“摇臂”锤模锻工艺及模具设计课程设计报告

“摇臂”锤模锻工艺及模具设计课程设计报告内容摘要：

可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。 主要用作汽车上的转向臂、转向节、转向轴、半轴、蜗杆、花键轴、刹车调整臂等，也可代替40Cr 钢制造较大截面的零件。 具体的力学性能如表12 所示，可见该材料的锻造性能较好。 表1240MnB 的力学性能（GB307788）[2] 零件尺寸精度及表面粗糙度分析由零件图可以看出，该零件右侧圆柱的上表面、左侧圆柱上下两表面和两内孔需要进行机械加工，尺寸精度、表面粗糙度要求高。 其中左侧圆柱上下两表面。 其余表面均为净锻表面，无需进行机械加工，尺寸精度和表面粗糙度要求低，尺寸精度按IT13 级确定，表面粗糙度为原锻件表面粗糙度。 零件基本工艺方案确定根据该零件特点、材料特性、尺寸精度与表面粗糙度和生产批量的要求，此零件使用锤模锻，基本工艺流程设计为：备料、下料、加热、制坯、开式模锻、切边冲孔、热处理、表面清理、检验、机械加工等。 [1] 周大隽主编：《锻压技术数据手册》，机械工业出版社1998 年版，第3 页表13。 [2] 周大隽主编：《锻压技术数据手册》，机械工业出版社1998 年版，第26 页表122。 4牌号热处理力学性能退火或高温绘出供应转头布氏硬度（HBS）不大于淬火回火抗拉强度σ/MPa屈服点σ/MPa伸长率δ （%）断面收缩率ψ（%）温度/℃冷却剂温度/℃冷却剂不小于40MnB850油500水，油9807851045207牌号化学成分（质量分数）%CSiMnB40MnB～～～～“摇臂”锤模锻工艺及模具设计2 锤上模锻锻件设计 确定分模位置由零件图可以看到，左右两侧圆柱的锻件分模面均位于圆柱的中间，但并不位于同一直线上，因此使用具有落差的不对称弯曲分模线。 且零件中间的连接杆的剖视图可以看出分模面通过杆部中间通过。 阶梯部位位于右侧圆柱与连接杆的接触部位。 分模面形状如图21 所示。 确定锻件公差及加工余量 确定材质系数、复杂系数、零件的机械加工精度（1）材质系数锻件的材质系数分为二级：M1 和M2。 由表11 得，40MnB ～%，%，符合材质系数M1：%%的合金钢的标准。 因此40MnB 的材质系数为M1。 （2）复杂系数锻件形状复杂系数（S）是锻件重量（W 锻件）与相应的锻件外廓包容体的重量（W 外廓包容体）的比值，即：S=W锻件W外廓包容体=V锻件V外廓包容体该零件的外廓包容体（图21）长L 总=166mm，高H 总=29mm，宽B 总=66mm。 则V外廓包容体=L总H总B总=1662966mm3=317724mm3通过计算，锻件的体积计算可简化为三部分：V锻件=V右头+V杆+V左头=πr右h右+l上+l下h杆+πr左h左=3025π+(15+50)12+2020π=119219mm因此S=锻件==。 外廓包容体查得该锻件为一般复杂，即复杂系数为S。 同时由此可以估算锻件质量为。 （3）零件的机械加工精度零件加工精度是确定锻件加工余量的重要依据。 零件表面粗糙度大于或等于；，余量要适当放大。 由零件图可以得到，属于精加5“摇臂”锤模锻工艺及模具设计工；，属于一般加工精度。 （4）加热条件该锻件在煤气加热炉中加热。 确定锻件公差和余量在零件的加工表面上增加供切削加工用的余量，称之为锻件加工余量。 锻件加工余量的大小与零件的材料、形状、尺寸、批量大小、生产实际条件等因素有关。 此零件为简单的摇臂，查表[3]得，∅～，；高度方向，～，此，右侧圆柱需磨削加工，即加工精度为F2，查表得单边加工余量为～。 零件尺寸加上加工余量即为锻件名义尺寸，由锻件名义尺寸可确定锻件格尺寸的公差，其值的大小以锻件形状、尺寸有关，并受到生产具体情况的影响。 查表[4]得各尺寸公差列于表21 中。 表21 摇臂锻件尺寸加工余量及公差[5] 确定模锻斜度为使锻件成形后顺利地由模膛中取出，锻件侧表面上必须带有斜度，称为模锻斜度。 模膛上的斜度是用指状标准铣刀加工而成，所以模锻斜度应选用标准度数，以便与铣刀规格相一致。 此处，外模锻斜度与零件图上一致，取α=7176。 ，内模锻斜度取β=10176。 [3] 李尚键主编：《锻造工艺及模具设计资料》，机械工业出版社 1991 年版，第 128 页表 55。 [4] 李尚键主编：《锻造工艺及模具设计资料》，机械工业出版社 1991 年版，第 124 页表 5第 126页表 56。 [5] 表中根据一栏均来自：李尚键主编《锻造工艺及模具设计资料》，机械工业出版社 1991 年版。 6锻件重量锻件体积包容体体积复杂系数材质系数119219317724S240MnBM1零件尺寸锻件尺寸公差/mm根据精度等级直径∅33∅29+ 1 . 0 0 . 