扭力臂锻件的锻造工艺研究及锻切模设计

1、1引言人类在新石器时代末期，已开始以锤击天然红铜来制造装饰品和小用品。中国约在公元前2000多年已应用冷锻工艺制造工具，如甘肃武威皇娘娘台齐家文化遗址出土的红铜器物，就有明显的锤击痕迹。商代中期用陨铁制造武器，采用了加热锻造工艺。春秋后期出现的块炼熟铁，就是经过反复加热锻造以挤出氧化物夹杂并成形的。最初，人们靠抡锤进行锻造，后来出现通过人拉绳索和滑车来提起重锤再自由落下的方法锻打坯料。14世纪以后出现了畜力和水力落锤锻造。       1842年，英国的内史密斯制成第一台蒸汽锤，使锻造进入应用动力的时代。以后陆续出现锻造水压机、电机驱

2、动的夹板锤、空气锻锤和机械压力机。夹板锤最早应用于美国内战(18611865)期间，用以模锻武器的零件，随后在欧洲出现了蒸汽模锻锤，模锻工艺逐渐推广。到19世纪末已形成近代锻压机械的基本门类。       20世纪初期，随着汽车开始大量生产，热模锻迅速发展，成为锻造的主要工艺。20世纪中期，热模锻压力机、平锻机和无砧锻锤逐渐取代了普通锻锤，提高了生产率，减小了振动和噪声。随着锻坯少无氧化加热技术、高精度和高寿命模具、热挤压，成形轧制等新锻造工艺和锻造操作机、机械手以及自动锻造生产线的发展，锻造生产的效率和经济效果不断提高。1.1国内外

3、锻造技术发展概况美国、德国、日本的汽车工业如此发达，得益于其锻压技术及装备的领先地位。当前的世界锻压技术及装备向以下几个方面发展：1.1.1锻压设备自动化1.1.1.1冷冲压根据不同种类的加工环境和条件，国外逐步发展了两大类汽车车身自动化冲压生产线。1.1.1.1.1单机联线自动化配置为5-6台压力机，配备拆垛、上下料机械手，穿梭翻转装备和码垛装置，全线总长约60米，安全性高，冲压质量好。由于工件传送距离长，工件的上下料换向和双动拉伸必须用工件翻转装备。这种单机联线自动化冲压技术的生产节拍最高为6-9次/分，设备维修工件量大。1.1.1.1.2大型多工位压力机八十年代中期，国外冲压技术发展到大

4、型三坐标多工位压力机自动化连续冲压，由拆垛机，大型压力机，三坐标工件传送系统和码垛工位组成，生产节拍可达16-25次/分。其主要特点是：生产效率高，是手工送料流水线的4-5倍，是单机联线自动生产线的2-3倍；全自动化、智能化，整个多工位压力机系统只需2-3人进行监控，当模具更换时，只需输入要换模具的编号，其余工作自动完成，整个换模时间只需5分钟，换模的同时对多工位压力机运行特征作智能化调整；特别是配有电子三坐标送料多工位的压力机，可以根据模具随意调节运动路径和时间，不仅能冲压大型覆盖件，而且能冲压小型零件。当冲压小型零件时，送料距减短，节拍提高，通过合理的模具布置，可一次冲压2-3零件，具有充

5、分的自由度，柔性极强。电子多工位送料压力机的优点是生产率高，工件处理最优化，工件转换迅速，维修量低，诊断性能好，成本低，与现有压力机的适应性强，售后服务远程通讯好。美国的多工位压力机基本都采用了电子伺服三坐标送料。八十年代中期以后，美国通用汽车公司牵头，大规模地用多工位压力机改造原有的单机冲压线。据美国精密锻压协会统计，美国三大汽车公司680多条冲压线中，有70%为多工位压力机；日本在美国的35条冲压线中，有24台多工位压力机，占69%；日本国内的250条冲压线中，有80多台多工位压力机，占32%；而且，美国已经出现了一些只用多工位压力机的汽车冲压厂，一些新投资改造的汽车厂和新建汽车厂的这种发

6、展趋势更为明显。大型多工位压力机集机械、电子、控制和检测技术为一体，全自动，智能化，操作安全，冲压件综合成本低，劳动生产率高，制件质量高，满足了汽车工业大批量生产的需要。并且，压力机自身的技术和性能，在近十多年的实践中得到不断完善和发展，如：拉伸工位采用变速多连杆机构，数控液压拉伸垫代替双动压机、现场总线控制技术等。以一台多工位压力机系统代替一条由5-6台压机组成的冲压线，按同规模冲压生产量比较，设备投资可减少20%-40%，能量消耗减少50%-70%，冲压件综合成本可节约40-50%，而且节省了大量生产面积和设备投资，降低了工人数量。可进行柔性冲压生产的大型多工位压力机，代表了当今国际锻压技

