機械畢業(yè)設計（論文）-齒輪的鍛模設計【全套圖紙】

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1、1 陜陜西航空西航空職業(yè)職業(yè)技技術術學院學院 設 計 說 明 書 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706153893706 2 目錄 前言3 制件的工藝性分析4 根據零件圖制定鍛件圖：5 1.確定分型面.5 2.加工余量及公差.6 3 20CrMnTi 鋼的材質系數(shù)為 M1。 9 4 計算加工余量及公差。 .9 5 技術條件 9 6 模鍛斜度10 7 圓角半徑10 設計沖孔連皮.10 校核.12 設計終鍛模膛.13 1.繪制齒輪熱鍛件圖14 2. 計算設計飛邊槽的尺寸 15 3.鉗口的確定16 確定終鍛模設備噸位.18 1.熱模鍛曲柄壓力機的確定18 2. 公稱噸位的確定 18 3. 壓

2、力噸位的計算 19 4.鍛錘噸位的確定19 設計制坯模膛.21 確定坯料長度.22 鍛模結構設計：.24 1、模膛布置 24 2、錯移力的平衡和鎖扣的設計 25 3、模塊尺寸及要求 25 模鍛工藝流程：.27 修整工序.27 3 鍛模使用時必須注意的問題：.29 小結：.29 參考文獻：.30 前言 在現(xiàn)代機械制造業(yè)中，模具工業(yè)已成為國民經濟中一個非 常重要的行業(yè)。許多新產品開發(fā)和生產在很大程度上依賴于模 具的設計與制造技術，。模具設計與制造能力的強弱與水平的 高低，已成為衡量一個國家機械知道水平的重要標志之一，它 關系著產品質量和經濟效益的提高，直接影響了國民經濟中許 多行業(yè)的發(fā)展。 鍛造工

3、藝不僅能合理利用金屬的塑性，省時節(jié)能地獲得產 品的形狀，而且還能改變金屬的內部組織，提高原始金屬本身 的承載能力，進而收到節(jié)材的效果。 模鍛工藝是在自由鍛工藝基礎上發(fā)展起來的一種先進工藝。它 是將金屬加熱，使其具有較高的塑性，然后置于鍛模模膛中， 有鍛造設備施加壓力，是金屬發(fā)生塑性變形并充填模膛，得到 所需形狀并符合技術要求的模鍛件。 在經濟發(fā)達國家中，模鍛件平均占鍛件總質量的百分之七 4 十以上，因此，模具在生產中所占比重，在某種意義上代表了 這個國家經濟發(fā)展水平，是工業(yè)發(fā)達程度的標志之一。 制件的工藝性分析 ? 168(分度圓直徑） 兩端 兩端 （制件圖） 由圖可知，該零件為錘商模鍛件，普

4、通級精度，用室式油爐加 熱，該零件材料為 20CrMnTi，齒輪零件的最大厚度為 55mm，最小厚 度為 9mm。該齒輪零件屬于圓盤零件，錘鍛時打擊力方向上坯料軸 線方向一致，金屬沿長寬高方向同時流動。對于體積小，形狀簡單 的圓盤類零件，可由原始坯料直接終鍛成形。 由圖知，該齒輪零件中心有一個直徑為 50 的通孔。而模鍛不 能鍛出通孔，只能鍛出不通孔。對于內孔大于等于 25mm 的鍛件模鍛 時不能直接鍛出通孔，在分模面上留有一層較薄的金屬連皮，在隨 后的沖孔工序中再將其沖掉，若連皮太薄，鍛中容易出現(xiàn)鍛不足， 5 和要求過大的打擊力。從而導致模膛凸凹部分磨損加大。雖然有助 于克服上述現(xiàn)象，但重除

5、連皮困難致使鍛件變形且浪費材料。 1. 制件的技術要求 （1）未注外圓角半徑 r=3 未注內圓角半徑 R=5 （2）未注外模鍛斜度 =5未注內模鍛斜度 =7 （3）允許殘留飛邊公差為 1.0 （4）允許錯公差為 1.0 根據零件圖制定鍛件圖： 1.確定分型面 鍛模的分模面是指上下鍛模的分接面。分模輪廓線是指種鍛模膅分 模面與鍛件輪廓交線。分模面的選擇應按以下原則進行。 6 （1）要保證模鍛件能從模膛中順利取出，并使鍛件形狀盡可能與零 件形狀相同，一般分模面應選在模鍛件最大水平投影尺寸的截面上， 如圖 2-27 所示。 （2）按選定的分模面制成鍛模后，應使上下模沿分模面的模膛輪廓 一致，以便在安

