五档轴模锻设计

锻造工艺学与模具设计报告齿轮轴锤锻模设计ysu2014-01-05小组成员：班级：指导教师：金赵前言锻造是制造业的基础工序之一，是机械产品不可缺少的重要环节。锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压（锻造与冲压）的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。锻造生产是机械制造工业中提供机械零件毛坯的主要加工方法之一。通过锻造，不仅可以得到机械零件的形状，而且能改善金属内部组织，提高金属的机械性能和物理性能。一般对受力大、要求高的重要机械零件，大多采用锻造生产方法制造。如汽轮发电机轴、转子、叶轮、叶片、护环、大型水压机立柱、高压缸、轧钢机轧辊、内燃机曲轴、连杆、齿轮、轴承、以及国防工业方面的火炮等重要零件，均采用锻造生产。因此，锻造生产广泛的应用于冶金、矿山、汽车、拖拉机、收获机械、石油、化工、航空、航天、兵器等工业部门，就是在日常生活中，锻造生产亦具有重要位置。从某种意义上说，锻件的年产量，模锻件在锻件总产量中所占的比例，以及锻造设备大小和拥有量等指标，在一定程度上反映了一个国家的工业水平。锻造可分为自由锻、镦粗、挤压、模锻、闭式模锻、闭式镦锻等。本文以实际例子说明锤上模锻的设计过程，限于小组成员能力有限，错误和谬误在所难免，敬请老师指正。谢谢！关键字：齿轮轴锤锻模deform等目录1.零件分析及工艺方案确定-------------------------------12.锤上模锻件设计-------------------------------------------23.锤上模锻工艺设计----------------------------------------64.锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定-------------115.锤用锻模设计------------------------------126.锻锤模加工精度和表面质量------------------197.锻模成本与锻件售价估计--------------------238.确定模具材料及热处理的要求---------------239.模锻工艺流程确定--------------------------2410.锻模二维三维图---------------------------2411.deform模拟------------------------------2712.心得体会---------------------------------------------------3013.组内成绩---------------------------------------------------3114.参考文献---------------------------------------------------311.零件分析及工艺方案确定1.1零件的分析如下图为零件二维图，该零件为一五档齿轮轴，尺寸标注相当齐全，对零件的整体形状尺寸，表面粗糙度进行分析，此零件的材料为45号钢，材料性能稳定。1.2工艺方案的确定根据上述分析，结合生产批量要求，生产设备，制模能力等进行全面分析，初步确定出为锤锻模加工工艺。分析：齿轮轴的螺纹、齿轮和孔等都由后续加工获得，模锻只需锻造轴形状。由于后段阶梯较小可锻成一杆。1.3零件的三维建模根据零件的二维图，利用软件画出零件三维。如下图：2.锤上模锻件设计2.1确定分模面因为锻件为回转体，选择轴线所在面为分模面。为了便于采用标准刀具制造模具，选择两端面的拔模高度为5度。如下图:2.2计算锻件复杂情况----S锻包锻包/锻件的体积锻件外包容体的体积由上式计算出S=0.34该零件为一般件，形状复杂系数为S2。