毕业设计（论文）-连杆并排式双件锻造工艺及模具设计【全套图纸】.doc

摘 要全套图纸，加153893706连杆是发动机中的高精度的精密零件，对强度有较高的要求，是汽车发动机中重要的部件之一，被称为“保安件”，其质量直接影响到发动机乃至整辆汽车的安全使用和行驶。连杆的品质直接关系到其力体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销而学性能及使用寿命，锻造连杆具有力学性能优良、易于加工、表面质量好等优点，而且生产周期短，生产工艺稳定。连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。例如在往复活塞式动力机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。连杆多为钢件，其主构成铰接。连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。因此，连杆在一个复杂的应力状态下工作。它既受、交变的拉压应力、又受弯曲应力。连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。连杆材料一般采用45钢、40r或40MnB等调质钢。合金钢虽具有很高强度，担对应力集中很敏感。所以，在连杆外形、过度圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度，否则高强度合金钢的应用并不能达到预期果。连杆的生产方式多种多样，常见的为一模一件。而对于一模两件多为采用对排。本文较为系统地阐述了汽车连杆并排式双件锻造的工艺及模具的设计过程，并对模具进行了造型。关键字：模具 开式模锻 闭式模锻 飞边槽Abstract Linkage is the engine of high-precision precision components, the strength of higher demand, a car engine in one of the important parts, known as the security case, its direct impact on the quality of motor vehicles and the security of the whole Use and traffic. Link directly related to the quality of its cross-section of part of the round or more for the shape, at both ends of a hole, the hole with bronze bushings or needle roller bearings for axle load and sales of property and life, forging Linkage with good mechanical properties and easy processing, the advantages of good quality surface, and the short production cycle, the production process stability. Linkage with the two ends of the active and passive components hinged to convey movement and of the bar. For example, in Reciprocating power machinery and compressors, with link to connect the Pistons and crank. Link for more steel parts, which constitute the main hinged. Linkage is important in the automobile engine parts, it connects with the Pistons and the crankshaft, the Pistons will play the role of the reciprocating movement into the rotating crankshaft, and the role of the Detroit Pistons passed on the crank to power output. Link in their work, in addition to the gas chamber under pressure, we must also bear the vertical and horizontal inertial force. Therefore, the link in a