机械课程设计-起重机连杆锻造模具设计

课程设计说明书题 目：起重机连杆零件的模具设计 学 院：专业名称：班级学号： 学生姓名： 指导教师： 20 年 月 日目录1、模锻件图设计31.1 模锻锻件图设计31.1.1 确定分模位置41.1.2 确定公差和加工余量51.1.3 模锻斜度71.1.4 圆角半径71.1.5 技术条件81.2 计算锻件的主要参数82、确定锻锤吨位83、确定飞边槽形式和尺寸94、 绘制计算毛坯图95、确定制坯工步116、确定坯料尺寸117、锻模结构设计127.1模镗布置127.2锁扣尺寸127.3模块尺寸137.4钳口尺寸138、锻前加热、锻后冷却及热处理要求148.1 确定加热方式，及锻造温度范围148.2 确定加热时间158.3 确定冷却方式及规范158.4 确定锻后热处理方式及要求15参考文献16全套图纸加扣 3346389411或3012250582 1、模锻件图设计锻件图是确定模锻生产过程、制定工艺规范、设计锻模、检验锻件及制作锻模的依据，是模锻最重要的基本技术文件之一。锻件图是根据产品零件图设计的。它可分为冷锻件图和热锻件图。冷锻件图用于最终锻件检验，也是机械加工部门制定加工工艺、设计加工夹具的依据，一般冷锻件图简称锻件图。热锻件图是根据冷锻件图涉及到额，用于锻模的设计和制造，所以又被称为“制模用锻件图”。各种不同锻模设备所生产的模锻件，其锻件图设计有许多相同之处，但又有其不同热点。本次设计中，是设计的锤上模锻件。锻件图设计主要包括以下几点内容：1） 选择分模面的位置和形状；2） 确定机械加工余量、余块和锻件公差；3） 确定模锻斜度；4） 确定圆角半径；5） 确定冲孔连皮的形式和尺寸；6） 制定锻件技术文件；7） 绘制锻件图。1.1 模锻锻件图设计 根据任务书上，所给的零件图，可知起重机连杆是带牙类零件件，对零件的整体形状尺寸，表面粗糙度进行分析，此零件的材料为45钢，材料性能稳定。图 1-1 起重机连杆零件图1.1.1 确定分模位置分模面表现在锻件分模位置上是一条封闭的锻件外轮廓线，确定分模面位置最基本的原则是保证锻件形状尽可能与零件形状相同。使锻件容易从锻模型槽中取出，因此锻件的侧表面不得有内凹的形状，并且使模膛的宽度大而深度小。锻件分模位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上。应使飞边能切除干净，不至产生飞刺。对金属流线有要求的锻件，应保证锻件有最好的纤维分布。根据起重机连杆属于带牙锻件，根据零件的形状，采用厚度方向上下对称的直线分型模。根据零件形状，分模面取为最大直径处的1/2高度位置。本次设计中，显然，安排在18.5中心线处。1.1.2 确定公差和加工余量 普通模锻方法尚不能满足机械零件对形状和尺寸精度、表面粗糙度的要求，因此，零件全部表面或部分表面在模锻后需要机械加工，在机械加工表面需留有机械加工余量，并给出适合的锻件公差。锻件的重量更具锻件图的名义尺寸进行计算，在锻件图为设计前，可根据锻件大小初定余量进行计算，并可按此重量查表确定公差和余量。查得45钢的密度为：。 零件表面粗糙度大于或等于时采用一般加工精度为F1，零件表面精度小于时一般采用加工精度F2，余量要适当放大。由任务书可知，此起重机连杆的表面加工精度小于Ra3.2um，故取加工精度F2。对于该零件，采用的加热方式为在煤气加热炉中加热。此次设计中，由于起重机连杆类零件，属于异形盘件，故采用三维软件绘制三维图，通过三维软件分析功能得知零件的体积。图1-2由三维软件计算的该锻零件的体积为 71142.58立方毫米。由此可以估算锻件的总质量为0.56kg。外围包容体质量。对于长方形锻件，零件的复杂系数为：由参考文献1表7-3锻件形状复杂程度等级，可知，锻件的复杂系数为S2，形状复杂程度为一般。由参考文献1表5-5查得，水平及高度方向的单边加工余量为1.52mm，取2mm。根据参考文献1表5-1查得，锻件齿轮的轮廓尺寸公差列于表1-1：表 1-1起重机连杆的尺寸允许偏差锻件尺寸公差直径604828高度29121.1.3 模锻斜度 为使锻件成型后，顺利的由模镗中取出，锻件侧面上必须带有斜度，称为模锻斜度。模锻斜度可以是锻件侧面上附加的斜度，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。本次设计，取常用模锻斜度为7。1.1.4 圆角半径 锻件上的圆角半径，对于保证金属流动，提高模具寿命，提高锻件质量和便于出模等十分重要。因此在锻件上各相交表面处必须做出圆角，不允许呈尖角状。锻件上凸角圆角半径为外圆角半径，凹角圆角半径为内圆角半径，本次设计的起重机连杆，外圆角半径r=余量+零件相应处圆角半径或倒角，内圆角半径R=（23）r，其余部位的圆角半径取2mm。1.1.5 技术条件（1）图上未标注的模锻斜度7；（2）图上未标注的圆角半径R=2mm；（3）允许的残留毛边量0.7mm；（4）允许的表面缺陷深度0.5mm；（5）锻件热处理:调质HB156269；（6）锻件表面清理:为便于检查淬火裂纹,采用酸洗；（7）允许的错移量为0.6mm。 