花键轴叉锻造工艺课程设计

花键轴叉锻造工艺设计姓名：XXX指导老师：郑传林学号：100118024班级：10材料日期：2013.6.18目 录任务书 1一、摘要3二、零件分析及工艺方案设定31、零件分析32、确定工艺方案3三、绘制锻件图41、分模面选择42、确定模锻件机械加工余量及公差43、确定锻件模锻斜度54、确定锻件圆角半径55、绘制锻件图及计算锻件基本参数5四、确定变形工艺及锻比51、确定合适的锻造比52、确定锻造工序5五、确定坯料质量及尺寸61、坯料尺寸62、坯料质量6六、选择锻造设备及吨位6七、确定锻造温度范围、加热冷却及热处理规范71、确定锻造温度范围72、确定加热规范及火次73、确定热处理规范74、确定冷却方法及冷却规范7八、总结参考文献8 / 88 / 8一、 摘要锻造包括自由锻和模锻。自由锻是利用冲击功或压力使金属在上、下砧之间产生变形，以获得锻件的方法。模锻是把热塑性金属坯料放在具有一定形状和尺寸的锻模模膛内承受冲击功或静压力产生塑性变形而获得锻件的加工方法。本次课程设计介绍了花键轴叉的锻造工艺流程，这是我们在学习了材料成型工艺等专业课后的一个实践教学环节，让我们对所学的理论知识有了一个更加清晰地认识。在老师的指导下，初步掌握了一个锻件从坯料到成型零件所要经过的各项工序。同时也提高了自己查阅有关机械手册、图表的能力，以及增强了自己对一些绘图软件的掌握，为我们今后的毕业设计以及工作都奠定了一定的基础。另外，此次课程设计中由于自己能力有限，经验不足，设计中出现错误还请老师给予指导。二、 零件分析及工艺方案设定1、 零件分析零件为轴叉类零件，因此锻造的目的不是侧重于成形、减少加工余量，而是侧重于提高锻件的力学性能。同时对零件整体分析，结合零件表面粗糙度，该零件材料选用45钢，材料性能稳定。2、确定工艺方案该零件是带有叉形的长轴类锻件，而且属于中小型锻件，结合生产批量要求，生产设备，制模能力等进行全面分析，决定采用锤上模锻进行锻造。三、 绘制锻件图1、 分模面选择分模面是锻件上、下两部分的分界面。分模面的位置和形状选择正确和否，会影响到锻件成形、锻件出模、锻件质量、材料利用率和锻模、切边模制造的复杂程度等。且锻件分模面的选择原则有如下：1）选择最大水平投影面；2）具有良好的冲填成形效果，金属流动阻力小；3）可使锻件容易从模膛中取出；4）上、下模膛内坯料力求对称分布；5）深度大致相同，且模膛最浅。锤锻模一般只设一个分模面。根据此零件的结构分析，该零件的分模面选择如下图：2、确定模锻件机械加工余量及公差 1）、初步确定锻件重量及尺寸：由零件估算此锻件质量为20KG。该锻件选用45号钢。计算锻件外包容体质量Gb=1214241907.876.03；所以根据公式S=Gd/Gb=20/76.030.26。查教材表7-1得锻件形状复杂在0.160.32之间，形状复杂程度为比较复杂，级别为级.2）、选择锻件材质系数M查教材材质系数分为2级，M1为最高含碳量小于0.65的碳钢或合金元素总含量小于3.0的合金纲，此锻件的材料为45号钢，所以材质系数为M1级。锻件的机械加工余量的确定和锻件形状的复杂程度、成品零件的精度要求、锻件的材质、模锻的设备、工艺条件、热处理的变形量、校正的难易程度、机械加工的工序设计等许多因素有关，不能笼统的说多大的余量最适合。机械加工余量也并不是越小越好，为了将锻件的脱碳层和表面的细小裂纹去掉，留有一定的加工余量是有必要的。3）、公差模锻件公差代表模锻件要求达到的精度。就尺寸而言，是锻件工程尺寸允许的偏差值。对公称尺寸所允许的增大值叫做正公差，对公称尺寸允许的减小值叫做负偏差。钢质模锻件公差在GB/T123622003中已有规定。主要的公差项目有：长度、宽度、高度公差、错差、残留飞边公差、厚度公差、直线度、平面度公差等。由上考虑锻件要求查表GB/T12362-2003确定锻件锻件机械加工余量和公差，在水平方向单边余量为3mm，高度方向锻件的单边余量为3mm，锻件的内径单边余量为3mm. 