1、華北科技學院機電工程學院汽車半軸鍛造工藝擺輾成形設計說明書系另別機 電 工 程 系專 業材料成型及控制專業班 級 材料B091班華北科技學院機電工程學院汽車半軸是車輪轉動的直接驅動件， 是傳遞扭矩的一個重要零件。汽車運行 時，發動機輸出的扭矩，經過多級變速和傳動器傳遞給半軸， 再由半軸傳到車輪 上，推動汽車前進或倒退。在啟動或上坡時，扭矩很大，特別在緊急制動或行駛 在不平坦的道路上時工作條件更為惡劣。因為半軸在工作時要承受沖擊、交變彎 曲疲勞荷載和扭力的作用，所以要求材料有足夠的抗彎強度、抗剪強度和較好的 韌性。過去，半軸鍛件均是在空氣錘上采用胎模鍛造，其工藝落后，鍛件精度低， 工件表面質量差

2、，廢品率高，工人勞動強度大，胎模易壞，易磨損，成本高，生 產率低，只能中、小批量生產。顯然，這種工藝已不適應用目前市場的需要。而半軸的擺輾新工藝，因采用了由擺輾機和液壓機組成的擺輾機組后效益明 顯。擺輾原理和工藝特點擺輾機的擺輾原埋是利用一個繞中心迅速純輾動的圓錐 形上模對毛坯端面局部加壓，使毛坯逐步成形的一種加工方法。由于擺動輾壓變 形是局部接觸順序加壓，所以其接觸面積和單位壓力都比較小。本次設計，旨在引導學生接觸新技術，通過汽車半軸的工藝分析、工藝方案 的確定、模具總體結構的選擇、擺輾成形工藝與設計計算、模具主要零件尺寸計 算及繪制。通過以上這幾個項目的學習，掌握鍛造成形工藝與模具設計方面

3、的基 本知識和基本技能，強化學生的工程意識。由于水平有限，以及設計時間倉促，書中難免會有不妥甚至出現錯誤， 懇請 老師及時批評指正以便調整和改正。華北科技學院機電工程學院目錄一 課程設計任務書 1.二 汽車半軸鍛造工藝方案分析 2.三 擺輾工藝總體設計 3.3.1半軸材料選擇 3.3.2 半軸主要工序具體尺寸 3.3.3 半軸主要參數 3.3.4 總體流程 4.四 半軸制坯擠壓工藝 5.4.1 工藝分析 5.4.2 擠壓變形過程 5.4.3 擠壓模具簡圖 7.五 法蘭成形擺輾工藝 8.5.1 擺輾工藝參數 8.5.1.1 回轉中心與壓力中心 8.5.1.2 擺角的選擇 8.5.1.3 每轉進給

4、量 9.5.1.4 面積接觸率的計算 9.5.1.5 擺輾力的計算 1.05.1.6 分模面的選擇 1.05.2 擺輾凸模設計 1.15.3 擺輾凹模設計 1.2第六章 擺輾模具裝配圖 1.4鍛造設計個人總結 1.5.致 謝 1.6.參考文獻 1.6.課程設計任務書(1)設計題目汽車半軸鍛造工藝設計圖1-1(2)設計要求1、尺寸不全，需要自己補充尺寸。該圖為鍛件圖，要求設計者自己重新確定零件尺寸，繪制零件圖。2、了解與零件相關，設計符合使用需求的零件3、畫出除標準件外的全部零件圖要求畫法符合制圖標準，標注完全、正確，工藝性合理，零件尺寸協調4、課程設計說明書一份二 汽車半軸鍛造工藝方案分析汽車

