1課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題 目：連接頭鍛造工藝及其模具設(shè)計(jì) 學(xué) 院：航空制造工程學(xué)院專業(yè)名稱：材料成型及控制工程班級(jí)學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：2目錄1. 鍛件圖的設(shè)計(jì)2. 確定鍛錘噸位3. 確定毛邊槽形式和尺寸4. 繪制計(jì)算毛坯圖5. 制坯工步選擇6. 確定坯料尺寸7. 制坯型槽尺寸8. 鍛模型槽設(shè)計(jì)9、鍛前加熱、鍛后冷卻及熱處理要求10、參考文獻(xiàn)31、模鍛件圖設(shè)計(jì)連 接 頭 是 軸 類 件 ， 對(duì) 零 件 的 整 體 形 狀 尺 寸 ， 表 面 粗 糙 度 進(jìn) 行 分析 ， 此 零 件 的 材 料 為 45 鋼 ， 材 料 性 能 穩(wěn) 定 。1.1 繪制鍛件圖的過(guò)程 1.1.1 確定分模位置確 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 ， 因 此 鍛 件 的 側(cè) 表 面不 得 有 內(nèi) 凹 的 形 狀 ， 并 且 使 模 膛 的 寬 度 大 而 深 度 小 。 鍛 件 分 模位 置 應(yīng) 選 在 具 有 最 大 水 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 。根 據(jù) 連 接 頭 零 件 形 狀 ， 采 用 上 下 對(duì) 稱 的 直 線 分 型 模 。1.1.2 確定公差和加工余量 查 得 45 鋼 的 密 度 為 ： 。345/8.7cmg??估 算 鍛 件 的 體 積 為 246.682cm3， 則 鍛 件 質(zhì) 量 約 為。 連 接 頭 材 料 為 45 鋼 ， 即 材 質(zhì) 系kgm93.168.2.7?????數(shù) 為 。 鍛 件 形 狀 復(fù) 雜 系 數(shù) ： M1S=V 鍛 /V 外 廓 包 容 (1.1) 式 中 V 鍛 —鍛 件 體 積 ；V 外 廓 包 容 —外 廓 包 容 體 的 體 積 。則 ， 為 一 級(jí) 復(fù) 雜 系 數(shù)7.052468??S S1由 [1]查 得 :高 度 公 差 為 ， 長(zhǎng) 度 公 差 為 ， 寬 度 公m.603?? m7.03??差 為 。m.50??零 件 需 無(wú) 磨 削 加 工 ,加 工 精 度 為 ,由 [1]查 得 高 度 及 水F2平 尺 寸 的 單 邊 余 量 約 為 1.0-2.0mm,取 1.5mm。41.1.3 模鍛斜度 取 常 用 模 鍛 斜 度 為 7o。1.1.4 圓角半徑 外 圓 角 半 徑 r=2+零 件 相 應(yīng) 處 圓 角 半 徑 或 倒 角 ， 內(nèi) 圓 角 半 徑=（ 2～ 3） r， 其 余 部 位 的 圓 角 半 徑 取 1.5mm[4]。1.1.5 技術(shù)條件（ 1） 圖 上 未 標(biāo) 注 的 模 鍛 斜 度 7o；（ 2） 圖 上 未 標(biāo) 注 的 圓 角 半 徑 R=1.5mm；（ 3） 允 許 的 殘 留 毛 邊 量 0.7mm；（ 4） 允 許 的 表 面 缺 陷 深 度 0.5mm；（ 5） 鍛 件 熱 處 理 :調(diào) 質(zhì) HB230—260；（ 6） 鍛 件 表 面 清 理 :為 便 于 檢 查 淬 火 裂 紋 ,采 用 酸 洗 。根 據(jù) 余 量 和 公 差 ,繪 制 鍛 件 圖 。