車輛工程畢業(yè)設計（論文）輕卡汽車轉向節(jié)成形工藝設計【全套圖紙】

1、第1章 緒 論 1.1 前言 近年來，汽車制造業(yè)得到了迅猛發(fā)展，汽車性能不斷提高。鍛造工藝作為機械制造技術之一，對汽車工業(yè)具有重要作用，是生產受力部件成形的重要手段。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車零部件中對高精度、形狀復雜鍛件的需求量越來越大，傳統(tǒng)的加工工藝已經不能滿足汽車零件產品需求。在這種情況下，鍛造新工藝的開發(fā)對于新型汽車零件的生產尤為重要，而先進工藝模具設計方法將對提高汽車零件設計水平、縮短零件研制周期和降低成本起著舉足輕重的作用，從而大大提高汽車市場的競爭力。塑性成形是材料加工的主要方法之一，它是利用金屬塑性使金屬在外力作用下成形的一種加工方法。塑性成形在工業(yè)生產中得到廣泛的應用，據(jù)統(tǒng)計，

2、在汽車生產中70以上的零部件都是利用金屬塑性加工而成。隨著國內汽車制造業(yè)的迅速發(fā)展，汽車性能不斷提高，汽車零部件中對高精度、形狀復雜的鍛件需求量越來越大，塑性加工行業(yè)迎來一個前所未有的發(fā)展機會，也面臨著新的挑戰(zhàn)。全套圖紙，加153893706 汽車轉向節(jié)是汽車前軸與前輪之間的關鍵零件，工作時不但要承載前軸給它的壓力和地面給它的反作用力，還受到控制行使方向的扭力，其服役條件對零件的尺寸精度、表面質量和金屬纖維流向都有很高的要求。國內生產此類鍛件仍然存在加工余量大、成形不易充滿及模具設計困難等問題，探索該類鍛件的合理鍛造方法對我國汽車產業(yè)發(fā)展具有重要意義。 目前汽車轉向節(jié)鍛件主要依靠設計人員的經驗

3、不斷試模、修模來保證質量，即使經驗豐富的設計人員也很難保證一次成形出合格的終鍛件，反復的試模、修模不僅浪費大量時間、人力和物力，而且增加生產成本，降低企業(yè)在市場中的競爭力。近年來，隨著計算機軟硬件技術、金屬塑性流動理論和計算機圖形學等交叉學科的迅猛發(fā)展，有限元數(shù)值模擬技術得到了快速發(fā)展，以數(shù)值模擬等先進方法解決工業(yè)生產中的實際問題已成為金屬成形技術的發(fā)展方向。采用有限元數(shù)值模擬方法，可實現(xiàn)體積成形過程的模擬分析，獲得零件的成形規(guī)律、以較小的代價，在較短的時間內找到最優(yōu)的和可行的設計方案，為同類零件成形工藝的研究開發(fā)和應用提供技術依據(jù)和理論指導。1.2國內外研究現(xiàn)狀在1817年德國人林肯斯潘杰提

4、出了類似現(xiàn)代汽車的轉向方式，德國人阿克曼改進了他的方案并申請了專利。命名為“阿克曼轉向梯形公式”。1897年第一個傾斜的轉向器在英國考文垂的戴姆勒汽車工廠誕生了。轉向節(jié)是汽車轉向橋上的主要零件之一，能夠使汽車穩(wěn)定行駛并靈敏傳遞行駛方向，轉向節(jié)的功用是承受汽車前部載荷，支承并帶動前輪繞主銷轉動而使汽車轉向。在汽車行駛狀態(tài)下，它承受著多變的沖擊載荷，因此，要求其具有很高的強度。 轉向節(jié)形狀比較復雜，集中了軸、套、盤環(huán)、叉架等四類零件的結構特點，主要由支承軸頸、法蘭盤、叉架三大部分組成。支承軸頸的結構形狀為階梯軸，其結構特點是由同軸的外圓柱面、圓錐面、螺紋面，以及與軸心線垂直的軸肩、過渡圓角和端面組

5、成的回轉體；法蘭盤包括法蘭面、均布的連接螺栓通孔和轉向限位的螺紋孔；叉架是由轉向節(jié)的上、下耳和法蘭面構成叉架形體的近年來，我國研究出鋁合金轉向節(jié)，性能達到了國際同類產品標準，填補了該產品的國產空白。同時，我國又成功建成了多條全自動轉向節(jié)生產線，使我國的汽車轉向節(jié)產業(yè)獲得了快速的發(fā)展。汽車轉向節(jié)是汽車關鍵的保安零件，其品質的優(yōu)劣直接維系著乘員和貨物的安全。同時，汽車轉向節(jié)是形狀十分復雜、成形難度很高的零件。我國傳統(tǒng)的制造方式能耗高、材料利用率低、模具壽命低、制造成本高、生產環(huán)境惡劣，不能滿足我國汽車高速發(fā)展的要求。目前，我國汽車轉向節(jié)正處于發(fā)展階段，技術水平較發(fā)達國家還存在差距。隨著汽車產業(yè)的高

6、速發(fā)展，我國汽車轉向節(jié)正逐步邁向專業(yè)化、先進化。2007年，我國兵器裝備集團公司自主研制的鋁合金轉向節(jié)順利通過國家有色金屬及電子材料分析測試中心的檢測，性能達到了國際同類產品標準，成為我國第一家成功研制出鋁合金轉向節(jié)的企業(yè)，填補了該產品的國產空白。2008 年，我國成功建成了一條擁有中國最先進工藝技術、最小投資規(guī)模、最低制造成本、最高投入產出比、最短投資回報周期的年產18 萬件重型卡車轉向節(jié)的全自動生產線，生產出外部形狀完好、內部品質優(yōu)良、產品一致性強、組織性能達標的轉向節(jié)產品。近幾年來，隨著汽車產業(yè)的全球化，適合不同環(huán)境、不同要求的各種類型汽車相繼出現(xiàn)。未來，為了滿足人們的各種需求，世界各國

