万向节叉锻造课设说明书

目录

1零件分析及工艺方案的确定 (1)

1.1零件分析 (1)

1.2工艺方案的确定 (1)

2 锤上模锻件的设计 (2)

2.1确定分模位置 (2)

2.2模锻斜度 (2)

2.3圆角半径 (2)

2.4技术条件 (2)

2.5计算锻件的主要参数 (2)

3模锻变形工步的确定 (4)

3.1绘制计算毛坯图 (4)

3.2 制坯工步选择 (4)

4确定坯料尺寸 (5)

5.确定锻锤吨位 (7)

6.锤锻模型槽设计 (8)

6.1确定毛边槽形式和尺寸 (8)

6.2确定钳口 (8)

6.3 确定终锻型槽 (9)

6.4 设计预锻型槽 (10)

6.5滚挤形型槽的设计 (10)

7锻模结构设计 (12)

8 锻前加热、锻后冷却及热处理要求的确定 (13)

8.1 确定加热方式，及锻造温度范围 (13)

8.2 确定加热时间 (13)

8.3 确定冷却方式及规范 (13)

8.4 确定锻后热处理方式及要求 (13)

9参考文献 (14)

1零件分析及工艺方案放的确定

1.1零件分析

零件为万向节叉，万向节叉是叉形件。是用在解决主动轴与从动轴轴心存在一定角度，允许被连接的零件之间的夹角在一定范围内变化，承受的转矩比较大，工作条件比较繁重，在不平行的情况下起到联结主、从动轴的作用的器件，也就是通过万向节主动轴将力矩传给从动轴。除了汽车的传动装置，在其他工业甚至民用传动领域的应用范围极为广泛，基本上，只要有以下情况均可使用：

①轴--轴不同心（两轴轴心线有偏角，理论使用：min 0~max 45度）的场合；

②轴--轴空间平行不相交或空间平行相交的场合；

③轴--轴空间夹角运行中变化的场合。

1.2工艺方案的确定

对零件的整体形状尺寸，表面粗糙度进行分析：头部构造比较复杂，只能锻造出其零件基本外形，其它孔部、球形滑槽及花键槽部分均以余块填充，之后再以机械加工做出具体形状，达到要求的零件形状；零件的机械加工精度应低于Ra1.6；零件的材料为40Cr，材料性能稳定。

2 锤上模锻件的设计

2.1确定分模位置

根据万向节叉形状，采用上下对称的直线分型模。 确定公差和加工余量

估算锻件体积为606 cm 3，万向节叉材料为40Cr ， 查得40Cr 的密度为：

3

40/85.7-=cm

g Cr ρ，则锻件质量约为：kg m 75.460685.7≈?==ρυ。即材质系

数为M 1。锻件形状复杂系数：b d V V S /=

式中 d V —锻件体积； b V —外廓包容体的体积。

则31.01955/606/≈==b d V V S ，为二级复杂系数S 3。 2.2模锻斜度

零件图上的技术条件已注明模锻斜度为7o。 2.3圆角半径

外圆角半径r=2+零件相应处圆角半径或倒角，内圆角半径=（2～3）r ，其余部位的圆角半径取1.5mm [4]。 2.4技术条件

（1）图上未标注的模锻斜度7o； （2）图上未表注的圆角半径R=1.5mm ； （3）允许的错移量0.6mm ； （4）允许的残留毛边量0.7mm ； （5）允许的表面缺陷深度0.5mm ； （6）锻件热处理:调质HB230—260；

（7）锻件表面清理:为便于检查淬火裂纹,采用酸洗。 根据余量和公差,绘制锻件图。

2.5计算锻件的主要参数

(1) 锻件在平面上的投影面积为8957mm 2;

(2) 锻件周边长度为654mm ;

(3) 锻件体积为606421 mm3;

(4) 锻件质量为4.75kg。

3模锻变形工步的确定

3.1 绘制计算毛坯图

根据连杆的形状特点,选取16个截面,分别计算F 锻,F 毛,F 计列于表2.1,并在坐标纸上绘出连杆的截面图和直径图（见附图）。为设计滚挤型槽方便,计算毛坯图按冷锻件尺寸计算。

截面图所围面积即为计算毛坯面积,得

3

7962007962100mm

V =?=计

（2.1）

平均截面积：

2

4.4796166796200mm

F =÷=均

则平均直径：

mm F d 26.7813.1≈=均均

按体积相等修正截面图和直径图（附图中双点划线部分）,修正后的最大截面积为7753mm 2,则最大直径为d max =99.4mm 。

3.2 制坯工步选择

计算繁重系数，选择制坯工步 38

.126.78/7.107max ===

均d d α

12

.226.78/166===

均

计d L β

此锻件应采用滚挤制坯工步。为易于充满型槽,应选圆坯料，闭式滚挤。模锻工艺方案为:闭式滚挤—预锻—终锻。

4确定坯料尺寸

1.根据滚挤联合制坯时公式：

均坯）（F 2.1~05.1F =

坯

F —毛坯截面积

均F —计算毛坯平均截面积;