5、半軸屬于兩端局部鐓粗的長軸類鍛件， 是汽車的軸類中承受扭矩最大的 零件，半軸是差速器和驅動輪之間傳遞扭矩的實心軸， 其內端一般通過花鍵與半 軸齒輪連接，外端與輪轂連接， 該零件在機械設備中具有傳動性， 故應具有足夠 的強度和剛度。方案一：自由鍛鐓粗、拔長成型方案二：胎膜鍛造成形方案三：擺輾成形討論：1、方案一中，自由鍛雖然工具簡單通用性強，靈活性大，但是只適用單件 和小批量鍛件，同時其鍛件精度低， 在拔長和鐓粗過程中容易產生橫向或者縱向 裂紋、折疊、過燒等現象，并且加工余量大，生產效率低，勞動強度大。2、方案二中，與自由鍛相比，其生產效率與材料利用率均有所提高，但是 鍛件精度低，工件表面質量差

6、， 廢品率高，工人勞動強度大， 胎模易壞，易磨損， 成本高，生產率低，只能中、小批量生產。3、方案三中，擺輾成形材料利用率高、生產效率高、鍛件尺寸一致性 好、變形力小、振動噪聲小擺輾機設有 1 0 0 噸垂直壓緊、松開液壓缸機構 ,把半軸桿部壓緊在壓緊模 槽和法蘭成形模桿部圓槽內 , 極少有金屬流人桿部 , 桿部沒有軸向滑動 , 從而保 證和控制了法蘭的厚度和桿部的長度。又因擺輾新工藝生產半軸桿部沒有經過自由鍛打拔長工序采用圓棒料局部 粗、擺輾終鍛成形 , 可以消除舊工藝桿部在自由鍛打拔長過程中產生的折疊、 壓 痕、過燒等缺陷從而保證了半軸的質量。綜上所述，本設計采用擺輾成形方法制作汽車半軸最

7、復雜的法蘭盤部分。二擺輾工藝總體設計3.1半軸材料選擇經過查閱相關資料，汽車半軸采用通常采用 45Cr GB/T 700,這種材料主要 用于汽車半軸鍛造件的加工與制造，汽車半軸載荷較大，有時會受到較大的沖擊 這種材料比較適合作為半軸的材料。3.2半軸主要工序具體尺寸4181 601J一/22 50_141經過查閱相關資料，得出汽車半軸法蘭盤尺寸如下101圖 3-2-13.3半軸主要參數總體積=1410542 總質量=11002.2276g其材料抗拉強度 600MPa屈服強度 355MPa伸長率 16%斷面收縮率40%3.4總體流程表3-4-1總體工序一欄表工序號工序說明0下料材料：40Cr規格

8、：40X料重：11.4kg設備：G72弓鋸床1加熱溫度：1200 r 1230C設備：加熱爐2第一次聚積變形設備：YB41-160液壓機模具：擠壓模具一套3加熱加熱方式：第一次變形不冷卻接著加熱4第二次聚積變形設備：YB41-160液壓機模具：擠壓模具一套5擺輾成形設備：DW99-160擺輾機模具：擺輾模具一套6檢驗根據零件圖檢驗4四半軸制坯擠壓工藝4.1工藝分析汽車半軸是典型的法蘭盤件，鍛件頭部(法蘭盤)尺寸和桿部直徑相差懸殊， 分別為141mm和40mm,所以溫擺輾前如何獲得合理的毛坯形狀、 尺寸成為工 藝設計的關鍵問題。采用40棒料，對法蘭盤部分聚料(制坯),再溫擺輾法蘭 盤。由于這種制

9、坯所需設備為鋸床、液壓機等普通設備，故生產中常用這種工藝。汽車半軸鍛件材料為45Cr,法蘭盤體積296525,相當于桿部直40mm、長151mn棒料的體積，高徑比為3.8。當高徑比 2. 5時，如果簡單地自由徽粗, 就會失穩。現在制坯過程中采用局部約束，一次制坯成功，沒有折疊裂紋缺陷， 同時滿足下一道工序溫擺輾成形要求。因此采用擠壓鍛造方式。4.2擠壓變形過程擠壓是將金屬毛坯放入擠壓模具模膛內，在強大的壓力和一定的速度條件下 迫使金屬從模膛中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定力學性能的擠壓 件。本設計采用熱擠壓類正擠壓方式，其毛坯變形及計算過程(a)原始坯料(b)第一次擠壓Qz十-FA(