7、對汽車的要求也會越來越高。未來我國的汽車轉向節(jié)產業(yè)將向專業(yè)化、自動化、智能化方向發(fā)展。汽車轉向節(jié)是一個異形、復雜零件，其常規(guī)典型工藝就要二十多道工序才能完成。通過消化吸收國外先進的復合加工技術理念，未來，我國將自主創(chuàng)新更先進的轉向節(jié)加工流程和制造工藝，將實現(xiàn)由計算機網絡全方位控制、通過機器人來進行全線的自動化制造，將原來多達數(shù)十道的工序縮短為幾道。這樣，不僅節(jié)省時間、人力，而且成本大大降低，汽車轉向節(jié)的產量也會明顯上升。同時，為了減輕汽車轉向節(jié)重量，提高耐磨性，未來將研究出新的高科技替代材料，這種材料不僅可以延長汽車轉向節(jié)的使用壽命，而且能夠增強汽車轉向的靈活性及行駛的安全性。此外，將開發(fā)一種

8、多功能用的汽車轉向節(jié)，強度和精確度更高，可以滿足人們未來在不同需求狀態(tài)下的需要。產品的工藝特點和流程：汽車轉向節(jié)的加工分為毛坯制造和成品機加。目前，毛坯主要以鍛件為主，也有采用鑄造毛坯的，但比較少。毛坯的鍛造工藝主要為劈叉、拔桿、預鍛、終鍛等工序組成。從機加工藝來講，汽車轉向節(jié)分為桿部、法蘭盤和叉部等3 個部分加工。（1）、桿部加工以中心孔定位，車和磨為主，加工關鍵是磨削。（2）、法蘭盤加工主要是制動器安裝孔的加工，要保證其位置度，同時要兼顧加工效率。并且，利用其中1 孔作為加工叉部定位用。（3）、叉部加工是汽車轉向節(jié)加工的難點，采用兩銷一面定位，其加工主要是保證主銷孔的同軸度，以及主銷孔與內

9、端面的垂直度，是整個加工工藝的投資重點和設備選型的關鍵。大部分汽車轉向節(jié)在此部位還有橫拉桿裝配用的錐孔，這更增加了叉部加工難度，錐孔加工是許多廠家難以100%合格的項目，應予重視，否則，汽車轉向節(jié)的早期失效就從這里開始。（4）、桿部的強化處理以提高汽車轉向節(jié)的疲勞壽命，對大多數(shù)類型的汽車轉向節(jié)都有這方面的技術要求，一般為滾壓和中頻淬火，以在表面形成殘余壓應力，提高產品疲勞強度。國內加工對滾壓要求不高，難點在中頻淬火，主要是感應器的設計和制造，不過，在這方面國內有專業(yè)廠家給與解決。（5）、主銷孔壓裝襯套后的加工，有的壓裝后不要求加工，有的壓裝后要求加工。從裝配角度講，壓裝后加工更有利于裝配，否則

10、影響轉向的靈活性。自中國汽車工業(yè)發(fā)展以來，汽車配件行業(yè)也隨之發(fā)展壯大。關于中國汽車轉向節(jié)行業(yè)數(shù)量眾多、產品繁雜、資本結構多元化的不足之處的闡述在各種媒體上都有連篇累牘的報道和炒作，盡管問題是存在的，但并不是中國汽車轉向節(jié)行業(yè)發(fā)展的主流。經過艱難的發(fā)展歷程，中國汽車轉向節(jié)行業(yè)經過市場的洗禮，已經成長起來。在國外巨頭爭搶擠壓以及進口轉向節(jié)的沖擊下，本土轉向節(jié)企業(yè)同樣在模仿、技術引進的過程成初具競爭力。就目前看來，雖然存在合資、國營、獨資、民營四分天下的競爭格局，但是汽車轉向節(jié)行業(yè)市場規(guī)模的擴大是毋庸置疑的，而且市場集中度逐年提高，一改原先散、亂、差的局面。隨著中國整車市場規(guī)模的不斷擴大，汽車轉向節(jié)

11、行業(yè)的市場規(guī)模亦同步提高。雖然由于歐盟和美國汽車企業(yè)對由海關總署、國家發(fā)改委、財政部、商務部聯(lián)合發(fā)布的構成整車特征的零部件進口管理辦法提出異議，并最終與中國政府達成妥協(xié)，既2006年7月初，海關總署和商務部發(fā)布公告稱，原定于2006年7月1 日起實施的有關構成整車特征轉向節(jié)的進口價格百分比界定標準以及有關汽車總成系統(tǒng)特征的a、b類關鍵件的區(qū)分標準，推遲到2008年7月1日實施，但是隨著時間的推移，在中國市場尋求配套企業(yè)的發(fā)展趨勢已經是難以避免。這對于提高中國汽車轉向節(jié)行業(yè)市場規(guī)模將起到相當?shù)耐苿幼饔?。中國汽車轉向節(jié)行業(yè)的市場規(guī)模已經具備相當?shù)母偁幜ΑＴ诮窈笪迥陜?，中國汽車轉向節(jié)行業(yè)的兼并重組勢

12、在比行，而且具有一定的可操作性前提條件，逐漸形成一級、二級、三級為核心的序列化配套體系。中國轉向節(jié)行業(yè)過去長期處在低水平、少投資、缺乏統(tǒng)一管理的分散發(fā)展格局。改革開放以來，尤其是1994 年汽車產業(yè)政策實施后，在整機引進和國產化政策雙重推動下，大量民營資本涌入，大批合資企業(yè)建立，使轉向節(jié)產業(yè)得到快速發(fā)展。主流轉向節(jié)企業(yè)的制造能力已達到上個世紀國際90 年代末期水平，基本滿足了國內引進車型的配套要求；以長春、上海、湖北為代表的汽車配件產業(yè)基地以及一些轉向節(jié)行業(yè)的龍頭骨干企業(yè)，基本形成了比較完整的主機配套體系。通過引進，許多關鍵轉向節(jié)已經與世界同步，不僅滿足了國產新車和引進新車的需求，還引來了大量

