锤上模锻说明书 新版文档格式.docx
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由下表所示：
表2.2.1锻件形状复杂程度等级
重量
精度等级
材质系数
形状复杂系数
30.7285㎏
普通级
S2
M1
初查表GB12362-2003锻件高度方向余量2.5～3.5mm
锻件内孔余量：
2.5mm
（2）选择锻件材质系数M：
查资料[2]材质系数分为1级，M1为最高含碳量小于0.65％的碳钢或合金元素总含量小于30％的合金纲，此锻件的材料为45号钢，所以材质系数为M1级。
锻件的机械加工余量的确定与锻件形状的复杂程度、成品零件的精度要求、锻件的材质、模锻的设备、工艺条件、热处理的变形量、校正的难易程度、机械加工的工序设计等许多因素有关，不能笼统的说多大的余量最适合。
机械加工余量也并不是越小越好，为了将锻件的脱碳层和表面的细小裂纹去掉，留有一定的加工余量是有必要的。
模锻件公差代表模锻件要求达到的精度。
就尺寸而言，是锻件工程尺寸允许的偏差值。
对公称尺寸所允许的增大值叫做正公差，对公称尺寸允许的减小值叫做负偏差。
钢质模锻件公差在GB/T12362—1990中已有规定。
主要的公差项目有：
长度、宽度、高度公差；
错差；
残留飞边公差；
厚度公差；
表面缺陷；
直线度；
平面度公差；
中心距公差等。
由上考虑锻件精度等要求查表GB12362-2003确定锻件锻件机械加工余量与公差，所的结果如下表所示:
表2.2.2锻件余量表（mm）
高度方向单边余量
锻件内径单边余量
3
2.5
表2.2.3锻件公差及极限偏差值表（mm）
公差及偏差
高度方向
宽度方向
中心距
公差
3.2
5.0
1.0
极限偏差
+2.1，-1.1
+3.3-1.7
+0.5，-0.5
2.3确定锻件模锻斜度
为便于模锻件从型槽中取出，必须将型槽壁做成一定的斜度，称为模锻斜度或出模角。
若出膜角增大，则金属充填型槽阻力增大，锻件斜度余量也增大，从而增加金属的消耗和机械加工余量。
为了使锻件容易从模膛中取出，一般锻件均有脱模斜度或脱模角,它分为外斜度和内斜度，常常内斜度比外斜度大2∽3度。
查有关手册确定型槽的外斜度为7°
，内斜度为10°
。
2.4确定锻件圆角半径
锻件上的圆角可使金属容易充满模膛，起模方便和延长模具使用寿命。
圆角半径太小会使锻模在热处理或使用中产生裂纹或压塌变形，在锻件上也容易产生折纹。
同时为了加工方便同一锻件圆角的选取要与铣刀相配。
为了使金属易于流动和充满型槽，提高锻件质量并延长锻模寿命，模锻件上的所有转接出都用圆弧连接。
r=余量+零件相应处圆角半径或倒角
锻件上内圆角半径R应比外圆角半径r大，一般取R=（2～3）r
所以外圆角半径r为4mm，内圆角半径为R=（2～3）r，所以内圆角半径为8mm.
2.5确定锻件冲孔连皮
模锻不能直接锻出透孔，因此在设计热锻件图时必须在孔内保留一层连皮，然后在切边压力机上切除掉。
一般情况下当锻件内孔尺寸的尺寸大于30mm时要考虑冲孔连皮。
连皮厚度S要适当，若过薄，锻件容易发生段不足和要求较大的打击力，从而导致模具凸出部分加速磨损和打榻。
若脸皮太厚虽然有助于克服上述现象，但冲孔连皮困难，容易使锻件形状走样，而且浪费金属。
所以再设计有内孔的锻件时，必须正确选定连皮形状及其尺寸。
冲孔连皮有三种：
平底、斜底、带仓连皮。
考虑到加工及经济效益的影响，采用平底连皮，其具体形状尺寸见图
周边孔连皮厚度S=0.45√（d1-0.25h1-5）+0.6√h1（mm）=6.73mm
中心孔连皮厚度S=0.45√（d2-0.25h2-5）+0.6√h2（mm）=7.67mm
式中：
锻件周边内孔直径d1=80mm；
锻件内孔深度h1=25mm.
