1、沈陽理工人學課程設計說明書目 錄任務書11零件分析及工藝方案確定21.1零件分析21.2 工藝方案的確定22錘上模鍛件設計32.1選擇分模面32.2確定模鍛件加工余量及公差32.3確定鍛件模鍛斜度42.4確定鍛件圓角半徑42.5確定鍛件沖孔連皮52.6確定模鍛件的技術要求52.7繪制鍛件圖及計算鍛件基本數據53錘上模鍛工藝設計53.1確定模鍛錘的噸位53.1.1經驗一理論公式53.1.2 經驗公式63.2選擇飛邊槽63.3繪制計算毛坯圖73.4計算繁重系數，選擇制坯工步83.5確定坯料尺寸93.5.1根據公式拔長加滾擠聯合制坯93.5.2坯料長度94鍛前加熱鍛后冷卻及熱處理要求的確定94.1確

2、定加熱方式，及鍛造溫度范圍94.2確定加熱時間94.3 確定冷卻方式及規范104.4確定鍛后熱處理方式及要求105錘用鍛模設計105.1終鍛形槽設計105.1.1熱鍛件圖的設計105.1.2 鉗口105.2.2 坎長c值得的確定125.2.3 型槽寬度B值的確定125.3滾擠型槽尺寸的確定135.4鍛模結構設計136 確定模具材料及熱處理的要求147 模鍛工藝流程確定148 參考文獻15II沈陽理工人學課程設計說明書鍛模課程設計任務書學院材料科學與工程學院專業材料成型及控制工程學生姓名孫洪亮學號0705010520設計題目搖臂任務要求：設計要求：設計批量：大批量。錘鍛模裝配圖一張。設計精度：普

3、通級。冷鍛件圖一張。供選設備：模鍛錘。模鍛工藝卡片一張。設計原圖：搖臂設計說明書一份。進度安排：所有圖形用AutoCAD軟件輸出、任務書用Word輸出。天數設計內容1零件分析1模鍛件設計1鍛件圖繪制1模鍛工藝設計1鍛模設計2繪制鍛模裝配圖1整理說明書、繪制工藝卡2答辯指導老師（簽字）：年月口學院院長（簽字）：年月日1零件分析及工藝方案確定1.1零件分析對零件的整體形狀尺寸，表面粗糙度進行分析，此零件的材料為45號鋼，材料性 能穩定。2W1.2工藝方案的確定根據上述分析，結合生產批量要求，生產設備，制模能力等進行全面分析，初步確 定出模鍛設計步驟：1. 選用設備類型：模鍛錘；2. 釆用模鍛形式：

4、開始模鍛：3. 確定變形工步。2錘上模鍛件設計2.1選擇分模面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，因此鍛件的側表面不得有內凹的形狀，并且使模膛的寬度大而深度 小。鍛件分模位置應選在具有最大水平投影尺寸的位置上。應使飛邊能切除干凈，不至 產生飛刺。對金屬流線有要求的鍛件，應保證鍛件有最好的纖維分布。因為此制件是頭部較大的長軸類鍛件，不宜直線分模，為保證尖角處能充滿，應以2.2確定模鍛件加工余量及公差1. 初步確定鍛件重量及尺寸：估算鍛件質量為3. 82KGo鍛件為45號鋼。材質系數為Ml。計算鍛件外包容體質量$二64X60X (260+57

5、. 5+30) 1 X7. 8510. 48 kg；所以根據公 式S = Gd/Gb=3. 82/10. 480. 364o查資料1得鍛件形狀復雜在0. 320. 63之間，形 狀復雜程度為一般，級別為II級.初查表GB12362-2003鍛件水平方向余量：22.5mm高度方向余量22. 5mm內孔余量：2.5mm。 全部取2. 5mmo 根據鍛件形狀計算鍛件體積：V二3318. 3072X 34-1134. 11X 34+10386. 89X 36-4596. 35X36+52. 5X (260-57. 5-30) X 25=457153. 39mm3鍛件質量：Gd = p>=l. 9