7、术的最高水平，是目前世界上大型覆盖件冲压设备的最高级发展阶段，也是车身覆盖件冲压成型生产的发展方向。1.1.1.2锻造国外的锻造自动化也取得了长足发展。现代化的大型自由锻造车间的锻造液压机、操作机、锻造吊车实现了联动控制，全部机械化，并配有锻件尺寸自动测量装置，锻造压机与操作机数控联动，锻造加热炉自动控制。中小型自由锻实现了压机与操作联动微要控制、计算机自动编程的自动程序锻造。热模锻方面，大型汽车零件模锻件大部分采用以多工位热模锻压机为主休的综合自动线，美国、德国、日本基本采用热模锻压力机取代原有的模锻锤，中小型模锻件采用多工位高速自动热镦机，最高速度达到4000-12000件/小时。德国穆勒

8、.万加顿公司开发研制了直接驱动的螺旋压力机，并组成全自动锻造线，最大吨位达到25000吨，主要用于中、重零件的模锻和精密锻造。1.1.2高速化复合化相结合，提高加工效率提高生产率是永恒的追求目标，各锻压厂家均致力于锻压机械的高速化研究，各锻压厂家均致力于锻压机械的高速化研究，在数控回转头压力机上，主要采用伺服控制的液压主驱动系统来提高压机的行程次数。在追求高速化加工的同时，还必须尽可能缩短生产辅助时间，以取得良好的技术经济效益。在数控压机上配备伺服电机驱动的三坐标上下料装置，可使冲压中心实现高效板材加工。 将几种工艺或几个工序复合在一台机床上完成，是当前各类机床大幅压缩生产辅助时间，提高生产率

9、的重要技术途径，在锻压机械上也得到了成功应用，效果十分显著。如：德国、美国、日本已相继开发出激光一步冲复合机，将模具冲切与激光切割有机地结合起来，工件一次上料即可完成冲孔、冲切、翻边、浅拉伸、切割等多道工序，最大限度地节省了辅助时间，特别适合孔型多而复杂的面板类工件的加工及多品种小批量板料加工。1.1.3锻压设备控制系统的发展趋势锻压产品面临的重要挑战之一，是如何更具柔性，以适应“及时生产”的要求。压力机用户要求设备的所有控制功能集成化，从而实现全套模具的菜单化管理，主要包括滑块行程调整、平衡器气压的调整、气垫行程调整，以及自动化控制系统等各个环节的参数设定。压力机控制系统的集成化，可通过单一

10、操作接口实现所有压机和模具的各项控制功能，包括故障诊断、模具菜单配置、可编程限位开关和模具监控的调整等，并使设备的维修保养更加方便，而且明显增加压力机的有效工作时间。具有现场通信网络、现场设备互联、互动操作性、分散功能模块、开放式互联网络的现场总线技术，是压力机控制技术的发展方向，对实现自动化具有明显也推动作用。1.1.4注重环境保护是当今世界性的潮流许多国外锻压设备愈来愈重视环保问题，如在数控转塔压力机上，工作台普遍采用柔性的尼龙刷支撑代替传统的滚珠支撑，以减少噪声污染；变速压机实现快速下降，慢速冲裁工件，快速回程，使振动和噪声大大降低。特别是欧洲市场，已基本贯彻iso14000系列标准（环

11、境管理、避免振动和噪音），锻压设备必须通过ce认证。1.1.5模具技术发展的几个特点模具与压力机是决定冲压质量、精度和生产效率的两个关键因素。先进的压力机只有配备先进的模具，才能充分发挥作用，取得良好效益。模具的发展方向为：1.1.5.1充分运用it技术发展模具设计、制造用户对压力机速度、精度、换模效率等方面不断提高的要求，促进了模具的发展。外形车身和发动机是汽车两个关键部件，汽车车身模具特别是大中型覆盖件模具，技术密集，体现当代模具技术水平，是车身制造技术的重要组成部分。车身模具设计和制造约占汽车开发周期三分之二的时间，成为汽车换型的主要制约因素。目前世界上汽车的改型换代一般约需48个月，而

12、美国仅需30个月，主要得益于在模具业中应用了cad/cae/cam技术和三维实体汽车覆盖件模具结构设计软件。另外，网络技术的广泛应用提供了可靠的信息载体，实现异地设计和异地制造。虚拟制造等it技术的应用，将推动模具工业的发展。1.1.5.2缩短金属成型模具的试模时间主要发展液压高速试验压力机和拉伸机械压力机，特别是在生产型机械压力机上的模具试验时间可减少80%，具有巨大的节省潜力。这种试模机械压力机的发展趋势是采用多连杆拉伸压力机，它配备数控液压拉伸垫，具有参数设置和状态记忆功能。1.1.5.3车身制造中的级进冲模发展迅速在自动冲床上用级进冲裁模或组合冲模加工转子、定子板，或者应用于插接件作业