13、的國外采購者。近年來，一些引進車型一上市，國產化率就超過50%，甚至更高，從這一點也可以看出國內轉向節(jié)行業(yè)的產品競爭力，當然，這里包括了外資以及外商獨資企業(yè)。綜合上述基本情況看，中國汽車轉向節(jié)行業(yè)具備了相當?shù)漠a品競爭力。1.3選題的目的、意義目的：汽車轉向節(jié)是汽車轉向系統(tǒng)的關鍵零件，隨著國內汽車產業(yè)飛速發(fā)展，該類鍛件市場前景極為廣闊，然而目前國內生產此類鍛件仍然存在加工余量大、成形不易充滿及模具設計困難等問題，所以探索該類鍛件成形工藝具有十分重要的意義。傳統(tǒng)的生產方式是自由鍛成形，成形過程需要兩次加熱，能源浪費而且污染嚴重，質量也不易控制。為了響應國家節(jié)能減排的政策，提高生產效率和產品質量，將

14、生產工藝進行改進，利用現(xiàn)有設備實現(xiàn)一火成形。為了減少研發(fā)成本，通過計算機模擬各工步的成形過程，確定成形工藝，得到一套切實可行的生產工藝及合理的模具結構。意義：從20世紀80年代我國就開始研究轉向節(jié)吧，并用于實踐，隨著國民經濟的持續(xù)、快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，國內汽車保持著快速增長，轎車、客車、尤其是經濟型轎車、輕型車、微中型車的需求量也獲得了較大的增長，這時對汽車的質量要求也越來越高。作為汽車轉向橋的保安零部件，汽車的轉向節(jié)品質的優(yōu)劣直接維系著乘務員和貨物的安全，因此我國的汽車零部件企業(yè)加大投資力度，借鑒國外先進技術，開發(fā)強度更高、靈活性更強的轉向節(jié)。1.4研究的基本內容1.4.1、研

15、究的基本內容（1）汽車轉向節(jié)分類及結構分析。（2）汽車轉向節(jié)成形工藝的研究現(xiàn)狀與成形工藝分析。（3）汽車轉向節(jié)模具的設計。1.4.2、擬解決的主要問題（1）轉向節(jié)模具設計計算。（2）轉向節(jié)的尺寸計算。第2章 轉向節(jié)的結構設計與工作原理2.1轉向節(jié)工作原理功能與結構設計：轉向節(jié)是汽車轉向橋上的主要零件之一，其作用是使汽車穩(wěn)定行駛并靈敏傳遞行駛方向、承受汽車前部載荷，支承并帶動前輪繞主銷轉動而使汽車轉向。在汽車行駛狀態(tài)下，它承受著多變的沖擊載荷，因此，要求其具有很高的強度。轉向節(jié)通過主銷和前橋與車身相連，并通過法蘭盤的制動器安裝孔與制動系統(tǒng)相連。在車輛高速行駛時，路面通過輪胎傳遞到轉向節(jié)上的振動，

16、是我們設計時考慮的主要因素。計算時利用已有的整車模型，對整車施加4g的重力加速度，算出轉向節(jié)三個襯套中心點和兩個螺栓安裝孔中心點的支反力作為施加載荷，并約束法蘭盤連接制動系統(tǒng)端面上所有結點的自由度。轉向節(jié)形狀比較復雜，集中了軸、套、盤環(huán)、叉架等四類零件的結構特點，主要由支承軸頸、法蘭盤、叉架三大部分組成。支承軸頸的結構形狀為階梯軸，其結構特點是由同軸的外圓柱面、圓錐面、螺紋面，以及與軸心線垂直的軸肩、過渡圓角和端面組成的回轉體；法蘭盤包括法蘭面、均布的連接螺栓通孔和轉向限位的螺紋孔；叉架是由轉向節(jié)的上、下耳和法蘭面構成叉架形體的。 2.1主銷內傾角主銷內傾角的作用是使車輪在行駛中自動回正。通常

17、車輪軸線不在水平面，為了方便說明我們假設直線行駛時車輪軸線在水平面上。對于車輪軸線不在水平面的情況，只要把下圖的水平面改為錐面。如下圖所示，考慮該水平面上和主銷有交點的直線，主銷與這些直線的夾角有一個最大值。而汽車直線行駛時，車輪軸線與主銷的交角恰為這個最大值。 車輪軸線與主銷夾角在轉向過程中是不變的，當車輪轉過一個角度，車輪軸線就離開水平面往下傾斜，致使車身上抬，勢能增加。這樣汽車本身的重力就有使轉向輪回復到原來中間位置的效果。 當汽車水平停放時，在汽車的橫向垂面內，主銷軸線與地面垂線的夾角為主銷內傾角。 1.前輪外傾角如果空車時車輪的安裝正好垂直于路面，則滿載時車橋因承載變形而可能出 現(xiàn)車

18、輪內傾，這樣將加速車輪胎的磨損。另外，路面對車輪的垂直反力沿輪轂的軸向分力將使輪轂壓向外端的小軸承，加重了外端小軸承及輪轂緊固螺母的負荷，降低它們的壽命。因此，為了前輪有一個外傾角。但是外傾角也不宜過大，否則也會使輪胎產生偏磨損。如左圖所示，當汽車水平停放時，在汽車的橫向垂面內，車輪平面與地面垂線的夾角為前輪外傾角，角度為6。2.2主銷外傾角2.前輪前束輪有了外傾角后，在滾動時就類似于滾錐，從而導致兩側車輪向外滾開。由于轉向橫拉桿和車橋的約束車輪不致向外滾開，車輪將在地面上出現(xiàn)邊滾邊向內滑的現(xiàn)象，從而增加了輪胎的磨損。為了避免這種由于圓錐滾動效應帶來的不良后果，將兩前輪適當向內偏轉，即形成前輪

