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1 摘 要 連桿是發(fā)動機中的高精度的精密零件 對強度有較高的要求 是汽車發(fā)動 機中重要的部件之一 被稱為 保安件 其質(zhì)量直接影響到發(fā)動機乃至整輛汽 車的安全使用和行駛 連桿的品質(zhì)直接關(guān)系到其力體部分的截面多為圓形或工 字形 兩端有孔 孔內(nèi)裝有青銅襯套或滾針軸承 供裝入軸銷而學(xué)性能及使用 壽命 鍛造連桿具有力學(xué)性能優(yōu)良 易于加工 表面質(zhì)量好等優(yōu)點 而且生產(chǎn) 周期短 生產(chǎn)工藝穩(wěn)定 連桿機構(gòu)中兩端分別與主動和從動構(gòu)件鉸接以傳遞運動和力的桿件 例如 在往復(fù)活塞式動力機械和壓縮機中 用連桿來連接活塞與曲柄 連桿多為鋼件 其主構(gòu)成鉸接 連桿是汽車發(fā)動機中的重要零件 它連接著活塞和曲軸 其作 用是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動 并把作用在活塞上的力傳給曲 軸以輸出功率 連桿在工作中 除承受燃燒室燃?xì)猱a(chǎn)生的壓力外 還要承受縱 向和橫向的慣性力 因此 連桿在一個復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作 它既受 交變 的拉壓應(yīng)力 又受彎曲應(yīng)力 連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形 通 常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應(yīng)力區(qū)域 連桿的工作條件要求連桿具 有較高的強度和抗疲勞性能 又要求具有足夠的鋼性和韌性 連桿材料一般采 用 45 鋼 40 r 或 40MnB 等調(diào)質(zhì)鋼 合金鋼雖具有很高強度 擔(dān)對應(yīng)力集中很 敏感 所以 在連桿外形 過度圓角等方面需嚴(yán)格要求 還應(yīng)注意表面加工質(zhì) 量以提高疲勞強度 否則高強度合金鋼的應(yīng)用并不能達(dá)到預(yù)期果 連桿的生產(chǎn)方式多種多樣 常見的為一模一件 而對于一模兩件多為采用對排 本文 較為系統(tǒng)地闡述了汽車連桿并排式雙件鍛造的工藝及模具的設(shè)計過程 并對模具進(jìn)行了造 型 關(guān)鍵字 模具 開式模鍛 閉式模鍛 飛邊槽 Abstract Linkage is the engine of high precision precision components the strength of higher demand a car engine in one of the important parts known as the security case its direct impact on the quality of motor vehicles and the security of the whole Use and traffic Link directly related to the quality of its cross section of part of the round or more for the shape at both ends of a hole 2 the hole with bronze bushings or needle roller bearings for axle load and sales of property and life forging Linkage with good mechanical properties and easy processing the advantages of good quality surface and the short production cycle the production process stability Linkage with the two ends of the active and passive components hinged to convey movement and of the bar For example in Reciprocating power machinery and compressors with link to connect the Pistons and crank Link for more steel parts which constitute the main hinged Linkage is important in the automobile engine parts it connects with the Pistons and the crankshaft the Pistons will play the role of the reciprocating movement into the rotating crankshaft and the role of the Detroit Pistons passed on the crank to power output Link in their work in addition to the gas chamber under pressure we must also bear the vertical and horizontal inertial force Therefore the link in a complex work under stress It subject alternating the tension and compression stress the bending stress Linkage is the main form of damage and excessive fatigue fracture deformation Fatigue fracture is usually the site of the linkage of the three high stress on the region Linkage of the terms and conditions of the link with high intensity and anti fatigue properties and require adequate steel and toughness Linkage of the general use of 45 steel 40 Cr or 40 MnB such as quenched and tempered steel Although the strength of high alloy steel Tam is very sensitive to stress concentration Therefore the link shape fillet over the areas to be strict requirements attention should be paid to the surface processing to enhance the quality of fatigue or the application of high strength alloy steel and can not achieve the desired fruit Linkage of production varied the common mode for a one For more than two one for the introduction of the row This article is 3 more systematically on the car side by side double linkage of the forging process and die design process a mold and shape 1 目錄 中文摘要 1 英文摘要 1 1 緒論 3 1 1 問題的提出及研究意義 3 1 2 國內(nèi)外研究狀況 3 2 模鍛工藝簡述 4 2 1 模具對金屬變形的影響 4 2 2 模鍛的分類及各自的特點 5 2 2 1 開式模鍛 5 2 2 2 閉式模鍛 5 2 2 3 擠壓 6 2 2 4 頂鐓 6 3 工藝性分析及工藝方案的選擇 6 3 1 汽車連桿工藝性分析 6 3 2 汽車連桿工藝方案選擇 7 4 汽車連桿的工藝參數(shù)及設(shè)計計算 8 4 1 鍛件圖設(shè)計 8 4 2 計算鍛件主要參數(shù) 10 4 3 鍛錘噸位的確定 10 2 4 4 確定飛邊槽的形式和尺寸 10 4 1 1 分模位置 10 4 1 2 確定公差和余量 