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锻造模具课程设计说明书

发布时间:

课程设计说明书
题 学 目:连接头锻造工艺及其模具设计 院:航空制造工程学院

专业名称: 专业名称:材料成型及控制工程 班级学号: 班级学号: 08011437 学生姓名: 学生姓名: 谢安* 指导教师: 指导教师: 董洪波

2011 7 月 6 号

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目录
1. 锻件图的设计 2. 确定锻锤吨位 3. 确定毛边槽形式和尺寸 4. 绘制计算毛坯图 5. 制坯工步选择 6. 确定坯料尺寸 7. 制坯型槽尺寸 8. 锻模型槽设计 9、锻前加热、锻后冷却及热处理要求 10、参考文献

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1、模锻件图设计 连 接 头 是 轴 类 件 ,对 零 件 的 整 体 形 状 尺 寸 ,表 面 粗 糙 度 进 行 分 析 , 此 零 件 的 材 料 为 45 钢 , 材 料 性 能 稳 定 。
1.1 绘制锻件图的过程 1.1.1 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 * 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。 根据连接头零件形状,采用上下对称的直线分型模。
1.1.2 确定公差和加工余量

查 得 45 钢 的 密 度 为 : ρ 45 = 7.85 g / cm 3 。 估 算 锻 件 的 体 积 为 246.682cm?, 则 锻 件 质 量 约 为
m = ρυ = 7.85 × 246 .682 ≈ 1.936 kg 。 连 接 头 材 料 为 45 钢 , 即 材 质 系

数 为 M 1。 锻 件 形 状 复 杂 系 数 : S=V 锻 /V V
外廓包容

(1.1)

式中 V 锻—锻件体积;
外廓包容

—外廓包容体的体积。

则 S = 246682 5525 ≈ 0.77 , 为 一 级 复 杂 系 数 S 1
mm 由 [ 1 ] 查 得 :高 度 公 差 为 +0..6.mm ,长 度 公 差 为 +0..7 mm ,宽 度 公 差 ?0 3 ? 0 3 mm

为 +1..1mm 。 ? 0 5 mm 零 件 需 无 磨 削 加 工 ,加 工 精 度 为

F

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,由 [1]查 得 高 度 及 水

* 尺 寸 的 单 边 余 量 约 为 1.0-2.0mm,取 1.5mm。
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1.1.3 模锻斜度

取 常 用 模 锻 斜 度 为 7?。
1.1.4 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 =( 2~ 3) r, 其 余 部 位 的 圆 角 半 径 取 1.5mm [ 4 ] 。
1.1.5 技术条件

( 1) 图 上 未 标 注 的 模 锻 斜 度 7?; ( 2) 图 上 未 标 注 的 圆 角 半 径 R=1.5mm; ( 3) 允 许 的 残 留 毛 边 量 0.7mm; ( 4) 允 许 的 表 面 缺 陷 深 度 0.5mm; ( 5) 锻 件 热 处 理 :调 质 HB230— 260 ; ( 6) 锻 件 表 面 清 理 :为 便 于 检 查 淬 火 裂 纹 ,采 用 酸 洗 。 根 据 余 量 和 公 差 ,绘 制 锻 件 图 。
1.2 计算锻件的主要参数

(1) 锻 件 在 * 面 上 的 投 影 面 积 为 5227mm 2 ; (2) 锻 件 周 边 长 度 为 293mm ; (3) 锻 件 体 积 为 246682mm 3 ; (4) 锻 件 质 量 为 1.936kg。 2、确定锻锤吨位 总变形面积为锻件在水*面上的投影面积与飞边水* 投 影 面 积 之 和 。 按 1-2 锤 飞 边 槽 尺 寸 考 虑 , 按 确 定 双 作 用 模 锻 锤 吨 位 的 经 验 公 式 G=63KA 的 计 算 选 择 锻 锤 。 取 钢 种 系 数 K=1, 锻 件 和 飞 边 在 水 * 面 上 的 投 影 面 积 为 A,G=63KA=7630KN, 选 用 1t 双 作 用 模 锻 锤 。
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3、确定毛边槽形式和尺寸 选 用 图 1 毛 边 槽 形 式 I, 其 尺 寸 按 表 确 定 ; 选 定 毛 边 槽 尺寸为

