万向节叉锻模说明书

1、沈阳理工大学课程设计专用纸热成型模具课程设计任务书学 院材料科学与工程学院专 业材料成型及控制工程（模具方向）学生姓名 学 号设计题目万向节叉锤锻模设计生产任务要求：1.设计批量：大批量； 2.设计精度：普通级； 3.供选设备：模锻锤； 4.设计原图：万向节叉零件图。课程设计工作量要求：1.分析万向节叉成形性，进行相关的工艺计算，制定最佳的工艺方案；2.绘制冷锻图一张（A1），锤锻模装配图一张（A0）；3.完成设计计算说明书一份，填写工艺卡片一张；4.所有图形用AutoCAD软件输出，说明书用Word输出。进度安排： 2010.12.02 12.05 工艺过程设计、计算 12.06 12.18

2、 锻件图绘制 12.08 12.12 热锻件工艺设计及模具设计 12.13 12.14 撰写说明书一份，装配图绘制，答辩 指导老师（签字）： 年 月 日学院院长（签字）：年 月 日目 录1零件分析及工艺方案的确定 1 1.1零件分析11.2工艺方案的确定1 2锤上模锻件的设计2 2.1确定分模位置22.2 确定公差和加工余量3 2.2.1 锻件的形状复杂系数3 2.2.2 锻件的质量3 2.2.3 锻件的材质系数4 2.2.4 模锻件的精度等级4 2.2.5 确定锻件公差和余量4 2.2模锻斜度4 2.3圆角半径4 2.4技术条件4 2.5计算锻件的主要参数5 3模锻变形工步的确定6 3.1

3、绘制计算毛坯图6 3.2 制坯工步选择6 4确定坯料尺寸8 5确定锻锤吨位10 6锤锻模型槽设计11 6.1 模锻工步型槽设计11 6.1.1 确定毛边槽形式和尺寸11 6.1.2 确定钳口11 6.1.3 确定终锻型槽12 6.1.4 设计预锻型槽126.2 制坯型槽设计13 6.2.1 拔长型槽设计13 6.2.2 滚挤型槽的设计147锻模结构设计158锻前加热、锻后冷却及热处理要求的确定168.1确定加热方式，及锻造温度范围16 8.2确定加热时间16 8.3确定冷却方式及规范.16 8.4确定锻后处理方式及要求.16参考文献.1717零件分析及工艺方案的确定1.1 零件分析零件为万向节

4、叉，万向节叉是叉形件。是用在解决主动轴与从动轴轴心存在一定角度，允许被连接的零件之间的夹角在一定范围内变化，承受的转矩比较大，工作条件比较繁重，在不平行的情况下起到联结主、从动轴的作用的器件，也就是通过万向节主动轴将力矩传给从动轴。除了汽车的传动装置，在其他工业甚至民用传动领域的应用范围极为广泛，基本上，只要有以下情况均可使用： 轴-轴不同心； 轴-轴空间平行不相交或空间平行相交的场合； 轴-轴空间夹角运行中变化的场合。1.2 工艺方案的确定对零件的整体（见图1.1）形状尺寸，表面粗糙度进行分析：头部构造比较复杂，只能锻造出其零件基本外形，其它孔部、球形滑槽及花键槽部分均以余块填充，之后再以机

5、械加工做出具体形状，达到要求的零件形状；零件的材料为40Cr，材料性能稳定。该材料的临界温度、热加工及热处理工艺参数可见下表1.1。 图1-1万向节叉零件图表1.1 40Cr的临界温度、热加工及热处理工艺参数牌号临界温度热加工温度/退火正火Ac1Ar1Ms加热始锻温度/冷却方式硬度（HBS）温度/冷却方式硬度（HBS）Ac3Ar3Mf终锻40Cr743782355120011001150825845炉冷207850870空冷250693730-800高温回火淬火回火温度/硬度（HBS）温度/冷却剂硬度（HRC）各种不同温度回火后的硬度值（HRC）150200300400500550600650