19、前束。設計時工藝方面的考慮：在設計產品時，我們也充分考慮了產品制造過程中的一些難點，比如，與制動器本體相連接的法蘭盤螺栓孔中心距如果過大，造成鍛件的高度尺寸過大而成形困難，所以在滿足產品要求的前提下，我們把孔的間距取做160，這樣在鍛造中就利于成形了。2.2本章小結 本章不要介紹了轉向節(jié)工作原理與其功能，并且對轉向節(jié)的各個部位的尺寸進行設計與選擇。為下面的模具設計做下基礎。第3章 轉向節(jié)的工藝分析3.1 轉向節(jié)鍛件工藝性分析3.1.1鍛件零件圖的設計轉向節(jié)鍛件汽車轉向節(jié)是汽車行駛系重要的零件，工作中承受復雜的交變應力作用，它的質量好壞直接影響到汽車的行駛安全，所以要求零件有足夠的韌性和強度以保

20、證其工作的穩(wěn)定，該零件的毛坯采用鍛造的方法獲得，材料為40cr調質，而采用鍛造的方法有如下的優(yōu)點：（1） 鍛件有良好的內部組織，結構堅實，可獲得較高的強度；（2） 鍛件沒有疏松、表面雜質、內部裂紋等缺陷，鍛件的良品率高；（3） 制得的小公差鍛件加工余量小且均勻，可以減少機加工工時，提高材料利用率；（4） 鍛件的表面粗糙度高；（5）生產效率較高。 轉向節(jié)產品圖：圖3.1轉向節(jié)零件圖技術要求：1.模鍛斜度7；2.未注圓角為r3；3.未注公差尺寸精度為it14；4.鍛件表面缺陷深度應不大于機加余量的二分之一，非機加表面在公差范圍內； 5.鍛件水平和高度公差按照jbzq 4000.7-1986鍛件通用

21、技術條件執(zhí)行； 6.鍛件表面不得有磕碰傷； 7.切邊毛刺高度不大于1.5； 8.錯移量不大于1.2。3.1.2鍛件工藝流程的確定根據(jù)現(xiàn)有設備條件，選用1噸自由鍛錘、5噸模鍛錘，315噸曲軸壓力機，300千瓦中頻感應爐等設備，確定工件的制造工藝流程是：1.鋸床下料2.中頻感應加熱3.自由鍛制坯4.天然氣爐加熱5.預鍛、終鍛、6.切邊7.噴砂清理8.正火熱處理、調質9.磁粉探傷10.機械加工。3.1.3鍛件工藝難點和鍛造工藝方案的確定鍛件的工藝流程一般分為：（1）下料 采用砂輪切割機下料，車端面，倒圓角r5。（2）加熱 采用電爐加熱，爐溫（45010），加熱保溫時間136min。（3）模鍛 模鍛設

22、備為6300kn摩擦壓力機，首先鍛模鐓粗臺上將坯料壓扁至h=24mm，再型槽內平放料進行模鍛，并欠壓23mm。（4）加熱 爐溫（45010），加熱保溫時間為30min（第二火）。（5）模鍛 壓至尺寸。（6）加熱 爐溫（45010），加熱保溫時間為1015min。（7）熱切邊。（8）酸洗 按酸洗通用工藝規(guī)程進行。（9）熱處理 按熱處理工藝規(guī)程淬火、人工時效。（10）酸洗 按酸洗通用工藝規(guī)程進行。（11）鍛件修傷。（12）鍛件檢驗 100%檢查材料牌號、外形及表面質量；100%檢查硬度（hb140）；低倍檢查。由產品圖看出，轉向節(jié)鍛件是一個一端有分叉的軸類鍛件，鍛件的輪廓尺寸較大，中間有一個尺寸較

23、薄的法蘭盤，鍛造的過程中，金屬在各個部分之間的流動困難，金屬不容易充滿型腔，在分叉的轉角處容易出現(xiàn)鍛造折傷，這是這個鍛件的工藝難點，所以不能在模鍛錘上直接鍛造成形，鍛件需經過自由鍛制坯，鍛造出有分叉的毛坯方可進行模鍛預鍛和終鍛成型，具體的鍛造過程是：1.加熱材料、自由鍛拔長轉向節(jié)軸的部分，用摔模摔圓錐形軸部；2.用胎模將軸的部分壓入胎模的孔中，用劈料工具將需要分叉的部分劈開。3.加熱、預鍛、終鍛；4.切去飛邊。完成該鍛件須進行兩個火次的加熱。3.2鍛件圖的設計與鍛件毛坯尺寸的計算3.2.1鍛造工步的設計鍛模設計、工藝規(guī)程制訂、模鍛生產過程、鍛模加工及鍛件檢驗，都離不開鍛件圖。鍛件圖分為冷鍛件圖

24、和熱鍛件圖，冷鍛件圖用于最終鍛件檢驗和熱鍛件圖設計；熱鍛件圖用于鍛模設計與加工制造。習慣上將冷鍛件圖稱為鍛件圖。鍛造工步方案：采用自由鍛制坯、劈料、模鍛預成型、終鍛成形的鍛造工藝方法。（1）鍛造加熱：熱鍛是將鍛坯加熱到一定溫度后進行的鍛造成形工序，加熱及加熱溫度范圍的控制是確保鍛造生產順利進行和提高鍛件質量的重要工藝過程。鍛造加熱的目的在于使金屬鍛坯軟化，當金屬變形溫度升高至再結晶溫度以上時，由于再結晶速度高于變形過程中金屬硬化速度，可消除硬化影響獲得再結晶組織，可利用較小外力使金屬產生較大的塑性變形且不致破裂。例如，在1150oc靜拉伸試驗時，碳鋼的強度極限僅為常溫時的1/20；而合金結構鋼

25、的強度極限則為常溫時的1/30。鍛造溫度范圍是指金屬開始鍛造溫度和終結鍛造溫度間的一段溫度間隔, 為了防止過熱、過燒需要正確確定始鍛溫度和終鍛溫度。制定加熱溫度的基本方法是以鋼的鐵碳平衡圖為基礎，參考材料的塑性抗力圖和再結晶圖來綜合決定。了解金屬加熱的基本原理，以及各種加熱方法和設備的適用性?；鹧婕訜嶂饕腥加?、煤氣加熱，氧化脫碳、燒損較為嚴重；電加熱是利用電能轉化為熱能，以輻射和對流的方式對坯料進行加熱的方法，即利用加熱元件產生的電阻熱來間接加熱金屬坯料。其中，主要有感應電加熱、接觸電加熱、電阻爐及鹽浴爐加熱等。電加熱可避免氧化脫碳和燒損等加熱缺陷。氧化和脫碳、過熱和過燒以及產生內部裂紋等加

