“锻造”是金属加工的主要方法和手段之一,锻锤是多种锻压机器的先驱。尽管各种锻造成形新工艺、新设备的不断涌现,但锻锤由于结构简单、操作方便、成形速度快、适应性强、投资少等优点,至今仍然起着非常重要的作用。特别是程控全液压锻锤的出现,使锻锤在现代锻造工业技术发展中又一次得到了复兴。
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Qh|-a@ 锻锤的突出优点在于打击速度快,因而
模具接触时间短,特别适合要求高速变形来充填模具的场合。例如带有薄筋板、形状复杂的而且有
重量公差要求的锻件。由于其快速、灵活的操作特性,其适应性非常强,有人称之为“万能”设备。因而特别适合多品种、小批量的生产。锻锤是性价比较优的成形设备。
-B *<Q[_ xH"W}-#[ 1 锻模的设计
D%jD8 p |D;"D 1.1零件分析
S2'`|uI +EST58 连杆是汽车发动机中的零件,主要用来连接活塞和曲轴。其功能是将活塞承受的燃油爆发力传递给曲轴,使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。汽车发动机转速很高,连杆在高速运动中将承受很大的交变应力。
B:3+',i1 l:zU_J6 1.2 确定分模位置
1H&?UP4=( 5vs`uUzr 分模面一般应该设置在锻件的最大轮廓处,在本设计中如图1所示A-A截面为最大截面,所以A-A截面为分模面。
u=@h`5-fp 1.3 确定加工余量和公差
[GR]!\!%~ CJMaltPp& 根据锻件图的具体数据,进行以下计算:
P"R97#C 6(N.T+;] 估算锻件质量:杆长L=210-40-60=110mm;杆部的截面积为=32x24=768mm2
r/CEYEJ&X H
_Zo@y~J 所以连杆杆部的体积约为:V=110x768=84480mm3大头体积:R内=37.5mm;R外=120/2=60mm;又因为连杆大头只有一半为此次锻造所需要有效部分,所以大头体积为:V大头=1/2xπh(R2外-R2内)=1/2x3.14x40(602-37.52)=137767.5mm3
9UeVvH 小头体积:R外=29.6mm;R=21.5mm
lFp!XZ! 所以小头体积为:V小头=πh(R外2- R内2)=3.14 x 40(29.5 2-21.5 2) =51244mm 3;
F!OOrW]p0 所以该连杆的体积为:V=V杆+ V大头+ V小头=84480+137767.5+51244≈273491.5 mm 3;
;[{:'^n M=ρv=7.85x273491.51x10-3=2146.9g;所以锻件质量约为2.15Kg。
N,j>;x3xT 锻件的复杂系数:S=V/ V外包=273491.5 /1352000=0.20 ;得该锻件级别为Ⅲ级S3,形状复杂系数为较复杂[1]。
#&^ZQs< 锻件材质系数的确定
F=oHl@ 由锻件图要求知道,该零件材料为高碳非调质钢,由相关质料知该零件材质系数为M 2。
.k# N7[q= 公差与余量
nB cp7e 确定模锻件在长度、宽度、高度方向上的加工余量尺寸和公差[2]:
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O 高度公差:
j~,h)C/v 高度及水平尺寸的单边余量约为1.7~2.2mm。取2mm
QD$}-D[ 1.4 确定锻锤吨位
Cz'xGW{ 因为该柴油机连杆件为大批量生产,要求有较高的生产效率,为降低成本,所以系数取较大系数6.3.
<@u0.-] 得k取值为1.0[1]。F=13000+760 x 23=30400 mm 2
RGT_}ni 现有双作用模锻锤吨位确定的经验公式:G=(3.5~6.3)kF =6.31.0 x 30400=1920kg,选取2吨锤。
b@=zrhQ 1.5 设计终锻型槽
u^`eKak"l 终锻型槽是按热锻件图加工和检验的,收缩率为1%。根据类似连杆生产经验总结,考虑到锻模使用后承击面下陷,型槽深度减小及精压时变形不均,横向尺寸增大等因素,需修改几处尺寸:
Xtci0eS#V (1)辐板处增厚0.5mm,如图2所示。
-Bo86t)F (2)连杆小头高度42.3mm处,其理论高度为:42.3 x(1+1%)=42.7mm;实际取43.5mm。大头左上端与右下端做成斜面,将高度尺寸42.5mm上下各增0.7mm。`
<A#5v\{.;~ (3)中间杆厚度: 25.5 x (1+1%)=25.8mm
IXGW2z; (4)两头圆中心线长: 210 x(1+1%)=212mm;但考虑到该零件需用圆心做中心定位,所以热锻件两圆心距不变仍取212mm。
-M"IVyy@ (5)大头半圆边距:126.4 x (1+1%)=127.7mm。
E4Y"X (6)大头内圆半径:32 x(1+1%)=32.3mm;
w) =eMdj\o 1.6 设计预锻型槽
N=>- Q) 由于锻件复杂,须设置预锻型槽,以便达到如下目的:
eQ$N:] 1)确保金属无缺陷的流动,易于充填型槽;2)减少材料流向毛边的损失;3)减小终锻型槽磨损;4)取得所希望的流线和便于控制锻件的力学性能.