complex work under stress. It subject, alternating the tension and compression stress, the bending stress. Linkage is the main form of damage and excessive fatigue fracture deformation. Fatigue fracture is usually the site of the linkage of the three high stress on the region. Linkage of the terms and conditions of the link with high intensity and anti-fatigue properties and require adequate steel and toughness. Linkage of the general use of 45 steel, 40 Cr or 40 MnB, such as quenched and tempered steel. Although the strength of high-alloy steel, Tam is very sensitive to stress concentration. Therefore, the link shape, fillet over the areas to be strict requirements, attention should be paid to the surface processing to enhance the quality of fatigue, or the application of high-strength alloy steel and can not achieve the desired fruit. Linkage of production varied, the common mode for a one. For more than two-one for the introduction of the row. This article is more systematically on the car side-by-side double-linkage of the forging process and die design process, a mold and shape第一章 绪论1.1 问题的提出及研究意义随着机械工业，尤其是汽车工业的飞速发展与国际竞争的加剧，产品零部件设计与生产过程的高精度、高性能、低成本、低能耗已成为提高市场竞争力的唯一途径。常规的连杆制造工艺难以满足现代社会的要求，也难以适应这个竞争日趋激烈的社会。因此，生产出尽可能的强度高、力学性能好，表面质量好，易于加工、生产周期短、成本低的连杆已经成为我们的迫切需求。我国汽车连杆以前基本采用一模一件的生产工艺，生产成本高，周期长、难于满足日益，是汽车行业中需要进行工艺改革的重要零件之一。采用了并排式连杆制造供以后，不仅提高了生产效率、材料利用率，而且适应了社会的需求。1.2 国内外研究状况东风汽车公司工艺研究所的张先国、汪维新，以某 491 发动机球铁连杆为例，通过分析 LY12 用于设计轻型车和轿车汽油发动机连杆时，连杆在 150 高温条件下使用的安全系数，以及颗粒增强铝基复合材料与其基体材料的性能对比可知，就疲劳性能而言，采用常规铝合金或以其为基体的颗粒增强铝基复合材料制造轻型车和轿车用汽油发动机连杆是可行的。武汉理工大学的胡建华、吴芳以铝合金连杆为研究对象，探讨了挤压铸造铝合金连杆的工艺和挤压铸造模具结构，分析了各种工艺参数对产品最终质量的作用和影响，确定了合适的挤压铸造工艺参数，比较了不同挤压铸造方式的特点。并且得出结论，铝连杆的挤压铸造生产成本较锻造钢质连杆有较大幅度的降低，静压挤压铸造和间接挤压铸造都可以生产出合格的铝合金连杆，静压挤压铸造连杆的性能高于间接挤压铸造连杆。综合其他因素考虑，批量生产宜采用间接挤压铸造工艺，应根据连杆的实际结构特点和性能要求等方面设计出合理的模具结构，并结合适当的温度、压力、速度、时间等挤压铸造工艺参数才能保证连续和稳定地生产出合格的铝合金连杆。济南大学机械工程学的王强开发了连杆精密锻造工艺及生产线,研制了楔横轧机自动制坯,楔横轧模具三维计算机辅助设计,感应加热炉自动上料,毛坯料温自动分选,切边、冲连皮、热校复合模具等多项新技术。吉林大学辊锻工艺研究所寇淑清，杨慎华，赵勇，赵庆华等分析了断裂的剖分机理和发生条件，并对裂解连杆材料、预制初始裂纹槽、定向裂解、定扭矩装配螺栓等连杆裂解加工的关键技术与核心工艺进行了探讨。研究开发了具有“背压”裂解功能的定向裂解机床，并对轿车发动机连杆裂解加工过程进行了数值分析与试验探索。其结果表明：合理设计裂纹槽位置与几何参数并保证加工精度，可有效降低裂解加工载荷。