机械毕业设计（论文）-齿轮的锻模设计【全套图纸】

1 陕陕西航空西航空职业职业技技术术学院学院 设 计 说 明 书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 2 目录 前言3 制件的工艺性分析4 根据零件图制定锻件图：5 1.确定分型面.5 2.加工余量及公差.6 3 20CrMnTi 钢的材质系数为 M1。 9 4 计算加工余量及公差。 .9 5 技术条件 9 6 模锻斜度10 7 圆角半径10 设计冲孔连皮.10 校核.12 设计终锻模膛.13 1.绘制齿轮热锻件图14 2. 计算设计飞边槽的尺寸 15 3.钳口的确定16 确定终锻模设备吨位.18 1.热模锻曲柄压力机的确定18 2. 公称吨位的确定 18 3. 压力吨位的计算 19 4.锻锤吨位的确定19 设计制坯模膛.21 确定坯料长度.22 锻模结构设计：.24 1、模膛布置 24 2、错移力的平衡和锁扣的设计 25 3、模块尺寸及要求 25 模锻工艺流程：.27 修整工序.27 3 锻模使用时必须注意的问题：.29 小结：.29 参考文献：.30 前言 在现代机械制造业中，模具工业已成为国民经济中一个非 常重要的行业。许多新产品开发和生产在很大程度上依赖于模 具的设计与制造技术，。模具设计与制造能力的强弱与水平的 高低，已成为衡量一个国家机械知道水平的重要标志之一，它 关系着产品质量和经济效益的提高，直接影响了国民经济中许 多行业的发展。 锻造工艺不仅能合理利用金属的塑性，省时节能地获得产 品的形状，而且还能改变金属的内部组织，提高原始金属本身 的承载能力，进而收到节材的效果。 模锻工艺是在自由锻工艺基础上发展起来的一种先进工艺。它 是将金属加热，使其具有较高的塑性，然后置于锻模模膛中， 有锻造设备施加压力，是金属发生塑性变形并充填模膛，得到 所需形状并符合技术要求的模锻件。 在经济发达国家中，模锻件平均占锻件总质量的百分之七 4 十以上，因此，模具在生产中所占比重，在某种意义上代表了 这个国家经济发展水平，是工业发达程度的标志之一。 制件的工艺性分析 ? 168(分度圆直径） 两端 两端 （制件图） 由图可知，该零件为锤商模锻件，普通级精度，用室式油炉加 热，该零件材料为 20CrMnTi，齿轮零件的最大厚度为 55mm，最小厚 度为 9mm。该齿轮零件属于圆盘零件，锤锻时打击力方向上坯料轴 线方向一致，金属沿长宽高方向同时流动。对于体积小，形状简单 的圆盘类零件，可由原始坯料直接终锻成形。 由图知，该齿轮零件中心有一个直径为 50 的通孔。而模锻不 能锻出通孔，只能锻出不通孔。对于内孔大于等于 25mm 的锻件模锻 时不能直接锻出通孔，在分模面上留有一层较薄的金属连皮，在随 后的冲孔工序中再将其冲掉，若连皮太薄，锻中容易出现锻不足， 5 和要求过大的打击力。从而导致模膛凸凹部分磨损加大。虽然有助 于克服上述现象，但重除连皮困难致使锻件变形且浪费材料。 1. 制件的技术要求 （1）未注外圆角半径 r=3 未注内圆角半径 R=5 （2）未注外模锻斜度 =5未注内模锻斜度 =7 （3）允许残留飞边公差为 1.0 （4）允许错公差为 1.0 根据零件图制定锻件图： 1.确定分型面 锻模的分模面是指上下锻模的分接面。分模轮廓线是指种锻模膅分 模面与锻件轮廓交线。分模面的选择应按以下原则进行。 6 （1）要保证模锻件能从模膛中顺利取出，并使锻件形状尽可能与零 件形状相同，一般分模面应选在模锻件最大水平投影尺寸的截面上， 如图 2-27 所示。 （2）按选定的分模面制成锻模后，应使上下模沿分模面的模膛轮廓 一致，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象。