1、目 錄1 設計的前期準備11.1 零件分析11.1.1 零件的結構分析1零件材料的特性分析1 鍛件的加工要求11.2 工藝方案確定12 錘上模鍛件設計22.1 選擇分模面22.2 確定模鍛件加工余量及公差22.2.1 鍛件的形狀復雜系數22.2.2 鍛件的質量32.2.3 鍛件的材質系數32.2.4 模鍛件的精度等級32.2.5 確定鍛件公差和余量32.2.6 模鍛斜度32.2.7 鍛件技術要求42.3 計算鍛件基本數據43 確定鍛錘的噸位54 確定飛邊槽及尺寸65 確定終鍛型槽76 設計預鍛型槽77 繪制計算毛坯圖78 制坯工步的選擇89 確定坯料尺寸810 制坯型槽設計910.1滾擠型槽設

2、計910.2拔長型槽設計1011 錘用鍛模設計1011.1鉗口尺寸確定1111.2模塊尺寸1112 鍛前加熱鍛后冷卻及熱處理要求的確定1112.1確定加熱方式，及鍛造溫度范圍1112.2確定加熱時間1212.3確定冷卻方式及規范1212.4確定鍛后熱處理方式及要求12參考文獻131 設計的前期準備1.1 零件分析 零件的結構分析轉向節是汽車底盤上的關鍵零件，根據車型可分為重型汽車轉向節、中型汽車轉向節、輕型汽車轉向節、微型汽車轉向節、客車轉向節和轎車轉向節六大類；按其形狀特征可分為長桿類、中心孔類和套管類三種。長桿類轉向節主要由桿部、法蘭和枝權構成。中心孔類轉向節主要由基座，法蘭和枝權構成，基

3、座中心帶孔。套管類轉向節主要由長桿、套管和法蘭構成。轉向節是汽車轉向橋上的主要零件，形狀比較復雜，其形狀兼具有軸類、盤類和叉架類等零件的特點。轉向節既支撐車體重量，又傳遞轉向力矩和承受前輪剎車制動力矩，因此對其機械性能和外形結構要求嚴格，是汽車上的重要安全零件之一1.1.2零件材料的特性分析 該鍛件材料為18CrMnTi，是合金結構鋼，是工業上應用最廣泛的不銹鋼，密度為7.85g/cm3。18CrMnTi的預鍛溫度為1200，終鍛溫度為800。 鍛件的加工要求模鍛斜度7°，精度為普通級。1.2 工藝方案確定根據零件的形狀以及要求大批量生產，因此選用錘上模鍛。2 錘上模鍛件設計2.1

4、選擇分模面分模面是指模鍛件在可分的模腔中成型時，組成模具型腔的各模塊的分合面。鍛件分模位置合適與否，關系到鍛件成形、鍛件出模、材料利用率等一系列問題。為了提高鍛件質量合生產過程的穩定性，并使鍛模結構盡量簡單，防止上下模錯移，分模面盡可能采用直線狀，如圖2.1分模面的位置所示。圖2.1 分模面的位置2.2 確定模鍛件加工余量及公差 鍛件的形狀復雜系數鍛件的形狀復雜系數S時鍛件質量或體積（Gd，Vd）與其外廓包容體的質量或體積（Gb，Vb）的比值，即： (2.1)其中 Vd鍛件體積；Vb外廓包容體的體積；Gd鍛件質量；Gb外廓包容體的體積。經估算： 查鍛件形狀復雜程度等級表1得該鍛件形狀復雜程度級

5、別為S2級，形狀復雜程度為一般。 鍛件的質量鍛件的質量可以根據鍛件圖的名義尺寸進行計算，即： （2.2）其中 材料密度，取7.85 g/cm3 V鍛件體積，取1863640mm3經計算， 鍛件的材質系數 材質系數按鍛壓的難易程度劃分兩個等級，材質系數不同，公差不同。該鍛件的材料為18CrMnTi ，屬于M1。 模鍛件的精度等級模鍛件的公差一般為三級，普通級、半精度級和精度級，此鍛件采用普通級。 確定鍛件公差和余量根據鍛件的名義尺寸、質量、精度等級、形狀復雜系數以及鍛件材質諸因素查找鍛壓手冊確定長、寬和高度方向的尺寸公差。查手冊1得厚度方向公差3.2，長度公差按各段長度分別查表，寬度公差3.2。

6、查手冊1得高度方向單邊余量為2.02.5mm,取2.5mm，長度方向上余量為2.02.7，取2.5mm. 寬度方向上余量為2.02.5mm,取2.5mm。 模鍛斜度 便于模鍛件從型槽中取出，必須將型槽壁部做成一定的斜度，即模鍛斜度。它可以是鍛件側壁附加的斜度，也可以是側壁的自然斜度。模鍛斜度有內斜度和外斜度。當鍛件冷縮時，鍛件外側趨向離開模壁，而內側抱住模具型槽中凸出部分不易取出。本設計中內外斜度均采用7°。 鍛件技術要求1. 圖上未標注的模鍛外斜度7°；2. 圖上未標注的圓角半徑R=2mm；3. 允許的錯移量1.4mm；4. 殘留的毛邊量1.4mm；5. 允許的表面缺陷深

