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山東建筑大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書(論文)
山東建筑大學(xué)
課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書（論 文）
題 目： 卸扣鍛造工藝分析與模具設(shè)計(jì)
課 程： 鍛造工藝學(xué)與模具設(shè)計(jì)
院 （部）： 機(jī)電工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)械122
學(xué)生姓名： 陳建源
學(xué) 號(hào)： 20120711074
指導(dǎo)教師： 袁文生
完成日期： 2016.6.1
目錄
摘 要 1
正 文 2
1、零件分析及工藝方案確定 2
1.1零件分析 2
1.2工藝方案的確定 2
2、繪制鍛件圖 3
2.1確定分模位置 3
2.2確定模鍛件加工余量及公差 3
2.3模鍛斜度 3
2.4確定鍛件圓角半徑? 3
2.5技術(shù)條件： 4
3、計(jì)算鍛件的主要參數(shù) 4
4、確定鍛錘噸位 4
5、確定毛邊槽形式和尺寸 5
6、確定終鍛型槽 5
7、設(shè)計(jì)預(yù)鍛型槽 6
8、繪制計(jì)算毛坯圖 6
9、制坯工步選擇 8
10、確定坯料尺寸 8
11、制坯型槽設(shè)計(jì) 9
12、鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
13、鍛前加熱、鍛后冷卻及熱處理要求的確定?? 11
13.1確定加熱方式，及鍛造溫度范圍? 11
13.2確定加熱時(shí)間? 12
13.3確定冷卻方式及規(guī)范? 12
13.4確定鍛后熱處理方式及要求? 12
14、卸扣件的模鍛工藝流程 12
15、課程設(shè)計(jì)感悟 13
16、參考資料 13
摘 要
本次課程設(shè)計(jì)主要是對(duì)卸扣的鍛造模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)相應(yīng)的尺寸經(jīng)過計(jì)算得出合理的數(shù)據(jù)，再依據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)鍛造用的模具。
鍛造是借助模具在沖擊壓力作用下加工金屬機(jī)械零件或零件毛坯的方法。與其它制造方法相比，鍛造加工生產(chǎn)的生產(chǎn)率最高，鍛件的尺寸形狀穩(wěn)定，并有最佳的綜合力學(xué)性能。鍛件的最大優(yōu)勢(shì)是韌性高，纖維組織合理，件與件之間的性能變化小，并且其內(nèi)部質(zhì)量與加工歷史有關(guān)，不會(huì)被任何一種金屬加工工藝超過。鍛造是模具三大行業(yè)之一，并且隨著國內(nèi)以及國外的機(jī)械化加工的越來越被重視，鍛造正在發(fā)揮著不可替代的作用。卸扣因體積小承載重量大而廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。
關(guān)鍵字：鍛造工藝學(xué)；鍛造模具；CAD制圖；
正 文
1、零件分析及工藝方案確定
1.1零件分析
卸扣，索具的一種。國內(nèi)市場上常用的卸扣，按生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)一般分為國標(biāo)、美標(biāo)、日標(biāo)三類；其中美標(biāo)的最常用，因?yàn)槠潴w積小承載重量大而被廣泛運(yùn)用。卸扣由于承受重力較高所以對(duì)強(qiáng)度要求比較高；對(duì)外形要求并不高，目前較好的卸扣一般都是用合金鋼材質(zhì)。