10、c)第二次擠壓 T ii - i - i i -圖 4-2-15(1)法蘭盤毛坯計算:表 4-2-11411500 5060144.88815090 70 4578.3794 50123.9796235.967法蘭盤體積為296525L=100mm=141mm=50mm第二次擠壓尺寸如上圖第一次擠壓尺寸如上圖坯料L=235.967mmD=40mm(2)半軸尾部毛坯計算表 4-2-21-1234.375半軸尾部體積為：294524.3112坯料L=150mmD=50mmL=234.375mmD=40mm74.3擠壓模具簡圖圖4-3-1半軸擠壓制坯模具1-墊板2-固定板3-沖頭4-模芯5-拉板6-

11、模套7-拉桿8-半邊模9-夾具體10-工作臺89五法蘭成形一一擺輾工藝本設計采用臥式擺輾機，設計臥式擺輾模具。模具由三部分造成，即擺輾凸模、活動凸模、固定凸模三部分。具體設計過程如下:5.1擺輾工藝參數5.1.1回轉中心與壓力中心(1)回轉中心擺頭模具的頂點應位于機器的回轉中心上。以此為依據，在頂點水平面內的#錐模母線上的尺寸與鍛件圖的尺寸一致。(2)壓力中心與常規鍛壓設備的冷擠壓成形等工藝不同,擺動輾壓成形時是偏心受裁，其壓力中心大體為從圓周上沿直徑方向向內R處。111_ 94回轉中心點/1J_1r3/乂/,jM| 宀：-A *壓力中心、環本次設計回轉中心與壓力中心如所示擺輾凸模擺角圖 5-

12、1-1鍛件5.1.2擺角的選擇擺角是擺頭模具的軸線與主軸線傾斜的角度。 擺角越小，金屬垂直流動越大,徑向流動越小，擺輾力和偏心力矩小，但同樣的變形量擺輾次數增多。所以，冷 輾時，取=12;熱輾時，取=35。鉚接時，為加快金屬的徑向流動， 角 常取45本次設計使用熱輾，擺角采用3。如圖圖5-1-1所示5.1.3每轉進給量當輾壓力較小，即s較小時，就容易產生上蘑菇效應，使鍛件鍛不透，影響 鍛件質量。一般最小的s值按下式計算：H2 t ”Smintan4R式中smin -每轉最小進給量（mm）; H -輾壓后工件的高度（mm）; R-輾壓后工件的半徑（mm）;-擺角（）。則本設計中，5.1.4面積接

13、觸率的計算面積接觸率是擺輾模具與毛坯接觸面積 Ac與毛坯表面積A的比值。本設計中，入的計算公式均基于圓錐與圓柱平面壓下相交求出的。 根據波蘭馬爾辛尼克教授給出的公式:；=0.45s2Rta n式中:-面積接觸率；s -每轉工件進給量（ mm/ r）;R -工件的半徑（mm ）;-擺角（）。所以：0.45 2 70.5 tan3 =0.2945.1.5擺輾力的計算擺輾時所需的變形力F為:_3F工代p 10式中：F -擺輾力（kN）;Ac -接觸面積（mm2）,代 R2; p-平均單位壓力（Mpa）。p值可按經驗公式計算如下：P二心SK-系數，對于自由鐓粗K =1.51.7；局部鐓粗K =1.61

14、.9;模膛內成形K = 2.0 2.（本設計取1.8）為擺輾成形時材料的屈服應力。所以：（本設計熱輾的溫度為800C，,45Cr的 =110MPa）F=0.2094XnXX 1.8 X 110XX=206KN。所以：取DW99-160臥式擺輾機。5.1.6分模面的選擇分模面的選擇基本原則是保證鍛件從模膛中取出的前提下，兼顧金屬易于充滿模膛，制造加工簡單。同時，本設計采用閉式模，分模面要求選在鍛件最大輪 廓尺寸靠近凸模的一面，以便于在開模時鍛件不會固著在擺輾凸模上。以此，分模面A-A選取如下圖 5-1-25.2擺輾凸模設計擺輾凸模圓錐臺面直徑計算公式：=擺輾凸模斜度與鍛件斜度關系：所以，凸模設計