如图 2-27 所示，若选-面为分模面，就不符合此原则。 （3）最好使分模面为一个平面，并使上下锻模的模膛深度基本一致， 差别不宜过大，以便于均匀充型。 （4）选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。如图 2-27 所示， 若将面选作分模面，零件中间的孔不能锻出，其敷料最 多，既浪费金属，降低了材料的利用率，又增加了切削加工工 作量，所以该面不宜选作分模面。 （5）最好把分模面选取在能使模膛深度最浅处，这样可使金属很容 易充满模膛，便于取出锻件，如图 2-27 所示的面就不适 合做分模面。 按上述原则综合分析，选用如图 2-27 所示的面为分模面最合 理。 图 2-27 分模面选择比较 7 2.加工余量及公差 模锻件水平方向尺寸公差见表 2-6。模锻件内、外表面的加工余量 见表 2-7。 表 2-6 锤上模锻水平方向尺寸公差（mm） 模锻件 长 （ 宽） 度 63160 160250 250400 4001000 10002500 大于 至 加工余量 Z1 25 1.5 1.5 1.5 1.5 2.0 2.5 25 40 1.5 1.5 1.5 1.5 2.0 2.5 8 40 63 1.5 1.5 1.5 2.0 2.5 3.0 63 100 1.5 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 1）估算锻件质量 mf。预选加工余量为 2.5mm，计算锻件体积。将锻 件分解为简单的几何体相加减，取锻模斜度中间值（预设内模 锻斜度为 =5，内模锻斜度 =7），圆角半径忽略不计。 这样，将齿轮锻件分解为各个圆柱体相加减。 实心体：V1=/4（180233+66227） =1054644mm3 大孔：V2=/4（45260） =106313mm3 则 Vf= V1 -V2-V3 =697024mm3 锻件质量 mf=Vf密度=6970247.810310-9kg =5.600kg 2）计算形状复杂系数 S。该齿轮外廓包容体为一圆柱，直径为 180mm，高为 60mm。 外廓包容体体积为 Vn=（/4）180260 9 =1701000mm3 按式 S= Vf/VN=0.410 该齿轮系数为 S2级。 3 20CrMnTi 钢的材质系数为 M1。 4 计算加工余量及公差。 175mm：（175+22.5）=180mm 7 . 1 8 . 0 144mm：（144 -22.5）=139mm 5 . 1 0 . 1 9mm：（9-2.22）=4.6mm 查表 5-2 和表 5-5 55mm：（55+2.2+2.5）mm=59.5mm 28mm：（28+2.0+2.5）mm=32.5mm 10mm：（10+2.22）mm=14.4mm 查表 5-3 和表 5-4 50mm：（50-22.5）mm=45mm 60 为终锻件面。9 为暴露尺寸切不考虑加工余量。由表 5-4 可查 出残余飞边余量公差为 1.0mm。错差公差为 1.0mm。 10 5 技术条件 （1）图上未注明模锻斜度 5； （2）图上未注明圆角半径 R3； （3）查锻件模具简明设计手册表 5.18 知允许的错差量 1.6mm； （4）查锻件模具简明设计手册表 5.18 知允许的残留飞边量 1.7mm； （5）允许的表面缺陷深度1.0mm； （6）锻件热处理：正火达到 HRC3236； （7）锻件表面清理：抛丸。 6 模锻斜度 为便于从模膛中取出锻，模锻件上平行于锤击方向的表面必须具有 斜度，称为模锻斜度，一般为 515之间。