4表5表51一般加工精度厚度20+ 1 . 1 0 . 4表5表53精加工2527+ 1 . 1 0 . 4表5表53一般加工精度长度110110+ 1 . 2 0 . 6表51一般加工精度允许错差≤表53允许横向残留飞边≤表53“摇臂”锤模锻工艺及模具设计 确定圆角半径锻件上的圆角半径对于保证金属流动、提高锻模寿命、提高锻件质量和便于出模等十分重要。 因此在锻件上各相交表面处必须做出圆角，不允许呈尖角状。 为便于制造模具所用刀具标准化，圆角半径应按标准数值选取。 同时为保证锻件凸角处的最小余量，有倒角时，取r1=余量+零件的倒角值；无倒角时，取r2=余量。 此处，零件图上有圆角标注的为加工面，按原图中圆角加工。 ∅60 外圆角处圆角半径r=（2+1）mm=3mm；∅29 处圆角r=（2+1）mm=3mm；∅40 外圆角出圆角半径r=2mm。 具体数值见图22。 确定冲孔连皮此零件中有∅29 内孔需要锻出，锤上模锻不能直接锻出透孔，必须在孔内保留一层连皮，形成盲孔，然后在切边压力机上冲除。 此处，内孔直径d=29mm，使用平底连皮。 内孔高度h=孔=mm=，按公式计算厚度：t = d 5 + h = 180。 29 180。 27 5 + 180。 27 =。 连皮圆角半径应大于内圆角半径，取为r=3mm。 图21 摇臂冷锻件图 确定模锻件的技术条件参考“钢质模锻件机械加工余量与公差标准”（GB12632—90）和“钢质模锻件通用技术条件”（GB12361—90）的有关规定制定：（1）图上未注明模锻斜度为7176。 ；7“摇臂”锤模锻工艺及模具设计（2）图上未注明圆角半径为R2；（3）允许错差量≤；（4）允许横向残留飞边≤；（5）允许的表面缺陷深度≤；（6）锻件热处理：调质；（7）锻件表面清理：抛丸。 根据上述各项参数，绘制冷锻件图，如图21 所示。 8“摇臂”锤模锻工艺及模具设计3 锤上模锻锻件工艺设计通过确定机械加工余量、公差、分模面、拔模斜度、圆角半径等，绘制出冷锻件图，根据冷锻件图和技术要求，对零件的锤上模锻进行工艺分析，确定模锻设备及吨位、飞边槽，并绘制计算毛坯图，确定制坯工步、坯料尺寸和模锻前后期工序的选择及参数的确定。 计算锻件的主要参数（1）锻件在水平面上的投影面积为8510mm2；（2）锻件周边长度为420mm；（3）锻件体积为115000mm3；（4）。 确定锻锤设备吨位总变形面积为锻件在水平面上的投影面积与飞边水平投影面积之和，参考飞边槽尺寸，按1～2t 锤飞边槽尺寸考虑，假定飞边均匀宽度为20mm，总的变形面积S=(5800+42020)mm=14200mm。 按双作用模锻锤吨位确定的经验公式M=～。 式中K 为材料系数，查表[6]得K=；因为此零件为大批量生产，要求高生产率，M=142kg=选用1t 模锻锤。 确定飞边槽形式和尺寸开式模锻的终锻型槽周边必须有飞边槽，其形式及尺寸大小是否合适对锻件成形影响很大。 此处选用最广泛使用的一种飞边槽（图31），其优点是桥部设在上模块，因而受热小，图31 飞边槽型式不易磨损或压塌。 查表[7]选定飞边槽的尺寸如表31 所示：表31 飞边槽尺寸 （单位：mm）计算得S 飞=110mm2；飞边槽充满率取η=，则锻件飞边平均断面积F 飞=ηS 飞=77mm2；飞边体积V 飞=420110mm3=32340mm3。 [6] 李尚键主编：《锻造工艺及模具设计资料》，机械工业出版社1991 年版，第136 页表519。 [7] 吕炎主编：《锻造工艺学》，机械工业出版社1995 年版，第172 页表81。 9锻锤吨位/th 飞h1Bb1R148252“摇臂”锤模锻工艺及模具设计 绘 制 计 算 毛 坯图计算毛坯的依据是根据平面变形假设进行计算并经修正所得的具有圆形截面的中间坯料。 其长度与锻件相等，而横截面积应等于锻件上相应截面积与飞边截面积之和。 计算毛坯图是制坯工步选择的依据，按金属流动的效率，制坯工步的优先次序是：拔长、滚挤、卡压工步。 计算毛坯图的步骤如下：（1）选择截面及计算截面面积根据摇臂的形状特点，供选取15 个截面（如图32 所示）。 横截面面积F计=F锻+2η∙F飞式中η——充满图32 计算毛坯图系数，位于端部的1 处和15 处截面因为材料在锻造时容易先产生飞边，因此取1。 分别计算15 个截面处的F锻、F计，结果列于表32。 （2）绘制计算毛坯的截面图以计算毛坯的长度L计为横坐标，以算得的F计为纵坐标，在坐标纸上绘制计算毛坯的截面图。 方法是：通常用缩尺比M 除F计，得到用直线段h计来表示的所取各截面的面积值：h计=计。 此处为便于制图，缩尺比区M=10mm2/mm。 10“摇臂”锤模锻工艺及模具设计将计算出的h计绘制在坐标纸上，并连接各端点成光滑曲线，即得计算毛坯截面图（如图32 所示）。 （3）计算并绘制计算毛坯直径图分别计算。