1、第1章 緒論1.1模具和模具工業在現代化工業產品中，60%一90%的工業產品需要使用模具加工，模具工業己成為工業發展的基礎，許多新產品的開發和生產在很大程度上都依賴于模具生產，特別是汽車、輕工、電子、航空等行業尤為突出。而作為制造業基礎的機械行業，據國際生產技術協會預測，21世紀機械制造工業的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都依靠模具完成。因此，模具工業已成為國民經濟的重要基礎。模具工業發展的關鍵是模具技術的進步，模具技術又涉及到多學科的交叉。模具作為一種高附加值和技術密集型產品，其技術水平的高低已成為衡量一個國家制造水平的重要標志之一。世界上許多國家，特別是一些工業發達國家都十分重視模

2、具技術的開發，大力發展模具工業，積極采用先進技術和設備，提高模具制造水平，己取得了顯著的經濟效益。縱觀世界經濟的發展，模具工業在經濟繁榮和經濟蕭條時代都不可或缺。經濟發展較快時，產品暢銷，自然要求模具能跟上;而經濟發展滯緩時期，產品不暢銷，企業必然想方設法開發新產品，因此，國內外行家都稱現代模具工業是不衰的工業。如今，模具工業在國民經濟發展過程中己發揮著越來越重要的作用，其發展歷程從技術角度來看，大致可分為5個階段:手工操作階段、手工操作機械化階段、數字控制階段、計算機階段和CADC/AE/CAM信息網絡技術一體化階段。CAD/CAM技術是隨著信息技術的發展應運而生的，模具行業則是最早采用CA

3、D/CAM技術的行業。模具CAD/CAM技術是改造傳統模具生產方式的關鍵技術，是一項高科技、高效益的系統工種。它以計算機軟件的形式，為用戶提供一種有效的輔助工具，使工種技術人員能借助于計算機對產品、模具結構、成形工藝、數控加工及成本等進行設計和優化。1.2我國模具的現狀和發展趨勢 我國的模具工業發展較快，模具制造的水平也在逐步提高，但和工業發達國家相比，仍存在較大差距，主要表現在模具品種較少、精度差、壽命短、生產周期長、經濟效應差、力量分散、管理水平低等方面。由于模具制造技術的相對落后，造成了模具供不應求的狀況，遠不能適應國民經濟發展的需要，嚴重影響工業國內制造水平的限制，不得不依賴進口。我國

4、模具工業要想在短時間內趕上世界工業發達國家的水平，還要付出許多艱苦的努力。根據我國模具技術的發展現狀及存在的問題，模具制造技術今后應朝著以下幾個方面發展。1）模具制造技術向生產精密、高效、長壽命模具方向發展，以滿足模具市場的需要。2）加速模具標準化和商品化進程，以提高模具質量，縮短模具制造周期。3）大力開發和推廣模具CAD/CAM技術，以提高模具制造過程的自動化程度。4）積極開發模具制造的新工藝、新技術、新材料，以滿足用戶對模具的不同需求。5）發展模具專業化生產，以提高模具制造的反應靈活性并提高質量和效率。1.3數控技術在模具加工中的應用模具零件制造屬于單件小批量生產方式，型腔、型芯的形狀往往

5、比較復雜，難以在短時間內自動完成，制造質量也不易保證。在數控技術出現之前，除了用于大批量生產的專門生產線具有較高的自動化程度外，各種零件的制造基本上由手工操作完成。此時零件一般由直線、圓弧等簡單的幾何元素構成。數控技術的產生和發展，為復雜曲線、曲面模具零件的單件加工提供了極為有效地手段。鍛模CADC/AM技術的優越性 (1)CAD/CAM技術可以提高模具設計和制造水平，從而提高模具質量。因為借助軟件系統不僅可以充分利用數據庫資源，而且實現人機交互，有利于發揮人機各自的特長，使模具設計和制造工藝更加合理。更為重要的是，采用CADC/AM技術極大地提高了加工能力，很好地解決了傳統方法難以加工或根本

6、無法加工的復雜模具型腔的加工難題。(2)CAD/CAM技術可以節省時間，提高效率。借助計算機，能使設計算和圖樣繪制成為自動化，從而大大縮短設計時間。CAD與CAM一體化，減少了中間環節的過渡時間，顯著縮短從設計到制造的周期。產周期的縮短有利于產品的更新換代。(3)CAD/CAM技術可以較大幅度地降低成本。計算機的高速運算和自動繪圖大大節省了勞動力。采用優化設計后，也大大節省了原材料。用CAM可減少模具的加工和調試工時，使制造成本降低。(4)CAD/CAM技術將技術人員從繁冗的計算、繪圖和NC編程中解出來，使其可以從事更多的創造性勞動。模具CAD/CAM的優越性不局限于以上幾點，還可列舉好多，但

