726 軸頭鍛壓模設(shè)計（有cad圖）
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軸頭鍛壓模設(shè)計
摘 要
鍛壓是一種既古老而又正處在蓬勃發(fā)展之中的一種金屬加工技術(shù)。目前，人類生產(chǎn)的金屬材料的大部分，最終都是經(jīng)過鍛壓方法加工成成品零件的。鍛造是塑性加工的重要分支，它是利用材料的可塑性，借助外力的作用產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸和一定組織性能的鍛件。任何一個鍛造過程的根本目的都是為了獲得符合圖紙要求的外形、尺寸及內(nèi)部組織性能合格的鍛件。一個完善的鍛模設(shè)計過程，首先要根據(jù)零件的形狀和尺寸設(shè)計出鍛件。選擇鍛件工步是關(guān)鍵。確定工步后，再根據(jù)熱鍛件來設(shè)計模膛、鍛模和切邊模。在設(shè)計過程中，需要通過計算來確定錘的噸位以及原料的量（既為下料）。
關(guān)鍵詞：鍛模；模膛；切邊
ABSTRACT
Forging an old and is in the flourishing of development of a metal processing technology. At present, human production of most metals are ultimately after forging methods processed into finished parts. Forging plastic processing is an important branch, which is the use of plastic material, the role of outside help produce plastic deformation, obtain the necessary shape, size and performance of certain organizations forgings. Any process of forging a fundamental purpose is to be consistent with the requirements of the contour drawings, the internal organization of the size and performance of qualified forgings. A perfect die design process, according to the first parts of the shape and size of forging design. Forging choice step is the key. Determining step, in accordance with the design of heat forging die barrels, die and trimming. In the design process, the need to hammer calculation to determine the tonnage of raw materials and the volume (both for the next material).
Keywords : Forging Die,；Die barrels； Trimming
目 錄
1 論述………………………………………………………………………… 1
1.1鍛壓的發(fā)展歷史及國內(nèi)現(xiàn)狀………………………………………… 1
1.2鍛壓的分類………………………………………………………………2
1.3錘用鍛模及其特點………………………………………………………2
1.4模鍛工藝和模具設(shè)計的特點……………………………………………2
1.5錘上模鍛的缺點…………………………………………………………3
1.6鍛造溫度范圍……………………………………………………………3
1.7鍛坯加熱…………………………………………………………………3
2 鍛件圖的制定……………………………………………………………… 7
2.1材料特性…………………………………………………………………7
2.2鍛件圖的制定……………………………………………………………8
2.2.1分析成品的形狀……………………………………………………8
2.2.2分模面的確定：……………………………………………………9
2.2.3機械加工余量的確定………………………………………………9
2.2.4模鍛件公差…………………………………………………………9
2.2.5 鍛模斜度 …………………………………………………………11
2.2.6圓周半徑……………………………………………………………12
2.2.7鍛件的熱處理和清理………………………………………………13
3 熱鍛件圖的制定和繪制……………………………………………………14
3.1制定和繪制熱鍛件圖應(yīng)該注意…………………………………………14
4 鍛錘噸位的確定和機械工作壓力機的工作原理…………………………16
4.1鍛錘噸位的確定…………………………………………………………16
4.1.1圓形鍛件……………………………………………………………16
4.1.2非圓形鍛件…………………………………………………………16
4.2機械工作壓力機的工作原理 ………………………………………… 17
4.3鍛件工步的選擇…………………………………………………………19
5 模膛的設(shè)計………………………………………………………………… 20
5.1拔長模膛的設(shè)計……………………………………………………… 20
