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锻造课程设计论文
山东建筑大学
课程设计说明书（论文）
题目：
卸扣锻造工艺分析与模具设计
课程：
锻造工艺学与模具设计
院（部）：
机电工程学院
专业：
机械工程及自动化
班级：
机械10级成型方向
学生姓名：
纪伟庆
学号：
2010071184
指导教师：
袁文生
完成日期：
2014.1.17
摘要
锻造是一种借助工具或模具在冲击或压力作用下加工金属机械零件或零件毛坯的方法。
与其它方法相比，锻造加工生产的生产率最高，锻件的尺寸形状稳定，并有最佳的综合力学性能。
锻件的最大优势是韧性高，纤维组织合理，件与件之间的性能变化小，并且其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。
锻造是模具三大行业之一，并且随着国内以及国外的机械化加工的越来越被重视，锻造正在发挥着不可替代的作用。
卸扣因体积小承载重量大而广泛适用于电力、冶金、石油、机械、铁路、化工、港口、矿山、建筑等各行各业。
关键字：
锻造工艺学；锻造模具；CAD制图；
正文
1、零件分析及工艺方案确定
1.1零件分析
卸扣，索具的一种。
国内市场上常用的卸扣，按生产标准一般分为国标、美标、日标三类；其中美标的最常用，因为其体积小承载重量大而被广泛运用。
卸扣由于承受重力较高所以对强度要求比较高；对外形要求并不高，目前较好的卸扣一般都是用合金钢材质。
如图1.1.1对零件的整体形状尺寸，表面粗糙度进行分析，此零件的材料为45号钢，材料性能稳定。
图1.1.1
1.2工艺方案的确定
根据上述分析，结合生产批量要求，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选择锻造方式：
锤上模锻；②选用设备类型：
模锻锤；③采用模锻形式：
开式模锻；④确定变形工步：
下料—加热—拔长—滚挤—预锻—终锻。
2、绘制锻件图
2.1确定分模位置
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。
根据卸扣零件形状，采用厚度方向上下对称的直线分型模。
2.2确定模锻件加工余量及公差
根据表中可知，锻件的质量为2.7kg,锻件的材料为45号钢，所以材质系数为M1级。
锻件形状复杂系数：
，经计算
为3级复杂系数
。
由有关手册查得：
高度公差为
；长度公差为
；宽度公差为
。
零件需磨削加工，加工精度为
，查得高度及水平尺寸的单边余量约为
，取
。
2.3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°。
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
所以外圆角半径为1.5mm，内圆角半径为R=（2～3）r，所以内圆角半径为3mm.
2.5技术条件：
（1）未注明的模锻斜度为7°，内斜度为10°；
（2）图上未标注的圆角半径R=1.5mm；
（3）允许的错移量0.6mm；
（4）允许的残留毛边量0.7mm；
（5）允许的表面缺陷深度0.5mm；
（6）锻件热处理：
调质；
（7）锻件表面清理：
为便于检查淬火裂纹，采用酸洗。
3、计算锻件的主要参数
（1）锻件在平面上的投影面积为9300
；
（2）锻件周边长度为730
；
（3）锻件的体积为344000
；
（4）锻件的质量为2.7kg。
4、确定锻锤吨位
总变形面积为锻件在平面图上的投影面积与毛边面积之和，参考表4-14，按1～2t锤毛边槽尺寸考虑，假定毛边桥部宽度为18mm，总面积
，按双作用模锻锤吨位确定的经验公式
确定锻锤吨位，因卸扣件为大量生产，需要高生产率，取较大的系数6.3，取
，于是
，选用1.5t锤。
5、确定毛边槽形式和尺寸
图5.1.1
选用图5.1.1毛边槽形式Ⅰ，其尺寸按表4-14确定；选定毛边槽尺寸为
，
，
，
，
，
。
锻件毛边体积
，其中
（锻件毛边平均截面积）。
6、确定终锻型槽
（1）型槽排布
模锻一种锻件，往往要采用多个工步来完成。