26、熱缺陷的危害及防止措施。（2）自由鍛造工藝：利用簡單的通用性工模具，或在鍛造設備上、下砥鐵間直接對毛坯施加外力，使其產生塑性變形而獲得所需形狀及內部質量的鍛件的鍛造方法稱為自由鍛造，簡稱自由鍛。自由鍛時，金屬在變形過程中只有部分表面受工具限制，其余表面為自由變形。自由鍛具有很大的靈活性，自由鍛不需專用模具，適合于單件小批量鍛件生產；自由鍛時，金屬坯料分區(qū)域逐步變形，屬于局部成形，所需鍛打力比模鍛小得多。因此，工藝適應性很強；對設備的精度要求不高，容易組織生產，且生產周期短；自由鍛主要靠人工控制坯料的變形量和變形方向，要求操作者具有一定鍛打技術水平。另外，生產效率比模鍛低得多，勞動強度大。先進國

27、家正在大力縮減自由鍛應用比例，但我國鍛造行業(yè)中自由鍛仍占有相當大的比例。根據(jù)鍛造變形性質、變形程度可將自由鍛分為基本工序、輔助工序和精整工序三大類。鐓粗和拔長是鍛造生產中最基本的兩大類變形工序，因此，需要掌握它們的變形機理和變形過程。同時，還應了解自由鍛造中其他各種主要變形工藝、鍛造成形方法及適用場合，如在實際生產中經常使用的空心沖頭沖孔、墊環(huán)沖孔以及環(huán)類鍛件常用的芯軸擴孔等。3.2.2 冷鍛件圖的設計冷鍛件圖根據(jù)零件圖設計，通常要解決下列問題。（1）分模面的確定：模鍛件是在可分的模腔中成形，組成模具型腔的各模塊的分合面稱為“分模面”；分模面與鍛件表面的交線稱為鍛件的“分模線”。鍛件分模位置合

28、適與否，直接關系到鍛件成形、出模，材料利用率等一系列問題。因此，分模線是模鍛件最重要、最基本的結構要素。確定分模位置最基本的原則是：保證鍛件形狀盡可能與零件形狀相同，容易從模腔中取出；此外應爭取獲得鐓粗成形。故此，鍛件分模位置應選在具有最大水平投影尺寸的位置上，。為了提高鍛件質量和生產過程的穩(wěn)定性，除滿足上述分模原則外，確定開式模鍛件的分模位置還應考慮下列要求：1. 為使分模結構盡量簡單和便于發(fā)現(xiàn)上下模在模鍛過程中的錯移，分模平面盡可能采用直線狀，并應使分模線選在鍛件側面的中部。 2. 頭部尺寸較大的長軸類鍛件，不宜直線分模，而應改用折線分模，如圖6-7所示，使上下模型腔深度大致相等，以確保尖

29、角處能充填飽滿。3. 為便于鍛模加工制造和鍛件切邊，同時也為了節(jié)約金屬材料，當圓餅類鍛件的h（2.53）d時，則無論是在錘上鍛造還是在曲柄壓力機上鍛造或螺旋壓力機上鍛造，都應考慮徑向分模，而盡量不采用軸向分模。因徑向分模的鍛模型槽可車削加工，效率高，工時省，切邊模刃口形狀簡單，制造方便；徑向分模還可鍛出內腔，節(jié)約金屬。但當h/d較大時，錘上模鍛時，顯然不能再考慮徑向分模。若仍采用徑向分模，則因模具高度尺寸太大，鍛造困難，鍛錘打擊能量下降，需要的出模力也大。4. 對金屬流線有要求的鍛件，為避免纖維組織被切斷，應盡可能沿鍛件截面外形分模，如肋頂分模。同時還應考慮鍛件工作時的受力情況，應使纖維組織與

30、剪應力方向垂直。模鍛件是在可分的模腔中成形，組成模具型腔的各個模塊的分合面就是分模面，分模面與鍛件表面的交線就是分模線，鍛件分模位置取在鍛件具有最大水平投影尺寸的位置上。轉向節(jié)鍛件的分模面取在如圖位置上： 圖3.2 鍛件分模面（2）鍛件機加余量的確定：普通模鍛方法很難滿足機械零件的要求，一般來說存在如下兩方面的問題，即：1. 鍛件走樣。由于欠壓、鍛模磨損、上下模錯移、毛坯體積和終鍛溫度的波動，使得鍛件的形狀發(fā)生變化，尺寸在一定范圍內波動；又由于鍛件出模需要模膛帶有斜度，鍛件側壁不得不添加敷料；形狀復雜的長軸類鍛件還可能發(fā)生翹曲歪扭，從而導致鍛件與零件有較大的差別。2. 表面質量不易保證。由于鍛

31、件表面氧化與脫碳，合金元素蒸發(fā)與污染，表面裂紋時有發(fā)生；表面粗糙度也達不到零件圖要求等，使得鍛件的表面質量遠遠低于機械加工零件表面質量。正是這兩方面的原因，使得鍛件設計時，不得不考慮添加一層包覆零件外層的金屬，即余量，而且還得規(guī)定適當?shù)墓?，以保證鍛件的誤差落在余量范圍之內。鍛件圖尺寸、余量、公差與零件圖尺寸的關系。鍛件上凡是需要機械加工的表面，都應給予加工余量。此外，對于重要的承力件，要求100%取樣試驗或為了檢驗和機械加工定位的需要，還得考慮必要的工藝余塊。加工余量的大小與零件的形狀復雜程度、尺寸精度、表面粗糙度、鍛件材質和模鍛設備等因素有關。過大的余量將增加切削加工量和金屬損耗；加工余量