13、，都是众所周知的冲压技术。近些年来，级进组合冲裁模在车身制造中开始得到越来越广泛的应用，用级进模直接把卷材加工为成型零件和拉伸件，加工的零件也越来越大，省去了用多工位压力机和成套模具生产所必需串接的板材剪切、涂油、板坯运输等后续工序。级进组合冲模已在美国汽车工业中普遍应用，其优点是生产率高，模具成本低，不需要板料剪切，与多工位压力机上使用的阶梯模相比，节约30%。但是，级进组合冲模技术的应用受拉伸深度、导向和传输的带材边缘材料表面硬化的限制主要用于拉伸深度比较浅的简单零件，因此不能完全替代多工位压力机，绝大多数零件应优先考虑在多工位压力机上加工。1.2锻造业面临的任务自20世纪90年代以来,高

14、新技术的发展正全面促进传统成形技术的改造及先进塑性成形技术的形成和发展。21世纪的塑性加工业将以新材料、新能源、新介质,以及计算机、信息、电子、控制技术等为依托,以更快的速度持续发展,发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。先进塑性成形技术的主要标志是科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在成形过程、产品质量以及成本效益的预测和可控程度,需要以材料变形规律的研究为基础,以计算机模拟分析技术为工具。数值模拟技术是塑性加工技术从经验走向科学化的重大转折,已经开始进入实用阶段。预计未来510年,将在实用化方面取得很大发展,并与数字化塑性加工制造系统很好地集成。同时,人工智能和智能化控制技术也将协同

15、发展,并从简单形状零件发展到覆盖件等复杂形状零件成形,从而真正进入实用阶段。注重塑性加工产品制造全过程,既重“形”又重“质”,最大程度地实现多目标综合优化,优化将从传统的单一成形环节向产品制造的“全过程”及“全生命”期的系统整体发展。对产品设计的可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展,以便能从产品初步设计时起,就能针对零件的可成形性、可生产性及所需性能的保证度作出快速分析,实现合理设计和选材,确定最佳工艺方案。塑性成形技术将具有更大的柔性或灵活性,以适应未来多样化及产品个性化的市场需求发展趋势,加强企业对市场变化的快速响应能力。柔性成形技术有许多优点,不仅表现于制造系统,而且表现在

16、成形工艺方法、工艺装备和成形设备本身。重视复合化成形技术的发展,以复合工艺为基础的先进成形技术正在从制造毛坯向直接制成工件即净形成形方向发展,也正在从制造单个零件向制造整体结构的方向发展,多种工艺技术的复合常可导致新的制造原理或制造技术的突破。在经济技术全球化和“绿色制造”的发展大趋势下,塑性加工也需要更大程度和更大范围地推进“绿色化”,并在技术进步、产品质量、市场竞争、社会环境和持续发展能力等各方面取得直接或间接的回报。2锻模设计2.1绘制锻件图2.1.1确定分模位置模锻件是在可分的模腔中成形，组成模具型腔的各模块的分合面称为分模面。分模位置的合适与否，关系到锻件成形、锻件出模、材料利用率等

17、一系列问题。确定锻件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，容易从锻模型槽中取出；此外应争取获得镦粗充填成型。故此，锻件分模位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上。根据扭力臂的形状特点，采用上下对称的直线分模。2.1.2确定公差和加工余量由于普通模锻很难满足机械零件的要求，因此锻件设计时，应添加一层包覆零件外层的金属，即余量；而且还得规定适当的公差，以保证锻件的误差落在余量范围之内。确定锻件机械加工余量和公差大小的方法主要有两种：按锻件吨位大小确定；按锻件形状尺寸大小查表确定。此设计采用查表法确定。估计锻件的质量约为6.3kg，扭力臂的材料为aisi-1035,即可定材质系

18、数为m1，该锻件形状复杂系数： （2-1）式中 锻件质量(kg)； 锻件外廓包容体质量(kg)。=6.3kg,=15.8kg带入式2-1得s=0.47，为级复杂系数s3。由标准hb6077-19864查得锻件各公差分别为：长度公差： ，宽度公差： ， 厚度公差： ，高度公差： 。锻件上凡是需要机械加工的表面，都应给予加工余量。零件的ø58内孔、圆台两端部以及ø58孔所在圆柱两端面均需要进行机械加工，加工精度为f，由hb6077-864查得该孔的机械加工单边余量为3mm，则锻件上该孔的尺寸为：58-2×3=52mm，四个端面的加工余量均为1.5mm。2.1.3模锻斜

