齿轮锤锻模课程设计说明书

1、Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称： 设计题目： 齿轮锤锻模 院 系： 材料科学与工程学院 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间： 哈尔滨工业大学教务处哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名： 院 （系）：材料科学与工程学院 专 业：材料成型及控制工程至日期： 课程设计题目： 齿轮锤锻模 已知技术参数： 齿轮零件图一张。设计要求：材料：45号钢 零件质量较好，尺寸精度适中，生产批量大，生产效率高。 工作量： （1） 按零件图完成锻件图一张 ；（2） 绘制锻模装配图一张 ；（3） 完成上模、下模模具图各一张 。（4） 编写设

2、计计算说明书一份。工作计划安排： 同组设计者及分工： 无。 指导教师签字_ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字_ 年 月 日*注：此任务书由课程设计指导教师填写。齿轮锤锻模课程设计目 录 1.设计任务零件图62.模锻工艺及模锻方法的选择63.锻件图的设计64.计算锻件的主要参数65.锻锤吨位的确定76.热锻件图的制定和绘制77.确定飞边槽的型式和尺寸88.钳口及其尺寸89.制坯工步选择1010.确定坯料尺寸1011.制坯模膛设计1012.锻模结构设计1013.参考文献111、 设计任务零件图图1 齿轮锤锻零件图相关参数：模数M=3，齿数Z=792、 模锻工艺及模锻方法的选择同一锻件可

3、以在不同的设备上采用不同的工艺制造，不同的工艺方案，所用的工艺设备不同，其经济效果也不同。当生产批量较大时，可采用模锻锤或热模锻压力机；若批量不大时，可采用螺旋压力机或在自由锻锤上胎模锻及固定模模锻。此锻件要求大批量生产，采用锤上模锻的方法。模锻方法即在模锻设备上进行锻件生产时可采用不同的方法，如单件模锻、掉头模锻、一火多件、一模多件、合锻等。此锻件质量交大，采用单件模锻。3、 锻件图的设计a) 确定分模面的位置模锻件是可分的模腔中成形，组成模具型腔的各模块的分合面称为“分模面”1。选择分模面的最基本原则：保证锻件容易从锻模模膛中取出，锻件形状尽可能与零件形状相同。锻件分模位置应选择在具有最大

4、水平投影尺寸的位置上。(1) 为了使锻模结构简单，并防止上、下模错移，分模位置应尽可能用直线式。(2) 头部尺寸较大的长轴类锻件，不宜用直线式分模，为使锻件较深尖角处能充满，应用折线式分模，使上、下模的模膛深度大致相等。(3) 为了便于锻模、切边模加工制造和减少金属损耗，当圆饼类锻件的HD时，应取径向分模，不应选轴向分模。(4) 有金属流线方向要求的锻件，应考虑锻件工作时的受力特点，保证锻件有最好的纤维分布。根据以上原则，本图分模面选在中间厚度水平面位置处。b) 机械加工余量和锻件公差i. 锻件形状复杂系数锻件形状复杂系数（S）是锻件质量或体积（Gd，Vd）与其外轮廓包容体的重量或体积（Gd，

5、Vd）的比值。即 S=GdGb=VdVb=×121.52×60-×106.52×42-×40.252×42 mm3×121.52×60 mm3=1315139.0 mm32782618.6 mm3=0.473S在0.32-0.63范围内，所以形状复杂系数为S2级。ii. 锻件重量锻件的质量可以根据锻件图的名义尺寸进行计算，即：m=Vd 其中材料密度，取7.85 g/cm3 V锻件体积，取1315139.0 mm3经计算，m=Vd=7.85 g/cm3×1315139.0 mm3=10.324 Kgiii.

6、 锻件材质系数材质系数是按材料可锻性难易程度而划分等级的。材质系数不同，公差不同。钢质锻件可分为M1和M2两级。M1：含碳量小于0.65%的碳钢或合金元素总含量小于3.0%的合金钢。M2：含碳量大于或等于0.65%的碳钢或合金元素总含量大于或等于3.0%的合金钢此锻件的材料为45#钢，45#钢含碳量c%=0.420.50%<0.65%，所以材质系数为M1级。iv. 锻件精度等级锻件的精度等级一般为两级，普通级和精度级公差，此锻件为大批量生产，采用普通级公差。v. 锻件公差和余量根据锻件的质量、尺寸、锻件形状复杂系数查找锻模设计手册查表确定长、宽和高度方向的余量。锻件厚度尺寸60 mm，余