6、X 103X457153. 39=3. 61kg.2. 計算鍛件的形狀復雜系數：S = Gd/Gh 1(2. 1)Gh鍛件外包容體質量；Gd鍛件質量；計算鍛件外包容體質量G廣64X60X (260+57.5+30) 1 X7.910.48 kg；所以根據公 式S = Gd/Gb=3. 6/10. 480. 343O査資料1得鍛件形狀復雜在0. 320. 63之間，形 狀復雜程度為一般，級別為II級。3. 選擇鍛件材質系數業查資料2材質系數分為2級，Ml為最高含碳量小于0. 65%的碳鋼或合金元素總含 量小于30%的合金綱，此鍛件的材料為45號鋼，所以材質系數為Ml級。鍛件的機械加 工余量的確定

7、與鍛件形狀的復雜程度、成品零件的精度要求、鍛件的材質、模鍛的設備、 工藝條件、熱處理的變形量、校正的難易程度、機械加工的工序設計等許多因素有關， 不能籠統的說多大的余量最適合。機械加工余量也并不是越小越好，為了將鍛件的脫碳 層和表面的細小裂紋去掉，留有一定的加工余量是有必要的。模鍛件公差代表模鍛件要求達到的精度。就尺寸而言，是鍛件工程尺寸允許的偏差 值。對公稱尺寸所允許的增大值叫做正公差，對公稱尺寸允許的減小值叫做負偏差。 鋼質模鍛件公差在GB/T123621990中己有規定。主要的公差項目有：長度、寬度、 高度公差；錯差；殘留飛邊公差；厚度公差；表面缺陷；直線度；平面度公差；中心距 公差等。

8、由上考慮鍛件精度等要求查表GB12362-2003確定鍛件鍛件機械加工余量與公差， 在在水平方向單邊余量為2.5mm,高度方向鍛件的單邊余量為2.5mm,鍛件的內徑單邊 余量為2. 5mm.水平方向鍛件公差為-3. 2+2. 1 -1. 1在高度方向鍛件的公差為-2. 2+1. 5 -0.7；鍛件的內徑公差為-2. 2+1. 5 -0. 7o 12.3確定鍛件模鍛斜度為便于模鍛件從型槽中取出，必須將型槽壁做成一定的斜度，稱為模鍛斜度或出模 角。為了使鍛件容易從模膛中取出，一般鍛件均有脫模斜度或脫模角，它分為外斜度和 內斜度，常常內斜度比外斜度大曠3度。查有關手冊確定型槽的外斜度為7。，內斜度為

9、10° o2.4確定鍛件圓角半徑鍛件上的圓角可使金屬容易充滿模膛，起模方便和延長模具使用壽命。圓角半徑太 小會使鍛模在熱處理或使用中產生裂紋或壓塌變形，在鍛件上也容易產生折紋。同時為 了加工方便同一鍛件圓角的選取要與銃刀相配。為了使金屬易于流動和充滿型槽，提高鍛件質量并延長鍛模壽命，模鍛件上的所有 轉接出都用圓弧連接。“余量+零件相應處圓角半徑或倒角鍛件上內圓角半徑R應比外圓角半徑r大，一般取R二（23） r 所以外圓角半徑r為3mm,內圓角半徑為R二（23） r,所以內圓角半徑為6mm.2.5確定鍛件沖孔連皮模鍛不能鍛出透孔，只能鍛出盲孔而在分模面處留有連皮，在隨后的沖孔工序中在

