锻造模具课程设计说明书--最终.

课程设计说明书
题目：接合叉锻造工艺及其模具设计
学院：材料学院
专业名称：材料成型及控制工程
班级学号： 04021002
学生姓名：杨康叶鹏章涛张飞
指导教师：姚泽坤
2013年11月29 号
目录
1、模锻件图设计 (3)
1.1 绘制锻件图的过程 (3)
1.1.1 确定分模位置 (3)
1.1.2 确定余块加工余量、和公差 (3)
1.1.3 模锻斜度 (4)
1.1.4 圆角半径 (4)
1.1.5 技术条件 (4)
1.2 计算锻件的主要参数 (5)
2、确定锻锤吨位 (5)
3、确定毛边槽形式和尺寸 (6)
4、绘制计算毛坯图 (7)
5、制坯工步选择 (9)
6、确定坯料尺寸 (9)
7、制坯型槽设计 (10)
7.1滚挤型槽设计 (10)
7.1.1滚挤型槽尺寸设计 (10)
7.1.2开式滚挤型槽截面形状 (12)
7.2弯曲型槽的设计 (13)
8、锻模型槽设计 (14)
8.1终锻型槽设计 (14)
8.1.1型槽排布 (14)
8.2型槽壁厚 (15)
8.3模块尺寸 (15)
8.3.1承击面 (15)
8.3.2模块宽度 (15)
8.3.3模块高度 (15)
8.3.4锻模检验角 (16)
8.3.5模块规格 (16)
9、锻前加热、锻后冷却及热处理要求 (16)
9.1 确定加热方式，及锻造温度范围 (16)
9.2 确定加热时间 (17)
9.3 确定冷却方式及规范 (17)
9.4 确定锻后热处理方式及要求 (17)
参考文献 (18)
1、模锻件图设计
接合叉是长轴类件，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钢，材料性能稳定。

1.1 绘制锻件图的过程 1.1.1 确定分模位置
确定分模面位置最基本的原则是保证锻件形状尽可能与零件形状相同。

使锻件容易从锻模型槽中取出，因此锻件的侧表面不得有内凹的形状，并且使模膛的宽度大而深度小。

锻件分模位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上。

应使飞边能切除干净，不至产生飞刺。

对金属流线有要求的锻件，应保证锻件有最好的纤维分布。

根据接合叉零件形状，采用厚度方向上下对称的直线分型模。

1.1.2 确定余块加工余量、和公差
查得45钢的密度为：37.85/g cm 。

由于接合叉接合处的两个圆柱形孔、做端部的螺纹孔以及圆柱形孔的尺寸比较小，所以在此设计为四个余块。

零件表面粗糙度大于或等于 3.2a R m μ时采用一般加工精度为
1F ，零件表面精度小于 3.2a R m μ时一般采用加工精度2F ，余量要适当
放大。

由于此零件表面粗糙度要求为4a R ，所以选择一般加工精度1F 。

零件需磨削加工,加工精度为2
F
,由查得高度及水平尺寸的
单边余量取2mm 。

此零件为简单的接合叉，查表得，我们选择单边
加工余量都为2mm 。

估算锻件的体积为333cm ，根据则锻件质量约为
0.26m v Kg ρ==。

连接头材料为45钢，即材质系数为
M
1。

锻件
形状复杂系数： /0.166S V V ==锻外面包容 (1.1)
式中 V 锻—锻件体积； V
外廓包容
—外廓包容体的体积。

则0.166S =飞总，为一级复杂系数3S ，在此我们取正负偏差值大
致按23
+、1
3
-，由查得:高度公差为mm mm .6.03.0+-，长度公差为mm
mm 7.03.0+- ，宽度公差为mm mm 1.15.0+-。