7、是可以肯定的是這一高智力、知識密集、更新速度快、高效益的新技術最將取代傳統的模具設計與制造技術。第2章 零件的分析2.1連桿功能和結構特點連桿是汽車發動機中的主要部件之一，其小頭經活塞銷與活塞連接，大頭與曲軸連桿軸頸連接。燃燒室中受壓縮的油氣混合氣體經點火燃燒后急劇膨脹，以很大的壓力壓向活塞頂面，連桿則將活塞所受的力傳給曲軸，推動曲軸旋轉。連桿部件一般是由連桿體、連桿蓋和螺栓、螺母等所組成，如圖2.1所示。在發動機工作過程中，連桿要承受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用，連桿除應具有足夠的強度和剛度外，還應盡量減小連桿自身的質量，以減小慣性力的作用。連桿桿身一般都采用從大頭到小頭逐步變小的工

8、字型截面形狀。為了減少磨損和便于維修，在連桿小頭孔中壓入青銅襯套，大頭孔內襯有具有鋼質基底的耐磨巴氏合金軸瓦。為了保證發動機運轉均衡，同一發動機中各連桿的質量不能相差太大，因此，在連桿部件的大、小頭兩端面設置了去不平衡質量的凸塊，以便在稱質量后切除不平衡質量。連桿大、小頭兩端面對稱分布在連桿中截面的兩側。考慮到裝夾、安裝、搬運等要求，連桿大、小頭的厚度相等（基本尺寸相同）。在連桿小頭的頂端設有油孔（或油槽），發動機工作時，依靠曲軸的高速轉動，把氣缸體下部的潤滑油飛濺到小頭頂端的油孔內，以潤滑連桿小頭銅襯套與活塞銷之間的擺動運動副。2.2分析零件圖 連桿上需進行機械加工的主要表面為：大、小頭孔及

9、其兩端面，桿體與桿蓋的結合面及連桿螺栓定位孔等。仔細閱讀連桿的零件圖和相關資料得出連桿總成的主要技術要求如下： 1.為了使連桿大、小頭運動副之間配合良好，大頭孔的尺寸公差等級取為IT6，表面粗糙度Ra應不大于1.0m；小頭孔的尺寸公差等級取為IT7，表面粗糙度Ra應不大于2.0，對它們的圓柱度也相應地規定了嚴格的要求。2.大、小頭孔的中心距影響到汽缸的壓縮比，進而影響發動機的效率，故兩孔中心距的尺寸公差等級應不低于IT9(0.115mm)。大、小頭孔中心線在兩個相互垂直的方向上的平行度誤差會使活塞在汽缸中傾斜，致使汽缸磨損不均勻，縮短發動機的壽命，同時也使曲軸的連桿軸頸磨損加劇。3.連桿大頭孔

10、兩端面對大頭孔中心線的垂直度誤差過大，將加劇連桿大頭兩端面與曲軸連桿軸頸兩端面之間的磨損，甚至引起燒傷，一般規定垂直度公差等級應不低于9級（0.062mm）。4.連桿大小頭兩端面間距離的基本尺寸相同，但是其技術要求是不同的。大頭兩端面間尺寸公差等級為IT9，表面粗糙度Ra部大于3.2m；小頭兩端面間的尺寸公差等級為IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3m。這是因為連桿大頭兩端面與曲軸連桿軸頸兩軸肩端面間有配合要求，而連桿小頭兩端面與活塞銷孔座內檔之間沒有配合要求。連桿大頭兩端面間距離尺寸的公差帶正好落在連桿小頭端面間距離尺寸的公差帶中，這給連桿的加工帶來許多方便。5.為了保證發動機運轉平穩，對連

11、桿小頭（約占連桿全長2/3）質量差和小頭（約占連桿全長1/3）質量差分別給以嚴格的規定。圖2.1 連桿實體圖第3章 模鍛及錘用鍛模的了解3.1模鍛工藝概述模鍛工藝是金屬毛坯在外力作用下發生變形充滿模膛，獲得所需形狀、尺寸并具有一定機械性能的模鍛件的鍛造生產工藝。根據模鍛時鍛件是否形成橫向飛邊，模鍛工藝可分為兩種：1）有飛邊模鍛 即開式模鍛，如圖3.1a所示。分模面與模具運動方向垂直，在模鍛過程中分模面之間的距離逐漸減小，沿分模面形成橫向飛邊，依靠飛邊的阻力使金屬充滿模膛。其特點是鍛件周圍沿分模面形成橫向飛邊。2）無飛邊模鍛 即閉式模鍛，如圖3.1b所示。分模面與模具運動方向平行，在模鍛過程中分

12、模面之間的間隙保持不變，不形成飛邊。如果毛坯體積過多，則在模膛充滿后出現少量的縱向毛刺。圖3.1 a)開式模鍛 圖3.1 b)閉式模鍛根據金屬毛坯的溫度不同，模鍛工藝可以分為三種：1）熱模鍛 將金屬毛坯加熱至再結晶溫度以上時進行模鍛。2）溫模鍛 將金屬毛坯加熱至金屬再結晶溫度以下某個適當的溫度范圍內進行模鍛。3）冷漠段 在室溫中對金屬毛坯進行模鍛。3.2鍛模概述鍛壓加工是機械制造工業的一個重要加工方式，它的加工特點是坯料經過加熱，在錘鍛或壓力機等鍛壓設備及模具的動力作用下，坯料內部的應力狀態達到一定的條件后，引起形狀改變為最終形狀的鍛件。由于鍛件的內部組織與機械性能較好，因此一般承載力件多選用

