毕业论文设计隔环锻造工艺分析及模具设计

毕业论文设计隔环锻造工艺分析及模具设计内容摘要：

l/b= h=7 r=14 h/r= 查《实用锻压手册》得 a=5 r=5 R=2 （ 1）坯料在上下平 砧 间或镦粗平板间进行的的镦粗称为 平砧 镦粗 (2) 平面镦粗的变形分析。 用平砧 镦粗圆柱坯料时，随着高度 (轴向 )的减 小，金属不断向四周流动。 由于坯料与 工具接触存在着摩擦。 鐓粗后坯粗侧表 面将变成 鼓形，同时造成坯料内部变形 分布不均匀。 通过采用对称面网格法的 镦粗实验可以看到网格在镦粗后的变形 程度大小，经分析沿坯料对称面可划分 三个变形区。 Ⅰ区：难度形区，因为该区受端面摩擦影响最大 ，变形十分困难。 Ⅱ区：大变形区，该区受摩擦的影响较小，应力状态有利变形故变形程度最大。 Ⅲ区：小变形区，其变形程度介于Ⅰ区和Ⅱ区之间。 因鼓形部分存在切向拉应力，容易引起纵向裂纹。 （ 3） 不同高径比的坯料镦粗分析：对不同高径比尺寸的坯料进行镦粗时产生的鼓形，鼓形特征和内部变形分布也不同。 太原工业学院毕业设计 7 ① 镦粗高径比 H0/D0=~ 的坯料时开始在坯料两端形成双鼓型产生 ⅠⅡⅢⅣ变形区其中 ⅠⅡⅢ 区间同前面所述，而坯料中部的 Ⅳ 区均匀变形该区几乎不受摩擦的影响内部变形均匀，侧面保持圆柱形。 ② 镦粗的高径比 H0/D0=~ 的坯料时，由于开始的双鼓形逐渐向单鼓形过度。 ③ 镦粗的高径比 ≤ 的坯料时，子产生单鼓形 3 个变形区。 ④ 镦粗的高径比 H0/D0≤ 的坯料坯料时由于上下工序变形区相接触，而在继续变形时，该区也产生一定的变形，鼓形也逐渐减小 坯料在镦粗 过程中，鼓形是不断变化的，其变化规律如图 310 所示，镦粗开始阶段鼓形逐渐增大，当达到最大值后又逐渐减小，如果坯料体积相等高坯料比矮坯料产生的鼓形要大。 （ 4）减小镦粗鼓形的措施。 镦粗时，坯料侧面产生鼓形使坯料内部变形不均匀，这必然导致锻件晶粒大小不匀， 这必然导致导致锻件锻件晶粒大小不均匀， 也使锻件的性能不均匀。 而且出现鼓形后，不但要增加整形工序，还可能引起纵裂。 这些对于低塑性金属和对晶粒度有严格要求的合金钢锻件影响极大。 在镦粗圆盘锻件在锻件中部变形程度很大有利于焊合缺陷得到细晶粒组织，而在锻件两端属 于难变形区，得到粗晶组织，因此为了减小鼓形，提高镦粗是变形均匀性在锻造生产时产生以下措施： ① 使用润滑剂和预热装置，镦粗时变形不均匀都是由于工具与坯料接触面的摩擦影响和与工具接触部分的金属降温快使 ς S 引起的故在镦粗低塑性材料时用玻璃粉和太原工业学院毕业设计 8 石墨粉等润滑剂并把镦粗用工具预热到 200~300℃ ② 采用凹形坯料，采用凹形坯料镦粗时可以明显提高镦粗时允许的变形程度，这是因为凹形坯料镦粗时径向有压应力分量，对侧表面开裂起阻止作用，并减小鼓形使坯料变形均匀，凹形坯料可以有局部变形获得。 ③ 采用软金属垫镦粗 ,坯料放在两 个软金属垫之间进行镦粗，软垫比较 容易变形流动，对坯料产生的向外主 动摩擦力，促使坯料向外流动而不易 1形成难变形区，使坯料变形均匀。 ④ 采用叠料镦粗和套环内镦粗，叠料镦粗主要用于扁平的圆盘锻件，套环内镦粗太原工业学院毕业设计 9 主要是在外圆加以碳钢外套，靠套环的径向压力来减小坯料由于变形不均匀而引起的附加压力镦粗后将外套去掉，这种方法主要是应用与镦粗低塑性合金钢。 6 坯料质量和尺寸的计算 （ 1） 坯料质量的的计算 G 坯 =G 锻 +G 烧 G 锻 =VDρ = G 烧 =G 锻 ％ = G 坯 = （ 2）坯料尺寸的计算 V 坯 =G 坯 /ρ = D0=(～ )3 坯V =～ H0= 4V 坯 /π D02= 查阅 《 金属材料手册 》 取 D0=30mm H0/DO= 太原工业学院毕业设计 10 HO/D0 符合技术要求。 