转向节外半轴锻压说明书

1、沈阳理工大学课程设计说明书目 录1 设计的前期准备11.1 零件分析11.1.1 零件的结构分析11.1.2 零件材料的特性分析11.2 工艺方案确定12 锤上模锻件设计22.1 选择分模面22.2 确定模锻件加工余量及公差22.2.1 锻件的形状复杂系数22.2.2 锻件的质量32.2.3 锻件的材质系数32.2.4 模锻件的精度等级32.2.5 确定锻件公差和余量32.2.6 模锻斜度32.2.7 锻件技术要求32.3 计算锻件基本数据43 确定锻锤的吨位54 确定飞边槽及尺寸65 确定终锻型槽76 绘制计算毛坯图87 制坯工步的选择98 确定坯料尺寸109 制坯型槽设计119.1 滚挤型

2、槽设计119.2 拔长型槽设计1210 锤用锻模设计1310.1 钳口尺寸的确定1310.2 模块尺寸的确定1311 锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定1411.1 确定加热方式，及锻造温度范围1411.2 确定加热时间1411.3 确定冷却方式及规范1411.4 确定锻后热处理方式及要求14参考文献1541 设计的前期准备1.1 零件分析1.1.1 零件的结构分析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。转向节外半轴零件结

3、构如图1.1所示。图1.1 转向节外半轴零件结构图1.1.2 零件材料的特性分析该零件材料为18CrMnTi，为低碳合金结构钢，是工业上应用最广泛的不锈钢，密度为7.85g/cm3。1.2 工艺方案确定根据该零件的形状以及要求大批量生产，因此选用锤上模锻。2 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，分模面的位置如图2.1所示。图2.1 分模面的位置2.2 确定模锻件加

4、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) 根据锻件形状粗略计算锻件体积： Vd 计算锻件外包容体体积：= 390×168×110 = 7244160 则 查表4-32得该锻件形状复杂系数值在0.160.32之间，程度级别为级S3，形状复杂程度为较复杂。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) 其中 材料密度，取7.85 g/cm3 锻件体积，取19907970mm3经计算得 Kg2.2.3 锻件的材质系数 材质系数按锻

5、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。2.2.5 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表4-5得头部:厚度方向公差3.6，宽度公差4.0;杆部:径向公差3.2；长度公差按各段长度分别查表。查手册1表4-3得高度方向单边余量为2.33.0mm,长度方向上余量为2.5-3.0，宽度方向上余量为2.33.0mm。2.2.6 模锻斜度 便于模锻件从型槽中

6、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出。本设计中内斜度=10°，外斜度=7°。2.2.7 锻件技术要求1. 图上未标注的模锻内斜度10°，外斜度7°；2. 图上未标注的圆角半径R3；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. 锻件热处理方式为调质；7. 热处理后抛丸或喷砂。2.3 计算锻件基本数据1. 锻件在平面上的投影面积33620.3

7、5mm2；2. 锻件的周边长度1233.45mm；3. 锻件体积V锻=1907970mm3；4. 锻件质量G=14.98kg。沈阳理工大学学士学位论文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。 总变形面积为锻件在平面图上的投影面积与毛边面积之和，参考表4-142 ，按35锤毛边槽尺寸考虑，假定毛边槽桥部宽度为35mm,则总面积 F = 33620.35 + 1233.45 × 35 = 76791 mm2 = 767.91 cm2按双动模锻锤吨位确定的经验公式 G=(3.56.3)kF （3.1） 式中 G锻落下部分

8、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4-102。因汽车转向节为大批量生产，取系数为6.3，k=1.0 则 G = 6.3 × 1.0 × 767.91 = 4837.83kg 5t由计算结果可知，选用5 t锤。4 确定飞边槽及尺寸选用飞边槽形式及尺寸如图4.1所示： 图4.1 飞边槽形式其尺寸按表4-142确定h1=6mm, h=4mm, R=h/2=2mm , R1=2mm, b=13mm, b1=4050mm, Fk = 400mm，选择b1 = 45mm, 则锻件飞边体积 V毛

