连杆锻造说明书解读.docx
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连杆锻造说明书解读
目录
1.零件分析及工艺方案确定1
1.1零件分析1
1.2工艺方案的确定2
2.锤上模锻件设计3
2.1选择分模面3
2.2确定模锻件加工余量和公差3
2.3确定模锻斜度4
2.4确定锻件圆角半径4
2.5确定锻件冲孔连皮4
2.6确定模锻件的技术要求5
2.7绘制锻件图及计算锻件基本数据6
3.锤上模锻工艺及锻模设计7
3.1确定模锻锤的吨位7
3.2确定飞边槽形式及尺寸8
3.3确定终锻型槽8
3.4设计预锻型槽9
3.5绘制计算毛坯图9
3.6选择制坯工步10
3.7确定坯料尺寸10
3.8制坯型槽设计11
3.9锻模结构设计14
4.锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定15
4.1确定加热方式及锻造温度范围15
4.2确定加热时间15
4.3确定冷却方式及规范15
4.4确定锻后热处理方式及要求16
4.5连杆件模锻工艺流程16
参考文献17
1.零件分析及工艺方案确定
1.1零件分析
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号钢,材料性能稳定,零件图如图1.1。
图1.1零件图
1.2工艺方案的确定
根据零件分析,结合生产批量大批量要求,生产设备,确定方案为:
1.选用设备类型:
模锻锤
2.模锻形式:
开式模锻
3.估计变形工步:
下料→开式拔长→滚挤→预锻→终锻,详细工步按后面计算才可确定。
2.锤上模锻件设计
2.1选择分模面
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。
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。
该零件为上下对称形状,为了便于发现上下模在模锻过程中的错移,分模位置应选在锻件侧面的中部,如图2.1中A-A线。
图2.1分模面图
2.2确定模锻件加工余量和公差
(1)初步确定锻件的质量:
估算锻件质量约为1.6kg。
(2)外包容体质量:
Wb=975240×7.85×10-3=7.655kg(2.1)
(3)计算锻件的形状复杂系数:
(2.2)
其中Md——锻件质量
Mb——锻件外包容体质量
则根据公式S=1.6/7.655=0.209,查资料得S位于0.16~~0.32之间,所以锻件的复杂程度等级是3级。
(4)确定锻件的材质系数
连杆的材料为45钢,所以其材料系数是M1。
(5)确定加工余量
根据钢质模锻件公差及加工余量(GB/T12362-2003)确定的尺寸公差为:
高度公差:
mm,长度公差:
mm,宽度公差:
mm。
零件需磨削加工,加工精度为F2,由国家标准查得厚度方向和水平方向单边余量为1.7mm~2.2mm,取2mm。
确定孔径的半边余量:
大孔为2.5mm。
在大量生产的条件下,连杆锻件机械加工时用大小头端面定位,要求大小头端面在同一平面的精度较高,100mm内为0.6mm;而模锻后的高度公差较大,达不到上述要求,故锻件在热处理,清理后加一道平面冷精压工序。
锻件经精压后,机械加工余量可大大的减小,取0.75mm,精压后锻件的高度公差取0.2mm。
连杆精压后,大头的高度尺寸为:
40+2×0.75=41.5mm,单边冷精压余量取0.4mm,所以模锻后大头部高度尺寸为:
41.5+2×0.4=42.3mm。
小头的高度尺寸为:
36+2×0.75=37.5mm,单边冷精压余量取0.4mm,所以模锻后小头部高度尺寸为:
37.5+2×0.4=38.3mm。
2.3确定模锻斜度
上以表明杆部脱模斜度为11°其他地方脱模斜度采用7°,型槽外斜度定为7°,内斜度定为10°。
2.4确定锻件圆角半径
锻件高度余量0.75+0.4=1.15mm,则需倒角的叉内外圆角半径为1.15+2=3.15mm取R=3mm。
其余未注圆角R=1.5mm。
2.5确定锻件冲孔连皮
模锻不能直接锻出透孔,因此在设计热锻件图时必须在孔内保留一层连皮,然后在切边压力机上切除掉。
因锻件内孔并不是很大,同时考虑到加工及经济效益的影响,采用平底连皮,其形状如图2.2。
图2.1平底连皮
其中大头部的形状尺寸为:
连皮厚度
(2.3)
=
mm,取S=5mm。
其中d—锻件内孔直径
h—锻件内孔深度
连皮上的圆角半径
,因模锻成型过程中金属流动激烈,应比同尺寸压凹件内圆角半径R大一些,采用一下公式:
R1=R+0.1h+2=3+2+2=7mm,取9mm。
(2.4)
2.6确定模锻件的技术要求
(1)未注明的模锻斜度为7°,内斜度为10°。
(2)未注明的圆角半径为R=1.5
(3)允许的错移量为0.6mm
(4)允许的残留毛变量0.7mm
(5)允许的表面缺陷深度0.5mm
(6)锻件热处理:
调质
(7)锻件表面清理:
连杆毛坯经喷丸处理或喷砂处理
2.7绘制锻件图及计算锻件基本数据
冷锻件图见冷锻件图
锻件的主要参数为:
(1)锻件在平面上的投影面积为9815mm2