19、度 为了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，称为模锻斜度。斜度越大，取出锻件越容易。但是，增大斜度会增加金属的消耗和机械加工余量，而且使金属充满型槽发生困难。因此，在保证锻件能顺利出模的前提下，应尽量减小模锻斜度。根据零件图上的技术要求外模锻斜度为5°，内模锻斜度取为5°。2.1.4圆角半径为了使金属易于流动和充满型槽，提高锻件质量并延长锻模寿命，模锻件上所有的转接处都要用圆弧连接，此过渡处称为锻件的圆角。合理的圆角半径有利于金属充满型槽，并使起模方便，而且还有利于提高锻模寿命。外圆角半径r太小，金属充填型槽相应凹角困难，而且由于应力集中，锻模在热处理或模

20、锻造过程中极易产生裂纹和堆塌，使锻模寿命显著降低；同时由于半径太小，模锻时金属流动形成的纤维会被割断，从而影响锻件的机械性能，因此外圆角半径应尽量取大值；但是外圆角半径过大，又会减小圆角处的机械加工余量，以至于不能满足切削加工的要求。内圆角半径可按r(23.5)r确定，尽可能取大值，因模锻时金属在该处流动很剧烈，若其值太小，模锻时该处极易磨损，还可能因此而形成折叠。为了保证锻件外圆角处有最小余量，取r余量a式中 a 零件圆角半径或倒角。内圆角可取较大的数值：r(23)r，根据零件图，取外圆角半径3mm,内圆角为6mm。2.1.5冲孔连皮该锻件的内孔直径为ø58mm，属于内孔较大的情况

21、，采用平底连皮则锻件内孔处多余的金属不易向四周排除，而且容易在连皮周边处产生折叠，型槽内的冲头部分也会过早地磨损或压塌，为此这里应采用斜底连皮如图21图21 斜底连皮2.1.6技术条件图上未注模锻斜度为7°图上未注圆角半径r=3mm允许错移量 1mm，允许残留毛边1mm锻件热处理：正火（900°c空冷）并不完全退火（780°c炉冷至650°c保温2小时空冷）锻件表面清理：抛丸根据以上设计的各参数，绘制锻件图，如图22所示： 图22 锻件图2.2计算锻件主要参数 利用proe对锻件进行造型，如图23所示。图23 扭力臂锻件三维图根据锻件三维模型，确定如下参

22、数：(1)锻件在平面上的投影面积为18405mm2；(2) 锻件周边长度为636mm；(3) 锻件体积为828225mm3；(4) 锻件质量为6.3kg。2.3确定锻锤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，并能保证锻模具有一定的寿命。在实际生产中，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。按双动模锻锤 g=（3.5-6.3）kf件 （22）式中 g 锤落下部分质量（kg）； f件锻件本体和毛边（按仓部的50%计算）在水平面上的投影面积(cm2) k 材料系数因为飞机零件为小批量生产，取较小系数，在这里取为4.5，锻件材料高合金结构钢且c>0.

23、25%，查表4-101得k=1.25,按2-3t锤毛边槽考虑，假定毛边槽平均宽度为30mm,总面积f=18405+615×30=36855mm2,则g=4.5×1.25×368.6=2073.4kg,选用3t锤。2.4确定毛边槽形式和尺寸开式模锻的终锻型槽周边必须设有毛边槽，它的形式和尺寸对锻件质量影响很大。毛边槽有如下几种形式：形式 是使用最广泛的一种，其优点是桥部和仓部设在上模块，与坯料接触时间短，吸收热量少，因而温升少，能减轻桥部磨损或避免压塌。形式 适用于高度方向形状不对称的锻件。因复杂部分设在上模，为简化切边冲头形状，通常将锻件翻转180°，故

24、桥部设在下模，切边时锻件也易放平稳。形式 适用于形状复杂，坯料体积不易计算准确而往往偏多的锻件，由于增大仓部容积，不致于发生上下模压不靠。形式 使用对象同形式，由于加宽下模毛边槽桥部，因而提高了桥部强度，以避免过早地磨损和压塌。形式 只使用于锻模局部，桥部增设阻尼沟，增大金属向仓部流动的阻力，迫使金属流向型槽深处或枝芽处。形式 为楔形毛边槽，其特点是终锻时水平方向金属流动越来越困难，使用于形状更为复杂的锻件，缺点是切除毛边困难。 图24 毛边槽形式根据锻件的形状，选用图24中的形式毛边槽，此种形式毛边槽的桥部设在上模块，与坯料接触时间短，吸收热量少，因而温升少，能减轻桥部磨损或避免压塌。毛边槽