13、鍛壓方法進行生產。而鍛模是金屬在熱態和冷態下進行體積成形（鍛壓）時所用模具的統稱。根據不同的情況，鍛模的分類也有多種：1）按鍛造設備不同，鍛模可以分為錘用鍛模、螺旋壓力機用鍛模、熱模鍛壓力機用鍛模、平鍛機用鍛模、水壓機用鍛模、輥鍛機用鍛模、高速錘用鍛模、擺輾機用鍛模等等，這種分類方法主要考慮了各種鍛壓設備的工作特點、結構特點和工藝特點，因此決定了鍛模的結構和使用條件有所不同。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律，因此各類鍛模的模膛設計和模鍛結構也有所不同。3）其

14、它的分類方法，如按鍛模的結構不同分為整體模和組合鑲塊鍛模;按終鍛模膛結構不同可分為開式鍛模和閉式鍛模；按分模面的數量不同分為單個分模面鍛模和多向分模面鍛模等。目前由于國內連桿生產企業在規模和技術先進程度存在著差異，因此連桿生產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，是鍛造生產中最基本的鍛造方法。由于模鍛錘具有通用性較強，生產效率高等優點，因此錘用鍛模也是鍛造生產中應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象，來設計連桿的錘用鍛模。3.3 錘用鍛模介紹錘用鍛模主要用于鍛件的大量生產，是鍛造生產中最基本的鍛造方法。由于模鍛錘具有通用性較強，生產效率高優點，因此錘用

15、鍛模也是鍛造生產中應用最廣的鍛造方法之一。3.3.1 錘上鍛模的特點模鍛錘與鍛壓機等相比較主要有下列工作特點：1）靠沖壓力使金屬變形，錘頭在行程的最后的、速度約為7-9m/s;2）受力系統不是封閉的，沖擊力通過下帖傳給基礎；3）單位時間內的打擊次數多（1-10t模鍛錘為100-400次/min）；4)錘頭的行程不固定；5）承受偏載的能力和導向精度較差；6）無頂出裝置。根據模鍛錘的工作特點，其模鍛工藝和模具設計具有下列特點： 1）金屬在各模膛中的變形是在錘頭的多次打擊下逐步完成的，錘頭的打擊速度雖然較快，但是在打擊中每一次的變形量較小；2）由于靠沖擊力使金屬變形，可以利用金屬的流動慣性，有利于金

16、屬充滿模膛。鍛件上難充滿的部分應盡量放在上模；3）在錘上可實現多種模鍛工步，特別是對長軸類鍛件進行滾壓、拔長等制坯工步非常方便。4)由于模鍛錘的導向精度不太高，工作時的沖擊性質和錘頭行程不固定等，因此，模鍛件的尺寸精度不太高；5）由于無頂出裝置，鍛模起模較困難，模鍛斜度應適當大些；6）由于靠沖擊力使金屬變形，模具一般用用整體結構；7）由于靠沖擊力使金屬變形和錘頭行程速度快，通常采用鎖扣裝置導向，較少采用導柱導套。模鍛錘工作時振動、噪音大，勞動條件差，對車間設備和廠房帶來有害的影響；另外，模鍛錘需要較重的砧座（約為落下部分質量的25倍），尤其對大噸位的模鍛錘，制造、運輸和安裝都很困難。因此，近幾

17、十年來，16t以上的模鍛錘逐漸地被其他鍛壓設備所代替。3.3.2 錘上鍛模的工藝路線為了得到合格的鍛件所進行的全套工藝，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 保證合適的硬度和合格的機械性能，常用的方法是正火和調質；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 進一步提高鍛件的精度，減小表面粗糙度；10

18、）檢驗鍛件質量。第4章 連桿鍛模的設計4.1 鍛件圖的設計鍛件圖是根據零件產品圖制定的，它全面地反應鍛件的情況。在鍛件圖中要規定：鍛件公差和機械加工余量；鍛件的材質及熱處理要求；鍛件的清理方式及其他技術條件內容。鍛件圖是編制鍛造工藝卡片、設計模和量具以及最后檢驗鍛件的依據，也是機械加工部門驗收鍛件，制定切削加工工藝，設計加工夾具（用毛坯面定位時）依據，所以鍛件圖是最重要的基本工藝文件之一。設計鍛件圖時必須綜合考慮鍛件的生產批量，設備工藝條件等各種因素。鍛件圖的設計還必須與機械加工工藝人員協商并認可。4.1.1 確定分模位置 分模面選擇的基本要求是能保證鍛件從模膛中取出來，因此鍛件的側面不能有凹

19、的形狀。此外，還要考慮以下因素： 1）保證鍛件容易脫模，一般應以最大投影面作為分模面 ，見圖4.1a ；2）易于檢查上下模膛的相對錯移，見圖4.1b;3）分模線盡可能選直線，使鍛模加工簡單，見圖4.1c;但是對頭部尺寸較大，且上下不對稱的鍛件，則易取折線分模，以保證成形充滿，見圖4.1d;4)對圓餅類鍛件，當HD時，宜取徑向分模，而不取軸向分模，見圖4.2e;5)應保證鍛件有合理的金屬流線分布，見圖4.1f；6）盡量在高度的一半處分模，使鍛件機械加工余量最小，有利于節約材料；7）要使模膛的寬帶大而深度小，這樣金屬容易充滿模膛，鍛件容易出模。圖4.1不正確與正確的分模面綜上分析，再結合連桿自身的