取外模锻斜度 =7度，内模锻斜度为 10。 7 圆角半径 11 查表 5-7 和 5-8，考虑制件倒角值和加工余量，r=余量+零件的 倒角值=3.0mm 取外圆角半径 r=3mm, r=余量+零件的倒角值=5mm 内圆角半径 R=5mm。 设计冲孔连皮 由于锤上模锻时不能靠上、下模的突起部分把金属完全排挤掉， 因此不能锻出通孔，终锻后，孔内留有金属薄层，称为冲孔连皮 （图 2-24），锻后利用压力机上的切边模将其去除。常用的连 皮形式是平底连皮，如图 2-30 所示，连皮的厚度 t 通常在 48mm 范围内，可按下式计算： S=0.45+0.6 525 . 0 hdh =0.455+0.67.746 =2.25+4.648 =6.898mm 7mm 式中 d锻件内孔直径，单位为 mm； h锻件内孔深度，单位为 mm； 12 连皮上的圆角半径 R1，可按下式确定： 按式（5-5） R=R+0.1h+2 =5+0.160+2 =13mm 孔径 d25mm 或冲孔深度大于冲头直径的 3 倍时，只在冲孔 处压出凹穴。上述各参数确定后，便可绘制锻件图。分模面选在 锻件高度方向的中部。由于零件轮辐部分不加工，故无加工余量。 图中内孔中部的两条直线为冲孔连皮切掉后的痕迹。连皮圆角半 径应大于内圆角半径，所以取 R=14mm 校核 实心体：V1=/4（180232.5+66227） 1024286mm3 大孔：V2=/4（45260） =106313mm3 小孔：V3=/4（1392-662）92 13 =251307mm3 则 V锻=V1-V2-V3=666666mm3 m锻=6666667.810310-9kg =5.356kg S=666666/1701000=0.39 ? 168(分度圆直径） 两端 两端 该齿轮形状一般，系数均为 S2级则锻件图留取的机械加工余 量是合理的 设计终锻模膛 终锻型槽是各种型槽中最重要的型槽，用来完成锻件最终成形， 终锻件型槽按热锻件图制造和检验。所以终锻模膛设计的主要内容 是绘制热锻件图，供制造模膛用，热锻件图以冷锻件图为依据，热 14 锻件图的尺寸标注，高度方向尺寸以分模面为基准，以便于锻模机 械加工和准备检验样板。其次考虑到金属冷缩现象，热锻件图上所 有的尺寸应计入收缩率，即： L=l（1+） L热锻件尺寸 l冷锻件尺寸 终锻温度下金属的收缩率 钢的收缩率一般为 0.8%1.5%，此锻件考虑收缩率为 1.5%。 则可计算出热锻件图各尺寸，模锻斜度和内外圆角的尺寸与冷锻件 图相同，于是可绘出热锻件图，如图 3 所示 由于此锻件形状并不复杂，所以并不需要设置预锻模膛。 1.绘制齿轮热锻件图 注：终端温度与锻件的收缩率 20CrMnTi 属于渗碳钢均属于钢即 以 为（1.21.5） 180（1+0.015）mm=182.7mm 139（1+0.015）mm=141.0mm 39（1-0.015）mm=38.4mm 33（1+0.015）mm=33.5mm 9（1+0.015）mm=18.3mm 15 66（1+0.015）mm=67.0mm 168（1+0.015）mm=170.5mm 33/2（1+0.015）mm=170.5mm (60-33/2) （1+0.015）mm=44.2mm 绘制热锻件图： 2. 计算设计飞边槽的尺寸 飞边槽的作用： 增加金属流出模膛的阻力，迫使金属充满模膛； 容纳多余金属； 锻造时飞边起缓冲作用，减弱上下模的打击，防止模具 的压塌与开裂。 （1） 按照锻件在水平面上的投影面积。 （2）也可按锻锤吨位确定毛边槽尺寸 16 A=/4D2=/4180180mm2 h飞=0.015=2.39mmA 查 5-9 取 6 号第二组 h飞=3.0mm h1=5mm；r=2.5mm；b1=32mm；A飞=233 3.