變速叉的鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

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1、變速叉鍛造工藝及其模具設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 熱鍛模設(shè)計(jì)是模具技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的模具工業(yè)，它的發(fā)展水平已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平和產(chǎn)品開發(fā)能力的重要標(biāo)志。CAD技術(shù)是改變傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工程，它不僅縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，而且還提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量. 變速叉是汽車換檔變速的一個(gè)重要零件，本文詳細(xì)介紹了變速叉的鍛模設(shè)計(jì)，包括分模面的選取，工步的擬訂，鍛件基本參數(shù)的確定，鍛件毛坯尺寸的計(jì)算以及終鍛型槽、預(yù)鍛型槽、制坯型槽、局部結(jié)構(gòu)、模塊總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，全面闡述了變速叉鍛模設(shè)計(jì)的一般流程和設(shè)計(jì)過程中的一些注意問題。 由于鍛造模具是模鍛

2、生產(chǎn)的主要工藝設(shè)備，所以其設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)模鍛件的表面質(zhì)量、尺寸精度、生產(chǎn)率以及經(jīng)濟(jì)效益等影響很大，為了提高鍛造模具的精度指標(biāo)，本設(shè)計(jì)也應(yīng)用了CAD。 關(guān)鍵詞 變速叉；熱鍛模；鍛模設(shè)計(jì)；CAD I Abstract Forging Die Mold Design technology is a major component of the national economy as a basis for the tooling industry. the level of development it has become a

3、 national industrial development and the ability to develop products an important indicator. CAD technology is changing the traditional mold design of key technologies, which is a high-tech, high-efficiency project.It will not only shorten the product design cycle, but also to improve the quality of

4、 product design Transmission Shift Fork vehicle speed is an important component This paper describes a variable speed Fork of the die design, including sub-surface mode selection, the further elaboration, the basic parameters of forging identification. Forging rough calculation of the size of th

5、e final training-groove, Preform-groove, Blank - groove system, local structure, the overall structure of the module design, comprehensively expounded on the speed fork die design processes and the general design process some attention to the issue. Since forging die forging production is the main

6、 process equipment, its design is reasonable to forging the surface quality, dimensional accuracy, productivity and economic impact of such large, in order to enhance the precision forging die indicators. The design of the CAD application. Key words Transmission Shift Fork; Hot forging die; Forging

7、 die design; CAD II 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1.1鍛造技術(shù)的介紹 1 1.2鍛件的優(yōu)勢(shì) 1 1.3鍛造的應(yīng)用范圍 1 1.4鍛造的發(fā)展趨勢(shì) 2 第二章 模鍛及錘上模鍛的介紹 3 2.1 鍛模概述 3 2.2 錘上模鍛的介紹 3 2.3錘上模鍛的工藝特點(diǎn) 4 2.4錘上模鍛的工藝路線 4 第三章 變速叉錘鍛的設(shè)計(jì) 5 3.1設(shè)計(jì)任務(wù) 5 3.2 分模面的選取 5 3.3確定鍛件的機(jī)械加工余量和公差 6 3.4確定鍛件的收縮率 7 3.5鍛模斜度和圓角的確定 7 3.5.1鍛模斜度的

8、確定 7 3.5.2圓角半徑的確定 8 第四章 鍛造模具的設(shè)計(jì) 9 4.1 飛邊槽的設(shè)計(jì) 9 4.1.1飛邊槽的結(jié)構(gòu)形式 9 4.2終緞模膛設(shè)計(jì) 11 4.3 鉗口設(shè)計(jì) 11 4.4 鍛件基本參數(shù)的確定 11 4.5 錘鍛噸位的選擇 12 4.6 鍛件毛坯尺寸的確定 12 4.7 毛坯尺寸的確定 15 4.8 模鍛工步的選擇 15 4.8.1鍛件工步的步驟 16 第五章 制坯型槽的設(shè)計(jì) 18 5.1拔長(zhǎng)模膛的設(shè)計(jì) 18 5.2開式滾壓模膛的設(shè)計(jì) 19 5.3彎曲模膛的設(shè)計(jì) 20 5.4鎖扣的設(shè)計(jì) 22 5.5切斷模膛的設(shè)計(jì) 23 5.5.1 切斷模膛的作