32、若不足，又會使鍛件廢品率增加。因為鍛件的表面質量和尺寸精度不能直接滿足機械零件的使用要求，所以要在鍛件的表面包覆一層材料，這一層材料就是機加余量，可根據(jù)鍛件的機加表面處的尺寸查錘上模鍛機加工余量與尺寸公差 ，模鍛件的機加余量一般有下列因素組成：z=m+m+h+x/2式中 : z-加工余量(mm)m-精加工的最小余量(mm)m-鍛件的最大錯移量等行為公差(mm)h-表面缺陷（凹坑、脫碳等）層深度(mm)x-鍛件鍛件尺寸的下偏差值(mm)需要增加機加余量的尺寸有：尺寸機加余量鍛件尺寸m401.534660+0.015+0.00836680+0.015+0.008386100+0.015+0.008

33、3106163191723166302330854354403403383341需要增加余塊的尺寸：1. 58 2. 40 3. 8 4. 4-24不需要機加的尺寸：1. 117 2. r30 3. r20 4. r32 5. 107.5確定模鍛件公差的依據(jù):1.鍛件的精度等級。鍛件的精度等級分為普通級（用粗鍛或普通模鍛工藝鍛壓）、半精密級（用普通模鍛或半精鍛工藝鍛壓）和精密級（用精鍛工藝鍛壓），其中精密級鍛件應根據(jù)需要單獨確定鍛件公差。2. 鍛件的質量和公稱尺寸的大小。這里應注意的是長、寬、高尺寸公差如屬外表面尺寸的，其正負偏差值按+2/3和-1/3比例分配；屬內表面尺寸的，其正負偏差值按+

34、1/3和-2/3比例分配。厚度公差則按+3/4，-1/4或+2/3，-1/3的比例分配。3. 鍛件的形狀復雜系數(shù)。根據(jù)前節(jié)所述，形狀復雜系數(shù)s值大小分為四個等級。 4. 鍛件的材質系數(shù)。材質系數(shù)按鍛壓的難易程度也分為四個等級，規(guī)定可鍛性優(yōu)的鋁合金、鎂合金為m0；可鍛性良的低碳、低合金鋼為m1；可鍛性一般的高碳、高合金鋼為m2；可鍛性差的不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、鈦合金為m3。5. 鍛壓工藝類型。主要是指鍛件是在錘上模鍛、曲柄壓力機上模鍛還是在其它設備上模鍛。具體的余量、公差數(shù)值可在有關標準或鍛壓手冊中查找。（3）影響加工余量的因素鍛件需要切削加工的表面均應有足夠的余量,而余量的大小,受下列因素

35、的影響：1. 鍛件的尺寸大小。 鍛件尺寸大，加工余量較大；鍛件尺寸小，加工余量也小。2. 零件的尺寸精度、表面粗糙度要求以及零件的形狀復雜程度。 當尺寸精度和表面粗糙度要求高或形狀復雜時，必須多次加工，此時加工余量就應適當增加。3. 鍛件各類公差對加工余量有影響，尤其應著重考慮錯移、直線度、平面度、同軸度、頂桿壓痕等形位公差。4零件機械加工方法與工藝。機械切削加工零件時，只要求鍛件能保證最小余量即可；電解加工時，則要求有均勻的余量；有中間熱處理工序或零件需經焊接或組合加工時，應留有較多的余量。5鍛件的材料。鋁鎂合金毛坯加熱后氧化少，可減小粗加工余量；鋼和鈦合金鍛件表面缺陷層深，應加大余量。（4

36、）模鍛件公差的定義與分類模鍛件的公差為鍛件最大極限尺寸與最小極限尺寸之差，它可以是具有上下偏差的雙向公差或是只有一向偏差的單向公差。按所代表的技術要素的定義可分為：尺寸公差 包括長度、寬度、厚度、中心距、角度、出模斜度、圓弧半徑和圓角半徑等公差。形狀位置公差 包括直線度、平面度、深孔軸的同軸度、錯移量（鍛件上分模線一側的任一點和另一側的對應點之間不一致的允許值，、剪切端變形量和桿部變形量等。 表面技術要素公差 包括深度、殘留毛邊與毛邊過切量、頂桿壓痕深度和表面粗糙度等。各項公差都不應該互相疊加。（5）模鍛斜度的確定：為便于模鍛件終鍛后從模具型槽中取出，必須將型槽的側壁做成一定的斜度，我們稱之為

37、模鍛斜度或拔模斜度，也叫做出模角，這是因為金屬在也如模具型槽是，是模具產生一定的彈性壓縮，在外力去除以后，模具的彈性恢復，對鍛件的側壁產生很大的壓力，取出鍛件時，就必須克服模具側壁對鍛件的摩擦阻力和鍛件的自重，當模具帶有斜度后，鍛模側壁壓力對鍛件產生一個向上的分力，抵消摩擦阻力，有助于鍛件出模。綜合考慮鍛件的斜度余量，鍛件結構特點，查表結果等因素，我們取鍛件模鍛斜度為7。（6）鍛件圓角半徑的確定：圓角半徑的大小與鍛件的形狀和尺寸有關，鍛件的高度尺寸大的鍛件，圓角半徑也應該加大，為保證鍛件的外圓角有足夠的機加余量可按公式進行計算：r=余量+零件相應處的圓角半徑或倒角也可參照表4-7來進行選取。該

38、鍛件中，我們選取圓角半徑為r3,幾個特殊的機加面交合處的圓角半徑選為r5.跟據(jù)以上結果繪制出該產品的冷鍛件如圖3：冷鍛件的技術要求：1.模鍛斜度7；2.未注圓角為r3；3.未注公差尺寸精度為it14；4.鍛件表面缺陷深度應不大于機加余量的二分之一，非機加表面在公差范圍內；5.鍛件水平和高度公差按照jbzq 4000.7-1986鍛件通用技術條件執(zhí)行；6. 鍛件表面不得有磕碰傷；7.切邊毛刺高度不大于1.5；8.鍛件的水平錯移量不大于1.2。圖3.3 轉向節(jié)冷鍛件圖在設計這個冷鍛件圖的過程中，考慮到80和100尺寸處加上機加余量會使鍛件成一個很小的凸臺，不利于提高模具的使用壽命，所以采取了頂面6