6、裝鍛模和生產中容易發(fā)現(xiàn)錯?，F(xiàn)象。如圖 2-27 所示，若選-面為分模面，就不符合此原則。 （3）最好使分模面為一個平面，并使上下鍛模的模膛深度基本一致， 差別不宜過大，以便于均勻充型。 （4）選定的分模面應使零件上所加的敷料最少。如圖 2-27 所示， 若將面選作分模面，零件中間的孔不能鍛出，其敷料最 多，既浪費金屬，降低了材料的利用率，又增加了切削加工工 作量，所以該面不宜選作分模面。 （5）最好把分模面選取在能使模膛深度最淺處，這樣可使金屬很容 易充滿模膛，便于取出鍛件，如圖 2-27 所示的面就不適 合做分模面。 按上述原則綜合分析，選用如圖 2-27 所示的面為分模面最合 理。 圖 2

7、-27 分模面選擇比較 7 2.加工余量及公差 模鍛件水平方向尺寸公差見表 2-6。模鍛件內、外表面的加工余量 見表 2-7。 表 2-6 錘上模鍛水平方向尺寸公差（mm） 模鍛件 長 （ 寬） 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）估算鍛件質量 mf。預選加工余量為 2.5mm，計算鍛件

8、體積。將鍛 件分解為簡單的幾何體相加減，取鍛模斜度中間值（預設內模 鍛斜度為 =5，內模鍛斜度 =7），圓角半徑忽略不計。 這樣，將齒輪鍛件分解為各個圓柱體相加減。 實心體：V1=/4（180233+66227） =1054644mm3 大孔：V2=/4（45260） =106313mm3 則 Vf= V1 -V2-V3 =697024mm3 鍛件質量 mf=Vf密度=6970247.810310-9kg =5.600kg 2）計算形狀復雜系數(shù) S。該齒輪外廓包容體為一圓柱，直徑為 180mm，高為 60mm。 外廓包容體體積為 Vn=（/4）180260 9 =1701000mm3 按式 S

9、= Vf/VN=0.410 該齒輪系數(shù)為 S2級。 3 20CrMnTi 鋼的材質系數(shù)為 M1。 4 計算加工余量及公差。 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 為終鍛件面。9 為暴露尺寸切不考慮

10、加工余量。由表 5-4 可查 出殘余飛邊余量公差為 1.0mm。錯差公差為 1.0mm。 10 5 技術條件 （1）圖上未注明模鍛斜度 5； （2）圖上未注明圓角半徑 R3； （3）查鍛件模具簡明設計手冊表 5.18 知允許的錯差量 1.6mm； （4）查鍛件模具簡明設計手冊表 5.18 知允許的殘留飛邊量 1.7mm； （5）允許的表面缺陷深度1.0mm； （6）鍛件熱處理：正火達到 HRC3236； （7）鍛件表面清理：拋丸。 6 模鍛斜度 為便于從模膛中取出鍛，模鍛件上平行于錘擊方向的表面必須具有 斜度，稱為模鍛斜度，一般為 515之間。取外模鍛斜度 =7度，內模鍛斜度為 10。 7 圓

11、角半徑 11 查表 5-7 和 5-8，考慮制件倒角值和加工余量，r=余量+零件的 倒角值=3.0mm 取外圓角半徑 r=3mm, r=余量+零件的倒角值=5mm 內圓角半徑 R=5mm。 設計沖孔連皮 由于錘上模鍛時不能靠上、下模的突起部分把金屬完全排擠掉， 因此不能鍛出通孔，終鍛后，孔內留有金屬薄層，稱為沖孔連皮 （圖 2-24），鍛后利用壓力機上的切邊模將其去除。常用的連 皮形式是平底連皮，如圖 2-30 所示，連皮的厚度 t 通常在 48mm 范圍內，可按下式計算： S=0.45+0.6 525 . 0 hdh =0.455+0.67.746 =2.25+4.648 =6.898mm