5.2終鍛模膛的設(shè)計……………………………………………………… 20
5.2.1飛邊槽的作用…………………………………………………… 20
5.2.2鍛坯下料方法…………………………………………………… 21
5.2.3下料……………………………………………………………… 22
6 鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………………………………… 23
6.1模膛中心與鍛模中心位置關(guān)系……………………………………… 23
6.2鎖口設(shè)計……………………………………………………………… 24
6.3模膛壁厚的確定……………………………………………………… 25
7 切邊模設(shè)計………………………………………………………………… 26
7.1切邊模設(shè)計…………………………………………………………… 26
7.2 切邊力的計算……………………………………………………… 26
7.3.簡單切邊模的設(shè)計 ………………………………………………… 26
8 軸頭生產(chǎn)過程（示意圖）…………………………………………………… 28
致謝……………………………………………………………………………… 32
參考文獻………………………………………………………………………… 33
1 論述
1.1 鍛壓的發(fā)展歷史及國內(nèi)現(xiàn)狀
“鍛壓”是人類發(fā)明的最古老的生產(chǎn)技術(shù)之一。人類發(fā)現(xiàn)和使用金屬幾千年的歷史，都伴隨鍛壓技術(shù)的發(fā)展。從最初鍛造農(nóng)具和制造盔甲，到現(xiàn)在生活中隨處可見的千千萬萬的鍛壓產(chǎn)品，都證明了這一技術(shù)對人類的寶貴價值。目前，人類生產(chǎn)的金屬材料的大部分，最終都是經(jīng)過鍛壓方法加工成成品零件的。
鍛壓是一種既古老而又正處在蓬勃發(fā)展之中的一種金屬加工技術(shù)。從規(guī)模上看，它從昔日的紅爐手工鍛造已發(fā)展到在萬噸級的液壓機上鍛造幾百噸的鋼錠；從工藝上看，它沖破了舊有單一的概念，又開發(fā)出了冷鍛、溫鍛、近熔點鍛、等溫度和超塑性鍛造等；從設(shè)備上看，它已由單方向的直線動作擴展到了多向、回轉(zhuǎn)或其它更復(fù)雜的動作；從鍛件原材料看，它由一般鋼擴展到了許多特種用途鋼、難變形鋼和高溫有色合金等，也由錠料和棒料擴展到了液料和粉料。
越來越多的生產(chǎn)實踐表明，鍛壓法已遍及國民經(jīng)濟的各個生產(chǎn)領(lǐng)域。這不僅因為它能合理地利用金屬的塑性，省時節(jié)能地獲得產(chǎn)品的形狀，而且還能改變金屬的性能，通過改善金屬的內(nèi)部組織，提高原始金屬本身的承載能力，進而收到節(jié)材的效果。近些年來的發(fā)展也表明，鍛壓已不再只是一種加工零件毛坯的手段，用它直接成形零件的生產(chǎn)實例已越來越多。這一切證明鍛壓是一種充滿活力和前途寬廣的加工技術(shù)，它的水平正不斷提高，它的作用也不斷延伸。所以，現(xiàn)在的飛機、汽車、船舶、大型發(fā)電設(shè)備和化工容器以及軍工領(lǐng)域的許多大型的重要零件和儀器，鐘表中的一些小零件，都幾乎是用這種方法制造出來的。
過去在我國工業(yè)中，模具長期未受到重視。改革開放以來，塑料成型、家用電器、儀表、摩托車、汽車等行業(yè)進入大批量生產(chǎn)，模具工業(yè)有一定的發(fā)展，但仍然落后于需要，每年進口模具數(shù)量很大。除模具本身外，使用模具的設(shè)備如高效多工位模壓設(shè)備，現(xiàn)代化的鍛壓設(shè)備，大型塑料成型設(shè)備以及供應(yīng)高效沖壓用的卷料設(shè)備等仍落后于需要。由于歷史原因遺留下來的工廠大而全，專業(yè)化程度落后，對這類企業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理的現(xiàn)象仍需要作很大調(diào)整。
建國以來，我國的鍛壓技術(shù)有了飛躍的發(fā)展。從教學(xué)、科研和生產(chǎn)方面基本形成了一個完整的專業(yè)體系。特別是專業(yè)人材培養(yǎng)和鍛壓技術(shù)科研方面，與先進國家并沒有太大的差距。但是就全行業(yè)普通的生產(chǎn)水平而言，不僅與世界先進國家的差距很大，就是與國內(nèi)外其它機械制造工藝相比，也是最落后的行業(yè)之一。
隨著我國四化建設(shè)，特別是汽車工業(yè)的發(fā)展，客觀上對鍛壓技術(shù)也提出了更新更高的要求。作為鍛壓技術(shù)工作者應(yīng)當共同攜手，為充分發(fā)揮成形技術(shù)的潛力，盡快掌握更多的先進技術(shù)，及時總結(jié)技術(shù)經(jīng)驗，豐富專業(yè)基礎(chǔ)文件，大面積提高專業(yè)技術(shù)水平而努力。
鍛壓工藝在機械、機器制造、交通運輸、冶金、航空、航天、兵器等工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用，在鍛壓件的生產(chǎn)中，鍛模設(shè)計是整個鍛壓工藝中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。我國鍛壓行業(yè)的廣大科技人員和工人，在長期的生產(chǎn)和科研實踐中，在鍛模設(shè)計方面積累了豐富的經(jīng)驗.
1.2 鍛壓的分類
鍛壓的分類：根據(jù)不同的情況，鍛模的分類目前有多種方法。
按鍛模設(shè)備不同，鍛模可分為錘用鍛模、螺旋壓力機用鍛模、熱模鍛壓力機用鍛模、平鍛機用鍛模、水壓機用鍛模、高速錘用鍛模等。
