1、沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 I 目目 錄錄 1.1.零件分析及工藝方案確定零件分析及工藝方案確定 .1 1 1.1 零件分析.1 1.2 工藝方案的確定.2 2.2.錘上模鍛件設(shè)計(jì)錘上模鍛件設(shè)計(jì) .3 3 2.1 選擇分模面.3 2.2 確定模鍛件加工余量和公差.3 2.3 確定模鍛斜度.4 2.4 確定鍛件圓角半徑.4 2.5 確定鍛件沖孔連皮.4 2.6 確定模鍛件的技術(shù)要求.5 2.7 繪制鍛件圖及計(jì)算鍛件基本數(shù)據(jù).6 3.3.錘上模鍛工藝及鍛模設(shè)計(jì)錘上模鍛工藝及鍛模設(shè)計(jì) .7 7 3.1 確定模鍛錘的噸位.7 3.2 確定飛邊槽形式及尺寸.8 3.3 確定終鍛型槽.8 3.4 設(shè)計(jì)預(yù)鍛

2、型槽.9 3.5 繪制計(jì)算毛坯圖.9 3.6 選擇制坯工步.10 3.7 確定坯料尺寸.10 3.8 制坯型槽設(shè)計(jì).11 3.9 鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).14 4.4.鍛前加熱鍛后冷卻及熱處理要求的確定鍛前加熱鍛后冷卻及熱處理要求的確定 .1515 4.1 確定加熱方式及鍛造溫度范圍.15 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 II 4.2 確定加熱時(shí)間.15 4.3 確定冷卻方式及規(guī)范.15 4.4 確定鍛后熱處理方式及要求.16 4.5 連桿件模鍛工藝流程.16 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .1717 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 1 1.零件分析及工藝方案確定零件分析及工藝方案確定 1.1 零件分析零件分析 對(duì)零件的整

3、體形狀尺寸，表面粗糙度進(jìn)行分析，此零件的材料為 45 號(hào)鋼，材料性 能穩(wěn)定，零件圖如圖 1.1。 圖 1.1 零件圖 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 2 1.2 工藝方案的確定工藝方案的確定 根據(jù)零件分析，結(jié)合生產(chǎn)批量大批量要求，生產(chǎn)設(shè)備，確定方案為： 1. 選用設(shè)備類型：模鍛錘 2. 模鍛形式：開式模鍛 3. 估計(jì)變形工步：下料開式拔長(zhǎng)滾擠預(yù)鍛終鍛，詳細(xì)工步按后面計(jì)算才 可確定。 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 3 2.錘上模鍛件設(shè)計(jì)錘上模鍛件設(shè)計(jì) 2.1 選擇分模面選擇分模面 確定分模面位置最基本的原則是：保證鍛件形狀盡可能與零件形狀相同，使鍛件 容易從鍛模型槽中取出。鍛件分模位置應(yīng)選在具有最大水

4、平投影尺寸的位置上。應(yīng)使 飛邊能切除干凈，不至產(chǎn)生飛刺。對(duì)金屬流線有要求的鍛件，應(yīng)保證鍛件有最好的纖 維分布。 該零件為上下對(duì)稱形狀，為了便于發(fā)現(xiàn)上下模在模鍛過程中的錯(cuò)移，分模位置應(yīng) 選在鍛件側(cè)面的中部，如圖 2.1 中 A-A 線。 圖 2.1 分模面圖 2.2 確定模鍛件加工余量和公差 （1）初步確定鍛件的質(zhì)量 ：估算鍛件質(zhì)量約為 1.6kg。 （2）外包容體質(zhì)量：Wb =9752407.8510-3 =7.655kg (2.1) （3）計(jì)算鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù)： (2.2) bd MMS/ 其中 Md鍛件質(zhì)量 Mb鍛件外包容體質(zhì)量 則根據(jù)公式 S=1. 6/7.655=0.209，查資料得