x S 大头叉部的预锻:
>$2E1HW. 因为大头有叉,且叉间距离不大,所以必须在预锻型槽中使用坯料台,预锻时依靠劈料台把金属挤向两侧,流入叉部型槽内。由于该锻件叉部不是太窄,如图3尺寸所示。
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1.7 绘制计算毛坯图
0-*Z<cu%l 由原计算数据所得的截面图显然不够圆滑,所以应对其进行修正,其修正后的图如连杆的剖面图和计算毛坯图中的双点划线部分。因修正后面积变化不大,所以修正后最大截面积可以依然取原来的最大截面积3066mm ,最大截面周长也取原来值62.6mm。
!+m@AQ:, 1.8 制坯工步的选择
.D+RLO z 由文献[1]查表4-59,得制坯工步为拔长-开式滚压,综合两个简单毛坯制坯工步,最后确定连杆制坯形式为开式拔长-开式滚压。
WI,40&< 1.9 确定坯料尺寸
q&u$0XmV 模锻用原材料的体积应包括锻件本体、毛边、连皮、夹钳料头和加热引起的氧化皮之总和。原材料的横截面尺寸及长度是以计算毛坯为基础,再根据热锻件特点及所选订的制坯工步、模锻方法确定。
?V#Gx>\ 确定坯料计算公式。则
iPMB$SdfO L头=L计-L计1-L杆2=289-83.5-100=105.5mm;V头=V计-V计1-V杆2=375040-10448-72000=198551mm2;A拔=V头/L头=198551/105.5=1882 mm2;
M6# \na A滚=1.2A均=1.2*1298=1557.6 mm2
N1PECLS? A坯=A拔-K (A拔-A滚)=1882-0.033(1882-1557.6)=1871 mm2
D~Z=0yD 则选方钢边长a1= = =43.6mm,选a=45mm的方钢。
<\h*Zy 烧损率δ=3%;坯料体积为:V =V (1+δ)=367655.5*(1+3%)=378685.2mm3;坯料长度:L =V /a2=190mm;
3f_i1|>)' 根据坯料的质量和长度,该连杆锻件适用于采用调头模锻,一料一件,考虑到实际情况,下料为方钢45mmx400mm。
,,S9$@R 1.10 锻模结构设计
O'fk&&l 根据前面计算可知,模锻该连杆的设备为2吨模锻锤机组,考虑到实际应用中加热炉一般在锤的右方,现假设实际加工中加热炉在锤的右方,故拔长型槽布置在右边,滚挤型槽布置在锻模锻模左边,预锻工步从左至右。
>W'j9+Va 1.11 连杆模锻工艺流程的最终确定
[1NaH 1)下料:剪切机冷切;2)加热:1220~1240℃;3)模锻:2t模锻锤,拔长、开式滚挤、预锻、终锻;4)热切边:1600kN切变压力机;5)打磨毛刺:砂轮机;6)
热处理:① 油冷淬火 ② 淬火后应及时回火③ 锤用锻模燕尾的硬度,要求比型面低HRC4~6单位。7)酸洗:酸洗槽;8)冷校正:1t夹板锤;9)冷精压:1000KN精压机;10)探伤;11)测硬;12)检验。
M
/"gf;)q> 2 锻模材料的选择
?RDO] I> 按
锤锻模用材料应满足的基本要求,另外考虑到该连杆锻件为批量生产,生产数量较大,最后选用5CrMnSiMoV做为该模具用钢,该钢种锻模硬度数据为如下:
d;{y`4p)s 型槽:321~364HB; 表面:35~39HRC; 燕尾部分:286~321HB;30~35HRC
EY]a6@; 3 结论
p:B
]Ft 该锻模保证了连杆锻件的外廓尺寸和精度要求,降低了生产成本,提高了生产效率,满足了生产要求。
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