2.3锻件材料的材料系数材质系数按锻压的难易程度划分等级，材质系数不同，共公差不同。由于锻件材料为45钢，所以材料系数为M1级。2.4确定机械加工余量根据零件工程图，估算得锻件的质量为m=3.2kg，零件材料为45号钢，然后由有关手册查得：锻件表面机械加工余量2mm(1.7~2.2mm)，直径方向上偏差为+1.4，下偏差为-0.6，长度方向上偏差为+1.5，+1.7，下偏差为-0.7，-0.8。2.5确定技术要求1.确定模锻斜度：根据零件图分析，查得模锻斜为5°2.确定圆角半径:查相关手册得：各部位圆角半径R=3mm，零件图上规定的圆角半径不变。3.允许错差量0.8mm2.6冷锻件二维图2.7冷锻件三维图2.8验证由于之前公差等由锻件估算得到，所以需要验证。经计算：2=0.510.320.520.633.52W443139.6mmW860743.6mmSmkg锻包=符合之前计算该零件为一般件,锻件质量所取加工工余量和偏差均符合。2.9热锻件二维图热锻件图以冷锻件图为依据，但又有所区别。首先热锻件的尺寸标注，高度方向尺寸标注以分模面为基准，以便于锻模机械加工和准备检验样板。其次考虑到金属的冷缩现象，热锻件图上的所有尺寸应计入收缩率，按下列公式计算：1L由于材料为45号钢，收缩率取0.8%--1.5%,取1.2%2.10热锻件三维图3.锤上模锻工艺设计3.1计算锻件的主要参数（1）.锻件在平面上的投影面积11207mm²（2）.锻件毛边长度为738.7mm（3）.锻件体积为443139.6m³（4）.锻件的质量为3.5kg3.2确定锻锤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。按4~5t锤飞边槽尺寸考虑，假定飞边平均宽度为20mm。总的变形面积：S=11207+738.7×20=25981mm²按确定45钢模锻锤吨位的经验公式：G=（3.5~6.3）kFF为锻件本体和毛边在水平面投影面积F=S=25981mm²根据材料查表确定锻锤吨位取k=1.0系数取5计算得G=0.91~1.63kg选用1.5t锻锤。3.3确定毛边的形状与尺寸选用如图所示I型飞边槽，其尺寸由《锻压手册》中查得。其优点是桥部设在上模块，与坯料接触时间短，吸收热量少，因而温升少，能减轻桥部磨损或避免压塌。选定飞边槽的尺寸为：h1=4.0mm，hf=1.8mm，b=8mmb1=28mm，r=1mm，F飞=150mm²得锻件毛边体积3V66483mm毛二维图：3.4绘制计算毛坯图根据零件形状特点，选取多个截面，分别计算分别计算F锻，F毛，F计列于表1,并在坐标纸上绘出连接头的截面图和直径图。为设计滚挤型槽方便,计算毛坯图按冷锻件尺寸计算。按体积相等修正截面图和直径图。计算繁重系数：2mmaxA2489.7=1.1356.474.21.3156.42424.2956.4mmmmmmmdAdmmddLd计由计算毛坯图可得min53.3938.220.0750.0524241ddKL拐杆式中—金属流向头部的繁重系数；—金属沿轴向流动的繁重系数；k—杆部斜率；maxd—计算毛坯的最大直径；mind—计算毛坯的最小直径；拐d—杆部与头部转接处的直径；杆L—计算毛坯的杆部长度。分析：值越大，表明金属流到头部的金属体积愈多；值愈大，则轴向流动的距离愈长；K值愈大，表明杆部锥度大，小头一端的金属愈为过剩；锻件质量G愈大，表明金属量大，制坯更困难。因此繁重系数代表了制坯时需转移金属量的多少，金属转移时的难易程度，作为选择制坯工步的依据。模锻时，坯料按照锻件的复杂程度和具体生产条件，在锻模的一系列模膛中逐步变形，最后成为锻件。坯料在每一模膛中的变形过程叫做模膛工部，而工部的名称与所用模膛的名称是相应一致的。此锻件长度与截面相差较大，为长轴类锻件，查表确定制坯工步为拔长，闭式滚挤，模锻工步为终锻。拔长后进行滚压，使坯料表面光滑，氧化皮去处干净，金属分配准确，防止锻件产生折叠，终锻模膛布置在锻模打击中心上以减少错移。