如圖1.1.1對(duì)零件的整體形狀尺寸，表面粗糙度進(jìn)行分析，此零件的材料為45號(hào)鋼，材料性能穩(wěn)定。
圖1.1.1
1.2工藝方案的確定
根據(jù)上述分析，結(jié)合生產(chǎn)批量要求，生產(chǎn)設(shè)備，制模能力等進(jìn)行全面分析，初步確定出模鍛設(shè)計(jì)步驟：
①選擇鍛造方式：錘上模鍛；②選用設(shè)備類型：模鍛錘；③采用模鍛形式：開式模鍛；④確定變形工步：下料—加熱—拔長—滾擠—預(yù)鍛—終鍛。
2、繪制鍛件圖
2.1確定分模位置
確定分模面位置最基本的原則是保證鍛件形狀盡可能與零件形狀相同。使鍛件容易從鍛模型槽中取出，因此鍛件的側(cè)表面不得有內(nèi)凹的形狀，并且使模膛的寬度大而深度小。鍛件分模位置應(yīng)選在具有最大水平投影尺寸的位置上。應(yīng)使飛邊能切除干凈，不至產(chǎn)生飛刺。對(duì)金屬流線有要求的鍛件，應(yīng)保證鍛件有最好的纖維分布。
根據(jù)卸扣零件形狀，采用厚度方向上下對(duì)稱的直線分型模。
2.2確定模鍛件加工余量及公差
根據(jù)表中可知，鍛件的質(zhì)量為2.7kg,鍛件的材料為45號(hào)鋼，所以材質(zhì)系數(shù)為M1級(jí)。鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)：，經(jīng)計(jì)算為3級(jí)復(fù)雜系數(shù)。
由有關(guān)手冊(cè)查得：高度公差為；長度公差為；寬度公差為。
零件需磨削加工，加工精度為，查得高度及水平尺寸的單邊余量約為，取。
2.3模鍛斜度
為便于模鍛件從型槽中取出，必須將型槽壁做成一定的斜度，稱為模鍛斜度或出模角。為了使鍛件容易從模膛中取出，一般鍛件均有脫模斜度或脫模角,它分為外斜度和內(nèi)斜度，常常內(nèi)斜度比外斜度大2~3?度。?
查有關(guān)手冊(cè)確定型槽的外斜度為7°，內(nèi)斜度為10°。
2.4確定鍛件圓角半徑?
鍛件上的圓角可使金屬容易充滿模膛，起模方便和延長模具使用壽命。圓角半徑太小會(huì)使鍛模在熱處理或使用中產(chǎn)生裂紋或壓塌變形，在鍛件上也容易產(chǎn)生折紋。同時(shí)為了加工方便同一鍛件圓角的選取要與銑刀相配。?
為了使金屬易于流動(dòng)和充滿型槽，提高鍛件質(zhì)量并延長鍛模壽命，模鍛件上的所有轉(zhuǎn)接出都用圓弧連接。?
r=余量+零件相應(yīng)處圓角半徑或倒角?
鍛件上內(nèi)圓角半徑R應(yīng)比外圓角半徑r大，一般取R=（2～3）r?
所以外圓角半徑為1.5mm，內(nèi)圓角半徑為R=（2～3）r，所以內(nèi)圓角半徑為3mm.?
2.5技術(shù)條件：
（1）未注明的模鍛斜度為7°，內(nèi)斜度為10°；
（2）圖上未標(biāo)注的圓角半徑R=1.5mm；
（3）允許的錯(cuò)移量0.6mm；
（4）允許的殘留毛邊量0.7mm；
（5）允許的表面缺陷深度0.5mm；
（6）鍛件熱處理：調(diào)質(zhì)；
（7）鍛件表面清理：為便于檢查淬火裂紋，采用酸洗。
3、計(jì)算鍛件的主要參數(shù)
（1）鍛件在平面上的投影面積為9300；
（2）鍛件周邊長度為730；
（3）鍛件的體積為344000；
（4）鍛件的質(zhì)量為2.7kg。
4、確定鍛錘噸位
總變形面積為鍛件在平面圖上的投影面積與毛邊面積之和，參考表4-14，按1～2t錘毛邊槽尺寸考慮，假定毛邊橋部寬度為18mm，總面積，按雙作用模鍛錘噸位確定的經(jīng)驗(yàn)公式確定鍛錘噸位，因卸扣件為大量生產(chǎn)，需要高生產(chǎn)率，取較大的系數(shù)6.3，取，于是，選用1.5t錘。
5、確定毛邊槽形式和尺寸
圖5.1.1
選用圖5.1.1毛邊槽形式Ⅰ，其尺寸按表4-14確定；選定毛邊槽尺寸為，，，，，。
鍛件毛邊體積，其中（鍛件毛邊平均截面積）。
6、確定終鍛型槽
（1）型槽排布?