9、用與型式 23 第六章 鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 6.1模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 6.1.1模膛的布排 25 6.1.2燕尾、錘楔、鍵塊、墊塊與中間模座設(shè)計(jì) 25 6.1.3確定錘楔尺寸 26 6.1.4錘模墊片的確定 26 6.1.5中間模座尺寸的確定 27 第七章 鍛模結(jié)構(gòu)圖及零件成形工藝分析 28 7.1毛坯的制備 28 7.2潤(rùn)滑劑的選用 29 7.3模具的預(yù)熱 30 7.4鍛造溫度范圍的確定 30 參考文獻(xiàn) 33 致 謝 34 IV 第一章 緒論 1.1鍛造技術(shù)的介紹 現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展使模鍛技術(shù)

10、得到越來越廣泛的應(yīng)用，對(duì)鍛造模具的設(shè)計(jì)與制造的要求越來越高。由于鍛造模具是模鍛生產(chǎn)的主要工藝裝備，所以其設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)模鍛件的表面質(zhì)量、尺寸精度、生產(chǎn)率以及經(jīng)濟(jì)效益等影響很大。因此提高鍛造模具的設(shè)計(jì)水平和鍛造模具的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，對(duì)現(xiàn)代模鍛工業(yè)的發(fā)展是十分必要的。 鍛造是一種借助工具或模具在沖擊或壓力作用下加工金屬機(jī)械零件或零件毛坯的方法。與其它加工方法相比，鍛造加工生產(chǎn)率最高；鍛件的形狀、尺寸穩(wěn)定性好，并有最佳的力學(xué)性能。鍛件的最大優(yōu)勢(shì)是韌性高、纖維組織合理，件與件之間性能變化??；鍛件的內(nèi)部質(zhì)量與加工歷史有關(guān)，不會(huì)被任何一種金屬加工工藝超過。 1.2鍛件的優(yōu)勢(shì) 鍛件的優(yōu)勢(shì)是由于金屬材料

11、通過塑性變形后，消除了內(nèi)部缺陷，如鍛（焊）合空洞，壓實(shí)疏松，打碎碳化物、非金屬夾雜并使之沿變形方向分布，改善或消除成分偏析等，得到了均勻、細(xì)小的低倍和高倍組織。而鑄造工藝得到的鑄件，盡管能獲得較準(zhǔn)確的尺寸和比鍛件更為復(fù)雜的形狀，但難以消除疏松、空洞、成分偏析、非金屬夾雜等缺陷；鑄件的抗壓強(qiáng)度隨高，但韌性不足，難以在受拉應(yīng)力較大的條件下使用。機(jī)械加工方法獲得的零件，尺寸精度最高，表面光潔，但金屬內(nèi)部流線往往被切斷，容易造成應(yīng)力腐蝕，承載拉壓交變應(yīng)力的能力較差。 1.3鍛造的應(yīng)用范圍 鍛造應(yīng)用的范圍很廣。幾乎所有運(yùn)動(dòng)的重大受力構(gòu)件都由鍛造成形，不過推動(dòng)鍛造（特別是模鍛）技術(shù)發(fā)展的最大動(dòng)力是來自