10、將其沖掉。由于沖小孔會使沖頭部分極易壓塌受損，所以零件上直徑小于25mm的孔不 能鍛出。沖孔連皮有三種：平底、斜底、帶倉連皮。模鍛不能直接鍛出透孔，因此在設計熱鍛件圖時必須在孔內保留一層連皮，然后在 切邊壓力機上切除掉。考慮到加工及經濟效益的影響，釆用平底連皮，其具體形狀尺寸 見圖 2-2 3 o連皮厚度 S=0. 45 V (d-o. 25h-5) +0. 6 Vh (mm) =7. 16mm式中：d鍛件內孔直徑；鍛件內孔深度h =41mm.連皮上的圓角半徑R1,因鍛模成形過程中金屬流動激烈，應比同尺寸壓凹件內圓角半徑 R 大一些，可按 R1 二R+0. lh+2 (mm)2.6確定模鍛件的

11、技術要求1. 未注明的模鍛斜度為7° ,內斜度為10° ；2. 未注明的圓角半徑為R3；3. 允許的殘留量和殘留飛邊錯移量為1. 2mm：4. 允許的表面缺陷深度為：5. 鍛后熱處理的方法及硬度要求：調質6. 表面清理方法：為便于檢查淬火裂紋，釆用酸洗；2.7繪制鍛件圖及計算鍛件基本數據冷熱鍛件圖見鍛件圖的畫法。利用CAD求出鍛件的基本數據如下：鍛件在平面上的投影面積尸分為19021. mm:;鍛件的周邊長度厶對為792. 15mm；鍛件的體積V =457153. 39mm3；鍛件的長度厶為347. 5mm;3錘上模鍛工藝設計3.1確定模鍛錘的噸位3.1.1經驗一理論公式1

12、.根據鍛件折算直徑和終鍛溫度下的強度極限確定(1) 根據推倒，鍛件單位流動壓力計算幾=9.2(1-0.005D件)5；(3. 1. 1)(2) 鍛件體積由下式確定：片牛=龍/4D件訕均；(3. 1. 2)6沈陽理工人學課程設計說明書(3)A件二 18x(l-0.005£件)x(0.75 + 0.001D件2)D件5© 】3)最后一次錘擊成形所耗變形功：4 = 4件+4毛(3. 1. 4)式中人毛一毛邊變形所消耗的變形功，至此，可以得到圓餅類鍛件最終錘擊時所需變形功的計算公式：A = 18(1 -0.005Dn)(1.1 + 2/D件)'(0.75 +0.00ID件&

13、#39;)D件5(3. 1. 5)2. 雙動錘有效變形能量與錘落下部分質量在數值上有如下關系：E = 18G由于A二E,所以對圓餅類鍛件所需鍛錘噸位為：G = (l-0.005Df(.)(l.l + 2/D件)2(0.75 + 0.001DJ) D件5 (kg)(3. 1. 6)計算長軸類鍛件噸位應計形狀因素，即G =G(l + 0.1“3均)(3. 1. 7) 式中 厶牛一鍛件長度；均一鍛件平均寬度：5始鍛溫度下的變形抗力；3.1.2經驗公式按鍛件在分模上的投影面積和材料性質確定模鍛錘噸位：雙動模鍛錘G = (3.56. 3) KFF鍛件本體和毛邊在水平面上的投影面積(cm2)K材料系數用經

14、驗公式，當取K等于1,并假定毛邊寬度為20mm,則 F件=” / 4(1.13 x V154 + 2.0 x 2)2 =418cm2=3.5x1x418 = 1463G2 =6.3xlx 418 = 2633 kg計算結果表明用2噸的模鍛錘可用。33.2選擇飛邊槽開式模鍛的終鍛型槽周邊必須設計毛邊槽，其形式和尺寸對鍛件質量影響很大。飛 邊槽有兒種形式，本設計釆用最廣泛的一種，其優點是橋部設在上模塊，與坯料接觸時 間短，吸收熱量少，因而溫升少，能減輕橋部磨損或避免壓塌。2確定飛邊槽的尺寸有噸位法和計算法，本設計采用噸位法，查表1,確定飛邊的 尺寸如下：h二2mm; hi二4mm; b二 10mm

15、; bi二30mm; R二 1. 5mm;飛邊槽的具體形狀尺寸如圖所示：計算出飛邊的截面積:f=hxb + *x(5 +1.25) 2075mm2飛邊的體積：=207. 5X927. 47X0. 7=134715mm23.3繪制計算毛坯圖根據搖臂的形狀特點，選取10個截面，分別計算各參數如圖所示，并在坐標上繪出搖 臂的截面圖和直徑圖。截 面 號耳鍛F応x 2Fa-= 耳鍛+ F：毛d 計=計如kh = kd計1-1223420513.6425. 6020. 061. 1526. 682-23438290.53193. 4563. 86501.0575. 903-32902290.53002.