7、量2.02.5 mm，取2.5 mm。锻件长度尺寸243 mm，余量2.02.5 mm，取2.5 mm。根据锻件孔深和孔径查找锻模设计手册查表确定内孔的直径尺寸。内孔直径尺寸62.6 mm，余量2.0 mm。根据锻件质量、复杂系数、精度等级、材质系数，由锻模设计手册查得公差：锻件长度尺寸243 mm，公差4.0-1.3+2.7。锻件长度尺寸213 mm，公差4.0-1.3+2.7。锻件长度尺寸80.5 mm，公差3.2-1.1+2.1。锻件厚度尺寸60 mm，公差2.8-0.9+1.9。内孔直径62.6 mm，公差2.8-0.9+1.9。错差公差1.4 mm，残留飞边公差1.4 mm。 c)

8、确定模锻斜度为了便于模锻件从模膛中取出，模锻件上平行于锤击方向的表面必须具有斜度，称为模锻斜度1，一般为5º15º。模锻斜度与模膛深度和宽度有关，通常模膛深度与宽度的比值（h/d)较大时，模锻斜度取较大值。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，因此应大于一级1。根据锻模设计手册查表得到：内斜度为10º和外斜度为7º。d) 确定模锻圆角半径为了使金属易于流动和充满模镗，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，是尖角、尖边呈圆弧过渡，此过渡处称为锻件的圆角1。根据凸台高度

9、和宽度，由锻模设计手册查表得到：外圆角半径r=3 mm，内圆角半径R一般为R=（23）r，取内圆角半径R=2r=6 mm。e) 确定冲孔连皮的形状和尺寸和尺寸模锻不能直接锻出透孔，因此，在设计热锻件图时必须在孔内保留一层连皮，后在切边压力机上冲除掉。当锻件内孔较大时（d>2.5h或d>60 mm），一般采用斜底连皮。此锻件内孔直径62.6>60，因此采用斜底连皮。s=0.45d-0.25h-5+0.6h=0.45×62.6-0.25×30-5+0.630s=6.47 mmR1=R+0.1h+2=6+0.1×30+2=11 mm斜底连皮相关尺寸为：

10、s大=1.35s=1.35×6.47=8.411 mms小=0.65s=0.65×6.47=4.206 mmd1=0.250.3d=0.250.3×62.6=15.6518.6 mm，取d1=16 mmf) 锻件图和锻件技术条件锻件图的技术要求：(1) 图上未标注的模锻斜度7°；(2) 图上未标注的圆角半径R=3 mm；(3) 允许的错移量1.4 mm；(4) 残留的毛边量1.4 mm；(5) 允许的表面缺陷深度1.5 mm；(6) 锻件热处理：调质；(7) 锻件表面清理：喷沙清理。4、 计算锻件的主要参数a) 锻件在水平面的投影面积S投影=×

11、R2=×2482+652×tan7°2=51464.21 mm2b) 锻件的周边长度C周边=×R=×2482+652×tan7°=804.19 mmc) 锻件体积锻件体积：vd=×121.52×60-×106.52×42-×40.252×42 mm3=1315139.0 mm3d) 锻件质量锻件质量：m=Vd=7.85 g/cm3×1315139.0 mm3=10.324 Kg5、 锻锤吨位的确定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

12、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。锻锤吨位可以通过锻件折算直径和终锻温度下的强度极限、功能关系、经验公式等方法确定1。选择双作用模锻锤，根据布留哈诺夫和列别尔斯基公式2:G0=1-0.005D1.1+2D20.75+0.001D2DG0=1-0.005×25.61.1+225.620.75+0.001×25.62×25.6×6

13、0G0=2612.63 Kg其中D锻件直径（cm） 锻件在终锻温度时的变形抗力，查参考文献2表知取60MP故选用双作用3吨模锻锤。6、 热锻件图的制定和绘制热锻件图是将锻件图的所有尺寸计入收缩率而绘制的。一般情况下，热锻件图形状与锻件图形状是完全相同的。但在某些情况下，为了保证按照热锻件图制造终锻模膛能锻出合格的锻件，热锻件图的某些地方与锻件图是有差异的，应根据具体情况给予具体处理。(1) 终锻模膛易损处，应在锻件负公差范围内预先增加磨损量，以提高锻模寿命，保证锻件的合格率；(2) 锻件上形状复杂且较高的部分应尽量放在上模。如因特殊情况需放在下模时，由于下模局部较深处易积聚氧化皮，致使锻件在该