按工藝用途不同，鍛模可分為鍛造模具、擠壓模具，冷鐓模具、校正模具、壓印模具、精整模具、精鍛模具、切邊、沖孔模具等。
其它分類方法還有，如按鍛模的結(jié)構(gòu)不同可分為整體鍛模和組合鑲塊鍛模；按終鍛模膛結(jié)構(gòu)不同可分為開式鍛模和閉式鍛模；按分模面的數(shù)量不同可分為單個分模面鍛模和多向模鍛鍛模等。
1.3 錘用鍛模及其特點
本設(shè)計采用錘用鍛模
錘上模鍛主要用于鍛件的大批量生產(chǎn)，是鍛造生產(chǎn)中最基本的鍛造方法。由于模鍛錘具有通用性較強，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，因此錘上模鍛也是鍛造生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的鍛造方法之一。
錘上模鍛的特點：
模鍛錘與鍛壓機等相比主要有下列工作特點：
（1） 靠沖擊力使金屬變形，錘頭在行程的最后速度約為7～9m/s;
（2） 受力系統(tǒng)不是封閉的，沖擊力通過下砧傳給基礎(chǔ)；
（3） 單位時間內(nèi)的打擊次數(shù)多（1～10t模鍛錘為100～40次/min）;
（4） 錘頭的行程不固定；
（5） 承受偏載的能力和導(dǎo)向精度均較差；
（6） 無頂出裝置。
1.4 模鍛工藝和模具設(shè)計的特點
根據(jù)鍛錘的工作特點，其模鍛工藝和模具設(shè)計具有下列特點；
（1）金屬在各模膛中的變形是在錘頭的多次打擊下逐步完成的，錘頭的打擊速度雖然較快，但在打擊中每一次的變形量較??；
（2）由于靠沖擊力使金屬變形，可以利用金屬的流動慣性，有利于金屬填充模膛。鍛件上難充滿的部分應(yīng)盡量放在上模；
（3）在錘上可實現(xiàn)多種模鍛工步，特別是對長軸類鍛件進行滾壓，拔長等制坯工步非常方便；
（4）由于模鍛錘的導(dǎo)向精度不太高，工作時的沖擊性質(zhì)和錘頭行程不固定等，因此，模鍛件的尺寸精度不太高；
（5）由于靠沖擊力使金屬變形，模具一般采用整體結(jié)構(gòu)；
（6）由于靠沖擊力使金屬變形和錘頭行程速度快，通常采用鎖扣裝置導(dǎo)向，較小采用導(dǎo)柱導(dǎo)套。
1.5 錘上模鍛的缺點
模鍛錘工作時震動、噪聲大，勞動條件差，對車間設(shè)備和廠房帶來有害的影響；另外，模鍛錘需要較重的下座，（一般為落下部分重量的25倍），尤其對大噸位的模鍛錘，制造，運輸和安裝都很困難。因此，進幾十年來，16T以上的模鍛錘逐漸地被其他鍛壓設(shè)備所取代。
1.6 鍛造溫度范圍
金屬的鍛造溫度范圍是指其始鍛溫度和終鍛溫度間的一段溫度區(qū)間。在鍛造溫度范圍內(nèi)，金屬應(yīng)具有良好的可鍛性（足夠的塑性、低的變形抗力等）和合適的金相組織，鍛造溫度范圍是通過各種實驗和分析金相狀態(tài)圖確定的。
鍛模設(shè)計時，根據(jù)材料的鍛造溫度范圍可確定變形抗力和計算設(shè)備噸位。
由資料查得，材料20Mn2的鍛造溫度范圍為：
1200（始鍛）～800（終鍛）
1.7 鍛坯加熱
金屬加熱到一定溫度后塑性提高，變性抗力減小。根據(jù)曲線可知，金屬隨著溫度提高而強度降低。 加熱溫度 鍛坯一般加熱到金屬的允許始鍛溫度。為保證里外溫度均勻，鍛坯表面加熱到所需溫度后還應(yīng)保溫一定時間。
圖1 鋼的高溫強度變化
熱態(tài)鍛造前的重要工序。金屬加熱到一定溫度后塑性提高，變性抗力減小為含碳0.45％的碳素鋼和含鎳﹑鉻﹑鎢的合金鋼的高溫強度變化曲線。根據(jù)圖1曲線可知，金屬隨著溫度提高而強度降低。
??加熱溫度 鍛坯一般加熱到金屬的允許始鍛溫度。為保證里外溫度均勻，鍛坯表面加熱到所需溫度后還應(yīng)保溫一定時間。保溫時間與金屬的導(dǎo)熱系數(shù)﹑鍛坯的截面尺寸和在爐內(nèi)的放置狀態(tài)有關(guān)。冷坯料加熱的升溫速度不宜太高，以防止表層與心部之間出現(xiàn)過大的溫差和在心部出現(xiàn)大的熱應(yīng)力。心部熱應(yīng)力容易引起裂紋。常用的測溫儀表有測爐溫的熱電偶﹐測金屬表面溫度的光學(xué)高溫計。
??加熱方法 古代鍛造用明火直接加熱鍛坯。現(xiàn)代鍛坯加熱使用各種燃煤﹑燃油﹑燃氣和電熱式的工業(yè)爐，包括間歇式的室式爐﹑臺車式爐﹑電阻爐﹑感應(yīng)爐和連續(xù)式爐。感應(yīng)爐具有加熱速度快﹑溫度均勻﹑占地小﹑便于自動控制等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于中﹑小模鍛件生產(chǎn)線中。鍛坯加熱消耗大量能源﹐因此必須提高工業(yè)爐的熱效率，改進加熱的管理和操作。
??在高溫下，鋼中的鐵與爐氣中的氧化合，形成 FeO﹑Fe3O4﹑Fe2O3等氧化物，稱為氧化皮。氧化皮的產(chǎn)生會增加金屬的耗損。一般間歇式火焰加熱爐的氧化燒損率為2～3％，感應(yīng)加熱小于0.5％。此外，氧化皮還會加劇模具的磨損，降低鍛件精度和導(dǎo)致表面粗糙，從而加大機械加工的加工余量，增加了材料消耗。氧化皮還阻礙熱的傳導(dǎo)，延加熱時間，影響爐底壽命和工業(yè)爐的機械化作業(yè)。氧化除產(chǎn)生氧化皮外，還會減少鋼的表層碳含量，形成脫碳層，降低鍛件表層的硬度和強度。氧化皮的產(chǎn)生更不利于精密鍛造。為避免或減少氧化引起的各種問題和損失，20世紀以來們對鍛坯少無氧化加熱作了許多研究，研究成果已用于工業(yè)生產(chǎn)。?
使鍛坯表層沒有或只有少量氧化皮的鍛坯加熱工藝。這種加熱法特別適宜于同少無切削加工和精密鍛造配套使用。影響氧化的主要因素是爐氣成分﹑加熱溫度和加熱時間。爐氣成分：爐氣中的O2﹑CO2﹑H2O等屬于氧化氣氛，易使金屬氧化；CO﹑H2﹑Cn H m﹑N2等分別是還原氣氛和惰性氣體，可防止氧化。