16、8261.9248. 51.0579. 754-43803290.54094.3472. 356. 631.0575. 905-52733290.53023. 9462. 1448. 660.9062. 376-61679290.51969.6650. 1139. 30.7537. 587-7171290.51462.4843.2133. 850.7532. 408-81189290.51480. 3743. 4834. 050.9532. 339-92362290.52653. 0858.245. 590.7534. 8010-102622290.52912.8260. 9947. 760.

17、7534. 05其中：M取值為：M = 20mnr / mm,；他一鍛件的截面積；F毛一毛邊槽的截面積；尸計一計算毛坯截面積；計一計算毛坯直徑；尺計_修正后的毛坯截面積；計一修正后的計算毛坯直徑。3 為設計滾擠型槽方便，計算毛坯按熱鍛件圖繪制。截面圖所圍面積即為計算毛坯體 積得.匕=M 乂片十=20x42252.30 = 845046滬(3) 斥勺=迪 =V鍛巴 =2431.78滬平均截面積：匚訃 S(3.3.2)3.4計算繁重系數，選擇制坯工步根據公式：Q = djd均= 72.3/55.72 = 1.29(3. 4. 1)P = = 167.5/55.72 = 3(3. 4. 2)d叱K

18、= (d拐一d)/4=(62. 1425. 60) /167. 5=0. 22(3. 4. 3)式中a金屬流向頭部的繁重系數；0金屬沿軸向流動的繁重系數；鳥一桿部斜率；號一計算毛坯的最大直徑,72. 3 (mm):dm®計算毛坯的最小直徑25. 6 (mm);d拐一桿部與頭部轉接處的直徑，乂稱為拐點處直徑62. 14 (mm);厶桿一計算毛坯的桿部長度，167. 5 (mm)其中,d拐=,力拐根據計算毛坯截面圖求出為151. mm. -3'a值越大，表明金屬流到頭部的金屬體積愈多；“值愈大，則軸向流動的距離愈長;K值愈大，表明桿部錐度大，小頭一端的金屬愈為過剩；鍛件質量G愈大

19、，表明金屬量 大，制坯更困難。因此繁重系數代表了制坯時需轉移金屬量的多少，金屬轉移時的難易 程度，作為選擇制坯工步的依據。模鍛時，坯料按照鍛件的復雜程度和具體生產條件，在鍛模的一系列模膛中逐步變 形，最后成為鍛件。坯料在每一模膛中的變形過程叫做模膛工部，而工部的名稱與所用 模膛的名稱是相應一致的。此鍛件長度與截面相差較大，為長軸類鍛件，查表確定制坯 工步為拔長，滾擠，模鍛工步為終鍛。拔長后進行滾壓，使坯料表面光滑，氧化皮去處干凈，金屬分配準確，防止鍛件產 生折疊，終鍛模膛布置在鍛模打擊中心上以減少錯移。根據以上所算數據，查表確定制 坯工步為拔長，滾擠，模鍛工步為預鍛、終鍛。3.5確定坯料尺寸3