14、处“缺肉”；(3) 当设备吨位偏小，模锻不足现象严重时，应使热锻件图高度尺寸比锻件图上相应高度减小一些，以抵消模锻不足的影响。相反，当设备吨位偏大或锻模承击面偏小时，热锻件图高度尺寸应接近于正公差，以保证在承击面下陷时仍可锻出合格的锻件；(4) 锻件的某些部位在切边或冲孔时易产生变形而影响加工余量时，则应在热锻件图的相应部位适当地增加一定的弥补量，以提高锻件的合格率，如下图所示；(5) 当锻件形状不能保证坯料在下模膛内或切边模内准确定位时，则应在热锻件图上增加必要的定位余块，以保证多次锻击过程中的定位以及切飞边时的定位。7、 确定飞边槽的型式和尺寸飞边槽由桥口与仓部组成，飞边槽的作用：(1)

15、增加金属流出模膛的阻力，促使金属充满模膛；(2) 容纳多余的金属；(3) 锻造时飞边起缓冲作用，减弱上、下模的直接撞击，防止锻模的压塌和开裂。毛边槽的形式和尺寸对锻件质量影响很大，有六种形式，采用形式，桥部设置在上模块，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。飞边槽尺寸可通过吨位法和计算确定，根据吨位法查参考文献1表得飞边槽的尺寸为：h飞/mmh1/mmb/mmb1/mmR1/mm35123040，取351飞边槽的形状8、 钳口及其尺寸钳口是指在锻模的模锻模膛前面所做的空腔，由夹钳口与钳口颈组成。其作用为：(1) 在模锻时用来放置棒料及钳夹头；(2) 钳口颈用于加强

16、夹钳料头与锻件之间的连接强度；(3) 齿轮类锻件在模锻时无夹钳料头，钳口作为锻件起模之用；(4) 在锻模制造时，钳口作为浇注模膛检验件（金属盐或铅）的浇口。对于圆饼类锻件，设计钳口只是为了锻件出模方便和用作浇口1。由于锻件质量10.324 Kg超过10 Kg，钳口应设计成圆形。钳口直径D=0.2m+10=0.2×10.324+10=12.0648 mm12.06 mm取锻模外壁最小厚度Smin为50 mm，根据参考文献3可知：钳口颈长度l0.5Smin=0.5×50=25 mm ,取35 mm钳口长度l1Smin=100 mm，取110 mm9、 制坯工步选择根据工步作用不

17、同可分为制坯工步、模锻工步、和切断工步。对于齿轮类锻件，常用镦粗和终锻工步，坯料圆柱面上氧化皮在镦粗时去除2，故采用的变形公布为：镦粗终锻。为防止轮辐和轮缘间过渡区产生折迭，须有：D1>D镦粗>D2，取镦粗后坯料直径D镦粗为218 mm。10、 确定坯料尺寸短轴类锻件在终锻模膛的变形是属于体积变形，所以，通常按下式算出坯料的体积：V坯=V锻+V飞1+式中V锻锻件（包括冲孔连皮）体积； 金属火耗率（%），采用电阻炉加热，取1.5%； V飞飞边体积，对短轴类锻件，取飞边槽容积的一半，即V飞=L周F飞=0.5L周F飞槽式中L周锻件周长； F飞槽飞边槽截面积，取F飞槽=263.5 mm2。

18、V飞=0.5×804.19×263.5=105952.03 mm3V坯=1315139.0+105952.03×1+1.5%=1442407.4 mm3根据计算出的坯料体积V坯确定坯料直径D坯或方坯料的边长A坯。考虑到坯料在镦粗时不致产生弯曲，备料方便，以及节省材料，应使坯料长度L坯与直径D坯（或A坯）之比值L坯D坯=1.52.2。由此坯料直径D坯或边长A坯可在下列范围内选择：D'坯=0.950.833V坯=107.3493.78 mm3，取D'坯=100 mm3A'坯=0.870.773V坯=98.3087.00 mm3，取A'坯