h
2



=1.6mm, h1 =4mm , b=8mm b1 =25mm ,

R

1

=2mm ,

F

K

=100 cm 。

图 1 毛边槽形式

4、绘制计算毛坯图 根据零件 形状特 点,选 取 7 个截 面,分别 计算分 别计算 F 锻 ,F 毛 ,F 计 列 于 表 1,并 在 坐 标 纸 上 绘 出 连 接 头 的 截 面 图 和 直 径 图 ( 见 图 2) 为 设 计 滚 挤 型 槽 方 便 ,计 算 毛 坯 图 按 冷 锻 件 。 尺寸计算。

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表 1 连接头计算毛坯的计算数据
截 面 号 1 2 3 4 5 6 7 F锻 /mm2 3215 3630 3630 2873 2205 2205 1885 F 毛×2 /mm2 200 200 200 200 200 200 200 F 毛×1.4 /mm2 140 140 140 140 140 140 140 F 计=F 锻+1.4F /mm2 3355 3770 3770 3013 2348 2348 2025 65.5 69.4 69.4 62.0 54.8 54.8 50.9

d



= 1.13

F



/mm

由 截 面 图 所 围 面 积 即 为 计 算 毛 坯 面 积 ,得

V



+ V 毛 = 246682 + 20510 = 267192 mm

3

( 2.1)

* 均 截 面 积 : F均 = 267192 88 = 3036 mm 2

( 2.2)
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则 * 均 直 径 d 均 = 1.13 F均 ≈ 55mm 修 正 后 的 最 大 截 面 积 为 则 最 大 直 径 为 d max = 69.4mm 。 5、制坯工步选择 计算繁重系数,选择制坯工步
α=
β=
d max 69.4 = = 1.26 d均 55
L计 = 88 = 1.6 55

(2.3)

按 体 积 相 等 修 正 截 面 图 和 直 径 图( 附 图 中 点 划 线 部 分 ),

d



d



= 58.7mm


G

>1kg

由 课 本 图 4-59 知 此 锻 件 应 采 用 闭 式 滚 挤 制 坯 工 步 ,为 使 锻 出 的 锻 件 有 更 好 的 质 量 ,易 于 充 满 型 槽 ,调 整 制 坯 工 步 为 : 闭 式 滚 挤 。 模 锻 工 艺 方 案 为 :闭 式 滚 挤 -终 锻 。 6、确定坯料尺寸 坯料截面积计算:
由 F 坯 = (0.75 ~ 0.9 ) F max = 0.75 × 3630 = 2722.5 mm
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取 系 数 为 0.8,则 d 坯 = 1.13 烧 损 率 δ 3 00 , 坯料体积为:

F



= 58.96mm

由 零 件 形 状 及 原 材 料 规 格 , 实 际 取 =59mm。

V



= V 锻 + V 飞 (1 + δ

(

)

0

0

) =(246682+20510) 3 0 0 )=275207 mm3 (1+
=

计算毛坯长度:

L L




= 72.5 + 15 = 87.5mm

V F'

坯 坯

+ L钳

根据坯料的质量和长度,适于采用调头模锻,一料两件,
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坯 料 原 长 为 , 87 . 5 × 2 = 175 mm 考 虑 切 断 并 经 试 锻 调 整 后 , 下 料 长 度 为 175mm。 7、制坯型槽设计
7.1 滚挤型槽设计

闭式滚挤横截面呈椭圆形,整个侧面封闭,滚挤时金属 的 横 向 流 动 受 到 封 闭 型 槽 侧 壁 的 限 制 ,而 迫 使 金 属 沿 轴 向 强 烈 流 动 ,聚 料 效 率 高 ,适 合 用 于 截 面 变 化 较 大 的 长 轴 类 锻 件 , 但占用模块较大*面。滚挤型槽用来减少毛坯局部横截面 积,增大 另一部 分的横截 面积,使坯料沿 轴向体 积分配符 合 计算毛坯 的要求 。它对毛 坯有少 量的拔长 作用,兼有滚光 和 去除氧化皮的功能。
7.1.1 滚挤型槽尺寸设计

