目 錄 1 設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備 1 1 1 零件分析 1 1 1 1 零件的結(jié)構(gòu)分析 1 1 1 2 零件材料的特性分析 1 1 1 3 鍛件的加工要求 1 1 2 工藝方案確定 1 2 錘上模鍛件設(shè)計(jì) 2 2 1 選擇分模面 2 2 2 確定模鍛件加工余量及公差 2 2 2 1 鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù) 2 2 2 2 鍛件的質(zhì)量 3 2 2 3 鍛件的材質(zhì)系數(shù) 3 2 2 4 模鍛件的精度等級(jí) 3 2 2 5 確定鍛件公差和余量 3 2 2 6 模鍛斜度 3 2 2 7 鍛件技術(shù)要求 4 2 3 計(jì)算鍛件基本數(shù)據(jù) 4 3 確定鍛錘的噸位 5 4 確定飛邊槽及尺寸 6 5 確定終鍛型槽 7 6 設(shè)計(jì)預(yù)鍛型槽 7 7 繪制計(jì)算毛坯圖 7 8 制坯工步的選擇 8 9 確定坯料尺寸 8 10 制坯型槽設(shè)計(jì) 9 10 1 滾擠型槽設(shè)計(jì) 9 10 2 拔長型槽設(shè)計(jì) 10 11 錘用鍛模設(shè)計(jì) 10 11 1 鉗口尺寸確定 11 11 2 模塊尺寸 11 12 鍛前加熱鍛后冷卻及熱處理要求的確定 11 12 1 確定加熱方式 及鍛造溫度范圍 11 12 2 確定加熱時(shí)間 12 12 3 確定冷卻方式及規(guī)范 12 12 4 確定鍛后熱處理方式及要求 12 參考文獻(xiàn) 13 1 設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備 1 1 零件分析 1 1 1 零件的結(jié)構(gòu)分析 轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車底盤上的關(guān)鍵零件 根據(jù)車型可分為重型汽車轉(zhuǎn)向節(jié) 中型汽車轉(zhuǎn) 向節(jié) 輕型汽車轉(zhuǎn)向節(jié) 微型汽車轉(zhuǎn)向節(jié) 客車轉(zhuǎn)向節(jié)和轎車轉(zhuǎn)向節(jié)六大類 按其形 狀特征可分為長桿類 中心孔類和套管類三種 長桿類轉(zhuǎn)向節(jié)主要由桿部 法蘭和枝 權(quán)構(gòu)成 中心孔類轉(zhuǎn)向節(jié)主要由基座 法蘭和枝權(quán)構(gòu)成 基座中心帶孔 套管類轉(zhuǎn)向 節(jié)主要由長桿 套管和法蘭構(gòu)成 轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車轉(zhuǎn)向橋上的主要零件 形狀比較復(fù)雜 其形狀兼具有軸類 盤類和叉 架類等零件的特點(diǎn) 轉(zhuǎn)向節(jié)既支撐車體重量 又傳遞轉(zhuǎn)向力矩和承受前輪剎車制動(dòng)力 矩 因此對(duì)其機(jī)械性能和外形結(jié)構(gòu)要求嚴(yán)格 是汽車上的重要安全零件之一 1 1 2 零件材料的特性分析 該鍛件材料為 18CrMnTi 是合金結(jié)構(gòu)鋼 是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的不銹鋼 密度為 7 85g cm3 18CrMnTi 的預(yù)鍛溫度為 1200 終鍛溫度為 800 1 1 3 鍛件的加工要求 模鍛斜度 7 精度為普通級(jí) 1 2 工藝方案確定 根據(jù)零件的形狀以及要求大批量生產(chǎn) 因此選用錘上模鍛 2 錘上模鍛件設(shè)計(jì) 2 1 選擇分模面 分模面是指模鍛件在可分的模腔中成型時(shí) 組成模具型腔的各模塊的分合面 鍛 件分模位置合適與否 關(guān)系到鍛件成形 鍛件出模 材料利用率等一系列問題 為了 提高鍛件質(zhì)量合生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性 并使鍛模結(jié)構(gòu)盡量簡單 防止上下模錯(cuò)移 分模 面盡可能采用直線狀 如圖 2 1 分模面的位置所示 圖 2 1 分模面的位置 2 2 確定模鍛件加工余量及公差 2 2 1 鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù) 鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù) S 時(shí)鍛件質(zhì)量或體積 