锻件中心内孔直径d2=70mm；
锻件内孔深度h2=55mm.
连皮上的圆角半径R1，因锻模成形过程中金属流动激烈，应比同尺寸压凹件内圆角半径R大一些，可按R1=R+0.1h+2确定分别为44.5和42.5（mm）
2.6确定模锻件的技术要求
（1）未注明的模锻斜度为7°
；
（2）未注明的圆角半径为R3；
（3）允许的残留量和残留飞边错移量分别为1.6、1.7mm；
（4）允许的表面缺陷深度为：
3.6mm
（5）锻后热处理的方法及硬度要求：
调质
（6）表面清理方法：
为便于检查淬火裂纹，采用酸洗；
2.7绘制锻件图及计算锻件基本数据
冷热锻件图见锻件图的画法。
利用UG求出锻件的基本数据如下：
锻件在平面上的投影面积
为38766.7mm2;
锻件的周边长度
为807.6mm；
锻件的体积
=2030797.2mm3；
锻件的长度
为257.2mm；
3锤上模锻工艺设计
3.1确定模锻锤的吨位
3.1.1经验—理论公式
1.根据锻件折算直径和终锻温度下的强度极限确定[3]
（1）根据推导，锻件单位流动压力计算
（3.1.1）
（2）锻件体积由下式确定：
（3.1.2）
（3）
（3.1.3）
最后一次锤击成形所耗变形功：
（3.1.4）
式中
—毛边变形所消耗的变形功，至此，可以得到
圆饼类锻件最终锤击时所需变形功的计算公式：
（3.1.5）
2.双动锤有效变形能量与锤落下部分质量在数值上有如下关系：
由于A=E，所以对圆饼类锻件所需锻锤吨位为：
（kg）（3.1.6）
G=0.75×
1.31×
2.775×
45×
60
=7606.76≈8吨。
查教材129页表4—14需选择10吨锻锤。
3.1.2选择飞边槽
开式模锻的终锻型槽周边必须设计毛边槽，其形式和尺寸对锻件质量影响很大。
飞边槽有几种形式，本设计采用最广泛的一种，其优点是桥部设在上模块，与坯料接触时间短，吸收热量少，因而温升少，能减轻桥部磨损或避免压塌。
确定飞边槽的尺寸有吨位法和计算法，本设计采用吨位法，查表[1]，确定飞边的尺寸如下：
h=4mm;
h1=8mm;
b=14mm;
b1=50mm;
R=2.5mm;
计算出飞边的截面积:
≈368.5mm2
飞边的体积:
=368.5×
432×
0.5=79596mm3
3.2确定坯料尺寸
3.2.1根据公式镦粗制坯
根据下式计算出坯料的体积：
V坯=（1+k）V锻件
=（1+0.18）×
3727923.564=4398949.8mm3
考虑到坯料在镦粗时不至产生弯曲，备料面便，以及节省材料，应使L坯和D坯之比L坯/D坯=1.8∽2.2。
D坯由下面确定：
D坯=（0.87∽0.93）
=0.87×
163.85=142.5mm
≈142㎜
毛坯的下料长度：
L坯=V坯/F坯=4V坯/πd²
坯
=4×
4398949.8/π×
142²
=277.9≈280㎜
3.2.2确定坯料长度
毛坯的高度与直径之比值，一般取m=1.8∽2.2。