水平方向锻件公差为5.0+3.3-1.7在高度方向锻件的公差为3.6+2.4-1.2+1.5 -0.7；锻件的内径公差为-2.2+1.5 -0.7。3、确定锻件模锻斜度为使锻件成形后顺利地自模膛中取出，锻件侧表面上必须带有斜度，称为模锻斜度。模锻斜度可以是锻件侧表面上附加的斜度，也可以是侧表面上的自然斜度。锻件外壁上的斜度称为外模锻斜度（）；锻件内壁上的斜度称为内模锻斜度（）。而且模锻斜度（）越大，取出力F就越小。大到一定值后锻件会自行从模膛中脱开。但是由于的加大会增加金属的消耗和机械加工余量，同时，模锻时金属所受的模壁阻力也越大，使金属充填困难。因此，在保证锻件顺利取出的前提下，模锻斜度应尽可能取小值。钢质模锻件的模锻斜度可按GB/T123612003“钢质模锻件 通用技术条件”的规定确定。因此，此花键轴叉锻件的内模锻斜度为7，外模锻斜度为5。4、确定锻件圆角半径模锻时，为了利于金属在膛腔内流动，增加锻件强度，并避免锻件被撕裂或纤维组织被拉断，以减少模具的磨损和裂纹，锻件上所有面和面的相交处，均必须采用圆角过渡形式，不允许呈尖角状。且内圆角半径R应比外圆角半径r小，一般可取R=（23）r，而外圆角半径r=加工余量+零件圆角半径（或倒角）。对于刚模锻件的外圆角半径r约取1.512mm，并随模膛深度增加，r值增加。通常为了便于选用标准刀具，外圆角半径r应按下列标准选定：1,1.5,2,3,4,5,6,8，10,12,15,20,25,30.圆角半径和锻件形状和尺寸有关。锻件高度尺寸大，圆度半径也应增大，其值可按GB/T123612003“钢质模锻件 通用技术条件”的有关规定确定。另为保证锻件凸角处的最小余量，有倒角时，取r=余量+零件的倒角值；无倒角时，取r=余量。因此，对此锻件，外圆角半径r取3mm，内圆角半径R=（23）r6mm。5、绘制锻件图及计算锻件基本参数锻件图是在零件图的基础上，加上机械加工余量、余块或其它特殊留量后绘制的图形。图中锻件外形用粗实线表示，零件外形用双点划线表示，以便区别各处的加工余量是否满足要求。锻件的公称尺寸和公差标注在尺寸线的上面，而零件的尺寸标注在尺寸线下面的括号内。锻件在平面上的投影面积S为37087.45mm2; 锻件的周边长度1273.30mm；锻件的体积=2754088mm3；质量M=21.5kg，锻件的长度为430mm。四、 确定变形工艺及锻比1、确定合适的锻造比锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法。 锻造比以金属变形前后的横断面积的比值来表示。由于锻造比大小可反映锻造对锻件组织和力学性能的影响，因此在制订变形工艺时，选择适当的锻造比是十分重要的。对于钢材或钢坯等轧材为坯料的锻件，锻比Y11.3；而采用钢锭为坯料的大型锻件，则锻比通常取Y=2.55。对于该花键轴叉的锻比为1.2.2、确定锻造工序1、备料工序 根据锻件规格尺寸要求将原材料切割成单件的原毛坯。2、加热工序 根据变形工序要求的加热温度，加热原毛坯或中间坯料。3、变形工序 对于该花键轴叉长轴部分可以通过拔长、滚圆以及切料头等工序；而对于头部的叉形可以通过劈料台劈料成形。4、锻后工序 包括切边、热处理、校正、表面清理、磨残余毛刺、精压等5、检验工序 对最终的锻件进行锻件几何形状尺寸、表面质量、金属组织和力学性能的检验等五、确定坯料质量及尺寸1、坯料尺寸根据坯料的制坯工步采用圆形坯料。该锻件属于长轴类锻件，根据材料成形工艺设计一书中介绍长轴类锻件尺寸计算方法。通常用锻件最大截面积S锻max并考虑锻比Y、修正量等选取坯料尺寸，即：S坯Y*S锻max=1.212667.69=15201.22mm式中 ：Y锻比；S坯钢锭小头截面积，圆料直径D=1.13；S锻max锻件的最大截面积（mm）。初步计算其直径D=139.32mm，根据材料成形工艺设计一书中表（311）取标准直径=140mm。查表取烧损率=2%，在室内煤气炉中加热。钳头长度=1/3=47mm所以坯料长度=V坯/S坯=212mm。