kg)；E无毡座锤的打击能量(J)；F锻件本体和毛边（按仓部的 50%计算）在水平面上的投影面积(cm2)；K材料系数，查表 4-10。2按毛边槽尺寸考虑，假定毛边桥宽度为

10、 35mm,总面积=663.56cm2，因大批量生产，取系数为 5，k=1.0。 G=51.0663.56=3318.25kg3.4t综合考虑，安全起见选用 5 吨锤。4 确定飞边槽及尺寸毛边槽的形式和尺寸对锻件质量影响很大，有六种形式。 1.飞边槽的作用： 1）增加金属流出模膛的阻力，迫使金属充满模膛。 2）容纳多余金属。 3）锻造时飞边起缓冲作用，减弱上下模的直接撞击，防止模具的压塌与开裂。 2.飞边槽尺寸的确定：计算法 计算法是采用经验公式计算毛边槽桥部高度，即 h0.015 Fmm件（）式中 F 件锻件在分模面上的投影面积 32371mm2 =2.7mmh0.015 Fmm件（） 然后

11、根据计算得到的 h 值确定毛边槽其他尺寸。hh1圆角 R1bb1Fmax2.752.51436268 图 3.1 飞边槽的形状5 确定终锻型槽终锻形槽及热锻件图见装配图的画法。转向节材料为 18CrMnTi;考虑收缩率取 1.5%,绘制的锻件图如锻件图。6 设计预锻型槽由于锻件较复杂，需要设置预锻型槽。在头部开设坯料台（见锻模图）mmHhmmBA5 .26535 . 0)7 . 04 . 0(156025. 025. 07 绘制计算毛坯图根据转向节的形状特点，选取 14 个截面，分别计算，列于表 3，并在取F取F取F坐标纸上绘出连杆的截面图和直径图。为设计滚挤型槽方便，计算毛坯图按热锻件尺寸计

12、算。截面图所得面积即为计算毛坯体积，得 3计1920481mmV平均截面积为2总计均5.51763711920481mmLVF平均直径为mmFd3.815.517613.113.1均均 截面号F锻/mm2F毛2/mm2F计=F锻+2F毛mma/F计修正 F计/mm修正 a计/mmKh/mm 13879375425465.2425465.2 0.852.2 23879375425465.2425465.2 0.852.2 33879375425465.2425465.2 0.852.2 43879375425465.2425465.2 0.852.2 52814375318956.4318956

13、.4 0.846.6 64794375516971.9428365.4 0.852.3 78087375846292643980.2 1.1390.6 86343375671882782188.4 1.13100 97085375746086.4890094.3 1.13106.5 109369375974498.7939497 1.13109.6 111002537510400102966298.3 1.13111 129019375939496.9879694 1.13106.2 138572375894794.6738785.9 1.1396.1 14304037534155834155

14、8.4 0.846.7表 7.1 转向节外半轴计算毛坯的计算数据8 制坯工步的选择计算毛坯为一头一杆，则计算繁重系数如下 39.13.817.112均maxdda 56.43.81371dL为计算毛坯杆部长度， 越大则轴向流动越困难。查制坯工步应用范围表，制坯工取L艺方案为拔长-闭式滚挤。9 确定坯料尺寸拔长加滚挤联合制坯，F坯=（0.75-0.9）Fmax 式中 Fmax为冷锻件图计算毛坯最大截面积取系数为 0.85，则F坯=22.880395.01974485.0mmmmFd.3101.8803913.113.1坯坯选择坯料直径为 100 的圆柱坯。坯料体积：，取 244。mmFVL3.2

15、4310014.3191023142坯坯坯考虑到钳口夹头长度取坯料长度 244+100=344mm。33计坯1910231）%5.21（015.11948768)1(mmVV10 制坯型槽设计10.1 滚挤型槽设计 （1）采用闭式滚挤，型槽高度，计算结果列于表 1 中，坯料的截面积为 8659.8 和锻件的截面积相比需要增加的部分 K 取 1.13，需要减小的部分 K 取 0.8，其余截面不变化。按各截面的高度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。（2） 型槽宽度为：坯料经过拔长mmdB160140)6.14.1(坯取 B=160mm。（3） 滚挤模腔的尾部与钳口 钳口

16、形状可见图 图 3 修正后的闭式滚挤型槽外形设计 尺寸按下式确定 mm30取,)21(1551.02662.0坯坯hmmmdRmmdh查参考文献1表 4-26，尾部小槽的尺寸为。mmrmmcmma10,30,810.2 拔长型槽设计（1）拔长坎高度 取 52mm；mmLVKa1.5224993619585.0杆杆1（2） 拔长坎长度；mmdKC1301003.1坯3（3） 圆角半径；mmRRmmCR325102.5301325.025.01（4） 型槽宽度 B=K4d坯 =1.4X100=140mm；（5） 拔长膛深度 ，取 123mm；mmah.6122.36122杆（6） 拔长型槽长度。m

17、mLL25910249)105(杆11 锤用锻模设计11.1 钳口尺寸确定 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。根据本课设选用圆形钳口，其具体形状尺寸如装配图中所示。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：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：D 取为 0.2G+10，取 14mm。10.2 模块尺寸 模块尺寸的选择：B=706mm; L=600mm; H=350mm. 燕尾槽、起重孔等尺寸按标准选取，具体装配图。锁扣的设计：（根据有关手

18、册按标准选取平衡锁扣）锁扣高度h=锻件分模面的落差高度=56mm锁扣的厚度mmhb84565.15.1锁扣的斜度 5a锁扣间隙mm1锁扣非导向侧面间隙mm41锁扣沿分模面非打击面上的间隙mm5 . 12锁扣内圆角54015. 015. 01hR锁扣的外圆角 mmmmRR8725212取12 锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定12.1 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

19、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。3查有关资料确定锻件的始段锻温度为 1180，终锻温度为 800。12.2 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： =0.1310.2=1.33(h) （12.1）D式中 D坯料直径或厚度，10.2cm； 钢化学成分影响系数，取 0.13（h/cm）;12.3 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