25、尺寸的确定方法通常有两种： 吨位法 毛边槽具体尺寸根据锻锤吨位大小来选定。吨位法是从实际生产中总结出来的，应用简便。 计算法 计算法是采用经验公式计算毛边槽桥部高度，然后根据计算得到的毛边槽桥部高度查表确定毛边槽的其它尺寸。由于本设计中已经选定的锻锤吨位为3t，采用吨位法确定毛边槽尺寸。查表4-141确定毛边槽的尺寸如下： h = 3mm, h1 = 5mm, b = 12mm, b1 = 30mm, r = 1.5mm, 毛边槽截面积fk = 207mm2，根据以上尺寸计算锻件毛边体积v毛 = 615×0.7fk = 89114mm2。2.5确定终锻型槽2.5.1热锻件图终锻型槽是

26、按热锻件图加工和检验的，所以要先设计热锻件图。热锻件图是以冷锻件为依据，同时考虑到金属的热胀冷缩现象，在冷锻件图上加放收缩率而设计的。本设计中扭力臂的材料为aisi-1035，加放收缩率为1.5%，计算热锻件图尺寸，绘制热锻件图，如图25所示。图25 热锻件图2.5.2钳口的选择终锻型槽和预端型槽前端留下的凹腔叫钳口。钳口的主要用来容纳夹持坯料的夹钳和便于从型槽中取出锻件；另一个作用是作为浇注检验用的铅或金属盐样件的浇口。这里选用图4-651所示的常用钳口形式，查表4-651，确定钳口尺寸为：b = 130mm, h = 60mm, r0 = 15mm, 查表4-171，确定钳口颈的尺寸为：b

27、 = 8mm, a = 2.5mm。2.6设计预锻型槽预锻的主要目的是在终锻前进一步分配金属，以达到金属易于充填型槽，减少材料损失，减少终锻型槽磨损的目的。但是预锻也会带来不利的影响，由于模块上附加预锻型槽，容易造成偏心打击，影响锤杆的寿命，容易使上下模错移，增大模块尺寸，降低生产率。在本设计中，若采用预锻，其作用主要是减少12mm肋板与圆台、圆柱相接处裂纹和折叠的产生，但考虑到两相接处均有较大的圆角半径，而且圆柱的高度较小，圆台与肋板相接于母线，金属在两相接处流动较为容易，产生裂纹和折叠的机会较小。综合考虑各因素，确定不采用预锻。2.7绘制计算毛坯图由于在计算毛坯图的绘制过程中涉及大量的数据

28、，如果用传统的手工方法，运用坐标纸来计算计算毛坯体积，不但工作量大，设计周期长，而且所得数据精度较低。在本设计中用到的方法是先根据零件图用proe软件做出三维热锻件图，然后根据扭力臂的形状特点，分别计算f端，f毛，f计 并且绘制出计算毛坯图如图26所示。截面图所围面积即为计算毛坯体积，可得 v计 = 50 × 17940 = 897000mm3平均截面积 f均 = 897000 / 260 = 3450mm2平均直径 d均 = 1.13 × f1/2 = 66.4mm按体积相等修正截面图和直径图，修正后的最大截面积为5085mm2, 最大直径dmax = 80.6mm。下图

29、为三维热锻件图下图为理想充型热锻件图图26 计算毛坯图2.8制坯工步选择计算毛坯为双杆一头，应该简化成简单的一头一杆计算毛坯来选择制坯工步。计算繁重系数 = （23） = （24） g> 1kg式中 金属流向头部的繁重系数； 金属沿轴向流动的繁重系数；g 锻件总质量（kg）；dmax 计算毛坯的最大直径（mm）；d均 计算毛坯的平均直径（mm）；l计 计算毛坯长度（mm）。将dmax = 101.7mm, d均 = 69mm, l计 = 260mm代入式23和式24得= 1.47，=3.8，由图4-591可知该锻件应采用闭式滚挤制坯工步。由此确定模锻工艺方案为：闭式滚挤 终锻 。2.9确

30、定坯料尺寸坯料截面积 f坯 = （1.011.2）f均 （25）式中 f坯 原毛坯截面积（mm2）； f均 计算毛坯平均截面积(mm2)。则 f坯 = 1.1 f均 = 1.1 × 3450 = 3795mm2这里选用棒料，则棒料的直径d0 = (4f坯 / 3.14)1/2 = 69.5mm,据原材料的规格，取为d0 = 70mm。烧损率取为1.5%。坯料体积为： v坯 = v计（1 + ）= 897000 ×（1 + 1.5%）= 910455mm 2坯料长度为：l坯 = v坯 / f0 = 263mm 其中f0 =3.14×（66.4/2）2 = 3461m