20、特點，分模面選擇在其上下對稱位置，見圖4.2為其示意圖。圖4.2 分模面位置4.1.2 機械加工余量的確定 機械加工余量的確定于鍛件形狀的復雜程度、成品零件的精度要求、鍛件的材質、模鍛設備、工藝條件、熱處理的變形量、矯正的難易程度、機械加工的工序設計等許多因素有關，不能籠統地說多大的余量最合適。機械加工余量也并不是越小越好，為了將鍛件的脫碳層（約0.5mm）和表面的細小裂紋去掉，留有一定的加工余量是必要的。GB/T 12362-1990規定的機械加工余量，根據估算鍛件質量、加工精度及鍛件復雜系數查表得到。（1）鍛件質量 估算連桿鍛件的質量約為1.5kg,連桿材料為40鋼。（2）材質系數 鍛件的

21、材質系數分為兩類，即分為和兩級。是鋼的最高含碳量小于0.65%的碳鋼或合金元素最高總含量小于3.0%的合金鋼。是鋼的最高含碳量大于或等于0.65%的碳鋼或者合金元素最高總含量大于或等于3.0%的合金。詳見表4-1。表4-1 鍛件材質系數級別鋼的最高含碳量合金鋼的合金元素最高含量<0.65%<3.0%0.65%3.0%40鋼顯然屬于類。 （3）鍛件形狀復雜系數S (4.1)式中 ； 。對于本課題 鍛件形狀復雜系數S分級見表4-2。注：當鍛件為薄形圓盤或法蘭件，其厚度與直徑之比0.2時，直接確定為復雜等級。其結果為S3級。表4-2 鍛件形狀復雜系數S分級表級別S數值范圍級別S數值范圍簡

22、單>0.63-1.00較復雜>0.16-0.32一般>0.32-0.63復雜0.16有零件圖中連桿的表面粗糙度可知連桿需要磨削加工，即加工精度為F2，有3表24.2-2，根據鍛件質量、材質系數、鍛件形狀復雜系數和相應部位的尺寸查表得：在厚度方向的單邊加工余量為1.7-2.2mm;在水平方向的單邊加工余量為 1.7-2.2mm。 故統一取2.0mm。連桿小頭的孔不不鍛造出來，大頭內孔的機械加工余量參考4.3表表4.3 鍛件內孔的單面機械加工余量（摘自GB/T 12362-1990） （mm）孔徑孔深大于到大于063100140200至63100140200280-252.5-2

23、5402.02.6-40632.02.63.0-631002.53.03.04.0-1001602.63.03.44.04.61602503.03.03.44.04.6由連桿大頭的尺寸確定單邊機械加工余量為2.5mm。4.1.3 模鍛件的公差的確定模鍛件公差代表模鍛件要求達到的精度。就尺寸公差而言，是鍛件公稱尺寸所允許的增大值叫做正偏差；對公稱尺寸所允許的減小值叫做負偏差。鍛件公稱尺寸，公差和余量之間的關系如圖4.3所示。圖4.3 鍛件的公稱尺寸、公差和余量 （1）長度、寬度和高度尺寸公差 指在分模線一側同一塊模具上沿長度l、寬度b、高度h方向上的尺寸公差，此類公差根據鍛件的基本尺寸、質量、形

24、狀復雜系數及材質系數查7表15-18 查得為： 長度極限偏差為 寬度極限偏差為 高度極限偏差為 在大量生產的條件下，連桿鍛件在機械加工時用大小頭端面定位，要求大小頭端面在同一平面上的精度較高，100mm內為0.6mm，而模鍛后的高度公差較大，達不到上述要求，故鍛件在熱處理、清理后增加一道壓印（平面冷精壓）工序。鍛件經壓印后，機械加工余量可大大減小，取0.75mm，壓印后的鍛件高度公差取0.2mm。連桿鍛件壓印后，大小頭高度尺寸為（38.5+20.75）mm=40mm,單邊壓印余量取0.25mm,同時模鍛后大小頭部的高度尺寸為（40+）mm=40.5mm。 由于壓印需要余量，如鍛件高度偏差為負值

25、時（-0.6），則實際單邊壓印余量僅為0.15mm，為保證適當的壓印余量，鍛件高度極限偏差調整為，由于壓印后鍛件水平方向的尺寸稍有增加，故在水平方向的余量可以適當減小，把加上余量為103mm的寬度改為109mm等。（2）厚度尺寸公差 指跨越分模線的厚度尺寸的公差。鍛件所有厚度尺寸去同一公差，其數值根據鍛件最大厚度尺寸查7表15-20 查得為：厚度尺寸公差為。由于連桿鍛件的分模線是一直線，比較厚度和高度的尺寸公差發現公差帶值相等，只是上下偏差分布有0.1mm的差入。故厚度的和高度的統一起來與高度尺寸公差一樣。（3）錯位公差和殘留飛邊公差 錯位是鍛件在分模線上、下兩部分對應點所偏移的距離（圖4.4