6、680700207830860油5556555452403728182 锤上模锻件的设计2.1 确定分模位置确定分模面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。使锻件容易从锻模型槽中取出，因此锻件的侧表面不得有内凹的形状，并且使模膛的宽度大而深度小。锻件分模位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上。应使飞边能切除干净，不至产生飞刺。对金属流线有要求的锻件，应保证锻件有最好的纤维分布。根据万向节叉形状，采用上下对称的直线分型模。2.2确定公差和加工余量 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： (

7、2.1)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： 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S3级，形状复杂程度为较复杂。 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）查得40Cr的密度为：估算锻件的体积为673.2cm³，则锻件质量约为 2.2.3 锻件的材质系数 材质系数按锻压的难易程度划分两个等级，材质系数不同，公差不同。万向节叉材料为40Cr ，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

8、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。由表查得:高度公差为，长度公差为 ，宽度公差为。零件需磨削加工,加工精度为F2,由1查得高度及水平尺寸的单边余量约为2.53.5mm,取3mm。2.3 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。本设计中内外斜度均采用7°。2.4 圆角半径 外圆角半径r=2+零件相应处圆角半径或倒角，内圆角半径R=（23）r，其余部位的圆角半径取1.5mm4。2.5 技术条件（1）图上未标注的模锻斜度7º；（2）图上未表注的圆角半径R=1.5mm；（

9、3）允许的错移量0.6mm；（4）允许的残留毛边量0.7mm；（5）允许的表面缺陷深度0.5mm； （6）锻件热处理:调质HB230260；（7） 锻件表面清理:为便于检查淬火裂纹,采用酸洗。2.6计算锻件的主要参数(1) 锻件在平面上的投影面积为2175.0283mm2;(2) 锻件周边长度为727.5086mm ;(3) 锻件体积为673212.5322 mm3;(4) 锻件质量为5.2847kg。3模锻变形工步的确定3.1 绘制计算毛坯图根据连杆的形状特点,选取14个截面,分别计算F锻,F毛,F计列于表3.1,并在坐标纸上绘出连杆的截面图和直径图（见附图）。为设计滚挤型槽方便,计算毛坯图

10、按冷锻件尺寸计算。截面图所围面积即为计算毛坯面积,得 （3.1） 平均截面积： （3.2） 则平均直径： （3.3）按体积相等修正截面图和直径图（附图中双点划线部分）,修正后的最大截面积为7932mm2,则最大直径为dmax=100.64mm。3.2 制坯工步选择计算繁重系数，选择制坯工步 （3.4） （3.5） 由图4-592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,再拔长、闭式滚挤。模锻工艺方案为:拔长闭式滚挤预锻终锻。表3.1 连杆计算毛坯的计算数据截面号F锻/mm2F毛×2/mm2F计=F锻+2F毛h计d计=1.13o/mm修正F计/mm2修正d计/mmh

11、=d计/mm1050650610.1225.410.820.3321167.0635421521.26 30.43 44.071328.526.80.7520.132232354.22586.251.7257.462374.539.70.7529.7843302354.23656.273.1260.47259364.260.7044.9853754354.24108.282.1668.335132.569.890.962.963964354.24318.286.3674.256676.580.691.0584.7273240354.23594271.8867.8776299.561.0599.