模鍛一種鍛件，往往要采用多個(gè)工步來完成。因此鍛模分模面上的型槽布置要根據(jù)型槽數(shù)、各型槽的作用以及操作方便來確定，原則上應(yīng)使型槽中心與理論上的打擊中心重合，以使錘擊力與鍛件的反作用力處于同一垂直線上從而減少錘桿承受的偏心力距，有利于延長錘桿壽命，使鍛件精度增高。?
（2）兩個(gè)制坯型槽分布?
這時(shí)應(yīng)將第一道制坯工步安排在吹風(fēng)管的對(duì)面，以避免氧化皮落到終鍛型槽里。布排型槽應(yīng)以終鍛型槽為中心，左右對(duì)稱布排，并盡可能使型槽中心與打擊中心重合。
（3）終鍛型槽是按照熱鍛件圖加工和檢驗(yàn)的，卸扣材料為45鋼，考慮收縮率為1.5%。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，考慮到鍛模使用后承擊面下陷，型槽深度減小及精壓時(shí)變形不均，橫向尺寸增大等因素，修改了幾處尺寸：如軸孔處高度是31mm，修改后的尺寸是31.5mm。
7、設(shè)計(jì)預(yù)鍛型槽
預(yù)鍛的主要目的是在終鍛前進(jìn)一步分配金屬，分配金屬是為了：
（1）確保金屬無缺陷流動(dòng)，易于充填型槽；
（2）減少材料流向毛邊的損失；
（3）減少終鍛型槽磨損；
（4）取得所希望的流線和便于控制鍛件的力學(xué)性能。
但采用預(yù)鍛也會(huì)帶來不利的影響，由于模塊上附加預(yù)鍛型槽，容易造成偏心打擊，影響錘桿的壽命，容易使上下模錯(cuò)移，增大模塊尺寸，降低生產(chǎn)率。
預(yù)鍛型槽是以終鍛型槽或熱鍛件圖為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)的原則是經(jīng)預(yù)鍛型槽成形的坯料，在終鍛型槽中最終成型時(shí)，金屬變形均勻，充填性好，產(chǎn)生的毛邊最小。為此，須具體考慮如下問題：
①預(yù)鍛型槽的寬與高
當(dāng)預(yù)鍛后的坯料在終鍛型槽中是以鐓粗方式成形時(shí)，預(yù)鍛型槽的高度尺寸應(yīng)比終鍛型槽大2～5mm，寬度則比終鍛型槽小1～2mm，橫截面面積應(yīng)比終鍛型槽相應(yīng)處截面積大1%～3%。
②模鍛斜度
預(yù)鍛型槽的模鍛斜度一般與終鍛模具型槽相同。
③圓角半徑
預(yù)鍛型槽周邊不設(shè)毛邊槽，而是在型槽分模面轉(zhuǎn)角處用較大的圓??；型槽內(nèi)的圓角半徑比終鍛型槽對(duì)應(yīng)處稍大。增大肋根部圓角半徑的目的是減小金屬流動(dòng)阻力，促進(jìn)預(yù)鍛件成形，同時(shí)也能補(bǔ)償終鍛時(shí)金屬的不足，還可防止產(chǎn)生折疊。
8、繪制計(jì)算毛坯圖
根據(jù)卸扣的形狀特點(diǎn)，選取9個(gè)截面，分別計(jì)算，，列于下表中，并畫出卸扣的截面圖和直徑圖。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。
截面圖所圍面積即為計(jì)算毛坯體積，得：
，縮尺比M通常取為，這里取為20。
（與對(duì)比，相差2.4%。）
平均截面積 ；
平均截面直徑 。