(2)锻件周边长度为737.2mm
(3)锻件体积为205600mm3
(4)锻件质量为1.61kg
3.锤上模锻工艺及锻模设计
3.1确定模锻锤的吨位
总变形面积为锻件在平面图上的投影面积与毛边面积之和,按1~2t锤毛边槽尺寸考虑,假定毛边桥部宽度为23mm,总面积F=9815+737.2×23=26770.6mm
,按双作用模锻锤吨位确定的经验公式G=(3.5~6.3)kF确定锻锤吨位,因汽车连杆件为大批量生产,需要高生产率,取较大的系数6.3,取k=1.0.于是G=6.3×1.0×26770.6=1686.55kg
根据计算结果,应选用2t锤。
3.2确定飞边槽形式及尺寸
参照《锻造工艺学与模具设计》,选用图4-63毛边槽形式Ⅰ,其尺寸按表4-14确定,选定毛边槽尺寸形状如图3.1。
表3.1
h/mmh
/mmb
/mmb
/mmR
/mm毛边槽截面积/mm
2410261.5168
图3.1毛边槽
因锻件杆部截面积太小,考虑拔长难以达到最小截面积,须增大毛边仓部宽度b1;大头部充料比较困难,流入毛边槽金属较少,将该处b1减小到12mm,使型槽安排紧凑,增大承击面积。
锻件毛边体积V毛=737.2×0.7×168=86694.7mm3(3.1)
3.3确定终锻型槽
终锻型槽是按热锻件图加工和检验的,连杆的材料为45钢,考虑到收缩率为1.5%。
根据生产的经验总结,考虑到锻模使用后承击面下陷,型槽深度减小及精压时变形不均,横向尺寸增大等因素,修改几处尺寸:
辐板处增厚0.5mm;连杆小头高度38.3mm处,理论上应为38.9mm,实际取39.6mm;大头上下平面做成斜面将高度尺寸42.3mm上下各增加0.7mm;小头
50mm,应为
50.6mm,实际仍为
50mm.绘制的热锻件图见锻模装配图。
3.4设计预锻型槽
在工字型截面的杆部,辐板较薄而且宽,为防止终锻时产生折纹,应使预锻型槽面积少小于或等于终锻型槽相应处的截面积,辐板和肋的转角处外圆角半径由R=5mm,提高到R=8mm,使F预≤F终。
预锻型槽沿分模面处的圆角半径增大到R=5mm,预锻型槽其余与终锻型槽不同的地方均在热锻件图上注明。
3.5绘制计算毛坯图
根据连杆的形状特点,选取了12的截面图(见图3.2),分别计算F终,F毛和F计列于下表,并利用AutoCAD绘制了连杆的截面图和直径图。
为设计滚挤型槽方便,计算毛坯图按热锻件尺寸计算。
截面图所围面积即为计算毛坯体积,得
V计=20×11631=232616mm3(3.2)
(与V锻+V毛=175600+64209.6=239810mm3,对比,相差2.9%)。
平均截面积F均=232616/311=728mm3(3.3)
平均截面边长a均=27.3mm
按体积相等修正截面图和直径图(图中双点线部分)修正后的最大截面边长为a=58.4mm。
表3.2
截面号
F
2F
F
d
F’
d’
1
314.2
336
650.2
25.50
--
--
2
1675.57
260
1935.57
44.5
1988.4
44.6
3
2202.80
260
2462.8
49.63
--
--
4
2281.42
260
2541.42
50.41
--
--
5
801.58
260
1061.58
32.58
--
--
6
405.98
260
665.98
25.81
--
--
7
356.30
260
616.3
24.83
620.5
24.9
8
592.43
260
852.43
29.20
860.9
29.3
9
2729.73
260
2989.73
54.68
3004.4
54.8
10
1735.65
260
1995.65
44.67
1993.2
44.7
11
1349.49
260
1609.49
40.13
--
--
12
810.35
260
1070.35
32.72
--
--
其中:
M取值为:
;
F终-锻件的截面积;
F毛-毛边槽的截面积;
F计-计算毛坯截面积;
d计-计算毛坯直径;
3.6选择制坯工步
计算毛坯为两头一杆,应简化为两个简单的一头一杆计算毛坯来选择制坯工步。
α=amax/a均=58.4/27.3=2.14(3.4)
β=L计/a均=304/27.3=5.93(3.5)
由图4-59知,此锻件应采用拔长,闭式滚挤制坯工步,选用方形坯料,先拔长,再闭式滚挤。
模锻工艺方案为:
拔长→闭式滚挤→预锻→终锻。
3.7确定坯料尺寸
由直径图知,dmin=17.18mm,d拐=30.5mm。
(3.6)
杆部锥度K=(d拐-dmin)/L杆=0.089(3.7)
则所需坯料截面积为:
F坯=F拔-K(F锻-F滚)(3.8)
F拔=V头/L头=1242mm2(3.9)
F滚=1.1F均=1.1×748=822.8mm2(3.10)
因此F坯=1242-0.185×(1242-822.8)=1164.4mm2(3.11)
a0=34.1mm
根据原材料规格,实际取a0=35mm。
烧损率δ取3%。
则坯料的体积为:
V坯=V计(1+δ)=239594mm3
坯料长度:
L坯=V坯/F坯=205.7mm,根据坯料的质量和长度L=205