锻件只有一头一杆时，应选较大的系数；锻件为两头一杆时，则应取较小的系数。

2.5755479620.1=?=坯F mm

2

2. 坯料长度：

根据坯料的制坯工步采用圆形坯料，其直径坯坯F D 13.1==85.73，查表取标准直径坯D =90mm 。烧损率δ取3%。 坯料的体积为：

V 坯=V 计（1+δ）=796200×（1+3%）=820086mm 3

mm D V L 1294

/90820086

4

/2

2

==

=

ππ坯

坯

取L 坯=150㎜,下料160mm 。

5.确定锻锤吨位

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,查参考文献2表4-14,按2~3t锤毛边槽尺寸考虑,假定毛边平均宽度为23mm,总面积F=25982mm2,按双作用模锻锤吨位确定的经验公式1.2，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

()KF

=

5.3

G3.6

~

则kg

?

?

=，选用2t锤

25982

G1637

0.1

3.6=

6.锤锻模型槽设计

6.1 确定毛边槽形式和尺寸

查[2]图4-63选用毛边槽形式Ⅰ,如图5.1。

B

图5.1 毛边槽

其尺寸按表4-14确定；选用毛边槽尺寸为mm h 0.2=桥，见表5.1。

表6.1 毛边槽尺寸

h 1 b b 1 R 1 F K 4 10mm 25mm 1.5mm 136mm 2

锻件毛边的体积：

3

690207.0725mm

F V K =?=毛

其中毛F F K =7.0（锻件毛边平均截面积） 6.2 确定钳口

具体尺寸如图5.2：

图5.2 钳口

6.3 确定终锻型槽

终锻形槽是各种型槽中最重要的型槽，用来完成锻件最终成型，终锻件图按热锻件图加工和检验，所以设计终端形槽须先设计热锻件图。

1.热锻件图的设计

热锻件图以冷锻件图为依据，但又有所区别。首先热锻件的尺寸标注，高度方向尺寸标注以分模面为基准，以便于锻模机械加工和准备检验样板。其次考虑到金属的冷缩现象，热锻件图上的所有尺寸应计入收缩率，按下列公式计算：

()δ+

l

L

=1

式中L—热锻件尺寸；

l—冷锻件尺寸；

δ—终锻温度下的金属收缩率，取1.5%；

特别注意无坐标圆角半径，不加放收缩率。所以终锻形槽及热锻件图见装配图的

画法

6.4 设计预锻型槽

由于锻件复杂,须设置预锻型槽。在叉部采用劈料台[2]

，如图5.3。

mm

B A 228925.025.0=?==

mm

H h 46925.0)7.0~4.0(=?==

图中mm R 20=。

B

B

图5.3 劈料台

在工字形截面的杆部,辐板较薄且宽,为防止终锻时锻件产生折纹,应使预锻型槽面积稍小于或等于终锻型槽相应处的横截面积(不计预锻打不靠的横截面积)。

预锻型槽沿分模面处的圆角半径增大至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标明。

6.5 滚挤形型槽的设计

采用闭式滚挤。

(1)型槽的高度计d h μ=，计算结果列于表2.1中，按各截面的高度值绘出滚挤型

(2)槽纵剖面外形，然后用圆弧或直线光滑连接，并适当简化。 型槽宽度为：

杆部：

mm d B 135≈905.1)6.1~4.1(0?=≤杆

头部：

mm d B 107≈1.1max 头

所以取杆部头部宽度均为110mm 。

（3） 槽长度等于计算毛坯图的长度。、 （4） 简化后滚挤型槽如下图：

7锻模结构设计

1.型槽布置方式：

有两个制坯型槽，布排型槽应以预锻型槽为中心左右布置。

2.模块尺寸的选择：

1）承击面：查表得，2吨锤的最小承击面为700cm2 ,承击面积为模块在分模平面上的面积减去各型槽，毛边槽，锁扣和钳口所占面积。经计算符合要求。 2）模块高度：模块高度根据型槽最大深度和锻锤的最小闭合高度确定。这是由于上下模块的最小闭合高度应不小于锻锤允许的最小闭合高度，查资料得锻锤的最小闭合高度为700 mm。

经上确定模块的规格为B= 400mm; L=630mm。

3. 燕尾槽、起重孔等尺寸按标准选取，具体见装配图。

8 锻前加热、锻后冷却及热处理要求的确定

8.1 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℃。

8.2 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：

D ατ=

式中 D —坯料直径或厚度（cm ）

α—钢化学成分影响系数，取0.13（h/cm ）;

8.3 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。

8.4 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。

参考文献

[1] 吕严主编.锻模设计手册.机械工业出版社.2006

[2] 姚泽坤主编.造工艺学与模具设计.北工业大学出版社.1998

[3] 许发樾主编.使用模具设计与制造手册.机械工业出版社.2001