20、. 5.1根據公式拔長加滾擠聯合制坯F 拔=V 頭/L 頭=12271.84X20/130=1887.98F坯毛坯截面積；行找計算毛坯頭部最大尺寸處截面積，3954mm2;=0.8xFmax=0. 8X4094=3275mm: 1根據坯料的制坯工步釆用圓形坯料其直徑0訐1.13応查表取標準直徑D坯=64. 9mmo 查表取燒損率5二3%,在室內電爐中加熱。鉗頭長度厶I二（11.5） X Da=70mm所以坯料長度厶坯：Lii=V/Fii+ =209. 4mm,取 215mm。4鍛前加熱鍛后冷卻及熱處理要求的確定4.1確定加熱方式，及鍛造溫度范圍在鍛造生產中，金屬坯料鍛前加熱的目的：提高金屬塑性

21、，降低變形抗力，即增加 金屬的可塑性，從而使金屬易于流動成型，并使鍛件獲得良好的組織和力學性能。金屬 坯料的加熱方法，按所釆用的加熱源不同，可分為燃料加熱和電加熱兩大類。根據鍛件 的形狀，材質和體積，釆用半連續爐加熱。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） 之間的一段溫度區間。確定鍛造溫度的原則是，應能保證金屬在鍛造溫度范圍內具有較 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。查有關資料 確定鍛件的始段鍛溫度為1200°C,終鍛溫度為800°C o 24.2確定加熱時間加熱時間是坯料裝爐后從開始加熱到出爐所需的時間，包

22、括加熱個階段的升溫時間 和保溫時間。在半連續爐中加熱，加熱時間可按下式計算：T = aD=0. 13X7=0. 91（h）式中D坯料直徑或厚度，7cm： a鋼化學成分影響系數，取0. 13 （h/cm）;4.3確定冷卻方式及規范按照冷卻速度的不同，鍛件的冷卻方法有3種：在空氣中冷卻，冷卻速度快；在灰 沙中冷卻，冷卻速度較慢；在爐內冷卻，冷卻速度最慢。根據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。【2】10沈陽理工人學課程設計說明書4.4確定鍛后熱處理方式及要求鍛件在機加工前后均進行熱處理，其目的是調整鍛件的硬度，以利鍛件進行切削加 工，消除鍛件內應力，細化晶粒等。根據鍛件的含碳

23、量及鍛件的形狀大小，釆用在連續 熱處理爐中，調質處理。可使鍛件獲得良好的綜合力性能。【2】5錘用鍛模設計5.1終鍛形槽設計終鍛形槽是各種型槽中最重要的型槽，用來完成鍛件最終成型，終鍛件圖安熱鍛件 圖加工和檢驗，所以設計終端形槽須先設計熱鍛件圖。5.1.1熱鍛件圖的設計熱鍛件圖以冷鍛件圖為依據，但乂有所區別。首先熱鍛件的尺寸標注，高度方向尺 寸標注以分模面為基準，以便于鍛模機械加工和準備檢驗樣板。其次考慮到金屬的冷縮 現象，熱鍛件圖上的所有尺寸應計入收縮率，按下列公式計算：厶= (1 + 5)式中厶一熱鍛件尺寸；/-冷鍛件尺寸；5終鍛溫度下的金屬收縮率，取0.15%； 6 注意無坐標圓角半徑，不

24、加放收縮率。所以終鍛形槽及熱鍛件圖見裝配圖的畫法。5.1.2 鉗口終鍛形槽前端留下的凹腔叫鉗口。鉗口主要用來夾持坯料的夾鉗和便于從形槽中取 出鍛件。其具體形狀尺寸如下圖。沈陽理工人學課程設計說明書11鉗口夾鉗口尺寸主要依據夾鉗料頭的直徑而定。應保證夾料鉗子能被自由的操作，在調頭鍛 造時能防止下鍛件的相鄰端部。有表查得鉗口的尺寸值：鉗口寬度 B二100mm h二50mm R。= 15 mm鉗口的長度值可按模膛排布而定。鉗口頸尺寸的確定：選取其參數值尺寸：鉗口頸高度a和寬度b分別為：2.5mm和8mm 鉗口頸尺寸：L> 0. 5So其中S。一模壁最小厚度。終鍛型槽是按熱鍛件圖加工和檢驗的，搖