1.2 計(jì)算鍛件的主要參數(shù)(1) 鍛 件 在 平 面 上 的 投 影 面 積 為 5227mm2;(2) 鍛 件 周 邊 長(zhǎng) 度 為 293mm ;(3) 鍛 件 體 積 為 246682mm3;(4) 鍛 件 質(zhì) 量 為 1.936kg。2、確定鍛錘噸位總 變 形 面 積 為 鍛 件 在 水 平 面 上 的 投 影 面 積 與 飛 邊 水 平 投 影面 積 之 和 。 按 1-2 錘 飛 邊 槽 尺 寸 考 慮 ， 按 確 定 雙 作 用 模 鍛 錘 噸位 的 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 G=63KA 的 計(jì) 算 選 擇 鍛 錘 。取 鋼 種 系 數(shù) K=1， 鍛 件 和 飛 邊 在 水 平 面 上 的 投 影 面 積 為A,G=63KA=7630KN， 選 用 1t 雙 作 用 模 鍛 錘 。53、確定毛邊槽形式和尺寸 選 用 圖 1 毛 邊 槽 形 式 I， 其 尺 寸 按 表 確 定 ； 選 定 毛 邊 槽 尺寸 為 =1.6mm, =4mm， b=8mm =25mm， =2mm， h橋 11R1=100 。FKc2圖 1 毛邊槽形式 4、繪制計(jì)算毛坯圖根 據(jù) 零 件 形 狀 特 點(diǎn) ， 選 取 7 個(gè) 截 面 ， 分 別 計(jì) 算 分 別 計(jì) 算 F鍛 ,F 毛 ,F 計(jì) 列 于 表 1,并 在 坐 標(biāo) 紙 上 繪 出 連 接 頭 的 截 面 圖 和 直 徑圖 （ 見 圖 2） 。 為 設(shè) 計(jì) 滾 擠 型 槽 方 便 ,計(jì) 算 毛 坯 圖 按 冷 鍛 件 尺寸 計(jì) 算 。6表 1 連 接 頭 計(jì) 算 毛 坯 的 計(jì) 算 數(shù) 據(jù)截面號(hào)F 鍛/mm2F 毛 ×2/mm2F 毛 ×1.4/mm2F 計(jì) =F 鍛 +1.4F/mm2/mmFd計(jì)計(jì) 13.?1 3215 200 140 3355 65.52 3630 200 140 3770 69.43 3630 200 140 3770 69.44 2873 200 140 3013 62.05 2205 200 140 2348 54.86 2205 200 140 2348 54.87 1885 200 140 2025 50.9由 截 面 圖 所 圍 面 積 即 為 計(jì) 算 毛 坯 面 積 ,得（ 2.1）mV326719052468????毛鍛平 均 截 面 積 ： （ 2.2）208F均7則 平 均 直 徑 （2.3）mFd513.??均均按 體 積 相 等 修 正 截 面 圖 和 直 徑 圖 （ 附 圖 中 點(diǎn) 劃 線 部 分 ） ,修正 后 的 最 大 截 面 積 為 則 最 大 直 徑 為 。d4.69ax?5、制坯工步選擇計(jì) 算 繁 重 系 數(shù) ， 選 擇 制 坯 工 步26.1549max??均d?.8L均計(jì)?58.7mm?拐1kg G坯由 課 本 圖 4-59 知 此 鍛 件 應(yīng) 采 用 閉 式 滾 擠 制 坯 工 步 ,為 使鍛 出 的 鍛 件 有 更 好 的 質(zhì) 量 ， 易 于 充 滿 型 槽 ,調(diào) 整 制 坯 工 步 為 ：閉 式 滾 擠 。 模 鍛 工 藝 方 案 為 :閉 式 滾 擠 -終 鍛 。6、確定坯料尺寸坯 料 截 面 積 計(jì) 算 ：由 ??mF2max5.736075.9.0~75. ???坯取 系 數(shù) 為 0.8，則 981?坯坯d由 零 件 形 狀 及 原 材 料 規(guī) 格 ， 實(shí) 際 取 =59mm。燒 損 率 ，?03坯 料 體 積 為 ：= =（246682+20510） （1+ ）=275207V坯 ??01?