所以由下列公式：
m=L坯/d坯≈2.0由上可知符合要求。
4锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定
4.1确定加热方式，及锻造温度范围
在锻造生产中，金属坯料锻前加热的目的：
提高金属塑性，降低变形抗力，即增加金属的可塑性，从而使金属易于流动成型，并使锻件获得良好的组织和力学性能。
金属坯料的加热方法，按所采用的加热源不同，可分为燃料加热和电加热两大类。
根据锻件的形状，材质和体积，采用半连续炉加热。
金属的锻造温度范围是指开始锻造温度（始锻温度）和金属锻造温度（终锻温度）之间的一段温度区间。
确定锻造温度的原则是，应能保证金属在锻造温度范围内具有较高的塑性和较小的变形抗力。
并能使制出的锻件获得所希望的组织和性能。
查45号钢有关资料确定锻件的始段锻温度为1200℃，终锻温度为800℃。
4.2确定加热时间
加热时间是坯料装炉后从开始加热到出炉所需的时间，包括加热个阶段的升温时间和保温时间。
在半连续炉中加热，加热时间可按下式计算：
=0.12×
14.2=1.704（h）
式中D—坯料直径或厚度，为14.2cm；
—钢化学成分影响系数，取0.12（h/cm）；
4.3确定冷却方式及规范
按照冷却速度的不同，锻件的冷却方法有3种：
在空气中冷却，冷却速度快；
在灰沙中冷却，冷却速度较慢；
在炉内冷却，冷却速度最慢。
根据本锻件的形状体积大小及锻造温度的影响和锻件本身的复杂程度，选择在灰沙中冷却，以确保断后的锻件具有较好的组织和性能。
在空气中冷却，锻件容易产生较大的内应力。
4.4确定锻后热处理方式及要求
锻件在机加工前后均进行热处理，其目的是调整锻件的硬度，以利锻件进行切削加工，消除锻件热处理的缺陷和内应力，细化晶粒等。
根据锻件的含碳量及锻件的形状大小和复杂程度，采用在连续热处理炉中，进行淬火加高温回火的调质处理。
可使锻件获得良好的综合力性能。
5锤用锻模设计
5.1终锻形槽设计
终锻形槽是各种型槽中最重要的型槽，用来完成锻件最终成型，终锻件图安热锻件图加工和检验，所以设计终端形槽须先设计热锻件图。
5.1.1热锻件图的设计
热锻件图以冷锻件图为依据，但又有所区别。
首先热锻件的尺寸标注，高度方向尺寸标注以分模面为基准，以便于锻模机械加工和准备检验样板。
其次考虑到金属的冷缩现象，热锻件图上的所有尺寸应计入收缩率，按下列公式计算：
式中
—热锻件尺寸；
—冷锻件尺寸；
—终锻温度下的金属收缩率，取1%；
注意无坐标圆角半径，不加放收缩率。
所以终锻形槽及热锻件图见装配图的画法。
（1）终锻型槽是按热锻件图加工和检验的，斜齿轮的材料为45钢，考虑收缩率为1%，各尺寸等比例放大即为热锻件图（见图纸）
（2）终锻型槽易磨损处，可在锻件负公差范围内增加一层磨损量，以提高锻模寿命。
所以在斜齿轮的轮辐处容易磨损，因此热锻件尺寸比相应的冷锻件尺寸减少0.5mm.