5、 S 位于 0.160.32 之間，所以鍛件 的復(fù)雜程度等級(jí)是 3 級(jí)。 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 4 （4）確定鍛件的材質(zhì)系數(shù) 連桿的材料為 45 鋼，所以其材料系數(shù)是 M1。 （5）確定加工余量 根據(jù)鋼質(zhì)模鍛件公差及加工余量（GB/T 12362-2003）確定的尺寸公差為： 高度公差：mm ，長(zhǎng)度公差：mm ，寬度公差：mm。 1.5 0.7 2.1 1.1 1.9 0.9 零件需磨削加工，加工精度為 F2，由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)查得厚度方向和水平方向單邊余 量為 1.7mm2.2mm,取 2mm。 確定孔徑的半邊余量：大孔為 2.5mm。 在大量生產(chǎn)的條件下，連桿鍛件機(jī)械加工時(shí)用大小頭端面定位，

6、要求大小頭端 面在同一平面的精度較高，100mm 內(nèi)為 0.6mm；而模鍛后的高度公差較大，達(dá)不到 上述要求，故鍛件在熱處理，清理后加一道平面冷精壓工序。鍛件經(jīng)精壓后，機(jī)械加 工余量可大大的減小，取 0.75mm，精壓后鍛件的高度公差取 0.2mm。 連桿精壓后，大頭的高度尺寸為：40+20.75=41.5mm，單邊冷精壓余量取 0.4mm，所以模鍛后大頭部高度尺寸為：41.5+20.4=42.3mm。小頭的高度尺寸為： 36+20.75=37.5mm，單邊冷精壓余量取 0.4mm，所以模鍛后小頭部高度尺寸為： 37.5+20.4=38.3mm。 2.3 確定模鍛斜度確定模鍛斜度 上以表明桿部

7、脫模斜度為 11其他地方脫模斜度采用 7，型槽外斜度定為 7，內(nèi) 斜度定為 10。 2.4 確定鍛件圓角半徑確定鍛件圓角半徑 鍛件高度余量 0.75+0.4=1.15mm，則需倒角的叉內(nèi)外圓角半徑為 1.15+2=3.15mm 取 R=3mm。其余未注圓角 R=1.5mm。 2.5 確定鍛件沖孔連皮確定鍛件沖孔連皮 模鍛不能直接鍛出透孔，因此在設(shè)計(jì)熱鍛件圖時(shí)必須在孔內(nèi)保留一層連皮，然后 在切邊壓力機(jī)上切除掉。因鍛件內(nèi)孔并不是很大，同時(shí)考慮到加工及經(jīng)濟(jì)效益的影響， 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 5 采用平底連皮，其形狀如圖 2.2。 圖 2.1 平底連皮 其中大頭部的形狀尺寸為：連皮厚度 (2.3

8、)0.450.2550.6Sdhh =mm，取 S=5mm。0.45 350.25 1550.6 155 其中 d鍛件內(nèi)孔直徑 h鍛件內(nèi)孔深度 連皮上的圓角半徑，因模鍛成型過程中金屬流動(dòng)激烈，應(yīng)比同尺寸壓凹件內(nèi)圓 1 R 角半徑 R 大一些，采用一下公式：R1 =R+0.1h+2=3+2+2=7mm,取 9mm。 (2.4) 2.6 確定模鍛件的技術(shù)要求確定模鍛件的技術(shù)要求 （1）未注明的模鍛斜度為 7，內(nèi)斜度為 10。 （2）未注明的圓角半徑為 R=1.5 （3）允許的錯(cuò)移量為 0.6mm 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 6 （4）允許的殘留毛變量 0.7mm （5）允許的表面缺陷深度 0.5m

9、m （6）鍛件熱處理：調(diào)質(zhì) （7）鍛件表面清理：連桿毛坯經(jīng)噴丸處理或噴砂處理 2.7 繪制鍛件圖及計(jì)算鍛件基本數(shù)據(jù)繪制鍛件圖及計(jì)算鍛件基本數(shù)據(jù) 冷鍛件圖見冷鍛件圖 鍛件的主要參數(shù)為： （1） 鍛件在平面上的投影面積為 9815mm2 （2） 鍛件周邊長(zhǎng)度為 737.2mm （3） 鍛件體積為 205600 mm3 （4） 鍛件質(zhì)量為 1.61kg 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 7 3.錘上模鍛工藝及鍛模設(shè)計(jì)錘上模鍛工藝及鍛模設(shè)計(jì) 3.1 確定模鍛錘的噸位確定模鍛錘的噸位 總變形面積為鍛件在平面圖上的投影面積與毛邊面積之和，按 12t 錘毛邊槽尺寸 考慮，假定毛邊橋部寬度為 23mm，總面積 F=

