萬向節(jié)叉鍛模說明書

1、沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙熱成型模具課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院材料科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè)材料成型及控制工程（模具方向）學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào)設(shè)計(jì)題目萬向節(jié)叉錘鍛模設(shè)計(jì)生產(chǎn)任務(wù)要求：1.設(shè)計(jì)批量：大批量； 2.設(shè)計(jì)精度：普通級(jí)； 3.供選設(shè)備：模鍛錘； 4.設(shè)計(jì)原圖：萬向節(jié)叉零件圖。課程設(shè)計(jì)工作量要求：1.分析萬向節(jié)叉成形性，進(jìn)行相關(guān)的工藝計(jì)算，制定最佳的工藝方案；2.繪制冷鍛圖一張（A1），錘鍛模裝配圖一張（A0）；3.完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份，填寫工藝卡片一張；4.所有圖形用AutoCAD軟件輸出，說明書用Word輸出。進(jìn)度安排： 2010.12.02 12.05 工藝過程設(shè)計(jì)、計(jì)算 12.06 12.18

2、 鍛件圖繪制 12.08 12.12 熱鍛件工藝設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì) 12.13 12.14 撰寫說明書一份，裝配圖繪制，答辯 指導(dǎo)老師（簽字）： 年 月 日學(xué)院院長（簽字）：年 月 日目 錄1零件分析及工藝方案的確定 1 1.1零件分析11.2工藝方案的確定1 2錘上模鍛件的設(shè)計(jì)2 2.1確定分模位置22.2 確定公差和加工余量3 2.2.1 鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù)3 2.2.2 鍛件的質(zhì)量3 2.2.3 鍛件的材質(zhì)系數(shù)4 2.2.4 模鍛件的精度等級(jí)4 2.2.5 確定鍛件公差和余量4 2.2模鍛斜度4 2.3圓角半徑4 2.4技術(shù)條件4 2.5計(jì)算鍛件的主要參數(shù)5 3模鍛變形工步的確定6 3.1

3、繪制計(jì)算毛坯圖6 3.2 制坯工步選擇6 4確定坯料尺寸8 5確定鍛錘噸位10 6錘鍛模型槽設(shè)計(jì)11 6.1 模鍛工步型槽設(shè)計(jì)11 6.1.1 確定毛邊槽形式和尺寸11 6.1.2 確定鉗口11 6.1.3 確定終鍛型槽12 6.1.4 設(shè)計(jì)預(yù)鍛型槽126.2 制坯型槽設(shè)計(jì)13 6.2.1 拔長型槽設(shè)計(jì)13 6.2.2 滾擠型槽的設(shè)計(jì)147鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)158鍛前加熱、鍛后冷卻及熱處理要求的確定168.1確定加熱方式，及鍛造溫度范圍16 8.2確定加熱時(shí)間16 8.3確定冷卻方式及規(guī)范.16 8.4確定鍛后處理方式及要求.16參考文獻(xiàn).1717零件分析及工藝方案的確定1.1 零件分析零件為萬向節(jié)

4、叉，萬向節(jié)叉是叉形件。是用在解決主動(dòng)軸與從動(dòng)軸軸心存在一定角度，允許被連接的零件之間的夾角在一定范圍內(nèi)變化，承受的轉(zhuǎn)矩比較大，工作條件比較繁重，在不平行的情況下起到聯(lián)結(jié)主、從動(dòng)軸的作用的器件，也就是通過萬向節(jié)主動(dòng)軸將力矩傳給從動(dòng)軸。除了汽車的傳動(dòng)裝置，在其他工業(yè)甚至民用傳動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍極為廣泛，基本上，只要有以下情況均可使用： 軸-軸不同心； 軸-軸空間平行不相交或空間平行相交的場(chǎng)合； 軸-軸空間夾角運(yùn)行中變化的場(chǎng)合。1.2 工藝方案的確定對(duì)零件的整體（見圖1.1）形狀尺寸，表面粗糙度進(jìn)行分析：頭部構(gòu)造比較復(fù)雜，只能鍛造出其零件基本外形，其它孔部、球形滑槽及花鍵槽部分均以余塊填充，之后再以機(jī)