根据余量和公差,绘制锻件图。1.2 计算锻件的主要参数(1) 锻件在平面上的投影面积为 6042.851mm2；(2) 锻件周边长度为490.507mm ；(3) 锻件体积为71.1cm3；(4) 锻件质量为0.56kg。2、确定锻锤吨位总变形面积为锻件在水平面上的投影面积与飞边水平投影面积之和，参考毛边槽尺寸，按1-2t锤毛边槽尺寸考虑，假设毛边均匀宽度为20mm,总的变形面积S=（6042.851+490.50720）=15853。双作用模锻锤吨位的经验公式G=（3.5-6.3）KAA锻件和飞边在水平面上的投影面积，cm2；K材料系数，取K=1。由于零件需要大批量生产，要求生产效率在此取5。计算得G=792.65kg故选用1t模锻锤。3、确定飞边槽形式和尺寸 根据锻件在水平面上的投影面积，A=6042.851mm2，由经验公式确定飞边槽桥部高度：由参考文献1表5-20，选定飞边槽的尺寸为：h=1.6mm，h1=3.5mm，b=8mm，b1=22mm，r=1。图3-1毛边槽形式4、 绘制计算毛坯图对于长轴类锻件，以模锻连杆为例，如果直接用等断面坯料在模锻模镗内锻造，坯料变形时，金属沿轴向流动的少，沿横向流动的多，近似于平面变形。因此，杆部有大量金属流入飞边槽，不仅浪费了很多金属，而且使上下模不能打靠。头部由于金属不足，不能充满。为了得到合格的锻件、节约金属和减少模镗磨损，应采用制坯工步，预先改变坯料的形状，改变金属沿轴向分配的情况。坯料沿轴向的金属分配对不同锻件要求不同，合适的形状应该是在保证模镗充满的条件下，在模锻之后，锻件各处飞边均匀，亦即应使坯料上各个截面的面积等于锻件上相应面积加上飞边的截面积。按这一要求计算的毛坯，称为计算毛坯。绘制计算毛坯图如图4-1：图 4-1 计算毛坯图V计计算毛坯体积；M绘图比例系数；S计计算毛坯截面图曲线下的面积。计算得：5、确定制坯工步摇臂类零件一般采用压肩制坯。采用方料，进行压肩制坯。6、确定坯料尺寸锻件的体积为： 6042.851mm3；飞边体积，按飞边槽容积的50%计算：取氧化烧损率为，则坯料体积为：则坯料宽度为：取系数为1.3，计算得：b=82.4mm按标准规格选择坯料的尺寸为：下料长度：252565方料。7、锻模结构设计由于是盘类零件，终锻模镗设计的主要内容是绘制热锻件图，供制造模镗用，热锻图按冷锻图加收缩率制定。涡轮盘考虑收缩率为1.5%，模锻斜度，内、外圆角的尺寸按冷锻图不变。 7.1模镗布置对于摇臂类零件，通过镦粗的方式制坯，镦粗台布置在锻模的左前角，其高度固定，操作方便，坯料镦粗后距各边缘的距离不小于10mm。由于是轴对称锻件，故终锻模镗中心就是形心，应与锻模中心重合。7.2锁扣尺寸本次设计中，根据经验，采用纵向锁扣，由参考文献1表5-34锁扣尺寸，查得锁扣高度H=35mm，最小宽度不得小于69mm，锁扣侧面间隙为0.4mm，由上模做出来。锁扣斜角取3。锁扣的具体尺寸见锻模图。7.3模块尺寸模块尺寸除了考虑模镗布置、模壁厚度、锁扣等有关因素外，还要考虑其他一些因素。如承击面积，锻模中心与模块中心的偏移量，模块长度，模块宽度，锻模高度。由参考文献1表5-36查得，终锻模镗最大深度为53mm，大于32mm，所以取模块的最小高度为230mm。综合模镗尺寸，镦粗台尺寸，锁扣宽度，模镗壁厚，承击面等初步算出，模块平面尺寸，按模镗最大深度，2t的最小闭合高度，锻模翻新量等因素决定模块高度尺寸，由参考文献1表5-38，确定模块宽度为350mm，高度为230mm，长度为350mm。7.4钳口尺寸对于终端型槽的钳口经查表可以设计为如下尺寸：1、宽度b：由参考文献1表5-22钳口尺寸查得b=5mm；2、高度h：由参考文献1表5-22钳口尺寸查得h=50mm。 8、锻前加热、锻后冷却及热处理要求8.1 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。根据锻件的形状，材质和体积，采用半连续炉加热。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。查有关资料确定锻件的始段锻温度为1200，终锻温度为750。8.2 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： 式中D坯料直径或厚度（cm） 钢化学成分影响系数，取0.13（h/cm）;8.3 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。8.4 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 许发樾主编.使用模具设计与制造手册.北京：机械工业出版社，20012 姚泽坤主编.锻造工艺学与模具设计.西安：西北工业大学出版社，20073周大隽主编.锻压技术数据手册.北京：机械工业出版社，19984大连理工大学工程画教研室编.机械制图.北京：高等教育出版社，20035吕炎主编锻造工艺学机械工业出版社，19956李会武等.锻模设计手册.机械工业出版社，199017