背压裂解加工方法有利于提高裂解加工质量，在瞬时加载条件下，合理调节背压力与裂解力比值可获得性能优良的断裂面。20 世纪 70 年代中期，德国保时捷公司率先在其生产的标准系列汽车上使用粉末锻造连杆，日本丰田汽车公司则于 20 世纪 80 年代初开始采用，至 1992 年其产量已达 250 万根。美国福特汽车公司从 1987 年开始大量采用粉末锻造连杆，1992 年的产量已达 400 万根。德国宝马公司于1991 年开始在其新设计的 8 缸发动机上采用粉末锻造连杆，当年的产量即达到 65 万根。德国有一所大学几年前曾采用碳纤维增强工程塑料制造发动机连杆，其质量仅为锻钢连杆的48% ，但价格是锻钢连杆的 6.7 倍。因生产成本居高不下，这种连杆在汽车行业大批量应用的前景还十分遥远。由于铝具有密度小、强度高的特性，故采用铝基材料制造车用发动机连杆能得到显著的轻量化效果。日本丰田汽车公司采用体积率为 40% 的氧化铝长纤维增强铝基复合材料生产发动机连杆，质量比锻钢连杆减轻了 35% 。日本本田公司采用不锈钢纤维增强铝基复合材料生产其轿车发动机连杆，据报道至少已有 5 万件这种连杆被采用。第二章 模锻工艺简述利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法称为模锻。模具装在某种锻压设备上，当设备受到驱动并且带着模具闭合时，模具迫使坯料进行塑性变形，最终充满整个模膛，形成形状与模具型腔轮廓一致的锻件。2.1模具对金属变形的影响（1） 控制锻件的形状和尺寸 模锻分为单模膛锻造和多模膛锻造。单模膛锻造使用的模具仅有一个模膛，该模膛决定锻件的形状及尺寸，称为终锻模膛。为了保证锻件的形状和尺寸精度，设计热段模具时候应该考虑锻件和模具的热收缩率，设计精密模锻件时候还要考虑模具的弹性变形。 （2） 控制金属的变形方向 根据金属塑性成形理论，塑性变形时候金属主要朝着最大主应力方向流动。在三向压应力的情况下，金属主要朝着最小主应力方向流动。因此，对一个待加工的模锻件，通过设计不同的制坯工步如拔长、滚挤、弯曲、预锻等，就可控制金属的变形方向，完成对毛坯的塑性加工。（3）改变变形区的应力场 变形体的应力场是在外力的作用下产生的，一般外力通过模具施加在坯料上，坯料变形的反作用也由模具承受。合理的模具设计还应该使锻件变形时候的流动主力尽量的小，使模具的载荷分布均匀，降低模具的峰值应力。（4）提高金属的塑性金属的塑性与应力状态关系密切，压应力的个数越多，静水压应力数值越大，材料的塑性越好。封闭的模膛使金属在终锻的最后阶段处于三向压应力状态，材料的塑性好。（5）控制坯料失去稳定性，提高成型极限细长杆在受压的时候会产生塑性失稳而弯曲，并可能发展成折叠。为控制顶墩时杆件失去稳定性，要求模具孔直径D=（1.251.50）D0 。（D0为毛坯直径）。这样可依靠模膛内壁限制弯曲的发展，避免折叠的产生。2.2模锻的分类及各自的特点 按照模锻中最后成形工步的成形方法，可分为开式模锻、闭式模锻、挤压和顶墩四类。2.2.1 开式模锻 开式模锻在锻造过程中，上模和下模间的间隙不断变化，到变形结束时，上下模完全打靠。（1） 开式模锻的成形过程三阶段 A:锻粗阶段 B:充满模膛阶段 C:打靠阶段（2） 开式模锻时影响金属成形的主要因素 A:模膛尺寸和形状的影响 B:飞边槽的影响 C:设备工作速度的影响2.2.2 闭式模锻 闭式模锻就是没有飞边槽的模锻。一般在锻造过程中，上模和下模的间歇不变，坯料在四周封闭的模膛中成形，不产生横向飞边，少量的多余材料将形成纵向飞刺，飞刺在后序中除去。（1）采用闭式模锻工艺过程的必要条件A:坯料体积准确B:坯料形状合理并且能够在模膛内准确定位C:设备的打击能量或打击力可以控制 D:设备上有顶出装置（2）闭式模锻的变形三阶段A:初成形阶段B：充添阶段C：形成纵向飞刺阶段（3） 影响金属成形的主要因素A:坯料体积和模膛体积间的偏差对锻件尺寸的影响B:打击能量和模锻力对金属成形的影响2.2.3 挤压 挤压是金属在三个方向不同压应力作用下，从模孔中挤出或流入模腔内以获得所需要的尺寸、形状的制品或零件的锻造工艺。（1） 挤压长见缺陷 A:挤压缩孔 B:裂纹（2） 解决挤压品质问题的措施 A:减少摩擦阻力 B:在锻件图允许的范围内，在凹模模膛孔口处作出适当的锥角或圆角。 C:用加反向力的方法进行挤压2.2.4 顶镦 顶镦指杆件的局部镦粗工艺过程。（1） 镦粗的两条基本规则 A:在凹模中聚料时，当聚料直径D凹=1.50D0,棒料伸到模具外面的长度AD0或D凹=1.25D0,A10的情况。当坯料的长度过大时，需要多次镦锻。第三章 工艺性分析及工艺方案的选择3.1汽车连杆工艺性分析图3.1为本课题设计的汽车连杆零件图，材料为40Cr。 连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。例如在往复活塞式动力机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。