畢業(yè)設計鍛造工藝分析與模具設計
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鍛造模具設計 摘要 模具是機械制造業(yè)中技術先進、影響深遠的重要工藝裝備,具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、制件質量優(yōu)良、工藝適應性好等特點,被廣泛應用于汽車、機械、航天、航空、輕工、電子、電器、儀表等行業(yè)。隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車性能不斷提高，汽車零部件中對高精度、形狀復雜鍛件的需求量越來越大，鍛造新工藝、省材、節(jié)能工藝等技術的開發(fā)對于新型汽車零件的生產(chǎn)尤為重要。我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質量、技術和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經(jīng)濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復雜、長壽命的高檔模具每年仍大量 進口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進口。 本文主要是以軸類鍛件的生產(chǎn)，加工工藝等，設計制造了，一些模具，包括，墮輪鍛件的鐓粗，終鍛等后期加工模具。 首先介紹了，模具的一些簡單情況，模具的分類，發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢等，其次介紹了，零件的工藝性，毛坯的制定，鐓粗，終鍛模膛的設計，包括飛邊槽的設計。 關鍵詞：模具，終鍛模膛，飛邊槽，鉗口，鐓粗 An inert wheel forging the design specification Abstract Mold is mechanical manufacturing technology advanced, profoundly important technical equipment，High production efficiency, material with high efficiency and good quality, technology parts good adaptability etc. Characteristics. Widely used in motor vehicles, machinery, aerospace, aviation, light industry, electronics, electric appliances, instruments and other industries. With the rapid development of Chinas automobile industry, The cars performance to improve, Auto parts of high precision, complicated shape of forging an increasing demand for, Forging new craft, material, energy saving technology province technology development for new type of car parts production is especially important. Our country stamping die in the number no matter, or in quality, technology and ability are already has great development, But with the national economy needs and the advanced world level, compared to