钳口的确定 （1）钳口设计 钳口终锻和预锻模膛前方，由夹钳口与钳口颈部两部分组成，夹 钳口尺寸主要依据夹钳尺寸和料头直径而定，应保证夹料钳子能自 17 由操作。 通常在模膛前端设计有钳口，钳口与模膛相通的沟槽称为浇口， 钳口主要用来容纳夹持坯料的夹钳和便于锻件从模膛中取出，经研 究故选用钳口。 其优点是制造方便，钳口尺寸根据钳夹进行选用。见表 5- 11. d=(d1+d2)/2 由上计算知 D=100mm (1) 镦粗台高度 h h=4V 坯/DD 故 h=35mm (2)C、C1 与 C2 尺寸 边缘距离 C:C=10-15 取 C=10mm 至锁扣距离 C1:C1=5-10 取 C1=5mm 右侧与右边距离 C2:C2=15-20 取 C2=20mm (3)边缘圆角 R：R=8-10 R=8mm 2、错移力的平衡和锁扣的设计 此锻件分模面为水平分模，在锻模模块上设置锁扣，使上下块 在锤击过程中互相锁住，从而克服或消除锻件错移。 短轴类锻件多采用圆形锁扣，以便控制锻件错移力。查锻压模具 简明设计手册表 7.29 得锁扣高度 H=25mm，最小宽度 35mm，锁扣 侧面间隙为 0.3mm，锁扣其余尺寸见图 4。 =12，=5，R1=3mm，R2=5mm 3、模块尺寸及要求 模块尺寸除了与型槽数、型槽尺寸、排列方式和各型槽间的最 小壁厚有关外，还需考虑设备的技术规格。 、承击面，承击面积为模块在分模平面上的面积减去备型槽、 26 毛边槽、锁扣和钳口所占面积。承击面积一般按经验公式 S=（30- 40）G，计算式中 S 单位为 cm2，G 为锻锤吨位，单位为 KN。 可查锻压课本 P154 表 4-29 得最小承击面积为 300cm2 、模壁厚度，由模膛到模块边缘，以及模膛之间的壁厚都称为 模壁厚度，模壁厚度在保证足够强度的情况下应尽可能减小。 根据锻压课本 P152 图 4-113 可初步确定模壁厚度为 50mm 、模块宽度，为保证模锻不与锤的导轨相碰，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 度也要求至少超出燕尾每边 10mm，燕尾中心线到锻模边缘的最小尺 寸为 B1 +10（mm） B 2 、模块高度，锻模高度根据型槽最大深度和锻模最小闭合高度 确定。模块最小闭合高度 Hmin 应根据型槽最大深度 h 确定，上下模 的最小闭合高度加上过度垫模的高度应不小于锻锤要求的最小装模 高度，通常 H 模=（1.351.45）Hmin。 查查锻件模具简明设计手册P173 表 7.31 和课本 P155 表 4-30 可知 Hmin=320mm。 、模块长度，根据模膛长度和模壁厚度确定。 、模块质量，为保证锤头运动性能，上模块最大质量不得超过 锻锤吨位的 35%。 、锻模检验角，是锻模上两个加工侧面所构成的 90角，这 两个侧面带一般刨进深度 5mm，高度 50100mm。 由以上要求及已知条件，模块尺寸确定的原则是根据锻模中模膛的 27 数量和尺寸进行布排，得出做必需的模块最小轮廓尺寸，然后选取 标准中相近的较大值 锻模中心与模块中心的偏移量 s1.4 锻模允许的最小承击面为分模面减去模膛和飞边槽的面积 承击面 F 约 410cm2 大与 1t 锤允许的最小承击面 300 cm2确定模块 宽度 250mm 高度 300mm 长度 325mm 5、模块材料 上模 5CrNiMo 下模 5CrNiMo 6、燕尾槽尺寸 宽度 b=250mm 高度 h=50.5mm 模锻工艺流程： 1、下料：3200KN 型剪机热剪切下料； 2、加热：连续式煤炉 12501300； 3、模锻：1t 模锻锤，镦粗模锻切断； 4、热切边：P=MG=(8001000KN/t)G=1000KN 切边压力机； 5、磨毛刺：砂轮机； 6、热处理：正火达 HRC32-36； 28 7、酸洗：酸洗槽，去除氧化皮。 