10 4 5 終鍛模膛設(shè)計 11 4 6 鉗口的設(shè)計 12 4 7 預(yù)鍛模膛設(shè)計 12 4 8 繪制計算毛坯圖 13 4 9 確定坯料尺寸 14 5 鍛造模具的設(shè)計 14 5 1 模具設(shè)計的基本作用 14 5 2 降低模具生產(chǎn)成本的措施 15 5 3 模具的重要作 用 17 5 4 模具的設(shè)計要 求 17 5 5 模具的設(shè)計內(nèi) 容 17 5 6 模具材料的選 取 18 5 7 鍛造模塊的確 定 18 5 8 燕尾及鍵槽的選 18 3 6 汽車連桿成形工藝過程分析 18 6 1 毛坯的制備 18 6 2 潤滑劑的選 用 19 6 3 模具的預(yù) 熱 20 6 4 鍛造溫度范圍的確 定 20 7 結(jié)論與展望 21 7 1 主要結(jié)論 21 7 2 后續(xù)研究工作的展望 21 8 心得與體會 22 致謝 23 參考文獻(xiàn) 23 1 目錄 中文摘要 1 英文摘要 1 1 緒論 3 1 1 問題的提出及研究意義 3 1 2 國內(nèi)外研究狀況 3 2 模鍛工藝簡述 4 2 1 模具對金屬變形的影響 4 2 2 模鍛的分類及各自的特點 5 2 2 1 開式模鍛 5 2 2 2 閉式模鍛 5 2 2 3 擠壓 6 2 2 4 頂鐓 6 3 工藝性分析及工藝方案的選擇 6 3 1 汽車連桿工藝性分析 6 3 2 汽車連桿工藝方案選擇 7 4 汽車連桿的工藝參數(shù)及設(shè)計計算 8 4 1 鍛件圖設(shè)計 8 4 2 計算鍛件主要參數(shù) 10 4 3 鍛錘噸位的確定 10 2 4 4 確定飛邊槽的形式和尺寸 10 4 1 1 分模位置 10 4 1 2 確定公差和余量 10 4 5 終鍛模膛設(shè)計 11 4 6 鉗口的設(shè)計 12 4 7 預(yù)鍛模膛設(shè)計 12 4 8 繪制計算毛坯圖 13 4 9 確定坯料尺寸 14 5 鍛造模具的設(shè)計 14 5 1 模具設(shè)計的基本作用 14 5 2 降低模具生產(chǎn)成本的措施 15 5 3 模具的重要作 用 17 5 4 模具的設(shè)計要 求 17 5 5 模具的設(shè)計內(nèi) 容 17 5 6 模具材料的選 取 18 5 7 鍛造模塊的確 定 18 5 8 燕尾及鍵槽的選 18 3 6 汽車連桿成形工藝過程分析 18 6 1 毛坯的制備 18 6 2 潤滑劑的選 用 19 6 3 模具的預(yù) 熱 20 6 4 鍛造溫度范圍的確 定 20 7 結(jié)論與展望 21 7 1 主要結(jié)論 21 7 2 后續(xù)研究工作的展望 21 8 心得與體會 22 致謝 23 參考文獻(xiàn) 23 0 摘 要 連桿是發(fā)動機中的高精度的精密零件 對強度有較高的要求 是汽車發(fā)動 機中重要的部件之一 被稱為 保安件 其質(zhì)量直接影響到發(fā)動機乃至整輛汽 車的安全使用和行駛 連桿的品質(zhì)直接關(guān)系到其力體部分的截面多為圓形或工 字形 兩端有孔 孔內(nèi)裝有青銅襯套或滾針軸承 供裝入軸銷而學(xué)性能及使用 壽命 鍛造連桿具有力學(xué)性能優(yōu)良 易于加工 表面質(zhì)量好等優(yōu)點 而且生產(chǎn) 周期短 生產(chǎn)工藝穩(wěn)定 連桿機構(gòu)中兩端分別與主動和從動構(gòu)件鉸接以傳遞運動和力的桿件 例如 在往復(fù)活塞式動力機械和壓縮機中 用連桿來連接活塞與曲柄 連桿多為鋼件 其主構(gòu)成鉸接 連桿是汽車發(fā)動機中的重要零件 它連接著活塞和曲軸 其作 用是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動 并把作用在活塞上的力傳給曲 軸以輸出功率 連桿在工作中 除承受燃燒室燃?xì)猱a(chǎn)生的壓力外 還要承受縱 向和橫向的慣性力 因此 連桿在一個復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作 它既受 交變 的拉壓應(yīng)力 又受彎曲應(yīng)力 連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形 通 常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應(yīng)力區(qū)域 連桿的工作條件要求連桿具 有較高的強度和抗疲勞性能 又要求具有足夠的鋼性和韌性 連桿材料一般采 用 45 鋼 40 r 或 40MnB 等調(diào)質(zhì)鋼 合金鋼雖具有很高強度 擔(dān)對應(yīng)力集中很 敏感 所以 在連桿外形 過度圓角等方面需嚴(yán)格要求 還應(yīng)注意表面加工質(zhì) 量以提高疲勞強度 否則高強度合金鋼的應(yīng)用并不能達(dá)到預(yù)期果 連桿的生產(chǎn)方式多種多樣 常見的為一模一件 而對于一模兩件多為采用對排 本文 較為系統(tǒng)地闡述了汽車連桿并排式雙件鍛造的工藝及模具的設(shè)計過程 并對模具進(jìn)行了造 型 關(guān)鍵字 模具 開式模鍛 閉式模鍛 飛邊槽 Abstract Linkage is the engine of high precision precision components the strength of higher demand a car engine in one of the important parts known as the security case its direct impact on the quality of motor vehicles and the security of the whole Use and traffic Link directly related to the quality of its cross section of part of the round or more for the shape at both ends of a hole 1 the hole with bronze bushings or needle roller bearings for axle load and sales of property and life forging Linkage with good mechanical properties and easy processing the advantages of good quality surface and the short production cycle the production process stability Linkage with the two ends of the active and passive components hinged to convey movement and of the bar For example in Reciprocating power machinery and compressors with link to connect the Pistons and crank Link for more steel parts which constitute the main hinged Linkage is important in the automobile engine parts it connects with the Pistons and the crankshaft the Pistons will play the role of the reciprocating movement into the rotating crankshaft and the role of the Detroit Pistons passed on the crank to power output Link in their work in addition to the gas chamber under pressure we must also bear the vertical and horizontal inertial force Therefore the link in a complex work under stress It subject alternating the tension and compression stress the bending stress Linkage is the main form of damage and excessive fatigue fracture deformation Fatigue fracture is usually the site of the linkage of the three high stress on