转向摇臂轴的锻造工艺及模具设计

河北工程大学毕业设计说明书转向摇臂轴的锻造工艺及模具设计目录1. 锻件图的设计2. 确定锻锤吨位3. 确定毛边槽形式和尺寸4. 绘制计算毛坯图5. 制坯工步选择6. 确定坯料尺寸7. 制坯型槽尺寸8. 锻模型槽设计9、锻前加热、锻后冷却及热处理要求10、参考文献第一章综述锻造的根本目的是活的所欲形状和尺寸的锻件，同时其性能和组织要符合一定的技术要求。

它是在一定的温度条件下，用工具或模具对坯料施加外力，是金属发生塑性流动，从而使坯料发生提及的转移和形状的变化，获得所需要的锻件。

锻件可分为自由锻，模锻和特殊成型方法三大类：自由锻是在锻锤或压力机上使用简单或通用的模具是坯料变形获得所需形状和性能的锻件。

它适用于单件或小批量生产。

模锻事在锻锤压力机上使用专门的模具是坯料在模膛中成型获得所需形状和尺寸的锻件。

它适用于成批或大批量生产，按照变形情况的不同，有区分为开式模锻，闭式模锻，挤压和体积精压等，特殊成形的方法通常用专用设备，使用专门的工具或模具使坯料成形，获得所需的形状和尺寸的锻件，它适用于产品的专业化生产。

目前，生产中采用的特殊成型方法有电墩，辊轧，旋转锻造，摆动碾压，多向模锻和超塑性锻造等。

平锻机属于曲柄压力机类设备，所以它具有热模锻压力机模锻的一切特点，如行程固定，滑块工作速度与位移保持严格的运动学关系，锻件高度方向尺寸稳定性好；震动小，不需要庞大的设备基础；可用组合式、镶块式锻模。