7、度0.5mm；6. 熱處理表面滲碳0.91.3mm.7. 熱處理后噴丸或拋丸。2.3 計算鍛件基本數據1. 鍛件在平面上的投影面積32371mm2；2. 鍛件的周邊長度1007mm；3. 鍛件體積1863640mm3；4. 鍛件質量14.63kg。3 確定鍛錘的噸位模鍛錘噸位選擇恰當，既能獲得優質鍛件，又能節省能量，保證正常生產，并能保證模具有一定的壽命。模鍛過程是一個短暫的動態變化過程，受到諸多因素的制約，要獲得準確的理論解是很困難的。因此，生產中，為方便起見，多用經驗公式或近似解的理論公式確定設備噸位。有時，甚至采用更為簡易的辦法，即參照類似鍛件的生產經驗，通過類似來選擇設備噸位。 經驗公

8、式法(1)按鍛件在分模面上的投影面積、鍛件的復雜程度和變形抗力確定模鍛錘的噸位： （3.1）式中 合金變形抗力系數；鍛件復雜程度系數；不包括毛邊的模鍛件在分模面上的投影面積（鈦合金包括毛邊橋部在內）mm2。 鍛錘的選用一般用經驗公式進行計算：經查表1：=1.21.5，取1.5 =0.07 F件=32371 mm2由計算結果可知，選用5噸鍛錘。(2)按鍛件在分模面上的投影面積和材料性質確定模鍛錘噸位：雙動模鍛錘 G=(3.56.3)kF （3.2）式中G, G1鍛落下部分質量(kg)；E無氈座錘的打擊能量(J)；F鍛件本體和毛邊（按倉部的50%計算）在水平面上的投影面積(cm2)；K材料系數，查

9、表4-10。2按毛邊槽尺寸考慮，假定毛邊橋寬度為35mm,總面積=663.56cm2，因大批量生產，取系數為5，k=1.0。 G=5×1.0×663.56=3318.25kg3.4t綜合考慮，安全起見選用5噸錘。4 確定飛邊槽及尺寸毛邊槽的形式和尺寸對鍛件質量影響很大，有六種形式。 1.飛邊槽的作用： 1）增加金屬流出模膛的阻力，迫使金屬充滿模膛。 2）容納多余金屬。 3）鍛造時飛邊起緩沖作用，減弱上下模的直接撞擊，防止模具的壓塌與開裂。 2.飛邊槽尺寸的確定：計算法 計算法是采用經驗公式計算毛邊槽橋部高度，即 式中 F件鍛件在分模面上的投影面積32371mm2 =2.7m

10、m 然后根據計算得到的h值確定毛邊槽其他尺寸。hh1圓角R1bb1Fmax2.752.51436268 圖3.1飛邊槽的形狀5 確定終鍛型槽終鍛形槽及熱鍛件圖見裝配圖的畫法。轉向節材料為18CrMnTi;考慮收縮率取1.5%,繪制的鍛件圖如鍛件圖。6 設計預鍛型槽由于鍛件較復雜，需要設置預鍛型槽。在頭部開設坯料臺（見鍛模圖）7 繪制計算毛坯圖根據轉向節的形狀特點，選取14個截面，分別計算，列于表3，并在坐標紙上繪出連桿的截面圖和直徑圖。為設計滾擠型槽方便，計算毛坯圖按熱鍛件尺寸計算。截面圖所得面積即為計算毛坯體積，得 平均截面積為平均直徑為 截面號F鍛/mm2F毛×2/mm2F計=F

11、鍛+2F毛修正F計/mm修正a計/mmKh/mm 13879375425465.2425465.2 0.852.2 23879375425465.2425465.2 0.852.2 33879375425465.2425465.2 0.852.2 43879375425465.2425465.2 0.852.2 52814375318956.4318956.4 0.846.6 64794375516971.9428365.4 0.852.3 78087375846292643980.2 1.1390.6 86343375671882782188.4 1.13100 97085375746086

12、.4890094.3 1.13106.5 109369375974498.7939497 1.13109.6 111002537510400102966298.3 1.13111 129019375939496.9879694 1.13106.2 138572375894794.6738785.9 1.1396.1 143040375341558341558.4 0.846.7表7.1 轉向節外半軸計算毛坯的計算數據8 制坯工步的選擇計算毛坯為一頭一桿，則計算繁重系數如下 為計算毛坯桿部長度，越大則軸向流動越困難。查制坯工步應用范圍表，制坯工藝方案為拔長-閉式滾擠。9 確定坯料尺寸拔長加滾擠聯