Gd V d 與其外廓包容體的質(zhì)量或體 積 G b V b 的比值 即 2 1 bd 其中 Vd 鍛件體積 Vb 外廓包容體的體積 Gd 鍛件質(zhì)量 Gb 外廓包容體的體積 經(jīng)估算 318640mVd 52b 8 3 S 查鍛件形狀復(fù)雜程度等級(jí)表 1 得該鍛件形狀復(fù)雜程度級(jí)別為 S2 級(jí) 形狀復(fù)雜程 度為一般 2 2 2 鍛件的質(zhì)量 鍛件的質(zhì)量可以根據(jù)鍛件圖的名義尺寸進(jìn)行計(jì)算 即 2 2 vm 其中 材料密度 取 7 85 g cm3 V 鍛件體積 取 1863640mm3 經(jīng)計(jì)算 Kgm6 14 2 2 3 鍛件的材質(zhì)系數(shù) 材質(zhì)系數(shù)按鍛壓的難易程度劃分兩個(gè)等級(jí) 材質(zhì)系數(shù)不同 公差不同 該鍛件的材 料為 18CrMnTi 屬于 M1 2 2 4 模鍛件的精度等級(jí) 模鍛件的公差一般為三級(jí) 普通級(jí) 半精度級(jí)和精度級(jí) 此鍛件采用普通級(jí) 2 2 5 確定鍛件公差和余量 根據(jù)鍛件的名義尺寸 質(zhì)量 精度等級(jí) 形狀復(fù)雜系數(shù)以及鍛件材質(zhì)諸因素查找 鍛壓手冊(cè)確定長 寬和高度方向的尺寸公差 查手冊(cè) 1 得厚度方向公差 3 2 長度公差按各段長度分別查表 寬度公差 3 2m1 2 m1 2 查手冊(cè) 1 得高度方向單邊余量為 2 0 2 5mm 取 2 5mm 長度方向上余量為 2 0 2 7 取 2 5mm 寬度方向上余量為 2 0 2 5mm 取 2 5mm 2 2 6 模鍛斜度 便于模鍛件從型槽中取出 必須將型槽壁部做成一定的斜度 即模鍛斜度 它可以 是鍛件側(cè)壁附加的斜度 也可以是側(cè)壁的自然斜度 模鍛斜度有內(nèi)斜度 和外斜度 當(dāng)鍛件冷縮時(shí) 鍛件外側(cè)趨向離開模壁 而內(nèi)側(cè)抱住模具型槽中凸出部分不易取 出 本設(shè)計(jì)中內(nèi)外斜度均采用 7 2 2 7 鍛件技術(shù)要求 1 圖上未標(biāo)注的模鍛外斜度 7 2 圖上未標(biāo)注的圓角半徑 R 2mm 3 允許的錯(cuò)移量 1 4mm 4 殘留的毛邊量 1 4mm 5 允許的表面缺陷深度 0 5mm 6 熱處理表面滲碳 0 9 1 3mm 7 熱處理后噴丸或拋丸 2 3 計(jì)算鍛件基本數(shù)據(jù) 1 鍛件在平面上的投影面積 32371mm2 2 鍛件的周邊長度 1007mm 3 鍛件體積 1863640mm3 4 鍛件質(zhì)量 14 63kg 3 確定鍛錘的噸位 模鍛錘噸位選擇恰當(dāng) 既能獲得優(yōu)質(zhì)鍛件 又能節(jié)省能量 保證正常生產(chǎn) 并能 保證模具有一定的壽命 模鍛過程是一個(gè)短暫的動(dòng)態(tài)變化過程 受到諸多因素的制約 要獲得準(zhǔn)確的理論 解是很困難的 因此 生產(chǎn)中 為方便起見 多用經(jīng)驗(yàn)公式或近似解的理論公式確定 設(shè)備噸位 有時(shí) 甚至采用更為簡易的辦法 即參照類似鍛件的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn) 通過類似 來選擇設(shè)備噸位 經(jīng)驗(yàn)公式法 1 按鍛件在分模面上的投影面積 鍛件的復(fù)雜程度和變形抗力確定模鍛錘的噸位 3 1 件FG 式中 合金變形抗力系數(shù) 鍛件復(fù)雜程度系數(shù) 不包括毛邊的模鍛件在分模面上的投影面積 鈦合金包括毛邊橋部在內(nèi) 件F mm2 鍛錘的選用一般用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算 經(jīng)查表 1 1 2 1 5 取 1 5 0 07 F 件 32371 mm2 tKgG 9 48476507 51 由計(jì)算結(jié)果可知 選用 5 噸鍛錘 2 按鍛件在分模面上的投影面積和材料性質(zhì)確定模鍛錘噸位 雙動(dòng)模鍛錘 G 3 5 6 3 kF 3 2 式中 G G1 鍛落下部分質(zhì)量 kg E 無氈座錘的打擊能量 J F 鍛件本體和毛邊 按倉部的 50 計(jì)算 在水平面上的投影面積 cm2 K 材料系數(shù) 查表 4 10 2 按毛邊槽尺寸考慮 假定毛邊橋?qū)挾葹?35mm 總面積 663 56cm 2 因大批量生產(chǎn) 取 系數(shù)為 5 k 1 0 G 5 1 0 663 56 3318 25kg 