因此锻模分模面上的型槽布置要根据型槽数、各型槽的作用以及操作方便来确定，原则上应使型槽中心与理论上的打击中心重合，以使锤击力与锻件的反作用力处于同一垂直线上从而减少锤杆承受的偏心力距，有利于延长锤杆寿命，使锻件精度增高。
（2）两个制坯型槽分布
这时应将第一道制坯工步安排在吹风管的对面，以避免氧化皮落到终锻型槽里。
布排型槽应以终锻型槽为中心，左右对称布排，并尽可能使型槽中心与打击中心重合。
（3）终锻型槽是按照热锻件图加工和检验的，卸扣材料为45钢，考虑收缩率为1.5%。
根据生产经验总结，考虑到锻模使用后承击面下陷，型槽深度减小及精压时变形不均，横向尺寸增大等因素，修改了几处尺寸：
如轴孔处高度是31mm，修改后的尺寸是31.5mm。
7、设计预锻型槽
预锻的主要目的是在终锻前进一步分配金属，分配金属是为了：
（1）确保金属无缺陷流动，易于充填型槽；
（2）减少材料流向毛边的损失；
（3）减少终锻型槽磨损；
（4）取得所希望的流线和便于控制锻件的力学性能。
但采用预锻也会带来不利的影响，由于模块上附加预锻型槽，容易造成偏心打击，影响锤杆的寿命，容易使上下模错移，增大模块尺寸，降低生产率。
预锻型槽是以终锻型槽或热锻件图为基础进行设计的，设计的原则是经预锻型槽成形的坯料，在终锻型槽中最终成型时，金属变形均匀，充填性好，产生的毛边最小。
为此，须具体考虑如下问题：
①预锻型槽的宽与高
当预锻后的坯料在终锻型槽中是以镦粗方式成形时，预锻型槽的高度尺寸应比终锻型槽大2～5mm，宽度则比终锻型槽小1～2mm，横截面面积应比终锻型槽相应处截面积大1%～3%。
②模锻斜度
预锻型槽的模锻斜度一般与终锻模具型槽相同。
③圆角半径
预锻型槽周边不设毛边槽，而是在型槽分模面转角处用较大的圆弧；型槽内的圆角半径比终锻型槽对应处稍大。
增大肋根部圆角半径的目的是减小金属流动阻力，促进预锻件成形，同时也能补偿终锻时金属的不足，还可防止产生折叠。
8、绘制计算毛坯图
根据卸扣的形状特点，选取9个截面，分别计算
，
，
列于下表中，并画出卸扣的截面图和直径图。
为设计滚挤型槽方便，计算毛坯图按热锻件尺寸计算。
截面图所围面积即为计算毛坯体积，得：
，缩尺比M通常取为
，这里取为20。
（与
对比，相差2.4%。
）
平均截面积
；
平均截面直径
。
按体积相等修正截面图和直径图，修正后的最大截面积为
，则最大截面直径为
。
图8.1.1
表8.1卸扣计算毛坯的计算数据
截面号
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、制坯工步选择
计算毛坯为两头一杆，应简化成两个简单的一头一杆计算毛坯来选择制坯工步。
可知此锻件应采用拔长、滚挤制坯工步。
为易于充满型槽，应选圆形坯料，先拔长，再开式滚挤。
模锻工艺方案为：
拔长—开式滚挤—预锻—终锻。
10、确定坯料尺寸
根据公式拔长加滚挤联合制坯：
—毛坯截面积；
—计算毛坯头部最大尺寸处截面积,
。
根据坯料的制坯工步采用圆形坯料
其直径
，经计算
，取直径为65mm。
查表取烧损率=3%，在室内电炉中加热。
坯料体积为：
钳头长度：
。
所以坯料长度：
，取200mm。
11、制坯型槽设计
11.1拔长型槽设计
拔长型槽的主要作用是使批表局部截面积减小，长度增加，还兼有清除氧化皮的作用，拔长型槽的位置在模块边缘，有坎部，仓部和钳口三部分组成。
①拔长坎高度
。
②拔长坎长度
。
③圆角半径R=0.25C=0.25×97.5=24，
。
④型槽宽度
。
取B=95mm。
⑤仓部深度
。
⑥拔长型槽长度
。
按上述设计可锻出合格锻件，但为了提高生产率，可将型槽的高度h减小，
增大。
11.2滚挤型槽设计
滚挤型槽可认为是由钳口、本体、毛刺槽三部分组成，钳口用来容纳夹钳并卡细坯料，毛刺槽是用来容纳滚挤时产生的端部毛刺，本体使坯料变形。
（1）滚挤型槽设计：
采用开式滚挤。
（2）滚挤型槽高度
由于滚挤时，上下模不一定打靠，实际采用的型槽高度应比计算值小一些，按下式计算：
综上所述，滚挤型槽高度h为:
（3）滚挤型槽宽度B
滚挤型槽宽度B应根据所选型槽形式和坯料的状态来确定。
型槽B过大会减少聚集效率，并增大模块尺寸；B过小，在滚挤过程中金属流进分模面会形成毛边，当翻转90度再滚挤时，就会形成折叠。
