转向右节臂的模锻工艺与模具设计

转向右节臂的模锻工艺与模具设计内容摘要：

设计预锻模膛 观图 ， 转向节 臂锻件空间弯曲及落差很大， 锻件形状比较复杂， 某些局部型腔充满困难， 需要设计预锻模膛。 终锻前 需进行预锻，目的是保证合理分料。 否则在终锻时， 料多， 材料充满终锻型腔后多余的材料会向型腔里挤，形成折痕．料少，则充型不满。 预锻的主要目的是在终锻前进一步分配材料，确保材料无缺陷流动。 易于充填模膛。 减少材料流向飞边槽的损失，减小终锻模膛磨损，提高终锻 模寿命。 取得所希望的材料流线和便于控制锻件的力学性能，保证终锻时锻件成型饱满，无折叠、裂纹等缺陷。 本文 预锻要解决的主要问题是 确保分料合理，防止出现如图 的情况。 图 红圈部位易折痕 太原科技大学毕业设计（论文） 12 要解决这一问题，既要考虑 终 锻时材料能充分 充满五个小凸台的 型腔 ； 又要 确保 红圈内不出现留料过量现象。 为此需要采取的措施： (1)加大 红圈处锻模圆角； (2) 五个小凸台型槽比终锻型槽深 2∽5mm； (3)各处宽度比终锻模膛小 1∽2mm； 钳口设计 在上、下模型槽底部设置钳口，以方便锻件从模具中取出。 预锻和终锻模膛钳口 做 成 整体钳口如图 36。 图 36 锻模钳口 作计算毛坯图 根据锻件形状特点，共选取 11 个断面，分别计算 、 、 列于表 11，并在坐标纸上绘出转向右节臂的截面 图和计算毛坯图。 为了设计滚挤模膛方便，截面图和计算毛坯图按锻件 尺寸计算。 太原科技大学毕业设计（论文） 13 表 计算毛 坯计算数据 断面号 A 锻 （ mm2） A 飞 =（ mm2） A 锻 +A飞 （ mm2） d 计 （ mm2） 修正 A 计（ mm2） 修正 d 计 （ mm2） K h=K(修正d 计 ) （ mm） 1 0 450 470 470 2 687 390 1077 37 1080 37 3 787 390 1177 1180 4 265 390 655 660 5 616 390 1006 1010 6 1378 390 1768 1770 7 1155 390 1540 1550 8 1232 390 1622 1620 9 980 390 1370 1370 10 1210 390 1600 1600 11 0 390 492 25 490 25 注 :系数 K参照资料 [1]表 425选取 由截面图所围面积，即为锻件体积，得 V=6064ⅹ30=181920。 由表 绘制的计算毛坯图见附录三。 计算机简化的毛坯图如图 ： 图 计算毛坯图 太原科技大学毕业设计（论文） 14 制坯工步的选择 计算毛坯可简化为一头一杆。 α= = ≈ β= = ≈ K= = ≈ 锻件加毛边的重量 G= 按图 531，此锻件应采用拔长 — 滚压工步。 为易于充满，应选用棒料，先拔长后闭滚，整个工步为：闭式拔长 — 闭式滚压 — 预锻 — 终锻。 确定坯料尺寸 由截面图可知， =， =5023ⅹ 30=150690 ， =180mm，故可决定拐点处尺寸： =（ ⅹ ） = 故杆部锥度为： K= = = 由表 525，按截面图有关尺寸： = ／ =（ 3949ⅹ 30/） =1488 =（ ∽） =ⅹ 1049 =1154 ∴ = K（ ） =[ （ 14881154） ] =1466 = mm= 太原科技大学毕业设计（论文） 15 取 =45mm。 坯料体积 =( )（ 1+δ ） =294943ⅹ（ 1+3％ ） =303791 式中 δ —— 烧损率。 坯料长度 = + = =240 mm 根据坯料的重量和长短，采用单件模锻，一料一件，料长 240mm（经试锻稍做调整）。 