3 4t 綜合考慮 安全起見選用 5 噸錘 4 確定飛邊槽及尺寸 毛邊槽的形式和尺寸對(duì)鍛件質(zhì)量影響很大 有六種形式 1 飛邊槽的作用 1 增加金屬流出模膛的阻力 迫使金屬充滿模膛 2 容納多余金屬 3 鍛造時(shí)飛邊起緩沖作用 減弱上下模的直接撞擊 防止模具的壓塌與開裂 2 飛邊槽尺寸的確定 計(jì)算法 計(jì)算法是采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算毛邊槽橋部高度 即 h0 15Fm 件 式中 F 件 鍛件在分模面上的投影面積 32371mm2 2 7mm 件 然后根據(jù)計(jì)算得到的 h 值確定毛邊槽其他尺寸 h h1 圓角 R1 b b1 Fmax 2 7 5 2 5 14 36 268 圖 3 1 飛邊槽的形狀 5 確定終鍛型槽 終鍛形槽及熱鍛件圖見裝配圖的畫法 轉(zhuǎn)向節(jié)材料為 18CrMnTi 考慮收縮率取 1 5 繪制的鍛件圖如鍛件圖 6 設(shè)計(jì)預(yù)鍛型槽 由于鍛件較復(fù)雜 需要設(shè)置預(yù)鍛型槽 在頭部開設(shè)坯料臺(tái) 見鍛模圖 mHhBA5 23 0 7 40 1625 7 繪制計(jì)算毛坯圖 根據(jù)轉(zhuǎn)向節(jié)的形狀特點(diǎn) 選取 14 個(gè)截面 分別計(jì)算 列于表 3 并在取F取取 坐標(biāo)紙上繪出連桿的截面圖和直徑圖 為設(shè)計(jì)滾擠型槽方便 計(jì)算毛坯圖按熱鍛件尺 寸計(jì)算 截面圖所得面積即為計(jì)算毛坯體積 得 3計(jì) 192048mV 平均截面積為 2總計(jì)均 5 176192048mLVF 平均直徑為 d 3833 均均 截面號(hào) F 鍛 mm2 F 毛 2 mm2 F 計(jì) F 鍛 2F 毛 m a 計(jì) 修正 F 計(jì) mm 修正 a 計(jì) mm K h mm 1 3879 375 4254 65 2 4254 65 2 0 8 52 2 2 3879 375 4254 65 2 4254 65 2 0 8 52 2 3 3879 375 4254 65 2 4254 65 2 0 8 52 2 4 3879 375 4254 65 2 4254 65 2 0 8 52 2 5 2814 375 3189 56 4 3189 56 4 0 8 46 6 6 4794 375 5169 71 9 4283 65 4 0 8 52 3 7 8087 375 8462 92 6439 80 2 1 13 90 6 8 6343 375 6718 82 7821 88 4 1 13 100 9 7085 375 7460 86 4 8900 94 3 1 13 106 5 10 9369 375 9744 98 7 9394 97 1 13 109 6 11 10025 375 10400 102 9662 98 3 1 13 111 12 9019 375 9394 96 9 8796 94 1 13 106 2 13 8572 375 8947 94 6 7387 85 9 1 13 96 1 14 3040 375 3415 58 3415 58 4 0 8 46 7 表 7 1 轉(zhuǎn)向節(jié)外半軸計(jì)算毛坯的計(jì)算數(shù)據(jù) 8 制坯工步的選擇 計(jì)算毛坯為一頭一桿 則計(jì)算繁重系數(shù)如下 39 1872均max d 564L 為計(jì)算毛坯桿部長度 越大則軸向流動(dòng)越困難 查制坯工步應(yīng)用范圍表 制坯工取 藝方案為拔長 閉式滾擠 9 確定坯料尺寸 拔長加滾擠聯(lián)合制坯 F 坯 0 75 0 9 F max 式中 Fmax為冷鍛件圖計(jì)算毛坯最大截面積 取系數(shù)為 0 85 則 F 坯 22 80395 17480m mFd 31013坯坯 選擇坯料直徑為 100 的圓柱坯 坯料體積 取 244 mFVL3 24104 39坯坯坯 考慮到鉗口夾頭長度取坯料長度 244 100 344mm 3計(jì)坯 51 4876 V 10 制坯型槽設(shè)計(jì) 10 1 滾擠型槽設(shè)計(jì) 1 采用閉式滾擠 型槽高度 計(jì)算結(jié)果列于表 1 中 坯料的截面積為 8659 8 和 鍛件的截面積相比需要增加的部分 K 取 1 13 需要減小的部分 K 取 0 8 其余截面不 變化 按各截面的高度繪出滾擠型槽縱剖面外形 然后用圓弧或直線光滑連接 并適 當(dāng)簡化 2 型槽寬度為 坯料經(jīng)過拔長 mdB160 4 坯 取 B 160mm 3 滾擠模腔的尾部與鉗口 