锻造毛坯工艺设计说明书

锻造毛坯工艺设计说明书
课程名称：机械制造工艺设计 设计题目：轴自由锻毛坯制造工艺设计 设计单位： 机自 1103 设计人学号： 设计人姓名： 郑晓虎 指导教师： 张锁梅 贾志新
2014 年 6 月
目录 1 锻件加工余量、余块、公差的确定 ......................... 1
锻造方式及毛坯类型的选择 ............................. 1 锻件加工余量、余块、公差的确定 ........................ 1 2 毛坯质量和尺寸的计算 ................................... 3 毛坯质量的计算 ........................................ 3 毛坯尺寸的计算 ....................................... 4 3 自由毛坯变形步骤、温度和冷却 ........................... 5 毛坯变形步骤 .......................................... 5 锻造温度 .............................................. 5 冷却方式 .............................................. 6 4 设备的选择 ............................................. 6 5 参考文献 ............................................... 7
尺寸
基本 上下 尺寸 偏差
尺寸
2 毛坯质量和尺寸的计算
毛坯质量的计算
轴的锻造用坯料为钢材，用于中、小型锻件。坯料的重量按下式计算：
——坯料的重量； ——锻件的重量； ——加热时坯料表面氧化而烧损的质量； ——冲孔芯料的质量； ——锻造时从锻件端部切去的金属质量。 锻件质量：
＝ γ*V 式中 —--锻件质量； γ--锻件材料的密度（kg/dm3 ） V --锻件的体积（ dm3 ）； 取
由于此锻件属于小型锻件，属于低中碳钢，所以采用空冷的冷却方式。
4 设备的选择
选定锻造设备的依据是锻件的材料、尺寸和质量。设备吨位太小，锻件内部 锻不透，质量不好，生产率也低；设备吨位过大，不仅造成设备和动力的浪费， 而且操作不便、不安全。
表 5 自由锻锤的锻造能力范围
坯料尺寸为
，坯料质量为
能力范围》查得设备应选用的自由锻锤。
下料—拔长—压肩—拔长（压肩、拔长至完成），具体步骤如下。 （1） 下料 （2） 整体拔长至 （3） 压肩 （4） 左端拔长至 （5） 右端压肩，得中间轴段 （6） 右端拔长至 （7） 修整，切去余料，得到符合要求的锻件。
锻造温度
锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的间隔。确定锻造温度的基本原则，是保 证金属材料在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力，能锻出优质的锻件。
锻件图是编制锻造工艺、设计工具、指导生产和验收锻件的主要依据。它是在零件图的 基础上考虑加工余量、锻造公差、锻造余块和操作用夹头等因素绘制而成的，如下图 1。
图 1 轴的锻件图 余量：为了保证零件机械加工尺寸和表面粗糙度，在零件外表面需要加工部分，留一层
作机械加工的金属，这部分称为机械加工余量，如图 1 所示。 余块：有时为了简化锻件外形及锻制过程，在锻件某些地方添加一些大于余量的金属体
，故根据《自由锻锤的锻造
5 参考文献
1、张万昌主编 《工程材料及机械制造基础(Ⅱ)》-《热加工工艺基础》高等教
育出版社， 2、邓文英、宋力宏主编 《金属工艺学》（第五版）
高等教育出版社， 3、吴宗泽、罗圣国主编《机械设计课程设计手册》（第三版）高等教育出版社，
根据 45 钢的塑性、强度、导热及膨胀系数、组织特点、加热变化等特点，采用室式煤 炉加热三次。
根据坯料在加热过程和锻造过程中损耗量的计算可以得出：室式煤炉
，适
用于一次加热，如果需多次加热，每增加一个火次，系数增加 三次
，取
，则加热
对于圆形截面： 其中：D1 （d m）为切头部分的直径，取系数为
由于不存在冲孔，故 由此可得坯料的质量为 坯般采用拔长的方式锻造，拔长后的最大截面部分应达到规定的锻造比要求， 即
式中
—坯料截面积；
—经过拔长后的最大截面积； y—规定的锻造比。 以钢材或钢坯等轧材为坯料的锻件，锻造比 因此，采用圆截面坯料时：
即可，取锻造比
。
式中 —经过拔长后的最大直径。
查找表 3 热轧圆钢直径（GB702-72），可知：坯料应选用直径为Φ105 的圆钢。
余量为 a=8mm，极限偏差为 3mm。 表 1 台阶轴类锻件机械加工余量与锻造公差
余量和公差的选择应考虑锻件的材料、形状尺寸、现有设备、生产批量等因素。如下表
尺寸
表 2 锻件各轴段尺寸及偏差 长度/mm
直径/mm
轴段位置
锻件总长 左端轴段 中间轴段 右端轴段
基本 尺寸 291 154
29 108
上下 偏差
1 锻件加工余量、余块、公差的确定 锻造方式及毛坯类型的选择
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的 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。根据坯料的移动方式，锻造 方式分为自由锻，模锻，闭式模锻，闭式镦锻等，本课程采用自由锻的方式。
零件为阶梯轴类零件，材料选择45钢。阶梯轴零件工作时，些部位如轴颈（主要是与滑 动轴承配合的轴颈）往往要承受摩擦、磨损，严重时可能发生咬死（又称抱轴）现象，使轴 类零件运转精度下降，有时还需要承受多种载荷的作用。为增强阶梯轴的强度和冲击韧度， 获得纤维组织，毛坯选用锻件。
锻件加工余量、余块、公差的确定
查表 4 各类合金的锻造温度范围
表 4 各类合金的锻造温度范围
得 45 钢的锻造温度 始锻温度 终锻温度 锻造温度范围
冷却方式
锻件在冷却时，按冷却速度不同分为空冷、坑冷和炉冷。空冷适合低中碳钢 的小型锻件，空冷温度下降速度较快；坑冷适合中碳钢，合金工具钢及大多数低 合金钢的中型锻件；炉冷最缓慢，冷却后组织较好，一般用于比较重要的锻件。
积，这部分添加的金属体积成为余块，如图 1 所示。 锻件公差：锻造公差锻件的实际尺寸，不可能正好达到锻件基本尺寸的要求，允许有一
定的偏差，分为上偏差和下偏差，上偏差与下偏差的差值为锻件公差。 零件总长 275mm，最大直径为Φ82mm。根据 GB/ 《台阶和凹档的锻出条件》技术要求规
定，该轴锻出台阶和凹档的最小长度为 100mm，所以左右两边均为一层台阶。 根据《台阶轴类锻件机械加工余量与锻造公差》（如表 1）技术要求规定，该轴的加工
即毛坯实际直径应为
。 表 3 热轧圆钢直径
坯料长度
综上所述，坯料尺寸为
。
3 自由毛坯变形步骤、温度和冷却
毛坯变形步骤
毛坯采用自由锻进行锻造，主要经过拔长、压肩、修整等工序。通常采用比较法编制工 序，对锻件图与所选坯料进行比较，分析其差异，初步定出基本工序；分析其不足及是否进 性和经济性，结合工艺习惯增设工序。参照资料轴类锻件锻造工艺确定工艺方案如下：