根据以上所算数据，查表确定制坯工步为拔长，滚挤，模锻工步为预锻、终锻。3.5确定变形工步由查表确定变形工步：1.下料2.拔长3.滚挤4.终锻3.6坯料尺寸的确定3.6.1坯料直径计算拔长加滚挤联合制胚时：F坯=（0.75-0.95）Fmax因为最大截面区长度较短时，系数取小值F坯=0.75×Fmax=0.75×π×(74.2÷2)²=3241.4mm²则：r/3241.4/3.1432.1mmF胚所以D=2×32.1=64.2mm由原材料规格，查得D=65mm3.6.2坯料的长度计算2、坯料的长度计算采用室式天然气炉，烧损率取2%根据公式求得坯料体积：V坯=（V件+V毛）×（1+δ）=509622.6mm²所以L坯=V坯／F坯=509622.6／3316.6=153.6mmF坯-------坯料截面积考虑钳口长度取20mmL坯=153.6+20=173.6mm取L=175mm4.锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定4.1确定加热方式，及锻造温度范围在锻造生产中，金属坯料锻前加热的目的：提高金属塑性，降低变形抗力，即增加金属的可塑性，从而使金属易于流动成型，并使锻件获得良好的组织和力学性能。金属坯料的加热方法，按所采用的加热源不同，可分为燃料加热和电加热两大类。根据锻件的形状，材质和体积，采用半连续炉加热。金属的锻造温度范围是指开始锻造温度（始锻温度）和金属锻造温度（终锻温度）之间的一段温度区间。确定锻造温度的原则是，应能保证金属在锻造温度范围内具有较高的塑性和较小的变形抗力。并能使制出的锻件获得所希望的组织和性能。查有关资料确定锻件的始段锻温度为1200℃，终锻温度为800℃4.2确定加热时间加热时间是坯料装炉后从开始加热到出炉所需的时间，包括加热个阶段的升温时间和保温时间。在半连续炉中加热，加热时间可按下式计算：D=0.13×6.5=0.845(h)式中D—坯料直径或厚度，6.5cm；—钢化学成分影响系数，取0.13（h/cm）。4.3确定冷却方式及规范按照冷却速度的不同，锻件的冷却方法有3种：在空气中冷却，冷却速度快；在灰沙中冷却，冷却速度较慢；在炉内冷却，冷却速度最慢。根据本锻件的形状体积大小及锻造温度的影响，选择在空气中冷却。4.4确定锻后热处理方式及要求锻件在机加工前后均进行热处理，其目的是调整锻件的硬度，以利锻件进行切削加工，消除锻件内应力，细化晶粒等。根据锻件的含碳量及锻件的形状大小，采用在连续热处理炉中，调质处理。可使锻件获得良好的综合力性能。5.锤用锻模设计5.1钳口的设计终锻形槽前端留下的凹腔叫钳口。钳口主要用来夹持坯料的夹钳和便于从形槽中取出锻件。其具体形状尺寸如下图。夹钳口尺寸主要依据夹钳料头的直径而定。应保证夹料钳子能被自由的操作，在调头锻造时能防止下锻件的相邻端部。有表查得钳口的尺寸值：B=130mmh=60mmR0=15mm钳口的长度值可按模膛排布而定。钳口颈尺寸的确定：选取其参数值尺寸：钳口颈高度a和宽度b分别为：2.5mm和8mm钳口颈尺寸：L≥0.5S0其中S0－模壁最小厚度。5.2终锻型槽的设计终锻形槽是各种型槽中最重要的型槽，用来完成锻件最终成型，终锻件图安热锻件图加工和检验，所以设计终端形槽须按热锻件图设计。终锻型槽设计如下：5.3拔长型槽尺寸的确定拔长型槽的主要作用是使批表局部截面积减小，长度增加，还兼有清除氧化皮的作用，拔长型槽的位置在模块边缘，有坎部，仓部和钳口三部分组成。选择开式拔长型槽，其拔长平台截面呈矩形，边缘敞开。这种结构形式简单，制造方便。拔长型槽是以毛坯为依据进行设计的，主要确定拔长坎高度a，宽度B，拔长坎长度c等尺寸。5.3.1坎高a的确定因其拔长后还须要滚挤制坯，坎高a应按计算毛坯杆部平均截面积来确定。22320.85==20135VakLVLkkVmmLmmamm杆杆杆----计算毛坯