锻模说明书.docx
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锻模说明书
目录
1模锻件图设计1
1.1绘制锻件图的过程1
1.1.1确定分模位置1
1.1.2确定公差和加工余量1
1.1.3模锻斜度1
1.1.4圆角半径1
1.1.5技术条件2
1.2计算锻件的主要参数2
2模锻变形工步的确定3
2.1绘制计算毛坯图3
2.2制坯工步选择3
3确定坯料尺寸6
3.1坯料尺寸8
4确定锻锤吨位7
4.1确定毛边槽形式和尺寸8
5锤锻模型槽设计8
5.1模锻工步型槽设计8
5.1.1确定毛边槽形式和尺寸8
5.1.2确定钳口8
5.1.3确定终锻型槽9
5.1.4设计预锻型槽9
5.2制坯型槽设计10
5.2.1滚挤型槽的设计10
6锻模结构设计12
6.1型槽布置方式12
6.2模块尺寸选择…………………………………………………………………………………12.
7锻前加热、锻后冷却及热处理要求的确定14
7.1确定加热方式，及锻造温度范围14
7.2确定加热时间14
7.3确定冷却方式及规范14
7.4确定锻后热处理方式及要求14
参考文献15
零件的材料为40Cr，材料性能稳定。
该材料的临界温度、热加工及热处理工艺参数可见下表1.1。
表1.140Cr的临界温度、热加工及热处理工艺参数
牌号
临界温度
热加工温度/℃
退火
正火
Ac1
Ar1
Ms
加热
始锻
温度/℃
冷却方式
硬
度
（
HBS
）
温度/℃
冷却方式
硬度（
HBS
）
Ac3
Ar3
Mf
终锻
40Cr
743
782
355
＜1200
1100~1150
825~845
炉冷
≤207
850~870
空冷
≤250
693
730
--
＞800
高温回火
淬火
回火
温度/℃
硬度（
HBS
）
温度/℃
冷却剂
硬度（
HRC
）
各种不同温度回火后的硬度值（HRC）
150℃
200℃
300℃
400℃
500℃
550℃
600℃
650℃
680~700
≤207
830~860
油
＞55
56
55
54
52
40
37
28
18
1模锻件图设计
万向节叉即万向接头，是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的位置。
它的结构和作用就像人体四肢上的关节，允许被连接的零件之间的夹角在一定范围内变化，承受的转矩比较大，工作条件比较繁重。
头部构造比较复杂，只能锻造出其零件基本外形，其它孔部、球形滑槽及花键槽部分均以余块填充，之后再以机械加工做出具体形状，达到要求的零件形状。
万向节叉是叉形件。
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40Cr，材料性能稳定。
1.1绘制锻件图的过程
1.1.1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。
根据万向节叉形状，采用上下对称的直线分型模。
1.1.2确定公差和加工余量
查得40Cr的密度为：
估算锻件的体积为654.344cm³，则锻件质量约为
。
万向节叉材料为40Cr，即材质系数为M1。
锻件形状复杂系数：
S=V锻/V外廓包容（1.1）
式中V锻—锻件体积；
V外廓包容—外廓包容体的体积。
则S=V锻/V外廓包容=654.344/2036880=0.32，为3级复杂系数S3。
由[1]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F2,由[1]查得高度及水平尺寸的单边余量约为2.0~2.5mm,取2mm。
1.1.3模锻斜度
零件图上的技术条件已注明模锻斜度为7º。
1.1.4圆角半径
外圆角半径r=2+零件相应处圆角半径或倒角，内圆角半径=（2～3）r，其余部位的圆角半径取1.5mm[4]。
1.1.5技术条件
（1）图上未标注的模锻斜度7º；
（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HB230—260；
（7）锻件表面清理:
为便于检查淬火裂纹,采用酸洗。
根据余量和公差,绘制锻件图。
1.2计算锻件的主要参数
（1）锻件在平面上的投影面积为9307mm2;
（2）锻件周边长度为725mm;
（3）锻件体积为654344mm3;
（4）锻件质量为5.136kg。
2模锻变形工步的确定
2.1绘制计算毛坯图
根据万向节的形状特点,选取18个截面,分别计算F锻,F毛,F计列于表2.1,并在坐标纸上绘出万向节的截面图和直径图（见附图）。
为设计滚挤型槽方便,计算毛坯图按冷锻件尺寸计算。
截面图所围面积即为计算毛坯面积,得
（2.1）
平均截面积：
（2.2）
则平均直径：
（2.3）
按体积相等修正截面图和直径图（附图中双点划线部分）,修正后的最大截面积为7745mm2,则最大直径为dmax=99.4mm。
2.2制坯工步选择
计算繁重系数，选择制坯工步
（2.4）
（2.5）
由[2]图4-59知此锻件应采用滚挤制坯工步。
为易于充满型槽,应选圆坯料,再闭式滚挤。
模锻工艺方案为:
闭式滚挤—预锻—终锻。
表2.1连杆计算毛坯的计算数据
截面号
F锻
/mm2
F毛×2
/mm2
F计=F锻+2F毛
h计
d计=
/mm
修正F计
/mm2
修正d计
/mm
μ
h=μd计
/mm
1
450
400
850
8.50
32.9
916
34.2
0.70
23.94
2
782
400
1182
11.82
38.8
1163
38.5
0.70
26.95
3
1433
400
1833
18.33
48.4
1766
47.5
0.70
33.25
4
2679
400
3079
30.79
62.7
2869
58.6
0.70
41.02
5
3451
400
3851
38.51
70.1
3451
66.4
0.65
43.16
6
3782
400
4182
41.82
73.1
4125
72.6
0.65
47.19
7
3741
400
4141
