轻卡转向节外半轴锤上模锻造工艺设计及模具设计说明书

1、沈阳理工大学课程设计专用纸 - i - 目 录 1 设计的前期准备 .1 1.1 零件分析 .1 1.1.11.1.1 零件的结构分析 .1 1.1.2零件材料的特性分析.1 1.1.3 锻件的加工要求.1 1.2 工艺方案确定 .1 2 2 锤上模锻件设计 .2 2.1 选择分模面 .2 2.2 确定模锻件加工余量及公差 .2 2.2.1 锻件的形状复杂系数.2 2.2.2 锻件的质量.3 2.2.3 锻件的材质系数.3 2.2.4 模锻件的精度等级.3 2.2.5 确定锻件公差和余量.3 2.2.6 模锻斜度.3 2.2.7 锻件技术要求.4 2.3 计算锻件基本数据 .4 3 确定锻锤的

2、吨位 .5 4 确定飞边槽及尺寸 .6 5 确定终锻型槽 .7 6 设计预锻型槽 .7 7 绘制计算毛坯图 .7 8 制坯工步的选择 .8 9 确定坯料尺寸 .8 10 制坯型槽设计 .9 10.1 滚挤型槽设计.9 10.2 拔长型槽设计.10 11 锤用锻模设计 .10 11.1 钳口尺寸确定.11 11.2 模块尺寸.11 12 锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定 .11 12.1 确定加热方式，及锻造温度范围.11 12.2 确定加热时间.12 沈阳理工大学课程设计专用纸 - ii - 12.3 确定冷却方式及规范.12 12.4 确定锻后热处理方式及要求.12 参考文献 .13 沈阳

3、理工大学课程设计专用纸 - 1 - 1 设计的前期准备 1.1 零件分析零件分析 1.1.1 零件的结构分析 转向节是汽车底盘上的关键零件，根据车型可分为重型汽车转向节、中型汽车转 向节、轻型汽车转向节、微型汽车转向节、客车转向节和轿车转向节六大类；按其形 状特征可分为长杆类、中心孔类和套管类三种。长杆类转向节主要由杆部、法兰和枝 权构成。中心孔类转向节主要由基座，法兰和枝权构成，基座中心带孔。套管类转向 节主要由长杆、套管和法兰构成。 转向节是汽车转向桥上的主要零件，形状比较复杂，其形状兼具有轴类、盘类和叉 架类等零件的特点。转向节既支撑车体重量，又传递转向力矩和承受前轮刹车制动力 矩，因此

4、对其机械性能和外形结构要求严格，是汽车上的重要安全零件之一 1.1.2 零件材料的特性分析 该锻件材料为 18crmnti，是合金结构钢，是工业上应用最广泛的不锈钢，密度为 7.85g/cm3。 18crmnti 的预锻温度为 1200，终锻温度为 800。 1.1.3 锻件的加工要求 模锻斜度 7，精度为普通级。 1.2 工艺方案确定 根据零件的形状以及要求大批量生产，因此选用锤上模锻。 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 2 - 2 锤上模锻件设计锤上模锻件设计 2.1 选择分模面 分模面是指模锻件在可分的模腔中成型时，组成模具型腔的各模块的分合面。锻 件分模位置合适与否，关系到锻件成形、锻件

5、出模、材料利用率等一系列问题。为了 提高锻件质量合生产过程的稳定性，并使锻模结构尽量简单，防止上下模错移，分模 面尽可能采用直线状，如图 2.1 分模面的位置所示。 图 2.1 分模面的位置 2.2 确定模锻件加工余量及公差 2.2.1 锻件的形状复杂系数 锻件的形状复杂系数 s 时锻件质量或体积（gd，vd）与其外廓包容体的质量或体 积（gb，vb）的比值，即： (2.1) v v g g b d b d s 其中 vd锻件体积； vb外廓包容体的体积； gd锻件质量； gb外廓包容体的体积。 经估算： 3 1863640mmvd 3 4855230mmvb 38.0 4855230 186

6、3640 vb vd s 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 3 - 查锻件形状复杂程度等级表1得该锻件形状复杂程度级别为 s2 级，形状复杂程 度为一般。 2.2.2 锻件的质量 锻件的质量可以根据锻件图的名义尺寸进行计算，即： （2.2）vm 其中 材料密度，取 7.85 g/cm3 v锻件体积，取 1863640mm3 经计算，kgm63.14 2.2.3 锻件的材质系数 材质系数按锻压的难易程度划分两个等级，材质系数不同，公差不同。该锻件的材 料为 18crmnti ，属于 m1。 2.2.4 模锻件的精度等级 模锻件的公差一般为三级，普通级、半精度级和精度级，此锻件采用普通级。 2.2.

