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1、. . .十字轴模锻工艺设计与数值模拟毕业论文目 录1 引 言12 冷锻件图的制定22.1 零件的工艺性分析22.2 确定锻件的主要参数32.2.1 分摸面的确定32.2.2 公差与机械加工余量的确定32.2.3 圆角半径的确定32.3 绘制冷锻件图43 毛坯尺寸的确定53.1 坯料体积的计算53.2 计算坯料尺寸64 设备吨位的确定65 模锻工步的选择75.1 模锻工步方案的确定75.2 模锻工步图的绘制76 模膛的设计86.1 终锻模膛的设计86.1.1 确定热锻件图86.1.2 飞边槽的确定96.2 预锻模膛的设计106.3 墩粗台的设计107 锻模结构的设计107.1 模块的设计107
2、.2 锻模总体结构及高度尺寸的设计117.3 模膛的布排117.4 顶料装置的设计118 导向装置的设计138.1 导柱的设计138.2 导套的设计138.3 刮圈的设计1410 装配图的绘制1511 锻件的加热规与后续处理1611.1 锻件的加热规1611.2 锻件的冷却1611.3 锻件切边的选择1611.4 锻件的热处理1712 deform软件的数值模拟1712.1 上下模膛Pro/E的绘图1712.2 坯料的Pro/E绘图1812.3 deform的数据处理1912.4 deform数据模拟结果与分析2112.5十字轴模拟的缺陷分析与改进24结束语25致谢词26参考文献271 引 言
3、近几年，我国汽车制造业可以说是我国制造业发展的代表，大部分国外厂商的注入，国有品牌的崛起，共同满足着我国国民对私家车日益增长的需求。而汽车转向节中的十字轴正是汽车转向系统中必不可少的组成部分，而且承担着重要分量的安全责任。随着科学技术水平的发展，现阶段生产十字轴的加工方法主要有机加工，热锻，冷挤压等。利用机加工方法生产十字轴，机加工生产出来的十字轴力学性能和金属部流线结构上受到了限制和破坏，所以一般不易采用此种方法加工。利用热锻方法生产十字轴，由于金属在加热变形过程中，一般情况下其塑性、韧性好，产生断裂的倾向性减少，热锻一般不易产生织构，十字轴的择优取向性较小。利用冷挤压方法生产十字轴，可获得
4、理想的表面粗糙度和尺寸精度，材料利用率高，成形十字轴部结构组织均匀，有合理的纤维流线分布，但进行冷挤压加工所需要的条件很高，如需要的设备吨位大，模具很容易磨损，生产过程中，从模具设计、润滑到工艺工序的安排都很复杂，而从我国基本国情的角度出发，在我国目前的科学技术水平下，还是有相当的困难，国使用的还不普遍，而在我国普遍采用热锻方式加工十字轴，我们有成熟的经验可以借鉴，所以，本课题将以热锻十字轴零件为研究对象，对十字轴热锻成形工艺进行研究设计。2 冷锻件图的制定2.1 零件的工艺性分析如下零件图2-1从上可知，该零件属于完全对称图形。十字轴起传递动力的作用，承受很大的载荷，采用强度和韧性都好的的材
5、料20GrMnTi。三个圆柱端面需要机械加工，加上公差余量。以其中一个端面为基准锻造机械加工为成形，该零件采用热模锻曲柄压力机。热锻的成形工艺。利用传统的模锻工艺：墩粗一模锻一切边。由于该零件面为圆弧过渡，只有中间为矩形块，且厚度较小，无需设计起模斜度。零件图2-1 技术要求： 1.热处理后硬度在55-65HRC 2.表面粗糙度为Ra=6.32.2 确定锻件的主要参数2.2.1 分摸面的确定分摸面的基本要求是保证锻件的形状尽可能的与零件形状形同，以及锻件容易从模堂中顺利取出。因此锻件的侧表面上不得有凹的形状。确定分摸面时应考虑以墩粗成形为主，此外还要考虑提高材料利用率，一般情况下热模锻压力机的
6、分摸面选择原则与锤上模锻相同，因此该零件分摸面选择在零件的最大横截面处.分摸面如下图2-2图2-22.2.2 公差与机械加工余量的确定确定加工余量的方法有计算法、查表法和经验法三种。查表法此法主要以根据工厂的生产实践和实验研究积累的经验所制成的表格为基础，并结合实际加工情况对数据加以修正，确定加工余量。这种方法方便、迅速，在生产上应用较广泛。本次采用查表法。加工余量与公差的确定与锻件形状的复杂程度，成品零件的精度要求，锻件的材质，模锻设备，工艺条件，热处理的变形量，校正的难易程度，机械加工的工序等许多因素有关。经查锻造模具简明设计手册，表5.9知锻件高度上公差为+1.4mm，下公差为-0.7m
7、m.查表5.10知锻件水平尺寸上公差+1.5mm，下公差为-0.7mm.查表5.25知模锻件机械加工单边余量1.75mm。2.2.3 圆角半径的确定锻件上凸起和下凸起的部位均应刚带有适当的圆角，不允许出现锐角。凸圆角的作用是避免模锻在热处理时和模锻过程中因应力集中导致开裂，也使金属容易充满相应的部位。凹圆角的作用是使金属容易流动，防止模锻件产生折叠，防止模堂过早磨损和被压塌。为适应制造磨具所有刀具的标准化，可按照以下序列值设计半径。1.5,2.0 2.5 3.0 4.0 。 在同一锻件上选定的圆角半径规格应该一致。圆角半径的大小与模锻件各部分高度H以及高度H与宽度B的比值H/B有关，可按照下列