3.8制坯型槽设计
(1)钳口设计
终锻形槽前端留下的凹腔叫钳口。
钳口主要用来夹持坯料的夹钳和便于从形槽中取出锻件。
其具体形状尺寸如图3.3。
图3.3钳口尺寸
夹钳口尺寸主要依据夹钳料头的直径而定。
应保证夹料钳子能被自由的操作,在调头锻造时能防止下锻件的相邻端部。
有表查得钳口的尺寸值:
钳口宽度B=90mm,h=40mm,R0=15mm
钳口的长度值可按模膛排布而定。
(3)滚挤型槽设计:
采用闭式滚挤
滚挤型槽设计:
采用闭式滚挤。
型槽高度
,按截面的高度绘制滚挤型槽纵剖面外形,然后用圆弧或直线光滑连接,并适当简化,如图3.4。
图3.4闭式滚挤型槽
夹钳口尺寸的确定:
h=0.2d坯+6=0.2×35+6=13mm(3.12)
R=0.1d坯+5=0.1×35+8=8mm(3.13)
m=(1-2)h=20mm(3.14)
型槽长度等于计算毛坯图的长度。
试锻后调整,修改个别尺寸:
大体的滚挤型槽如装配图
(4)拔长型槽设计
拔长型槽的主要作用是使批表局部截面积减小,长度增加,还兼有清除氧化皮的作用,拔长型槽的位置在模块边缘,有坎部,仓部和钳口三部分组成。
选择开式拔长型槽,其拔长平台截面呈矩形,边缘敞开,如图所示。
这种结构形式简单,制造方便。
拔长型槽是以毛坯为依据进行设计的,主要确定拔长坎高度a,宽度B,拔长坎长度c等尺寸,如图3.5。
图3.5开式拔长型槽
步骤如下:
1)拔长坎高度为:
h=19.4mm。
2)拔长坎长度为:
C=k3d0=1.1×1.13×35=44mm。
(3.15)
3)圆角半径:
R=0.25C=0.25×44=11mm(3.16)
R1=10R=110mm。
(3.17)
4)型槽宽度:
B=K4D坯+(10~20)=1.5×1.13×35+10=69.33mm,取B=65mm。
(3.18)
5)仓部深度:
e=1.2d小头=1.2×34.5=41mm(3.19)
6)拔长型槽长度:
L拔=172mm
按上述设计可锻出合格锻件,为了提高生产效率,可适当的改具体参数。
(5)劈料台设计
结构如图3.6。
图3.6劈料台
A=0.25B=10(3.20)
h=(0.4-0.7)H=18(3.21)
α=32。
(3.22)
3.9锻模结构设计
模锻此连杆的2t模锻锤机组,加热炉在锤的右方,故拔长型槽布置在右边,滚挤型槽布置在锻模左边,预锻及终锻工步从左至右,如装配图所示。
其中锻件宽度为95mm,壁厚度为25mm,预锻型槽与终锻型槽的中心距为95+25=120mm,可使承击面积够用。
燕尾中心线与检验边的距离为:
B拔+120×2/3=248mm.(3.23)
模块的外形尺寸选为535mm×435mm×275mm(长×宽×高)。
4.锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定
4.1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800℃。
4.2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:
=0.13×5=0.65(h)(4.1)
式中D—坯料直径或厚度,5cm;
α—钢化学成分影响系数,取0.13(h/cm)
4.3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。
4.4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。
4.5连杆件模锻工艺流程
(1)下料:
5000KN剪切机冷切
(2)加热:
半连续式炉1220℃-1240℃
(3)模锻:
2t模锻锤,拔长,闭式滚挤,预锻,终锻
(4)热切边:
1600KN切边压力机
(5)打磨毛刺:
砂轮机
(6)热处理:
连续热处理炉,调质,硬度dB=3.9~4.2mm
(7)酸洗:
酸洗槽
(8)冷校正:
1t摩擦压力机
(9)冷精压:
1000KN精压机
(10)检验
参考文献
[1]姚泽坤.《锻造工艺学与模具设计》.西北工业大学出版社,2001:
63-123
[2]吕炎主编.《锻压工艺学》.哈尔滨工业大学出版社,1983:
158-469
[3]《锻模设计手册》编写组编著.锻模设计手册.机械工业出版社,1990:
88-105
[4]张志文.锻造工艺学.北京:
机械工业出版社,1988:
140-320
[5]锻压手册编委会编.锻压技术手册.北京:
国防工业出版社,1989:
159-200
[6]李尚健锻造工艺及模具设计资料.北京:
机械工业出版社,1991
[7]王德明简明锻工手册.北京:
机械工业出版社,1992
[8]刘润广锻造工艺学.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,1992
[9]王祖唐锻压工艺学.北京:
机械工业出版社,1993
[10]锻工手册编写组.锻工手册(第四分册).北京:
机械工业出版社,1974
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