31、m2，因此确定坯料尺寸70mm×263mm。2.10制坯型槽的设计已确定此锻件只需采用闭式滚挤制坯。2.10.1型槽高度型槽高度h = kd计， 计算结果列于表21中。按各个截面的高度值绘制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，如图27所示。2.10.2型槽宽度杆部：b杆 = 1.15f0 / hmin (26)头部：b头 = 1.27 f0 / hmin (27)式中 f0 滚挤前原棒材的截面积（mm 2）。将f0= 3317 mm 2 ，hmin =34.3 mm 代入式26和27得b杆= 111mmb头= 124mm。调整杆部和头部宽度均为110mm。检验

32、： 1.1dmax b 1.7 d0 ，1.1 dmax = 83mm, 1.7 d0 = 110.5mm,符合要求。2.10.3型槽长度型槽长度等于计算毛坯图的长度。2.10.4调整个别尺寸最大高度由77.9mm改为h = 90mm, 以容纳氧化皮。 图27 闭式滚挤型槽2.11锻模结构设计2.11.1型槽布置2.11.1.1终锻型槽的布置由于此锻件无须设置预锻型槽，所以模块上实际有两个型槽，即闭式滚挤型槽和终锻型槽，考虑到闭式滚挤型槽较宽，因此需要将燕尾中心线偏离模块中心线，偏离的距离应小于模块宽度的10%。否则，由于模块自身的质量，在锤头运动中会因重力产生的偏心力矩而导致锤杆弯曲，加速导

33、轨磨损。2.11.1.2制坯型槽布置考虑到加热炉一般布置在锻锤的左边，氧化皮风管一般安放在右边，故将闭式滚挤型槽布置在终锻型槽的左边。2.11.2检验角的确定在锻模上两个加工侧面所构成的90度角称为检验角。检验角的作用包括两个方面：一方面它可以在锻模安装调整时，检验上下模型槽对准的情况；另一方面可以作为锻模机械加工时划线的基准面。检验角的宽度一般为5mm，高度为50100mm，综合本设计中钳口尺寸，取检验角高度为70mm。2.11.3模壁厚度制坯型槽壁厚取5-10mm，这里取为8mm。终锻型槽受力大，壁厚与型槽深度h,底部圆角半径r，模锻斜度有关。参照图4-1111，可知在本设计中的锻模r &

34、lt; 0.5h, < 20°,按图4-113中s1线可得型槽与模块边缘壁厚s0 =40mm,型槽至钳口间壁厚取为35mm。2.11.4模块尺寸2.11.4.1承击面积承击面积是指锻锤空击时，上下模块实际接触的面积。承击面积关系到模锻的寿命和经济性，承击面积过大，则导致材料的浪费；过小则不能保证模块强度，造成分模平面压塌。根据本设计所用的锻锤吨位，查表4-291的3t锤允许的最小承击面积为700mm2。2.11.4.2打击中心与模块中心偏移量由于本设计中设有制坯型槽，允许打击中心与模块中心不重合，但最大偏移量应限制在a 0.1a和b 0.1b范围内（a为模块长度，b为模块宽度，

35、a为长度方向偏移量，b为宽度方向偏移量）。2.11.4.3模块长度综合闭式滚挤型槽、终锻型槽、承击面积以及壁厚考虑，初步确定模块长度为360mm。2.11.4.4模块宽度模块最大宽度bmax应保证模块边缘与导轨间留有单边距离大于20mm。模块最小宽度应至少超出燕尾每边10mm。由式b1 b/2 + 10(mm),查表4-33得3t锤燕尾宽度为b = 300mm,则b1 160mm,即模块宽度至少应为320mm，结合模块规格及各型槽特点，初步选定模块宽度为450mm。2.11.4.5模块高度锻模高度根据型槽最大深度和锻锤的最小闭合高度确定，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。按

36、3t锤查表4-301得hmin = 260mm, hmax= 330mm,取h = 300mm。2.11.4.6校核通过初步设计确定模块尺寸为360mm×450mm×300mm，核算承击面积：承击面积 = 360×450 -219×110-18405 = 119505mm2 > 70000mm2所选模块尺寸符合要求，由此最终选定模块尺寸360mm×450mm×300mm。3切冲孔复合模设计由于本设计中用到开式模锻，因此锻件带有毛边和连皮，通常采用冲切法去除毛边和连皮。为了提高生产效率，在本设计中将设计一套切边冲孔复合模。其结构简