12、29812425354.212779.2255.58127.747932100.641.0510498987.62354.29341.82186.84109.21748197.741.05103.96106647.61354.27001.81140.0494.567050.594.881.05102.19116647.61354.27001.81140.0494.565660.584.091.0588.29122143.37354.22497.5749.9556.483516.567.530.9564.15131963.50354.22281.246.3554.40196449.010.753

13、6.7614050650610.1225.4150625.420.8 20.344确定坯料尺寸 由计算毛坯截面图和直径图知，由此可得拐点处直径69.89，杆部锥度 所需坯料截面积： （4.1） （4.2） = （4.3） =1.1×3560.31=3916.341mm因此， （4.4） =88.29根据原材料规格，实际取。烧损率。坯料的体积为： 式中，是作计算毛坯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。坯料长度为： （4.5） =122 5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,查参考文献2表4-14,按23t锤毛边槽尺寸考虑,假定毛边平均宽度为

14、30mm,总面积F=24000.2863mm2,按双作用模锻锤吨位确定的经验公式1.2，确定锻锤吨位,因汽车连杆件为大批量生产,需要高生产率,取较大的系数6.3取k=1.0,于是 （5.1）则 选用2t锤。 6锤锻模型槽设计6.1 模锻工步型槽设计6.1.1 确定毛边槽形式和尺寸查2图4-63选用毛边槽形式,如图6.1。图6.1 毛边槽其尺寸按表4-14确定；选用毛边槽尺寸为，见表6.1。 表6.1 毛边槽尺寸4mm10mm29mm1.5mm153 锻件毛边的体积： （6.1） 其中（锻件毛边平均截面积）6.1.2 确定钳口 具体尺寸如图6.2：图6.2 钳口6.1.3 确定终锻型槽终锻型槽是

15、按热锻件图加工和检验的，连杆材料为40Cr,考虑收缩率为1.5%。绘制热锻件图。6.1.4 设计预锻型槽由于锻件复杂,须设置预锻型槽。在叉部采用劈料台2，如图6.3。 （6.2） （6.3）图中。图6.3 劈料台在工字形截面的杆部,辐板较薄且宽,为防止终锻时锻件产生折纹,应使预锻型槽面积稍小于或等于终锻型槽相应处的横截面积(不计预锻打不靠的横截面积)。预锻型槽沿分模面处的圆角半径增大至R=5mm,预锻型槽其余与终锻型槽不同的地方均在热锻件图上标明。6.2 制坯型槽设计6.2.1 拔长型槽设计1.拔长型槽结构形式的确定采用开式直排式拔长型槽，其结构形式如图5.4所示：图6.4 拔长型槽结构尺寸2

16、.拔长型槽尺寸设计 （1）拔长坎高度 （6.1） 式中：计算毛坯杆部体积（mm3）； 计算毛坯杆部长度（mm）； 系数，查得取=0.85。代入得 （2）拔长坎长c, （6.2）式中：毛坯直径（mm）； 系数，取为=1.3。代入得 （3）型腔宽度B （6.3）代如得 （4）半径 （6.4） （6.5）（5）仓部深度e （6.6） （6）型槽长度L （6.7）6.2.2 滚挤型槽的设计 采用闭式滚挤。（1） 型槽的高度，计算结果列于表2.1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。（2） 型槽宽度为：杆部： （6.8）头部： （6.9）所以取杆部头部宽度均为

17、110mm。（3） 槽长度等于计算毛坯图的长度。（4） 钳口与毛刺槽尺寸见装配图7锻模结构设计 1. 型槽布置方式：有两个制坯型槽，布排型槽应以终锻型槽为中心左右布置。2. 模块尺寸的选择：1）承击面：查表得，3吨锤的最小承击面为700cm2 ,承击面积为模块在分模平面上的面积减去各型槽，毛边槽，锁扣和钳口所占面积。经计算符合要求。 2）模块高度：模块高度根据型槽最大深度和锻锤的最小闭合高度确定。这是由于上下模块的最小闭合高度应不小于锻锤允许的最小闭合高度，查资料得锻锤的最小闭合高度为700 mm。经上确定模块的规格为B= 470mm; L=740mm。 3. 燕尾槽、起重孔等尺寸按标准选取，

18、具体见装配图。8 锻前加热、锻后冷却及热处理要求的确定8.1 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。8.2 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： 式中 D坯料直径或厚度（cm） 钢化学成分影响系数，取0.13（h/cm）;8.3 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