按體積相等修正截面圖和直徑圖，修正后的最大截面積為，則最大截面直徑為。
圖8.1.1
表8.1卸扣計(jì)算毛坯的計(jì)算數(shù)據(jù)
截面號(hào)
1
0
252
252
15.9
2
1411
176
1587
39.8
3
1984
176
2160
46.5
4
755
176
931
30.5
5
855
176
1031
32.1
6
755
176
931
30.5
7
1308
176
1484
38.5
8
1411
176
1587
39.8
9
0
252
252
15.9
9、制坯工步選擇
計(jì)算毛坯為兩頭一桿，應(yīng)簡化成兩個(gè)簡單的一頭一桿計(jì)算毛坯來選擇制坯工步。
可知此鍛件應(yīng)采用拔長、滾擠制坯工步。為易于充滿型槽，應(yīng)選圓形坯料，先拔長，再開式滾擠。模鍛工藝方案為：拔長—開式滾擠—預(yù)鍛—終鍛。
10、確定坯料尺寸
根據(jù)公式拔長加滾擠聯(lián)合制坯：
—毛坯截面積；—計(jì)算毛坯頭部最大尺寸處截面積,。
根據(jù)坯料的制坯工步采用圓形坯料
其直徑，經(jīng)計(jì)算，取直徑為65mm。
查表取燒損率d=3%，在室內(nèi)電爐中加熱。
坯料體積為：
鉗頭長度：。
所以坯料長度：，取200mm。
11、制坯型槽設(shè)計(jì)
11.1拔長型槽設(shè)計(jì)
拔長型槽的主要作用是使批表局部截面積減小，長度增加，還兼有清除氧化皮的作用，拔長型槽的位置在模塊邊緣，有坎部，倉部和鉗口三部分組成。
①拔長坎高度。
②拔長坎長度。
③圓角半徑R=0.25C=0.25×97.5=24，。
④型槽寬度。取B=95mm。
⑤倉部深度。
⑥拔長型槽長度。
按上述設(shè)計(jì)可鍛出合格鍛件，但為了提高生產(chǎn)率，可將型槽的高度h減小，增大。
11.2滾擠型槽設(shè)計(jì)
滾擠型槽可認(rèn)為是由鉗口、本體、毛刺槽三部分組成，鉗口用來容納夾鉗并卡細(xì)坯料，毛刺槽是用來容納滾擠時(shí)產(chǎn)生的端部毛刺，本體使坯料變形。
（1）滾擠型槽設(shè)計(jì)：采用開式滾擠。
（2）滾擠型槽高度
由于滾擠時(shí)，上下模不一定打靠，實(shí)際采用的型槽高度應(yīng)比計(jì)算值小一些，按下式計(jì)算：
綜上所述，滾擠型槽高度h為:
（3）滾擠型槽寬度B
滾擠型槽寬度B應(yīng)根據(jù)所選型槽形式和坯料的狀態(tài)來確定。型槽B過大會(huì)減少聚集效率，并增大模塊尺寸；B過小，在滾擠過程中金屬流進(jìn)分模面會(huì)形成毛邊，當(dāng)翻轉(zhuǎn)90度再滾擠時(shí)，就會(huì)形成折疊。
經(jīng)過拔長的坯料再進(jìn)行滾擠時(shí)，桿部金屬富裕量要小得多，不會(huì)再有大量金屬流入頭部，因此，經(jīng)過拔長過的坯料再滾擠時(shí)，滾擠型槽桿部寬度應(yīng)比前述的小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可得
因?yàn)殚_式滾擠型槽頭部與桿部寬度一致，經(jīng)試生產(chǎn)寬度調(diào)整取為80mm
（4）滾擠型槽長度L?