连杆其主体部分的截面多为工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套，供装入轴销而构成铰接。连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。该零件其特点是形状复杂，无法一次成形，要先进行制坯。而对于并排式连杆其难度系数又得到了加大。因此，本设计的关键就是采用一定的工艺措施，得到符合要求的零件。经分析可知：要求锻件尺寸精度好；要求公差等级为IT6-IT7级左右；要求锻件表面粗糙度为Ra0.81.6；无充不满的现象。图 3.13 3.2汽车连杆工艺方案选择经过对汽车半轴零件的工艺分析可知，汽车并排式连杆的制造方案可以有以下几种：（1）先辊锻制坯，再预锻，最后终锻，终锻时候采用闭式模锻。（2）.先辊锻制坯，再模锻制坯，再预锻，最后终锻，终锻时候采用闭式模锻。 （3）先辊锻制坯，再预锻，最后终锻，终锻时候采用开式模锻（4）.先辊锻制坯，再模锻制坯，再预锻，最后终锻，终锻时候采用闭式模锻整体方案的对比：1） 终锻的时候采用闭式模锻我们知道，采用闭式模锻工艺过程有以下必要条件A:坯料体积准确B:坯料形状合理并且能够在模膛内准确定位C:设备的打击能量或打击力可以控制 D:设备上有顶出装置而在此设计中，如要的出准确的坯料体积很具有难度，因此在终锻的时候采用闭式模锻的工艺不太合适。2） 终锻的时候采用开式模锻正如我们所知道的，开式模锻设有飞边槽。坯料多余的体积可以让它流入飞边槽内。也就是说，即使坯料体积与实际工作中所需要的体积有一定的偏差，我们一样的可以得到合理的零件尺寸。因此，在本设计中，在终锻的时候采用开式模锻符合我们的需求。3)制坯时只使用辊锻对于一模一件的连杆零件，和一模两件的对排式零件，采用辊锻制坯，是我们常用的选择。而我们如今要研究并排连杆的制造工艺及模具设计，单单采用辊锻制坯的方式不太合理，因为其形状不易把握。4） 先辊锻制坯，再模锻制坯 通过和第三种方案的比较我们可以看出，先辊锻制坯，再模锻制坯可以更好地把握好成形的形状，达到我们理想的要求。通过以上的比较，采用第四种方案为较合理的选择。第四章 汽车连杆的工艺参数及设计计算4.1 锻件图设计 4.1.1分模位置 分模面设置在锻件的最大轮廓处，在本设计中如图4.1所示A-A截面为最大截面，所以A-A截面为分模面。图4.14.1.2确定公差和余量 由于选用的锻件材料为40Cr,其密度为7.82g/cm,故锻件的重量为0.886kg。连杆材料为40Cr，即材质系数为M1。锻件形状复杂系数：S=Gd/Gb=0.2,为3级复杂系数S3。由国家标准GB/T 12362-2003 叉的：长度公差为2.2；高度公差mm。宽度公差为mm。该零件的表面粗糙度为R=3.2m，即加工精度为F1，由国家标准GH/T 123632003的锻件内外表面加工余量表查得：高度及水平尺寸的单边余量均为1.52.0mm,取2毫米。在大批量生产条件下，锻件在热处理、清理后要对连杆锻件的圆柱端上下端面和叉的头部上下断面进行平面冷精压。锻件精压后，机械加工余量可大大减小，取0.75mm,冷精压后的锻件高度公差取0.2mm。由于精压需要余量，如锻件高度公差为负值（-0.6）时，则实际单边精压余量仅0.1mm,为了保证适当的精压余量，锻件高度公差可调整为：。由于精压后，锻件水平尺寸稍微有点增大，故水平方向的余量可适当减小。1）零件图上的技术条件中已经给出模锻斜度为7。2）技术条件 A:模锻斜度7。 B:圆角半径4mm。C:允许错差量0.6mmD:允许残留飞边量0.7mmE:允许的表面缺陷深度为0.5mmF: 锻件调制热处理锻件图如图所示：4.2 计算锻件主要参数利用UG测量出不带飞边的锻件图的体积，得113 379mm;分模面的周长为569.4；锻件在水平面的投影面积为10881.7mm；锻件长度为212mm;由于选用的锻件材料为40Cr,其密度为7.82g/cm,锻件的重量为0.886kg。计算毛坯体积V=113 379+569.4*0.7*176=183 529mm平均截面积S均=183 529/212=865.7mm平均直径d均=1.13=33.2mm4.3锻锤吨位的确定坯料的确定： 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。按1到2吨锤飞边槽尺寸（见锻造工艺过程及模具设计 胡亚明主编 表8-1）考虑，假定 飞边平均宽度为23mm。总的变形面积S=（10881.7+569.423）mm=23 977.9 mm按照确定双作用模锻吨位的经验公式 G=6.3KA的计算值选择锻锤。由于40Cr的含碳量为0.37到0.44之间 ，为高合金钢 。参照（锻造工艺过程及模具设计 胡亚明主编 表7-8）取K值为1.25。G=6.3KA=6.31.2523 977.9=188 826 ;选用2t作用的模具锻锤。4.4确定飞边槽的形式和尺寸 锤上模锻为开式模锻时，一般终锻模膛周边必须有飞边槽，其主要作用是增加金属流出模膛的阻力，迫使金属充满模膛。