12、7mm 式中 d鍛件內孔直徑，單位為 mm； h鍛件內孔深度，單位為 mm； 12 連皮上的圓角半徑 R1，可按下式確定： 按式（5-5） R=R+0.1h+2 =5+0.160+2 =13mm 孔徑 d25mm 或沖孔深度大于沖頭直徑的 3 倍時，只在沖孔 處壓出凹穴。上述各參數(shù)確定后，便可繪制鍛件圖。分模面選在 鍛件高度方向的中部。由于零件輪輻部分不加工，故無加工余量。 圖中內孔中部的兩條直線為沖孔連皮切掉后的痕跡。連皮圓角半 徑應大于內圓角半徑，所以取 R=14mm 校核 實心體：V1=/4（180232.5+66227） 1024286mm3 大孔：V2=/4（45260） =1063

13、13mm3 小孔：V3=/4（1392-662）92 13 =251307mm3 則 V鍛=V1-V2-V3=666666mm3 m鍛=6666667.810310-9kg =5.356kg S=666666/1701000=0.39 ? 168(分度圓直徑） 兩端 兩端 該齒輪形狀一般，系數(shù)均為 S2級則鍛件圖留取的機械加工余 量是合理的 設計終鍛模膛 終鍛型槽是各種型槽中最重要的型槽，用來完成鍛件最終成形， 終鍛件型槽按熱鍛件圖制造和檢驗。所以終鍛模膛設計的主要內容 是繪制熱鍛件圖，供制造模膛用，熱鍛件圖以冷鍛件圖為依據，熱 14 鍛件圖的尺寸標注，高度方向尺寸以分模面為基準，以便于鍛模機

14、 械加工和準備檢驗樣板。其次考慮到金屬冷縮現(xiàn)象，熱鍛件圖上所 有的尺寸應計入收縮率，即： L=l（1+） L熱鍛件尺寸 l冷鍛件尺寸 終鍛溫度下金屬的收縮率 鋼的收縮率一般為 0.8%1.5%，此鍛件考慮收縮率為 1.5%。 則可計算出熱鍛件圖各尺寸，模鍛斜度和內外圓角的尺寸與冷鍛件 圖相同，于是可繪出熱鍛件圖，如圖 3 所示 由于此鍛件形狀并不復雜，所以并不需要設置預鍛模膛。 1.繪制齒輪熱鍛件圖 注：終端溫度與鍛件的收縮率 20CrMnTi 屬于滲碳鋼均屬于鋼即 以 為（1.21.5） 180（1+0.015）mm=182.7mm 139（1+0.015）mm=141.0mm 39（1-0

15、.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 繪制熱鍛件圖： 2. 計算設計飛邊槽的尺寸 飛邊槽的作用： 增加金屬流出模膛的阻力，迫使金屬充滿模膛； 容納多余金屬； 鍛造時飛邊起緩沖作用，減弱上下模的打擊，防止模具 的壓塌與開裂。 （1） 按照鍛件在水平面上的投影面積。 （2）也可按鍛錘噸位確定毛邊槽尺寸 16 A=/4D2=/41

16、80180mm2 h飛=0.015=2.39mmA 查 5-9 取 6 號第二組 h飛=3.0mm h1=5mm；r=2.5mm；b1=32mm；A飛=233 3.鉗口的確定 （1）鉗口設計 鉗口終鍛和預鍛模膛前方，由夾鉗口與鉗口頸部兩部分組成，夾 鉗口尺寸主要依據夾鉗尺寸和料頭直徑而定，應保證夾料鉗子能自 17 由操作。 通常在模膛前端設計有鉗口，鉗口與模膛相通的溝槽稱為澆口， 鉗口主要用來容納夾持坯料的夾鉗和便于鍛件從模膛中取出，經研 究故選用鉗口。 其優(yōu)點是制造方便，鉗口尺寸根據鉗夾進行選用。見表 5- 11. d=(d1+d2)/2 由上計算知 D=100mm (1) 鐓粗臺高度 h

