锤上模锻说明书 3.docx

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锤上模锻说明书3

热锻模设计——传动叉锻造工艺及模具设计

摘要

传动叉一般用于汽车传动轴的端部。

它的主要作用：

一是传递扭矩，使汽车获得前进的动力，鉴于它是重要的受力零件，所以要求他要有很好的力学性能。

因此必须选用锻造的方法来生产制造。

通过对零件的分析，首先确定工艺方案，确定冷锻件的尺寸，通过计算锻件基本数据，确定锻锤吨位，绘制计算毛坯图，选择制坯工步，完成各制坯型腔，锻模结构以及切边模的设计。

通过本次毕业设计我们可以学习模具设计的一般方法，了解和掌握常用模具整体设计、零部件的设计过程和计算方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和计算的能力；综合运用热锻模课程和其它有关选修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决模具设计问题，使所学专业知识得到进一步巩固和深化；通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养模具设计的基本技能；同时掌握锻造工艺，熟悉各种锻造设备，掌握计算机操作以及相关软件的应用，并具有机械设计及制造等综合知识。

关键词：

力学性能，锻造，工艺，锻模结构，锻造设备

HOTFORGINGDIEDESIGN—TRANSMISSIONFORKFORGINGPROCESSANGDIEDESIGN

Abstract

Transmissionforkisgenerallyusedfortheendofautomobiletransmissionshaft.Itsmainfunctions:

oneisthetransmissionoftorque,givingthecarforwardmomentum,giventhatitisimportanttostressparts,sohemusthavegoodmechanicalproperties.Methodsmustthereforechooseforgingtomanufacture.Throughtothecomponentsanalysis,firstdeterminetheprocessscheme,determinethecoldforgingsize,bycalculatingtheforgingbasicdata,determinethehammertonnagecalculation,drawingablankmap,selectperformingstep,completetheblankcavity,diestructureanddesignoftrimmingdie.Throughthegraduationdesign,wecanlearnthegeneralmethodofmoulddesign,designprocessandcalculationmethodtounderstandandgraspthecommonmouldoveralldesign,spareparts,trainingthecorrectdesignandanalysisproblem,problem-solvingability,especiallytheabilityofoveralldesignandcalculation;curriculumintegrateduseofhotforgingdieandotherelectivecoursesrelatedtothetheoryandpracticeofknowledgetoanalyzeandsolveproblemsinthemolddesign,professionalknowledgehasbeenfurtherconsolidatedanddeepened;throughcalculatinganddrawing,learntousethestandard,specifications,manuals,booksandaccesstorelevanttechnicalinformation,trainingofbasicskillsmolddesign;atthesametimetomastertheforgingprocess,familiarwithallkindsofforgingequipment,applicationmastercomputeroperationandrelatedsoftware,andhasacomprehensiveknowledgeofmechanicaldesignandmanufacturingetc.

Keywords:

mechanicalproperty,forgetechnology,Diestructure,forgingequipment

1.冷锻件分析及工艺方案确定1

1.1冷锻件图分析1

1.2工艺方案的确定2

2.锤上模锻件设计3

2.1选择分模面3

2.2确定锻件复杂系数及锻造公差3

2.2.1初步确定锻件重量及尺寸3

2.2.2复杂系数3

2.2.3选择锻件材质系数M及公差4

2.3确定锻件模锻斜度4

2.4确定锻件圆角半径4

3.锤上模锻工艺设计5

3.1根据冷锻件图计算锻件基本数据5

3.2确定模锻锤的吨位5

3.3选择飞边槽5

3.4绘制计算毛坯图6

3.4.1所选取截面位置6

3.4.2所取各截面形状6

3.4.3各截面参数7

3.4.4绘制计算毛坯的截面图8

3.4.5复杂形状的简化10

3.5计算繁重系数，选择制坯工步10

4.热锻件图的设计10

5.制坯型腔的设计12

5.1坯料长度计算12

5.2拔长型腔尺寸的确定12

5.2.1坎高13

5.2.2坎长的确定13

5.2.3型槽其他参数的确定13

5.3滚挤型腔尺寸的确定14

5.3.1滚挤模膛高度设计14

5.3.2滚挤模膛宽度设计15

5.4滚挤模膛钳口、毛刺槽尺寸15

6.预锻型腔的设计16

6.1预锻型腔各圆角设计16

6.2型腔的宽和高16

6.3模锻斜度16

6.4叉形劈开部分16

6.5钳口的设计16

7.锻模的结构18

7.1终锻模膛与预锻模膛间的壁厚18

7.2模膛至外壁或锁扣的壁厚18

7.3锻模承击面18

7.4模块尺寸确定18

7.4.1燕尾和键槽尺寸18

7.4.2模块的高度19

7.5模块允许质量19

7.6模块规格标准化19

7.7检验角和检验面20

7.8燕尾及键槽20

7.10模膛的尺寸公差和表面粗糙度22

8.切边力计算及压力机吨位选择24

8.1切边压力机吨位选择24

8.2切边凹模设计24

8.3凸模与凹模间隙的选择25

8.4脱飞边器26

8.5切边凸模的固定26

8.6切边凹模的固定27

9.锻造工艺卡片28

总结29

致谢31

参考文献33

附录35

绪论

毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段是深化、拓宽、综合教和学的重要过程是对大学期间所学专业知识的全面总结。

本次毕业设计算选的题目是：

热锻模设计——传动叉锻造工艺及模具设计。

传动叉一般用于汽车传动轴的端部。

它的主要作用：

一是传递扭矩，使汽车获得前进的动力；二是当汽车后桥钢板弹簧处在不同的状态时，由本零件可以调整传动轴的长短及其位置。

零件的两个叉头部位上有两个孔，用以安装滚针轴承并与十字轴相连，起万向联轴节的作用。

零件上的花键孔与传动轴端部的花键轴相配合，用于传递动力之用，鉴于它是重要的受力零件，所以要求他要有很好的力学性能。

因此必须选用锻造的方法来生产制造。

锻造是一种借助工具或模具在冲击作用下加工金属机械零件或零件毛坯的方法。

锻件的最大优势是韧性高、纤维组织合理，件与件之间性能变化小；锻件内部质量与加工历史有关，不会被任何一种金属加工工艺超过。

锻件的优势是由于金属材料通过塑性变形后，消除了内部缺陷，如锻（焊）合空洞，压实疏松，打碎碳化物，非金属夹杂并使之沿变形方向分布，改善或消除成分偏析等，得到了均匀、细小的低倍和高倍组织，显著提高金属的力学性能。

通过本次毕业设计我们可以学习模具设计的一般方法，了解和掌握常用模具整体设计、零部件的设计过程和计算方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和计算的能力；综合运用热锻模课程和其它有关选修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决模具设计问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化；通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养模具设计的基本技能；同时掌握锻造工艺，熟悉各种锻造设备，熟悉掌握计算机操作以及了解DEFORM软件的应用，并具有机械设计及制造等综合知识。

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术，新工艺，新设备，新材料不断涌现，进一步提高锻件的性能指标；同时缩短了生产周期，降低了成本，使之在竞争中处于优势地位。

1.冷锻件分析及工艺方案确定

1.1冷锻件图分析

由冷锻件图（图1-1）可以得到，该零件名称为传动叉，材料为45Cr，采用模锻锤大批量生产。

图1-1冷锻件图

由图中尺寸可以看到该零件为叉形件，轴线方向长度为309mm，宽度、高度方向尺寸分别为142mm、92mm，因此该锻件具有轴线较长，即锻件的长度与宽度或高度的尺寸比例较大的特点，且锻件的主轴线和分模面为直线状，属于长轴类叉形锻件。

该类锻件的变形特点是模锻时，毛坯轴线方向与打击方向相垂直，金属主要沿高度和宽度方向流动，沿长度方向流动很小。

因此，当锻件沿长度方向其截面面积变化较大时，必须考虑采用有效的制坯工步，如卡压、拔长、滚挤工步等，以保证锻件饱满成形。

且该零件为轴对称分布，有叉类特征，易产生折叠、锻不足等缺陷，因此需要设置预锻工步。

1.2工艺方案的确定

根据冷锻件图分析，结合采用模锻锤大批量生产求，生产设备，制模能力等进行全面分析，初步确定出模锻设计步骤：

（1）选用设备类型：

模锻锤；

（2）采用模锻形式：

开式模锻；

（3）确定变形工步：

拔长、滚挤、预锻、终锻、切边。

2锤上模锻件设计

2.1选择分模面

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。

分模面选取如图2-1所示。

图2-1分模面

2.2确定锻件复杂系数及锻造公差

2.2.1初步确定锻件重量及尺寸：

通过计算：

锻件的体积计算可简化为两部分：

头部叉形分、杆部。

锻件体积:

V锻件＝V叉＋V杆＝8306.5×68＋3.14×（62.52／4）×200mm3

＝564842＋613281mm3

＝1178123mm3

锻件质量:

M锻件＝ρV＝7.85×1.178123＝9.2483kg

2.2.2复杂系数

锻件形状复杂系数（S）是锻件重量（W锻件）与相应的锻件外廓包容体的重

量（W外廓包容体）的比值，即：

M锻件V锻件

因此S＝─────＝─────

􀭚M外廓包容体V外廓包容体

该零件的外廓包容体长L总＝309mm，高H总＝92mm，宽B总＝142mm。

则

V外廓包容体＝L总·H总·B总=309×92×142mm3＝4036776mm3

􀭚V锻件1178123

因此S＝─────＝─────＝0.292

􀭚V外廓包容体4036776

查资料得S在0.32～0.16之间，锻件形状复杂程度为较复杂，级别为Ⅲ级。

2.2.3选择锻件材质系数M及公差

查资料得材质系数分为2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40Cr，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。

由上考虑锻件精度等要求查表确定锻件锻件尺寸公差：

水平方向锻件公差为+2.0-1.0；

在高度方向锻件的公差为+0.9-0.5；

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。

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°,未注模斜度为5°。

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3mm，内圆角半径为R=（2～3）r，所以内圆角半径为6mm，未注圆角为R3。

3锤上模锻工艺设计

3.1根据冷锻件图计算锻件基本数据

冷热锻件图见图1-1。

利用CAD求出锻件的基本数据如下：

（1）锻件的长度

＝309mm;

（2）锻件在水平面上的投影面积为F投影＝21316.867mm2；

（3）锻件周边长度为L周为＝944.17mm；

（4）锻件体积为V＝1178123mm3；

（5）锻件重量为M＝9.2483kg。

3.2确定模锻锤的吨位

总变形面积为锻件在水平面上的投影面积与飞边水平投影面积之和，参考飞

边槽尺寸，按2～3t锤飞边槽尺寸考虑，假定飞边均匀宽度为30mm，总的变形

面积:

F总＝F锻投影＋F飞投影＝21316.9＋944.17×30）mm＝49642mm2􀬶

按双作用模锻锤吨位确定的经验公式：

G＝（3.5～6.3）KF投影/100

式中K为材料系数，材料为40Cr，查课本中表11-8得K＝1.1；

G1＝3.5×1.1×496.42kg≈1911kg约1.9吨

G2＝6.3×1.1×496.42kg≈3440kg约3.44吨

因为此零件为大批量生产，要求高生产率，以及考虑到经济性，故选用3t的模锻锤。

3.3选择飞边槽

开式模锻的终锻型腔周边必须有飞边槽，其形式及尺寸大小是否合适对锻件成形影响很大。

此处选用最广泛使用的一种飞边槽（如图图3-1），其优点是桥部设在上模块，因而受热小，不易磨损或压塌。

确定飞边槽的尺寸有吨位法和计算法，本设计采用吨位法，查课本表11-2，确定飞边的尺寸如表3-1：

表3-1飞边槽尺寸

吨位

H飞（mm）

h1（mm）

b（mm）

b1（mm）

r（mm）

2.5

飞边槽的具体形状尺寸如图3-1所示：

图3-1飞边槽形状及尺寸

利用CAD面域求出飞边的截面积:

F飞≈240mm2

飞边槽充满率取η＝0.7

则锻件飞边平均断面积Fˊ飞＝ηF飞＝168mm2

飞边的体积:

＝L周·F飞＝944.17×168mm3＝158620.56mm3

3.4绘制计算毛坯图

根据传动杆的形状特点，选取19个截面，分别计算各参数如表3-2所示，并通过CAD绘出传动杆的截面图和直径图。

3.4.1所选取截面位置及编号如图3-3所示：

3.4.2所取各截面形状如图3-2所示：

1-12-23-34-45-56-67-7

8-89-910-1011-1112-12

13-1314-1415-1516-1617-17

图3-2所取各截面的形状

3.4.3各截面参数如表3-2所示:

根据传动叉的形状特点，选择17个截面，分别计算个参数如表3-2：

M=40

表3-2各截面参数

截面号

F锻

2F飞

F计=F锻+2F飞

d计=1.13√F计

D锻=1.13

√F锻

h计

h锻

h计修正

d计修正

0-0

672

29.29

16.8

1-1

1167.88

672

1839.88

48.47

38.62

46.00

29.20

46.00

38.62

2-2

2124.08

672

2796.08

59.75

52.08

69.90

53.10

83.28

59.75

3-3

2764.74

672

3436.74

62.32

59.42

85.92

69.10

109.26

66.06

4-4

3580.38

672

4252.38

73.69

67.61

106.31

89.51

137.75

74.88

5-5

4116.16

672

4788.16

78.19

72.50

119.70

102.9

150.17

81.86

6-6

4472.40

672

5144.40

81.05

75.57

128.61

111.81

156.67

87.33

7-7

4523.30

672

5195.30

81.45

76.0

129.88

113.08

160.06

91.55

8-8

4551.02

672

5223.02

81.67

76.23

130.58

113.78

160.57

93.18

9-9

5043.26

336

5379.26

82.88

80.25

134.48

126.08

160.14

93.72

10-10

6872.32

336

7208.32

95.94

93.68

180.21

171.81

158.00

92.84

11-11

7998.09

336

8334.09

103.16

101.06

208.35

199.95

152.53

90.51

12-12

8026.74

336

8362.74

103.34

101.24

209.07

200.67

144.45

87.49

13-13

6792.91

336

7128.91

95.41

93.13

178.22

169.82

129.39

82.76

14-14

5410.61

336

5746.61

85.66

83.12

143.67

135.27

114.17

77.71

15-15

3067.96

336

3403.96

65.92

62.59

85.10

76.70

85.10

62.59

16-16

3067.96

336

3403.96

65.92

62.59

85.10

76.70

85.10

62.59

17-17

999.86

672

1617.86

46.20

35.73

41.80

25.0

41.08

35.73

18-18

672

29.29

16.80

F锻－锻件的截面积；F飞－毛边槽的截面积；F计－计算毛坯截面积；

d计－计算毛坯直径；h计－截面图中各相应截面的线段高度

F计修正－修正后的毛坯截面积；d计修正－修正后的计算毛坯直径。

3.4.4绘制计算毛坯的截面图

分别计算毛坯上各截面的直径d计，由下式计算：

d计＝1.13√F计

计算结果见表3-2其中：

M＝40

计算毛坯图如图3-3所示：

图3-3计算毛坯图

3.4.5复杂形状的简化

对头部带有叉形的长轴类锻件（左侧头部），计算坯料的截面图和直径图在头部具有突变的轮廓线，为使制坯模膛制造简便和有利于终锻成形，按体积不变条件将截面图和直径图简化为圆滑的形状，并将修正后的截面数据列于表3-2中。

截面图所围面积即为计算毛坯体积得：

V计＝M×F计＝40×32185.7343mm3＝1287429.37mm3

锻件的体积：

V锻＝M×F锻＝40×28897.88mm3＝11556915.2mm3

平均截面积：

F均＝V计/L计＝1287429.37/309＝4166.44mm2

平均截面直径：

d均＝1.13√F均＝1.13√4166.44＝72.94mm

将S均和d均在计算毛坯图中画出。

按体积相等修正后最大截面积为6422.8mm2，修正后最大截面直径Dmax＝93.72mm.

3.5计算繁重系数，选择制坯工步

根据公式：

α＝dmax/d均＝90.56/72.94＝1.24

β＝L杆/d均＝309/72.94＝4.24

式中：

α—金属流向头部的繁重系数；β—金属沿轴向流动的繁重系数；

dmax—计算毛坯的最大直径90.56mm；

L杆—计算毛坯的杆部长度309mm

d均—计算毛坯的平均直径72.94mm

α值越大，表明金属流到头部的金属体积愈多；β值愈大，则轴向流动的距离愈长；因此繁重系数代表了制坯时需转移金属量的多少，金属转移时的难易程度，作为选择制坯工步的依据。

模锻时，坯料按照锻件的复杂程度和具体生产条件，在锻模的一系列模膛中逐步变形，最后成为锻件。

坯料在每一模膛中的变形过程叫做变形工步，而工步的名称与所用模膛的名称是相应一致的。

此锻件长度与截面相差较大，为长轴类锻件，查表确定制坯工步为，拔长、滚挤，模锻工步为终锻。

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。

4.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：

L＝（1+δ）

式中

—热锻件尺寸；

—冷锻件尺寸；

—终锻温度下的金属收缩率，取0.14%；

终锻型槽是按热锻件图加工和检验的，传动杆的材料为40Cr，考虑收缩率为0.14%，各尺寸等比例放大即为热锻件图，如图4-1所示：

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