7、5 确定锻件公差和余量 根据锻件的名义尺寸、质量、精度等级、形状复杂系数以及锻件材质诸因素查找 锻压手册确定长、宽和高度方向的尺寸公差。 查手册1得厚度方向公差 3.2，长度公差按各段长度分别查表，宽度公差 3.2 mm mm 1.2 1.1 。 mm mm 1.2 1.1 查手册1得高度方向单边余量为 2.02.5mm,取 2.5mm，长度方向上余量为 2.02.7，取 2.5mm. 宽度方向上余量为 2.02.5mm,取 2.5mm。 2.2.6 模锻斜度 便于模锻件从型槽中取出，必须将型槽壁部做成一定的斜度，即模锻斜度。它可以 是锻件侧壁附加的斜度，也可以是侧壁的自然斜度。模锻斜度有内斜

8、度 和外斜度 。当锻件冷缩时，锻件外侧趋向离开模壁，而内侧抱住模具型槽中凸出部分不易取 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 4 - 出。本设计中内外斜度均采用 7。 2.2.7 锻件技术要求 1. 图上未标注的模锻外斜度 7； 2. 图上未标注的圆角半径 r=2mm； 3. 允许的错移量 1.4mm； 4. 残留的毛边量 1.4mm； 5. 允许的表面缺陷深度 0.5mm； 6. 热处理表面渗碳 0.91.3mm. 7. 热处理后喷丸或抛丸。 2.3 计算锻件基本数据 1. 锻件在平面上的投影面积 32371mm2； 2. 锻件的周边长度 1007mm； 3. 锻件体积 1863640mm3； 4

9、.锻件质量 14.63kg。 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 5 - 3 确定锻锤的吨位 模锻锤吨位选择恰当，既能获得优质锻件，又能节省能量，保证正常生产，并能 保证模具有一定的寿命。 模锻过程是一个短暂的动态变化过程，受到诸多因素的制约，要获得准确的理论 解是很困难的。因此，生产中，为方便起见，多用经验公式或近似解的理论公式确定 设备吨位。有时，甚至采用更为简易的办法，即参照类似锻件的生产经验，通过类似 来选择设备吨位。 经验公式法 (1)按锻件在分模面上的投影面积、锻件的复杂程度和变形抗力确定模锻锤的吨位： （3.1） 件 fg 式中 合金变形抗力系数； 锻件复杂程度系数； 不包括毛边的模

10、锻件在分模面上的投影面积（钛合金包括毛边桥部在内） 件 f mm2。 锻锤的选用一般用经验公式进行计算： 经查表1：=1.21.5，取 1.5 =0.07 f件=32371 mm2 tkgg9.48.48794647507.05.1 由计算结果可知，选用 5 吨锻锤。 (2)按锻件在分模面上的投影面积和材料性质确定模锻锤吨位： 双动模锻锤 g=(3.56.3)kf （3.2） 式中 g, g1锻落下部分质量(kg)； e无毡座锤的打击能量(j)； f锻件本体和毛边（按仓部的 50%计算）在水平面上的投影面积(cm2)； k材料系数，查表 4-10。2 按毛边槽尺寸考虑，假定毛边桥宽度为 35m

11、m,总面积=663.56cm2，因大批量生产，取 系数为 5，k=1.0。 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 6 - g=51.0663.56=3318.25kg3.4t 综合考虑，安全起见选用 5 吨锤。 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 7 - 4 确定飞边槽及尺寸 毛边槽的形式和尺寸对锻件质量影响很大，有六种形式。 1.飞边槽的作用： 1）增加金属流出模膛的阻力，迫使金属充满模膛。 2）容纳多余金属。 3）锻造时飞边起缓冲作用，减弱上下模的直接撞击，防止模具的压塌与开裂。 2.飞边槽尺寸的确定： 计算法 计算法是采用经验公式计算毛边槽桥部高度，即 h0.015 fmm 件 （） 式中 f 件

12、锻件在分模面上的投影面积 32371mm2 =2.7mmh0.015 fmm 件 （） 然后根据计算得到的 h 值确定毛边槽其他尺寸。 hh1圆角 r1bb1fmax 2.752.51436268 图 3.1 飞边槽的形状 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 8 - 5 确定终锻型槽 终锻形槽及热锻件图见装配图的画法。 转向节材料为 18crmnti;考虑收缩率取 1.5%,绘制的锻件图如锻件图。 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 9 - 6 设计预锻型槽 由于锻件较复杂，需要设置预锻型槽。在头部开设坯料台（见锻模图） mmhh mmba 5 . 26535 . 0)7 . 04 . 0( 1560

13、25 . 0 25 . 0 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 10 - 7 绘制计算毛坯图 根据转向节的形状特点，选取 14 个截面，分别计算，列于表 3，并在 取 f 取 f 取 f 坐标纸上绘出连杆的截面图和直径图。为设计滚挤型槽方便，计算毛坯图按热锻件尺 寸计算。 截面图所得面积即为计算毛坯体积，得 3 计 1920481mmv 平均截面积为 2 总 计 均 5.5176 371 1920481 mm l v f 平均直径为mmfd3.815.517613.113.1 均均 截面号f锻 /mm2 f毛2 /mm2 f计=f锻 +2f毛 mm a /f计 修正 f 计/mm 修正 a计 /m