5、械加工做出具體形狀，達(dá)到要求的零件形狀；零件的材料為40Cr，材料性能穩(wěn)定。該材料的臨界溫度、熱加工及熱處理工藝參數(shù)可見下表1.1。 圖1-1萬向節(jié)叉零件圖表1.1 40Cr的臨界溫度、熱加工及熱處理工藝參數(shù)牌號(hào)臨界溫度熱加工溫度/退火正火Ac1Ar1Ms加熱始鍛溫度/冷卻方式硬度（HBS）溫度/冷卻方式硬度（HBS）Ac3Ar3Mf終鍛40Cr743782355120011001150825845爐冷207850870空冷250693730-800高溫回火淬火回火溫度/硬度（HBS）溫度/冷卻劑硬度（HRC）各種不同溫度回火后的硬度值（HRC）150200300400500550600650

6、680700207830860油5556555452403728182 錘上模鍛件的設(shè)計(jì)2.1 確定分模位置確定分模面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。使鍛件容易從鍛模型槽中取出，因此鍛件的側(cè)表面不得有內(nèi)凹的形狀，并且使模膛的寬度大而深度小。鍛件分模位置應(yīng)選在具有最大水平投影尺寸的位置上。應(yīng)使飛邊能切除干凈，不至產(chǎn)生飛刺。對(duì)金屬流線有要求的鍛件，應(yīng)保證鍛件有最好的纖維分布。根據(jù)萬向節(jié)叉形狀，采用上下對(duì)稱的直線分型模。2.2確定公差和加工余量 2.2.1 鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù)鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù)S時(shí)鍛件質(zhì)量或體積（Gd，Vd）與其外廓包容體的質(zhì)量或體積（Gb，Vb）的比值，即： (

7、2.1)其中 Vd鍛件體積；Vb外廓包容體的體積；Gd鍛件質(zhì)量；Gb外廓包容體的體積。經(jīng)估算： 查鍛件形狀復(fù)雜程度等級(jí)表1得該鍛件形狀復(fù)雜程度級(jí)別為S3級(jí)，形狀復(fù)雜程度為較復(fù)雜。 2.2.2 鍛件的質(zhì)量鍛件的質(zhì)量可以根據(jù)鍛件圖的名義尺寸進(jìn)行計(jì)算，即： （2.2）查得40Cr的密度為：估算鍛件的體積為673.2cm³，則鍛件質(zhì)量約為 2.2.3 鍛件的材質(zhì)系數(shù) 材質(zhì)系數(shù)按鍛壓的難易程度劃分兩個(gè)等級(jí)，材質(zhì)系數(shù)不同，公差不同。萬向節(jié)叉材料為40Cr ，屬于M1。 2.2.4 模鍛件的精度等級(jí)模鍛件的公差一般為三級(jí)，普通級(jí)、半精度級(jí)和精度級(jí)，此鍛件采用普通級(jí)。 2.2.5 確定鍛件公差和余量

8、根據(jù)鍛件的名義尺寸、質(zhì)量、精度等級(jí)、形狀復(fù)雜系數(shù)以及鍛件材質(zhì)諸因素查找鍛壓手冊(cè)確定長、寬和高度方向的尺寸公差。由表查得:高度公差為，長度公差為 ，寬度公差為。零件需磨削加工,加工精度為F2,由1查得高度及水平尺寸的單邊余量約為2.53.5mm,取3mm。2.3 模鍛斜度 便于模鍛件從型槽中取出，必須將型槽壁部做成一定的斜度，即模鍛斜度。本設(shè)計(jì)中內(nèi)外斜度均采用7°。2.4 圓角半徑 外圓角半徑r=2+零件相應(yīng)處圓角半徑或倒角，內(nèi)圓角半徑R=（23）r，其余部位的圓角半徑取1.5mm4。2.5 技術(shù)條件（1）圖上未標(biāo)注的模鍛斜度7º；（2）圖上未表注的圓角半徑R=1.5mm；（

9、3）允許的錯(cuò)移量0.6mm；（4）允許的殘留毛邊量0.7mm；（5）允許的表面缺陷深度0.5mm； （6）鍛件熱處理:調(diào)質(zhì)HB230260；（7） 鍛件表面清理:為便于檢查淬火裂紋,采用酸洗。2.6計(jì)算鍛件的主要參數(shù)(1) 鍛件在平面上的投影面積為2175.0283mm2;(2) 鍛件周邊長度為727.5086mm ;(3) 鍛件體積為673212.5322 mm3;(4) 鍛件質(zhì)量為5.2847kg。3模鍛變形工步的確定3.1 繪制計(jì)算毛坯圖根據(jù)連桿的形狀特點(diǎn),選取14個(gè)截面,分別計(jì)算F鍛,F毛,F計(jì)列于表3.1,并在坐標(biāo)紙上繪出連桿的截面圖和直徑圖（見附圖）。為設(shè)計(jì)滾擠型槽方便,計(jì)算毛坯圖