37、图如图31所示。模锻件的切边冲孔方式有热态和冷态两种。热态冲切是与模锻工序在同一火次内进行。冷态冲切是在模锻以后集中在常温下进行。热态冲切所需冲切力比冷态冲切小得多，切口不易产生裂纹，但生产率低。冷态冲切生产效率高，劳动条件好，凸凹模容易配制，但冲切力较大，锻件缺口易产生裂纹。综合考虑此锻件的材料性质、形状尺寸以及工序间的配合等因素，决定采用热态冲切。下页为图31 切边冲孔复合模简图1 螺栓 2 圆柱销 3 横板 4 内六角螺钉 5 活动冲子 6紧固座7 顶出器 8 底座 9 螺钉 10 u形板 11 双头螺栓 12 跳板 13 螺栓 14 夹持夹 15 凸模 16 斜楔 17 斜楔 18 切

38、边凹模19 凹模固定板3.1切边冲孔复合模工作过程压力机滑块处于最上位置时，双头螺栓通过其下面的螺母托住u形板，使顶出器处于最高位置，将锻件放在顶出器上，滑块下移时，冲孔冲头与拉杆同时向下移动，u形板、横板、顶出器及其上的锻件靠自重也往下移动，当锻件与凹模刃口接触后，顶出器与它脱开并继续下移，直到横板到达最下位置。在到达最下位置之前，切边冲头与锻件接触并推动锻件在凹模刃口上进行切边，然后冲孔冲头与连皮接触进行冲孔，锻件落在顶出器上。滑块上移时，切边冲头与双头螺栓同时上移，在双头螺栓上移一段距离后，其下面的螺母即与u形板接触，然后带动u形板、顶出器一起上移，并将锻件顶出凹模。3.2切边冲孔模的结

39、构设计3.2.1切边凸凹模之间的间隙切边时，刃口设置在凹模上，凹模按锻件轮廓线制造，凸凹模之间的间隙靠减少凸模尺寸获得。根据锻件的形状特点，按图10-2中（b）和（c）和表10-12确定切边凸凹模的间隙。由于锻件各部分尺寸不均匀，按圆台部分设计应取间隙=0.8mm，而按带孔圆柱部分设计则应取=1mm。各处切边间隙不等，则应取最小间隙作为整个凸凹模的间隙，即=0.8mm。由于锻件圆台部分属于图10-2（b）2的形式，则s = 0.2d + 1mm, 取b为3mm。3.2.2切边凹模3.2.2.1凹模的结构形式切边凹模有整体式和组合式两种，由于本锻件属于中小型锻件，而且沿分模面上下对称，由此选用整

40、体式凹模较为合适。3.2.2.2凹模刃口形式由于已经选择了整体式凹模，因此确定凹模刃口形式为直刃口，以便于修模。3.2.2.3凹模紧固方式切边凹模采用螺钉紧固在凹模座上。3.2.2.4凹模尺寸的确定按图9-9以及表9-11确定切边凹模的结构尺寸。由于毛边桥部厚度h毛 = 3mm，查得hmin = 55mm，h = 12mm，b1 = 40mm，bmin = 35mm。3.2.3凸模的设计切边凸模部分端面应能与锻件较好的吻合，同时在锻件过渡处应留有间隙。该部分综合锻件形状以及间隙值设计，凸模紧固方式选用斜楔紧固。3.2.4夹持器 切边冲头夹持器的形式有用斜楔紧固冲头镶块轴头式、用斜楔紧固冲头镶块

41、燕尾式和用螺钉紧固冲头镶块燕尾式三种。此切边冲头夹持器选用斜楔紧固冲头镶块燕尾式。3.2.5活动冲子活动冲子外形按锻件孔形状设计制造。冲子高度必须保证冲孔能使连皮与锻件完全分离。冲子的紧固方式通过与紧固座形成过盈配合直接连接。3.2.6切边力和冲孔力的计算根据切边力和冲孔力的大小，确定需选用压力机的吨位。由式f = kblt1 ，t1 = 2.5t + b2 (31)式中 f 切边或冲孔力（n）；b 金属在切边或冲孔温度下的强度极限，即材料的变形抗力(n/mm2)； l 剪切周边长度（mm）； t1 实际剪切厚度(mm)； t 飞边桥部高度或冲孔连皮厚度(mm)； b 锻件高度方向正公差(mm