12、交通工具制造業(yè)——汽車制造業(yè)和后來的飛機(jī)制造業(yè)。鍛件尺寸、質(zhì)量越來越大，形狀越來越復(fù)雜、精細(xì)，鍛造的材料日益廣泛，鍛造的難度更大。這是由于現(xiàn)代重型工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)對(duì)產(chǎn)品追求的目標(biāo)是長(zhǎng)的使用壽命，高度的可靠性。如航空發(fā)動(dòng)機(jī)，推重比越來越大。一些重要的受力構(gòu)件，如渦輪盤、軸、壓氣機(jī)葉片、盤等，使用溫度范圍變得更寬，工作環(huán)境更苛刻，受力狀態(tài)更復(fù)雜而且受力急劇增大。 1.4鍛造的發(fā)展趨勢(shì) 隨著科技的進(jìn)步，工業(yè)化程度的日益提高，要求鍛件的數(shù)量逐年增長(zhǎng)。據(jù)國(guó)外預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)末，飛機(jī)上采用的鍛壓（包括板料成形）零件將占85%，汽車將占60%-70%，農(nóng)機(jī)、拖拉機(jī)將占70%。目前全世界僅鋼模鍛的年產(chǎn)量就在

13、1000萬噸以上。 鍛造在機(jī)器制造業(yè)中有著不可代替的作用，正如前面所論述的，由鍛造方法生產(chǎn)出來的鍛件，其性能是其是它加工方法難以與之匹敵的。鍛造（主要是模鍛）的生產(chǎn)效率是相當(dāng)高的，一個(gè)國(guó)家的鍛造水平，反映了這個(gè)國(guó)家機(jī)器制造業(yè)的水平。 鍛壓經(jīng)過100多年的發(fā)展，今天已成為一門綜合性學(xué)科。它以塑性成形原理、金屬學(xué)、摩擦學(xué)為理論基礎(chǔ)，同時(shí)涉及傳熱學(xué)、物理化學(xué)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)等相關(guān)學(xué)科，以各種工藝學(xué)，如鍛造工藝學(xué)、沖壓工藝學(xué)等為技術(shù)，與其它學(xué)科一起支撐著機(jī)器制造業(yè)。鍛壓這門較老學(xué)科至今仍朝氣蓬勃，在眾多的金屬材料和成形加工的國(guó)際、國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)交流會(huì)議上仍十分活躍。 我國(guó)的經(jīng)濟(jì)體制發(fā)生了根本的變化，有過去

14、的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)過渡到現(xiàn)在的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)。鍛壓生產(chǎn)雖然效率高，鍛件綜合性能高，節(jié)約原材料和機(jī)械加工工時(shí)；但生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，成本較高，處于不利的競(jìng)爭(zhēng)地位。鑄造、焊接、機(jī)械加工都加入了競(jìng)爭(zhēng)。鍛造生產(chǎn)要跟上當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要不斷改進(jìn)技術(shù)，采用新工藝、新技術(shù)，進(jìn)一步提高鍛件的性能指標(biāo)；同時(shí)要縮短生產(chǎn)周期，降低成本，使之在競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位。 鍛造業(yè)既面臨著發(fā)展機(jī)遇也面臨著挑戰(zhàn)，要想有較大的發(fā)展，鍛造工藝技術(shù)必須要先行發(fā)展，不斷完善和提高，這也是擺在從事鍛壓技術(shù)的每一位工程技術(shù)人員、管理人員和科研人員面前的共同任務(wù)。 第二章 模鍛及錘上模鍛的介紹 2.1 鍛模概述 鍛壓

15、加工是機(jī)械制造工業(yè)的一個(gè)重要加工方式，它的加工特點(diǎn)是坯料經(jīng)過加熱，在錘鍛或壓力機(jī)等鍛壓設(shè)備及模具的動(dòng)力作用下，坯料內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到一定的條件后，引起形狀改變?yōu)樽罱K形狀的鍛件。由于鍛件的內(nèi)部組織與機(jī)械性能較好，因此一般承載力件多選用鍛壓方法進(jìn)行生產(chǎn)。而鍛模是金屬在熱態(tài)和冷態(tài)下進(jìn)行體積成形（鍛壓）時(shí)所用模具的統(tǒng)稱。根據(jù)不同的情況，鍛模的分類也有多種： 1）按鍛造設(shè)備不同，鍛模可以分為錘用鍛模、螺旋壓力機(jī)用鍛模、熱模鍛壓力機(jī)用鍛模、平鍛機(jī)用鍛模、水壓機(jī)用鍛模、輥鍛機(jī)用鍛模、高速錘用鍛模、擺輾機(jī)用鍛模等等，這種分類方法主要考慮了各種鍛壓設(shè)備的工作特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝特點(diǎn)，因此決定了鍛模的結(jié)構(gòu)和使用