the region Linkage of the terms and conditions of the link with high intensity and anti fatigue properties and require adequate steel and toughness Linkage of the general use of 45 steel 40 Cr or 40 MnB such as quenched and tempered steel Although the strength of high alloy steel Tam is very sensitive to stress concentration Therefore the link shape fillet over the areas to be strict requirements attention should be paid to the surface processing to enhance the quality of fatigue or the application of high strength alloy steel and can not achieve the desired fruit Linkage of production varied the common mode for a one For more than two one for the introduction of the row This article is 2 more systematically on the car side by side double linkage of the forging process and die design process a mold and shape 3 第一章 緒論 1 1 問題的提出及研究意義 隨著機械工業(yè) 尤其是汽車工業(yè)的飛速發(fā)展與國際競爭的加劇 產(chǎn)品零部件設(shè)計與生產(chǎn)過程的高 精度 高性能 低成本 低能耗已成為提高市場競爭力的唯一途徑 常規(guī)的連桿制造工藝難以滿足現(xiàn)代社會的要求 也難以適應(yīng)這個競爭日趨激烈的社會 因此 生 產(chǎn)出盡可能的強度高 力學(xué)性能好 表面質(zhì)量好 易于加工 生產(chǎn)周期短 成本低的連桿已經(jīng)成為我 們的迫切需求 我國汽車連桿以前基本采用一模一件的生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)成本高 周期長 難于滿足日益 是汽車 行業(yè)中需要進(jìn)行工藝改革的重要零件之一 采用了并排式連桿制造供以后 不僅提高了生產(chǎn)效率 材 料利用率 而且適應(yīng)了社會的需求 1 2 國內(nèi)外研究狀況 東風(fēng)汽車公司工藝研究所的張先國 汪維新 以某 491 發(fā)動機球鐵連桿為例 通過分析 LY12 用于設(shè)計輕型車和轎車汽油發(fā)動機連桿時 連桿在 150 高溫條件下使用的安全系數(shù) 以及顆粒增 強鋁基復(fù)合材料與其基體材料的性能對比可知 就疲勞性能而言 采用常規(guī)鋁合金或以其為基體的顆 粒增強鋁基復(fù)合材料制造輕型車和轎車用汽油發(fā)動機連桿是可行的 武漢理工大學(xué)的胡建華 吳芳以鋁合金連桿為研究對象 探討了擠壓鑄造鋁合金連桿的工藝和擠 壓鑄造模具結(jié)構(gòu) 分析了各種工藝參數(shù)對產(chǎn)品最終質(zhì)量的作用和影響 確定了合適的擠壓鑄造工藝參 數(shù) 比較了不同擠壓鑄造方式的特點 并且得出結(jié)論 鋁連桿的擠壓鑄造生產(chǎn)成本較鍛造鋼質(zhì)連桿有 較大幅度的降低 靜壓擠壓鑄造和間接擠壓鑄造都可以生產(chǎn)出合格的鋁合金連桿 靜壓擠壓鑄造連桿 的性能高于間接擠壓鑄造連桿 綜合其他因素考慮 批量生產(chǎn)宜采用間接擠壓鑄造工藝 應(yīng)根據(jù)連桿 的實際結(jié)構(gòu)特點和性能要求等方面設(shè)計出合理的模具結(jié)構(gòu) 并結(jié)合適當(dāng)?shù)臏囟?壓力 速度 時間等 擠壓鑄造工藝參數(shù)才能保證連續(xù)和穩(wěn)定地生產(chǎn)出合格的鋁合金連桿 濟(jì)南大學(xué)機械工程學(xué)的王強開發(fā)了連桿精密鍛造工藝及生產(chǎn)線 研制了楔橫軋機自動制坯 楔橫軋 模具三維計算機輔助設(shè)計 感應(yīng)加熱爐自動上料 毛坯料溫自動分選 切邊 沖連皮 熱校復(fù)合模具等 多項新技術(shù) 吉林大學(xué)輥鍛工藝研究所寇淑清 楊慎華 趙勇 趙慶華等分析了斷裂的剖分機理和發(fā)生條件 并對裂解連桿材料 預(yù)制初始裂紋槽 定向裂解 定扭矩裝配螺栓等連桿裂解加工的關(guān)鍵技術(shù)與核心 工藝進(jìn)行了探討 研究開發(fā)了具有 背壓 裂解功能的定向裂解機床 并對轎車發(fā)動機連桿裂解加工 過程進(jìn)行了數(shù)值分析與試驗探索 其結(jié)果表明 合理設(shè)計裂紋槽位置與幾何參數(shù)并保證加工精度 可 有效降低裂解加工載荷 背壓裂解加工方法有利于提高裂解加工質(zhì)量 在瞬時加載條件下 合理調(diào)節(jié) 背壓力與裂解力比值可獲得性能優(yōu)良的斷裂面 4 20 世紀(jì) 70 年代中期 德國保時捷公司率先在其生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)系列汽車上使用粉末鍛造連桿 日 本豐田汽車公司則于 20 世紀(jì) 80 年代初開始采用 至 1992 年其產(chǎn)量已達(dá) 250 萬根 美國福特汽 車公司從 1987 年開始大量采用粉末鍛造連桿 1992 年的產(chǎn)量已達(dá) 400 萬根 德國寶馬公司于 1991 年開始在其新設(shè)計的 8 缸發(fā)動機上采用粉末鍛造連桿 當(dāng)年的產(chǎn)量即達(dá)到 65 萬根 德國有一所大學(xué)幾年前曾采用碳纖維增強工程塑料制造發(fā)動機連桿 其質(zhì)量僅為鍛鋼連桿的 48 但價格是鍛鋼連桿的 6 7 倍 因生產(chǎn)成本居高不下 這種連桿在汽車行業(yè)大批量應(yīng)用的前景還十 分遙遠(yuǎn) 由于鋁具有密度小 強度高的特性 故采用鋁基材料制造車用發(fā)動機連桿能得到顯著的輕量 化效果 日本豐田汽車公司采用體積率為 40 的氧化鋁長纖維增強鋁基復(fù)合材料生產(chǎn)發(fā)動機連桿 質(zhì)量比鍛鋼連桿減輕了 35 日本本田公司采用不銹鋼纖維增強鋁基復(fù)合材料生產(chǎn)其轎車發(fā)動機連 桿 據(jù)報道至少已有 5 萬件這種連桿被采用 第二章 模鍛工藝簡述 利用模具使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法稱為模鍛 模具裝在某種鍛壓設(shè)備上 當(dāng)設(shè)備受到驅(qū) 動并且?guī)е＞唛]合時 模具迫使坯料進(jìn)行塑性變形 最終充滿整個模膛 形成形狀與模具型腔輪廓 一致的鍛件 2 1 模具對金屬變形的影響 1 控制鍛件的形狀和尺寸 模鍛分為單模膛鍛造和多模膛鍛造 單模膛鍛造使用的模具僅有一個模膛 該模膛決定鍛件的形 狀及尺寸 稱為終鍛模膛 為了保證鍛件的形狀和尺寸精度 設(shè)計熱段模具時候應(yīng)該考慮鍛件和模具的熱收縮率 設(shè)計精密 模鍛件時候還要考慮模具的彈性變形 2 控制金屬的變形方向 根據(jù)金屬塑性成形理論 塑性變形時候金屬主要朝著最大主應(yīng)力方向流動 在三向壓應(yīng) 力的情況下 金屬主要朝著最小主應(yīng)力方向流動 因此 對一個待加工的模鍛件 通過設(shè)計不同的制 坯工步如拔長 滾擠 彎曲 預(yù)鍛等 就可控制金屬的變形方向 完成對毛坯的塑性加工 3 改變變形區(qū)的應(yīng)力場 變形體的應(yīng)力場是在外力的作用下產(chǎn)生的 一般外力通過模具施加在坯料上 坯料變形的 反作用也由模具承受 合理的模具設(shè)計還應(yīng)該使鍛件變形時候的流動主力盡量的小 使模具的載荷分 布均勻 降低模具的峰值應(yīng)力 4 提高金屬的塑性 金屬的塑性與應(yīng)力狀態(tài)關(guān)系密切 壓應(yīng)力的個數(shù)越多 靜水壓應(yīng)力數(shù)值越大 材料的塑性越好 封閉的模膛使金屬在終鍛的最后階段處于三向壓應(yīng)力狀態(tài) 材料的塑性好 5 5 控制坯料失去穩(wěn)定性 提高成型極限 細(xì)長桿在受壓的時候會產(chǎn)生塑性失穩(wěn)而彎曲 并可能發(fā)展成折疊 為控制頂墩時桿件失去穩(wěn)定性 