1.1.3 模锻斜度
取常用模锻斜度为7º。

1.1.4 圆角半径
外圆角半径r=余量+零件相应处圆角半径或倒角，内圆角半径R=（2～3）r ，其余部位的圆角半径取2mm 。

1.1.5 技术条件
（1）图上未标注的模锻斜度7º； （2）图上未标注的圆角半径R=2mm ； （3）允许的残留毛边量0.7mm ； （4）允许的表面缺陷深度0.5mm ； （5）锻件热处理:调质HB156—269；
（6）锻件表面清理:为便于检查淬火裂纹,采用酸洗；
（7）允许的错移量为0.6mm。

根据余量和公差,绘制锻件图。

1.2 计算锻件的主要参数
(1) 锻件在平面上的投影面积为2423mm2;
(2) 锻件周边长度为460mm ;
(3) 锻件体积为333
cm;
(4) 锻件质量为0.26Kg。

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，参考毛边槽尺寸，按1-2t锤毛边槽尺寸考虑，假设毛边均匀宽度为20mm,总的变形面积S=（2423+460×20）=116232
mm。

双作用模锻锤吨位的经验公式G=（3.5-6.3）KA的计算选择锻锤，由于零件需要大批量生产，要求生产效率在此取6.3。

取钢种系数K=1，锻件和毛边在水平面上的投影面积为A,G=63KA=732.3Kg，选用1t模锻锤。

3、确定毛边槽形式和尺寸
选用图1毛边槽形式I ，其尺寸按表确定；选定毛边槽尺寸为 h 桥=1.5mm ,h 1=4mm ，b=8mm ，b 1=25mm ，R 1=2mm ， 计算得S 飞=1102mm 毛边槽充满率取0.7，则锻件毛边平均断面面积
F
K
=2
=77mm S 飞。

228
4
0.5
0.5
R1
R3
R4
R0.5
图1毛边槽形式
4、绘制计算毛坯图
根据零件形状特点，选取11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（见图2）。

为设计滚挤型槽方便,计算毛坯图按冷锻件尺寸计算:
表1 连接头计算毛坯的计算数据
截面号 F 锻/mm 2 S 飞总/mm 2
S 飞总×
1.4/mm 2
F 计=F 锻
+1.4S 飞总/m
m 2
F d
计
计
13
.1=/mm
1 0 110 154 154 14.0
2 2 335 154 215.6 550.6 26.52
3 15
4 154 215.6 369.6 21.72 4 154 154 215.6 369.6 21.72
5 659.4 154 215.
6 875 33.43 6 670.4 154 215.6 886 33.64
7 659.4 154 215.6 875 33.43
8 154 154 215.6 369.6 21.72
9 154 154 215.6 369.6 21.72 10 335 154 215.6 550.6 26.52 11
110
154
154
14.02
由截面图所围面积即为计算毛坯总体积,得 375938.7mm V V +=锻毛 （2.1）
平均截面积：2
75938.7541.6140.2F mm ==均
则平均直径:
1.1326.3F mm d
=≈均均
按体积相等修正截面图和直径图,修正后的最大截面积为则最大直径为max 33.64mm d =。

5、制坯工步选择
计算繁重系数，选择制坯工步
max 33.64
1.2826.3d d α===均 140.2
5.332
6.3
L d
β==
=计
均
已知锻件体积为333000mm ，所以锻件质量为0.26Kg 。

由课本图4-59知此锻件需要滚挤制坯工步,因此选择的工步为：开式滚挤-弯曲-终锻。

6、确定坯料尺寸
坯料截面积及直径计算:
由333000mm ，坯料需要弯曲工步，因此取2
=1.05=568.7mm F F 坯均。

根据坯料截面积，确定园坯料的直径=1.13=1.13568.7=27mm d S ⨯坯坯。

坯料长度计算：
坯料体积V 坯按下式计算：
=+V +V +V δ坯毛练件（V ）（1）
式中δ--烧损率。

此锻件加热采用室式煤气炉，查表此处取δ=3%
3V =77460=35420mm ⨯毛。

因此3=+V +V +V δδ坯毛练件（V ）（1）=(35420+30600+0)(1+)=70473mm 则坯料的长度：
2
2
68000
=
+L =L ()201230.78526.95d 4V V L mm F +=+=∏⨯坯坯坯钳钳坯，因此选取坯料长度为123mm
7、制坯型槽设计
7.1滚挤型槽设计
这种形式的型槽截面积为矩形，侧面沿模具边缘分模线开通，滚挤时金属横向宽展较大，故聚料效率低，使用于界面变化不大的轴类锻件，但制模简单，占用模块平面积较小。