16、條件有所不同。 2）按工藝用途不同，鍛模可以分為鍛造模具、擠壓模具、輥鍛模具、冷鐓模具、校正模具、壓印模具、精整模具、精鍛模具、切邊模具、沖孔模具等等。這種方法主要考慮不同變形工序的規(guī)律，因此各類鍛模的模膛設(shè)計(jì)和模鍛結(jié)構(gòu)也有所不同。 3）其它的分類方法，如按鍛模的結(jié)構(gòu)不同分為整體模和組合鑲塊鍛模;按終鍛模膛結(jié)構(gòu)不同可分為開式鍛模和閉式鍛模；按分模面的數(shù)量不同分為單個(gè)分模面鍛模和多向分模面鍛模等。 目前由于國(guó)內(nèi)連桿生產(chǎn)企業(yè)在規(guī)模和技術(shù)先進(jìn)程度存在著差異，因此連桿生產(chǎn)所采用的鍛造工藝也就有所不同。錘用鍛模主要用于鍛件的大量生產(chǎn)，是鍛造生產(chǎn)中最基本的鍛造方法。由于模鍛錘具有通用性較強(qiáng)，生產(chǎn)效率

17、高等優(yōu)點(diǎn)，因此錘用鍛模也是鍛造生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的鍛造方法之一。本課題也是就錘用鍛模作為研究對(duì)象，來設(shè)計(jì)連桿的錘用鍛模。 2.2 錘上模鍛的介紹 錘上模鍛是自由段、胎模鍛基礎(chǔ)上最早發(fā)展起來的一種模鍛生產(chǎn)方法，適合成批或大批量鍛件鍛制。它是將上、下模塊分別固緊錘頭與砧座上，將加熱透的金屬坯料放入下模型腔中，借助于上模向下的沖擊作用，迫使金屬在鍛模型槽中塑性流動(dòng)和填充，從而獲得與型腔形狀一致的鍛件。 2.3錘上模鍛的工藝特點(diǎn) 1）工藝靈活，適應(yīng)性廣，可生產(chǎn)各類形狀復(fù)雜的鍛件，如盤形件、軸類件等；可單型槽模鍛，也可以多型槽鍛模；可單件鍛模，還可以多件鍛?；蛞涣隙嗉B續(xù)模鍛。 2

18、）錘頭的行程、打擊速度或打擊能量均可調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)輕重緩急不同的打擊，因而可以實(shí)現(xiàn)鐓粗、拔長(zhǎng)、滾擠、彎曲、卡壓、成形、預(yù)鍛和終鍛等各類工步。 3）錘上模鍛是靠錘頭多次沖擊坯料使之變形，因錘頭運(yùn)動(dòng)速度快，金屬流動(dòng)慣性，所以充填型槽能力強(qiáng)。 4）模鍛件的纖維組織是按鍛件輪廓分布的，機(jī)械加工后仍基本保持完整，從而提高鍛制零件的使用壽命。 5）單位時(shí)間內(nèi)的打擊次數(shù)多，對(duì)1～10t模鍛錘約為40～100次/分，故生產(chǎn)效率高。 6）模鍛件機(jī)械加工余量小，材料利用率高，鍛件生產(chǎn)成本低。 但是，錘上模鍛也有一些缺點(diǎn)。例如，模鍛錘工作時(shí)振動(dòng)、噪音大，勞動(dòng)條件差，對(duì)車間設(shè)備和廠房帶來