??使鍛坯表層沒有或只有少量氧化皮的鍛坯加熱工藝。這種加熱法特別適宜于同少無切削加工和精密鍛造配套使用。影響氧化的主要因素是爐氣成分﹑加熱溫度和加熱時間。爐氣成分：爐氣中的O2﹑CO2﹑H2O等屬于氧化氣氛，易使金屬氧化；CO﹑H2﹑Cn H m﹑N2等分別是還原氣氛和惰性氣體，可防止氧化。加熱溫度：溫度越高，氧化也越激烈。鋼在500℃下氧化甚緩，600～700℃氧化加快，900℃以上急劇氧化。以900℃的氧化指數(shù)為1，則1000℃時增加為2，1100℃時為3.5，1300℃時為7。加熱時間：在同樣溫度和氣氛條件下，氧化隨時間成正比增加。在合理的加熱溫度條件下，減少氧化的途徑是：縮短坯料在爐內(nèi)停留時間，勤裝料﹑勤出料；盡量減少多余的空氣，嚴格控制通風(fēng)量，減少漏風(fēng)，保持爐內(nèi)還原性氣氛。
??少氧化和無氧化加熱有多種方法。
??保護氣氛下電阻爐加熱 這是最方便的無氧化加熱方法，但需要大的電源，熱效率低，加熱緩慢。
??保護氣氛下馬弗爐加熱 在馬弗式電阻爐中通入保護氣氛加熱。在沒有充分的電源時，仍用火焰爐加熱，但需將鍛坯放在馬弗罩中使之與氧化性的爐氣隔離。爐氣將馬弗罩加熱至高溫，再由馬弗輻射加熱鍛坯。馬弗罩用碳化硅﹑剛玉等耐高溫材料製成，壽命較短，限制了這個方法的應(yīng)用。
??鹽浴加熱和玻璃浴加熱 用熔融的金屬鹽 (一般用氯化鋇和氯化鈉混合物)或玻璃將鍛坯與空氣隔離，用電阻加熱鹽浴。鍛坯上的鹽膜或玻璃還能保護金屬出爐后不受二次氧化，但鹽或玻璃可能留存在模膛內(nèi)造成鍛件缺陷和損壞模具。另外，這種方法的熱效率也較低。鹽浴需要好的通風(fēng)裝置以排除有害健康的鹽蒸氣(見鹽浴爐)。
??浮動粒子爐加熱 用石墨﹑石英砂﹑剛玉粒代替熔鹽作加熱介質(zhì)。工作時粒子形成懸浮狀態(tài)的流床，鍛坯在其中加熱。采用這種方法可避免鹽浴加熱的缺點，但需要有鼓風(fēng)裝置和保護氣體。
??涂保護覆蓋層后加熱 在鍛坯加熱前用水玻璃﹑鋁粉﹑鎂砂﹑硼酸鹽等涂料浸漬或涂刷，形成保護性覆蓋層，然后在火焰爐加熱。這種方法簡單，但保護不完全可靠。
??快速電感應(yīng)加熱和電接觸加熱 這類高速加熱設(shè)備主要用在鍛造生產(chǎn)線中，從坯料開始加熱到鍛成成品僅需幾分鐘；雖不用保護氣體，氧化也較輕微。對于大批量生產(chǎn)的中﹑小型精密鍛件，這是有更大發(fā)展前途的加熱方法。它的主要缺點是不適用于多品種﹑小批量生產(chǎn)。
2 鍛件圖的制定
2.1 材料特性
鍛件材料為20Mn2,模具材料為35CrMo
20Mn2為典型低淬透性合金滲碳鋼，這類鋼的淬透性低，心部強度較低，只適用于制造沖擊載荷較小的耐磨件，如小軸，活塞銷，小齒輪等。
20Mn2的主要化學(xué)成分(w/%):
含c量：0.17～0.24
含Mn量：1.40～1.80
含Si量：0.17～037
熱處理（/）：
滲碳：930
預(yù)備處理：850～870
淬火：880（介質(zhì)：油）
回火：220
機械性能（不小于）：
抗拉強度/MPa:785
屈服點/MPa:590
伸長率/%：10
斷面收縮率/%：40
沖擊吸收力Aku2/J:54
35CrMo是一種典型的中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼，這類鋼的油淬臨界直徑為40mm～60mm，含有較多的合金元素，用于制造截面較大的零件，例如曲軸、連桿等。加入35CrMo不僅可提高淬透性，而且可防止第二類回火脆性。
35CrMo的主要化學(xué)成分(w/%):
含c量：0.32～0.40
含Mn量：0.40～0.70
含Si量：0.17～0.37
含Cr量：0.80～1.10
含Mo量：0.15～0.25
熱處理（/）：
淬火：850（介質(zhì)：油）
回火：550（介質(zhì)：油）
機械性能（不小于）：
抗拉強度/MPa:980
屈服點/MPa:830
伸長率/%：12
斷面收縮率/%：45
沖擊吸收力Aku2/J:63
退火狀態(tài)/HB：229
2.2 鍛件圖的制定
鍛件圖是根據(jù)產(chǎn)品圖制定的，它全面地反映鍛件的情況。在鍛件圖中要規(guī)定：鍛件的幾何形狀、尺寸；鍛件公差和機械加工余量；鍛件的材質(zhì)及熱處理要求；鍛件的清理方式以及其它技術(shù)條件等內(nèi)容。
鍛件圖是編制鍛造工藝卡片，設(shè)計模具和量具以及最后檢驗鍛件的根據(jù)，也是機械加工部門驗收鍛件，制定加工工藝、設(shè)計加工夾具（用毛坯面定位時）的依據(jù)，所以鍛件圖是最重要的基本工藝文件之一。
制定鍛件圖時必須綜合考慮鍛件的生產(chǎn)批量，設(shè)備工藝條件等各種因素。鍛件圖的制定還必須與機械加工工藝人員協(xié)商并由他們會簽認可。
2.2.1 分析成品的形狀
成品圖2所示：根據(jù)成品圖，確定分模面、加工余量、模鍛件的公差、鍛模斜度以及圓角半徑等。零件一頭處內(nèi)凹部分制造精度為IT12。
因為零件圖一頭處有一內(nèi)陷，不易采用機加工的方法加工此內(nèi)陷，可以直接通過鍛造得到此內(nèi)陷，因此鍛造此處的模膛其精度一定得與零件相一致，為IT12。
圖2鍛件圖
2.2.2 分模面的確定
選擇分模面的基本要求是保證鍛件能從模膛中取得出來，因此鍛件的側(cè)表面上不得有內(nèi)凹的形狀
由鍛件圖2可知：
因為軸頭處有一內(nèi)腔，如果把分模面設(shè)計為通過軸線，那么鍛件一頭處有內(nèi)凹形狀，鍛件不能從模膛中取出。所以分模面不能通過軸線，只能把它設(shè)計為垂直于軸線。此鍛件的分模面在鍛件圖中標出。
2.2.3 機械加工余量的確定
加工余量的確定與鍛件形狀的復(fù)雜程度，成品零件的精度要求，鍛件的材質(zhì)。模鍛設(shè)備，工藝條件，熱處理的變形量，校正的難易程度，機械加工的工序設(shè)計等許多因素有關(guān)，不能籠統(tǒng)地說多大的余量最合適。機械加工余量也不是越小越好，為了將鍛件的脫碳層（約0.5mm）和表面的細小裂紋去掉，留有一定的加工余量是必要的。