飛鍛 033計(jì) 算 毛 坯 長(zhǎng) 度 ：m5.871.2?L坯根 據(jù) 坯 料 的 質(zhì) 量 和 長(zhǎng) 度 ， 適 于 采 用 調(diào) 頭 模 鍛 ， 一 料 兩 件 ， 坯LFV鉗坯坯坯 '8料 原 長(zhǎng) 為 ， m1752.8??考 慮 切 斷 并 經(jīng) 試 鍛 調(diào) 整 后 ， 下 料 長(zhǎng) 度 為 175mm。7、制坯型槽設(shè)計(jì)7.1 滾擠型槽設(shè)計(jì)閉 式 滾 擠 橫 截 面 呈 橢 圓 形 ， 整 個(gè) 側(cè) 面 封 閉 ， 滾 擠 時(shí) 金 屬 的 橫向 流 動(dòng) 受 到 封 閉 型 槽 側(cè) 壁 的 限 制 ， 而 迫 使 金 屬 沿 軸 向 強(qiáng) 烈 流 動(dòng) ，聚 料 效 率 高 ， 適 合 用 于 截 面 變 化 較 大 的 長(zhǎng) 軸 類 鍛 件 ， 但 占 用 模塊 較 大 平 面 。 滾 擠 型 槽 用 來(lái) 減 少 毛 坯 局 部 橫 截 面 積 ， 增 大 另 一部 分 的 橫 截 面 積 ， 使 坯 料 沿 軸 向 體 積 分 配 符 合 計(jì) 算 毛 坯 的 要 求 。它 對(duì) 毛 坯 有 少 量 的 拔 長(zhǎng) 作 用 ， 兼 有 滾 光 和 去 除 氧 化 皮 的 功 能 。7.1.1 滾擠型槽尺寸設(shè)計(jì)滾 擠 型 槽 可 認(rèn) 為 是 由 鉗 口 、 本 體 、 毛 刺 槽 三 部 分 組 成 ， 鉗口 用 來(lái) 容 納 夾 鉗 并 卡 細(xì) 坯 料 ， 毛 刺 槽 是 用 來(lái) 容 納 滾 擠 時(shí) 產(chǎn) 生 的端 部 毛 刺 ， 本 體 使 坯 料 變 形 。同 拔 長(zhǎng) 型 槽 一 樣 ， 滾 擠 型 槽 也 是 以 計(jì) 算 毛 坯 為 依 據(jù) 進(jìn) 行 設(shè)計(jì) 的 ， 主 要 是 確 定 型 槽 高 度 h， 寬 度 B 及 其 他 一 些 有 關(guān) 尺 寸 。（ 1） 滾 擠 型 槽 高 度閉 式 滾 擠 時(shí) ， 坯 料 桿 部 被 滾 成 橢 圓 截 面 ， 型 槽 高 度 應(yīng) 比 計(jì)算 毛 坯 相 應(yīng) 部 分 的 直 徑 小 一 些 ， 這 樣 每 次 壓 下 量 可 以 大 一 些 ，由 桿 部 排 入 頭 部 的 金 屬 多 一 些 。 在 計(jì) 算 閉 式 滾 擠 型 槽桿部各截面高度 時(shí)，按 滾 擠 后 坯 料 的 各 截 面 面 積 等 于 計(jì) 算 毛 坯 圖 相 應(yīng) 部hi桿分 的 截 面 積 確 定 。由 于 滾 擠 時(shí) ， 上 下 模 不 一 定 打 靠 ， 實(shí) 際 采 用 的 型 槽 高 度 應(yīng)比 計(jì) 算 值 小 一 些 ， 按 下 式 計(jì) 算 ：閉 式 滾 擠 ： ??di7.0~8計(jì)桿 ?hi9??dhi 計(jì)頭 15.~0?計(jì)拐 9.綜 上 所 述 ， 滾 擠 型 槽 高 度 h 為 :48mm?i桿67mmi頭58mm拐（ 2) 滾 擠 型 槽 寬 度 B滾 擠 型 槽 寬 度 B 應(yīng) 根 據(jù) 所 選 型 槽 形 式 和 坯 料 的 狀 態(tài) 來(lái) 確 定 。型 槽 B 過(guò) 大 會(huì) 減 少 聚 集 效 率 ， 并 增 大 模 塊 尺 寸 ； B 過(guò) 小 ， 在滾 擠 過(guò) 程 中 金 屬 流 進(jìn) 分 模 面 會(huì) 形 成 毛 邊 ， 當(dāng) 翻 轉(zhuǎn) 再 滾 擠90時(shí) ， 就 會(huì) 形 成 折 疊 。 