滚挤型槽可认为是由钳口、本体、毛刺槽三部分组成, 钳 口 用 来 容 纳 夹 钳 并 卡 细 坯 料 ,毛 刺 槽 是 用 来 容 纳 滚 挤 时 产 生的端部毛刺,本体使坯料变形。 同 拔 长 型 槽 一 样 ,滚 挤 型 槽 也 是 以 计 算 毛 坯 为 依 据 进 行 设 计 的 , 主 要 是 确 定 型 槽 高 度 h, 宽 度 B 及 其 他 一 些 有 关 尺 寸。 ( 1) 滚 挤 型 槽 高 度 闭式滚挤 时,坯 料杆部被 滚成椭 圆截面,型槽高 度应比 计 算 毛 坯 相 应 部 分 的 直 径 小 一 些 ,这 样 每 次 压 下 量 可 以 大 一 些 ,由 杆 部 排 入 头 部 的 金 属 多 一 些 。在 计 算 闭 式 滚 挤 型 槽杆部
各截面高度 hi杆 时,按 滚 挤 后 坯 料 的 各 截 面 面 积 等 于 计 算 毛 坯 图

相应部分的截面积确定。 由于滚挤 时,上 下模不一 定打靠 ,实际采 用的型 槽高度 应比计算值小一些,按下式计算:

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闭式滚挤:

h h

i头 拐

= (0.9 ~ 1.0 ) d 计

= (1.05 ~ 1.15) d 计

h

i杆

= (0.8 ~ 0.7 )di计

综上所述,滚挤型槽高度 h 为:

h h h

i杆 i头 拐

= 48mm = 67mm = 58mm

( 2) 滚 挤 型 槽 宽 度 B 滚挤型槽宽度 B 应根据所选型槽形式和坯料的状态来确 定 。型 槽 B 过 大 会 减 少 聚 集 效 率 ,并 增 大 模 块 尺 寸 ;B 过 小 , 在 滚 挤 过 程 中 金 属 流 进 分 模 面 会 形 成 毛 边 , 当 翻 转 90 再 滚
0

挤时,就会形成折叠。 经 过 拔 长 的 坯 料 再 进 行 滚 挤 时 ,杆 部 金 属 富 裕 量 要 小 得 多,不会再有大量金属流入头部,因此,经过拔长过的坯料 再 滚 挤 时 ,滚 挤 型 槽 杆 部 宽 度 应 比 前 述 的 小 ,根 据 经 验 可 得 :

B



≤ (1.4 ~ 1.6 ) d 0

, B头 ≥ 1.1 d max

B



= 1.5 × 50 = 60mm , B头 ≥ 1.1 × 69.4 = 76.34mm

所 以 宽 度 取 为 80mm ( 3) 滚 挤 型 槽 长 度 L 滚挤型槽长度 L 应根据热锻件图尺寸确定。 直锻件:
L = L锻 + (1 ~ 3) = 93mm
(4)钳口与毛刺尺寸:
m = (1 ~ 2 )n = 25

(mm)

n = 0.2 d 0 + 6 =18

(mm) (mm) (mm)

R = 0.1 d 0 + 6 = 12

d

0

? ? ? ? 原始坯料直径,型槽端部毛刺尺寸按表选定。

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l = 0 .5 × s

s---模壁最小的厚度

7.1.2 闭式滚挤型槽截面形状 闭 式 滚 挤 型 槽 的 截 面 形 状 有 两 种 形 式 ,当 毛 坯 直 径 小 于 80mm 时 , 杆 部 宜 用 圆 弧 形 型 槽 ; 当 毛 坯 直 径 大 于 80mm 时 , 可采用菱 形截面 型槽,以 增强滚 挤效果,但估计 后毛坯表 面 质量不如 采用圆 弧形截面 型槽,至于头部 ,均采 用圆弧形 截 面型槽。由锻件 尺寸可知 ,该毛 坯闭式滚 挤型槽 截面形状 采 用 圆 弧 形 ( 图 4) 。