a gap still, Some large, sophisticated, complex, the long life of high-grade die every year in the importation of large still, Especially in high-grade car covering mould, at present still mainly rely on imports. The paper is an inert round of forging production, Processing techniques, Design and manufacturing, some mould, including, fall round of forgings upsetting, eventually forging, and trimming punching production processing mould. Firstly introduces, die some simple case, the classification of mould, development situation and trends, Secondly introduces, the technology of parts, blank the formulation, the upsetting, and the design of the chamber forging die, Including flash slots of design, Introduced again, trimming punching the design of the composite film. Key words: Mould, Finally bore, Flash tank, Clamp mouth, Upsetting, Trimming, punching 目錄 1．緒論 1 1.1模具工業(yè)簡介 1 1.2模具分類 1 1.3熱鍛的目的有三方面 2 1.4我國鍛造模具發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 2 2.課題的分析擬定 3 2.1零件的工藝性分析 3 2．1.1制件的技術要求 4 2．1.2確定工藝方案 4 3.制定鍛件圖 5 3.1確定分型面 5 3.2確定加工余量和公差 6 3.3估算鍛件質量m 7 3.4計算加工余量公差 7 3.5技術條件 7 3.6模鍛斜度 8 4.設計終鍛模膛 9 4.1繪制齒輪熱鍛件圖 9 4.2確定飛邊槽的尺寸 10 4．2.1飛邊槽形式 10 4.2.2飛邊槽的作用： 11 4.2.3飛邊槽的尺寸確定方法： 11 4.3鉗口的確定 12 5.制坯模膛的設計 14 5.1確定終鍛模設備噸位 15 5.2設計制坯模鍛 15 5.3制坯工步的確定 15 5.4確定坯料長度 17 6.鍛模結構設計 17 6.1模膛布置 17 6.2鐓粗臺的設計 17 6.3模塊尺寸及要求 18 6.4模塊材料 19 6.5燕尾槽尺寸 19 7.模鍛工藝流程 19 8.鍛模模具材料及其熱處理的確定 24 8.1鍛錘模及切邊模模具材料的確定 24 8.2模具材料熱處理的硬度要求 25 9.熱鍛模的失效形式 25 結論 26 致謝 27 參考文獻 28 1．緒論 1.1模具工業(yè)簡介 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎工業(yè)之一。模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎工藝裝備，是一種高附加值的高精密集型產(chǎn)品，也是高新技術產(chǎn)業(yè)化的重要領域，其技術水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志。 隨著電子、信息等高新技術的不斷發(fā)展，模具技術的發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢。1. 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展2.模具制造向精密、高效、復合和多功能方向發(fā)展。3.快速經(jīng)濟制模技術得到應用。4.特種加工技術有了進一步的發(fā)展。5.模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展。6.模具材料及表面處理技術發(fā)展迅速。7.模具工業(yè)新工藝、新理念和新模式逐步得到了認同。 在專用模鍛設備上利用模具使毛坯成型而獲得鍛件的鍛造方法。此方法生產(chǎn)的鍛件尺寸精確，加工余量較小，結構也比較復雜生產(chǎn)率高。 1.2模具分類 模具分為冷沖壓模具、熱鍛模具、塑料模具、鑄造模具、橡膠模具和玻璃模具等。模鍛的分類根據(jù)設備不同，模鍛分為錘上模鍛，曲柄壓力機模鍛，平鍛機模鍛，摩擦壓力機模鍛等。錘上模鍛所用的設備為模鍛錘，通常為空氣模鍛錘，對形狀復雜的鍛件，先在制坯模腔內(nèi)初步成形，然后在鍛模腔內(nèi)鍛造。精密模鍛則是在模鍛基礎上發(fā)展而來，能夠鍛造一些復雜形狀，尺寸精度高的零件，如：錐齒輪，葉片，航空零件等。在模鍛錘或壓力機上用鍛模將金屬坯料鍛壓加工成形的工藝。 模鍛工藝生產(chǎn)效率高，勞動強度低，尺寸精確，加工余量小，并可鍛制形狀復雜的鍛件；適用于批量生產(chǎn)。但模具成本高，需有專用的模鍛設備，不適合于單件或小批量生產(chǎn)。 模鍛的工序為制坯、預鍛和終鍛。終鍛模的模膛是按鍛件的尺寸、形狀，并加上余量和偏差確定的。模鍛一般分開口模鍛和閉口模鍛兩種：開口模鍛的模膛周圍有毛邊槽，成形后多余的金屬流入槽內(nèi),最后將毛邊切除；閉口模鍛只在端部有很小的毛邊,如果坯料精確,也可以不出毛邊。 鍛造按坯料在加工時的溫度可分為冷鍛和熱鍛。冷鍛一般是在室溫下加工，熱鍛是在高于坯料金屬的再結晶溫度上加工。有時還將處于加熱狀態(tài)，但溫度不超過再結晶溫度時進行的鍛造稱為溫鍛。不過這種劃分在生產(chǎn)中并不完全統(tǒng)一。 1.3熱鍛的目的有三方面： （1） 減少金屬的變形抗力，因而減少壞料變形所需的鍛壓力，使鍛壓設備噸位大為減少； （2） 改變鋼錠的鑄態(tài)結構，在熱鍛過程中經(jīng)過再結晶，粗大的鑄態(tài)組織變成細小晶粒的新組織，并減少鑄態(tài)結構的缺陷，提高鋼的機械性能； （3） 提高鋼的塑性，這對一些低溫時較脆難以鍛壓的高合金鋼尤為重要。[模鍛是使用鍛模對毛坯進行成型鍛造，它的精度較高，只需要少量的切削加工，或者不需要切削加工，就可以獲得精確的尺寸，效率非常高。但需要制造模具和要求較高的鍛造設備，因此初期投入較大，適合大批量的生產(chǎn)。主要設備有摩擦壓力機，平鍛機，水壓機，油壓機等。 1.4我國鍛造模具發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 鍛造加工作為制造業(yè)的一個重要分支，廣泛應用于工業(yè)制造中。鍛造產(chǎn)品主要用于汽車、飛機、機車車輛、工程機械、石化通用等行業(yè)，汽車用鍛件占到總量的90%。按重量計算，汽車零件中有17~19%的鍛件。鍛件也是汽車零部件中的“保安件”，汽車發(fā)動機所使用的曲軸、連桿、凸輪軸，前橋所需的前梁、轉向節(jié)，后橋使用的半軸、半軸套管、橋箱內(nèi)的傳動齒輪等等，都是關系汽車安全運行的保安關鍵鍛件。2003我國年的鍛件產(chǎn)量為300萬噸左右，模鍛件產(chǎn)量為200萬噸左右。我國是鍛件生產(chǎn)大國，鍛件產(chǎn)量居世界第一。隨著中國汽車工業(yè)的進一步發(fā)展，鍛件的需求量會持續(xù)增長。 為提高市場競爭力，企業(yè)對模具的要求也越來越苛刻。用戶不只是希望模具的成型精度和表面質量滿足需求，使用壽命長，還特別要求盡量縮短模具交貨周期以縮短其產(chǎn)品開發(fā)周期。為了適應市場要求，新的加工理念，逐漸改變傳統(tǒng)模具制造的工藝方式，現(xiàn)代高速、高效的數(shù)控銑削加工方法的應用，大大提高了模具制造的精度和效率。