（3）毛边糙的仓部设计在上模，这样减少与坯料的接触时间，吸收热量少，因而温升少，能减轻桥不磨损或避免压塌。
热锻件图见图纸。
5.2制坯型槽的设计
（1）镦粗台的设计：
目的是使毛坯高度尺寸减小，水平尺寸增大，以利于充满型槽，防止产生折叠，兼有去除氧化皮的作用。
镦粗台设置在模块的边角上，所占面积稍微大于毛坯镦粗后所占水平面尺寸，为节省锻模材料，可占用部分毛边仓部，但应使平台与毛边糙平滑过渡链接。
1）为避免镦粗时产生过大的偏击，尺寸应满足：
（B-B1）/B1<
1.4A1/（A-A1）<
1.4
经过检验，（900-400）/400=1.25；
（800-350）/350≈1.29，（教材146页）所以符合标准。
2）镦粗台的尺寸，查资料得：
边缘距离c=10∽15㎜;
取10㎜，至销口距离c1=5∽10㎜,取8㎜，右侧与后边距离c2=15∽20㎜，取15㎜。
边缘角R=8∽10㎜，取R=8㎜。
（2）型槽布置和间距确定：
1）终端型槽的中心和燕尾中心线重合，这样锻锤打击力与金属变形阻力作用在同意垂线上，不产生错移力。
2）因为所锻造的盘只有镦粗和终锻，所以镦粗在模快的边角上，中心为终端。
3）最小壁厚的确定：
因为制坯型槽受力小，其壁厚可减少到5∽10㎜；
由书上表可查得最小壁厚是50㎜，综合得最小壁厚为45㎜。
5.3锻模结构尺寸的确定
（1）模块尺寸的设计：
1）承击面：
查教材表4-29得，10吨锤的最小承击面为1000cm2,承击面积为模块在分模平面上的面积减去各型槽、毛边槽、锁扣所占面积。
经计算符合要求。
2）模块尺寸规格：
模块高度根据型槽最大深度和锻锤的最小闭合高度确定。
这是由于上下模块的最小闭合高度应不小于锻锤允许的最小闭合高度，由教材表4-34查得10t锻锤的最小闭合高度为610mm，最大为1300。
模块长度L=900mm；
模块宽度B=800mm。
起重孔30×
60mm。
3）燕尾槽的尺寸设计：
按标准选取，具体数据见表教材161页4-33。
表5.3.1锤锻模燕尾
b/mm
h/mm
b1/mm
d*s/mm*mm
400
80.5
100
50*100
燕尾槽、其重孔等尺寸按标准选取，具体见装配图。
4）键槽设计：
由于是10吨锤，尺寸如下：
表5.3.2定位键尺寸（mm）
锻锤吨位
f
h
L1
L2
b1
10
132
80
148
75
99.9
5）检验角和起重孔的设计：
查书上数据得，10吨锤的检验角宽度是5mm。
检验角高度大于100mm，取120mm起重孔的设计如下表：
5.3.3起重孔尺寸（㎜）
锻锤吨位
h
s
d
1.5h1
100
50
5.3.1锁扣的设计
目的是平衡错移力，因为圆形类锻件在锻造时由于放偏而产生错差，所以设置锁扣，还有设置锁扣便于上下模的调整，提高生产率。
综合考虑，采用圆形锁扣。
1）由于是10吨锤，查锻模设计手册160页所以锁扣尺寸如下：
h=50b=60δ=0.2∽0.4Δ=1∽2α=3º
R1=5R2=8
2）飞边的仓部b，应比普通的仓部宽度大5∽10㎜，取5㎜，以避免飞边流入锁扣间隙。
3）锁扣中间突出的部分设计在上模，这样容易起模，并可避免因热膨胀而使上下模在模锻时卡住。
4）为了便于从上下模取出锻件和吹出下摸内的氧化皮，可在下模后部开通一条槽，其宽度为50∽80㎜，取宽度等于70㎜，深度等于锁扣高度。
6.确定模具材料及热处理的要求
锻模是生产模锻件的必要工具，它的工作材料恶劣，不仅承受很大的冲击载荷，而且在高温下受到流动金属的摩擦，同时还受到反复激冷激热的交变作用。
锤锻模主要承受冲击载荷，选择锤锻模用材料要满足以下要求：
（1）在工作环境下具有良好的综合力学性能；
（2）在工作温度下具有良好的组织稳定性；
（3）要有良好的抗冷、热疲劳性能，以减缓因冷热交替变化而引起的疲劳破裂；
（4）应具有良好的冶金质量。
目前常用的锤锻模材料有高韧性半耐热模具钢，中等韧性耐热模具钢，耐高温抗磨损模具钢等。
已知设备的规格为10t锤，故选用的主要材料为5CrNiMo,代用材料为5W2CrSiV，锻模硬度要求为型槽表面HRC值35～39；
燕尾部分的HRC值为30～35。
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