要求模具孔直徑D 1 25 1 50 D0 D0為毛坯直徑 這樣可依靠模膛內(nèi)壁限制彎曲的發(fā)展 避 免折疊的產(chǎn)生 2 2 模鍛的分類及各自的特點 按照模鍛中最后成形工步的成形方法 可分為開式模鍛 閉式模鍛 擠壓和頂墩四類 2 2 1 開式模鍛 開式模鍛在鍛造過程中 上模和下模間的間隙不斷變化 到變形結(jié)束時 上下模完全打靠 1 開式模鍛的成形過程三階段 A 鍛粗階段 B 充滿模膛階段 C 打靠階段 2 開式模鍛時影響金屬成形的主要因素 A 模膛尺寸和形狀的影響 B 飛邊槽的影響 C 設(shè)備工作速度的影響 2 2 2 閉式模鍛 閉式模鍛就是沒有飛邊槽的模鍛 一般在鍛造過程中 上模和下模的間歇不變 坯料在四 周封閉的模膛中成形 不產(chǎn)生橫向飛邊 少量的多余材料將形成縱向飛刺 飛刺在后序中除去 1 采用閉式模鍛工藝過程的必要條件 A 坯料體積準(zhǔn)確 B 坯料形狀合理并且能夠在模膛內(nèi)準(zhǔn)確定位 C 設(shè)備的打擊能量或打擊力可以控制 D 設(shè)備上有頂出裝置 2 閉式模鍛的變形三階段 A 初成形階段 B 充添階段 C 形成縱向飛刺階段 3 影響金屬成形的主要因素 A 坯料體積和模膛體積間的偏差對鍛件尺寸的影響 B 打擊能量和模鍛力對金屬成形的影響 6 2 2 3 擠壓 擠壓是金屬在三個方向不同壓應(yīng)力作用下 從模孔中擠出或流入模腔內(nèi)以獲得所需要的尺 寸 形狀的制品或零件的鍛造工藝 1 擠壓長見缺陷 A 擠壓縮孔 B 裂紋 2 解決擠壓品質(zhì)問題的措施 A 減少摩擦阻力 B 在鍛件圖允許的范圍內(nèi) 在凹模模膛孔口處作出適當(dāng)?shù)腻F角或圓角 C 用加反向力的方法進(jìn)行擠壓 2 2 4 頂鐓 頂鐓指桿件的局部鐓粗工藝過程 1 鐓粗的兩條基本規(guī)則 A 在凹模中聚料時 當(dāng)聚料直徑D凹 1 50D0 棒料伸到模具外面的長度A D0或D凹 1 25D0 A10 的情況 當(dāng)坯料的長度過大時 需要多次鐓鍛 第三章 工藝性分析及工藝方案的選擇 3 1 汽車連桿工藝性分析 圖 3 1 為本課題設(shè)計的汽車連桿零件圖 材料為 40Cr 連桿機構(gòu)中兩端分別與主動和從動構(gòu)件鉸接以傳遞運動和力的桿件 例如在往復(fù)活塞式動力 機械和壓縮機中 用連桿來連接活塞與曲柄 連桿其主體部分的截面多為工字形 兩端有孔 孔內(nèi)裝 有青銅襯套 供裝入軸銷而構(gòu)成鉸接 連桿是汽車發(fā)動機中的重要零件 它連接著活塞和曲軸 其作 用是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動 并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率 連桿在 工作中 除承受燃燒室燃?xì)猱a(chǎn)生的壓力外 還要承受縱向和橫向的慣性力 該零件其特點是形狀復(fù)雜 無法一次成形 要先進(jìn)行制坯 而對于并排式連桿其難度系數(shù)又得到 了加大 因此 本設(shè)計的關(guān)鍵就是采用一定的工藝措施 得到符合要求的零件 經(jīng)分析可知 要求鍛件尺寸精度好 要求公差等級為 IT6 IT7 級左右 要求鍛件表面粗糙度為 Ra0 8 1 6 7 無充不滿的現(xiàn)象 圖 3 1 3 3 2 汽車連桿工藝方案選擇 經(jīng)過對汽車半軸零件的工藝分析可知 汽車并排式連桿的制造方案可以有以下幾種 1 先輥鍛制坯 再預(yù)鍛 最后終鍛 終鍛時候采用閉式模鍛 2 先輥鍛制坯 再模鍛制坯 再預(yù)鍛 最后終鍛 終鍛時候采用閉式模鍛 3 先輥鍛制坯 再預(yù)鍛 最后終鍛 終鍛時候采用開式模鍛 4 先輥鍛制坯 再模鍛制坯 再預(yù)鍛 最后終鍛 終鍛時候采用閉式模鍛 整體方案的對比 1 終鍛的時候采用閉式模鍛 我們知道 采用閉式模鍛工藝過程有以下必要條件 A 坯料體積準(zhǔn)確 B 坯料形狀合理并且能夠在模膛內(nèi)準(zhǔn)確定位 8 C 設(shè)備的打擊能量或打擊力可以控制 D 設(shè)備上有頂出裝置 而在此設(shè)計中 如要的出準(zhǔn)確的坯料體積很具有難度 因此在終鍛的時候采用閉式模鍛的工藝不 太合適 2 終鍛的時候采用開式模鍛 正如我們所知道的 開式模鍛設(shè)有飛邊槽 坯料多余的體積可以讓它流入飛邊槽內(nèi) 也就是說 即使坯料體積與實際工作中所需要的體積有一定的偏差 我們一樣的可以得到合理的零件尺寸 因此 在本設(shè)計中 在終鍛的時候采用開式模鍛符合我們的需求 3 制坯時只使用輥鍛 對于一模一件的連桿零件 和一模兩件的對排式零件 采用輥鍛制坯 是我們常用的選擇 而我 們?nèi)缃褚芯坎⑴胚B桿的制造工藝及模具設(shè)計 單單采用輥鍛制坯的方式不太合理 因為其形狀不易 把握 4 先輥鍛制坯 再模鍛制坯 通過和第三種方案的比較我們可以看出 先輥鍛制坯 再模鍛制坯可以更好地把握好成形的形 狀 達(dá)到我們理想的要求 通過以上的比較 采用第四種方案為較合理的選擇 第四章 汽車連桿的工藝參數(shù)及設(shè)計計算 4 1 鍛件圖設(shè)計 4 1 1 分模位置 分模面設(shè)置在鍛件的最大輪廓處 在本設(shè)計中如圖 4 1 所示 A A 截面為最大截面 所以 A A 截面 為分模面 圖 4 1 4 1 2 確定公差和余量 由于選用的鍛件材料為 40Cr 其密度為 7 82g cm 故鍛件的重量為 0 886kg 連桿材料為3 40Cr 即材質(zhì)系數(shù)為 M1 鍛件形狀復(fù)雜系數(shù) S Gd Gb 0 2 為 3 級復(fù)雜系數(shù) S3 由國家標(biāo)準(zhǔn) GB T 12362 2003 叉的 長度公差為 2 2 高度公差 mm 寬度公差為 5 170 2 1608 mm 2 1608 9 該零件的表面粗糙度為 R 3 2 m 即加工精度為 F1 由國家標(biāo)準(zhǔn) GH T 12363 2003 的鍛件a 內(nèi)外表面加工余量表查得 高度及水平尺寸的單邊余量均為 1 5 2 0mm 取 2 毫米 在大批量生產(chǎn)條件下 鍛件在熱處理 清理后要對連桿鍛件的圓柱端上下端面和叉的頭部上下斷 面進(jìn)行平面冷精壓 鍛件精壓后 機械加工余量可大大減小 取 0 75mm 冷精壓后的鍛件高度公差取 0 2mm 由于精壓需要余量 如鍛件高度公差為負(fù)值 0 6 時 則實際單邊精壓余量僅 0 1mm 為了保 證適當(dāng)?shù)木珘河嗔?鍛件高度公差可調(diào)整為 由于精壓后 鍛件水平尺寸稍微有點增大 故水 2 130 平方向的余量可適當(dāng)減小 1 零件圖上的技術(shù)條件中已經(jīng)給出模鍛斜度為 7 0 2 技術(shù)條件 A 模鍛斜度 7 0 B 圓角半徑 4mm C 允許錯差量 0 6mm D 允許殘留飛邊量 0 7mm E 允許的表面缺陷深度為 0 5mm F 鍛件調(diào)制熱處理 鍛件圖如圖所示 10 4 2 計算鍛件主要參數(shù) 利用 UG 測量出不帶飛邊的鍛件圖的體積 得 113 379mm 3 分模面的周長為 569 4 鍛件在水平面的投影面積為 10881 7mm 2 鍛件長度為 212mm 2 由于選用的鍛件材料為 40Cr 其密度為 7 82g cm 鍛件的重量為 0 886kg 3 計算毛坯體積 V 113 379 569 4 0 7 176 183 529mm2 平均截面積 S 均 183 529 212 865 7mm 2 平均直徑 d 均 1 13 33 2mm均s 4 3 鍛錘噸位的確定 坯料的確定 總變形面積為鍛件在水平面上的投影面積與飛邊水平投影面積之和 按 1 到 2 噸 錘飛邊槽尺寸 見鍛造工藝過程及模具設(shè)計 胡亞明主編 表 8 1 考慮 假定 飛邊平均寬度為 23mm 總的變形面積 S 10881 7 569 4 23 mm 23 977 9 mm 22 按照確定雙作用模鍛噸位的經(jīng)驗公式 G 6 3KA 的計算值選擇鍛錘 由于 40Cr 的含碳量為 0 37 到 0 44 之間 為高合金鋼 參照 鍛造工藝過程及模具設(shè)計 胡亞明主編 表 7 8 取 K 值為 1 25 G 6 3KA 6 3 1 25 23 977 9 188 826 選用 2t 作用的模具鍛錘 4 4 確定飛邊槽的形式和尺寸 錘上模鍛為開式模鍛時 一般終鍛模膛周邊必須有飛邊槽 其主要作用是增加金屬流出模膛的 阻力 迫使金屬充滿模膛 飛邊還可以容納多余的金屬 設(shè)計飛邊槽尺寸有兩種方法 1 噸位法 鍛件的尺寸即是選擇設(shè)備噸位的依據(jù) 也是選擇飛邊槽尺寸的主要依據(jù) 2 計算法 根據(jù)鍛件在分模面上的投影面積 利用經(jīng)驗公式計算求出橋口高度 h 飛 然后 根據(jù) h 飛查表得出相關(guān)尺寸 