7 钢加热时的性能变化 随着钢的加热温度升高，钢的塑性提高，而强度的硬度降低。 但加热与力学性能的变化并不是均匀的，当温度在 200～ 400℃ 范围内，属于钢的蓝脆区。 在此区间，是强度极限的高峰值，而塑性缺属于低值区；当温度超过此区时，随温度的升高，会使钢的强度极 限下降，塑性缺不断提高，在接近融化点温度时，塑性会急剧下降。 所以根据金属材料的塑性进行锻造成型，就是利用其加热过程中强度降低和塑性提高这一特性得以实现。 氧化形式 当钢在加热过程中，尤其在高温时，钢表面层中的铁与加热炉中的氧化性气体如O CO H2O、 SO2 等发生剧烈的化学反应，促使钢表面层金属杯氧化，从而形成氧化皮，该现象称为氧化 影响氧化的因素 加热时形成氧化的的主要因素有炉气成分，加热温度，加热时间和钢的化学成分等。 （ 1）炉气成分的影响 炉气成分不同，则产生的氧化程度不同，一般炉气成分可分为以下三种 ① 氧化性气体促使金属氧化，并形 成较厚的氧化皮。 太原工业学院毕业设计 11 ② 中性气体会使金属表面生成较薄 的氧化皮。 ③ 还原性气体将有可能不产生氧化 皮。 （ 2）加热温度的影响 钢随着加热温度的升高 ,氧化速度变快，形成的氧化皮也变厚。 而一般情况下温度低于 600℃ 时，氧化速度很慢，而当温度提高到 900℃ 以上时，氧化速度就会快速增加。 （ 3）加热时间的的影响 加热时间与氧化皮形成正比关系，即钢加热时间 越长，则钢的氧化程度越严重，形成氧化皮就越厚。 (4)氧化化学成分的影响 在碳的质量分数大于 ％ 时含碳量的增加与形成氧化太原工业学院毕业设计 12 的程度成反比，因为含碳量，能在钢表面产生还原性气体（ CO),所以能减弱氧化气体对钢表面的氧化。 在钢中含有 Cr、 Ni、 Al、 Mo 等合金元素时，因这些元素在表面形成致密的氧化薄膜，加热时又能牢固地附在钢表面，起到保护作用，从而减少氧化。 防止和减少氧化的措施 （ 1）钢加热在不产生开裂的前提下，尽量采用快速加热，缩短加热时间，特别是高温阶段的时 间。 （ 2）控制炉气成分，尽量防止空气进入，以减少氧化性气体的的含量。 （ 3)在模锻和高合金钢及有色金属的锻造中，采用少无氧加热的措施，应用保护介质的加热方式方法。 由于高温加热时，钢表面层中的碳和炉气中的氧化性气体及某些还原性气体发生化学反应，即造成钢表面含碳量减少，此现象称为脱碳。 影响脱碳的因数和防止脱碳的措施和氧化相同。 过热 当钢加热一定温度时并在此温度停留时间过长，引起金属晶粒急剧长大的现象称为 过热。 (1)影响过热的因素 其主要因数是加热温度和保温时间。 如果加热温都过高，则晶粒就越粗大。 一般把晶粒急剧长大的温度称为过热温度。 (2)化学成分对过热的影响 过热温度与钢的化学成分有关，一般来说，只要加热温度为超过钢的晶粒长大多热温度时，加热时间长短对晶粒粗话并无影响。 太原工业学院毕业设计 13 过烧 当金属加热温度接近熔点时，金属晶粒间的低熔点物资首先开始融化，同时，由于炉气中的氧化性气体渗入，使晶粒间的物质被氧化，并子啊晶粒周围形成硬壳，破坏了晶粒间的联系，此现象称为过烧。 过烧的主要影响因数是温度。 为了防止过烧现象的产生，钢的最高加热温度一般应比熔点低 100℃ .低碳钢不能超过 1300℃ ～ 1350℃ 、中碳钢不能超过 1150℃～1200℃ 、高合金钢和合金钢更容易过烧，加热时需谨慎。 防止过热或者过烧的措施 太原工业学院毕业设计 14 (1)制定合理的加热规范，并严格执行。 (2)应用仪器、仪表正确可靠的掌握炉温。 (3)减少和控制炉内空气过剩，高温时应减弱炉内氧化性气体。 (4)火焰加热时，应尽可能防止坯料与火焰的距离，避免火焰直接喷射坯料，造成局部过热或者过烧。 加热过程中金属内部的裂纹 在加热时，由于钢锭和钢坯等金属表里温度差，从而形成温度应力。 温差越大，所产生的温度应力越大。 同时，被加热金属内部组织状态进行转变时，使金属体积发生变化，便形成组织应力。 因此组织应力和温度应力的大小同时受加热温度的影响。 如果采用超过金属允许的加热温度时，此时两种应力的作用便可能超过金属的抗拉强度，迫使金属内部产生裂纹，导致产品报废。 因此为了防止裂纹的产生，应根据不同钢号的材料和截面尺寸，正确合理的制定加热规范，并严格执行加热时采用的低温区缓慢加热，高温区快速加热 的方法。 8 钢的加热规范及锻造温度范围 锻造材料的加热时锻造生产工艺中一个必不可少的工序。 金属坯料的正确加热方法，必须达到以钢在加热过程中部产生裂纹、过热和过烧，并且温度均匀、氧化脱碳少、加热时间短和节省燃料等为原则来制定合理的加热规范和确定正确的锻造温度范围。 加热规范是指钢在加热时，从装炉开始到出炉前的整个过程中，对炉温和料温随时间的变化做出规定。 一般常用炉温随时间的变化曲线来表示。 加热规范的主要内容有装炉温度、加热速度、加热温度、炉温和料温之间的最大差值 、各阶段的保温时间和加热过程中的总时间，此外还有装炉量和装炉方式以及其太原工业学院毕业设计 15 他操作说明。 拟定加热规范主要是合理的确定加热温度，加热速度和加热时间。 加热温度 加热温度包括装炉温度和各阶段的保温温度以及出炉温度。 （ 1）装炉温度 开始预热阶段，由于钢料温度低，塑性差，同时还存在蓝脆区，为避免温度应力过大而才生裂纹，必须规定钢料装炉时的温度。 装炉温度的高低取决温度应力，即钢的导热性和坯料的大小。 如果钢的导热性好和断面尺寸小，可以不限装炉温度；反之对导热性差和断面尺寸大的的钢料则因 控制装炉温度。 （ 2）保温温度 保温的目的在于使钢料热透，时之组织转变完全一致从而提高钢的塑性。 保温温度的高低与钢料的性能和坯料的尺寸有关。 （ 3）出炉温度 出炉温度是由坯料的始端温度确定。 一般出炉温度可比规定的始端温度高一些，因为考虑到从出炉到开始锻造，温度要有一定的下降。 加热速度 加热速度是指金属在加热过程中单位时间内温度升高的度数，或单位时间内金属热透的深度。 加热速度可分为加热炉可能的的加热速度和金属允许的加热速度两种。 前者是按最大的供热能力升温加热时所决 定的加热速度，后者是金属在加热时 u产生加热裂纹是的加热速度。 一般锻造生产中，在低温阶段因金属塑性较低而升温不应太快，加热速度必须按金属必须按金属允许的加热速度确定。 挡在高温时。 金属塑性提高，不会产生加热裂纹，则可按炉子可能加热速度加热，一结束加热时间。 加热时间 加热时间是指坯料凯斯加热到达要求温度所需的时间。 总加热时间是预热、加热、保温 3 段时间的的总和。 太原工业学院毕业设计 16 加热时间的确定在生产中常用经验公式和查表两种方法。 （ 1）经验公式计算法 由于钢坯计算加热方法误差较大，使 用时须结合生产实际甲乙修正。 ① 室式炉加热时间计算法 Τ 室炉 =α K1D D Τ 室炉 — 加热时间， h； α─ 钢环化学成分因素，碳钢和低碳钢取 α =10，高碳钢和合金钢取 α =20； K1─ 钢坯在炉内装炉方式因素。 D─ 坯料偶的直径或边长， cm。 ② 连续炉加热时间计算法 Τ 连炉 =α 1D Τ 连炉 ─ 加热时间， h。 α 1─ 钢坯化学成分。