平锻机上模锻的工艺特点1、平锻机上模锻的优缺点模锻锤的锤头、热模锻压力机的滑块都是上、下往复运动的，但它们的装模空间高度有限，因此，不能锻造很长的锻件。

如果长锻件仅局部镦粗，而其较长的杆部不须变形，则可将棒料水平放置在平锻机上，以局部变形的方式锻出粗大部分。

平锻机有两个工作部分，即主滑块和夹紧滑块。

其中，主滑块作水平运动，而夹紧滑块的运动方向随平锻机种类而变。

垂直分模平锻机的夹紧滑块作水平运动，水平分模平锻机的夹紧滑块作上、下运动。

装于平锻机主滑块上的模具称为凸模（或冲头），装于夹紧滑块上的模具称为活动凹模，另一半凹模固定在机身上，因此称为固定凹模。

所以，平锻模有两个分模面，一个在冲头和凹模之间，另一个在两块凹模之间。

平锻工艺的实质就是用可分的凹模将坯料的一部分夹紧，而用冲头将坯料的另一部分镦粗、成形和冲孔，最后锻出锻件。

在平锻机上不仅能锻出局部粗大的长杆件，而且可以锻出带盲孔的短轴类锻件，还可以对坯料进行卡细、切断、弯曲与压扁等工序，同时还能用管坯模锻。

因此，在平锻机上可以模锻形状复杂的锻件。

（1）平锻机上模锻的优点在平锻机上模锻与其它设备上模锻相比具有以下优点：1）能锻造热模锻压力机和模锻锤所不能锻造的具有通孔或长杆类锻件。

2）因为大部分采用闭式模锻没有飞边，在凹模中成形的锻件外壁不需要模锻斜度，并能直接锻出通孔，因此能节约大量金属，如图11.1所示。

（a）锤模锻件（b）平锻件平锻机模锻时节约金属的实例3）对于形状简单、重量不大的锻件，可用长棒料进行多件模锻，可以节省下料工时和减轻劳动量。

4）平锻机结构刚性好，工作时振动小，滑块行程准确，行程不变，锻件精度高。

5）便于采用电感应加热和机械传送装置，使坯料自动地在模槽内移动，容易实现机械化和自动化操作，改善劳动条件。

6）平锻时冲击力小，设备基础小，厂房造价低；同时平锻时振动和噪音小，劳动条件较好。

7）易于和模锻锤、热模锻压力机进行联合模锻。

（2）平锻机上模锻的缺点平锻机上模锻存在以下缺点：1）平锻机造价高，设备投资较高。

2）平锻时氧化皮不易清除，平锻前需清除氧化皮或采用少无氧化加热。

3）要求棒料尺寸精确，否则将产生难以清除的毛刺或不能夹紧棒料。

4）对非回转体、中心不对称锻件，较难锻造，适应性较差。

5）锻造同类大小的零件，平锻机生产效率比模锻锤要低。

6）平锻孔类锻件时，剩余料头较多，应该考虑充分利用，否则会使材料消耗大。

2、垂直分模和水平分模平锻工艺的比较在水平分模平锻机上，两块凹模的分模面是水平的。

由于水平分模平锻机在设备结构上的特点，反映在模锻工艺和操作上有如下特点：（1）垂直分模平锻机的夹紧力大约是主滑块镦锻力的25～30%，而水平分模平锻机的夹紧力是镦锻力的1.0～1.3倍。

由于夹紧力大，可以提高锻件精度，可利用夹紧滑块作为模锻变形机构，扩大了应用范围。

（2）机床刚度大，有些水平分模平锻机采用了夹紧连杆，夹紧时机身封闭，对提高锻件精度有利。

（3）设有凹模夹紧度的调节装置，调整迅速方便。

（4）模锻时，坯料沿水平方向传送，较易实现机械化和自动化。

（5）不易清除落在凹模上的氧化皮，因此坯料加热质量要高。

（6）安装和调整模具不如在垂直分模平锻机上方便。

转向摇臂轴模锻设计方案及参数：大批量生产其他参数见下图第二章模锻件图设计转向摇臂轴是复合类件，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。

锻件的外形是锻件分类的依据。

因为外形直接决定了模锻工艺的特点，为了便于平锻工艺和模具设计，将锻件分成四类，见表。

表锻件的分类分类平锻件实例局部镦粗类锻件孔类锻件管类锻件联合锻造锻件锤上模锻制坯+ 平锻机上模锻成形的锻件平锻机上制坯+ 锤上模锻成形的锻件平锻机上制坯+ 扩孔机上成形的锻件该零件在平锻机上模锻，该模锻件属于顶镦类锻件具有透孔的锻件，属于表4—2中第三类第1组，具有粗大部分的杆形锻件。

粗大部分可以位于杆的端部或中间，其截面可为圆形或非圆形，对称或非对称。

锻件杆部不变形，保留着原坯料截面形状与尺寸，故主要以局部镦粗方法使锻件成型。

其在平锻机上的基本工步为：①积聚 ②镦头 ③压扁 ④弯曲 ⑤终锻 ⑥切边2.1 绘制锻件图的过程锻件图设计：平锻工艺和锤上模锻一样，锻件图设计是很重要的一个环节。