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图 4 闭式滚挤型槽采用截面形式 8、锻模型槽设计
8.1 终锻型槽设计 8.1.1 型槽排布

模锻一种 锻件,往往要采 用多个 工步来完 成。因 此锻模 分 模 面 上 的 型 槽 布 置 要 根 据 型 槽 数 、各 型 槽 的 作 用 以 及 操 作 方便来确定,原则上应使型槽中心与理论上的打击中心重 合 ,以 使 锤 击 力 与 锻 件 的 反 作 用 力 处 于 同 一 垂 直 线 上 从 而 减 少锤杆承受的偏心力距,有利于延长锤杆寿命,使锻件精度 曾高。
8.1.1.1 两个制坯型槽分布

这时应将第一道制坯工步安排在吹风管的对面,以避免 氧化皮落到终锻型槽里。布排型槽应以终锻型槽为中心,左 右对称布排,并尽可能使型槽中心与打击中心重合。
8.2 型槽壁厚

型 槽 至 模 块 边 缘 的 距 离 ,或 型 槽 之 间 的 距 离 都 称 为 型 槽 壁厚。型 槽壁厚 应保证足 够的强 度和刚度 ,同时 又要尽可 能
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减小模块尺寸。采用整体式,壁厚根据图 5 确定:

图 5
8.3 模块尺寸 8.3.1 承击面

确定型槽壁厚曲线

承击面是指锻锤空击时,上下模块实际的接触面积。根 据 生 产 经 验 , 查 手 册 知 , 1t 锤 配 300 mm 的 承 击 面 。
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8.3.2 模块宽度

为保证锻模不与导轨相碰,模块最大宽度应保证模块边 缘 与 导 轨 间 留 有 单 边 间 距 离 大 于 20mm:

B ≥ 2 + 10(mm)
1

B

8.3.3 模块高度

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 320mm, 查 手 册 取 模 块 的 高 度 为 250mm
8.3.4 锻模检验角

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1、 宽 度 b: b=5mm 2、 高 度 h: 查 手 册
8.3.5 模块规格

h=50mm

经 上 确 定 模 块 的 规 格 为 400mm × 300mm × 250mm(宽 × 长 × 高) , 燕 尾槽、起重孔等尺寸按标准选取,具体见装配图。

8、锻前加热、锻后冷却及热处理要求的确定 锻前加热、
确定加热方式, 9.1 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 750℃ 。
9.2 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:
τ = α D = 0.13 × 4.8 = 0.624 h = 37.44 min

式中

D— 坯 料 直 径 或 厚 度 ( cm)
α — 钢 化 学 成 分 影 响 系 数 , 取 0.13( h/cm) ;

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9.3 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 温 度的影响,选择在空气中冷却。
9.4 确定锻后热处理方式及要求

锻 件 在 机 加 工 前 后 均 进 行 热 处 理 ,其 目 的 是 调 整 锻 件 的 硬度,以利锻件进行切削加工,消除锻件内应力,细化晶粒 等。根据 锻件的 含碳量及 锻件的 形状大小 ,采用 在连续热 处 理炉中,调质处理。可使锻件获得良好的综合力性能。

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参考文献
[1] 许发樾主编.使用模具设计与制造手册.北京:机械工业出版社,2001 [2] 姚泽坤主编.锻造工艺学与模具设计.西安:西北工业大学出版社,2007 [3]周大隽主编.锻压技术数据手册.北京:机械工业出版社,1998 [4]大连理工大学工程画教研室编.机械制图.北京:高等教育出版社,2003 [5]吕炎主编.锻造工艺学.机械工业出版社,1995 [6]李会武等.锻模设计手册.机械工业出版社,1990

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