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1、
課程設計說明書
題 目：起重機連桿零件的模具設計
學 院：
專業(yè)名稱：
班級學號：
學生姓名：
指導教師：
20 年 月 日
目錄
1、模鍛件圖設計 3
1.1 模鍛鍛件圖設計 3
1.1.1 確定分模位置 4
1.1.2 確定公差和加工余量 5
1.1.3 模鍛斜度 7
1.1.4 圓角半徑 7
1.1.5 技術條件 8
1.2 計算鍛件的主要參數(shù) 8
2、確定鍛錘噸位 8
3、確定飛邊槽形式和
2、尺寸 9
4、 繪制計算毛坯圖 9
5、確定制坯工步 11
6、確定坯料尺寸 11
7、鍛模結構設計 12
7.1模鏜布置 12
7.2鎖扣尺寸 12
7.3模塊尺寸 13
7.4鉗口尺寸 13
8、鍛前加熱、鍛后冷卻及熱處理要求 14
8.1 確定加熱方式，及鍛造溫度范圍 14
8.2 確定加熱時間 15
8.3 確定冷卻方式及規(guī)范 15
8.4 確定鍛后熱處理方式及要求 15
參考文獻 16
全套圖紙加扣 3346389411或3012250582
1、模鍛件圖設計
鍛件圖是確定模鍛生產過程、制定工藝規(guī)范、設計鍛模、檢驗鍛件及制
3、作鍛模的依據(jù)，是模鍛最重要的基本技術文件之一。鍛件圖是根據(jù)產品零件圖設計的。它可分為冷鍛件圖和熱鍛件圖。冷鍛件圖用于最終鍛件檢驗，也是機械加工部門制定加工工藝、設計加工夾具的依據(jù)，一般冷鍛件圖簡稱鍛件圖。熱鍛件圖是根據(jù)冷鍛件圖涉及到額，用于鍛模的設計和制造，所以又被稱為“制模用鍛件圖”。
各種不同鍛模設備所生產的模鍛件，其鍛件圖設計有許多相同之處，但又有其不同熱點。本次設計中，是設計的錘上模鍛件。
鍛件圖設計主要包括以下幾點內容：
1） 選擇分模面的位置和形狀；
2） 確定機械加工余量、余塊和鍛件公差；
3） 確定模鍛斜度；
4） 確定圓角半徑；
5） 確定沖孔連皮的形式和尺寸；
4、
6） 制定鍛件技術文件；
7） 繪制鍛件圖。
1.1 模鍛鍛件圖設計
根據(jù)任務書上，所給的零件圖，可知起重機連桿是帶牙類零件件，對零件的整體形狀尺寸，表面粗糙度進行分析，此零件的材料為45鋼，材料性能穩(wěn)定。
圖 1-1 起重機連桿零件圖
1.1.1 確定分模位置
分模面表現(xiàn)在鍛件分模位置上是一條封閉的鍛件外輪廓線，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，因此鍛件的側表面不得有內凹的形狀，并且使模膛的寬度大而深度小。鍛件分模位置應選在具有最大水平投影尺寸的位置上。應使飛邊能切除干凈，不至產生飛刺。對金屬流線有要求的鍛件
5、，應保證鍛件有最好的纖維分布。
根據(jù)起重機連桿屬于帶牙鍛件，根據(jù)零件的形狀，采用厚度方向上下對稱的直線分型模。根據(jù)零件形狀，分模面取為最大直徑處的1/2高度位置。
本次設計中，顯然，安排在18.5中心線處。
1.1.2 確定公差和加工余量
普通模鍛方法尚不能滿足機械零件對形狀和尺寸精度、表面粗糙度的要求，因此，零件全部表面或部分表面在模鍛后需要機械加工，在機械加工表面需留有機械加工余量，并給出適合的鍛件公差。
鍛件的重量更具鍛件圖的名義尺寸進行計算，在鍛件圖為設計前，可根據(jù)鍛件大小初定余量進行計算，并可按此重量查表確定公差和余量。
查得45鋼的密度為：。
零件表面粗糙度
6、大于或等于時采用一般加工精度為F1，零件表面精度小于時一般采用加工精度F2，余量要適當放大。由任務書可知，此起重機連桿的表面加工精度小于Ra3.2um，故取加工精度F2。
對于該零件，采用的加熱方式為在煤氣加熱爐中加熱。
此次設計中，由于起重機連桿類零件，屬于異形盤件，故采用三維軟件繪制三維圖，通過三維軟件分析功能得知零件的體積。