但由于平锻机结构上的特点，平锻件设计主要解决分模面位置、余量公差模锻斜度、圆角半径等四个问题。

2.1.1 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。

根据零件形状，该锻件其的凹模两半凹模间的分模面确定在该锻件纵轴剖面上；该锻件采用开式模锻。

2.1.2 确定公差和加工余量查得45钢的密度为：345/85.7cm g =ρ。

估算锻件的体积为445.86cm ³，则锻件质量约为kg m 5.386.44585.7≈⨯==ρυ。

零件材料为45钢，即材质系数为M1。

根据零件外形尺寸和设备吨位按下表选取。

使用此表时，应根据下列情况作适当修正。

（1）零件加工表面粗糙度参数mRaμ8.0<时，增加余量0.5mm；mRaμ5.12>时，可减少余量0.5mm。

（2）对局部镦粗类锻件，杆部采用粗（精）磨加工时，仅须留磨加工量0.5～0.75mm，这时可选用冷拔钢，且杆部台肩应增加余块。

（a）（b）（c）设备规格（KN）＜3150 4500～6300 8000～12500 16000～20000 尺寸 D H D H D H D H余量1.5～2.01.25～1.751.75～2.51.5～2.252.0～3.01.75～2.752.25～3.52.0～3.25公差正偏差1.0～1.51.0～1.51.0～1.751.0～2.01.0～2.01.5～2.5 1.5～2.51.5～3.0 负偏差0.5～1.00.5～1.0 0.5～1.0 0.5～1.51.0～1.51.0～1.5 1.0～1.51.0～1.52、孔和凹挡的尺寸，其公差取偏差相反的符号。

2.1.3 模锻斜度为了保证冲头在机器回程时，锻件内孔不被冲头“拉毛”，内孔中应有模锻斜度α，其值按H/d选定，见表1：H/d ＜1 1-5 ＞5 Δ/mm ＜10 10-20 20-30α/β15＇-30＇/15＇30＇-1º/30＇1º30＇/1ºγ5º-7º7º-10º10º-12º由表计算该锻件的模锻斜度：H/d=160/42=3.8所以其α/β选择 30＇-1º/30＇；取常用模锻斜度为1º。

2.1.4 圆角半径在凹模中成形的部分：外圆角半径 r₁=（δ₁+δ₂）/2+α（mm） =7mm内圆角半径 R₁=0.2Δ+0.1（mm）=0.2×58+0.1=11.7mm在冲头中成形的部分：外圆角半径 r₂=0.1H+1.0（mm）=0.1×27.5+1.0=3.75mm内圆角半径 R₂=0.2H+1.0（mm）=0.2×27.5+1.0=6.5mm第三章平锻机吨位⑴首先计算锻件终锻时的锻造压力。

查图表3图表3奥穆科平锻机镦锻力图表该略计算公式P=57.5KF=9500KNF-包括毛边在内的锻件最大投影面积（cm²）；K-钢种系数，对于中碳钢和低合金钢，去K=1；对于高碳钢及中碳合金钢，取K=1.15；对高合金钢，取K=1.3。

⑵凹模体的宽度B=1060mm查阅参考资料选用12500KN水平分模平锻机。

第四章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=1.6mm,h1=4mm，b=8mm b1=25mm，R1=2mm，F K=100cm2。

图1毛边槽形式3、制坯工步选择及计算平锻机上的基本工步为：①积聚②镦头③压扁④弯曲⑤终锻⑥切边。

⑴下图为工部图⑵计算工步镦粗长度的热尺寸l=1.015lB=1.015×180=182.7mm锻锻热体积V锻=1.015³×242210mm³=253274mm³根据计算，该零件仅φ55两法兰之外的切面之间的体积需要聚集，而锻件其余成形部分的体积，坯料直径φ42本身就足够，不需要聚集。

为此，该锻件采用聚集，压扁，弯曲，终锻，切边。

①第一工部（聚集）：凸模内的锥形，聚集φ55两法兰之外切面之间的体积，凹模内的锥形是为了把在弯曲工布内层坯料压缩产生〝接缝〞挤入飞变。

变形工布图表示没有设置锥形φ63×40时，弯曲工序在杆部和锥体剧烈过度产生金属流动的会合，该会合处在终锻时形成折纹。

设计计算：取椎体小端面直径dK=44mm，椎体大端直径DK=εKdo=1.5×42mm=63mm式中εK--------椎体大端直径允许增大系数，查下图锥形模膛聚集限制曲线，由镦粗比ψ=4.3，得εK=1.5；Do------坯料直径，取do=42mm。