JB3834—85規(guī)定的機械加工余量，根據(jù)估算鍛件重量、加工精度、鍛件復(fù)雜系數(shù)可由表查出機械加工余量。
初步估算出零件的重量在20Kg～50Kg內(nèi)，復(fù)雜系數(shù)為S1，加工精度為一般加工精度。
根據(jù)此數(shù)據(jù)在《鍛模設(shè)計手冊———模具手冊之五》（《鍛模設(shè)計手冊》編寫組編著），第79頁表4-3查得：鍛件的單邊余量在厚度（直徑）方向為2.3mm～3.0mm，取2.5mm
鍛件的單邊余量在水平方向2.5mm～3.5mm，取2.5mm
2.2.4模鍛件公差
模鍛件公差代表模鍛件要求達到的精度。就尺寸公差而言，是鍛件公稱尺寸允許的偏差值。對公稱尺寸所允許的增大值叫做正公差；對公稱尺寸所允許的減小值叫做負公差。
公差分為兩級，普通級和精密級。一般均采用普通級。
在查公差表之前，先要確定以下幾個因素：
（1）鍛件重量 鍛件重量按鍛件圖的公稱尺寸計算得出。
鍛件的公稱尺寸=零件尺寸+機械加工余量
將鍛件分成若干段，各段體積為：
V1=
=255660.37mm=255.66cm
V2=
=267681.83 mm=267.68cm
V3=
=781667.39mm=781.67cm
V4=
=676614.75mm=676.61cm
V5=
=709197.29mm=709.20cm
V6=
=808424.09mm=808.42cm
V7=
=383918.99mm=383.92cm
V8=
=148073.22mm=148.07cm
V=V1+V2+V3+V4+V5+V6+V7-V8
=3735.09cm
查表得20Mn2的密度為7.85 g/cm
(2) 鍛件復(fù)雜系數(shù)S
S= （參考文獻2，第80頁）
-3735.09
=3717.3 cm
S=
=
所以查表得復(fù)雜系數(shù)為S1級。
（3）分模線形狀 分模線形狀分為兩類
a.平直及對稱分模線
b.落差不對稱分模線
這里應(yīng)采用第一種平直及對稱分模線
（4）材質(zhì)系數(shù)M 材質(zhì)系數(shù)分為兩類：
M1類：最高含碳量小于0.65%的碳鋼或合金元素最高總含量小于或等于3.0%的合金鋼。
M2類：最高含碳量大于或等于0.65%的碳鋼或合金元素最高總含量大于或等于3.0%的合金鋼。
有表查得20Mn2的含碳量為0.17～0.24所以該鋼材材質(zhì)系數(shù)為M1類。
A、長度、寬度和高度尺寸的公差,長度、寬度和高度尺寸是指在分模線一側(cè)同一塊模具上的尺寸。
當鍛件的復(fù)雜系數(shù)為S1、S2級，且長寬比值小于3.5時，其公差均可按鍛件最大外形尺寸表確定。
由鍛件的公稱尺寸可知：長寬比值=430.5/148.5〈3.5
所以，其公差均可按鍛件最大外形尺寸表確定。
查《鍛模設(shè)計手冊———模具手冊之五》（《鍛模設(shè)計手冊》編寫組編著），第82頁表4-5查得鍛件輪廓尺寸（mm）長、寬、高尺寸公差為：
長：
寬：
高：
B、殘留飛邊公差 對于中小型鍛件大體允許0.8～1.5mm。其應(yīng)用與其它公差無關(guān)。
C、表面缺陷 表面缺陷是指鍛件表面的氧化、皮坑、磕碰、凹坑或輕度折疊等.對于需要機械加工的鍛件表面,其深度一般允許不超過加工余量的1/2;對于非加工表面,其最大深度一般為厚度公差的1/3.
2.2.5 鍛模斜度
為了使鍛件容易從模膛中取出,一般鍛件均有模鍛斜度,它包括外斜度和內(nèi)斜度,
外斜度用表示,一般為5,7 ,10等；常取7。
內(nèi)斜度用表示，一般為等；常取10。
對于深而窄的鍛模型腔,為了便于起模,而且不至于過多的增加余塊,可采用圖3所示的雙級斜度
圖3鍛模雙級斜度
一個鍛件上應(yīng)盡量減少不同的斜度，使模具制造方便。為了使制造模具的刀具標準化，模鍛斜度優(yōu)先選用30，130，3，5，7，10，12，15等數(shù)值。
因為軸頭屬于長軸類鍛件，而且它的分模面設(shè)計在垂直于軸線，這樣就造成了鍛模型腔深而窄，因此，為了便于起模根據(jù)鍛件的形狀特點，鍛模要采用多級斜度。軸頭零件本身就有斜度，只需在分模面處設(shè)計其脫模斜度，在這里可以取它的斜度為3，其余各處斜度與零件一致。
2.2.6 圓周半徑
鍛件上的圓角可以使金屬容易充滿模膛,起模方便和延長模具使用壽命,圓角半徑太小會使鍛模在熱處理或使用中產(chǎn)生裂紋壓塌變形,在鍛件上也容易產(chǎn)生折紋.
外圓角半徑用r表示，內(nèi)圓角半徑用R表示。
外圓角半徑r=單面余量+零件圓角半徑或倒角。
內(nèi)圓角半徑R=（2～3）r
圓角半徑優(yōu)先選用1, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 25, 30mm,等數(shù)值.
由軸頭的零件圖可知道零件外圓角半徑用r有：r1.5，r2.5，
所以鍛件的外圓角半徑為：r1.5+2.5=r4 r2.5+2.5=r5
對于模鍛非加工部分的圓角半徑可按表1確定
圖4圓周半徑
表1圓周半徑表
1. H/B
2. r
3. R
4. <2
5. 0.05h+0.5
6. 2.5r+0.5
7. 2～4
8. 0.06h+0.5
9. 3.0r+0.5
10. >4
11. 0.07h+0.5
12. 3.5r+0.5
r=5
3.0r+0.5=15.5 取R=15
2.2.7 鍛件的熱處理和清理
產(chǎn)品圖要求調(diào)質(zhì)且硬度為HB230-260,所以鍛件按產(chǎn)品圖規(guī)定的硬度調(diào)質(zhì).
清理的目的是除去鍛件表面的氧化皮,常用的清理方法有:拋丸、噴砂,酸洗、滾筒清理等.