8、冷精压：10000KN 精压机； 9、表面清理：抛丸； 10、锻件品质检验。 修整工序 坯料在锻模内制成模锻件后，还须经过一系列修整工序，以保 证和提高锻件质量。修整工序包括以下内容。 （1）切边与冲孔 模锻件一般都带有飞边及连皮，须在压力机上进 行切除。 切边模如，由活动凸模和固定凹模组成。凹模的通孔形状与锻 件在分模面上的轮廓一致，凸模工作面的形状与锻件上部外形相符。 冲孔模，凹模作为锻件的支座，冲孔连皮从凹模孔中落下。 （2）校正 在切边及其它工序中都可能引起锻件的变形，许多锻件， 特别是形状复杂的锻件在切边冲孔后还应该进行校正。校正可在终 锻模膛或专门的校正模内进行。 （3）热处理 目的是消除模锻件的过热组织或加工硬化组织，以达 到所需的力学性能。常用的热处理方式为正火或退火。 （4）清理 为了提高模锻件的表面质量，改善模锻件的切削加工性 29 能，模锻件需要进行表面清理，去除在生产中产生的氧化皮、所沾 油污及其它表面缺陷等。 （5）精压 对于要求尺寸精度高和表面粗糙度小的模锻件，还应在 压力机上进行精压。精压分为平面精压和体积精压两种。 平面精压，用来获得模锻件某些平行平面间的精确尺寸。 体积精压，主要用来提高锻件所有尺寸的精度、减小模锻件的质量 差别。精压模锻件的尺寸精度偏差可达(0.10.25)mm，表面粗糙 度 R 可达 0.80.4m 。 锻模使用时必须注意的问题： 1、使用中技术检查，模具在使用前需检查其制造质量； 2、模具的安装，必须装正装紧，并注意符合其他所有要求； 3、模具的预热，为保证模具的正常使用，延长模具寿命，锻打前模 具必须预热，模具预热有助于坯料保温； 4、终锻温度，坯料的终锻温度不得低于锻造工艺的要求； 5、模具的冷却，在锻打过程中，模具温度很快升高，为防止模具过 热产生退火，模具温度不允许超过 400，为此，在锻打过程中必 须进行冷却，冷却方法可采用外冷法和内冷法。 6、润滑，及时的润滑锻模以减少摩擦力，有些润滑剂也兼起冷却锻 模的作用。 7、清除氧化皮，氧化皮对锻件质量和模具寿命影响很大，要及时清 30 除氧化皮。 小结： 通过此次课程设计我有加深了对锻造和锻造工艺的理解。锻造 工艺不仅能合理利用金属的塑性，省时节能地获得产品的形状， 而且还能改变金属的内部组织，提高原始金属本身的承载能力， 进而收到节材的效果。 模锻工艺是在自由锻工艺基础上发展起来的一种先进工 艺。它是将金属加热，使其具有较高的塑性，然后置于锻模模 膛中，有锻造设备施加压力，是金属发生塑性变形并充填模膛， 得到所需形状并符合技术要求的模锻件。 通过此次课程设计，我又系统的复习了锻压的工艺及模具设 31 计的知识，同时，进一步了解了锻压方面其他的很多知识。为我在 以后的工作中打下了较坚实的基础，对于一般的锻压模具，自己基 本可以独立完成整个设计任务！每次完成任务后都会有一点相同的 感受，就是在学习和工作中，一定要勤奋努力，一丝不苟，用科学 严谨的态度对待所以的一切任务！ 参考文献： 1.范建蓓编著的压铸模与锻模,机械工业出版社. 2.郝滨海编著锻造模具简明设计手册 ，化学工业出版社； 3.锻造工艺与模具设计课本； 4.胡亚明，华林主编锻造工艺过程及模具设计 ，北京大学出版 社； 5.王德拥主编简明锻工手册第 2 版，机械工业出版社。 32 6.许发越.实用模具设计与制造手册.北京机械工业出版社. 7. Autocad2004 高级教程 人民邮电出版社