輕卡轉(zhuǎn)向節(jié)外半軸錘上模鍛造工藝設計及模具設計說明書.doc

沈陽理工大學課程設計專用紙 I 目 錄 1 設計的前期準備 1 1 1 零件分析 1 1 1 11 1 1 零件的結構分析 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 2 錘上模鍛件設計 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 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 鍛件技術要求 4 2 3 計算鍛件基本數(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 設計預鍛型槽 7 7 繪制計算毛坯圖 7 8 制坯工步的選擇 8 9 確定坯料尺寸 8 10 制坯型槽設計 9 10 1 滾擠型槽設計 9 10 2 拔長型槽設計 10 11 錘用鍛模設計 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 確定加熱時間 12 沈陽理工大學課程設計專用紙 II 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 13 沈陽理工大學課程設計專用紙 1 1 設計的前期準備 1 1 零件分析零件分析 1 1 1 零件的結構分析 轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車底盤上的關鍵零件 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 權構成 中心孔類轉(zhuǎn)向節(jié)主要由基座 法蘭和枝權構成 基座中心帶孔 套管類轉(zhuǎn)向 節(jié)主要由長桿 套管和法蘭構成 轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車轉(zhuǎn)向橋上的主要零件 形狀比較復雜 其形狀兼具有軸類 盤類和叉 架類等零件的特點 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力 矩 因此對其機械性能和外形結構要求嚴格 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 是合金結構鋼 是工業(yè)上應用最廣泛的不銹鋼 密度為 7 85g cm3 18CrMnTi 的預鍛溫度為 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 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 沈陽理工大學課程設計專用紙 2 2 錘上模鍛件設計錘上模鍛件設計 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 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 并使鍛模結構盡量簡單 防止上下模錯移 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 鍛件的形狀復雜系數(shù) 鍛件的形狀復雜系數(shù) S 時鍛件質(zhì)量或體積 Gd Vd 與其外廓包容體的質(zhì)量或體 積 Gb Vb 的比值 即 2 1 V V G G b d b d S 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 3 1863640mmVd 3 4855230mmVb 38 0 4855230 1863640 Vb Vd S 沈陽理工大學課程設計專用紙 3 查鍛件形狀復雜程度等級表 1 得該鍛件形狀復雜程度級別為 S2 級 形狀復雜程 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行計算 即 2 2 vm 其中 材料密度 取 7 85 g cm3 V 鍛件體積 取 1863640mm3 經(jīng)計算 Kgm63 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等級 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 模鍛件的公差一般為三級 普通級 半精度級和精度級 此鍛件采用普通級 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 形狀復雜系數(shù)以及鍛件材質(zhì)諸因素查找 鍛壓手冊確定長 寬和高度方向的尺寸公差 查手冊 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 2 mm mm 1 2 1 1 mm mm 1 2 1 1 查手冊 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 是鍛件側壁附加的斜度 也可以是側壁的自然斜度 模鍛斜度有內(nèi)斜度 和外斜度 當鍛件冷縮時 鍛件外側趨向離開模壁 而內(nèi)側抱住模具型槽中凸出部分不易取 沈陽理工大學課程設計專用紙 4 出 本設計中內(nèi)外斜度均采用 7 2 2 7 鍛件技術要求 1 圖上未標注的模鍛外斜度 7 2 圖上未標注的圓角半徑 R 2mm 3 允許的錯移量 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 沈陽理工大學課程設計專用紙 5 3 確定鍛錘的噸位 模鍛錘噸位選擇恰當 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 模鍛過程是一個短暫的動態(tài)變化過程 受到諸多因素的制約 要獲得準確的理論 解是很困難的 因此 生產(chǎn)中 為方便起見 多用經(jīng)驗公式或近似解的理論公式確定 設備噸位 有時 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 通過類似 來選擇設備噸位 經(jīng)驗公式法 1 按鍛件在分模面上的投影面積 鍛件的復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)驗公式進行計算 經(jīng)查表 1 1 2 1 5 取 1 5 0 07 F件 32371 mm2 tKgG9 48 48794647507 05 1 由計算結果可知 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 