隔板突缘锻模和切边冲孔复合膜设计.docx
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隔板突缘锻模和切边冲孔复合膜设计
1绪论
1.1前言
在工业生活中，用各种压力机和装在压力机上的专用工具，通过压力把金属和非金属材料制出所需形状的零件或制品，这种专用工具统称为模具。
模具是工业产品生产用的重要工艺装备，在现代工业生产中，60%—90%的工业产品需要使用模具，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和研制在很大程度上都依赖于模具生产。
而作为制造业基础的机械行业，根据国际生产技术协会的预测，21世纪机械制造工业的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都将依靠模具完成，因此，模具工业已经成为国民经济的重要基础工业。
模具工业发展的关键是模具技术的进步。
模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一，世界上许多国家，特别是一些工业发达的国家都十分重视模具技术的开发。
当今社会，汽车，计算机，电机，电器和日用工业品等现代社会产品，其产品质量，生产成本和更新换代的速度，没有模具是难以想象的。
而模具的质量和水平，在很大程度上决定于模具的设计与制造。
而本次的设计与制造只是压铸模中的一小部分,主要是锻模。
它主要是对于圆柱体的制造而设计的。
共分为两部分，第一部分为设计，第二部分为制造。
本次的设计与制造由于我们的能力和时间有限，又是初次设计与制造，没有什么经验，仅凭的是别人总结出来的经验，还有许多不恰当的地方，错误和不妥之处肯定在所难免，敬请各位老师批评指正。
2.2模锻
在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。
此方法生产的锻件尺寸精确，加工余量较小，结构也比较复杂生产率高。
2.2.1模锻简介
在模锻锤或压力机上用锻模将金属坯料锻压加工成形的工艺。
模锻工艺生产效率高，劳动强度低，尺寸精确，加工余量小，并可锻制形状复杂的锻件；适用于批量生产。
但模具成本高，需有专用的模锻设备，不适合于单件或小批量生产。
附图为模锻用的锻模，由上下两个模块组成,模膛4是锻模的工作部分，上下模各一半。
用燕尾和楔1、2固定在锤砧和工作台上；并以锁扣3或导柱导向,防止上下模块错位。
金属坯料按模膛的形状变形。
模锻的工序为制坯、预锻和终锻。
终锻模的模膛是按锻件的尺寸、形状，并加上余量和偏差确定的。
模锻一般分开口模锻和闭口模锻两种：
开口模锻的模膛周围有毛边槽5，成形后多余的金属流入槽内,最后将毛边切除；闭口模锻只在端部有很小的毛边,如果坯料精确,也可以不出毛边。
2.2.2模锻的优点
a生产效率较高。
模锻时，金属的变形在模膛内进行，故能较快获得所需形状。
b能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理，提高零件的使用寿命。
c模锻件的尺寸较精确，表面质量较好，加工余量较小。
d减少切削加工工作量。
在批量足够的条件下，能降低零件成本。
e模锻操作简单，劳动强度低。
但模锻生产受模锻设备吨位限制，模锻件的质量一般在150kg以下。
模锻设备投资较大，模具费用较昂贵，工艺灵活性较差，生产准备周期较长。
因此，模锻适合于小型锻件的大批大量生产，不适合单件小批量生产以及中、大型锻件的生产。
2零件分析
2.1零件结构分析
该齿轮胚锻件由一个大圆柱叠加上一个小圆柱组合而成。
零件的总体尺寸为φ175.5mm×55mm；中间有一个φ42mm和6个宽13mm的花键槽。
其模锻的基本工艺为：
墩粗—终锻。
2.2零件材料分析
20#钢的基本特性
特性该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、渗碳淬硬钢。