42、)；k 系数，在理想情况下，k = 0.8；考虑到切边或冲孔过程中伴有弯曲、拉伸发生，以及一些如刃口变钝等实际因素，建议取为k=1.6。查表5-192得b = 150n/mm2，b = 1.3mm,切边时l = 615mm，t = 3mm，冲孔时l =320.3mm，t = 9.5mm，代入式31可得：f切 =1299kn，f冲 = 1926kn，选用2500kn切边压力机。3.2.7模具闭合高度切边凸模处于最低工作位置时的模具总高度称为模具闭合高度h闭。模具闭合高度与压力机的封闭高度应满足： hmin h垫 + （1520）mm h闭 hmax - h垫 +（1520）mm (32)式中：

43、hmin 压力机最小闭合高度（mm）； h垫 压力机垫板高度（mm）； hmax 压力机最大闭合高度（mm）。根据所选压力机吨位，由压力机吨位查表知：hmax560mm，hmin350mm，h垫70mm ，s滑190mm，即 280mm（1520）mmh闭490mm（1520）mm，取h闭400mm。 3.2.8压力中心的确定根据锻件的三维模型，扭力臂为规则几何形状，压力中心即为几何中心。3.3工艺参数的确定3.3.1冲孔冲头与连皮之间间隙在切边冲孔复合模工作时，切边在前，冲孔在后。开始切边时连皮与冲孔冲头之间的间隙为（515）mm。3.3.2冲头与顶出器之间间隙冲头与顶出器之间的间隙为（23

44、）mm。3.3.3冲头相对行程为保证冲孔质量，冲头行程s冲 必须足够，对h/d1的锻件应取 s冲s1s2s（mm） （33）式中: s 连皮厚度（mm）； s1r（1015）mm，其中r为连皮圆角半径（mm）； s2 在510mm内取。对h/d1的锻件，应使冲孔结束时冲头上平面与孔的上平面齐平或高出35mm。本锻件的h/d1，取冲头上平面高出孔的上平面4mm。即s冲 为冲孔前冲头上表面至连皮下表面的距离与连皮厚度及冲孔结束是冲头上平面高出孔的距离4mm之和。所以s冲10mm9.5mm4mm23.5mm。3.3.4顶出器的设计3.3.4.1顶出器行程s顶顶出器行程s顶的大小应保证锻件能自由取出，

45、由s顶s冲s3（1020）（mm）式中s3为冲孔后顶出器与锻件之间的距离，一般取10mm。将s冲23.5mm，s310mm代入得s顶（4353）mm，初步确定为s顶50mm。3.3.4.2顶出器高度h顶 h顶（h3h凹h飞/2）（s冲s3）（h模h4）（mm）3 （34）式中： h3 下模座及凹模座高度（mm）； h凹 凹模高度（mm）； h飞 飞边桥部高度（mm）； s冲 冲头相对行程（mm）； s3 冲孔后顶出器与锻件之间的间隙，一般取10mm。 h模 模板高度（mm）； h4 下模座厚度（mm）；将h3220mm，h凹60mm，h飞3mm，s冲23.5mm，s310mm,h模50mm,h

46、475mm代入上式得：h顶123mm。3.3.5双头螺栓自由长度l1 l1s滑s顶 3 （35）式中： s滑 滑块行程（mm）； s顶 顶出器行程（mm）。将s滑190mm，s顶50mm代入式35得l1190mm50mm140mm。4锻造工艺规程的制定 见附录5结论在本次毕业设计中，本人对扭力臂锻件锻模及切边冲孔复合模进行了设计。虽然本次设计已经完成，但是在本设计中还有很多问题是值得讨论的。锻件的工艺参数均来自于锻件的三维模型，因此锻造工艺方案的合理与否，与锻件的三维造型有着很大的关系。在本次设计中所构造的三维模型还有很多地方需要改进，才能做到真正意义上符合实际生产的要求。在对锻件进行切边冲孔

47、时，在本设计中采用了复合模，虽然复合模的生产率高，但较为适合于水平对称的锻件。扭力臂锻件的形状复杂，在复合模上进行切边冲孔容易产生偏心力矩，在实际生产中如果采用连续模，将能避免上述问题，而且模具设计制造较为简单。 通过本次设计，本人通过查阅各种资料，了解了锻造业发展的趋势，认识到了计算机技术在未来制造业中的重要作用。本次设计中运用了cad软件进行辅助设计，取得了良好效果，同时提高了对cad软件的运用能力，为今后的工作打下了坚实的基础。由于本人的知识水平以及经验有限，所设计出来的模具不可避免的存在一些错误和很多不足之处，请读者批评指正。致 谢黄映霞老师对本设计进行了全程指导。黄老师为本次设计解决了大量技术难点，提供了部分设计资料并指正了本人在设计中出现的错误，在此对黄老师的悉心指导表示衷心的感谢。本次设计中锻件的三维造型是用proe完成的，cad应用能力的提升得益于吴石老师的积极引导，在此一并致谢。参考文