經(jīng) 過(guò) 拔 長(zhǎng) 的 坯 料 再 進(jìn) 行 滾 擠 時(shí) ， 桿 部 金 屬 富 裕 量 要 小 得 多 ，不 會(huì) 再 有 大 量 金 屬 流 入 頭 部 ， 因 此 ， 經(jīng) 過(guò) 拔 長(zhǎng) 過(guò) 的 坯 料 再 滾 擠時(shí) ， 滾 擠 型 槽 桿 部 寬 度 應(yīng) 比 前 述 的 小 ， 根 據(jù) 經(jīng) 驗(yàn) 可 得 ：，??dB06.1~4?桿 dBmax1.?頭，m05.1??桿 3476.9???頭所 以 寬 度 取 為 80mm（ 3） 滾 擠 型 槽 長(zhǎng) 度 L滾 擠 型 槽 長(zhǎng) 度 L 應(yīng) 根 據(jù) 熱 鍛 件 圖 尺 寸 確 定 。直 鍛 件 ：(mm)??m93~1??鍛（4）鉗口與毛刺尺寸：=18 （mm)62.0dn= 25 (mm)??m1= 12 (mm).0??R原始坯料直徑，型槽端部毛刺尺寸按表選定。?d0s---模壁最小的厚度 sl?5.107.1.2 閉式滾擠型槽截面形狀閉 式 滾 擠 型 槽 的 截 面 形 狀 有 兩 種 形 式 ， 當(dāng) 毛 坯 直 徑 小 于80mm 時(shí) ， 桿 部 宜 用 圓 弧 形 型 槽 ； 當(dāng) 毛 坯 直 徑 大 于 80mm 時(shí) ，可 采 用 菱 形 截 面 型 槽 ， 以 增 強(qiáng) 滾 擠 效 果 ， 但 估 計(jì) 后 毛 坯 表 面 質(zhì)量 不 如 采 用 圓 弧 形 截 面 型 槽 ， 至 于 頭 部 ， 均 采 用 圓 弧 形 截 面 型槽 。 由 鍛 件 尺 寸 可 知 ， 該 毛 坯 閉 式 滾 擠 型 槽 截 面 形 狀 采 用 圓 弧形 （ 圖 4） 。11圖 4 閉 式 滾 擠 型 槽 采 用 截 面 形 式 8、鍛模型槽設(shè)計(jì)8.1 終鍛型槽設(shè)計(jì)8.1.1 型槽排布模 鍛 一 種 鍛 件 ， 往 往 要 采 用 多 個(gè) 工 步 來(lái) 完 成 。 因 此 鍛 模 分模 面 上 的 型 槽 布 置 要 根 據(jù) 型 槽 數(shù) 、 各 型 槽 的 作 用 以 及 操 作 方 便來(lái) 確 定 ， 原 則 上 應(yīng) 使 型 槽 中 心 與 理 論 上 的 打 擊 中 心 重 合 ， 以 使錘 擊 力 與 鍛 件 的 反 作 用 力 處 于 同 一 垂 直 線 上 從 而 減 少 錘 桿 承 受的 偏 心 力 距 ， 有 利 于 延 長(zhǎng) 錘 桿 壽 命 ， 使 鍛 件 精 度 曾 高 。8.1.1.1 兩個(gè)制坯型槽分布這 時(shí) 應(yīng) 將 第 一 道 制 坯 工 步 安 排 在 吹 風(fēng) 管 的 對(duì) 面 ， 以 避 免 氧化 皮 落 到 終 鍛 型 槽 里 。 布 排 型 槽 應(yīng) 以 終 鍛 型 槽 為 中 心 ， 左 右 對(duì)稱 布 排 ， 并 盡 可 能 使 型 槽 中 心 與 打 擊 中 心 重 合 。8.2 型槽壁厚型 槽 至 模 塊 邊 緣 的 距 離 ， 或 型 槽 之 間 的 距 離 都 稱 為 型 槽 壁厚 。 型 槽 壁 厚 應(yīng) 保 證 足 夠 的 強(qiáng) 度 和 剛 度 ， 同 時(shí) 又 要 盡 可 能 減 小模 塊 尺 寸 。 采 用 整 體 式 ， 壁 厚 根 據(jù) 圖 5 確 定 ：12圖 5 確 定 型 槽 壁 厚 曲 線8.3 模塊尺寸8.3.1 承擊面承 擊 面 是 指 鍛 錘 空 擊 時(shí) ， 上 下 模 塊 實(shí) 際 的 接 觸 面 積 。 