39、6的圓錐底面直接到方形盤的結構，簡化了模具結構，有利于鍛件的成型，也提高了模具的使用壽命；另外由于中間法蘭盤部位的尺寸較薄，僅為16mm,且高度尺寸較大，金屬不易充滿模膛，所以設計熱鍛件圖時，我們把靠近軸的一面的機加面設計成與另一側的毛皮面鍛造斜度相同的形式，這樣就加大了方盤部位的厚度尺寸，便于金屬更好地流動以充滿模膛。如圖：圖3.4熱鍛件圖鍛造斜度（7）模鍛后續(xù)工序模鍛成形后的鍛件還需經過許多后續(xù)加工工序才能成為一個完整的鍛件。如開式模鍛件所帶飛邊，帶孔鍛件中的連皮都需要切除；為了提高模鍛件使用性能，消除殘余應力、改善內部組織結構，需要進行后續(xù)熱處理；對于鍛件表面殘留的氧化皮和鍛造缺陷，需要

40、進行表面清理；而經過一系列后續(xù)工序加工包括往來運輸所造成的模鍛件斷后變形，特別對精度要求較高的鍛件，還必須進行精壓整形等；最后，經過最終檢驗才能成為一個合格的模鍛制件。確定冷、熱切邊；估算切邊力、沖孔力；設計切邊模及沖孔模。3.2.3 熱鍛件圖的設計有了冷鍛件圖，我們就可以根據(jù)它來進行熱鍛件圖的設計，熱鍛件圖是制造鍛造模具型槽的依據(jù)，所以鍛件是否達到冷鍛件的圖紙要求，熱鍛件圖的設計就很關鍵。設計熱鍛件圖要考慮的因素：1.鍛件的終端溫度，鍛件的終鍛溫度的高低決定了冷鍛件的尺寸是否符合冷鍛件圖的要求，鍛件終鍛溫度過高，在冷卻時尺寸冷縮較大，造成冷鍛件尺寸小于冷鍛件要求的尺寸；鍛件的終鍛溫度過低，造

41、成鍛件在模具型腔的金屬流動困難，不易成型，鍛件的內部組織會出現(xiàn)微晶裂紋，單靠增加打擊次數(shù)也會加劇模具的磨損。2.鍛件的冷縮率，根據(jù)具體鍛件的鍛造工藝，判斷終端溫度的高低，再根據(jù)終端溫度選用合適的冷縮率，可以獲得與冷鍛件相符合的鍛件。在該轉向節(jié)鍛件的設計中，我們選冷縮率為1.2%。熱鍛件圖如圖：圖3.5熱鍛件圖其中，圓角半徑不加冷縮率，按冷鍛件的圓角半徑設計。3.2.4鍛件毛坯尺寸的計算（1）鍛件重量的確定：我們利用軟件，對零件體積進行估算得出轉向節(jié)體積約為：4659145.4mm3。所以，鍛件重量為：g=v=7.854659145.4mm3=36.6kg（2）飛邊重量的計算：飛邊槽的選用：飛邊

42、槽作用是：1.增加金屬流出模膛的阻力；2.容納多余的金屬3.鍛造飛邊還能起到緩沖作用，減弱上下模的直接打擊，防止上下模的壓塌和崩裂。通過查閱鍛工手冊5-130圖5-148，表5-37確定使用第一種飛邊形式如圖：圖3.6 飛邊形式及尺寸利用cad的創(chuàng)建面域命令，創(chuàng)建飛邊的面域，點擊工具、查詢命令，測得飛邊的截面積為218.46mm2利用cad中的ucs命令，將坐標系的原點移動至軸的中心與58孔中心線交點的位置，點擊創(chuàng)建面域命令，將轉向節(jié)熱鍛件圖的最大投影面創(chuàng)建面域，點擊查詢命令，查詢面域/質量特性，測得鍛件最大投影輪廓的周長是1671.68mm,所以，飛邊部分的體積為：v飛邊=lf飛邊=218.

43、461671.68=365195.21mm3鍛件飛邊的重量按照充滿飛邊的70%計算，則飛邊的重量為： g飛邊=v飛邊=365195.217.8570%=2.0kg采用兩個火次鍛造，火耗率為5%，則下料重量為：g總=（g鍛+g飛邊）1.05=(36.6+2.0) 1.05=40.5kg所以，鍛件的下料重量為40.5kg。（3）模鍛件所用原材料：體積應包括鍛件本體、鍛造飛邊、連皮、夾鉗料頭、加熱氧化皮的總和，原材料的截面尺寸及長度是計算毛坯體積和重量的基礎，確定毛坯尺寸還要考慮到制坯工步的特點等因素，選擇圓形坯料直徑d和方形坯料的邊長a時，也考慮到在進行墩粗時，坯料不產生彎曲，應使坯料的長度與直徑

44、之比l坯/d坯在1.5-2.2之間。由此，坯料的直徑或邊長有由以下公式確定：d坯=（0.95-0.83）3v坯=0.95340.5/7.85=164.15mm所以，選用直徑160的圓形坯料，坯料的尺寸為1602603.3本章小結 本章重點是轉向節(jié)的工藝設計。首先設計出轉向節(jié)的零件圖，然后確定鍛造的工藝流程，找出鍛造難點，確定最終的工藝方案。下一步是鍛件圖的設計與鍛件毛坯的尺寸計算。在鍛件圖的設計中，我首先確定了鍛件的分模面，然后對冷鍛件圖和熱鍛件圖分別做出設計。最后計算毛坯的體積與重量與飛邊槽的設計與選用。第4章 轉向節(jié)的模鍛設計4.1自由鍛制坯工具的設計鍛造工步圖：圖4.1 鍛造工步圖根據(jù)鍛