该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。
抗拉强度为253-500MPa，伸长率≥24%。
20#钢特性与15#钢基本相仿，但强度稍高。
用途：
适用于制造汽车、拖拉机及一般机械制造业中建造不太重要的中小型渗碳碳氮共渗等零件，如汽车上的手刹蹄片、杠杆轴、变速箱速叉、传动被动齿轮及拖拉机上凸轮轴、悬挂均衡器轴、均衡器内外衬套等；在热轧或正火状态下用于制造受力不大，而要求韧性高的各种机械零件；在重、中型机械制造业中，如锻制或压制的拉杆、钩环、杠杆、套筒、夹具等。
在汽轮机和锅炉制造业中多用于压力≤6N/平方，温度≤450℃的非腐化介质中工作的管子、法兰、联箱及各种紧固件；在铁路、机车车辆上用于制造十字头、活塞等铸件。
正火可促进该钢球化，细化大块状先共析铁素体，改进小于160HBS毛坯的切削性能。
3.制定锻件图
3.1确定分型面
锻模的分模面是指上下锻模的分接面。
分模轮廓线是指终锻模膛分模面与锻件轮廓交线。
分模面的选择应按以下原则进行：
要保证模锻件能从模膛中顺利取出，并使锻件形状尽可能与零件形状相同，一般分模面应选择在模锻件最大水平投影尺寸的截面上。
按照选定的分模面制成锻模后，应使上下模沿分模面的模膛轮廓一致，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象。
最好使分模面为一个平面，并使上下锻模的模膛深度基本一致，差别不宜过大，以便均匀充型。
选定的分模面应使零件上所加的熬料最少。
最好把分模面选取在能使模膛深度最浅处，这样可使金属很容易充满模锻，以便取出锻件。
综上所述，参照锻件图选择分模面最合理，如下图：
3.2确定加工余量和公差
模锻件水平方向尺寸公差见表2—1。
模锻件内、外表面的加工余量见表2-2
表2—1锤上模锻水平方向尺寸公差（mm）
表2—2内、外表面的加工余量Z1（单面）（mm）
3.2.1估算锻件质量m
预选加工余量为为2mm,计算锻件体积。
将锻件分解为简单的几何体相加减，取锻模斜度中间值（预设外模锻斜度；内模锻斜度），圆角半径忽略不计。
按零件的加工余量具体计算如下：
；
；
；
；
则；
锻件的质量：
*密度=955414x7.85xKg=7.50Kg。
3.2.2计算形状复杂系数S
该齿轮外廓包容体为两圆柱，直径分别为189mm，92mm。
高分别为42mm，45mm。
则外轮廓包容体体积：
；
；
；
；
该齿轮的形状复杂系数为级。
3.3技术条件
图上未注明模锻斜度7º；
图上未注明圆角半径R5；
查《锻件模具简明设计手册》表5.18知允许的错差量≤1；
锻件表面清理：
抛丸。
3.4模锻斜度
为便于从模膛中取出锻件，模锻件上平行于锤击方向的表面必须具有斜度，称为模锻斜度，一般5°～15°之间。
取外模锻斜度；内模锻斜度
3.5圆角半径
考虑制件倒角值和加工余量，r=余量+零件的倒角值。
查表取外圆角半径R=5mm，内圆角半径r=6mm。
4.设计冲孔连皮
由于锤上锻模时不能靠上，下模的突起部分把金属完全排挤掉，因此不能的锻出通孔，终锻后，孔内留有金属薄层，称为冲孔连皮，锻后利用压力机上的切边模将其去除。
常用的连皮形式是平底连皮，如下图，连皮的厚度t通常在4～8mm范围内，可按下式计算：
式中d-锻件内孔直径，单位为mm；
h-锻件内孔深度，单位为mm；
连皮上的圆角半径R1，可按下式确定：
孔径d＜25mm或冲孔深度大于冲头直径的3倍时，只在冲孔处压出凹穴。
上述各参数确定后，便可以绘制锻件图。
分模面选在锻件高度方向的中部。
由于零件轮辐部分不加工，故无加工余量。
连皮圆角半径应大于内圆角半径，所以取R=8mm
5.设计终端模膛
终锻型槽是各种型槽中重要的型槽，用来完成锻件最终成形，终锻件型槽按热锻件图制造和检验。
所以终锻模膛设计的主要内容是绘制热锻件图，供制造模膛用，热锻件图以冷锻件图为依据，热锻件图的尺寸标注，高度方向尺寸以分模面为基准，以便于锻模机械加工和准备检验样板。
其次考虑到金属冷缩现象，热锻件图上所有的尺寸应计入收缩率，即:
L=l（1+δ）
L—热锻件尺寸
l—冷锻件尺寸
δ—终锻温度下金属的收缩率
钢的收缩率一般为0.8％—1.5％，此锻件考虑收缩率为1.5％。
由于此锻件形状并不复杂，所以并不需要设置预锻模膛。
5.1绘制齿轮热锻件图
209×（1＋0.025）mm＝214.2mm
138×（1－0.025）mm＝134.6mm
52×（1＋0.025）mm＝53.3mm
25×（1＋0.025）mm＝25.6mm
17×（1＋0.025）mm＝17.4mm
11×（1＋0.025）mm＝11.3mm
绘制热锻件图如下：
5.2计算设计飞边槽的尺寸
飞边槽形式
5.2.1飞边槽的作用：
增加金属流出模膛的阻力，迫使金属充满模膛；
容纳多余金属；
锻造时飞边起缓冲作用，减弱上下模的打击，防止模具的压塌与开裂。
5.2.2计算方法：
①按照锻件在水平面上的投影面积；
A—锻件在分模面上的投影面积
②也可按锻锤吨位确定毛边槽尺寸
查《锻造工艺学与模具设计》表4—14的飞边槽结构形式如下图所示
5.3钳口的确定
钳口终锻和预锻模膛前方，由夹钳口与钳口颈部两部分组成，夹钳口尺寸主要依据夹钳尺寸和料头直径而定的，应保证夹料钳子能自由操作。
通常在模膛前端设计有钳口，钳口与模膛相通的沟槽称为浇口，钳口主要用来容纳夹持坯料的夹钳和便于锻件从模膛中取出。
圆饼类锻件，设计钳口只是为了锻出模方便和用作浇口，如钳口只起浇口作用，则宽度B=G＋30（mm），G为锻件质量（㎏）
锻锤吨位（kN）
〈20
30
50
100
160
B（mm）
50
65
80
100
120
如下图
6.确定终锻模设备吨位
6.1热模锻曲柄压力机的确定
所需锻压力F₁＝K₁K₂δ₁A（4—1﹚
式中K₁—应变速度系数
K₂—变形方式和摩擦条件影响系数
δ₁—终锻温度下坯料真实屈服强度（MPa）,锻造用钢查表4－8，锻造用有色金属查表4－9
锻件在与锻压力方向垂直的平面上的投影面积对带飞边的锻件，要求包括飞边桥部
F₁—所需锻压力（N）
6.2公称吨位的确定
F=（1.2～1.25）F₁（4—2）
为了安全选用的热模锻曲柄压力机，液压机，螺旋压力机公称吨位F比所需的锻压力F₁大。
6.3压力吨位的计算
查表4—8δ₁＝46MPa
查表4—6K₁＝1.8
查表4—7K₂＝3
终锻模温度为800℃代入式中最大的锻压力
F₁＝﹙1.8×3×86×80887﹚N
＝37564KN
压力机公称吨位F=1.2F₁＝45079KN
查表4—5选用50000KN热模锻曲柄压力机。
6.4锻锤吨位的确定
确定设备吨位可按经验公式G＝（1－0.005D₁）（1.1＋2／D₁）²×
﹙0.75＋0.001D₁²﹚D₁×σ也可按以下计算
锻锤一次打击的能量为W／2gV²;一次打击下坯料变形功为F₁ΔH
根据能量守恒定律得：
F₁ΔH=nW／2gV²（4—3﹚
整理得：
W=F₁ΔH2g／nV²
式中W—锻锤落下部分的重力（N）
F₁——锻压力（N），可以用（4—1﹚计算
ΔH—锻锤压下量（m），在终锻时为（1.2～1.5﹚×0.01m
n—锻锤打击效率，自由锻取0.8，模锻取0.9
g—重力加速度，一般为9.8m／s²
V—打击速度，锻锤一般为6m／s
查表4—8δ₁＝86MPa
查表4—6K₁＝2.75
查表4—7K₂＝3
代入式（4—1﹚中
F₁＝K₁K₂δ₁A＝（2.75×3×86×80887）N
＝57389KN
代入式（4—3）中
W=F₁ΔH2g／nV²
＝（57389×1.4×0.01×2×9.8﹚／0.9×6²N
＝48.6KN
按表（4—4）选用30KN锤即5吨模锻锤。
7.设计制坯模锻
对于形状复杂的模锻件，为了使坯料基本接近模锻件的形状，以便模锻时金属能合理分布，并很好的充满模膛，必须预先在制坯模膛内制坯。
制坯模膛有一下几种：
7.1拔长模膛
减小坯料某部分的横截面积，以增加其长度。
如图2-
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