41.41
72.7
4560
76.3
0.65
49.60
8
3469
400
3869
38.69
70.3
4725
77.7
0.65
50.51
9
2749
400
3149
31.49
63.4
5047
80.5
0.65
52.33
10
2688
400
3088
30.88
62.8
6360
90.1
0.65
58.57
11
11148
400
11548
115.48
121.4
7680
99.0
0.65
64.35
12
8825
400
9225
92.25
108.6
7741
99.4
0.65
64.61
13
8711
400
9111
91.11
108.5
7345
96.8
0.65
62.92
14
6647
400
7047
70.47
107.9
7097
95.2
0.65
61.88
15
6647
400
7047
70.47
94.9
6602
91.8
0.65
59.67
16
5542
400
5942
59.42
87.1
5278
82.1
0.65
53.40
17
5542
400
5942
59.42
87.1
4254
73.7
0.65
47.91
18
450
400
850
8.50
32.9
4100
72.4
0.65
47.06
3确定坯料尺寸
3.1坯料尺寸
1.根据滚挤联合制坯时公式：
（3.1）
—毛坯截面积
—计算毛坯平均截面积;
锻件只有一头一杆时，应选较大的系数；锻件为两头一杆时，则应取较小的系数。
mm2
2.坯料长度：
根据坯料的制坯工步采用圆形坯料，其直径
=88.56，查表取标准直径
=90mm。
烧损率
取3%。
（3.2）
取L坯=150㎜
=（1～1.5）×
=90mm
=240mm
4确定锻锤吨位
4.1锻锤吨位设计
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,查参考文献2表4-14,按2~3t锤毛边槽尺寸考虑,假定毛边平均宽度为23mm,总面积F=25982mm2,按双作用模锻锤吨位确定的经验公式1.2，确定锻锤吨位,因汽车连杆件为大批量生产,需要高生产率,取较大的系数6.3,取k=1.0,于是
（4.1）
则
选用2t锤。
5锤锻模型槽设计
5.1模锻工步型槽设计
5.1.1确定毛边槽形式和尺寸
查[2]图4-63选用毛边槽形式Ⅰ,如图5.1。
图5.1毛边槽
其尺寸按表4-14确定；选用毛边槽尺寸为
，见表5.1。
表5.1毛边槽尺寸
4mm
10mm
25mm
1.5mm
136
锻件毛边的体积：
（5.1）
其中
（锻件毛边平均截面积）
5.1.2确定钳口
具体尺寸如图5.2：
图5.2钳口
5.1.3确定终锻型槽
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，终锻件图按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。
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1.5%；
特别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
5.1.4设计预锻型槽
由于锻件复杂,须设置预锻型槽。
在叉部采用劈料台[2]，如图5.3。
（5.2）
（5.3）
图中
。
图5.3劈料台
在工字形截面的杆部,辐板较薄且宽,为防止终锻时锻件产生折纹,应使预锻型槽面积稍小于或等于终锻型槽相应处的横截面积（不计预锻打不靠的横截面积）。
预锻型槽沿分模面处的圆角半径增大至R=5mm,预锻型槽其余与终锻型槽不同的地方均在热锻件图上标明。
5.2制坯型槽设计
5.2.1滚挤型槽的设计
采用闭式滚挤。
（1）型槽的高度
，计算结果列于表2.1中，按各截面的高度值绘出滚挤型
槽纵剖面外形，然后用圆弧或直线光滑连接，并适当简化。
（2）型槽宽度为：
杆部：
（5.4）
头部：
（5.5）
所以取杆部头部宽度均为110mm。
（3）槽长度等于计算毛坯图的长度。
、
（4）钳口与毛刺槽尺寸如图5.5所示。
简化后滚挤型槽如下图：
图5.4滚挤型槽
6锻模结构设计
1.型槽布置方式：
有两个制坯型槽，布排型槽应以预锻型槽为中心左右布置。
2.模块尺寸的选择：
1）承击面：
查表得，3吨锤的最小承击面为700cm2,承击面积为模块在分模平面上的面积减去各型槽，毛边槽，锁扣和钳口所占面积。
经计算符合要求。
2）模块高度：
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，查资料得锻锤的最小闭合高度为700mm。
经上确定模块的规格为B=400mm;L=630mm。
3.燕尾槽、起重孔等尺寸按标准选取，具体见装配图。
7锻前加热、锻后冷却及热处理要求的确定
7.1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800℃。
7.2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：
式中D—坯料直径或厚度（cm）
—钢化学成分影响系数，取0.13（h/cm）;
7.3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。
7.4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。
参考文献
[1]许发樾主编.使用模具设计与制造手册.北京：
机械工业出版社，2001
[2]姚泽坤主编.锻造工艺学与模具设计.西安：
西北工业大学出版社，2004
[3]周大隽主编.锻压技术数据手册.北京：
机械工业出版社，1998
[4]大连理工大学工程画教研室编.机械制图.北京：
高等教育出版社，2003
[5]吕炎主编．锻造工艺学．机械工业出版社，1995
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