经过拔长的坯料再进行滚挤时，杆部金属富裕量要小得多，不会再有大量金属流入头部，因此，经过拔长过的坯料再滚挤时，滚挤型槽杆部宽度应比前述的小，根据经验可得
因为开式滚挤型槽头部与杆部宽度一致，经试生产宽度调整取为80mm
（4）滚挤型槽长度L
滚挤型槽长度L应根据热锻件图尺寸确定。
直锻件
（5）钳口与毛刺槽尺寸
钳口处：
，经计算：
。
查表得：
。
12、锻模结构设计
（1）锻模紧固方法
锤上锻模紧固在下模座和锤头上，采用楔铁和定位键配合燕尾紧固的方法。
（2）模膛的布排 因为此锻模不需预锻模膛，且零件为中心对称，故终锻模膛中心位置应在锻模中心处。
（3）锁扣的设计
H=25mm，b=35mm，δ=0.3mm，α=5°，R1=13mm，R2=25mm。
（4）确定模膛壁厚
S1=1.2×62.5=75mm，S2=1.7×22.5=38.25mm，S3=2×15=30mm。
（5）模块尺寸的确定
由吨位设备1.5t，查得锻模允许的最小承击面积400
，综合考虑模膛布排、飞边槽、锁扣及镦粗台设计要求等方面的因素，可取模块尺寸L=550mm，B=420mm。
此时的承击面积为：
，满足要求。
（6）模块高度
上模块高度：
H=180mm
下模块高度：
H=180mm
模块最小闭合高度：
H=360mm
（7）检验角b=5mm h=50mm
燕尾b=200mm h=50.5mm
键槽b1=50mm l=60mm
起重孔d×s=30×60mm
13、锻前加热、锻后冷却及热处理要求的确定
13.1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。
查有关资料确定锻件的始段锻温度为1200℃，终锻温度为750℃。
13.2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。
13.3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，选择在空气中冷却。
13.4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，消除锻件内应力，细化晶粒等。
根据锻件的含碳量及锻件的形状大小，采用在连续热处理炉中，调质处理。
可使锻件获得良好的综合力性能。
14、卸扣件的模锻工艺流程
（1）切料：
5000kN型剪机冷切。
（2）加热：
半连续式炉，1220-1240。
（3）模锻：
1.5t模锻锤，坺长、开滚、预锻、终锻，每班约生产1100件。
（4）热切边：
1600kN切边压机。
（5）弯曲：
折弯机弯曲。
（6）冲孔：
冲床冲孔。
（7）磨毛边：
砂轮机。
（8）热处理：
连续热处理炉，调质。
（9）酸洗：
酸洗槽。
（10）冷校正：
1t夹板锤。
（11）冷精压：
10000kN精压机。
（12）检验。
15、课程设计感悟
一周的课程设计马上就要结束了，在这一周当中，我们学习了不一样的锻造工艺学与模具设计的课程，见识到了课堂上见识不到的东西，在袁老师的悉心指导下，我们同学们一起齐心协力，为了一个目标共同努力着，这种感觉带来了巨大的集体荣誉感。
锻造，已经成为了世界上机械加工不可缺少的方法，不仅保证了之间的质量，而且节省成本，为国家乃至世界节省数不清的资源，同时符合了我国节约型社会的基本国策。
在袁老师的指导下，我们熟悉了锻造的基本过程，具体流程，每一个工艺的优缺点，以及所带来的效益，感谢袁老师，也感谢同学们，让我看到了大家的努力。
16、参考资料
1．《中国模具设计大典（第三卷）》，肖祥芷，王孝培编写。
2．模具技术丛书编委会．冲模设计应用实例．北京：
机械工业出版社，1994
3．冯炳尧、韩泰荣、蒋文森编．模具设计与制造简明手册（第二版）．上海科学技术出版社，1998年
4．模具设计与制造技术教育丛书编委会．模具制造工艺与装备．北京：
机械工业出版社，2003年
5．许发越主编．模具标准应用手册．北京：
机械工业出版社，1994年
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