15、如表5-2-1所示，實體圖如圖5-2-1所示180n10012415g-JF146.80 2當亠w 80.47/ 1丿 3 59.92零件圖尺寸凸模相應尺寸141142.80101 100.8681 80.4760 59.924412425備注：1.為提高易損區強度和硬度，采用鑲塊組合結構，處材料為：3Cr2W8處材料為5CrNiMo2. 處考慮熱輾膨脹系數，取大值。3. 該凸模為圓柱型凸模圖5-2-1擺輾凸模實體剖視圖5.3擺輾凹模設計(1) 設計要點A、 形狀和尺寸固定凸模和活動凸模模膛尺寸和形狀按照鍛件圖相應尺寸 和形狀設計。B、 凸、凹模間隙 采用閉式輾壓模時，擺輾凸模進入固定凹模中，

16、兩者間 隙必須適當，間隙過大，則縱向毛刺增厚，不易去除；反之，由于模具熱脹又容 易卡住。本設計間隙選取0.5mmC、凸、凹模配合錐度圓柱形凸模與固定凹模的配合錐度為擺角，即3(2) 固定凸模設計根據結合設計要點，固定凸模尺寸如下圖5-3-1，實體如圖5-3-215200圖 5-3-1圖 5-3-2(3)活動凹模設計活動凹模尺寸如固定凹模。17第六章擺輾模具裝配圖及其工藝卡片6.1擺輾模裝配圖圖6-1擺輾模具裝配圖1-擺頭2-壓緊圈3-凸模外鑲塊4-活動凹模5-凸模內鑲塊6凋定凹模7-半軸鍛件半軸18#擺輾模具實體圖#鍛造設計個人總結程設計，是徘徊于理論與實踐之間的一段旅程， 是回望在課堂與課下

17、之間的 一絲脆鈴， 是升華間不懂與朦朧之間的一抹陽光。 通過這次課程設計， 紙張上文 字不再艱澀難懂，一個個的文字拼湊起來的豐滿的線條，布滿在金屬塊的表面， 再配上喜悅的心情， 沖出一個又一個瓶起子， 旅途的風景再多么地糟糕， 心情還 是愉悅的。 通過這次課程設計， 想到了上課時一次有一次問過老師的問題今天不 再是浮云， 想到了課本上許許多多未曾出現的新知識， 今天我卻發現了， 想到了 今天能夠和同學坐在一起翻著同樣的書、 討論著千奇百態的問題， 那未來又算得 了什么。我不敢確定我的能力提高了多少， 但我能確定的是我比以前懂得了不少。 我不知道我還有多少專業知識不夠了解甚至不曾了解， 但我知道

18、我今天每一點的 努力都是靠近知識盡頭的一步。 不足兩個禮拜， 或許時間不多， 卻足足能夠抵掉 慵懶的一個學期。 綜合運用本專業所學課程的理論和生產實際知識， 鞏固與擴充 了模具制造等課程所學的內容， 體現出自己單獨設計模具的能力以及綜合運用知 識的能力，體會了學以致用，突出自己勞動成果的喜悅心情。等等這些益處，不 再是空話。通過幾 2 周的模具課程設計，即使掌握新工藝擺輾成形模具設計的方法與步 驟及制造，即使懂得了計算、繪圖、查閱設計資料和手冊，即使熟悉模具零件標 準和設計規范， 所有的這些只不過是提高自身的設計能力一節片段， 認識自我所 學的知識在實際中的應用還是一段遙遠的路途， 不過對模具產品設計有了一定的 了解，在大腦里形成了一種無形的概念，將會為以后的道路上鋪墊一定的基石，