26、），數值為或其中為平行于分模線最大、最小投影長度，為平行于分模線最大、最小投影寬度。圖4.4 模鍛件的錯差查7表15-18 由質量約為1.5kg和分模線對稱得：連桿鍛件的錯位公差為0.6mm。連桿鍛件的橫向殘留飛邊公差為0.7mm。（4）允許的表面缺陷深度 對于加工表面，最大深度不超過余量的一半；對于非加工表面，其最大深度不超過最大厚度公差的三分之一。故取鍛件的允許表面缺陷深度為0.5mm。4.1.4 模鍛斜度的確定 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，鍛件內壁的斜度稱為內模鍛

27、斜度，如圖4.5。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，內模鍛斜度的金屬由于收縮反而將 圖4.5 鍛件的內外模斜度和圓角模膛的突起部分夾得更緊。所以同一鍛件上內模鍛斜度比外模鍛斜度大。很明顯，加上模鍛斜度后會增加金屬耗材和機加工工時。因此應盡量選用較小的鍛模斜度，同時要注意充分利用鍛件的固有斜度。模鍛斜度與模膛內壁斜度相對應。模膛內壁斜度系用指狀標準銑刀加工而成，所以模鍛斜度應該選用，,，標準度數，以便與銑刀規格一致。為了減少銑削加工的換刀次數，可選用內外模鍛斜度為同一數值。同時和零件圖的模鍛斜度保持一致，故選模鍛斜度為。4.1.5 圓角半徑的確定鍛件上凸起和

28、凹下的部分均應帶有圓角，不允許出現銳角。如圖4-4所示。凸圓角的作用是避免鍛模在熱處理時和模鍛過程中因為應力集中導致開裂，也使金屬易于充滿相應的部位。凹圓角的作用是使金屬易于流動，防止模鍛件產生折疊，防止模膛過早磨損和被壓塌。生產上吧模鍛件的凸圓角稱為外圓角半徑r,凹圓角半徑稱為內圓角半徑R（圖4-4）。適當加大圓角半徑，對防止鍛件轉角處的流線被切斷、提高模鍛件品質和模具壽命有利。然而，增加外圓角半徑r將會減少相應部位的機加工余量，增加內圓角半徑R，將會加大相應部位的機加工余量，增加材料損耗。對某些復雜鍛件，內圓角半徑R過大，也會使金屬過早流失，造成局部充不滿現象。為保證鍛件外圓角處的最小機加

29、工余量: (4.2)式中 零件相應處的圓角半徑或倒角值； 如無倒角： (4.3)為了適應制造模具所用刀具的標準化，可按下列序列值設計圓角半徑（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格應該盡量一致，不宜過多。本鍛件高度余量：（0.75+0.4）mm=1.15mm，則連桿鍛件需要倒角的叉內圓角半徑：（1.15+2）=3.15mm，取3.0mm。其余部位的圓角半徑取1.5mm。4.1.6 沖孔連皮具有通孔的零件，在模鍛是不能直接鍛出通孔。所鍛成的盲孔內

30、留一層具有一定厚度的金屬層，稱為沖孔連皮。沖孔連皮可利用切邊機切除。 模鍛時鍛出盲孔是為了使鍛件更接近零件形狀，減少金屬消耗、縮短機加工工時。連皮的厚度s要適當，過薄易發生鍛不足，而且容易導致模膛凸起部分打塌；過厚切除連皮困難，而且浪費金屬。一般情況下，當鍛件內孔直徑小于30mm,孔可以不鍛出。當鍛件內孔直徑大于30mm，可考慮沖孔，要合理設計沖孔連皮的形狀和尺寸。當鍛件內孔直徑較小，如連桿小頭的內孔，不易鍛出連皮應該為壓凹形式，如圖4.6所示。其目的不在于節省金屬，而是通過壓凹變形有助于小頭部分飽滿成形。圖4.6 鍛件壓凹4.1.7 技術要求(1)鍛件圖上未標注的模鍛斜度為。(2)鍛件圖上未

31、標注的圓角半徑R1.5。(3)允許的錯差量為0.6mm。(4)允許的殘留飛邊量0.7mm。(5)允許的便面缺陷深度0.5mm。(6)鍛件熱處理為：調質。(7)鍛件表面的清理：為了便于檢查淬火裂紋，系用酸洗。上述各參數確定后，便可以繪出制模鍛件圖。帶連皮的模鍛件，不需要繪出連皮的形狀和尺寸。4.2 計算鍛件的主要參數（1）鍛件在平面圖上的投影面積為9630。 連桿小頭為圓形： 2060 連桿大頭為半環形：= 2000.2 中間桿部：+- 5570.2S=9630.4 （2）鍛件周邊長度為：1104mm。C=2=2()1104mm （3）鍛件體積為:220326mm3sh=h=40.5+19525

32、=81856.25 =-0.53240.5 67324 = 24635.7= 431063404.25 +=220326（4）鍛件質量為：1.73kg M= =7.85220326 1.729（kg ） 取1.73kg4.3確定鍛錘噸位總變形面積為鍛件在平面上的投影面積與飛邊面積之和，參考表4-4，按12t錘飛邊槽尺寸考慮，假定飛邊平均寬度為23mm。總變形面積：A=（9630+110423）=35022因生產中要求搞生產率，按確定噸位的經驗公式： G=6.3KA (4.4)式中 G錘落下部分質量（kg）； A鍛件和飛邊（按倉部的0.5計算）在水平面上的投影（） K材質系數，取1.0 G=6.