滚挤型槽用来减少毛坯局部横截面积，增大另一部分的横截面积，使坯料沿轴向体积分配符合计算毛坯的要求。

它对毛坯有少量的拔长作用，兼有滚光和去除氧化皮的功能。

7.1.1滚挤型槽尺寸设计
滚挤型槽可认为是由钳口、本体、毛刺槽三部分组成，钳口用来容纳夹钳并卡细坯料，毛刺槽是用来容纳滚挤时产生的端部毛刺，本体使坯料变形。

同拔长型槽一样，滚挤型槽也是以计算毛坯为依据进行设计的，主要是确定型槽高度h ，宽度B 及其他一些有关尺寸。

（1）滚挤型槽高度
由于滚挤时，上下模不一定打靠，实际采用的型槽高度应比计算值小一些，按下式计算：
开式滚挤： ()i 0.75~0.65d i h =杆计
()d h i 计头15.1~05.1= ()d h 计拐0.1~9.0=
综上所述，滚挤型槽高度h 为:
()i 0.75~0.65d i h
=杆
计 ()d h
i 计头
15.1~05.1= ()d
h 计
拐
0.1~9.0=
1 10.5
2
30.5 3 16.3 4 16.3 5 36.8 6 37 7 36.8 8 16.3 9 16.3 10 30.5 11
10.5
（2) 滚挤型槽宽度B
滚挤型槽宽度B 应根据所选型槽形式和坯料的状态来确定。

型槽B 过大会减少聚集效率，并增大模块尺寸；B 过小，在滚挤过程中金属流进分模面会形成毛边，当翻转900再滚挤时，就会形成折叠。

根据经验可得：
0min 154101024.710.5
F mm h B ≤
+=+=杆 ，
max 1043.64d B
≥+=头
24.7mm B
=杆
，43.64mm B ≥头
因为开式滚挤型槽头部与杆部宽度一致，经试生产宽度调整取为50mm
（3）滚挤型槽长度L
滚挤型槽长度L 应根据热锻件图尺寸确定。

直锻件：
()1~3125L mm L =+=锻 （4）钳口与毛刺尺寸： 00.2612n d =+= ()1~220m n mm ==
00.169R mm d =+=
----d
原始坯料直径，型槽端部毛刺尺寸按表选定。

00150,20,10,6, 1.5,0.515,38B mm h mm R mm b mm a mm l S mm l mm
=====≥== s---模壁最小的厚度
毛刺槽设计：
查表4-25，取：4,20,5a mm c mm R mm ===。

对于终端型槽的钳口经查表可以设计为如下尺寸：
00150,20,10,
6, 1.5,0.515,38B mm h mm R mm b mm a mm l S mm l mm
=====≥==
7.1.2开式滚挤型槽截面形状
开式滚挤型槽的截面形状有两种形式，当毛坯直径小于
80mm 时，杆部宜用圆弧形型槽；当毛坯直径大于80mm 时，可采用菱形截面型槽，以增强滚挤效果，但估计后毛坯表面质量不如采用圆弧形截面型槽，至于头部，均采用圆弧形截面型槽。