在此我們采用第二種方法計算飛邊槽的相關(guān)尺寸 用圖 8 5 見鍛造工藝過程及模具設(shè)計 胡亞明主編 中 I 形飛邊槽 其尺寸按表 8 1 確定 見 鍛造工藝過程及模具設(shè)計 胡亞明主編 由經(jīng)驗公式 h 飛 0 015 0 015 1 56mm S7 108 所以選定飛邊槽的尺寸為 h 飛 1 6mm h1 4mm b 8mm b1 25mm r 1 5mm F 飛 126mm 11 由以上分析計算可知飛邊槽的形狀及尺寸如下圖所示 飛邊槽的形狀及尺寸 4 5 終鍛模膛設(shè)計 終鍛模膛是用來完成鍛件最終成形的模膛 因此鍛造模具的設(shè)計應(yīng)該從設(shè)計終鍛模膛開始 而該 模膛的設(shè)計 制造 檢驗要依據(jù)熱鍛件圖 因此要首先設(shè)計熱鍛件圖 4 4 1 熱鍛件圖的確定 繪制熱鍛件圖依據(jù)是冷鍛件圖 1 在繪制熱鍛件圖的全部尺寸上都應(yīng)該計入收縮率 對于一般的結(jié)構(gòu)鋼 收縮率按照 1 5 計算 L L L 1 5 R 式中 L 鍛件熱尺寸R L 鍛件冷尺寸 終鍛模膛是鍛模中各種模膛的最主要模膛 它用來完成鍛件最終成形的終鍛工步 通過終鍛模膛 可以獲得帶飛邊的鍛件 為了保證能鍛造出合格的鍛件 一般情況下 熱鍛件圖形狀與鍛件圖形狀完全相同 但在有一些 情況下 需要將熱鍛件圖尺寸作適當(dāng)?shù)母淖円赃m應(yīng)鍛件工藝過程要求 1 終鍛模膛易磨損處 應(yīng)在鍛件負(fù)公差范圍內(nèi)預(yù)留磨損量 以保證鍛件合格率的情況下延 長模具壽命 2 鍛件上形狀復(fù)雜且較高的部位應(yīng)盡量放在上模 在特殊情況下要將復(fù)雜且較高的部位放 在下模時 鍛件在該處表面易出現(xiàn)缺肉 3 當(dāng)設(shè)備噸位偏小 上下模具有可能不能大靠時候 應(yīng)該使熱鍛件圖上相應(yīng)高度減小 抵 消模鍛不足的影響 相反 當(dāng)設(shè)備噸位偏大或鍛模承擊面偏小時候 應(yīng)當(dāng)增加熱鍛件高度尺寸 其值 應(yīng)該接近正公差 保證在承擊面下陷時還可以鍛出合格鍛件 4 鍛件的一些部位在切邊或沖孔時候易產(chǎn)生變形而影響加工余量 應(yīng)該在熱鍛件圖的相應(yīng) 部位增加一定的彌補量 提高鍛件合格率 12 而對于本零件的設(shè)計 模膛使根據(jù)鍛件圖來制造和檢驗的 熱鍛件圖尺寸一般示冷鍛件圖尺寸的 基礎(chǔ)上考慮 1 5 的收縮率 根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗 應(yīng)該考慮鍛模使用后承擊面下陷 模膛深度減小及 精壓時候的變形不均勻 橫向尺寸增大等因素 可適當(dāng)調(diào)整尺寸 而對于本設(shè)計 終鍛模膛的尺寸直 接根據(jù)熱鍛件圖繪制即可 4 6 鉗口的設(shè)計 鉗口是指在鍛造模具的模膛前面加工空腔 它一般由夾鉗口與鉗口進(jìn)兩部分組成 4 4 1 鉗口的作用 1 在鍛造的時候放置鉗子夾頭和鉗子 2 在不用鉗子夾頭情況下 可以利用鉗子挑出鉗口處溢出的飛邊 幫助起模 3 在模具制造中鉗口被用作澆灌口 通過它灌入收縮量較小的鹽來復(fù)制模膛形狀 用此澆出 件來檢查模膛的形狀和尺寸 2 鉗口尺寸的選擇 查 鍛壓技術(shù)手冊 圖 9 2 35 采用普通鉗口 根據(jù)鉗夾料頭直徑選擇鉗口尺寸 查 鍛壓技術(shù) 手冊 表 9 2 14 得 B 50mm H 20mm R 10mm 根據(jù)鍛件質(zhì)量 0 886kg 查 鍛壓技術(shù)手冊 表 9 2 15 選擇鉗口頸尺寸 b 6mm a 1 5mm l 0 5S 0 5 34 17mm 4 7 預(yù)鍛模膛設(shè)計 由于鍛件形狀復(fù)雜 需要設(shè)置預(yù)鍛模膛 預(yù)鍛模膛是用來對制坯后的坯料進(jìn)一步變形 合理地分配坯料各部位的金屬體積 使其接近鍛件 外形 改善金屬在終鍛模膛內(nèi)的流動條件 保證終鍛時候成形飽滿 避免折疊 裂紋或其他缺陷 減 少終鍛模膛的磨損 提高模具壽命 在設(shè)計預(yù)鍛模膛的時候 要注意以下幾點 1 預(yù)鍛模膛的形狀和終鍛模膛的形狀基本一樣 都是根據(jù)熱鍛件圖加工出來的 2 預(yù)鍛模膛的寬和高 預(yù)鍛模膛與終鍛模膛的差別不大 為了盡可能做到預(yù)鍛后的坯料容 易地放入終鍛模膛 其寬度閉終鍛模膛小 2mm 左右 預(yù)鍛模膛比終鍛模膛高 4mm 左右 3 鍛模斜度 為了鍛造方便 預(yù)鍛模膛的斜度一般應(yīng)該與終鍛模膛相同 但也可以根據(jù)具體 情況 一可以采用斜度增大 寬度不變的方法來解決成形男的問題 4 圓角半徑 預(yù)鍛模膛的圓角半徑一般比終鍛模膛大 這樣可以減輕金屬流動阻力 防止產(chǎn) 生折疊 計算公式為 R1 R C R1 表示終鍛模膛相應(yīng)位置的圓角半徑值 C 與模膛深度有關(guān)的常數(shù) 一般為 2 到 5mm 根據(jù)以上分析 我們將終鍛模膛的寬度減小 2mm 高度增加 4mm 圓角半徑增大 3mm 拔模斜度不變 13 其圖形根據(jù)終鍛圖形繪制 4 8 繪制計算毛坯圖 根據(jù)連桿的形狀特點 共選取 24 個截面積 分別計算 S 鍛 S 計 d 計 計算結(jié)果列入下表 斷 面號 S 鍛 mm2 1 4S 飛 mm2 S 計 S 鍛 1 4S 飛 mm2 d 計 1 13計S mm2 1 0 176 176 15 2 217 176 393 22 4 3 988 176 1164 39 4 933 176 1109 37 6 5 650 176 826 32 5 6 933 176 1109 37 6 7 736 176 912 34 1 8 667 176 843 32 8 9 698 176 874 33 4 10 650 176 826 32 5 11 288 176 464 24 3 12 222 176 398 22 5 圖 1 利用 UG 測量出不帶飛邊的鍛件圖的體積 得 113 379mm 分模面的周長為 569 4 鍛件在水平3 面的投影面積為 10881 7mm 鍛件長度為 212mm 由于選用的鍛件材料為 40Cr 其密度為2 2 7 82g cm 鍛件的重量為 0 886kg 3 計算毛坯體積 V 113 379 569 4 0 7 176 183 529mm2 14 平均截面積 S 均 183 529 212 865 7mm 2 平均直徑 d 均 1 13 33 2mm均s 4 9 確定坯料尺寸 由于此鍛件采用模鍛成型制批工步 所以根據(jù)公式 S 坯 1 05 S 均 確定坯料的截面尺寸 3 1 取系數(shù)為 1 1 則 S 坯 1 1S 均 1 1 865 7 952 3mm 2 d 坯 1 1 33 9mm3 9522 體積 V 坯 V 計 1 183 529 1 3 188 757mm d 坯 34mm 32 坯料長度 L 坯 V 坯 S 坯 188 757 34 4 207 5mm2 考慮到具體情況 坯料的長度可加長到 210mm 直徑為 34mm 試鍛后再根據(jù)實際生產(chǎn)情況適當(dāng)調(diào)整 第五章 鍛造模具的設(shè)計 5 1 模具設(shè)計的基本作用 在現(xiàn)代化的大生產(chǎn)中 模具對實現(xiàn)整個鍛造過程有著十分重要的意義 模具壽命是評價某一沖鍛 造方法經(jīng)濟(jì)可行的決定因素 模具的設(shè)計與制造質(zhì)量是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)高產(chǎn) 優(yōu)質(zhì) 低耗的最重要的保 證之一 模具作為生產(chǎn)用精密 高效的工藝裝備 本身也是一種精密的機械產(chǎn)品 該機械產(chǎn)品能否滿足對 其使用性能和成形精度的要求 必須解決好模具設(shè)計與制造 精度與壽命等各方面與模具相關(guān)的問題 同時模具作為中心議題 可以細(xì)分成模具設(shè)計 制造 材料 成本 精度 壽命 安裝 使用 以及標(biāo)準(zhǔn)化等各方面問題 1 模具設(shè)計是模具制造的基礎(chǔ) 合理正確的設(shè)計是正確制造模具的保證 2 模具制造技術(shù)的發(fā)展對提高模具質(zhì)量 精度以及縮短制造模具的周期具有重要意義 3 模具的質(zhì)量 使用壽命 制造精度及合格率在很大程度上取決于制造模具的材料及熱處理工 藝 4 模具成本直接關(guān)系到制件的成本以及模具生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益 5 模具工作零件的精度決定制件的精度 6 模具的壽命又與模具材料及熱處理 模具結(jié)構(gòu)以及所加工制作材料等諸多因素有關(guān) 7 模具的安裝與使用直接關(guān)系到模具的使用性能及安全 