19、有害的影響；另外，模鍛錘需要較重的砧座（約為落下部分質(zhì)量的20倍），尤其對(duì)大噸位的模鍛錘，制造、運(yùn)輸和安裝都很困難。因此，近幾十年來，20t以上的模鍛錘逐漸地被其他鍛壓設(shè)備所代替。 2.4錘上模鍛的工藝路線 為了得到合格的鍛件所進(jìn)行的全套工藝，一般情況下包括下列工序： 1）下料 將原材料切割成所需尺寸的坯料； 2）加熱 為了提高金屬的塑性、降低變形抗力，便于模鍛成形； 3）模鍛 得到鍛件的形狀和尺寸； 4）切邊或沖孔 切去飛邊或者沖孔連皮； 5）熱校正或熱精壓 使鍛件形狀和尺寸準(zhǔn)確； 6）在砂輪上磨毛刺 （切邊所剩的毛刺）； 7）熱處理 保證合適的硬

20、度和合格的機(jī)械性能，常用的方法是正火和調(diào)質(zhì)； 8）清除氧化皮 得到表面光潔的鍛件。常用的方法有噴砂、噴丸、滾筒拋光、酸洗； 9）冷校正或冷精壓 進(jìn)一步提高鍛件的精度，減小表面粗糙度； 10）檢驗(yàn)鍛件質(zhì)量。 第三章 變速叉錘鍛的設(shè)計(jì) 3.1設(shè)計(jì)任務(wù) 零件為汽車變速叉，如圖。變速叉是汽車換擋變速的主要零件之一，主要作用是撥動(dòng)變速箱中的齒輪,使汽車達(dá)到變速的目的.由于零件經(jīng)常撥動(dòng)齒輪承受變載荷和沖擊性載荷,宜采用鍛造,以使金屬纖維盡量不被切斷,保證零件工作可靠.因?yàn)闉榇笈可a(chǎn),且零件的輪廓尺寸不大,故采用錘上模鍛成型。熱鍛件圖已給出,如圖1所示： 圖3-1 變速叉

21、的熱鍛件圖 變速叉零件在機(jī)械產(chǎn)品中是廣泛使用的。該零件使用的材料是45 鋼，未注出模斜度為7，圓角半徑R1.5，熱處理正火，允許的殘余毛邊量0.7mm，允許的表面缺陷深度1.0mm，材料硬度為HBS 160～220。 3.2 分模面的選取 選擇分模面的基本要求是保證鍛件鍛件能從模膛中取出來，因此鍛件的側(cè)表面不得有內(nèi)凹的形狀。此外還要考慮以下原則： 1) 在鍛件高度一半處分模，使鍛件的余塊，機(jī)械加工余量最??； 2）使模膛的寬度大而深度小，這樣金屬容易充滿模膛，鍛件容易出模； 3）為了使模具制造方便，盡量采用平面分模，凸出部分也盡量不高于分模面； 4）分模面應(yīng)設(shè)在容易看出鍛件

22、錯(cuò)差的位置； 5）應(yīng)使飛邊能切除干凈，不致產(chǎn)生飛刺； 6）對(duì)金屬流線方向有要求的鍛件，應(yīng)保證鍛件有最好的纖維分布. 鍛件分模位置合適與否, 關(guān)系到鍛件成形、鍛件出模、材料利用等一系列問題。對(duì)于長(zhǎng)軸對(duì)稱類鍛件和形狀較簡(jiǎn)單可采用直平面分模，圓餅類鍛件, 其鍛件分模面應(yīng)為通過具有最大水平投影面積位置的直平面, 當(dāng)鍛件不含通孔時(shí), 最大水平投影面積位置就是鍛件在水平面垂直方向上最大截面的位置。該設(shè)計(jì)屬于長(zhǎng)軸對(duì)稱類且形狀較復(fù)雜，但具有較大彎曲，分模位置選擇如下圖 分 模 面 圖3-2 分模面位置 3.3確定鍛件的機(jī)械加工余量和公差 1）材料為45號(hào)鋼，材質(zhì)系數(shù)為M1。 2