17、h=4V 坯/DD 故 h=35mm (2)C、C1 與 C2 尺寸 邊緣距離 C:C=10-15 取 C=10mm 至鎖扣距離 C1:C1=5-10 取 C1=5mm 右側與右邊距離 C2:C2=15-20 取 C2=20mm (3)邊緣圓角 R：R=8-10 R=8mm 2、錯移力的平衡和鎖扣的設計 此鍛件分模面為水平分模，在鍛模模塊上設置鎖扣，使上下塊 在錘擊過程中互相鎖住，從而克服或消除鍛件錯移。 短軸類鍛件多采用圓形鎖扣，以便控制鍛件錯移力。查鍛壓模具 簡明設計手冊表 7.29 得鎖扣高度 H=25mm，最小寬度 35mm，鎖扣 側面間隙為 0.3mm，鎖扣其余尺寸見圖 4。 =12

18、，=5，R1=3mm，R2=5mm 3、模塊尺寸及要求 模塊尺寸除了與型槽數(shù)、型槽尺寸、排列方式和各型槽間的最 小壁厚有關外，還需考慮設備的技術規(guī)格。 、承擊面，承擊面積為模塊在分模平面上的面積減去備型槽、 26 毛邊槽、鎖扣和鉗口所占面積。承擊面積一般按經驗公式 S=（30- 40）G，計算式中 S 單位為 cm2，G 為鍛錘噸位，單位為 KN。 可查鍛壓課本 P154 表 4-29 得最小承擊面積為 300cm2 、模壁厚度，由模膛到模塊邊緣，以及模膛之間的壁厚都稱為 模壁厚度，模壁厚度在保證足夠強度的情況下應盡可能減小。 根據鍛壓課本 P152 圖 4-113 可初步確定模壁厚度為 50

19、mm 、模塊寬度，為保證模鍛不與錘的導軌相碰，模塊最大寬度 Bmax 應保證模塊邊緣與導軌間留有單邊距離大于 20mm，模塊最小寬 度也要求至少超出燕尾每邊 10mm，燕尾中心線到鍛模邊緣的最小尺 寸為 B1 +10（mm） B 2 、模塊高度，鍛模高度根據型槽最大深度和鍛模最小閉合高度 確定。模塊最小閉合高度 Hmin 應根據型槽最大深度 h 確定，上下模 的最小閉合高度加上過度墊模的高度應不小于鍛錘要求的最小裝模 高度，通常 H 模=（1.351.45）Hmin。 查查鍛件模具簡明設計手冊P173 表 7.31 和課本 P155 表 4-30 可知 Hmin=320mm。 、模塊長度，根據

20、模膛長度和模壁厚度確定。 、模塊質量，為保證錘頭運動性能，上模塊最大質量不得超過 鍛錘噸位的 35%。 、鍛模檢驗角，是鍛模上兩個加工側面所構成的 90角，這 兩個側面帶一般刨進深度 5mm，高度 50100mm。 由以上要求及已知條件，模塊尺寸確定的原則是根據鍛模中模膛的 27 數(shù)量和尺寸進行布排，得出做必需的模塊最小輪廓尺寸，然后選取 標準中相近的較大值 鍛模中心與模塊中心的偏移量 s1.4 鍛模允許的最小承擊面為分模面減去模膛和飛邊槽的面積 承擊面 F 約 410cm2 大與 1t 錘允許的最小承擊面 300 cm2確定模塊 寬度 250mm 高度 300mm 長度 325mm 5、模塊

21、材料 上模 5CrNiMo 下模 5CrNiMo 6、燕尾槽尺寸 寬度 b=250mm 高度 h=50.5mm 模鍛工藝流程： 1、下料：3200KN 型剪機熱剪切下料； 2、加熱：連續(xù)式煤爐 12501300； 3、模鍛：1t 模鍛錘，鐓粗模鍛切斷； 4、熱切邊：P=MG=(8001000KN/t)G=1000KN 切邊壓力機； 5、磨毛刺：砂輪機； 6、熱處理：正火達 HRC32-36； 28 7、酸洗：酸洗槽，去除氧化皮。 8、冷精壓：10000KN 精壓機； 9、表面清理：拋丸； 10、鍛件品質檢驗。 修整工序 坯料在鍛模內制成模鍛件后，還須經過一系列修整工序，以保 證和提高鍛件質量。