鉗口形狀可見圖 圖 3 修正后的閉式滾擠型槽外形設(shè)計(jì) 尺寸按下式確定 m30取 2 1 15 0 6坯坯 hmdR 查參考文獻(xiàn) 1 表 4 26 尾部小槽的尺寸為 rcma 38 10 2 拔長型槽設(shè)計(jì) 1 拔長坎高度 取 52mm mLVKa 1 52493685 0桿桿1 2 拔長坎長度 mdC3 坯3 3 圓角半徑 Rm25102 5301 4 型槽寬度 B K4d 坯 1 4X100 140mm 5 拔長膛深度 取 123mm mah 61236桿 6 拔長型槽長度 L5904 0 5 桿 11 錘用鍛模設(shè)計(jì) 11 1 鉗口尺寸確定 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 根據(jù)本課設(shè)選用圓形鉗口 其具體形狀尺寸如裝配圖中所示 夾鉗口尺寸主要依據(jù)夾鉗料頭的直徑而定 應(yīng)保證夾料鉗子能被自由的操作 在調(diào)頭鍛造時(shí)能防止下鍛件的相鄰端部 有表查得鉗口的尺寸值 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(shù)值尺寸 D 取為 0 2G 10 取 14mm 10 2 模塊尺寸 模塊尺寸的選擇 B 706mm L 600mm H 350mm 燕尾槽 起重孔等尺寸按標(biāo)準(zhǔn)選取 具體裝配圖 鎖扣的設(shè)計(jì) 根據(jù)有關(guān)手冊(cè)按標(biāo)準(zhǔn)選取平衡鎖扣 鎖扣高度 h 鍛件分模面的落差高度 56mm 鎖扣的厚度 mhb8456 1 鎖扣的斜度 5a 鎖扣間隙 m 鎖扣非導(dǎo)向側(cè)面間隙 41 鎖扣沿分模面非打擊面上的間隙 5 12 鎖扣內(nèi)圓角 0 5 01 hR 鎖扣的外圓角 m8722 取 12 鍛前加熱鍛后冷卻及熱處理要求的確定 12 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 3 查有關(guān) 資料確定鍛件的始段鍛溫度為 1180 終鍛溫度為 800 12 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 0 13 10 2 1 33 h 12 1 D 式中 D 坯料直徑或厚度 10 2cm 鋼化學(xué)成分影響系數(shù) 取 0 13 h cm 12 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 12 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 參考文獻(xiàn) 1 呂炎 鍛模設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 P104 188 2 姚澤坤 鍛造工藝學(xué)與模具設(shè)計(jì) 西北工業(yè)大學(xué)出版社 2001 P63 123 3 張志文 鍛造工藝學(xué) 機(jī)械工業(yè)出版社 1983 P102 360 熱成型模具課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué) 院 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 材料成型及控制工程 模具方向 學(xué)生姓名 王德保 學(xué) 號(hào) 0705010717 設(shè)計(jì)題目 連桿錘鍛模設(shè)計(jì) 生產(chǎn)任務(wù)要求 1 設(shè)計(jì)批量 大批量 2 設(shè)計(jì)精度 普通級(jí) 3 供選設(shè)備 模鍛錘 4 設(shè)計(jì)原圖 轉(zhuǎn)向節(jié)外半軸零件圖 課程設(shè)計(jì)工作量要求 1 分析轉(zhuǎn)向節(jié)外半軸 進(jìn)行相關(guān)的工藝計(jì)算 制定最佳的工藝方案 2 繪制零件圖 A2 冷鍛圖一張 A2 熱鍛件圖一張 A2 計(jì) 算毛坯圖 A3 錘鍛模裝配圖一張 A0 3 完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份 填寫工藝卡片一張 4 所有圖形用 AutoCAD 軟件輸出 說明書用 Word 輸出 進(jìn)度安排 10 12 6 12 9 工藝過程設(shè)計(jì) 計(jì)算 12 11 裝配圖 零件圖設(shè)計(jì) 12 14 撰寫說明書一份 12 17 答辯 指導(dǎo)老師 簽字 年 月 日 學(xué)院院長 簽字 年 月 日