14、m kh /mm 13879375425465.2425465.2 0.852.2 23879375425465.2425465.2 0.852.2 33879375425465.2425465.2 0.852.2 43879375425465.2425465.2 0.852.2 52814375318956.4318956.4 0.846.6 64794375516971.9428365.4 0.852.3 78087375846292643980.2 1.1390.6 86343375671882782188.4 1.13100 97085375746086.4890094.3 1.131

15、06.5 109369375974498.7939497 1.13109.6 111002537510400102966298.3 1.13111 129019375939496.9879694 1.13106.2 138572375894794.6738785.9 1.1396.1 143040375341558341558.4 0.846.7 表 7.1 转向节外半轴计算毛坯的计算数据 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 11 - 8 制坯工步的选择 计算毛坯为一头一杆，则计算繁重系数如下 39.1 3.81 7.112 均 max d d a 56.4 3.81 371 d l 为计算毛坯杆

16、部长度， 越大则轴向流动越困难。查制坯工步应用范围表，制坯工 取 l 艺方案为拔长-闭式滚挤。 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 12 - 9 确定坯料尺寸 拔长加滚挤联合制坯，f坯=（0.75-0.9）fmax 式中 fmax为冷锻件图计算毛坯最大截面积 取系数为 0.85，则 f坯= 2 2 .88039 5.01 974485.0 mm mmfd.3101.8803913.113.1 坯坯 选择坯料直径为 100 的圆柱坯。 坯料体积： ，取 244。mm f v l3.243 10014.3 19102314 2 坯 坯 坯 考虑到钳口夹头长度取坯料长度 244+100=344mm。 3

17、 3 计坯 1910231 ）%5.21（ 015.1 1948768 )1( mm vv 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 13 - 10 制坯型槽设计 10.1 滚挤型槽设计 （1）采用闭式滚挤，型槽高度，计算结果列于表 1 中，坯料的截面积为 8659.8 和 锻件的截面积相比需要增加的部分 k 取 1.13，需要减小的部分 k 取 0.8，其余截面不 变化。按各截面的高度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：坯料经过拔长 mm db 160140 )6.14.1( 坯 取 b=160mm。 （3） 滚挤模腔的尾部与钳口 钳口形状可见图 图

18、3 修正后的闭式滚挤型槽外形设计 尺寸按下式确定 mm30取,)21( 1551.0 2662.0 坯 坯 hm mmdr mmdh 查参考文献1表 4-26，尾部小槽的尺寸为 。mmrmmcmma10,30,8 10.2 拔长型槽设计 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 14 - （1）拔长坎高度 取 52mm；mm l v ka1.52 249 936195 85.0 杆 杆 1 （2） 拔长坎长度； mm dkc 1301003.1 坯3 （3） 圆角半径； mmrr mmcr 32510 2.5301325.025.0 1 （4） 型槽宽度 b=k4d坯 =1.4x100=140mm； （

19、5） 拔长膛深度 ，取 123mm；mmah.6122.36122 杆 （6） 拔长型槽长度。mmll25910249)105( 杆 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 15 - 11 锤用锻模设计 11.1 钳口尺寸确定 终锻形槽前端留下的凹腔叫钳口。钳口主要用来夹持坯料的夹钳和便于从形槽中 取出锻件。根据本课设选用圆形钳口，其具体形状尺寸如装配图中所示。 夹钳口尺寸主要依据夹钳料头的直径而定。应保证夹料钳子能被自由的操作， 在调头锻造时能防止下锻件的相邻端部。 有表查得钳口的尺寸值： 钳口的长度值可按模膛排布而定。 钳口颈尺寸的确定： 选取其参数值尺寸：d 取为 0.2g+10，取 14mm。

20、 10.2 模块尺寸 模块尺寸的选择：b=706mm; l=600mm; h=350mm. 燕尾槽、起重孔等尺寸按标准选取，具体装配图。 锁扣的设计：（根据有关手册按标准选取平衡锁扣） 锁扣高度h=锻件分模面的落差高度=56mm 锁扣的厚度mmhb84565.15.1 锁扣的斜度 5a 锁扣间隙mm1 锁扣非导向侧面间隙mm4 1 锁扣沿分模面非打击面上的间隙mm5 . 1 2 锁扣内圆角54015 . 0 15 . 0 1 hr 锁扣的外圆角 mmmmrr87252 12 取 沈阳理工大学课程设计专用纸 - 16 - 12 锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定 12.1 确定加热方式，及锻造温

21、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。3查有关 资料确定锻件的始段锻温度为 1180，终锻温度为 800。 12.2 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： =0.1310.2=1.33(h) （12.1）d 式中 d坯料直径或厚度，10.2cm； 钢化学成分影响系数，取 0.13（h/cm）; 12.3 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