飞边还可以容纳多余的金属。设计飞边槽尺寸有两种方法：1） 吨位法。锻件的尺寸即是选择设备吨位的依据，也是选择飞边槽尺寸的主要依据。2） 计算法。根据锻件在分模面上的投影面积，利用经验公式计算求出桥口高度h飞，然后根据h飞查表得出相关尺寸。在此我们采用第二种方法计算飞边槽的相关尺寸。用图8.5（见锻造工艺过程及模具设计 胡亚明主编）中I形飞边槽，其尺寸按表8-1确定（见锻造工艺过程及模具设计 胡亚明主编）。由经验公式h飞=0.015=0.015*=1.56mm 。所以选定飞边槽的尺寸为：h飞=1.6mm ，h1=4mm, b =8mm, b1=25mm, r=1.5mm, F飞=126mm。由以上分析计算可知飞边槽的形状及尺寸如下图所示：飞边槽的形状及尺寸4.5终锻模膛设计终锻模膛是用来完成锻件最终成形的模膛，因此锻造模具的设计应该从设计终锻模膛开始。而该模膛的设计、制造、检验要依据热锻件图，因此要首先设计热锻件图。4.4.1热锻件图的确定 绘制热锻件图依据是冷锻件图。（1） 在绘制热锻件图的全部尺寸上都应该计入收缩率。对于一般的结构钢，收缩率按照1.5%计算。 L=L(L+1.5%)式中：L 锻件热尺寸 L 锻件冷尺寸终锻模膛是锻模中各种模膛的最主要模膛，它用来完成锻件最终成形的终锻工步。通过终锻模膛可以获得带飞边的锻件。为了保证能锻造出合格的锻件，一般情况下，热锻件图形状与锻件图形状完全相同。但在有一些情况下，需要将热锻件图尺寸作适当的改变以适应锻件工艺过程要求。1） 终锻模膛易磨损处，应在锻件负公差范围内预留磨损量，以保证锻件合格率的情况下延长模具寿命。2） 锻件上形状复杂且较高的部位应尽量放在上模。在特殊情况下要将复杂且较高的部位放在下模时，锻件在该处表面易出现缺肉。3） 当设备吨位偏小，上下模具有可能不能大靠时候，应该使热锻件图上相应高度减小，抵消模锻不足的影响。相反，当设备吨位偏大或锻模承击面偏小时候，应当增加热锻件高度尺寸，其值应该接近正公差，保证在承击面下陷时还可以锻出合格锻件。4） 锻件的一些部位在切边或冲孔时候易产生变形而影响加工余量，应该在热锻件图的相应部位增加一定的弥补量，提高锻件合格率。而对于本零件的设计，模膛使根据锻件图来制造和检验的，热锻件图尺寸一般示冷锻件图尺寸的基础上考虑1.5%的收缩率。根据生产实践经验，应该考虑锻模使用后承击面下陷，模膛深度减小及精压时候的变形不均匀、横向尺寸增大等因素，可适当调整尺寸。而对于本设计，终锻模膛的尺寸直接根据热锻件图绘制即可。4.6钳口的设计 钳口是指在锻造模具的模膛前面加工空腔，它一般由夹钳口与钳口进两部分组成。 4.4.1 钳口的作用（1）在锻造的时候放置钳子夹头和钳子。 （2）在不用钳子夹头情况下，可以利用钳子挑出钳口处溢出的飞边，帮助起模。（3）在模具制造中钳口被用作浇灌口，通过它灌入收缩量较小的盐来复制模膛形状，用此浇出件来检查模膛的形状和尺寸2、钳口尺寸的选择查锻压技术手册图9-2-35采用普通钳口。根据钳夹料头直径选择钳口尺寸，查锻压技术手册表9-2-14得 B=50mm H=20mm R=10mm 。根据锻件质量0.886kg，查锻压技术手册表9-2-15选择钳口颈尺寸：b=6mm a=1.5mm l=0.5S=0.534=17mm。4.7 预锻模膛设计 由于锻件形状复杂，需要设置预锻模膛。预锻模膛是用来对制坯后的坯料进一步变形，合理地分配坯料各部位的金属体积，使其接近锻件外形，改善金属在终锻模膛内的流动条件，保证终锻时候成形饱满；避免折叠、裂纹或其他缺陷，减少终锻模膛的磨损，提高模具寿命。在设计预锻模膛的时候，要注意以下几点：1） 预锻模膛的形状和终锻模膛的形状基本一样，都是根据热锻件图加工出来的。2） 预锻模膛的宽和高 预锻模膛与终锻模膛的差别不大，为了尽可能做到预锻后的坯料容易地放入终锻模膛，其宽度闭终锻模膛小2mm左右。预锻模膛比终锻模膛高4mm 左右，3） 锻模斜度 为了锻造方便，预锻模膛的斜度一般应该与终锻模膛相同。但也可以根据具体情况，一可以采用斜度增大，宽度不变的方法来解决成形男的问题。4） 圆角半径 预锻模膛的圆角半径一般比终锻模膛大，这样可以减轻金属流动阻力，防止产生折叠。计算公式为 R1=R+C R1表示终锻模膛相应位置的圆角半径值 C与模膛深度有关的常数 一般为2到5mm.根据以上分析，我们将终锻模膛的宽度减小2mm,高度增加4mm,圆角半径增大3mm,拔模斜度不变，其图形根据终锻图形绘制。4.8绘制计算毛坯图根据连杆的形状特点，共选取24个截面积，分别计算S锻、S计、d计，计算结果列入下表。断面号 S锻/mm21.4S飞/mm2S计= S锻+1.4S飞/mm2d计=1.13/mm21017617615221717639322.439881761164394933176110937.6565017682632.56933176110937.6773617691234.1866717684332.8969817687433.41065017682632.51128817646424.31222217639822.5图1利用UG测量出不带飞边的锻件图的体积，得113 379mm;分模面的周长为569.4；锻件在水平面的投影面积为10881.7mm；锻件长度为212mm;由于选用的锻件材料为40Cr,其密度为7.82g/cm,锻件的重量为0.886kg。