23、）估計(jì)鍛件的質(zhì)量為1.4kg，鍛件的復(fù)雜系數(shù)： S=V鍛/V外輪廓=0.14 鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)S分級(jí)見表3-3。由表可得知鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù)為S4。 表3-3 鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)S分級(jí)表 級(jí)別 S數(shù)值范圍 級(jí)別 S數(shù)值范圍 簡(jiǎn)單 >0.63-1.00 較復(fù)雜 >0.16-0.32 一般 >0.32-0.63 復(fù)雜 ≤0.16 根據(jù)工件的長(zhǎng)、寬、高及上述條件，由有關(guān)手冊(cè)查得： 1）高度方向上偏差為+1.2，下偏差為-0.6；長(zhǎng)度方向上偏差為+1.9，下偏差為-0.9；寬度方向上偏差為+1.5，下偏差為-0.7。 2）由加工精度可查得，高度及

24、水平尺寸的單邊加工余量約為1.5～2.0mm，因此取2.0mm。 3.4確定鍛件的收縮率 鍛件的收縮率按鍛件的厚度確定，由該鍛件的厚度可以由表4 – 13（《鍛造工藝學(xué)與模具設(shè)計(jì)》）查的=0.8％和=1.5％；分別是截面壁厚小于5mm和壁厚大于15mm的時(shí)候。 3.5鍛模斜度和圓角的確定 3.5.1鍛模斜度的確定 為了便于將成形后的鍛件從模膛中取出，在鍛件上與分模面相互垂直的平面上必要加上一定斜度的余料，這個(gè)斜度就是模鍛斜度。鍛件外壁的斜度成為外模鍛斜度如圖4-4，鍛件內(nèi)壁的斜度稱為內(nèi)模鍛斜度，如圖4.7。鍛件成形后，隨著溫度的下降，外膜鍛斜度上的金屬由于收縮而有助于鍛件出模，內(nèi)

25、模鍛斜度的金屬由于收縮反而將模膛的突起部分夾得更緊。所以同一鍛件上內(nèi)模鍛斜度比外模鍛斜度大。 圖3-4 鍛件的內(nèi)外模斜度和圓角 很明顯，加上模鍛斜度后會(huì)增加金屬耗材和機(jī)加工工時(shí)。因此應(yīng)盡量選用較小的鍛模斜度，同時(shí)要注意充分利用鍛件的固有斜度。模鍛斜度與模膛內(nèi)壁斜度相對(duì)應(yīng)。模膛內(nèi)壁斜度系用指狀標(biāo)準(zhǔn)銑刀加工而成，所以模鍛斜度應(yīng)該選用，，,，標(biāo)準(zhǔn)度數(shù)，以便與銑刀規(guī)格一致。為了減少銑削加工的換刀次數(shù)，可選用內(nèi)外模鍛斜度為同一數(shù)值。同時(shí)和零件圖的模鍛斜度保持一致，故選模鍛斜度為。 3.5.2圓角半徑的確定 鍛件上凸起和凹下的部分均應(yīng)帶有圓角，不允許出現(xiàn)銳角。 凸圓角的作用是避免鍛模在熱處理

26、時(shí)和模鍛過程中因?yàn)閼?yīng)力集中導(dǎo)致開裂，也使金屬易于充滿相應(yīng)的部位。凹圓角的作用是使金屬易于流動(dòng)，防止模鍛件產(chǎn)生折疊，防止模膛過早磨損和被壓塌。為保證鍛件外圓角處的最小機(jī)加工量: 式中 —零件相應(yīng)處的圓角半徑或倒角值； 如無倒角： 為了適應(yīng)制造模具所用刀具的標(biāo)準(zhǔn)化，可按下列序列值設(shè)計(jì)圓角半徑（mm）：1.0，1.5，2.5，3.0，4.0，5.0，6.0，8.0，10.0，12.0，15.0。當(dāng)圓角半徑大于15mm后，按以5mm為遞增值生成序列選取。在同一鍛件上選定的圓角半徑規(guī)格應(yīng)該盡量一致，不宜過多。 10