制坯模膛设计 拔长模膛设计： 由表 527，拔长模膛主要尺寸如下： （ Ⅰ ）拔长坎的高度 h= =ⅹ mm=26mm （ Ⅱ ）拔长坎长度 ｌ = =ⅹ 45mm=68mm （ Ⅲ ）圆角圆弧半径 R= =ⅹ 68mm=17mm =10R=170mm （ Ⅳ ）模膛宽度 B= +（ 10∽20） mm =（ ⅹ 45+15） mm=75mm （Ⅴ）模膛深度 e= =ⅹ 50mm=60mm （Ⅵ）拔长模膛长度 L= +（ 5∽10） =220mm 太原科技大学毕业设计（论文） 16 根据上述所得出的参数，画出拔长模膛如图。 图 拔长模膛 滚压模膛设计： 采用闭式滚压，按表 528，则有： （ Ⅰ ）模膛的高 h=k ，可按各断面的高度值绘出滚压纵剖面外形，然后用圆弧或直线光滑连接并进行简化。 （ Ⅱ ）模膛宽度为：（ ∽） B 但 B =ⅹ 45mmB =B 50mm=55mm 所以取 B=60mm （ Ⅲ ）模膛长度 L= （ 1+δ ） =284 （ 1+％ ） mm 288mm （ Ⅳ ）模膛钳口尺寸：查表 28 得 n= +6= 45+6mm=15mm， m=（ 1 2） n=20mm， R= +6= 取 R=12mm a=6mm， c=25mm， =5mm， =6mm， b=30mm。 太原科技大学毕业设计（论文） 17 根据上述参数，画出滚挤型腔如图。 图 滚挤模膛 锻模结构设计 锤锻模结构设计重要性不亚于型槽设计，对锻件质量、生产率、劳动强度、锻模和锤锻的使用寿 命、以及锻模加工制造都有影响。 锻模有整体式和镶嵌式两种，而在大批量生产的情况下特别是形状复杂的锻件，主张用以整体结构的锻模为易。 对于转向 右 节臂，采用整体结构的锻模。 由于转向右节臂有大落差，分模面有较大的起伏，基于操作安全考虑，把凸出部分设置在下模；如此，当锻打毛坯时，毛坯大头端不至于向上翘，不会像凸模设置在上模一样，毛坯往上翘起，伤及工作者。 型槽布置 型槽布置是根据型槽数及型槽的作用，以及操作方便安排的。 终锻型槽的变形力最大，为防止产生太大的锤击偏心力应尽可能使型槽中心与锻模中心重合，以便锤 击力与锻件反作用力处于同一直线。 模锻此节臂的 2t 模锻锤组，加热炉在锤的左方，故拔长模膛布置在左边，滚压模膛布置在右边。 具体布置为：从左到又依次是闭式拔长、终锻、预锻和闭式滚挤。 锁扣设计 考虑到此次设计的转向右节臂的落差较大为 75mm，对于落差大于 50mm 的锻件，需要将锻件倾斜 7゜以减小锁扣的平衡块的高度 H，锁扣高度 H 为 ，厚度 B==74mm。 对设置了平衡锁扣的锻模，为减少锁扣的碰损，模膛中心与锻模中心应偏移距离 e，偏心矩 e=(~)H， H为平衡锁口的高度。 根据 实际情况 e取为 10mm。 太原科技大学毕业设计（论文） 18 锻模基本尺寸 锻件宽度为 85mm，拔长模膛宽 75mm，滚挤模膛宽 60mm，预锻模膛与终锻模膛之间的壁厚为 44mm，预锻模膛与滚挤模膛之间的壁厚为 60mm，终锻模膛与拔长模膛之间的壁厚为 56mm，拔长模膛左边壁厚取 10mm，滚挤模膛右边壁厚取 15mm，检验面距离模块边 5mm，所以锻模的总宽为： B=（ 10+75+56+68+43+85+56+60+15+5） mm=472mm，调整为 475mm。 考虑到要有足够的承击面， 锻件长度为 240mm，平衡块厚度为 74mm，锻件 到平衡块的距离取 80mm，钳口长度取 50mm，锻模总长 则 为： L=（ 240+74+50+80） mm=444mm，调整为 450mm。 锻件的落差为 75mm，倾斜一角度放置后，型槽落差为 ，考虑锻模翻新的需要，其高度值希望大些，但是高度太大会影响锻锤上下摆动的距离，一般锻模高度 H=（ ～） H最小。 在考虑锻模翻新修理次数的情况下，上下模的最小闭合高度应不小于锻锤所允许的最小高度。 