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1、精选优质文档-倾情为你奉上 编号 课程设计说明书题目 圆柱齿轮热模锻工艺及模具设计 二级学院 材料科学与工程学院 专 业 材料成形及控制工程 班 级 学生姓名 学号 指导教师 职称 时 间 专心-专注-专业 目录绪论0 0113.1 设备吨位的确定23.2 选择飞边槽233445556999997 确定模具材料及热处理的要求2019 2绪论锻造是一种借助工具或模具在冲击或压力作用下加工机械零件或零件毛坯的方法。与其它加工方法相比，锻造加工生产率高；锻件的形状,尺寸稳定性好，并具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，件与件之间性能变化小；锻件的内部质量与加工历史有关，不会被
2、任何一种金属加工工艺超过。锻造生产根据使用工具和生产工艺的不同而分为自由锻、模锻和特种锻造。自由锻造：一般是指借助简单工具，如锤，砧，型砧，摔子，冲子，垫铁等对铸锭或棒材进行镦粗，拔长，弯曲，冲孔，扩孔等方式生产零件毛坯。加工余量大，生产效率低；锻件力学性能和表面质量受生产操作工人的影响大，不易保证。这种锻造方法只适合单件及极小批量或大锻件的生产；不过，模锻的制坯工步有时也采用自由锻。特种锻造：有些零件采用专用设备可以大幅度提高生产率，锻件的各种要求也可以得到很好的保证，特种锻造有一定的局限性，特种锻造机械只能生产某一类型的产品，因此适合于生产批量大的零部件。模锻：模锻是指将坯料放入上下模块儿
3、的模膛间，借助锻锤锤头，压力机滑块或液压机活动横梁向下的冲击或压力成形为锻件。锻模的上下模块分别紧固在锤头和底座上。模锻件余量小，只需少量的机械加工（有的甚至不加工）。模锻生产效率高，内部组织均匀，件与件之间的性能变化小，形状和尺寸主要靠模具保证，受操作人员的影响小。锻造应用范围广，几乎所有的运动的受力部件都由锻造成形，大到飞机轮船小到我们生活中的日常用品，锻造是现代工业的重要组成部分，同时也推动现代工业的不断向前发展。在现代工业生产中，模具是生产各类产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节省能源和原材料等一系列优点
4、，在锻造、冲压、塑料模制品等行业中得到了广泛应用，成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。模具工业对国民经济和社会的发展，起着越来越重要的作用。模具工业的快速发展，不断对模具制造提出更高的要求。世界上一些发达国家，模具制造技术发展非常迅速，模具制造的水平制约这模具设计的的发展，同时也制约这整个模具行业的发展。模具制造水平的高低，已经成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。时至现在，计算机水平的飞速发展，CAD、CAE已广泛应用在设计制造中，这就使线切割，电火花等现代加工手段成为现实，基本上使模具设计脱离了模具制造水平的制约，同时也模具设计提供了一个广阔的平台。1零件分析及工艺方案确定1.
5、1零件分析锻件工艺分析包括技术和经济两个方面的内容。在技术方面，根据锻件图纸，主要分析该模锻件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合锻造工艺的要求；在经济方面根据锻件的生产批量，分析产品成本，做到在不影响零件使用的前提下，用最简单最经济的方法生产出来。一、对锻件的形状精度分析本次设计工件是圆柱齿轮。外形复杂度一般，是由杆类件和弯曲件特征组成，杆类特征部分和弯曲类特征部分成一定的角度，相对复杂的锻件外形就决定了比较复杂的型腔，这对模具制造和模具寿命还是造成了一定的不利影响。本锻件精度等级不是特别的高，属半精密级（用于普通锻件和半精锻工艺锻压），但由于锻件的外表面大部分区域锻造成形
6、不需要进一步加工，相对来说要求也比较高。二、对锻件的经济性分析所谓经济性，就是以最小的耗费取得最大的经济效果。在锻造生产中，保证产品质量，完成产品数量、品种计划的前提下，产品的成本越低，说明你设计的模具经济效果越大。降低制造成本的措施：1、降低模具费用，是降低成本的有效措施；2、工艺合理化可以降低模具费、节约加工工时、降低材料费用；3、多个工件同时加工成形，可使模具费、材料费和加工费降低；4、锻造过程的自动化及高速化，可以降低加工费用和提高材料利用率；5、提高材料利用率，降低材料费。1.2工艺方案的确定常用的模锻方式有：曲柄压力机上模锻、螺旋压力机上模锻、锤上模锻。故在此有三中方案供选择：一、
7、曲柄压力机上模锻曲柄压力机行程和压力不可以随意调节，不易进行拔长、滚挤等制坯操作；对于一些主要靠压入方式成形的锻件不得不采用多模膛模锻，增加了模具和工序；造价比较昂贵，一次性投资大。优点如下：1、锻件精度较锤上模锻精度高；2、曲柄上模锻件内部变形深透而均匀，流线分布也均匀合理，保证了力学性能均匀一致；3、曲柄压力机上模锻容易产生大毛边，金属充填上下模差异不大；4、曲柄压力机模锻具有静压力的特性，金属在模膛内流动较缓慢；二、螺旋压力机上模锻 螺旋压力机上模锻不能进行多型腔锻造，需要时，需要进行单独制坯。效率比较低，造价比较高。三、锤上模锻1、工艺灵活，适应行好，可以生产各类形状复杂的锻件，如盘形
8、件、轴类件等；可单模膛模锻，也可以多模膛模锻；可单件模锻，还可以多件模锻或一料多件连续模锻。 2、锤头的行程，打击速度或打击能量均可调节，能实现轻重缓急不同的打击，因而可以实现镦粗，拔长，滚挤，弯曲，卡压，成形，预锻和终锻等各类工步。3、锤上模锻是靠锤头多次冲击坯料使之成形，因锤头运动速度快，金属流动有惯性，所以充填模膛能力强。4、模锻件的纤维组织是按锻件轮廓分布的，机械加工后仍基本保持完整，从而提高锻制零件的使用寿命。 根据题目要求此圆柱齿轮采用第一种方案模锻即热模锻压机模锻。 圆柱齿轮零件图2 热模锻压力机模锻件设计表4-1 锻件图设计的步骤和原则序号步骤原则1 确定分模位置和形状锻件的分