19、=90 mm3计算出D'坯或A'坯后再按国家标准规格，并优先选用工厂常用的材料规格D坯（或A坯）。然后再按下式确定坯料的长度L坯L坯=1.27V坯D坯2=1.27×1442407.4 mm31002 mm2=183.19 mm11、 制坯模镗设计此锻件为轴对称锻件，成型模膛的形状是根据终锻模膛在分模面上的外形（水平投影），用作图法制出。高度h：为了成形后的毛坯能自由地放入（预）终锻模膛，并以镦粗方式成形，h小于热锻件图在分模面上的外形尺寸，当1) Ap<Aj(头部)：h=bd-122) Ap>Aj(杆部)：h=bd-35镦粗台是用来镦粗毛坯以减小其高度，增

20、大直径，使镦粗后的毛坯在终锻模膛内能够覆盖一定的凸部和凹槽，以防止锻件产生折迭和充不满，并起清除毛坯和氧化皮，减少模膛磨损的作用。多用于短轴类与齿轮形锻件2。设计依据：根据锻件的形状、尺寸和原毛坯尺寸确定，镦粗后的毛坯直径d，再根据d值确定镦粗台尺寸。dD1+D22=251.7+211.12=231.4 mm,取d=240 mm镦粗台尺寸：1) 镦粗台高度h=V坯4d2=1442407.44×231.42=34.30 mm2) C、C'与C''尺寸：边缘距离C：C=1015 mm，取C=12 mm；至销口距离C'：C'=510 mm，取C

21、9;=8 mm；右侧与后边距离C''：C''=1520 mm，取C''=16 mm；3) 边缘圆角R：R=810 mm，取R=8 mm。12、 锻模结构设计确定锻模模块上各种模膛的设置和模块尺寸的工作。锤上锻模的结构设计对锻件质量、生产率、劳动强度、锻模和锻锤的使用寿命等有很大的影响。a) 模镗的排布因模膛无预锻模膛时，终锻模膛中心位置应取在锻模中心处。变形抗力分布均匀时，模膛中心即为模膛（包括飞边桥部）在分模面的水平投影的面积重心。b) 错移力的平衡和导向错移力的平衡是保证锻件尺寸精度的一个重要问题，也是影响设备寿命的一个重要问题。错移力产生的

22、原因大致有下列几方面：(1) 当锻造分模线不在同一平面上的锻件时（即具有落差的锻件），有水平方向的错移力。(2) 如果由于某些原因使得模膛中心与锤杆中心不一致时，模锻时会产生偏心力矩，造成锻模的错移。(3) 如果设备的上、下砧面不平行，模锻时也要产生水平错移。由于此锻件不存在以上三种导致错移力产生的原因，故无需考虑错移力的平衡和导向。c) 模具强度i. 模壁厚度模镗的最小外壁厚度S0=K1h=1.5×33=49.5 mm其中K1为系数，查参考文献2表得K1为1.5。ii. 模块高度因为此锻件无过渡垫模，则上下模最小闭合高度Hmin应不小于锤安模空间最小高度2。查参考文献2表得Hmin

23、为480 mm，Hmax为700 mm。iii. 承击面积承击面是指上、下模的接触面，承击面积是指分模面积减去模膛和飞边槽及锁扣面积,锻模分模面的承击面积S=300400G=9001200 cm2。查参考文献2表得允许最小承击面积为700 cm2。iv. 燕尾根部的转角为减小应力集中设计成圆角，一般取R=5mm。v. 模块纤维方向锻模寿命与其纤维方向密切相关，任何锻模的纤维方向都不能与打击方向相同，否则模膛表面耐磨性能下降，模壁容易产生剥落现象。此锻件为短轴类锻件，锻模纤维方向应与键槽中心线方向一致d) 模块的尺寸和标准i. 锻模宽度为保证锻模不与锻锤导轨相碰，锻模最大宽度应有所限制，在任何情况下必须保持它们之间的距离大于20mm。锻模的最小宽度也有要求，至少超过燕尾10mm，或者燕尾中心线到锻模边缘的最小尺寸为 B1B/2+10=300/2+10=160 mm 。ii. 锻模长度锻模长度根据模膛长度和模壁厚度确定。较长的锻件有可能使锻模超长，伸到模座和锤头之外，两端呈悬空状态，这种状况对锻模受力条件是不利的，所以对伸出长度f应当有所限制，一般规定是 f<H/3=600/3=200 mm,其中H是模块高度。iii. 锻模高度考虑到锻模翻新的需要,模块最小高度Hmin为480 mm，最大高度Hmax为700 mm。iv. 锻模中心与模块中心的关系v. 锻模质量为了保证锤