33、3KA=6.31.035022kg=2206.4kg3000kg 故選用3t鍛錘。表4.4 飛邊槽尺寸與鍛錘噸位的關系（）錘噸位備注1t夾板錘0.638201.51t模鍛錘1-1.648251.5齒輪鎖扣=301.5t模鍛錘1.6-24825-3022t模鍛錘241030-402.5齒輪鎖扣=403t模鍛錘351230-403齒輪鎖扣=455t模鍛錘32626503齒輪鎖扣=5510t模鍛錘536165034.4 確定飛邊槽的形式和尺寸錘上模鍛為開式模鍛，一般終鍛模膛周圍必須有飛邊槽，其主要作用是增加金屬流出模膛的阻力，迫使金屬充滿模膛。飛邊還可容納多余金屬。鍛造時飛邊起到緩沖作用，減弱上模對

34、下模的打擊，使模具不易壓塌和開裂。此外飛邊處厚度較薄，便于切除。飛邊槽一般由橋口和倉部組成。（1）飛邊槽形式的選擇 連桿鍛件質量為1.73kg，質量不大，而且形狀上下對稱，還不太復雜，故選用標準形見圖4.7，其優點是橋口在上模，模鍛時受熱時間短，溫開較低，橋口不易壓塌和磨損。圖4.7飛邊槽的結構形式（2）飛邊槽的尺寸確定 設計錘上飛邊槽尺寸有兩種方法：噸位法。鍛件的尺寸即是選擇噸位的依據，也是選擇飛邊槽尺寸的主要依據。生產中通常按設備噸位來選定飛邊槽尺寸，如表4.4所列。計算法。利用經驗公式計算橋口高度后根據表4.4確定其他相關尺寸。 (4.5)式中 S鍛件在分模面上的投影面積（mm2）。 由

35、表4.4可以看出飛邊槽的尺寸選用3t中的下限。即:=3mm =30mm B=12mm=5mm R=3mm飛邊斷面積: =（）+b×h-() ×2 (4.6) = 30×(5+1.5)+12×3-（25-0.25×3.14）×2 =220.25220（mm2）因桿部斷面積太小，考慮到拔長難以達到最小斷面積，需增大飛邊槽倉部寬度；大頭部分叉口較寬分料困難，流入飛邊槽的金屬較少，將該處減小到20。使模膛安排緊張，且增加承擊面積。鍛件飛邊平均斷面積為： =0.7=0.7220=154 (4.7)飛邊體積： =1104154=1700164.5

36、 設計終段模膛終鍛模膛是鍛件最后成形的模膛，通過它獲得帶飛邊的鍛件。終鍛模膛是按照熱鍛件圖制造的，模膛設計的主要內容是繪制熱鍛圖和確定飛邊槽尺寸。考慮金屬的熱脹冷縮，熱鍛件圖上的尺寸應比鍛件圖的相應尺寸有所放大。終鍛溫度下的收縮率為普通鋼：1.2%-1.5%；連桿熱鍛件圖考慮1.5%冷縮率。根據生產中的經驗總結，考慮到鍛模使用后承擊面下陷，模膛深度減小及精壓是變形不均，橫向尺寸增大等因素，需要修改幾處尺寸：連桿小頭高度40.5處，理論上應為41，實際取為41.5；大頭和小頭一樣；小頭50應為50.6，而實際仍為50等。繪制的熱鍛件圖見鍛件圖。4.6 設計預鍛模膛帶工字形截面的鍛件以兩桿為其代表

37、。鍛件大部分表面不經過機械加工。質量要求嚴格，不允許有折疊，成品連桿有質量要求，尺寸精度要求高。一般均采用預鍛。預鍛模膛是用來對制坯后的坯料進一步變形，合理地分配坯料的各部位的金屬體積，使其接近鍛件外形，改善金屬在終鍛模膛內的流動條件，保證終鍛時成形飽滿；避免折疊、裂紋或其他缺陷，減少終鍛模膛的磨損，同時還可以提高終端模膛壽命，使鍛件的尺寸穩定。叉形鍛件模鍛時常常在內端角處產生不滿的情況，為避免這種缺陷，終鍛前需要進行預鍛，用帶有劈料臺的預鍛模膛先將叉形部分劈開（如圖4.8）。這樣，終鍛時就會改善金屬流動情況，保證內端角部位充滿。圖4.8 叉形部分劈料臺B=0.25B=0.25302=15h=

38、(0.4-0.7)H=0.541.520R取20。可以是等寬的如圖所示，也可以是變寬的，而變寬的效果較好。 預鍛模膛和終鍛模膛的形狀基本一樣，也是根據熱鍛件圖加工出來的。預鍛模膛與終鍛模膛的差別不大，為了盡可能做到預鍛后的坯料容易地放入終鍛模膛，預鍛模膛的寬度比終鍛模膛的小1-2，高度比終鍛模膛的高2-5,預鍛模膛的寬度有終鍛的111改為109;兩端的高度由41.5改為43;桿部的高度由19.3改為21,桿部中間部分由5改為5.5等。為了鍛模制造方便，預鍛模膛的斜度一般應與終鍛模膛相同。故鍛模斜度不變。預鍛模膛的圓角半徑一般比終鍛模膛大，這樣可以減輕金屬流動阻力，防止產生折疊。一般 （4.8）