由锻件尺寸可知，该毛坯开式滚挤型槽截面形状采用圆弧形。

7.2弯曲型槽的设计
弯曲型槽用来改变原材毛坯或经拔长、滚挤过毛坯的轴线，使其符合锻件水平投影相似的形状。

弯曲变形时金属轴向流动很小，没有聚料作用，但在个别界面处可对毛坯卡压。

在自由弯曲型槽中弯曲制坯时，坯料没有明显的拉长现象，它适用于圆浑弯曲的锻件，且一般只有一个弯角。

弯曲型槽的纵剖面形状按锻件水平面投影设计，型槽各处高度尺寸比锻件相应处宽度尺寸减小2-10mm，大锻件减小多些，小锻件减小少些，或按下式确定：
(0.80.9)
h b
=-
锻
b
锻
----热锻件在分模面上相应位置的宽度。

因此
1(0.80.9)=28.5
h b mm =-
锻
2(0.80.9)=18.5
h b mm =-
锻
3(0.80.9)=22.5
h b mm =-
锻
型槽宽度B 按下式进行计算：min
=
(1020)()F B mm h +-坯
因此B 取65mm 。

其他部分的尺寸以及形状如图所示。

29
3
R28
R 46.5
22.5
28.5
8、锻模型槽设计
8.1终锻型槽设计 8.1.1型槽排布
模锻一种锻件，往往要采用多个工步来完成。

因此锻模分模面上的型槽布置要根据型槽数、各型槽的作用以及操作方便来确定，原则上应使型槽中心与理论上的打击中心重合，以使锤击力与锻件的反作用力处于同一垂直线上从而减
少锤杆承受的偏心力距，有利于延长锤杆寿命，使锻件精度增高。

8.1.1.1两个制坯型槽分布
这时应将第一道制坯工步安排在吹风管的对面，以避免
氧化皮落到终锻型槽里。

布排型槽应以终锻型槽为中心，左右对称布排，并尽可能使型槽中心与打击中心重合。

8.2型槽壁厚
型槽至模块边缘的距离，或型槽之间的距离都称为型槽
壁厚。

型槽壁厚应保证足够的强度和刚度，同时又要尽可能 减小模块尺寸。

采用整体式，壁厚根据图5确定
8.3模块尺寸 8.3.1承击面
承击面是指锻锤空击时，上下模块实际的接触面积。

根
据生产经验，查手册知，1t 锤配300mm 2的承击面。

8.3.2模块宽度
为保证锻模不与导轨相碰，模块最大宽度应保证模块边
缘与导轨间留有单边间距离大于20mm ：
在此为了方便我们取330mm 。

8.3.3模块高度
模块高度：模块高度根据型槽最大深度和锻锤的最小闭
合高度确定。

这是由于上下模块的最小闭合高度应不小于锻
110()3152
B
mm mm B ≥
+=
锤允许的最小闭合高度，查资料得锻锤的最小闭合高度为170mm ，查手册取模块的高度为290mm
8.3.4锻模检验角
1、宽度b ： b=5mm
2、高度h ：查手册 h=50mm
8.3.5模块规格
经上确定模块的规格为()330200250mm mm mm ⨯⨯⨯⨯宽长高，
燕尾槽、起重孔等尺寸按标准选取，具体见装配图。

9、锻前加热、锻后冷却及热处理要求
9.1 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750℃。

9.2 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：
min 44.37624.08.413.0==⨯==h D ατ
式中 D —坯料直径或厚度（cm ）
α—钢化学成分影响系数，取0.13（h/cm ）;
9.3 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。

9.4 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。

参考文献
[1] 许发樾主编.使用模具设计与制造手册.北京：机械工业出版社，2001
[2] 姚泽坤主编.锻造工艺学与模具设计.西安：西北工业大学出版社，2007
[3]周大隽主编.锻压技术数据手册.北京：机械工业出版社，1998
[4]大连理工大学工程画教研室编.机械制图.北京：高等教育出版社，2003
[5]吕炎主编．锻造工艺学．机械工业出版社，1995
[6]李会武等.锻模设计手册.机械工业出版社，1990。