而模具的標(biāo)準(zhǔn)化是模具設(shè)計與制造的基礎(chǔ) 對大規(guī)模 專業(yè)化生產(chǎn)模具具有重要的作用 模具標(biāo) 15 準(zhǔn)化程度的高低是模具工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志 5 2 降低模具生產(chǎn)成本施的措施 1 提高生產(chǎn)效率 a 模具及時維護(hù) 模具應(yīng)及時維護(hù) 杜絕模具 帶病作業(yè) 在實際生產(chǎn)中 往往是在生產(chǎn)過程 中發(fā)現(xiàn)模具出了問題 一般都會等完成生產(chǎn)任務(wù)后再進(jìn)行模具維護(hù) 這種做法是不可取的 模具及時 維護(hù) 不僅是 磨刀不誤砍柴工 而且保證質(zhì)量 還會提高生產(chǎn)率 b 優(yōu)化模具結(jié)構(gòu) 建議在新模具開發(fā)設(shè)計時 盡量采考慮到多方面的因素 盡量達(dá)到減少操作 者 移工 設(shè)備占用 能耗 提高生產(chǎn)效率等 C 優(yōu)化工藝 2 提高材料利用率 a 制定合理材料消耗定額 b 原材料的臺理采購 供應(yīng)部門嚴(yán)格按照工藝部門提供的規(guī)格進(jìn)行采購 工藝部門根據(jù)板材規(guī) 格變化考慮制定臨時下料工藝 對鍛壓工藝進(jìn)行動態(tài)管理 根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 制定合理的套裁工藝邊角 余料的利用 產(chǎn)生大量邊角余料的原因 主要是板幅不規(guī)范 其次是鍛壓件品種繁多 要想充分利用 邊角料 可采用優(yōu)化鍛壓工藝 合理回收鍛壓件等方法 c 改進(jìn)模具結(jié)構(gòu) 對模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)可以實現(xiàn)邊角余料的充分利用 d 采用定額下料法 成立下料班組 下料班組要對材料消耗的實際數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計 同時鍛壓班 組要對每種鍛壓件的廢品率進(jìn)行統(tǒng)計 并要對廢品產(chǎn)生的原因進(jìn)行調(diào)查核實 以便于制定合理的工藝 措施來降低廢品率 3 加強模具管理 影響模具使用壽命的因素很多 它取決于合理的模具結(jié)構(gòu) 較高的制造精 度 良好的材料 合理的熱處理工藝 正確選用壓力機 以及對模具的正確使用 保養(yǎng)和維護(hù)等 4 廢品率及次品率的控制 廢品率的高低 對制造成本也影響較大 廢品率每升高1個百分 點 就會使成本增加1 1個百分點 為此 應(yīng)嚴(yán)格控制廢品率 次品率的高低 對制造成本的影響也 不容忽視 因為次品需要返工返修 需要耗費大量人力物力 所以降低次品率也是降低產(chǎn)品成本的一 條重要途徑 降低廢品率及次品率的措施 A 生產(chǎn)過程中出現(xiàn)廢品 要多方面查找原因 以便于制定 合理的工藝措施 B 供應(yīng)部門要對板材及時供應(yīng) 以便車間能夠在生產(chǎn)產(chǎn)品時對新進(jìn)板材試用 避免 大量廢品產(chǎn)生 本次設(shè)計主要應(yīng)用了 AutoCAD2004 和 UG 軟件 Unigraphics UG 是一套優(yōu)秀的 CAD CAE CAM 集 成化軟件 現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用于航空航天 汽車 通用機械及模具等設(shè)計 制造領(lǐng)域 UG 的 CAD 模 塊是一個功能強大的計算機輔助設(shè)計模塊 它提供了一種交互式的三維建模方法 通過該模塊用戶可 以建立產(chǎn)品的三維模型 進(jìn)行裝配 干涉檢查和分析 UG 的 CAM 模塊能對三維模型實施虛擬加工 16 從而得到所需要的刀位文件 最終的刀位文件經(jīng)過后置處理即可被數(shù)控機床接受用于加工 準(zhǔn)確的造 型是正確加工的前提 因而建立合適而準(zhǔn)確的三維模型就顯得非常重要了 UG軟件具有如下主要特點 1 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫 各模塊無縫集成 數(shù)據(jù)自由切換 實現(xiàn)CAD CAE CAM一體化 2 在CAD方面 采用復(fù)合建模技術(shù)將參數(shù)化設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計方法有機結(jié)合起來 實體造型以 Parasoild為建模核心 曲面設(shè)計數(shù)學(xué)上基于非均勻有理B樣條 可用多種方法生成復(fù)雜曲面并進(jìn)行曲 面修剪與拼合 適于復(fù)雜曲面設(shè)計 可由三維實體模型直接生成二維圖形 裝配模塊支持自下而上和 自上而下的設(shè)計方式 部件和裝配完全相關(guān) 3 UG起源于CAM 其NC加工能力適于機械行業(yè) 覆蓋了從鉆孔到5軸加工的生產(chǎn)過程 產(chǎn)生的數(shù) 據(jù)可直接控制大部分NC機床 并能自動檢查碰刀 可進(jìn)行加工過程的動態(tài)仿真和模擬校核 4 在CAE方面 其內(nèi)部結(jié)算器可進(jìn)行有限元分析 機構(gòu)運動動力學(xué)分析 穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)分析 基本 能滿足常用的分析計算要求 同時提供與世界優(yōu)秀分析 軟件的接口 5 能提供界面友好的二次開發(fā)工具GRIP和UNFUN 并可通過高級語言接口使uG圖形功能與高級語 言的計算功能結(jié)合起來 有利于進(jìn)行二次開發(fā) 6 提供與其他主流CAD軟件系統(tǒng)的接口 便于不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞 模具在制造業(yè)中的應(yīng)用 是非常廣泛的 隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 商品的品種越來越多 形狀越來越復(fù)雜 表面質(zhì)量要求越來越 高 更新?lián)Q代也越來越快 因此對模具的加工提出了越來越高的要求 在一些機械制造行業(yè) 特別是 航空航天工業(yè) 其產(chǎn)品零件模具由多個型面復(fù)雜地組合在一起 不論是二維制圖表達(dá)還是實際手工加 工均十分困難 而采用數(shù)控機床通過數(shù)控編程就能有效解決復(fù)雜型面的加工問題 模具作為生產(chǎn)用精密 高效的工藝裝備 本身也是一種精密的機械產(chǎn)品 該機械產(chǎn)品能否滿足對 其使用性能和成形精度的要求 必須解決好模具設(shè)計與制造 精度與壽命等各方面與模具相關(guān)的問題 同時模具作為中心議題 可以細(xì)分成模具設(shè)計 制造 材料 成本 精度 壽命 安裝 使用 以及標(biāo)準(zhǔn)化等各方面問題 1 模具設(shè)計是模具制造的基礎(chǔ) 合理正確的設(shè)計是正確制造模具的保證 2 模具制造技術(shù)的發(fā)展對提高模具質(zhì)量 精度以及縮短制造模具的周期具有重要意義 3 模具的質(zhì)量 使用壽命 制造精度及合格率在很大程度上取決于制造模具的材料及熱處理工 藝 4 模具成本直接關(guān)系到制件的成本以及模具生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益 5 模具工作零件的精度決定制件的精度 17 6 模具的壽命又與模具材料及熱處理 模具結(jié)構(gòu)以及所加工制作材料等諸多因素有關(guān) 7 模具的安裝與使用直接關(guān)系到模具的使用性能及安全 而模具的標(biāo)準(zhǔn)化是模具設(shè)計與制造的基礎(chǔ) 對大規(guī)模 專業(yè)化生產(chǎn)模具具有重要的作用 模具標(biāo) 準(zhǔn)化程度的高低是模具工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志 5 3 模具的重要作用 模具是最重要的成形工具 在現(xiàn)代化的大生產(chǎn)中 模具對實現(xiàn)整個成形過程有著十分重要的意義 模具壽命是評價某一擠壓方法經(jīng)濟(jì)可行的決定因素 模具的設(shè)計與制造質(zhì)量是實現(xiàn)同步環(huán)生產(chǎn)高產(chǎn) 優(yōu)質(zhì) 低耗的最重要的保證之一 1 