39、 式中 C一般為2-5。 因此，預鍛模膛的圓角半徑取15。此外，預鍛與終鍛不同之處詳見連桿熱鍛圖。4.7 繪制計算毛坯圖根據平面變形假設進行計算并經修正所得的具有圓形或方形截面的中間坯料叫計算毛坯或計算坯料，它的各個橫截面積等于沿鍛件長度上各相應截面積加上飛邊的截面積。即： (式4.9)式中 任意一處計算毛坯的橫截面積； 相應處鍛件的橫截面積； 相應處飛邊的橫截面積； 相應處飛邊槽的橫截面積； 充滿系數，形狀簡單的鍛件取0.3-0.5，形狀復雜的取0.5-0.8，兩端面一般取1，計算中，由于兩桿形狀復雜，取0.5根據可以計算出計算毛坯上任意處的直徑（或邊長）,即 (4.10) (4.11)根據

40、連桿形狀的特點，共選取13個斷面，分別計算、列于表4-5，并繪出連桿的截面圖和計算毛坯圖，見圖4.9.為了設計滾擠模膛方便，截面圖和計算毛坯圖按鍛件熱尺寸計算。由截面圖所圍面積，即為鍛件體積，得 =2012512=250240平均斷面積： =1009平均端面邊長： =31.8按體積相等修正截面圖和計算毛坯圖（見圖4-9中雙點劃線部分）。修正后最大端面積為1440，則最大斷面邊長為=49.4。其毛坯的尺寸計算數據如表4.5中所示。表4.5 計算毛坯的計算數據斷面號=2或1.4修正修正 (修正)124625249822.3-1.124.521658176183442.8200044.71.149.

41、231612176178842.3244049.41.259.341888176206445.4148038.51.142.252392176256850.7130036.11.139.7630817648422-0.817.6730017647621.8-0.817.4826817644421.1-0.816.9977617695230.9-0.927.8101600176177642.1-142.1表4.5（續）111764176194044.1-144.1121600176177642.1-142.11312525225215.9-0.914.34.8 制坯工步選擇計算毛坯為雙頭一桿，應

42、簡化為兩個簡單計算毛坯來選擇制坯工步。連桿大頭一端：金屬流入頭部的繁重系數 （4.12） 金屬沿軸向流動的繁重系數 （4.13） 桿部錐度的大小的繁重系數 （4.14）式中 ； ； ； 。按2圖7.25，此鍛件采用坺長滾壓工步。為易于充滿，應選用方料，先坺長，后開式滾壓，整個工步為：坺長開式滾壓預鍛終鍛。圖4.9連桿的計算毛坯圖4.9 確定坯料尺寸由截面圖知， =21.5,大頭端計算毛坯桿部體積=80305，大頭端計算毛坯桿部長度=109,故可以拐點處尺寸： (4.15) =42.1()故桿部錐度為： =0.189 (4.16)有3表24.2-4，按截面有關公式求其截面面積：坺長坯料截面積：

43、=2130 (4.17)滾壓坯料截面積： =（1.05-1.2）=1.11009=1110 坯料截面積： (4.18) =2130-0.189(2130-1110) =1940()式中 Vt計算毛坯頭部體積； Lt計算毛坯頭部長度； Am平均斷面積。毛坯邊長：=44 取=45坯料體積： (4.19) =（220326+170016）（1+0.03）=402052.26式中：燒損率坯料長度： =198.5 (4.20)根據坯料的重量和長度，適于采用調頭模鍛，一料兩件，料長為2002=400,經試鍛調整后，下料長度定為420。4.10 制坯模膛的設計 制坯工步的作用是為了初步改變原坯料的形狀，合理

44、地分配坯料，以適應鍛件橫截面積和形狀的要求，使金屬能較好地充滿模膛。不同形狀的鍛件采用的制坯工步不同。錘上鍛模所用的制坯模膛主要有坺長模膛、滾壓模膛、彎曲模膛、成形模膛等。本課題只有坺長和滾壓模膛。（1）滾壓模膛設計：滾壓模膛可以改變坯料形狀，起到分配金屬，是坯料某一部分截面積減小，某一部分截面積稍稍增大（聚料），獲得接近毛坯圖形狀和尺寸的作用。另外，滾壓還可以將毛坯滾光和清除氧化皮。采用開式滾壓，模膛的尺寸和形狀主要根據計算毛坯圖和坯料橫截面尺寸來確定。模膛高度h=kaj，可按各斷面的高度值繪出滾壓縱剖面外形見圖4.10，然后利用圓弧或直線光滑連接并進行簡化。模膛寬度為 桿部： 38 (4.