由以上各步的計算和查表和得到鍛件
處理后的鍛件鍛件圖如圖5：
圖5處理后的鍛件
3 熱鍛件圖的制定和繪制
3.1 制定和繪制熱鍛件圖該注意事項
應(yīng)考慮鍛件的熱脹冷縮，鋼鍛件冷卻時的收縮率一般為1.5%，但細長件或停鍛溫度較低的鍛件可取到1.2%～1.3%。圖如圖6：
所以，在這里可以取軸頭鍛件的收縮率為1.25%，冷鍛件各尺寸乘以1.0125得到熱鍛件的尺寸。
661.012566.8 (mm)
761.012577 (mm)
781.012579 (mm)
1161.0125117.5 (mm)
1171.0125118.5 (mm)
691.012569.9 (mm)
1061.0125107.3 (mm)
52.51.012553.1 (mm)
761.012577 (mm)
64.51.012565.3 (mm)
57.51.012558.2 (mm)
104.51.0125105.8 (mm)
63.51.012564.3 (mm)
53.81.012554.5 (mm)
46.71.012547.3 (mm)
401.012540.5 (mm)
148.51.0125150.4 (mm)
圖6熱鍛件圖
4 鍛錘噸位的確定和機械工作壓力機的工作原理
4.1 鍛錘噸位的確定
通常用下面的經(jīng)驗公式來確定鍛模的噸位G
G= （t） （參考文獻2第100頁）
式中 F－包括飛邊(按倉寬1/2計算)及連皮在內(nèi)的鍛件水平投影面積cm
K—鋼件系數(shù),按《鍛模設(shè)計手冊———模具手冊之五》，（《鍛模設(shè)計手冊》編寫組編著）表4—15選用。
模鍛的錘的噸位還可以按布雷留哈偌夫和列別爾斯基的公式確定.
4.1.1 圓形鍛件
G=（1-0.005D）（0.75+0.001D）D （Kg）
（參考文獻2第100頁）
式中 D—鍛件直徑(cm);
—鍛件在終端溫度時的變形抗力(MPa)按《鍛模設(shè)計手冊———模具手冊之五》，（《鍛模設(shè)計手冊》編寫組編著）第一張表1—9選用.
該式適用用于直徑為60cm以下的鍛件
4.1.2 非圓形鍛件
G=G(1+0.1) （Kg）（參考文獻2第101頁）
式中 L—鍛件水平投影面上的最大長度(cm);
B—鍛件投影面積A(cm)。除以L所得的平均寬度。
在按上式計算G時，式中的D要用相當直徑D代替，D值為：
D=1.13
A=14.8514.85
=220.52 cm
所以 D=1.13
=1.1314.85
=16.78
查參考文獻2，表1—9得：
=60 (Mpa)
代入 G=（1-0.005D）（0.75+0.001D）D （Kg）
=0.916
＝1165.48
再代入
G=G(1+0.1) （Kg）
（t）
4.2 機械壓力機工作原理
通過曲柄滑塊機構(gòu)將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為滑塊的直線往復(fù)運動，對坯料進行成形加工的鍛壓機械如圖7。機械壓力機動作平穩(wěn)，工作可靠，廣泛用於衝壓﹑擠壓﹑模鍛和粉末冶金等工藝。機械壓力機在數(shù)量上約占各類鍛壓機械總數(shù)的一半以上。機械壓力機的規(guī)格用公稱工作力(千牛)表示，它是以滑塊運動到距行程的下止點約10～15毫米處(或從下止點算起曲柄轉(zhuǎn)角 約為15°～30°時)為計算基點設(shè)計的最大工作力。
圖7 曲柄滑塊機構(gòu)運動簡圖
?
圖8機械壓力機工作原理圖
工作原理：如圖8，機械壓力機工作時由電動機通過三角皮帶驅(qū)動大皮帶輪(通常兼作飛輪)，經(jīng)過齒輪副和離合器帶動曲柄滑塊機構(gòu)，使滑塊和凸模直線下行。鍛壓工作完成后滑塊迴程上行，離合器自動脫開，同時曲柄軸上的自動器接通，使滑塊停止在上止點附近。
??每個曲柄滑塊機構(gòu)稱為一個“點”。最簡單的機械壓力機采用單點式，即只有一個曲柄滑塊機構(gòu)。有的大工作面機械壓力機，為使滑塊底面受力均勻和運動平穩(wěn)而采用雙點或四點的。
??機械壓力機的載荷是重擊性的，即在一個工作週期內(nèi)鍛壓工作的時間很短。短時的最大功率比平均功率大十幾倍以上，因此在傳動系統(tǒng)中都設(shè)置有飛輪。按平均功率選用的電動機啟動后，飛輪運轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速，積蓄動能。凸模接觸坯料開始鍛壓工作后，電動機的驅(qū)動功率小于載荷，轉(zhuǎn)速降低，飛輪釋放出積蓄的動能進行補償。鍛壓工作完成后，飛輪再次加速積蓄動能，以備下次使用。
??機械壓力機上的離合器與制動器之間設(shè)有機械或電氣連鎖，以保證離合器接合前制動器一定鬆開，制動器制動前離合器一定脫開。機械壓力機的操作分為連續(xù)﹑單次行程和寸動(微動)，大多數(shù)是通過控制離合器和制動器來實現(xiàn)的。滑塊的行程長度不變，但其底面與工作檯面之間的距離(稱為封密高度)，可以通過螺桿調(diào)節(jié)。
??生產(chǎn)中，有可能發(fā)生超過壓力機公稱工作力的現(xiàn)象。為保證設(shè)備安全，常在壓力機上裝設(shè)過載保護裝置。為了保證操作者身安全，壓力機上面裝有光電式或雙手操作式人身保護裝置。
4.3 鍛件工步的選擇
模鍛時,坯料按照鍛件的復(fù)雜程度和具體生產(chǎn)條件在鍛模的一系列模膛中逐步形成,最后形成鍛件.坯料在每一模膛中的變形過程叫做模鍛工步,而工步的名稱與所用模膛的名稱是相應(yīng)一致的。