合理的模具結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)任何一種成形工藝過程的基礎(chǔ) 因為它是使金屬產(chǎn)生變形和傳遞力 的關(guān)鍵部件 模具是使金屬最后完成塑性變形獲得所需形狀的工具 它即可以獲得高的生產(chǎn)效率 又 可以得到高質(zhì)量的產(chǎn)品 2 模具是保證產(chǎn)品形狀 尺寸和精度的基本工具 只有結(jié)構(gòu)合理 精度和硬度合格的模具 才能實現(xiàn)產(chǎn)品的成形并具有精確的內(nèi)外廓形狀和斷面尺寸 同時 合理的模具設(shè)計能保證產(chǎn)品具有最 小的翹曲和扭曲 最小的縱向彎曲和橫向波浪度 3 模具是保證產(chǎn)品內(nèi)外表面質(zhì)量最重要的因素之一 模具本身的表面光潔度 表面硬度對產(chǎn) 品的內(nèi)外表面光潔度有著決定性的影響 4 合理的模具結(jié)構(gòu) 形狀和尺寸 在一定程度上可控制產(chǎn)品的內(nèi)部組織和力學(xué)性能 5 4 模具的設(shè)計要求 零件質(zhì)量的好壞與模具的結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系 合理的模具結(jié)構(gòu)是制造合格零件的關(guān)鍵 因此 必 須正確地設(shè)計模具的結(jié)構(gòu) 在擠壓模具設(shè)計過程中 除了滿足普通鍛造模具的設(shè)計要求外 還必須滿 足以下要求 1 模具工作零件材料 要選取合適的材料以適應(yīng)工作溫度 2 設(shè)計組合凹模要考慮由于溫度關(guān)系而發(fā)生的尺寸變化對預(yù)應(yīng)力效果的影響 4 為確保鍛件的尺寸精度 必須使模具溫度穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行工作 為此 必須考慮 預(yù)熱和冷卻裝置 5 為了提高鍛件質(zhì)量和模具壽命 應(yīng)經(jīng)常消除沉積在模具模腔上的潤滑劑殘渣 6 必須滿足精鍛件的質(zhì)量特征與要求 7 結(jié)構(gòu)簡單 使用維修方便 5 5 模具的設(shè)計內(nèi)容 鍛造模具結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括 1 分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性及材料 18 2 選擇鍛壓的工藝方案和制定鍛件圖 3 確定坯料的尺寸 重量及備料方法 4 計算鍛壓的各項工藝參數(shù) 5 進(jìn)行模具體結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 6 模具材料的選取 常用的熱鍛模材料有 5CrMnMo 3Cr2W8V 和 5CrNiMo 前者具有良好的強度 耐磨性和韌性 適 用于中小型熱鍛模 最小邊長 300 400mm 3Cr2W8V 鋼的主要特點是有高的熱穩(wěn)定性和耐磨性 較好 的抗氧化性和抗熱疲勞性 有較高的淬透性 用于制造大型熱鍛模和尺寸較小但在動載荷下工作的熱 鍛模時 淬火溫度應(yīng)選擇 1050 1100 用于制造承受動載荷較小的熱鍛模時 淬火溫度提高到 1140 1150 是合適的 5CrNiMo 具有良好的綜合力學(xué)性能 加熱至 500 時 仍能保持高的強度極限 和屈服強度 有很高的淬透性 適合于制造大型熱鍛模 因此 該設(shè)計的模具結(jié)構(gòu)材料選用 5CrNiMo 5 7 鍛造模塊的確定 型槽壁厚的確定 型槽深度 h 12 5mm 查 鍛壓技術(shù)手冊 圖 9 2 56 型槽最小壁厚為 34mm 模塊的最小寬度 B b b1 2 b2 8 25 2 103 2 34 237mm b 表示飛邊槽橋口寬度 b1 表示飛邊槽倉部寬度 b2 表示連桿最大寬度 模塊的最小長度 L l1 b b1 2 225 8 25 2 2 34 359mm 鍛造塊的最小高度 查 鍛壓技術(shù)手冊 圖 9 2 59 得 模塊最小高度為 110mm 根據(jù)以上模塊選用模塊 查 鍛壓技術(shù)手冊 表 9 2 26 得 L 400mm B 250mm H 100mm 5 8 燕尾及鍵槽的選擇 查 鍛壓技術(shù)手冊 表 9 2 23 根據(jù)鍛錘噸位選擇燕尾和鍵槽的尺寸 其尺寸為 b 200mm h 50 5mm b1 50mm 第六章 汽車連桿成形工藝過程分析 6 1 毛坯的制備 由于汽車連桿毛坯的形狀為棒形毛坯 因此毛坯采用擠制和冷拉成型棒材 然后根據(jù)毛坯尺寸進(jìn) 行下料 常用的下料方法有剪切和鋸切 剪切是應(yīng)用最廣的一種下料方法 通常是在專用的剪切模上進(jìn)行 有全封閉式和半封閉式兩種 這種下料方法的優(yōu)點是生產(chǎn)率高 材料利用率高 缺點是毛坯形狀欠規(guī)則 鋸切采用往復(fù)鋸或圓盤下料 毛坯端面平整 尺寸精度高 形狀規(guī)則 但生產(chǎn)率較低 并有鋸屑 19 損失 采用高速帶鋸下料可以提高生產(chǎn)率 且毛坯形狀規(guī)則 是一種先進(jìn)的備料方法 但帶鋸條使用 壽命較短 影響了這種方法的推廣應(yīng)用 綜上所述 在這里我們采用高速帶鋸下料 6 2 潤滑劑的選用 在鍛造過程中 坯料與模具之間由于接觸而產(chǎn)生摩擦 摩擦使模具磨損 工件表面劃傷 甚至發(fā) 生粘模 既縮短了模具壽命 又影響了精鍛件質(zhì)量 同時增加了變形力和變形功 摩擦還會引起金屬 變形不均勻 嚴(yán)重時產(chǎn)生裂紋 為減少摩擦的不良影響 在坯料與模具之間加潤滑劑是一種有效的方 法 隨著塑性成形向精密 高效 優(yōu)質(zhì) 低耗 清潔和柔性方向發(fā)展以及新材料 新工藝的出現(xiàn) 迫 切需要研究新的潤滑劑及潤滑方式 對潤滑劑 大體上有以下的性能要求 1 摩擦表面具有最大的活性和足夠的粘度 2 有良好的潤滑性 3 有合適的密度 容量 4 有良好的懸浮分散性和可噴射性 5 具有良好的脫模性能 6 有良好的浸潤性 7 有較高的化學(xué)穩(wěn)定性 8 有良好的熱穩(wěn)定性 耐熱性 絕熱性和冷卻性 9 潤滑劑的熱膨脹系數(shù) 軟化起始溫度和使用要求 在室溫下冷精鍛時 一般的潤滑方法是先將毛坯表面進(jìn)行磷酸鹽處理 不銹鋼為草酸鹽處理 而后進(jìn)行硬脂酸鈉皂化處理或涂 不銹鋼是用氯化石蠟和 組成的潤滑劑 這種潤滑方法20SM20SM 對鋼具有滿意的效果 但當(dāng)溫度在 250 300 以上時 由于磷化層與皂化層被燒壞 使?jié)櫥瑮l件惡 化 所以在 250 300 以上熱精鍛時 這種潤滑方法便不適用 必須采用其他潤滑方法 目前 國內(nèi)熱塑性成形用的潤滑劑主要是以石墨粉為主要原料配制成的 此外 還有用玻璃粉作 為潤滑成分的潤滑劑 但玻璃粉制作復(fù)雜 價格較高 因而應(yīng)用不廣 石墨粉是一種具有良好的潤滑效果的原料 已被廣泛應(yīng)用于各種成形的潤滑中 由于石墨具有層 狀結(jié)構(gòu) 擠壓時易隨著復(fù)雜毛坯的變形而滑動 具有熱穩(wěn)定性 絕熱性 因而具有良好的潤滑性 脫 模性 其短處為 惡化環(huán)境 由于能導(dǎo)電 因而有漏電問題 對配管有腐蝕作用 不易回收利用 石 墨與各種水劑 油劑等配制的不同潤滑劑 其滑效果和使用方法存在較大的差異 最近幾年 已在科 研和生產(chǎn)中應(yīng)用的幾種水劑石墨潤滑劑除了在高溫下具有優(yōu)良的潤滑性能外 還有良好的脫模 冷卻 和絕熱等性能 機 1 機 2 機 4 和機 5 四種潤滑劑都能應(yīng)用與溫 熱精鍛中 試驗研究證明 機 2 20 和機 6 能降低約 25 的鍛造負(fù)荷 各種水劑石墨的高潤滑性能遠(yuǎn)比乳化油 機油和二硫化鉬優(yōu)良 機 1 機 2 和機 5 在試樣溫度高于 900 后 它的潤滑性能優(yōu)于西德 Acheson 公司的 Delta144 及美國的 Dug31 機 6 在高溫時有很小的摩擦系數(shù) 以上這些水劑石墨潤滑劑已在科研和生產(chǎn)了很大作用 例 如機 1 機 2 機 4 用于熱鍛生產(chǎn) 模具壽命都有了較大的提高 與機油 二硫化鉬和機油 石墨相比 一般可提高 50 100 由于在高溫時其潤滑性能比二硫化鉬好 從而提高了鍛件的充填性及精度 減少了廢品率 并且它們不產(chǎn)生煙味 從而改善了生產(chǎn)現(xiàn)場的勞動條件 綜上所述 汽車連桿鍛造時采用水劑石墨潤滑劑 6 3 模具的預(yù)熱 鍛造前還應(yīng)對上下模具進(jìn)行預(yù)熱 一般預(yù)熱到 200 300 再進(jìn)行生產(chǎn) 模具預(yù)熱有兩個目的 一是使鍛造毛坯放入模具時毛坯降溫不致過快 以免使塑性降低 變形抗力增加 同時可避免毛坯表 面與中心層溫差過大 致使變形不均勻增加 以致造成擠壓件和模具損壞 二是可減小模具與毛坯接 觸時的溫差 若模具在鍛造前預(yù)熱 模具與毛坯溫差太大 會使模具表面溫度迅速上升 造成模具表 面層和中心層溫差過大 產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力 再加上擠壓變形對模具造成的應(yīng)力也很大 會使模具很 快斷裂和破壞 模具預(yù)熱的方法有在模具上安裝專門的電阻預(yù)熱器 而本課題采用的方法是在模具上放置燒紅的 鋼塊進(jìn)行預(yù)熱 6 4 鍛造溫度范圍的確定 鍛造溫度范圍是指坯料開始鍛造時的溫度和結(jié)束鍛造時的溫度之間的溫度區(qū)間 鍛造溫度是鍛造工藝成敗的關(guān)鍵 對各種不同材料都存在一個最佳溫度 在這個最佳溫度下進(jìn)行 成形 可使變形抗力最低 毛坯不發(fā)生氧化 脫碳 模具磨損最小 擺輾件力學(xué)性能好且能使?jié)櫥瑒?