10、按冷鍛件尺寸計(jì)算。截面圖所圍面積即為計(jì)算毛坯面積,得 （3.1） 平均截面積： （3.2） 則平均直徑： （3.3）按體積相等修正截面圖和直徑圖（附圖中雙點(diǎn)劃線部分）,修正后的最大截面積為7932mm2,則最大直徑為dmax=100.64mm。3.2 制坯工步選擇計(jì)算繁重系數(shù)，選擇制坯工步 （3.4） （3.5） 由圖4-592知此鍛件應(yīng)采用拔長、滾擠制坯工步。為易于充滿型槽,應(yīng)選圓坯料,再拔長、閉式滾擠。模鍛工藝方案為:拔長閉式滾擠預(yù)鍛終鍛。表3.1 連桿計(jì)算毛坯的計(jì)算數(shù)據(jù)截面號(hào)F鍛/mm2F毛×2/mm2F計(jì)=F鍛+2F毛h計(jì)d計(jì)=1.13o/mm修正F計(jì)/mm2修正d計(jì)/mmh

11、=d計(jì)/mm1050650610.1225.410.820.3321167.0635421521.26 30.43 44.071328.526.80.7520.132232354.22586.251.7257.462374.539.70.7529.7843302354.23656.273.1260.47259364.260.7044.9853754354.24108.282.1668.335132.569.890.962.963964354.24318.286.3674.256676.580.691.0584.7273240354.23594271.8867.8776299.561.0599.

12、29812425354.212779.2255.58127.747932100.641.0510498987.62354.29341.82186.84109.21748197.741.05103.96106647.61354.27001.81140.0494.567050.594.881.05102.19116647.61354.27001.81140.0494.565660.584.091.0588.29122143.37354.22497.5749.9556.483516.567.530.9564.15131963.50354.22281.246.3554.40196449.010.753

13、6.7614050650610.1225.4150625.420.8 20.344確定坯料尺寸 由計(jì)算毛坯截面圖和直徑圖知，由此可得拐點(diǎn)處直徑69.89，桿部錐度 所需坯料截面積： （4.1） （4.2） = （4.3） =1.1×3560.31=3916.341mm因此， （4.4） =88.29根據(jù)原材料規(guī)格，實(shí)際取。燒損率。坯料的體積為： 式中，是作計(jì)算毛坯圖時(shí)按熱鍛件尺寸考慮的，而計(jì)算坯料應(yīng)按冷鍛件尺寸考慮。坯料長度為： （4.5） =122 5確定鍛錘噸位總變形面積為鍛件在平面圖上的投影面積與毛邊面積之和,查參考文獻(xiàn)2表4-14,按23t錘毛邊槽尺寸考慮,假定毛邊平均寬度為

14、30mm,總面積F=24000.2863mm2,按雙作用模鍛錘噸位確定的經(jīng)驗(yàn)公式1.2，確定鍛錘噸位,因汽車連桿件為大批量生產(chǎn),需要高生產(chǎn)率,取較大的系數(shù)6.3取k=1.0,于是 （5.1）則 選用2t錘。 6錘鍛模型槽設(shè)計(jì)6.1 模鍛工步型槽設(shè)計(jì)6.1.1 確定毛邊槽形式和尺寸查2圖4-63選用毛邊槽形式,如圖6.1。圖6.1 毛邊槽其尺寸按表4-14確定；選用毛邊槽尺寸為，見表6.1。 表6.1 毛邊槽尺寸4mm10mm29mm1.5mm153 鍛件毛邊的體積： （6.1） 其中（鍛件毛邊平均截面積）6.1.2 確定鉗口 具體尺寸如圖6.2：圖6.2 鉗口6.1.3 確定終鍛型槽終鍛型槽是

15、按熱鍛件圖加工和檢驗(yàn)的，連桿材料為40Cr,考慮收縮率為1.5%。繪制熱鍛件圖。6.1.4 設(shè)計(jì)預(yù)鍛型槽由于鍛件復(fù)雜,須設(shè)置預(yù)鍛型槽。在叉部采用劈料臺(tái)2，如圖6.3。 （6.2） （6.3）圖中。圖6.3 劈料臺(tái)在工字形截面的桿部,輻板較薄且寬,為防止終鍛時(shí)鍛件產(chǎn)生折紋,應(yīng)使預(yù)鍛型槽面積稍小于或等于終鍛型槽相應(yīng)處的橫截面積(不計(jì)預(yù)鍛打不靠的橫截面積)。預(yù)鍛型槽沿分模面處的圓角半徑增大至R=5mm,預(yù)鍛型槽其余與終鍛型槽不同的地方均在熱鍛件圖上標(biāo)明。6.2 制坯型槽設(shè)計(jì)6.2.1 拔長型槽設(shè)計(jì)1.拔長型槽結(jié)構(gòu)形式的確定采用開式直排式拔長型槽，其結(jié)構(gòu)形式如圖5.4所示：圖6.4 拔長型槽結(jié)構(gòu)尺寸2