該軸頭屬于長軸類鍛件,其坯料的長度和截面和鍛件相差較大,鍛件較為細長時常采用拔長,滾壓、終鍛三個工步。
此設(shè)計只需拔長,終鍛兩個工步即可。
5 模膛的設(shè)計
第一類制坯工步有拔長、滾壓和卡壓，它們的作用都是初步改變原毛坯的形狀,合理的分配的坯料以適應(yīng)鍛件橫截面的要求,使金屬能較好的充滿模鍛的模膛。
在這個設(shè)計中可選擇拔長為制坯工步。
5.1 拔長模膛的設(shè)計
1. 拔長模膛的作用
拔長模膛是用來減小坯料某部分橫截面積，增大其長度，具有分配金屬的作用。
2.拔長模膛的設(shè)計主要是根據(jù)熱鍛件圖來設(shè)計，其尺寸熱鍛件的輪廓尺寸，圖如圖9所示：
圖9拔長模膛
5.2 終鍛模膛的設(shè)計
終鍛模膛是鍛件最后形成的模膛，通過它獲得帶飛邊的鍛件。終鍛模膛是按照熱鍛件圖制造的，模膛設(shè)計的主要內(nèi)容是繪制熱鍛件圖和確定飛邊槽尺寸。
熱鍛件前面已設(shè)計，現(xiàn)在主要任務(wù)是確定飛邊槽尺寸。
5.2.1 飛邊槽的作用：
（1）增加金屬流出模膛的阻力，迫使金屬充滿模膛。
（2）容納多余金屬。
（3）鍛造時飛邊起緩沖作用，減弱上下模的打擊，防止模具的壓塌與開裂。
圖10飛邊槽
由《鍛模設(shè)計手冊———模具手冊之五》，（《鍛模設(shè)計手冊》編寫組編著）表4-18查得飛邊槽尺寸為：
h飛：1.6～2，取2
h1: 4
b: 8
b1:25～30，取25
5.2.2 鍛坯下料方法
在鍛造前把棒料切成所需長度的工序。下料方法主要有切削下料和鍛壓設(shè)備下料兩種。鍛壓設(shè)備下料 有剪切﹑折斷﹑加熱后用剁刀切等方法。圖1剪切下料原理為剪切下料的原理。對有些合金鋼和尺寸較大的碳鋼棒料，為防止斷口產(chǎn)生裂紋，還須加熱到350～550℃剪切。
??切削下料 用鋸片﹑鋸條﹑鋸帶﹑薄片砂輪和車刀切斷鍛坯。切削下料端面平整，但切口損耗材料，生產(chǎn)率低，多用于品種多﹑批量較小或?qū)η锌谫|(zhì)量要求高的鍛坯。
??鍛壓設(shè)備下料有剪切﹑折斷﹑加熱后用剁刀切等方法。
刀口形狀和棒料截面相似。小尺寸的棒料多用冷剪。對有些合金鋼和尺寸較大的碳鋼棒料，為防止斷口產(chǎn)生裂紋，還須加熱到350～550℃剪切。如果用多工位熱鍛自動機，也可在鍛造溫度下熱切。剪切下料效率高，適用于大批生產(chǎn)，切口沒有材料損耗，但剪切端面質(zhì)量較差。采用精密剪切工藝和設(shè)備，可以改善剪切端面的平整度和減小下料的重量誤差。提高剪切精度的辦法因材料而異。主要方法有把棒料置于夾緊狀態(tài)下剪切和高速剪切。剪切后的端面和軸線的不垂直度可小于1°，重量誤差在0.5～1％以內(nèi)。
下料設(shè)備 用于下料的鍛壓設(shè)備主要是剪斷機。
也可用機械壓力機和螺旋壓力機下料。中生產(chǎn)的 16000千牛棒料剪斷機，可剪直徑230毫米的碳鋼棒料。
5.2.3 下料
由于鍛件和飛邊已算出，因此下部可以算料和下料鍛件的重量前面已按鍛件的公稱尺寸計算出來。
橫向殘留飛邊可由《鍛模設(shè)計手冊———模具手冊之五》，（《鍛模設(shè)計手冊》編寫組編著）表4-5查得為：
1.7mm
飛邊的體積為 V=
=
=398.62mm
0.4cm
所以=7.85
=3.14 Kg
所以材料的總重量為 =
=29.32+3.14
=32.46 Kg
下料：
原材料是直徑為100mm的圓鋼材，由此可算出應(yīng)該下多長的料。
V=
=
=4135.032 cm
所以： L=
=
=526.76mm
因此，要去直接為100mm長度為526.76mm的材料。
6 鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計
6.1 模膛中心與鍛模中心位置關(guān)系
A、模膛中心的確定 模膛中心是鍛造時模膛中金屬變形阻力的合力作用點，可根據(jù)鍛件在分模面上的面積重心確定，視模膛中金屬變形力分布均勻與否有所不同。
該軸頭是有規(guī)則的幾何體，形狀是以軸線為中心的對稱旋轉(zhuǎn)體，分模面又是垂直于軸線，因此變形阻力分布均勻，模膛中心即為模膛（包括飛邊橋部）在分模面的水平投影的面積重心。如圖11
圖11鍛模模膛中心
B、當模膛中心與鍛模中心位置相重合時，鍛錘打擊力與金屬變形阻力作用在同一垂線上，不產(chǎn)生錯移力，因而上下模不發(fā)生明顯的錯移，這是最理想的布排。
當鍛模無預(yù)鍛模膛時，終鍛模膛中心位置應(yīng)取在鍛模中心處，以保證鍛件質(zhì)量，減少錯差量。
6.2鎖口設(shè)計
（1）．鎖口的作用
a.平衡錯移力 鎖口的主要作用是平衡錯移力，在錘擊時上下模之間經(jīng)常產(chǎn)生水平錯移力，如鍛造帶落差的鍛件時，由于分模面不在同一平面上，將產(chǎn)生錯移力；由于模膛中心對鍛模中心有偏移，將產(chǎn)生偏移力矩；由于錘頭與下砧座水平面間不平行將產(chǎn)生錯移力；又如毛坯放入終鍛模膛偏向一邊較大時，也會產(chǎn)生錯移力。在鍛造時由于這些錯移力與錯移力矩造成上下模之間相對錯移，從而使鍛件產(chǎn)生錯差。因此在鍛模上采用鎖扣，可以平衡錯移力，消除鍛模錯移，減少鍛件錯差。
b.起導(dǎo)向作用 在設(shè)備精度低的情況下，如錘頭與導(dǎo)軌間隙過大或因設(shè)備陳舊無法達到工藝要求的間隙等，鍛模鎖扣將起導(dǎo)向作用以補充設(shè)備精度的不足。
c.偏于上下模塊的調(diào)整，提高生產(chǎn)率。
（2）.鎖扣