计算毛坯体积V=113 379+569.4*0.7*176=183 529mm平均截面积S均=183 529/212=865.7mm平均直径d均=1.13=33.2mm4.9确定坯料尺寸由于此锻件采用模锻成型制批工步，所以根据公式S坯=（1.05）S均 确定坯料的截面尺寸，取系数为1.1则S坯=1.1S均=1.1865.7=952.3mmd坯=1.1=33.9mm体积：V坯=V计（1+）=183 529（1+3%）=188 757mm d坯=34mm坯料长度 L坯=V坯/S坯=188 757/（34/4）=207.5mm考虑到具体情况，坯料的长度可加长到210mm ，直径为34mm。试锻后再根据实际生产情况适当调整。第五章 锻造模具的设计5.1模具设计的基本作用在现代化的大生产中，模具对实现整个锻造过程有着十分重要的意义。模具寿命是评价某一冲锻造方法经济可行的决定因素，模具的设计与制造质量是实现冲压生产高产、优质、低耗的最重要的保证之一。模具作为生产用精密、高效的工艺装备，本身也是一种精密的机械产品。该机械产品能否满足对其使用性能和成形精度的要求,必须解决好模具设计与制造、精度与寿命等各方面与模具相关的问题。同时模具作为中心议题，可以细分成模具设计、制造、材料、成本、精度、寿命、安装、使用，以及标准化等各方面问题。1）模具设计是模具制造的基础，合理正确的设计是正确制造模具的保证；2）模具制造技术的发展对提高模具质量、精度以及缩短制造模具的周期具有重要意义；3）模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率在很大程度上取决于制造模具的材料及热处理工艺；4）模具成本直接关系到制件的成本以及模具生产企业的经济效益；5）模具工作零件的精度决定制件的精度；6）模具的寿命又与模具材料及热处理、模具结构以及所加工制作材料等诸多因素有关；7）模具的安装与使用直接关系到模具的使用性能及安全；而模具的标准化是模具设计与制造的基础，对大规模、专业化生产模具具有重要的作用，模具标准化程度的高低是模具工业发展水平的标志。52降低模具生产成本施的措施（1）.提高生产效率a模具及时维护。模具应及时维护，杜绝模具“带病作业” 在实际生产中，往往是在生产过程中发现模具出了问题。一般都会等完成生产任务后再进行模具维护。这种做法是不可取的，模具及时维护，不仅是“磨刀不误砍柴工”而且保证质量，还会提高生产率。b优化模具结构。建议在新模具开发设计时，尽量采考虑到多方面的因素。尽量达到减少操作者、移工、设备占用、能耗，提高生产效率等。C优化工艺。（2）.提高材料利用率a制定合理材料消耗定额。b原材料的台理采购。供应部门严格按照工艺部门提供的规格进行采购，工艺部门根据板材规格变化考虑制定临时下料工艺，对锻压工艺进行动态管理，根据产品结构。制定合理的套裁工艺边角余料的利用 产生大量边角余料的原因，主要是板幅不规范其次是锻压件品种繁多，要想充分利用边角料。可采用优化锻压工艺。合理回收锻压件等方法。c改进模具结构。对模具结构进行改进可以实现边角余料的充分利用。d采用定额下料法。成立下料班组。下料班组要对材料消耗的实际数量进行统计，同时锻压班组要对每种锻压件的废品率进行统计。并要对废品产生的原因进行调查核实，以便于制定合理的工艺措施来降低废品率。（3）.加强模具管理。影响模具使用寿命的因素很多，它取决于合理的模具结构、较高的制造精度、良好的材料、合理的热处理工艺、正确选用压力机，以及对模具的正确使用、保养和维护等。（4）.废品率及次品率的控制。废品率的高低，对制造成本也影响较大，废品率每升高1个百分点，就会使成本增加1.1个百分点。为此，应严格控制废品率。次品率的高低，对制造成本的影响也不容忽视，因为次品需要返工返修，需要耗费大量人力物力，所以降低次品率也是降低产品成本的一条重要途径。降低废品率及次品率的措施：A:生产过程中出现废品，要多方面查找原因，以便于制定合理的工艺措施。B:供应部门要对板材及时供应，以便车间能够在生产产品时对新进板材试用，避免大量废品产生。本次设计主要应用了AutoCAD2004和UG软件。Unigraphics(UG)是一套优秀的CADCAECAM集成化软件，现已被广泛地应用于航空航天、汽车、通用机械及模具等设计、制造领域。UG的CAD模块是一个功能强大的计算机辅助设计模块，它提供了一种交互式的三维建模方法，通过该模块用户可以建立产品的三维模型，进行装配、干涉检查和分析。UG的CAM 模块能对三维模型实施虚拟加工，从而得到所需要的刀位文件，最终的刀位文件经过后置处理即可被数控机床接受用于加工。准确的造型是正确加工的前提，因而建立合适而准确的三维模型就显得非常重要了。