合乎要求的均布于毛坯表面 我們只能根據(jù)不同的產(chǎn)品對象及對零件的性能 尺寸精度 表面粗糙度 的要求不同 以及所采用的設(shè)備條件和零件的變形程度等 盡可能的選擇一個較為合理的溫度區(qū)間 因此 如何合理地來選擇溫度就顯得特別重要 鍛造溫度選擇可按以下原則來考慮 1 鍛造溫度應(yīng)選在金屬材料的變形抗力顯著減小的溫度范圍內(nèi) 2 鍛造擺溫度應(yīng)選在金屬材料開始有較強烈氧化的溫度之前 以保證無氧化或極少氧化 3 鍛造溫度應(yīng)選在金屬材料變形時與相應(yīng)的潤滑劑之間具有最小摩擦系數(shù)的溫度范圍內(nèi) 通過長期生產(chǎn)實踐和大量實驗研究 現(xiàn)有金屬材料的鍛造溫度范圍均已確定 可從相關(guān)手冊查得 確定鍛造溫度范圍的基本原則是 要求在鍛造溫度范圍內(nèi)金屬具有良好的塑性和較低的變形抗力 能鍛出優(yōu)質(zhì)鍛件 鍛造溫度范圍盡可能寬廣些 以便減少加熱火次 提高鍛造生產(chǎn)率 21 一般來講 碳鋼的鍛造溫度范圍 根據(jù)鐵 碳平衡圖便可直接確定 對于多數(shù)合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛造 溫度范圍 可以參照含碳量相同的碳鋼來考慮 但對塑性較低的高合金鋼 以及不發(fā)生相變的鋼種 如奧氏體鋼 鐵素體鋼 則必須通過實驗 才能訂出合理的鍛造溫度 各類鋼的鍛造溫度范圍概括于表 1 鋼 種 始鍛溫度 終鍛溫度 鍛造溫度范圍 普通碳素鋼 1280 700 580 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 1200 830 400 碳素工具鋼 1196 770 330 合金結(jié)構(gòu)鋼 1150 1200 800 850 350 合金工具鋼 1050 1150 800 850 250 300 高速工具鋼 1100 1150 900 200 250 耐熱鋼 1100 1150 850 250 300 彈簧鋼 1100 1150 800 850 300 軸承鋼 1080 800 280 表 1 各類鋼的鍛造溫度范圍 40Cr 主要的特征是淬透性好 調(diào)質(zhì)后有較高的屈服強度和疲勞強度 韌性也良好 在 830 860 時 仍然保持著很高的強度 淬透性較好 因此要使 40Cr 具有一定的塑性 其塑性變形時的溫度就 要比 830 高 但也要防止因溫度過高而產(chǎn)生的氧化 根據(jù)國內(nèi)外的生產(chǎn)實踐 對 40Cr 可選則在 1050 1200 之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行鍛造 第七章 結(jié)論與展望 7 1 主要結(jié)論 本設(shè)計根據(jù)汽車連桿零件的實際需求 提出了用模鍛成形并排式連桿 分析了成形原理 進(jìn)行了 工藝計算及模具設(shè)計 具體內(nèi)容包括 1 分析了該零件的主要成形工藝 2 分析了汽車連桿零件的工藝性并選擇了零件的鍛造工藝方案 并繪制了鍛件圖 3 進(jìn)行工藝參數(shù)計算 4 根據(jù)零件實際 進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 畫出了模具裝配圖及主要零件圖 并對終鍛模具 預(yù)鍛模具 制坯模具進(jìn)行了三維造型 得出了以下結(jié)論 22 1 在計算毛坯尺寸的時候 應(yīng)該盡量多取幾個截面進(jìn)行計算 這樣可以讓我們得到的制坯圖 更加準(zhǔn)確 2 該零件的鍛造工藝的成形過程是非常復(fù)雜的 其主要影響因素主要有溫度的確定 成形工 藝的選擇 坯料形狀的確定 潤滑條件等 對零件的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用 3 模具要具有足夠剛度和強度 4 在應(yīng)用 UG 進(jìn)行三維造型中的草圖時候 應(yīng)該對各個線段應(yīng)該符合造型的要求 7 2 后續(xù)研究工作的展望 通過本次設(shè)計 認(rèn)識了很多問題 有許多方面還需進(jìn)一步改進(jìn)與深討 例如并排連桿的鍛造成形 工藝還比較少 希望有更多的專業(yè)人士進(jìn)入這個方面來進(jìn)行研究 根據(jù)本設(shè)計 個人認(rèn)為后續(xù)工作應(yīng)注意以下幾個問題 1 對于并排連桿的制坯工藝的確定 2 材料流動問題的確定 3 由于并排連桿鍛造成形工藝是相當(dāng)復(fù)雜的 因此 必要時應(yīng)該利用 CAD CAE 進(jìn)行模擬和分 析 連桿是汽車發(fā)動機上非常重要的一個零件 它技術(shù)一定會愈來愈發(fā)展 這就希望我們能深入理解 必須深入實際 將理論與實際結(jié)合 才能有所突破 第八章 心得與體會 通過本次畢業(yè)設(shè)計 在理論知識的指導(dǎo)下 結(jié)合認(rèn)識實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)中所獲得的實踐經(jīng)驗 在老 師和同學(xué)的幫助下 認(rèn)真獨立地完成了本次畢業(yè)設(shè)計 在本次設(shè)計的過程中 通過自己實際的操作計 算 我對以前所學(xué)過的專業(yè)知識有了更進(jìn)一步 更深刻的認(rèn)識 同時也認(rèn)識到了自己的不足之處 到 此時才深刻體會到 以前所學(xué)的專業(yè)知識還是非常有用的 而且都是模具設(shè)計與制造最基礎(chǔ) 最根本 的知識 本次畢業(yè)設(shè)計歷時四個月左右 從最初的領(lǐng)會畢業(yè)設(shè)計的要求 到對拿到自己手上的沖壓件的沖 壓性能的分析計算 諸如對沖壓件結(jié)構(gòu)的分析 對形狀的分析等 不斷地分析計算 對要進(jìn)行設(shè)計的 沖壓件有了一個比較全面深刻的認(rèn)識 并在此基礎(chǔ)上綜合考慮生產(chǎn)中的各種實際因素 最后確定本次 畢業(yè)設(shè)計的工藝方案 然后是對排樣方式的計算 直到模具總裝配圖的繪制 歷時近兩個月左右 在 這段時間里 我進(jìn)行了大量的計算 從材料利用率的計算 到工序壓力的計算 再工作部分刃口尺寸 及公差的計算等 其間在圖書館翻閱了許多相關(guān)書籍和各種設(shè)計資料 因此從某種意義上講 通過本 次畢業(yè)設(shè)計的訓(xùn)練 也培養(yǎng)和鍛煉了一種自己查閱資料 獲取有價值信息的能力 總之 通過本次畢業(yè)設(shè)計的鍛煉 使我對模具設(shè)計與模具制造的整個過程都有了比較深刻的認(rèn)識 和全面的掌握 先后幾次不同的設(shè)計 從壓鑄模的設(shè)計 到模具制造工藝卡的設(shè)計 再到本次畢業(yè)設(shè) 23 計的沖壓模的設(shè)計 使我接受了一個模具專業(yè)的畢業(yè)生應(yīng)該有的鍛煉和考查 我很感謝學(xué)校和各位老 師給我這次鍛煉機會 我是認(rèn)認(rèn)真真的做完這次畢業(yè)設(shè)計的 也應(yīng)該認(rèn)認(rèn)真真的完成我大學(xué)四年里最 后也是最重要的一次設(shè)計 但是由于水平有限 錯誤和不足之處再所難免 懇請各位導(dǎo)師 各位教授 批評指正 不勝感激 參考文獻(xiàn) 1 胡亞民等 鍛造工藝過程及模具設(shè)計 北京大學(xué)出版社出版社 2006 8 2 宋志海 汽車用鋁合金及其塑性加工技術(shù) 綜述 2006 7 3 張先國 汪維新 汽車用鋁合金及其塑性加工技術(shù) 汽車技術(shù) 2000 12 32 36 4 胡建華 吳方 鋁合金連桿的擠壓鑄造工藝分析 特種鑄造和有色金屬 2002 7 215 217 5 李紹忠