模具制造進入一個以模具計算機輔助設計、輔助制造為主的新階段，CAD/CAM技術在鍛模開發(fā)過程中得到了極為普遍的應用。 中國模具行業(yè)與發(fā)達國家相比存在著開發(fā)技術不成熟、產(chǎn)業(yè)化程度不高、專業(yè)化分工不細和人才匱乏等問題；而且，目前國內(nèi)模具材料市場仍落后于模具工業(yè)的需要，主要是模具材料品種少、質量低和中低端產(chǎn)品供大于求等問題；以上原因最終導致國內(nèi)鍛造企業(yè)使用的模具失效頻繁、模具的鍛打壽命不高，從而使模具成本提高，最終影響到企業(yè)的整體經(jīng)濟效益。因此，鍛造企業(yè)始終千方百計地尋求降低成本的方法。修復廢舊模具、提高模具壽命就成為降低鍛造成本的重要途徑之一。 2.課題的分析擬定 2.1零件的工藝性分析 由圖1-1可知，該零件為錘模鍛件，普通級精度，用半連續(xù)式爐加熱，該零件材料45#,軸類零件的最大厚度為62.05mm,最小厚度為30.4mm，該零件屬于軸類零件，錘鍛時打擊方向一致，金屬沿長寬高方向同時流動。對于體積小，形狀簡單的軸類零件，可由原始坯料直接鍛造成形。 其模鍛的基本工藝路線：鐓粗—終端 圖1-1 2．1.1制件的技術要求 a) 未有注出模斜度7，R5 b) 正火dB≥3.9(HB≤241) c) 毛刺≤1，孔內(nèi)≤2 d) 表面缺陷：不加工面≤1，加工表面≤實際余量的 e) 錯差≤1 f) 尺寸按交點注 g) 未注公差尺寸不檢查 2．1.2確定工藝方案 由零件圖可知零件有孔，屬于軸類鍛件。鍛件中需設置毛邊槽，所以該鍛件的工藝方案如下：在機械化爐中預熱——用1000t剪床剪切下料——在半連續(xù)式爐中加熱——用2t錘上模鍛（鐓粗、終鍛）———正火——在酸洗槽中清理。 表2-1 工藝卡 序號 工藝路線 設備 模具號 1 預熱 機械化爐 2 切料 1000噸剪床 3 加熱 半連續(xù)式爐 4 模鍛 2噸鍛 10-16 5 Ⅰ鐓粗Ⅱ終鍛 6 正火 7 清理 噴丸機 8 入庫 3.制定鍛件圖 3.1確定分型面 鍛模的分模面是指上下鍛模的分接面。分模輪廓線是指終鍛模膛分模面與鍛件輪廓交線。分模面的選擇應按以下原則進行： （1）要保證模鍛件能從模膛中順利取出，并使鍛件形狀盡可能與零件形狀相同，一般分模面應選擇在模鍛件最大水平投影尺寸的截面上。 （2）按照選定的分模面制成鍛模后，應使上下模沿分模面的模膛輪廓一致，以便在安裝鍛模和生產(chǎn)中容易發(fā)現(xiàn)錯?，F(xiàn)象。 （3）最好使分模面為一個平面，并使上下鍛模的模膛深度基本一致，差別不宜過大，以便均勻充型。 （4）選定的分模面應使零件上所加的熬料最少。 （5）最好把分模面選取在能使模膛深度最淺處，這樣可使金屬很容易充滿模鍛，以便取出鍛件。 按上述原則綜合分析，該工件高徑比H/D=112/217<1是短軸類零件，因此取徑向分模，根據(jù)零件形狀知道，分模面選在最大直徑處，即約距最下端48㎜處，即用圖中的A-A面為分模面最合適。 參照零件圖選擇分模面最合理，如下圖： 3.2確定加工余量和公差 模鍛件水平方向尺寸公差見下表3-1， 表3-1 模鍛件內(nèi)外表面的加工余量見表3-2 表3-2 3.3估算鍛件質量m 預選加工余量為為2mm,計算鍛件體積。將鍛件分解為簡單的幾何體相加減，取鍛模斜度中間值（預設外模鍛斜度；內(nèi)模鍛斜度），圓角半徑忽略不計。毛坯重6.66Kg鍛件質量為5.08Kg 3.4計算加工余量公差 零件加工精度為一般加工精度，鍛件在半連續(xù)式爐中加熱，查表5.27，水平及高度方向單邊加工余量為2-2.5㎜，鍛件內(nèi)孔直徑機械加工單邊余量為2㎜，查表5.26。 3.5技術條件 （1）圖上未注明模鍛斜度為7ο； （2）圖上未注明圓角半徑為R5； （3）查《鍛模簡明設計手冊》表5.18【1】知，允許的錯差量≤1.5㎜； （4）鍛件熱處理：正火達到dB=39(HB≤241)； （5）鍛件表面清理：噴丸； （6）尺寸按交點注； （7）未注尺寸公差不檢查； 3.6模鍛斜度 為便于從模膛中取出鍛件，模鍛件上平行于錘擊方向的表面必須具有斜度，稱為模鍛斜度，一般5～15之間。