UG软件具有如下主要特点：(1)统一的数据库，各模块无缝集成，数据自由切换，实现CADCAECAM一体化。(2)在CAD方面，采用复合建模技术将参数化设计与传统设计方法有机结合起来，实体造型以Parasoild为建模核心，曲面设计数学上基于非均匀有理B样条；可用多种方法生成复杂曲面并进行曲面修剪与拼合，适于复杂曲面设计。可由三维实体模型直接生成二维图形，装配模块支持自下而上和自上而下的设计方式，部件和装配完全相关。(3)UG起源于CAM，其NC加工能力适于机械行业，覆盖了从钻孔到5轴加工的生产过程，产生的数据可直接控制大部分NC机床，并能自动检查碰刀，可进行加工过程的动态仿真和模拟校核。(4)在CAE方面，其内部结算器可进行有限元分析、机构运动动力学分析、稳态热传导分析，基本能满足常用的分析计算要求。同时提供与世界优秀分析软件的接口。(5)能提供界面友好的二次开发工具GRIP和UNFUN，并可通过高级语言接口使uG图形功能与高级语言的计算功能结合起来，有利于进行二次开发。(6)提供与其他主流CAD软件系统的接口，便于不同系统之间的数据传递。模具在制造业中的应用是非常广泛的。随着市场经济的发展，商品的品种越来越多，形状越来越复杂，表面质量要求越来越高，更新换代也越来越快，因此对模具的加工提出了越来越高的要求。在一些机械制造行业，特别是航空航天工业，其产品零件模具由多个型面复杂地组合在一起，不论是二维制图表达还是实际手工加工均十分困难，而采用数控机床通过数控编程就能有效解决复杂型面的加工问题。模具作为生产用精密、高效的工艺装备，本身也是一种精密的机械产品。该机械产品能否满足对其使用性能和成形精度的要求、必须解决好模具设计与制造、精度与寿命等各方面与模具相关的问题。同时模具作为中心议题，可以细分成模具设计、制造、材料、成本、精度、寿命、安装、使用，以及标准化等各方面问题。1）.模具设计是模具制造的基础，合理正确的设计是正确制造模具的保证；2）.模具制造技术的发展对提高模具质量、精度以及缩短制造模具的周期具有重要意义；3）.模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率在很大程度上取决于制造模具的材料及热处理工艺；4）.模具成本直接关系到制件的成本以及模具生产企业的经济效益；5）.模具工作零件的精度决定制件的精度；6）.模具的寿命又与模具材料及热处理、模具结构以及所加工制作材料等诸多因素有关；7）.模具的安装与使用直接关系到模具的使用性能及安全；而模具的标准化是模具设计与制造的基础，对大规模、专业化生产模具具有重要的作用，模具标准化程度的高低是模具工业发展水平的标志。5.3模具的重要作用模具是最重要的成形工具，在现代化的大生产中，模具对实现整个成形过程有着十分重要的意义。模具寿命是评价某一挤压方法经济可行的决定因素，模具的设计与制造质量是实现同步环生产高产、优质、低耗的最重要的保证之一。（1）合理的模具结构是实现任何一种成形工艺过程的基础，因为它是使金属产生变形和传递力的关键部件。模具是使金属最后完成塑性变形获得所需形状的工具。它即可以获得高的生产效率，又可以得到高质量的产品。（2）模具是保证产品形状、尺寸和精度的基本工具。只有结构合理、精度和硬度合格的模具，才能实现产品的成形并具有精确的内外廓形状和断面尺寸。同时，合理的模具设计能保证产品具有最小的翘曲和扭曲，最小的纵向弯曲和横向波浪度。（3）模具是保证产品内外表面质量最重要的因素之一。模具本身的表面光洁度、表面硬度对产品的内外表面光洁度有着决定性的影响。（4）合理的模具结构、形状和尺寸，在一定程度上可控制产品的内部组织和力学性能。5.4模具的设计要求零件质量的好坏与模具的结构有直接的关系，合理的模具结构是制造合格零件的关键。因此，必须正确地设计模具的结构。在挤压模具设计过程中，除了满足普通锻造模具的设计要求外，还必须满足以下要求：（1）模具工作零件材料，要选取合适的材料以适应工作温度。（2）设计组合凹模要考虑由于温度关系而发生的尺寸变化对预应力效果的影响。（4）为确保锻件的尺寸精度，必须使模具温度稳定在规定的范围内进行工作，为此，必须考虑预热和冷却装置。（5）为了提高锻件质量和模具寿命，应经常消除沉积在模具模腔上的润滑剂残渣。（6）必须满足精锻件的质量特征与要求。（7）结构简单，使用维修方便。5.5模具的设计内容锻造模具结构设计主要包括：（1） 分析零件的结构工艺性及材料。（2） 选择锻压的工艺方案和制定锻件图。（3） 确定坯料的尺寸、重量及备料方法。（4） 计算锻压的各项工艺参数。（5） 进行模具体结构设计。5.6模具材料的选取常用的热锻模材料有5CrMnMo、3Cr2W8V和5CrNiMo。前者具有良好的强度、耐磨性和韧性。适用于中小型热锻模（最小边长300400mm）。3Cr2W8V钢的主要特点是有高的热稳定性和耐磨性，较好的抗氧化性和抗热疲劳性。有较高的淬透性。用于制造大型热锻模和尺寸较小但在动载荷下工作的热锻模时，淬火温度应选择10501100；用于制造承受动载荷较小的热锻模时，淬火温度提高到11401150是合适的。