10、9815+737.223=26770.6mm ，按雙作 2 用模鍛錘噸位確定的經(jīng)驗(yàn)公式 G=（3.56.3）kF 確定鍛錘噸位，因汽車連桿件為大批 量生產(chǎn)，需要高生產(chǎn)率，取較大的系數(shù) 6.3，取 k=1.0.于是 G=6.31.026770.6=1686.55kg 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，應(yīng)選用 2t 錘。 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 8 3.2 確定飛邊槽形式及尺寸確定飛邊槽形式及尺寸 參照鍛造工藝學(xué)與模具設(shè)計(jì) ，選用圖 4-63 毛邊槽形式，其尺寸按表 4-14 確 定，選定毛邊槽尺寸形狀如圖 3.1。 表 3.1 h/mm h /mm b /mm b /mm R /mm 毛邊槽截面積/mm 111

11、 2 4 10 26 1.5 168 圖 3.1 毛邊槽 因鍛件桿部截面積太小，考慮拔長(zhǎng)難以達(dá)到最小截面積，須增大毛邊倉(cāng)部寬度 b1； 大頭部充料比較困難，流入毛邊槽金屬較少，將該處 b1減小到 12mm，使型槽安排緊 湊，增大承擊面積。 鍛件毛邊體積 V毛=737.20.7168=86694.7mm3 (3.1) 3.3 確定終鍛型槽確定終鍛型槽 終鍛型槽是按熱鍛件圖加工和檢驗(yàn)的，連桿的材料為 45 鋼，考慮到收縮率為 1.5%。 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 9 根據(jù)生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，考慮到鍛模使用后承擊面下陷，型槽深度減小及精壓時(shí)變形不 均，橫向尺寸增大等因素，修改幾處尺寸：輻板處增厚 0.

12、5mm；連桿小頭高度 38.3mm 處，理論上應(yīng)為 38.9mm，實(shí)際取 39.6mm；大頭上下平面做成斜面將高度尺寸 42.3mm 上下各增加 0.7mm；小頭50mm，應(yīng)為50.6mm，實(shí)際仍為50mm.繪制的熱鍛件圖 見鍛模裝配圖。 3.4 設(shè)計(jì)預(yù)鍛型槽設(shè)計(jì)預(yù)鍛型槽 在工字型截面的桿部，輻板較薄而且寬，為防止終鍛時(shí)產(chǎn)生折紋，應(yīng)使預(yù)鍛型槽 面積少小于或等于終鍛型槽相應(yīng)處的截面積，輻板和肋的轉(zhuǎn)角處外圓角半徑由 R=5mm，提高到 R=8mm，使 F預(yù)F終。 預(yù)鍛型槽沿分模面處的圓角半徑增大到 R=5mm，預(yù)鍛型槽其余與終鍛型槽不同 的地方均在熱鍛件圖上注明。 3.5 繪制計(jì)算毛坯圖繪制計(jì)算毛

13、坯圖 根據(jù)連桿的形狀特點(diǎn)，選取了 12 的截面圖(見圖 3.2)，分別計(jì)算 F終，F(xiàn)毛和 F計(jì) 列于下表，并利用 AutoCAD 繪制了連桿的截面圖和直徑圖。為設(shè)計(jì)滾擠型槽方便，計(jì) 算毛坯圖按熱鍛件尺寸計(jì)算。 截面圖所圍面積即為計(jì)算毛坯體積，得 V計(jì)=2011631=232616mm3 (3. 2) （與 V鍛+V毛=175600+64209.6=239810mm3，對(duì)比，相差 2.9%） 。 平均截面積 F均=232616/311 = 728mm3 (3. 3) 平均截面邊長(zhǎng) a均=27.3mm 按體積相等修正截面圖和直徑圖（圖中雙點(diǎn)線部分）修正后的最大截面邊長(zhǎng)為 a=58.4mm。 沈陽(yáng)理

14、工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 10 表 3.2 截面號(hào) F鍛2F飛F計(jì)d計(jì)F 計(jì) d 計(jì) 1314.2336650.225.50- 21675.572601935.5744.51988.444.6 32202.802602462.849.63- 42281.422602541.4250.41- 5801.582601061.5832.58- 6405.98260665.9825.81- 7356.30260616.324.83620.524.9 8592.43260852.4329.20860.929.3 92729.732602989.7354.683004.454.8 101735.6526019

