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1、工程实践工艺设计Fundamentals of Materials Forming Process哈尔滨工程大学工程训练中心1锻造工艺设计 金属塑性成形锻造的特点:1改善金属组织、提高力学性能；2生产效率高；3材料利用率高；4便于组织批量生产；5适用范围广。缺点-不能加工脆性材料，生产的零件形状相对简单，易产生氧化、脱碳和烧损。CastingMachiningForgingl 锻件相对铸件和机加工零件，有更高的强度和韧性锻造成形锻造工艺设计 锻造的应用: 主要用于生产各种重要的、承受重载荷的机器零件或毛坯如机床的主轴和齿轮、内燃机的连杆、起重机的吊钩等。 锻造成形锻造工艺设计 自由锻 用简单的
2、通用性工具，或在锻造设备的上下砧间直接使坯料变形从而获得所需的几何形状和尺寸的锻件的方法。 锻造工艺设计 自由锻优点：所需的工具简单，具有很强的通用性，生产准备周期短，因而应用较为广泛。采用自由锻方法既可以生产缺乏1千克的小锻件，也可以生产大至200300吨以上的大型锻件，而且自由锻是生产大型锻件的唯一方法，因此它在重型机械制造中具有特别重要的作用，常用来生产大型零件的毛坯。 缺乏：生产效率低，锻件形状简单，尺寸精度低，外表粗糙；工人劳动强度高，锻件的形状和尺寸主要取决于操作者的技术水平，不易实现机械化和自动化。 锻造工艺设计 1. 自由锻造的主要设备自由锻锻造工艺设计 自由锻造工序自由锻根本
3、工序辅助工序精整工序金属坯料能产生一定程度的塑性变形，以到达所需形状和尺寸的工艺过程。镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移及锻接为根本工序操作方便而进行的预变形工序。压钳口、压钢锭棱边、切肩等。减少锻件外表缺陷而进行的工序。去除锻件外表凹减少锻件外表缺陷而进行的工序。去除锻件外表凹凸不平及整形等。凸不平及整形等。锻造工艺设计 自由锻造工序根本工序自由锻锻造工艺设计 制定工艺规程的目的： 组织生产过程 规定操作标准 控制和检查产品质量自由锻工艺规程的制定 锻造工艺设计 自由锻工艺规程的内容：绘制锻件工艺图计算坯料的质量和尺寸锻造工序的选择选定锻压设备、确定锻造温度范围加热与冷却标准填写工艺卡
4、片自由锻工艺规程的制定 锻造工艺设计 1. 绘制锻件图-以零件图为根底自由锻工艺规程的制定 锻造工艺设计 1. 绘制锻件图 1) 锻件敷料：是为了简化锻件形状，便于锻造而加上去的一局部附加金属。当零件上带有较小的凹槽、台阶、凸肩、法兰和孔时，皆需增加敷料。自由锻工艺规程的制定 锻造工艺设计 1. 绘制锻件图 2)机械加工余量：一般自由锻件的尺寸精度和外表质量都较差，达不到零件图的要求，在锻件的加工外表应增加供切削加工用的余量，称之为锻件机械加工余量，简称锻件余量。 材料，形状，尺寸，批量大小自由锻工艺规程的制定 锻造工艺设计 1. 绘制锻件图 3)锻件公差:在锻造过程中，由于各种因素的影响，如
5、终锻温度的差异、锻压设备工具的精度和操作技术水平的差异等，使得锻件实际尺寸不可能到达公称尺寸，允许其有一定的误差，称为锻件公差。典型锻件图自由锻工艺规程的制定 锻造工艺设计 自由锻工艺规程的制定 自由锻工艺规程的制定 自由锻工艺规程的制定 2. 毛坯质量和尺寸的计算1质量： 包括修切锻件端部时的料头质量和冲孔芯料等 锻造工艺设计 自由锻工艺规程的制定 2. 毛坯质量和尺寸的计算钢料加热烧损 锻造工艺设计 自由锻工艺规程的制定 2. 毛坯质量和尺寸的计算2毛坯尺寸： 计算圆形截面毛坯直径或方形截面边长的公式： 锻造工艺设计 2. 毛坯质量和尺寸的计算2采用拔长方法锻造锻件时，毛坯尺寸确实定 通常
6、原毛坯直径按下式计算：最后，根据毛坯体积V坯和确定的毛坯截面积求出毛坯的长度L坯。锻造工艺设计 3. 选择锻造工序1)盘类件:镦粗拔长、镦粗、冲孔2)轴类件:拔长镦粗、拔长、切肩、锻台阶3)筒类件:镦粗拔长、镦粗、冲孔、心轴上拔长4)环类件:镦粗拔长、镦粗、冲孔、心轴上扩孔6)弯曲类件:拔长镦粗、拔长、弯曲5)曲轴类件:拔长镦粗、拔长、错移、锻台阶、扭转自由锻工艺规程的制定 锻造工艺设计 3. 选择锻造工序 1)盘类件:镦粗拔长、镦粗、冲孔自由锻工艺规程的制定 锻造工艺设计 3. 选择锻造工序 1)盘类件:镦粗拔长、镦粗、冲孔下料 镦粗 镦挤台阶 冲孔滚圆 平整齿轮坯的锻造过程自由锻工艺规程的