45、造工步圖，我們要設計相應的自由鍛制坯工具，包括摔模、胎模、劈料工具等，4.1.1摔軸頸摔模的設計：設計如圖：圖4.2軸部摔模4.1.2劈料胎模的設計：設計如圖：圖4.3 劈料胎模圖4.4壓墊1圖4.5壓墊2圖4.5壓墊34.2 鍛造打擊力的估算和設備的選用合適的選擇模鍛錘的噸位，不但能獲得優(yōu)質鍛件，也能節(jié)省能源，保證模具的使用壽命，由于模鍛的每一次打擊是一個瞬時過程，要獲得準確的理論計算是很困難的，所以生產中是根據(jù)經驗公式或近似解的理論公式來確定設備噸位，也可根據(jù)已經生產鍛件的大小對比來確定設備。在本次設計中，我們是根據(jù)經驗公式來確定設備噸位的，按鍛件在分模面上的投影面積和所鍛造的材料性質來確

46、定設備噸位：g=3.5-6.3kf總 式中g-鍛錘噸位（鍛錘落下部分的總質量）； k-材料系數(shù)，查鍛造工藝學表5-36取鋼種系數(shù)為1； f總-鍛件的總變形面積，包括鍛件的投影面積，飛邊面積的70%，連皮面積。我們利用cad的面域功能，求得：（1）鍛件的投影面積為43373.66mm2；（2）飛邊面積為127769.64-43373.66=84396mm2；（3）總面積為43373.66+843960.7mm2 =102450 mm2；所以g=3.5-6.3kf總面=41024501=409800kn(取中間值4)可以選用5噸模鍛錘進行鍛造。4.3 鍛造模具、切邊模具設計及鍛造工藝編制4.3.1

47、模具壓力中心的計算模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。否則，會使沖模和壓力機滑塊產生偏心載荷，使滑塊和導軌間產生過大的磨損，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。 沖模的壓力中心，可按下述原則來確定：對稱形狀的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。工件形狀相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。 形狀復雜的零件、多孔沖模、 級進模的 壓力中心可用解析計算法求出沖模壓力中心。解析法的計算依據(jù)是：各分力對某坐標軸的力矩之代數(shù)和 等于諸力的 合力對該軸的力矩。求出合力作用點

48、的 座標 位置 o0(x0,y)，即為所求模具的壓力中心4.利用cad中的ucs命令，將坐標系的原點移動至軸的中心與58孔中心線交點的位置，點擊創(chuàng)建面域命令，將轉向節(jié)熱鍛件圖的最大投影面創(chuàng)建面域，點擊查詢命令，查詢面域/質量特性，測得鍛件的質心位置為（x,y）的值為（-80，-9）4.3.2終鍛鍛造模具的設計轉向節(jié)鍛件的形狀較為復雜，單靠自由鍛制坯來完成從原材料到鍛件的材料體積分配是不準確的，另外，分叉部位尺寸變化劇烈，在鍛造時材料變形劇烈，容易產生折疊傷，所以我們在模具上設計增加了一個預鍛型槽，在終鍛前對材料進行一次材料的體積分配，改善金屬在終鍛模膛中的流動情況，這樣就能保證鍛件的各個部分成

49、型充分，避免鍛件出現(xiàn)折疊傷，也會提高終鍛型槽的使用壽命。預鍛型槽四周不開設飛邊槽，但是預鍛時也會有飛邊形成，這個飛邊會起到限制金屬向預鍛型槽外流動的作用，促使金屬充滿預鍛型槽；另外，預鍛時，預鍛型槽是不需要打靠的，因此預鍛時的坯料的高度和斷面積大于終鍛模膛的高度和截面積，在終鍛時尚有部分金屬從終鍛模膛中流出形成飛邊，對模膛內的金屬材料產生流動阻力，促使金屬材料更好地充滿模膛，在中間方盤部位，由于方盤較薄且高度尺寸較大，金屬不易充滿模膛，所以在飛邊的相應位置開設了阻尼溝槽，鍛造時阻滯金屬向外流動，促使金屬充滿模膛。（1）鉗口的設計鉗口是放置鉗子加持坯料的，也是用來取出鍛件的位置，在模具制造后交檢

50、時，由該處注入金屬鹽或熔化的鉛液，待凝固后劃線檢驗，以驗證模具制造尺寸是否正確。圖4.7鉗口的設計（2）預鍛型槽和終鍛型槽的設計如圖：圖4.8預鍛型槽圖4.9終鍛型槽（3）鍛模模塊的設計和燕尾尺寸設計確定模塊尺寸的原則和數(shù)據(jù)，一是根據(jù)模膛的尺寸和數(shù)量進行布排，考慮最小壁厚等因素，得出所必須的模塊最小輪廓尺寸，選取工廠現(xiàn)有的標準模塊中的較大值；模塊尺寸為840840400，燕尾寬度300、高度65、燕尾角度為10。（4）鍛造模具的總體設計圖 圖4.10 鍛造模具總體設計圖4.3.3切邊模具的設計通過上網查找資料，切邊凹模采用碳素結構鋼做凹模的本體材料，采用模具鋼焊條堆焊 圖4.11切邊模具機加的

51、工藝方法，這樣可以節(jié)省昂貴的模具材料，降低鍛造生產成本圖4.12切邊凹模查鍛造工藝學模具的單邊間隙應取0.5，凹模刃口尺寸按照熱鍛件圖的分模線制造，間隙取在凸模上。圖4.13 切邊凸模圖4.14上模板4.3.4鍛造工藝的編制查鍛工手冊2-6表2-3，40cr鋼的始鍛溫度為1200，終鍛溫度800圖4.15鍛造工藝4.4鍛造模具的制造4.4.1鍛造模具的模塊加工模具材料選用國內常見的5crnimo熱做模具鋼，經過自由鍛造而成，經過正火處理，采用刨床或銑床按照設計尺寸制成方形模塊。4.4.2鍛造模具模膛的制造 經過粗加工加工好的模塊，按照傳統(tǒng)的方法可以采用在電火花機床上電火花放電的方法制造，這種方法需要事先制造好用于放電的電火花電極，這種加工方法的缺點是，1.需要制作電極，增加了模具制造的成本；2.制作電極和電火花加工模具的周期較長，模具交付周期也長，不適合當前的市場經濟和市場競爭3.對于一些形狀較復雜的模具，由于電極的制作精度的原因，鍛件的精度不容