22、修整工序包括以下內容。 （1）切邊與沖孔 模鍛件一般都帶有飛邊及連皮，須在壓力機上進 行切除。 切邊模如，由活動凸模和固定凹模組成。凹模的通孔形狀與鍛 件在分模面上的輪廓一致，凸模工作面的形狀與鍛件上部外形相符。 沖孔模，凹模作為鍛件的支座，沖孔連皮從凹?？字新湎隆?（2）校正 在切邊及其它工序中都可能引起鍛件的變形，許多鍛件， 特別是形狀復雜的鍛件在切邊沖孔后還應該進行校正。校正可在終 鍛模膛或專門的校正模內進行。 （3）熱處理 目的是消除模鍛件的過熱組織或加工硬化組織，以達 到所需的力學性能。常用的熱處理方式為正火或退火。 （4）清理 為了提高模鍛件的表面質量，改善模鍛件的切削加工性 29

23、 能，模鍛件需要進行表面清理，去除在生產中產生的氧化皮、所沾 油污及其它表面缺陷等。 （5）精壓 對于要求尺寸精度高和表面粗糙度小的模鍛件，還應在 壓力機上進行精壓。精壓分為平面精壓和體積精壓兩種。 平面精壓，用來獲得模鍛件某些平行平面間的精確尺寸。 體積精壓，主要用來提高鍛件所有尺寸的精度、減小模鍛件的質量 差別。精壓模鍛件的尺寸精度偏差可達(0.10.25)mm，表面粗糙 度 R 可達 0.80.4m 。 鍛模使用時必須注意的問題： 1、使用中技術檢查，模具在使用前需檢查其制造質量； 2、模具的安裝，必須裝正裝緊，并注意符合其他所有要求； 3、模具的預熱，為保證模具的正常使用，延長模具壽命

24、，鍛打前模 具必須預熱，模具預熱有助于坯料保溫； 4、終鍛溫度，坯料的終鍛溫度不得低于鍛造工藝的要求； 5、模具的冷卻，在鍛打過程中，模具溫度很快升高，為防止模具過 熱產生退火，模具溫度不允許超過 400，為此，在鍛打過程中必 須進行冷卻，冷卻方法可采用外冷法和內冷法。 6、潤滑，及時的潤滑鍛模以減少摩擦力，有些潤滑劑也兼起冷卻鍛 模的作用。 7、清除氧化皮，氧化皮對鍛件質量和模具壽命影響很大，要及時清 30 除氧化皮。 小結： 通過此次課程設計我有加深了對鍛造和鍛造工藝的理解。鍛造 工藝不僅能合理利用金屬的塑性，省時節(jié)能地獲得產品的形狀， 而且還能改變金屬的內部組織，提高原始金屬本身的承載能

25、力， 進而收到節(jié)材的效果。 模鍛工藝是在自由鍛工藝基礎上發(fā)展起來的一種先進工 藝。它是將金屬加熱，使其具有較高的塑性，然后置于鍛模模 膛中，有鍛造設備施加壓力，是金屬發(fā)生塑性變形并充填模膛， 得到所需形狀并符合技術要求的模鍛件。 通過此次課程設計，我又系統(tǒng)的復習了鍛壓的工藝及模具設 31 計的知識，同時，進一步了解了鍛壓方面其他的很多知識。為我在 以后的工作中打下了較堅實的基礎，對于一般的鍛壓模具，自己基 本可以獨立完成整個設計任務！每次完成任務后都會有一點相同的 感受，就是在學習和工作中，一定要勤奮努力，一絲不茍，用科學 嚴謹?shù)膽B(tài)度對待所以的一切任務！ 參考文獻： 1.范建蓓編著的壓鑄模與鍛模,機械工業(yè)出版社. 2.郝濱海編著鍛造模具簡明設計手冊 ，化學工業(yè)出版社； 3.鍛造工藝與模具設計課本； 4.胡亞明，華林主編鍛造工藝過程及模具設計 ，北京大學出版 社； 5.王德?lián)碇骶幒喢麇懝な謨缘?2 版，機械工業(yè)出版社。 32 6.許發(fā)越.實用模具設計與制造手冊.北京機械工業(yè)出版社. 7. Autocad2004 高級教程 人民郵電出版社