7、制定 锻造工艺设计 3. 选择锻造工序 2) 轴类件:拔长镦粗、拔长、切肩、锻台阶自由锻工艺规程的制定 锻造工艺设计 3. 选择锻造工序 2)轴类件:拔长镦粗、拔长、切肩、锻台阶下料 拔长镦台阶 拔长传动轴的锻造过程自由锻工艺规程的制定 锻造工艺设计 齿轮零件自由锻工艺过程零件材料为45钢，生产数量为20件。 自由锻工艺规程的制定 (a) 正面 (b) 反面 齿轮零件三维模型 锻造工艺设计 自由锻工艺规程的制定 齿轮 零件图齿轮零件自由锻工艺过程锻造工艺设计 自由锻工艺规程的制定 齿轮零件自由锻工艺过程 1设计、绘制锻件图齿轮锻 件图齿轮坯锻件三维模型 锻造工艺设计 自由锻工艺规程的制定 齿轮
8、零件自由锻工艺过程 2确定变形工序 垫环局部镦粗冲孔冲子扩孔1下料；2镦粗；3垫环 局部镦粗；4冲孔；5冲子扩孔三次；6修整齿轮锻 造工艺过 程锻造工艺设计 自由锻工艺规程的制定 齿轮零件自由锻工艺过程 3计算原始坯料体积与尺寸 1原始坯料体积 2原坯料直径和高度锻造工艺设计 自由锻工艺规程的制定 齿轮零件自由锻工艺过程4. 选择锻造设备 锻锤吨位可按下式进行近似计算， G=0.0020.003KS K可由文献查得，为平安起见，取最大值13，镦粗后锻件的横截面积S最大不超过锻件的横截面积，可按锻件的最大横截面积计算，为716cm2。经计算，所需锻锤最大吨位为G=0.00313716=28kg，
9、因此可选0.25以上吨自由锻锤。5. 确定锻造温度范围 45钢的始锻温度为1200，终锻温度为800。锻造工艺设计 自由锻工艺规程的制定 齿轮零件自由锻工艺过程6.填写工艺卡片 锻件名称齿轮坯工艺类别自由锻材料45设备0.5t空气锤加热火次1锻造温度范围1200800锻件图坯料图锻造工艺设计 齿轮零件自由锻工艺过程序号工序名称工序简图使用工具操作要点1自由镦粗火钳镦粗后的高度为90mm 2局部镦粗火钳和镦粗漏盘控制镦粗后的高度为62mm 3冲孔火钳、镦粗漏盘、冲子和冲孔漏盘1注意冲子对中；2采用双面冲孔，左图为工件翻转后将孔冲透的情况 4一次扩孔火钳、镦粗漏盘、冲子和扩孔漏盘注意冲子对中齿轮零
10、件自由锻工艺过程5二次扩孔火钳、镦粗漏盘、冲子和扩孔漏盘注意冲子对中6三次扩孔火钳、镦粗漏盘、冲子和扩孔漏盘注意冲子对中7修整外圆火钳和冲子边轻打边旋转锻件，使外圆消除弧形并达到直径为3025mm8修整平面火钳和镦粗漏盘轻打（如砧面不平还要打边转动锻件），使锻件厚度达到624mm 传动轴自由锻工艺过程自由锻工艺规程的制定 锻造工艺设计 自由锻工艺规程的制定 1. 绘制锻件图1确定锻件余块 查表可知，直径62及右端可段出一层台阶，其余部位台阶高度h小于5的不锻出，而5h8的可锻出的台阶或凹档最小长为100mm。由此，最大其左端台阶不锻出。2确定机械加工余量与公差。根据GB/T 15826.7-1
11、995?台阶轴类锻件机械加工余量与公差?标准，精度为F级的该锻件，零件直径46mm和62mm，其机械加工余量和公差为83。零件总长为248mm和长度为111mm的台阶，其机械加工余量和公差为163。绘制锻件图，如下图。锻造工艺设计 自由锻工艺规程的制定 1. 绘制锻件图锻造工艺设计 传动轴锻 件图自由锻工艺规程的制定 2. 计算坯料质量和规格锻件的质量由根本尺寸再加上二分之一上偏差来计算。由表，锻件两端切头质量为由 按一般火焰加热，烧损率取为3%。取 本锻件全部采用拔长工序完成。取锻比为2.5，那么坯料的直径，根据表3.7国家标准棒料直径，取毛坯直径为115mm，毛坯的长度自由锻工艺规程的制定 3. 拟定锻造工序 轴类锻件的锻造工序主要拔长、压肩和精整工序。自由锻变形工序为：下料-拔长-压肩-拔长一端-修正。工艺过程如下图。 1下料；2拔长；3压肩；4拔长一端；5切料头，修整图 传动轴锻 造工艺过程自由锻工艺规程的制定 4. 确定锻压设备与工具 由锻件尺寸，由表3.9可知，选用0.25t自由锻锤即可。5. 锻造温度范围由表3.10查得，40Cr始锻温度为1200，终锻温度为800。 自由锻工艺规程的制定 6. 填写工艺卡片 自由锻工艺规程的制定 6. 填写工艺卡片