15、95.6544.671993.244.7 111349.492601609.4940.13- 12810.352601070.3532.72- 其中： M 取值為：；/mm20mmM 2 F終鍛件的截面積； F毛毛邊槽的截面積； F計(jì)計(jì)算毛坯截面積； d計(jì)計(jì)算毛坯直徑； 3.6 選擇制坯工步選擇制坯工步 計(jì)算毛坯為兩頭一桿，應(yīng)簡(jiǎn)化為兩個(gè)簡(jiǎn)單的一頭一桿計(jì)算毛坯來(lái)選擇制坯工步。 = amax / a均 =58.4 / 27.3 = 2.14 （3.4） = L計(jì) / a均 =304 /27.3 = 5.93 （3.5） 由圖 4-59 知，此鍛件應(yīng)采用拔長(zhǎng)，閉式滾擠制坯工步，選用方形坯料，先拔長(zhǎng)，

16、 再閉式滾擠。模鍛工藝方案為：拔長(zhǎng)閉式滾擠預(yù)鍛終鍛。 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 11 3.7 確定坯料尺寸確定坯料尺寸 由直徑圖知，dmin =17.18mm ,d拐 =30.5mm 。 （3.6） 桿部錐度 K=(d拐-dmin)L桿=0.089 （3.7） 則所需坯料截面積為： F坯= F拔-K(F鍛-F滾 ) （3.8） F拔=V頭 / L頭=1242 mm2 （3.9） F滾=1.1F均=1.1748=822.8 mm2 （3.10） 因此 F坯=1242-0.185（1242 -822.8）=1164.4mm2 （3.11） a 0=34.1mm 根據(jù)原材料規(guī)格，實(shí)際取 a 0=3

17、5mm。 燒損率 取 3%。 則坯料的體積為：V坯=V計(jì)（1+）=239594 mm3 坯料長(zhǎng)度：L坯=V坯/F坯=205.7mm，根據(jù)坯料的質(zhì)量和長(zhǎng)度 L=205 3.8 制坯型槽設(shè)計(jì)制坯型槽設(shè)計(jì) （1）鉗口設(shè)計(jì) 終鍛形槽前端留下的凹腔叫鉗口。鉗口主要用來(lái)夾持坯料的夾鉗和便于從形槽中 取出鍛件。其具體形狀尺寸如圖 3.3。 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 12 圖 3.3 鉗口尺寸 夾鉗口尺寸主要依據(jù)夾鉗料頭的直徑而定。應(yīng)保證夾料鉗子能被自由的操作，在 調(diào)頭鍛造時(shí)能防止下鍛件的相鄰端部。 有表查得鉗口的尺寸值： 鉗口寬度 B=90mm，h=40 mm，R0=15 mm 鉗口的長(zhǎng)度值可按模膛排布而

18、定。 （3）滾擠型槽設(shè)計(jì)：采用閉式滾擠 滾擠型槽設(shè)計(jì)：采用閉式滾擠。 型槽高度，按截面的高度繪制滾擠型槽縱剖面外形，然后用圓弧或直線 計(jì) kdh 光滑連接，并適當(dāng)簡(jiǎn)化，如圖 3.4。 圖 3.4 閉式滾擠型槽 夾鉗口尺寸的確定：h=0.2d坯+6=0.235+6=13mm (3.12) R=0.1d坯+5=0.135+8=8mm (3.13) m=(1-2)h=20mm (3.14) 型槽長(zhǎng)度等于計(jì)算毛坯圖的長(zhǎng)度。 試鍛后調(diào)整，修改個(gè)別尺寸：大體的滾擠型槽如裝配圖 （4）拔長(zhǎng)型槽設(shè)計(jì) 拔長(zhǎng)型槽的主要作用是使批表局部截面積減小，長(zhǎng)度增加，還兼有清除氧化皮的 作用，拔長(zhǎng)型槽的位置在模塊邊緣，有坎部