根 據(jù) 生產(chǎn) 經(jīng) 驗(yàn) ， 查 手 冊(cè) 知 ， 1t 錘 配 300 的 承 擊 面 。m28.3.2 模塊寬度為 保 證 鍛 模 不 與 導(dǎo) 軌 相 碰 ， 模 塊 最 大 寬 度 應(yīng) 保 證 模 塊 邊 緣與 導(dǎo) 軌 間 留 有 單 邊 間 距 離 大 于 20mm：8.3.3 模塊高度模 塊 高 度 ： 模 塊 高 度 根 據(jù) 型 槽 最 大 深 度 和 鍛 錘 的 最 小 閉 合高 度 確 定 。 這 是 由 于 上 下 模 塊 的 最 小 閉 合 高 度 應(yīng) 不 小 于 鍛 錘 允許 的 最 小 閉 合 高 度 ， 查 資 料 得 鍛 錘 的 最 小 閉 合 高 度 為320mm， 查 手 冊(cè) 取 模 塊 的 高 度 為 250mm8.3.4 鍛模檢驗(yàn)角1、 寬 度 b： b=5mm)(1B??132、 高 度 h： 查 手 冊(cè) h=50mm 8.3.5 模塊規(guī)格經(jīng) 上 確 定 模 塊 的 規(guī) 格 為 ， ??高長(zhǎng)寬 ??25034燕 尾 槽 、 起 重 孔 等 尺 寸 按 標(biāo) 準(zhǔn) 選 取 ， 具 體 見 裝 配 圖 。8、鍛前加熱、鍛后冷卻及熱處理要求的確定9.1 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 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750℃ 。9.2 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 ：min4.3762.08413.???hD??式 中 D—坯 料 直 徑 或 厚 度 （ cm）—鋼 化 學(xué) 成 分 影 響 系 數(shù) ， 取 0.13（ h/cm） ;?9.3 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14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 。9.4 確定鍛后熱處理方式及要求鍛 件 在 機(jī) 加 工 前 后 均 進(jìn) 行 熱 處 理 ， 其 目 的 是 調(diào) 整 鍛 件 的 硬度 ， 以 利 鍛 件 進(jìn) 行 切 削 加 工 ， 消 除 鍛 件 內(nèi) 應(yīng) 力 ， 細(xì) 化 晶 粒 等 。根 據(jù) 鍛 件 的 含 碳 量 及 鍛 件 的 形 狀 大 小 ， 采 用 在 連 續(xù) 熱 處 理 爐 中 ，調(diào) 質(zhì) 處 理 。 可 使 鍛 件 獲 得 良 好 的 綜 合 力 性 能 。15·參考文獻(xiàn)[1] 許發(fā)樾主編.使用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001[2] 姚澤坤主編.鍛造工藝學(xué)與模具設(shè)計(jì).西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2007[3]周大雋主編.鍛壓技術(shù)數(shù)據(jù)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998[4]大連理工大學(xué)工程畫教研室編.機(jī)械制圖.北京：高等教育出版社，2003[5]呂炎主編．鍛造工藝學(xué)．機(jī)械工業(yè)出版社，1995[6]李會(huì)武等.鍛模設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，1990