9、模线形状分为：平直分模线、对称弯曲分模线、不对称弯曲分模线。良好的分模面应达到如下要求：1.保证锻件容易脱模，一般应以最大投影面作为分模面。2.分模面应易于检验上下模膛的相对位移。3.分模线应尽可能选用直线，使锻模加工简单。但对头部尺寸较大且上下不对称的锻件，则易取折线分模，以保证成形充满。4.圆饼类锻件的高度小于直径时，应取径向分模。5.应保证锻件有合理的金属流线分布。2确定锻件公差和机械加工余量各生产厂应根据所用锻造和加热设备的精度，模锻件的形状和材料，零件设计对锻件尺寸的要求和锻件订货、验收所涉及的问题等，确定锻件的公差和加工余量。3确定模锻斜度模壁斜度大模锻后锻件易于从模膛中取出，但模
10、壁斜度越大，所需的充模压力也越大。4确定锻件的圆角半径锻件外形和内腔轮廓拐角处的圆角半径对金属流动有很大的影响，过小的圆角半径，使金属流动受到很大的阻力而不易充满模膛，消耗较多的能量并造成模具相应部位严重磨埙，因此在允许的情况下应将此类圆角半径加大。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。使锻件容易从锻模模膛中取出，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。圆柱齿轮为饼类件锻件，其高径比H/D=50/
11、235=0.21340mm;s是模壁厚度；是经验系数，取值范围；h是模膛深度（mm）;s=222mm=44mm，取s=50mm故模块直径340mm抗压强度校核，一般要求q=F/A;q是单位面积承受压力(MPa)；F是压力机吨位（N）；A是模块实际承压面积（）；是许用压力，取350MPa。q=315001000/90789=346.9MPa符合要求模块高度模块高度尺寸应满足；模块高度；=0.522=11mm；h=11+22=33mm；根据实际情况取终锻下模块h=130mm,上模块h=130mm。终锻模块直径380mm模块高度130mm 终锻圆形模块3）锻模结构形式采用三工位圆形镶块用压板紧固结构
12、。4）导向装置压力机锻模一般不采用锁扣，而用导柱，导套进行导向。基本尺寸DD2D1dl公称压力LL1180mm180.5mm200mmM164031500KN670mm240mm5）热模锻曲柄压力机参数所选压力机为31500KN,查表可选压力机参数有：公称压力/KN滑块行程/mm行程次数次/min最大闭合高度/mm闭合高度调节/mm工作台尺寸/mm31500340601050251400180031500340551050121460175031500350559502311801200所选为装模高度为950mm,第三种热模锻压力机。6） 模具装配图1下模座 2顶杆 3螺钉 4下垫板 5导柱
13、6后挡板 7模块 8导套 9上垫板 10上模座 11上压板 12模块 13下压板6锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定6.1 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
14、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。6.2 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）；6.3 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。6.4 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
15、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。7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，选择锻模用材料要满足以下要求：在工作环境下具有良好的综合力学性能；在工作温度下具有良好的组织稳定性；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；应具有良好的冶金质量。模具镶块选用材料如下表：名称锻模材料硬度HB镶块5CrMn
16、Mo锻件顶杆GCr15其他40Cr 锻模常用钢5CrMnMo力学性能如下表： 8模锻工艺流程确定（1） 下料：5 000kN剪切机冷切；（2） 加热：半连续式炉，1 2201 240；（3） 模锻：31500KN热模锻压力机，镦粗、预锻、终锻；（4） 热切边：1600kN切边压力机；（5） 打磨毛刺、锐边倒钝：砂轮机；（6） 热处理：连续热处理炉，调质，硬度为HB210250；（7） 酸洗：酸洗槽；（8） 冷校正：1t夹板锤；（9） 冷精压：10000kN精压机；（10） 检验。参考文献1 胡亚明主编.锻造工艺过程及模具设计.北京：中国林业出版社，2006.8（21世纪全国应用型本科大机械系列实用规划教材）；2 程里编著.锻造实用技术.北京：机械工业出版社，2010.33 王德拥主编.锻造实用速查手册.北京：化学工业出版社，2012.14洪慎章编.实用热锻模设计与制造.北京：机械工业出版社，2011.15 李集仁，杨良伟主编.锻工实用技术手册.南京：江苏科学技术出版社，2002：110-1206 李永堂等编著.锻压设备理论与控制.北京：国防工业出版社，2005：200-3007 葛正浩，赵雪妮主编.金属材料成型与模具.北京：化学工业出版社，2006：300-420（高等学校教材）；8 傅建军主编.模具制造工艺. 北京：机械工业出版社，2004：1-227