45、21) 頭部：>+10=1.13+10 =1.13+10 =66經試生產，調整模膛寬度為B=80。模膛長度L等于計算毛坯圖的長度試用調整后，修改個別尺寸：最大高度由59.3改為h=81,以容納氧化皮。小頭部分作出了一定斜度，簡化后滾壓模膛如圖4.10所示。圖4.10開式滾壓模膛外形設計（2）坺長模膛設計： 坺長模膛用來減少坯料的截面積，增加坯料長度。一般坺長模模膛是變形工步的第一道，它兼有清除氧化皮的作用。為了便于金屬縱向流動，在坺長過程中坯料不斷翻轉，還要送進。坺長模膛有坎部和倉部組成。坎部是主要工作部分，而倉部容納坺長后的金屬，所以在坺長模膛設計中，主要設計坎部尺寸，包括坎部的高度h

46、,坎部的長度c和坎部的寬度B。設計依據是計算毛坯。由3表24.2-29，可知：坺長坎部高度： =0.9 =17 (4.22)式中：計算毛坯桿部體積 計算毛坯桿部長度 =222.8-2-39.5-20=161.3161 坺長坎長度： l=1.13=1.1345=51=56其中：取1.1。 圓角圓弧半徑： =0.25l=0.2556=14 =10=140 模膛高度： B=+(10-20)=(1.3551+10)=78.5 取B=75。 模膛深度： E=1.2=1.243=53 坺長模膛長度： =195按照上述設計可鍛出合格鍛件，但為了提高生產率，將坺長模膛的h縮小，、增大，坺長過程只需打擊三次。將

47、計算數值與實際數值比較如表4.6所示。采用圖4.11實習所示的坺長模膛，坺長后毛坯見圖4.12，坺長部分某些截面小于計算毛坯最小截面。但是坺長部分長度比計算毛坯相應部分長度小，結果在滾壓是靠近大小頭的部分金屬，除流向頭部外，還向桿部流動，滾壓是整毛坯長度還有一定的增長。滾壓后毛坯的形狀見圖4.12.由此可知，坺長后需滾壓的，為減少坺長打擊次數，可減少坺長坎高度，增大圓角、圓弧半徑。坺長后毛坯表面是否粗糙不影響鍛件質量。坺長后毛坯的長度可比相應的計算毛坯長度短一些，以減小滾壓端部毛刺。表4.6 連桿鍛模坺長模膛尺寸 （mm） 模膛尺寸數值HLRR1計算數值175614140目前采用數值14773

48、0、32150圖4.11 坺長模膛設計圖4.12 坺長、滾壓后坯料形狀a)坺長后的坯料 b)滾壓后的坯料4.11 模膛結構設計錘鍛模的結構設計對鍛件品質、生產率、勞動強度、鍛模和鍛錘的使用壽命等有很大的影響。錘鍛模的結構設計應著重考慮模膛的布排、錯移力的平衡及鍛模的強度、模塊尺寸、導向等等。1.模膛的布排模膛的布排要根據模膛數以及各模膛的作用和操作方便安排。錘鍛模一般有多個模膛，終鍛模膛和預鍛模膛的變形力較大，在模膛布置過程中一般首先考慮模鍛模膛。當模鍛有預鍛模膛是，兩個中心（鍛模中心：錘鍛模的緊固一般都是利用楔鐵和鍵塊配合燕尾緊固下模，鍛模中心指鍛模燕尾中心線與上鍵槽中心線的交點，它是位于鍛

49、桿軸心線上，應是鍛錘打擊力的作用中心。模膛中心：鍛造時模膛承受鍛件反作用力的合力作用點。）時，兩個模膛中心一般都不可能與鍛模中心重合。為了減少錯差、保證鍛件品質，應力求終鍛模膛和預鍛模膛中心靠近模鍛中心。在鍛模前后方向上，兩模膛中心均應在鍵槽中心線上；在鍛模左右方向上，終鍛模膛與鍛模中心線的偏移量不要過大。為了減小終鍛模膛與預鍛模膛中心距L，保證模膛壁有足夠的強度，可選用平行排列法（還有前后錯開排列法、反向排列法），終鍛模膛和預鍛模膛中心位于鍵槽中心線上，L值減小的同時前后方向的錯差量也較小，鍛件品質好。終鍛模膛和預鍛模膛的模膛中心位置確定后，模膛在模塊還不能完全放置，還需對模膛的前后方向進行

50、排列。本課題采用鍛件大頭靠近鉗口，是鍛件質量大且難出模的一段接近操作者，這樣操作方便、省力。除終鍛模膛和預鍛模膛以外的其他模膛由于變形力較小，可布置在終鍛模膛和預鍛模膛兩側。模膛的排列應與加熱爐、切邊壓力機和吃風機的位置相應。氧化皮最多的模膛是鍛模中頭道制坯模膛，應靠近加熱爐的一側，且在吹風管對面，不要讓氧化皮吹落到終鍛模膛、預鍛模膛內。假設加熱爐在鍛錘的右方，故坺長模膛布置在右邊，滾壓模膛在左邊，預鍛及終鍛工步從左至右。2.錯移力的平衡與鎖扣的設計錯移力一方面使鍛件錯移，影響尺寸精度和加工余量；另一方面加速鍛錘導軌磨損，使錘桿過早折斷。我們知道，設備的精度對減小鍛件的錯差有一定的影響，但最根本、最有積極意義的是在模具設計方面采取措施，因為后者的影響更直接，更具有決定作用。模膛中心與錘桿中心不一致，終鍛模膛中心偏離鍛桿中心，產生偏心距