滾擠型槽長度L應(yīng)根據(jù)熱鍛件圖尺寸確定。?直鍛件
（5）鉗口與毛刺槽尺寸
鉗口處：，經(jīng)計(jì)算：。
查表得：。
12、鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）鍛模緊固方法?
錘上鍛模緊固在下模座和錘頭上，采用楔鐵和定位鍵配合燕尾緊固的方法。?
（2）模膛的布排?因?yàn)榇隋懩２恍桀A(yù)鍛模膛，且零件為中心對(duì)稱，故終鍛模膛中心位置應(yīng)在鍛模中心處。?
（3）鎖扣的設(shè)計(jì)?
H=25mm，b=35mm，δ=0.3mm，α=5°，R1=13mm，R2=25mm。
（4）確定模膛壁厚?
S1=1.2×62.5=75mm，S2=1.7×22.5=38.25mm，S3=2×15=30mm。
（5）模塊尺寸的確定?
由噸位設(shè)備1.5t，查得鍛模允許的最小承擊面積400，綜合考慮模膛布排、飛邊槽、鎖扣及鐓粗臺(tái)設(shè)計(jì)要求等方面的因素，可取模塊尺寸L=550mm，B=420mm。此時(shí)的承擊面積為：
，滿足要求。
（6）模塊高度?
上模塊高度：H=180mm
下模塊高度：H=180mm
模塊最小閉合高度：H=360mm
（7）檢驗(yàn)角b=5mm??h=50mm
?燕尾b=200mm??h=50.5mm?
鍵槽b1=50mm??l=60mm?
起重孔d×s=30×60mm?
13、鍛前加熱、鍛后冷卻及熱處理要求的確定??
13.1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。查有關(guān)資料確定鍛件的始段鍛溫度為1200℃，終鍛溫度為750℃。
13.2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。
13.3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。?
13.4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?？墒瑰懠@得良好的綜合力性能。
14、卸扣件的模鍛工藝流程
（1）切料：5000kN型剪機(jī)冷切。?
（2）加熱：半連續(xù)式爐，1220-1240。?
（3）模鍛：1.5t模鍛錘，坺長、開滾、預(yù)鍛、終鍛，每班約生產(chǎn)1100件。
（4）熱切邊：1600kN切邊壓機(jī)。
（5）彎曲：折彎機(jī)彎曲。
（6）沖孔：沖床沖孔。?
（7）磨毛邊：砂輪機(jī)。
（8）熱處理：連續(xù)熱處理爐，調(diào)質(zhì)。?
（9）酸洗：酸洗槽。?
（10）冷校正：1t夾板錘。?
（11）冷精壓：10000kN精壓機(jī)。?
（12）檢驗(yàn)。
15、課程設(shè)計(jì)感悟
經(jīng)過本次的課程設(shè)計(jì)，我又學(xué)到了很多的知識(shí)，首先，非常感謝老師的細(xì)心指導(dǎo)，讓我對(duì)有關(guān)鍛造工藝?yán)碚撝R(shí)進(jìn)行了鞏固和重新理解，同時(shí)提高了自己查閱相關(guān)資料和手冊(cè)的能力，解決了在課程設(shè)計(jì)中遇到的一些問題，積極向老師和同學(xué)討論和請(qǐng)教，認(rèn)真研究了所有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不僅提高了制圖能力，而且強(qiáng)化了專業(yè)知識(shí)的綜合能力。
在課程設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。 在此感謝我們的老師，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣;老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪;這次模具設(shè)計(jì)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開老師您的細(xì)心指導(dǎo)。
16、參考資料
1． 《中國模具設(shè)計(jì)大典（第三卷）》，肖祥芷，王孝培編寫。
2． 模具技術(shù)叢書編委會(huì)．沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994
3． 馮炳堯、韓泰榮、蔣文森編．模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊(cè)（第二版）．上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1998年
4． 模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)教育叢書編委會(huì)．模具制造工藝與裝備．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003年
5． 許發(fā)越主編．模具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994年
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