圖1-2
由三維軟件計算的該鍛零件的體積為 71142.58立方毫米。由此可以估算鍛件的總質量為0.56kg。外圍包容體質量。對于長方形鍛件，
零件的復雜系數(shù)為：
由參考文獻[1]表7-3鍛件形狀復雜程度等級，可知，鍛件的復雜系數(shù)為S2，形狀復雜
7、程度為一般。
由參考文獻[1]表5-5查得，水平及高度方向的單邊加工余量為1.5～2mm，取2mm。
根據(jù)參考文獻[1]表5-1查得，鍛件齒輪的輪廓尺寸公差列于表1-1：
表 1-1起重機連桿的尺寸允許偏差
鍛件尺寸
公差
直徑
Φ60
Φ48
Φ28
高度
29
12
1.1.3 模鍛斜度
為使鍛件成型后，順利的由模鏜中取出，鍛件側面上必須帶有斜度，稱為模鍛斜度。模鍛斜度可以是鍛件側面上附加的斜度，也可以是側表面上的自然斜度，鍛件外壁上的斜度稱為外模鍛斜度，鍛件內壁上的斜度稱為內模鍛斜度。
本次設計，取常用模鍛斜度為7
8、o。
1.1.4 圓角半徑
鍛件上的圓角半徑，對于保證金屬流動，提高模具壽命，提高鍛件質量和便于出模等十分重要。因此在鍛件上各相交表面處必須做出圓角，不允許呈尖角狀。
鍛件上凸角圓角半徑為外圓角半徑，凹角圓角半徑為內圓角半徑，本次設計的起重機連桿，外圓角半徑r=余量+零件相應處圓角半徑或倒角，內圓角半徑R=（2～3）r，其余部位的圓角半徑取2mm。
1.1.5 技術條件
（1）圖上未標注的模鍛斜度7o；
（2）圖上未標注的圓角半徑R=2mm；
（3）允許的殘留毛邊量0.7mm；
（4）允許的表面缺陷深度0.5mm；
（5）鍛件熱處理:調質HB156—269；
（6
9、）鍛件表面清理:為便于檢查淬火裂紋,采用酸洗；
（7）允許的錯移量為0.6mm。
根據(jù)余量和公差,繪制鍛件圖。
1.2 計算鍛件的主要參數(shù)
(1) 鍛件在平面上的投影面積為 6042.851mm2；
(2) 鍛件周邊長度為490.507mm ；
(3) 鍛件體積為71.1cm3；
(4) 鍛件質量為0.56kg。
2、確定鍛錘噸位
總變形面積為鍛件在水平面上的投影面積與飛邊水平投影面積之和，參考毛邊槽尺寸，按1-2t錘毛邊槽尺寸考慮，假設毛邊均勻寬度為20mm,總的變形面積S=（6042.851+490.507×20）=15853。
雙作用模鍛錘噸位的經驗公式
G=（
10、3.5-6.3）KA
A——鍛件和飛邊在水平面上的投影面積，cm2；
K——材料系數(shù)，取K=1。
由于零件需要大批量生產，要求生產效率在此取5。
計算得G=792.65kg
故選用1t模鍛錘。
3、確定飛邊槽形式和尺寸
根據(jù)鍛件在水平面上的投影面積，A=6042.851mm2，由經驗公式確定飛邊槽橋部高度：
由參考文獻[1]表5-20，選定飛邊槽的尺寸為：h=1.6mm，h1=3.5mm，b=8mm，b1=22mm，r=1。
圖3-1毛邊槽形式
4、 繪制計算毛坯圖
對于長軸類鍛件，以模鍛連桿為例，如果直接用等斷面坯料在模鍛模鏜內鍛造，坯料變形時，金屬沿軸向流動
11、的少，沿橫向流動的多，近似于平面變形。因此，桿部有大量金屬流入飛邊槽，不僅浪費了很多金屬，而且使上下模不能打靠。頭部由于金屬不足，不能充滿。為了得到合格的鍛件、節(jié)約金屬和減少模鏜磨損，應采用制坯工步，預先改變坯料的形狀，改變金屬沿軸向分配的情況。
坯料沿軸向的金屬分配對不同鍛件要求不同，合適的形狀應該是在保證模鏜充滿的條件下，在模鍛之后，鍛件各處飛邊均勻，亦即應使坯料上各個截面的面積等于鍛件上相應面積加上飛邊的截面積。按這一要求計算的毛坯，稱為計算毛坯。
繪制計算毛坯圖如圖4-1：
圖 4-1 計算毛坯圖
V計——計算毛坯體積；
M——繪圖比例系數(shù)；
S計——計算毛坯截面圖
12、曲線下的面積。