取外模鍛斜度；內(nèi)模鍛斜度 4.設計終鍛模膛 終鍛型槽是各種型槽中重要的型槽，用來完成鍛件最終成形，終鍛件型槽按熱鍛件圖制造和檢驗。所以終鍛模膛設計的主要內(nèi)容是繪制熱鍛件圖，供制造模膛用，熱鍛件圖以冷鍛件圖為依據(jù)，熱鍛件圖的尺寸標注，高度方向尺寸以分模面為基準，以便于鍛模機械加工和準備檢驗樣板。其次考慮到金屬冷縮現(xiàn)象，熱鍛件圖上所有的尺寸應計入收縮率，即: L=l(1+δ) L—熱鍛件尺寸 l—冷鍛件尺寸 δ—終鍛溫度下金屬的收縮率 鋼的收縮率一般為0.8％—1.5％，此鍛件考慮收縮率為1.5％。 則可計算出熱鍛件圖各尺寸，模鍛斜度和內(nèi)外圓角的尺寸與冷鍛件圖相同，于是可繪制出熱鍛件圖，如下圖所示 由于此鍛件形狀并不復雜，所以并不需要設置預鍛模膛。 4.1繪制齒輪熱鍛件圖 151（1＋0.015）mm＝153.27mm 114（1+0.015）mm＝115.71mm 42（1＋0.015）mm＝42.63mm 80（1+0.015）mm＝84.71mm 9.5（1＋0.015）mm＝9.64mm 61（1＋0.015）mm＝61.92mm 21（1＋0.015）mm＝21.36mm 繪制熱鍛件圖如下： 4.2確定飛邊槽的尺寸 4．2.1飛邊槽形式 分為a、標準形 b、倒置形 c、雙倉形 d、帶阻力溝形 e、不對稱形 4.2.2飛邊槽的作用： （1）增加金屬流出模膛阻力，使金屬充滿模膛； （2）容納多余金屬； （3）鍛造時飛邊起緩沖作用，減弱上模對下模的打擊，使模具不易壓塌和開裂； （4）飛邊處厚度較薄，便于切除。 4.2.3飛邊槽的尺寸確定方法： （1）按照鍛件在水平面上的投影面積。 （2）也可按照鍛錘噸位確定飛邊槽的尺寸。 查《鍛造工藝學與模具設計》表4—14的飛邊槽結構形式如下圖所示 4.3鉗口的確定 鉗口:指在鍛模的模鍛模膛前面加工的空腔，它一般由夾鉗口與鉗口頸兩部分組成。 鉗口的主要用途:在模鍛時放置棒料及鉗夾頭。在鍛模制造時，鉗口還可作為澆鑄金屬鹽溶液（如30%KNO3和70%NaNO3或鉛熔液）的澆口，澆鑄件用作檢驗模膛加工品質和合模狀況。 鉗口頸用于加強夾鉗料頭與鍛件之間的連接強度。 軸類鍛件，設計鉗口只是為了鍛出模方便和用作澆口，如鉗口只起澆口作用，則寬度B=G＋30（mm），G為鍛件質量（㎏） 鍛錘噸位（kN） ＜20 30 50 100 160 B(mm) 50 65 80 100 120 圖8.8用于模鍛齒輪等短軸類鍛件。 如下圖所示： 5.制坯模膛的設計 5.1確定終鍛模設備噸位 按表（4—4）選用20KN錘即2噸模鍛錘 5.2設計制坯模鍛 制坯工步的作用是為了初步改變原坯料的形狀，合理地分配坯料，以適應鍛件橫截面積和形狀的要求，使金屬能較好的充滿型槽。不同形狀的鍛件采用的制坯工步不同。制坯模膛有以下幾種。 （1）拔長模膛 減小坯料某部分的橫截面積，以增加其長度。如圖2-19所示。 圖2-19 拔長模膛 a）開式 b）閉式 （2）滾擠模膛 減小坯料某部分的橫截面積，以增大另一部分的橫截面積。主要是使金屬坯料能夠按模鍛件的形狀來分布。滾擠模膛也分為開式和閉式兩種，如圖2-20所示。 圖2-20 滾擠模膛 a）開式 b）閉式 （3）彎曲模膛 使坯料彎曲，如圖2-21所示。 圖2-21 彎曲模膛 （4）切斷模膛 在上模與下模的角部組成一對刃口，用來切斷金屬，如圖2-22所示?？捎糜趶呐髁仙锨邢洛懠驈腻懠锨秀Q口，也可用于多件鍛造后分離成單個鍛件。 圖2-22 切斷模膛 此外，還有成形模膛、鐓粗臺及擊扁面等制坯模膛。 （5）制坯工步的確定 齒輪鍛件常用的鐓粗和終鍛兩個工步 在鐓粗時坯料圓柱的氧化皮可以去掉 將鐓粗后的圓餅立起來輕壓一下可去掉坯料端面的氧化皮 5.3制坯工步的確定 短軸類鍛件工步一般采用鐓粗—終鍛（或鐓粗——成形——終鍛）。查表7-13得，輪轂較高的鍛件，鐓粗后毛坯的直徑D應在 D2
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