9、 = L周 × F毛 = L周 × 0.7 Fk (4.1)V毛 = 1233.45 × 0.7 × 400 = 345366 mm35 确定终锻型槽终锻型槽如图5.1所示。热锻件图见装配图的画法。转向节材料为18CrMnTi; 考虑收缩率头部取0.8%，杆部取0.8%,绘制的锻件图如锻件图。图5.1 终锻型槽6 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6.1，并在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。表6.1 转向节外半轴计算毛坯的计算数据截面号F锻F毛×2F计=F锻+2

10、F毛修正F计/mm修正d计/mmuh=u d计/mm2/mm2/mm11867880274759.2-1.164.423846600444675.4-1.0579.136228560678893.1-1.0597.741031356010873117.5-1.05123.351081356011373120.5-1.05126.5686215609181108.2-1.05113.677074560763498.7-0.9593.7874995608059101.5-0.771.097198560775899.5-0.769.6105672560623289.2-0.762.411448756

11、0504780.2-0.756.1122871560343166.2-0.746.2133370560393070.8-0.749.5614056056026.8-0.821.4u值由教材表4-242 确定滚挤型槽高度的系数查得。计算毛坯图如图6.1所示，则截面图所得面积即为计算毛坯体积，得 平均截面积为 (6.1)平均直径为 (6.2)7 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 (7.1) (7.2)为计算毛坯杆部长度，越大则轴向流动越困难。查图4-592制坯工步应用范围图表，采用模锻工艺方案为拔长-闭式滚挤-终锻。8 确定坯料尺寸由于是拔长加滚挤制坯，则 = （0.750.9

12、） （8.1） 为计算毛坯头部最大尺寸处截面积。由表6.1知：所以 则 根据原始材料规格，实际取烧损率取3%。坯料体积为 （8.2） 则 坯料长度： （8.3）虑到钳夹头长度，下料长度定为=300mm。9 制坯型槽设计9.1 滚挤型槽设计滚挤型槽设计：采用闭式滚挤 型槽高度h=u d计，计算结果列于表6.1中，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； 型槽宽度为：坯料经过拔长； （9.1） （9.2） 滚挤型槽的长度等于计算毛坯图的长度； 钳口与毛刺槽尺寸查手册1知钳口处尺寸： 取 毛刺槽的尺寸： 试锻后调整，修改，简化后滚挤型槽如图9.1所示。图9.1滚挤

13、型槽的设计9.2 拔长型槽设计根据 应该选择开式拔长型槽，这种结构简单，制造方便。 拔长坎高度 （9.3） 拔长坎长度 （9.4） 圆角半径 （9.5） （9.6） 型槽宽度 （9.7） 仓部深度 取e=130mm （9.8） 拔长型槽长度 （9.9）按上述设计可锻出合格锻件，但为了提高生产率，计算数值与实际数值如表9.1所示：表9.1 转向节外半轴锤锻模拔长型槽尺寸图9.2拔长型槽的设计10 锤用锻模设计10.1 钳口尺寸的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。本课设选用常用钳口形式，其具体形状和尺寸如图11.1所示。图10.1钳口形状和尺寸的设

14、计10.2 模块尺寸的确定模块尺寸的选择：B=600；L=650mm; H=350mm. 燕尾槽、起重孔等尺寸按标准选取，如图10.2所示。图10.2锻模燕尾11 锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定11.1 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。本课设中根据锻件的形状，材质和体积，采用连续炉加热。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

15、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。查资料3确定锻件的始段锻温度为1180，终锻温度为800。11.2 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： =0.13×10.5=1.365(h) 式中 D坯料直径或厚度，10.5cm 钢化学成分影响系数，取0.13（h/cm）;11.3 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。11.4 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。参考文献1 吕 炎.锻模设计手册.北京:机械工业出版社,2006.2 姚泽坤.锻造工艺学与模具设计.西安:西北工业大学出版社,2001