計算得：
5、確定制坯工步
搖臂類零件一般采用壓肩制坯。采用方料，進行壓肩制坯。
6、確定坯料尺寸
鍛件的體積為： 6042.851mm3；
飛邊體積，按飛邊槽容積的50%計算：
取氧化燒損率為，則坯料體積為：
則坯料寬度為：
取系數(shù)為1.3，計算得：
b=82.4mm
按標準規(guī)格選擇坯料的尺寸為：
下料長度：25×25×65方料。
7、鍛模結構設計
由于是盤類零件，終鍛模鏜設計的主要內容是繪制熱鍛件圖，供制造模鏜用，熱鍛圖按冷鍛圖加收縮率制定。渦輪盤考慮收縮率為1.5%，模鍛斜度，內、外圓角的尺寸按冷鍛圖不變
13、。
7.1模鏜布置
對于搖臂類零件，通過鐓粗的方式制坯，鐓粗臺布置在鍛模的左前角，其高度固定，操作方便，坯料鐓粗后距各邊緣的距離不小于10mm。由于是軸對稱鍛件，故終鍛模鏜中心就是形心，應與鍛模中心重合。
7.2鎖扣尺寸
本次設計中，根據(jù)經驗，采用縱向鎖扣，由參考文獻[1]表5-34鎖扣尺寸，查得鎖扣高度H=35mm，最小寬度不得小于69mm，鎖扣側面間隙為0.4mm，由上模做出來。鎖扣斜角取3°。鎖扣的具體尺寸見鍛模圖。
7.3模塊尺寸
模塊尺寸除了考慮模鏜布置、模壁厚度、鎖扣等有關因素外，還要考慮其他一些因素。如承擊面積，鍛模中心與模塊中心的偏移量，模塊長度，模塊寬度，鍛模
14、高度。
由參考文獻[1]表5-36查得，終鍛模鏜最大深度為53mm，大于32mm，所以取模塊的最小高度為230mm。
綜合模鏜尺寸，鐓粗臺尺寸，鎖扣寬度，模鏜壁厚，承擊面等初步算出，模塊平面尺寸，按模鏜最大深度，2t的最小閉合高度，鍛模翻新量等因素決定模塊高度尺寸，由參考文獻[1]表5-38，確定模塊寬度為350mm，高度為230mm，長度為350mm。
7.4鉗口尺寸
對于終端型槽的鉗口經查表可以設計為如下尺寸：
1、寬度b：由參考文獻[1]表5-22鉗口尺寸查得b=5mm；
2、高度h：由參考文獻[1]表5-22鉗口尺寸查得h=50mm。
8、鍛前加熱、鍛后冷卻及熱
15、處理要求
8.1 確定加熱方式，及鍛造溫度范圍
在鍛造生產中，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。查有關資料確定鍛件的始段鍛溫度為1200℃，終鍛溫度為750℃。
16、
8.2 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：
式中D—坯料直徑或厚度（cm）
—鋼化學成分影響系數(shù)，取0.13（h/cm）;
8.3 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。
8.4 確定鍛后熱處理方式及要求
鍛件在機加工前后均進行熱處理，其目的是調整鍛件的硬度，以利鍛件進行切削加工，消除鍛件內應力，細化晶粒等。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，調質處理?？墒瑰懠@得良好的綜合力性能。
參考文獻
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[2] 姚澤坤主編.鍛造工藝學與模具設計.西安：西北工業(yè)大學出版社，2007
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[4]大連理工大學工程畫教研室編.機械制圖.北京：高等教育出版社，2003
[5]呂炎主編．鍛造工藝學．機械工業(yè)出版社，1995
[6]李會武等.鍛模設計手冊.機械工業(yè)出版社，1990
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機械課程設計-起重機連桿鍛造模具設計