56cm2 因大批量生產(chǎn) 取 系數(shù)為 5 k 1 0 沈陽理工大學課程設計專用紙 6 G 5 1 0 663 56 3318 25kg 3 4t 綜合考慮 安全起見選用 5 噸錘 沈陽理工大學課程設計專用紙 7 4 確定飛邊槽及尺寸 毛邊槽的形式和尺寸對鍛件質(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 計算法 計算法是采用經(jīng)驗公式計算毛邊槽橋部高度 即 h0 015 Fmm 件 式中 F 件 鍛件在分模面上的投影面積 32371mm2 2 7mmh0 015 Fmm 件 然后根據(jù)計算得到的 h 值確定毛邊槽其他尺寸 hh1圓角 R1bb1Fmax 2 752 51436268 圖 3 1 飛邊槽的形狀 沈陽理工大學課程設計專用紙 8 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 沈陽理工大學課程設計專用紙 9 6 設計預鍛型槽 由于鍛件較復雜 需要設置預鍛型槽 在頭部開設坯料臺 見鍛模圖 mmHh mmBA 5 26535 0 7 0 4 0 156025 0 25 0 沈陽理工大學課程設計專用紙 10 7 繪制計算毛坯圖 根據(jù)轉(zhuǎn)向節(jié)的形狀特點 選取 14 個截面 分別計算 列于表 3 并在 取 F 取 F 取 F 坐標紙上繪出連桿的截面圖和直徑圖 為設計滾擠型槽方便 計算毛坯圖按熱鍛件尺 寸計算 截面圖所得面積即為計算毛坯體積 得 3 計 1920481mmV 平均截面積為 2 總 計 均 5 5176 371 1920481 mm L V F 平均直徑為mmFd3 815 517613 113 1 均均 截面號F鍛 mm2 F毛 2 mm2 F計 F鍛 2F毛 mm a F計 修正 F 計 mm 修正 a計 mm Kh mm 13879375425465 2425465 2 0 852 2 23879375425465 2425465 2 0 852 2 33879375425465 2425465 2 0 852 2 43879375425465 2425465 2 0 852 2 52814375318956 4318956 4 0 846 6 64794375516971 9428365 4 0 852 3 78087375846292643980 2 1 1390 6 86343375671882782188 4 1 13100 97085375746086 4890094 3 1 13106 5 109369375974498 7939497 1 13109 6 111002537510400102966298 3 1 13111 129019375939496 9879694 1 13106 2 138572375894794 6738785 9 1 1396 1 143040375341558341558 4 0 846 7 表 7 1 轉(zhuǎn)向節(jié)外半軸計算毛坯的計算數(shù)據(jù) 沈陽理工大學課程設計專用紙 11 8 制坯工步的選擇 計算毛坯為一頭一桿 則計算繁重系數(shù)如下 39 1 3 81 7 112 均 max d d a 56 4 3 81 371 d L 為計算毛坯桿部長度 越大則軸向流動越困難 查制坯工步應用范圍表 制坯工 取 L 藝方案為拔長 閉式滾擠 沈陽理工大學課程設計專用紙 12 9 確定坯料尺寸 拔長加滾擠聯(lián)合制坯 F坯 0 75 0 9 Fmax 式中 Fmax為冷鍛件圖計算毛坯最大截面積 取系數(shù)為 0 85 則 F坯 2 2 88039 5 01 974485 0 mm mmFd 3101 8803913 113 1 坯坯 選擇坯料直徑為 100 的圓柱坯 坯料體積 取 244 mm F V L3 243 10014 3 19102314 2 坯 坯 坯 考慮到鉗口夾頭長度取坯料長度 244 100 344mm 3 3 計坯 1910231 5 21 015 1 1948768 1 mm VV 沈陽理工大學課程設計專用紙 13 10 制坯型槽設計 10 1 滾擠型槽設計 1 采用閉式滾擠 型槽高度 計算結果列于表 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 當簡化 2 型槽寬度為 坯料經(jīng)過拔長 mm dB 160 140 6 1 4 1 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計 尺寸按下式確定 mm30取 2 1 1551 0 2662 0 坯 坯 hm mmdR mmdh 查參考文獻 1 表 4 26 尾部小槽的尺寸為 mmrmmcmma10 30 8 10 2 拔長型槽設計 沈陽理工大學課程設計專用紙 14 1 拔長坎高度 取 52mm mm L V Ka1 52 249 936195 85 0 桿 桿 1 2 拔長坎長度 mm dKC 1301003 1 坯3 3 圓角半徑 mmRR mmCR 32510 2 5301325 025 0 1 4 型槽寬度 B K4d坯 1 4X100 140mm 5 拔長膛深度 取 123mm mmah 6122 36122 桿 6 拔長型槽長度 mmLL25910249 10 5 桿 沈陽理工大學課程設計專用紙 15 11 錘用鍛模設計 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 應保證夾料鉗子能被自由的操作 在調(diào)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 起重孔等尺寸按標準選取 具體裝配圖 鎖扣的設計 根據(jù)有關手冊按標準選取平衡鎖扣 鎖扣高度 h 鍛件分模面的落差高度 56mm 鎖扣的厚度 mmhb84565 15 1 鎖扣的斜度 5a 鎖扣間隙 mm1 鎖扣非導向側面間隙 mm4 1 鎖扣沿分模面非打擊面上的間隙 mm5 1 2 鎖扣內(nèi)圓角 54015 0 15 0 1 hR 鎖扣的外圓角 mmmmRR87252 12 取 沈陽理工大學課程設計專用紙 16 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 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 包括加熱個階段的升溫時 間和保溫時間 在半連續(xù)爐中加熱 加熱時間可按下式計算 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