16、.拔長型槽尺寸設(shè)計(jì) （1）拔長坎高度 （6.1） 式中：計(jì)算毛坯桿部體積（mm3）； 計(jì)算毛坯桿部長度（mm）； 系數(shù)，查得取=0.85。代入得 （2）拔長坎長c, （6.2）式中：毛坯直徑（mm）； 系數(shù)，取為=1.3。代入得 （3）型腔寬度B （6.3）代如得 （4）半徑 （6.4） （6.5）（5）倉部深度e （6.6） （6）型槽長度L （6.7）6.2.2 滾擠型槽的設(shè)計(jì) 采用閉式滾擠。（1） 型槽的高度，計(jì)算結(jié)果列于表2.1中，按各截面的高度值繪出滾擠型槽縱剖面外形，然后用圓弧或直線光滑連接，并適當(dāng)簡(jiǎn)化。（2） 型槽寬度為：桿部： （6.8）頭部： （6.9）所以取桿部頭部寬度均為

17、110mm。（3） 槽長度等于計(jì)算毛坯圖的長度。（4） 鉗口與毛刺槽尺寸見裝配圖7鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1. 型槽布置方式：有兩個(gè)制坯型槽，布排型槽應(yīng)以終鍛型槽為中心左右布置。2. 模塊尺寸的選擇：1）承擊面：查表得，3噸錘的最小承擊面為700cm2 ,承擊面積為模塊在分模平面上的面積減去各型槽，毛邊槽，鎖扣和鉗口所占面積。經(jīng)計(jì)算符合要求。 2）模塊高度：模塊高度根據(jù)型槽最大深度和鍛錘的最小閉合高度確定。這是由于上下模塊的最小閉合高度應(yīng)不小于鍛錘允許的最小閉合高度，查資料得鍛錘的最小閉合高度為700 mm。經(jīng)上確定模塊的規(guī)格為B= 470mm; L=740mm。 3. 燕尾槽、起重孔等尺寸按標(biāo)準(zhǔn)選取，

18、具體見裝配圖。8 鍛前加熱、鍛后冷卻及熱處理要求的確定8.1 確定加熱方式，及鍛造溫度范圍 在鍛造生產(chǎn)中，金屬坯料鍛前加熱的目的：提高金屬塑性，降低變形抗力，即增加金屬的可塑性，從而使金屬易于流動(dòng)成型，并使鍛件獲得良好的組織和力學(xué)性能。金屬坯料的加熱方法，按所采用的加熱源不同，可分為燃料加熱和電加熱兩大類。根據(jù)鍛件的形狀，材質(zhì)和體積，采用半連續(xù)爐加熱。 金屬的鍛造溫度范圍是指開始鍛造溫度（始鍛溫度）和金屬鍛造溫度（終鍛溫度）之間的一段溫度區(qū)間。確定鍛造溫度的原則是，應(yīng)能保證金屬在鍛造溫度范圍內(nèi)具有較高的塑性和較小的變形抗力。并能使制出的鍛件獲得所希望的組織和性能。查有關(guān)資料確定鍛件的始段鍛溫度為1200，終鍛溫度為800。8.2 確定加熱時(shí)間 加熱時(shí)間是坯料裝爐后從開始加熱到出爐所需的時(shí)間，包括加熱個(gè)階段的升溫時(shí)間和保溫時(shí)間。在半連續(xù)爐中加熱，加熱時(shí)間可按下式計(jì)算： 式中 D坯料直徑或厚度（cm） 鋼化學(xué)成分影響系數(shù)，取0.13（h/cm）;8.3 確定冷卻方式及規(guī)范 按照冷卻速度的不同，鍛件的冷卻方法有3種：在空氣中冷卻，冷卻速度快；在灰沙中冷卻，冷卻速度較慢；在爐內(nèi)冷卻，冷卻速度最慢。根據(jù)本鍛件的形狀體積大小及鍛造