5CrNiMo具有良好的综合力学性能。加热至500时，仍能保持高的强度极限和屈服强度。有很高的淬透性。适合于制造大型热锻模。因此，该设计的模具结构材料选用5CrNiMo。5.7锻造模块的确定型槽壁厚的确定：型槽深度h=12.5mm; 查锻压技术手册图9-2-56，型槽最小壁厚为：34mm。模块的最小宽度：B=(b+b1)2+b2=(8+25) 2+103+234=237mm b表示飞边槽桥口宽度 b1表示飞边槽仓部宽度 b2表示连杆最大宽度模块的最小长度：L=l1+(b+b1)2=225+(8+25)2+234=359mm.锻造块的最小高度，查锻压技术手册图9-2-59得 ,模块最小高度为：110mm。根据以上模块选用模块：查锻压技术手册表9-2-26得L=400mm B=250mm H=100mm 5.8、燕尾及键槽的选择查锻压技术手册表9-2-23，根据锻锤吨位选择燕尾和键槽的尺寸。其尺寸为b=200mm h=50.5mm b1=50mm 。第六章 汽车连杆成形工艺过程分析6.1 毛坯的制备由于汽车连杆毛坯的形状为棒形毛坯，因此毛坯采用挤制和冷拉成型棒材，然后根据毛坯尺寸进行下料。常用的下料方法有剪切和锯切。剪切是应用最广的一种下料方法，通常是在专用的剪切模上进行，有全封闭式和半封闭式两种。这种下料方法的优点是生产率高，材料利用率高；缺点是毛坯形状欠规则。锯切采用往复锯或圆盘下料，毛坯端面平整，尺寸精度高，形状规则，但生产率较低，并有锯屑损失。采用高速带锯下料可以提高生产率，且毛坯形状规则，是一种先进的备料方法。但带锯条使用寿命较短，影响了这种方法的推广应用。综上所述，在这里我们采用高速带锯下料。6.2润滑剂的选用在锻造过程中，坯料与模具之间由于接触而产生摩擦，摩擦使模具磨损，工件表面划伤，甚至发生粘模，既缩短了模具寿命，又影响了精锻件质量同时增加了变形力和变形功。摩擦还会引起金属变形不均匀，严重时产生裂纹。为减少摩擦的不良影响在坯料与模具之间加润滑剂是一种有效的方法。随着塑性成形向精密、高效、优质、低耗、清洁和柔性方向发展以及新材料、新工艺的出现，迫切需要研究新的润滑剂及润滑方式。对润滑剂，大体上有以下的性能要求：（1） 摩擦表面具有最大的活性和足够的粘度；（2） 有良好的润滑性；（3） 有合适的密度（容量）；（4） 有良好的悬浮分散性和可喷射性；（5） 具有良好的脱模性能；（6） 有良好的浸润性；（7） 有较高的化学稳定性；（8） 有良好的热稳定性、耐热性、绝热性和冷却性；（9） 润滑剂的热膨胀系数、软化起始温度和使用要求。在室温下冷精锻时，一般的润滑方法是先将毛坯表面进行磷酸盐处理（不锈钢为草酸盐处理），而后进行硬脂酸钠皂化处理或涂(不锈钢是用氯化石蜡和组成的润滑剂)。这种润滑方法对钢具有满意的效果。但当温度在250300以上时，由于磷化层与皂化层被烧坏，使润滑条件恶化，所以在250300以上热精锻时，这种润滑方法便不适用，必须采用其他润滑方法。目前，国内热塑性成形用的润滑剂主要是以石墨粉为主要原料配制成的。此外，还有用玻璃粉作为润滑成分的润滑剂，但玻璃粉制作复杂，价格较高，因而应用不广。石墨粉是一种具有良好的润滑效果的原料，已被广泛应用于各种成形的润滑中。由于石墨具有层状结构，挤压时易随着复杂毛坯的变形而滑动，具有热稳定性、绝热性，因而具有良好的润滑性、脱模性。其短处为：恶化环境，由于能导电，因而有漏电问题；对配管有腐蚀作用；不易回收利用。石墨与各种水剂、油剂等配制的不同润滑剂，其滑效果和使用方法存在较大的差异。最近几年，已在科研和生产中应用的几种水剂石墨润滑剂除了在高温下具有优良的润滑性能外，还有良好的脱模、冷却和绝热等性能。机1、机2、机4和机5四种润滑剂都能应用与温、热精锻中。试验研究证明，机2和机6能降低约25%的锻造负荷。各种水剂石墨的高润滑性能远比乳化油、机油和二硫化钼优良。机1、机2和机5在试样温度高于900后，它的润滑性能优于西德Acheson公司的Delta144及美国的Dug31。机6在高温时有很小的摩擦系数。以上这些水剂石墨润滑剂已在科研和生产了很大作用。例如机1、机2、机4用于热锻生产，模具寿命都有了较大的提高（与机油、二硫化钼和机油+石墨相比，一般可提高50%100%）。由于在高温时其润滑性能比二硫化钼好，从而提高了锻件的充填性及精度，减少了废品率；并且它们不产生烟味，从而改善了生产现场的劳动条件。综上所述，汽车连杆锻造时采用水剂石墨润滑剂。6.3模具的预热锻造前还应对上下模具进行预热。一般预热到200300再进行生产。模具预热有两个目的：一是使锻造毛坯放入模具时毛坯降温不致过快，以免使塑性降低，变形抗力增加，同时可避免毛坯表面与中心层温差过大，致使变形不均匀增加，以致造成挤压件和模具损坏；二是可减小模具与毛坯接触时的温差。若模具在锻造前预热，模具与毛坯温差太大，会使模具表面温度迅速上升，造成模具表面层和中心层温差过大，产生很大的内应力，再加上挤压变形对模具造成的应力也很大，会使模具很快断裂和破坏。模具预热的方法有