8、公式计算：当H/BH/B2时 r=0.05H+0.5 , R=3.0r+0.5当H/B4时 r=0.05H+0.5 , R=3.5r+0.5由公式得该零件H/B=24.98/24.98=1十字轴四个端面的圆角半径r=0.05*24.98+0.5=1.749mm 因此取r=2mm 十字轴四个端面的圆角半径r=0.05*34.98+0.5=2.249mm 因此取r=2.5mm2.3 绘制冷锻件图锻件图是锻造最后的锻件，是机械加工时指定加工工艺过程，设计加工夹具的依据。一般冷锻件图成为锻件图，用于最终锻件检验和热锻件图设计，冷锻件是指在再结晶温度以下的成型加工产品，是在回复温度以下进行的锻造件。生产
9、中习惯把不加热毛坯进行的锻造件称为冷锻件。综上可绘制锻件图如下图2-2锻件图2-3 技术要求： 1.锻件端面平行度误差为0.1mm 2.热处理后硬度在55-65HRC3 毛坯尺寸的确定3.1 坯料体积的计算 首先按下式3.1计算体积。 （3.1） 该锻件无需冲孔，没有冲孔连皮。由如下Pro/E图3-1可知，由经验公式知。查表5-7得=1.5%。 综上得坯料图3-1 3.2 计算坯料尺寸在求出坯料的体积后，根据各类锻件的形状和变形特点，可以确定坯料的直径。该锻件主要以墩粗挤压方式成形，坯料的长度与直径的比值应该在之间。公式3.2坯料直径： （3.2） 可得=51.28mm 取国际标准的圆钢规格=
10、55mm。选定国际标准的圆钢规格后计算出坯料的长度： =110.95mm4 设备吨位的确定 模锻锤、螺旋压力机、热模锻压力机是锻造行业的三大主力模锻设备，模锻锤是在中批量或大批量生产条件下进行各种模锻件生产的锻造设备，可进行多型模锻，由于它具有结构简单、生产率高、造价低廉和适应模锻工艺要求等特点螺旋压力机适用于模锻、镦锻、精压、校正、切边、弯曲等工序。但由于螺旋压力机的平均偏载能力远小于热模锻压力机和锻锤。因此，螺旋压力机不适合一次加热完成几道工序机架和曲柄连杆机构的刚性大，工作中弹性变形小，热模锻压力机属于曲柄连杆传动的锻压设备，其吨位是指滑块距下死点前一定距离，压力机所允许的最大作用力。模
11、锻可以得到精度较高的锻件。压力机的工作行程固定，一次行程完成一个工步。设有自动顶出装置。设备吨位的确定一般有经验公式和理论公式两种方法。该零件采用经验公式来计算。热模锻所需变形力可按经验公式4.1选： （4.1） 查锻造工艺与模具设计表7-8得1.4, A=4747.77mm。 5 模锻工步的选择5.1 模锻工步方案的确定 本次设计得锻件为十字轴，为墩粗成形，热模锻压力机上采用预锻工步的目的是主要是是坯料接近锻件形状，终锻时金属能更好的充满模堂，避免形成折叠，夹层等缺陷。本次设计采用其设计的工步为墩粗-预锻-终锻的成形方式，进而锻造出优质的锻件。该锻件采用一摸一件的成形过程，墩粗后你的坯料直径
12、应与预锻十字轴模腔的直径大小相近。5.2 模锻工步图的绘制 取墩粗后的坯料直径为64mm，依据体积不变原则可得坯料的高位72mm。为使预锻后的毛坯在终锻时以墩粗成形为主，。预锻的目的就是实现坯料的预成形，为终锻提供合理的坯料分配。但预锻结束后会产生飞边，这些飞边会导致终锻工艺力增加，所以设计预锻模膛深度比终锻模膛深。终锻变形更困难预锻模堂的高度尺寸比终锻模堂相应的大2-5mm，而宽度尺寸小1-2mm，圆角半径应大于终锻模堂的圆角半径2-5mm。终锻模堂的尺寸应是冷锻件加上热收缩率所得到的各部分的尺寸。 模锻工步的如下图5-1所示。模锻工步图5-16 模膛的设计6.1 终锻模膛的设计6.1.1
13、确定热锻件图 终锻模膛按热锻件图制造，热模锻压力机上热锻件图的设计方法与锤上模锻相同。是将锻件图的所有尺寸加上收缩率绘制的。热锻件图是用于锻模设计和加工制造。热锻件图通过机械制图反映在锻模图中，是锻模设计、制造和检验的一项重要技术文件之一该零件为20GrMnTi，属于刚锻件，收缩率一般为1%-1.5%.本锻件取1.3%。绘制热锻件图如下图6-1： 未注圆角r=2.5热锻件图6-16.1.2 飞边槽的确定热模锻压力机上飞边槽的形式和锤上模锻相似，飞边槽的作用是增加金属流出模膛的阻力，迫使金属充满模膛。设计锤上模锻飞边槽的尺寸有两种方式。吨位法和计算法，该次采用吨位法。查锻造模具简明手册表8.6知飞边槽的尺寸：。可绘制出终锻模膛飞边槽形状尺寸如下图6-2：飞边槽图6-26.2 预锻模膛的设计(1) 为使预锻后的毛坯在终锻时以墩粗成形为主，预锻的目的就是实现坯料的预成形，为终锻提供合理的坯料分模配。但预锻结束后会产生飞边，这些飞边会导致终锻工艺力