综合考虑，锻模高度 H=250mm。 模块尺寸可选为： 450 450 250mm（宽 长 高）。 绘制结构图。 图 锻模结构图 太原科技大学毕业设计（论文） 19 转向右节臂模锻工艺流程 根据模锻的一般步骤，选用合适的设备，定出工艺流程如下：（详细工艺见附录一：转向右节臂工艺卡） 1）切料： 4000KN 型剪机冷切。 2）加热：半连续式炉， 1220～ 1240℃。 3）模锻： 2t 模锻锤，拔长，闭滚，预锻，终锻。 4）热切边： 2020KN切边压力机。 5）磨毛刺：砂轮机。 6）热处理：连续式处理炉，调质，硬度为 dB=～。 7）抛丸：抛丸机。 8）冷校正： 1t夹板锤 9）检验。 太原科技大学毕业设计（论文） 20 第 4 章 切边模具设计 模锻工序虽是锻件成形过程中最重要的工序，但不是最后工序。 锻件上的毛边，带孔锻件中的连皮，需要切除，为了消除模锻件的残余应力、改善其组织和性能需要进行热处理；为了清除锻件表面氧化皮，要进行表面清理；锻件在切边、热处理、清理过程中若有较大的变形，应校正；对于精度要求高的锻件，则要进行精压；最终，锻件的质量要进行检验。 所以模锻工序之后，需要经过一系列的后续工序，才能得到优质锻件。 后续工序对锻件的质量有很大的影响，尽管模锻出来的锻件质量好，若后续工序处理不好，仍然会 造成废品。 后续工序在整个锻件生产过程中所占的时间远比模锻工序长。 这些工序安排得合理与否，直接影响锻件的生产率和成本。 由于转向节臂需要切边，下面就切边作一介绍。 切边通常在切边压力机上进行。 切边模和冲孔模主要由凸模（冲头）和凹模组成。 切边时，锻件放在凹模洞口上，在凸模的推压下，锻件的毛边被切边凹模的刃口剪切同锻件分离。 由于凸凹模之间有间隙，在剪切过程中伴有弯曲、拉伸的现象。 通常切边凸模只起传递力的作用，推压锻件，而凹模的刃口起剪切作用。 切边分为热切和冷切两种。 热切是与模锻工序在同一火次内进行。 冷 切是在模锻以后集中在常温下进行。 热切边所需的压力比冷切小的多，约为后者的 20%；同时，锻件在热态下切边，具有良好的塑性，不易产生裂纹。 冷切的优点是劳动条件好，生产率高，冲切是锻件走样小，凸凹模的调整和修配比较方便。 缺点是所需设备吨位大，锻件易产生裂纹。 综上所述，对大、中型锻件，高碳钢、高合金钢、镁合金锻件，以及切边后还需采用热校正、热弯曲的锻件，应采用热切。 切边方式 转向右节臂模锻后采用热切边。 切边力计算和压力机吨位的选择 F=k L = 1028 kN 机组中所配备的 2020kN 型 切边压力机 符合要求。 太原科技大学毕业设计（论文） 21 切边 模 凹模设计 切边刃口设计 因为转向右节臂生产批量大，为了提高生产效率， 采用 斜 刃口。 切边模的分块 由于锻件复杂的形状，需要对凹模进行分块；如图 所示： 图 凹模分块 切边凹模的固定 多块组合式凹模，所以采用螺钉紧固。 切边凹模部分尺寸确定 1） 凹模外形尺寸 参考表 ： = +2（ 50∽60） =84+2 50mm=184mm = +2（ 50∽60） =232+2 50mm=332mm 非平分模面： H=50+分模面落差 =50+= α =0゜ 2） 凹模钳口尺寸 参考表 ： 棒料直径 d=40∽50mm， =50∽60mm， H=25∽30mm， L≥ l =60mm 太原科技大学毕业设计（论文） 22 综合所查参数，绘制凹模如图。 图 切边凹模 切边模底座设计 根据锻件形状和切边凹模型式选择专用模座，由表 查的： H=250mm， B=350， L=558mm。 落料孔尺寸：在热锻件图的基础上，各边向外扩展 10mm。 出料口尺寸：长 ⅹ 宽 ⅹ 高 =450mmⅹ 140mmⅹ 127mm 太原科技大学毕业设计（论文） 23 图 切边凹模座。