鎖扣有兩種：一種是平衡鎖扣，又稱形狀鎖扣，用于具有落差的鍛件上，以平衡模鍛時產(chǎn)生的錯移力。它有以下幾種的型式：對稱式、傾斜式、平衡塊式、混合式；一種是一般鎖扣，用于提高鍛件質(zhì)量，偏于上下模塊的調(diào)整和提高生產(chǎn)率。它有以下幾種的型式：圓形鎖扣、縱向鎖扣、側(cè)面鎖扣、角鎖扣。
在這里我們只需選擇一般鎖扣中的縱向鎖扣。
桿類鍛件普遍采用縱向鎖扣，以保證此鍛件在寬度方向有較小的錯移，在一模多件的模鍛中也常采用。圖如圖12。
圖12鎖扣裝置
由《鍛模設(shè)計手冊———模具手冊之五》，（《鍛模設(shè)計手冊》編寫組編著）表4-40查得：
h=25
b=35
v=0.2～0.4
h1=1～2
6.3 模膛壁厚的確定
終鍛模膛的最小壁厚
模膛的最小外壁厚度S,按下式確定
S=Kh （參考文獻2第131頁）
式中，K－系數(shù)，其值按《鍛模設(shè)計手冊———模具手冊之五》，（《鍛模設(shè)計手冊》編寫組編著）表4-42查表確定，該表中的數(shù)據(jù)適用于a，R的情況。如a,R值小于上述范圍，則K值應(yīng)適當增大。
按上式求得
S=Kh,
=1.7
=86.52 (mm)
7 切邊模設(shè)計
7.1切邊模設(shè)計
在模鍛時，模鍛件的周圍都有橫向飛邊，飛邊都應(yīng)從鍛件上切除，這種工序通常稱為切邊。
用途和分類
切邊可在熱態(tài)或冷態(tài)下進行。根據(jù)切邊時鍛件溫度通?？煞譃闊崆羞吅屠淝羞叀?
熱切邊是在模鍛后利用鍛件的余熱立即進行。冷切邊是在模鍛后鍛件完全冷卻后再進行。
編制工藝時，須根據(jù)鍛件幾何形狀、尺寸和材料以及車間設(shè)備等來選擇熱切邊還是冷切邊。一模多件和重量在0.5Kg以內(nèi)的鍛件，一般采用冷切邊；
對大型鍛件，不論材料剛號如何，一般采用熱切邊。
在本設(shè)計中，由于軸頭的重量重達30Kg，因此應(yīng)該采用熱切邊。
切邊所用的的模具按結(jié)構(gòu)分為簡單模、連續(xù)模及復(fù)合模三種。
簡單模是只用來完成切邊的一種工序的模具，該種模具結(jié)構(gòu)簡單，制造和調(diào)整方便。
本設(shè)計的切邊模就為簡單模。
連續(xù)模是在壓力機的一次行程內(nèi)能在模具的一個工位完成鍛件的切邊的模具。
復(fù)合模是在壓力機的一次行程中，在一個工位先后完成切邊和沖孔的模具。
7.2 切邊力的計算
P=（1.6～2.0）F （參考文獻2第617頁）
式中： －切邊溫度下的強度極限（Mp）
F－剪切面積（mm）
7.3 簡單切邊模的設(shè)計
切邊凹模的固定與設(shè)計
a.切邊凹模的固定 切邊凹模的固定有采用斜楔固定、螺釘壓塊固定和螺釘固定等方式。也可采用瑣扣連接的方式，本設(shè)計可以采用瑣扣的方式將切邊凹模與鍛模的下模連接，這樣既簡單又方便。
b.切邊凹模刃口的設(shè)計 切邊凹模刃口的輪廓形狀，按鍛件在分模面上投影輪廓形狀設(shè)計。熱切邊模應(yīng)計算收縮率（1.1～1.5%）。對于易冷卻的細長件，應(yīng)取小值，反之取大值。
切邊凹模刃口型式有直刃口、斜刃口、局部斜刃口和波浪式刃口。
直刃口用于加強刃口強度和便于修復(fù)，并能做到修復(fù)后尺寸基本不變。因此，本設(shè)計可采用直刃口的切邊凹模。
切邊凹模圖如圖13：
圖13切邊凹模圖
8 軸頭生產(chǎn)過程（示意圖）
軸頭的整個生產(chǎn)過程如圖14所示：
（1）.拔長
圖14拔長
（2）.終鍛
如圖15至圖19
圖15終鍛1
圖16終鍛2
圖17終鍛3
圖18終鍛4
圖19終鍛5
（3）.切邊
如圖20
圖20切邊
致 謝
畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年所學(xué)知識與能力的綜合應(yīng)用和檢測，是一個重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)了我們正確的設(shè)計思想和分析問題、解決問題的能力；同時也讓我們掌握鍛壓模具的設(shè)計方法，以及鍛煉了我們綜合運用知識的能力。在本次設(shè)計過程中，學(xué)會運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料，而且模具設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)的各種問題，而且對鍛件零件的性能等問題進行了研究。又由于在繪圖過程中，使用了AUTOCAD等繪圖軟件，這些都不同程度地使我們學(xué)到了更多的知識，進一步提高了我們繪圖的能力。
在本次畢業(yè)設(shè)計中，隆文革老師給了我耐心的指導(dǎo)，并在設(shè)計中及時給我解答疑難，讓我更好，更準確的完成設(shè)計，同時我的專業(yè)知識得到了很大的提高，這對我的將來都會產(chǎn)生深遠的影響，在此表示衷心的感謝！然后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因為有了你們的支持和幫助。此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。 最后感謝我的母校四年來對我的大力栽培。
由于本人知識有限，實際經(jīng)驗不足，因此設(shè)計中難免還存在失誤和不足之處，敬請各位老師批評指正。
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