19、，倉(cāng)部和鉗口三部分組成。 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 13 選擇開式拔長(zhǎng)型槽，其拔長(zhǎng)平臺(tái)截面呈矩形，邊緣敞開，如圖所示。這種結(jié)構(gòu)形 式簡(jiǎn)單，制造方便。拔長(zhǎng)型槽是以毛坯為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，主要確定拔長(zhǎng)坎高度 a， 寬度 B，拔長(zhǎng)坎長(zhǎng)度 c 等尺寸，如圖 3.5。 圖 3.5 開式拔長(zhǎng)型槽 步驟如下： 1)拔長(zhǎng)坎高度為：h=19.4mm 。 2)拔長(zhǎng)坎長(zhǎng)度為：C=k3d0=1.11.1335=44mm。 (3.15) 3)圓角半徑：R=0.25C=0.2544=11mm (3. 16) R1=10R=110mm。 (3. 17) 4)型槽寬度：B=K4D坯+（1020）=1.51.1335+10=6

20、9.33mm，取 B=65mm。(3 .18) 5)倉(cāng)部深度：e=1.2d小頭=1.234.5=41mm (3.19) 6)拔長(zhǎng)型槽長(zhǎng)度：L拔=172mm 按上述設(shè)計(jì)可鍛出合格鍛件，為了提高生產(chǎn)效率，可適當(dāng)?shù)母木唧w參數(shù)。 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 14 (5)劈料臺(tái)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)如圖 3.6。 圖 3.6 劈料臺(tái) A=0.25B=10 (3.20) h=(0.4-0.7)H=18 (3.21) =32。 (3.22) 3.9 鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模鍛此連桿的 2t 模鍛錘機(jī)組，加熱爐在錘的右方，故拔長(zhǎng)型槽布置在右邊，滾擠 型槽布置在鍛模左邊，預(yù)鍛及終鍛工步從左至右，如裝配圖所示。 其中鍛件

21、寬度為 95mm，壁厚度為 25mm,預(yù)鍛型槽與終鍛型槽的中心距為 95+25=120mm，可使承擊面積夠用。 燕尾中心線與檢驗(yàn)邊的距離為：B拔+1202/3=248mm. (3.23) 模塊的外形尺寸選為 535mm435mm275mm (長(zhǎng)寬高)。 沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 15 4. 鍛前加熱鍛后冷卻及熱處理要求的確定鍛前加熱鍛后冷卻及熱處理要求的確定 4.1 確定加熱方式及鍛造溫度范圍確定加熱方式及鍛造溫度范圍 在鍛造生產(chǎn)中，金屬坯料鍛前加熱的目的：提高金屬塑性，降低變形抗力，即增 加金屬的可塑性，從而使金屬易于流動(dòng)成型，并使鍛件獲得良好的組織和力學(xué)性能。 金屬坯料的加熱方法，按所采

22、用的加熱源不同，可分為燃料加熱和電加熱兩大類。根 據(jù)鍛件的形狀，材質(zhì)和體積，采用半連續(xù)爐加熱。 金屬的鍛造溫度范圍是指開始鍛造溫度（始鍛溫度）和金屬鍛造溫度（終鍛溫度） 之間的一段溫度區(qū)間。確定鍛造溫度的原則是，應(yīng)能保證金屬在鍛造溫度范圍內(nèi)具有 較高的塑性和較小的變形抗力。并能使制出的鍛件獲得所希望的組織和性能。查有關(guān) 資料確定鍛件的始段鍛溫度為 1200，終鍛溫度為 800。 4.2 確定加熱時(shí)間確定加熱時(shí)間 加熱時(shí)間是坯料裝爐后從開始加熱到出爐所需的時(shí)間，包括加熱個(gè)階段的升溫時(shí) 間和保溫時(shí)間。在半連續(xù)爐中加熱，加熱時(shí)間可按下式計(jì)算： =0.135=0.65(h) (4.1)D 式中 D坯料直徑或厚度，5cm； 鋼化學(xué)成分影響系數(shù)，取 0.13（h/cm） 4.3 確定冷卻方式及規(guī)范確定冷卻方式及規(guī)范 按照冷卻速度的不同，鍛件的冷卻方法有 3 種：在空氣中冷卻，冷卻速度快；在灰 沙中冷卻，冷卻速度較慢；在爐內(nèi)冷卻，冷卻速度最慢。根據(jù)本鍛件的形狀體積大小 及鍛造溫度的影響，選擇在空氣中冷卻。