25、臂的材料為45鋼，考慮收縮率為1.5%, 各尺寸等比例放大即為熱鍛件圖（見下圖熱鍛件圖）11沈陽理工人學課程設計說明書熱鍛件5.2拔長型槽尺寸的確定拔長型槽的主要作用是使批表局部截面積減小，長度增加，還兼有清除氧化皮的作 用，拔長型槽的位置在模塊邊緣，有坎部，倉部和鉗口三部分組成。選擇開式拔長型槽，其拔長平臺截面呈矩形，邊緣敞開，如圖所示拔長型槽沈陽理工人學課程設計說明書這種結構形式簡單，制造方便。拔長型槽是以毛坯為依據進行設計的，主要確定拔 長坎高度a,寬度B,拔長坎長度c等尺寸。45. 2.1坎高a因其拔長后還須要滾擠制坯，坎高a應按計算毛坯桿部平均截面積來確定坎高：& =匕匹 =

26、37mm%f 計算毛坯桿部體積：一計算毛坯桿部的長度心一系 Ql桿數，與計算毛坯桿部長度有關，這里k2 = 0.85【3】 5.2.2坎長c值得的確定拔長臺有適當的長度c,太短會影響坯料表面質量，不光滑，太長乂會影響拔長效 率，根據生產經驗確定如下拔長坎長度：c = &d坯二1.5X70二105mmd坯毛坯的直徑；匕一系數，和待拔長部分長度L坯與毛坯直徑d坯只比有關，心二1.35.2.3型槽寬度B值的確定直排時:B=k.d（1020） =1.35X70+15=109. 5mmD 坯/mm小于404080大于80K41.51. 351.2倉部深度 e二2a二2 X 34二58mm型槽長度

27、 L=L 拔+5=229. 8+5=234. 8mm R=0. 25c二26. 25mm, R產2. 5c=262. 5mm5. 3滾擠型槽的確定滾擠型槽設計：采用閉式滾擠。16型槽高度h = kd,計算的結果列于表中，按截面的高度繪制滾擠型槽縱剖面外 形，然后用圓弧或直線光滑連接，并適當簡化。毛刺槽的尺寸的確定，根據鍛模設計手冊，選取毛刺槽尺寸如下: 表5-1毛刺槽尺寸參數a (mm)C (mm)b (mm)R3R4數值62540106(5.2. 1)(5. 2. 2)夾鉗口尺寸的確定：n = 02d° + 6 = 0.2x70 + 6 = 20訕m = (1 2)/7 = 30并

28、/? = 0. Id。+ 6 = 0.1 x 70 + 6 = 13mm（5. 2. 3）型槽的長度等于計算毛坯圖的長度。5.4型槽排列方式及鍛模結構設計（1）型槽布置方式：模鍛此搖臂的2t模鍛錘機組，加熱爐在錘的右方，故拔長型槽布置在右邊，滾擠 型槽布置在鍛模左邊，拔長型槽、滾擠型槽應以終鍛型槽為中心左右對稱排布，并盡可 能使型槽中心與打擊中心重合。（2）模塊尺寸的選擇： 承擊面：查教材表4-29得，2噸錘的最小承擊面為500cm",承擊面積為模塊在分 模平面上的面積減去各型槽，毛邊槽，鎖扣和鉗口所占面積。經計算符合要求。 模塊尺寸規格：模塊高度根據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不小于鍛錘允許的最小閉合高度，由教材表4-34查得2t 鍛錘的最小閉合高度為400 mmo考慮到鍛模翻修的需要，鍛模總高度H模二（1.351.45）出工二580mm：模塊長度L=560mm：模塊寬度B二500mm。（3）燕尾槽、鍵槽和起重孔等尺寸按標準選取，具體數據見表5-2。表5-2錘鍛模燕尾b/mmh/mmbi/nnndXS (mm X mm)30065.57530X60燕尾槽、其重孔等尺寸按標準選取，具體見裝配圖。鎖