2、坯料质量根据金属成形工艺设计一书中对坯料质量的计算：m坯料=m锻+m烧+m头由任务书中锻件烧损质量为锻件质量的2.0%；V头=SL=3.14（140/2）247=723142mm3 ；M头=V=7.8723.142=5.64kg计算的m坯料=21.5+21.52.0%+5.64=27.57kg六、 选择锻造设备及吨位选用适当的模锻设备时获得优质锻件、节省能量和保证正常生产的重要条件。锤上模锻所用的设备有空气锤、蒸汽空气锤、无砧座锤和高速锤等，该锻件属于中小型锻件，无其它特殊要求，故该模锻锤选用空气锤。模锻吨位选择的主要依据是模锻变形过程所需要的力能。但是模锻变形过程受到许多因素的复杂影响，在生产上多采用经验公式或近似的理论公式来确定设备吨位。根据模锻工艺和模具设计一书中经验公式G=(3.56.3)kS件式中 S件锻件在分模面上的投影面积，cm2 K材料钢种系数，k=0.91.5，高强度钢材选用大系数； 3.56.3生产率要求不高或锻件形状简单的锻件取小值，反之取大值。该锻件S=37131.9mm2 ,k取1.2，（3.56.3）取5。代入公式求得：G=51.2S=2227.99kg根据计算结果可选用3t模锻锤。七、 确定锻造温度范围、加热冷却及热处理规范。1、 确定锻造温度范围确定锻造温度的基本原则，是保证金属材料在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形能力，能锻出优质锻件。并且确定的锻造温度范围较宽，使坯料加热次数较少，以获得较高的锻造生产率。根据金属成形工艺设计一书中查表（3-16）该锻件为45钢，可知该锻件的始端温度为1200，终端温度800，锻造温度范围为600400。2、 确定加热规范及火次确定加热过程不同时期的加热炉温、升温速度和加热时间时，首先考虑钢材断面尺寸，其次考虑钢的成分及有关性能，如塑性、强度、导热及膨胀系数、组织特点和加热变化，以及坯料的原始状态。对于导热性好、直径小于150200mm的碳素结构钢，采用一段式加热规范。材料塑性较好，所以采用堆放空冷为好。3、 确定冷却方法及冷却规范锻件在锻后冷却时，按冷却速度有空冷、坑冷和炉冷等方法。通常中小型碳钢和低合金钢锻后均采取冷却速度较快的空冷；碳素工具钢、合金工具钢及轴承钢等锻后先用空冷、鼓风或喷雾快速冷却到700，然后再将锻件放入坑中或炉中缓冷。根据本锻件的材料性能以及尺寸形状等要求，该锻件选择在空气中冷却。4、 确定热处理规范锻件常规热处理大多是当锻件冷却到室温后，再按工艺规程将锻件由室温重新加热进行热处理。而锻件余热热处理则是在锻后利用锻件自身热量直接进行淬火或正火热处理。通常将锻件和热处理紧密结合在一起，起到形变强化和热处理双重作用，使锻件既获得高强度和高塑性综合力学性能，又经济实用并减轻劳动强度，是单一锻压加工和热处理所达不到的新工艺方法。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，以利于锻件进行切削加工，消除锻件内应力，细化晶粒等。该花键轴叉锻件在使用中需要有良好的综合性能，因此根据金属热处理原理和工艺书中要求该锻件进行调质处理，淬火温度830860，油冷；随后高温回火温度500520，水冷。八、 总结通过本次对花键轴叉的工艺锻造设计，让自己对模锻的工艺流程有了一定的认识，使自己在课堂上学到的理论知识在本次设计实践中得到了一定的锻炼。同时在本次课程设计中也锻炼了自己查阅各种书籍资料、机械技术手册的能力，使自己独立解决设计过程中遇到的问题，而且在这次设计过程中，自己也深刻认识到在专业知识上的匮乏，使自己明白今后的学习重点。再次感谢和自己合作的同学和指导老师。参考文献1材料成形工艺周述积、侯英玮、茅鹏著编，机械工业出版社，20052锻压模具简明设计手册郝斌海编，化学工业出版社，20053金属成形工艺设计王爱珍主编，北京航空航天大学大学出版社，20094金属热处理原理和工艺王顺兴主编，哈尔滨工业大学出版社，20095模锻工艺和模具设计张海渠编，化学工业出版社，2009