13、合制坯，F坯=（0.75-0.9）Fmax 式中Fmax為冷鍛件圖計算毛坯最大截面積取系數為0.85，則F坯=選擇坯料直徑為100的圓柱坯。坯料體積：，取244。考慮到鉗口夾頭長度取坯料長度244+100=344mm。10 制坯型槽設計10.1滾擠型槽設計 （1）采用閉式滾擠，型槽高度，計算結果列于表1中，坯料的截面積為8659.8和鍛件的截面積相比需要增加的部分K取1.13，需要減小的部分K取0.8，其余截面不變化。按各截面的高度繪出滾擠型槽縱剖面外形，然后用圓弧或直線光滑連接，并適當簡化。（2） 型槽寬度為：坯料經過拔長取B=160mm。（3） 滾擠模腔的尾部與鉗口 鉗口形狀可見圖 圖3

14、修正后的閉式滾擠型槽外形設計 尺寸按下式確定 查參考文獻1表4-26，尾部小槽的尺寸為。10.2拔長型槽設計（1）拔長坎高度 取52mm；（2） 拔長坎長度；（3） 圓角半徑；（4） 型槽寬度B=K4d坯 =1.4X100=140mm；（5） 拔長膛深度 ，取123mm；（6） 拔長型槽長度。11 錘用鍛模設計11.1鉗口尺寸確定 終鍛形槽前端留下的凹腔叫鉗口。鉗口主要用來夾持坯料的夾鉗和便于從形槽中取出鍛件。根據本課設選用圓形鉗口，其具體形狀尺寸如裝配圖中所示。夾鉗口尺寸主要依據夾鉗料頭的直徑而定。應保證夾料鉗子能被自由的操作，在調頭鍛造時能防止下鍛件的相鄰端部。有表查得鉗口的尺寸值：鉗口的

15、長度值可按模膛排布而定。鉗口頸尺寸的確定：選取其參數值尺寸：D取為0.2G+10，取14mm。10.2模塊尺寸 模塊尺寸的選擇：B=706mm; L=600mm; H=350mm. 燕尾槽、起重孔等尺寸按標準選取，具體裝配圖。鎖扣的設計：（根據有關手冊按標準選取平衡鎖扣）鎖扣高度h=鍛件分模面的落差高度=56mm鎖扣的厚度鎖扣的斜度鎖扣間隙鎖扣非導向側面間隙鎖扣沿分模面非打擊面上的間隙鎖扣內圓角鎖扣的外圓角 12 鍛前加熱鍛后冷卻及熱處理要求的確定12.1確定加熱方式，及鍛造溫度范圍在鍛造生產中，金屬坯料鍛前加熱的目的：提高金屬塑性，降低變形抗力，即增加金屬的可塑性，從而使金屬易于流動成型，并

16、使鍛件獲得良好的組織和力學性能。金屬坯料的加熱方法，按所采用的加熱源不同，可分為燃料加熱和電加熱兩大類。根據鍛件的形狀，材質和體積，采用半連續爐加熱。金屬的鍛造溫度范圍是指開始鍛造溫度（始鍛溫度）和金屬鍛造溫度（終鍛溫度）之間的一段溫度區間。確定鍛造溫度的原則是，應能保證金屬在鍛造溫度范圍內具有較高的塑性和較小的變形抗力。并能使制出的鍛件獲得所希望的組織和性能。3查有關資料確定鍛件的始段鍛溫度為1180，終鍛溫度為800。12.2確定加熱時間加熱時間是坯料裝爐后從開始加熱到出爐所需的時間，包括加熱個階段的升溫時間和保溫時間。在半連續爐中加熱，加熱時間可按下式計算： =0.13×10.

17、2=1.33(h) （12.1）式中 D坯料直徑或厚度，10.2cm； 鋼化學成分影響系數，取0.13（h/cm）;12.3確定冷卻方式及規范按照冷卻速度的不同，鍛件的冷卻方法有3種：在空氣中冷卻，冷卻速度快；在灰沙中冷卻，冷卻速度較慢；在爐內冷卻，冷卻速度最慢。根據本鍛件的形狀體積大小及鍛造溫度的影響，選擇在空氣中冷卻。12.4確定鍛后熱處理方式及要求鍛件在機加工前后均進行熱處理，其目的是調整鍛件的硬度，以利鍛件進行切削加工，消除鍛件內應力，細化晶粒等。根據鍛件的含碳量及鍛件的形狀大小，采用在連續熱處理爐中，調質處理。可使鍛件獲得良好的綜合力性能。參考文獻1 呂炎鍛模設計手冊，機械工業出版社，2006，P104-1882 姚澤坤，鍛造工藝學與模具設計，西北工業大學出版社，2001，P63-1233 張志文，鍛造工藝學，機械工業出版社，1983，P102-360熱成型模具課程設計任務書學 院材料科學與工程學院專 業材料成型及控制工程（模具方向）學生姓名王德保學 號0705010717設計題目連桿錘鍛模設計生產任務要求：1.設計批量：大批量； 2.設計精度