毕业设计论文-锻件的结构设计及其工艺性分析

毕业设计论文-锻件的结构设计及其工艺性分析内容摘要：

机械零件的要求，一般来说存在如下两方面的问题，即： ⅰ 、锻件走样。 由于欠压、锻模磨损、上下模错移、毛坯体积和终锻温度的波动，使得锻件的形状发生变化，尺寸在一定范围内波动；又由于锻件出模需要模膛带有斜度，锻件侧壁不得不添加敷料；形状复杂的长轴类锻件还可能发生翘曲歪扭，从而导致锻件与零件有较大的差别 ； ⅱ 、表面质量不易保证。 由于锻件表面氧化与脱碳，合金元素蒸发与污染，表面裂纹时有发生；表面粗糙度也达不到零件图要求等，使得锻件的表面质量远远低于机械加工零件表面质量 ； 正是这两方面的原因，使得锻件设计时，不得不考 虑添加一层包覆零件外层的金属，即余量，而且还得规定适当的公差，以保证锻件的误差落在余量范围之内。 自由锻件的锻件图时在零件图的基础上加上机械加工余量、锻造公差和余块等绘制成的。 在锻件图上锻件的形状用粗实线绘制，零件的形状用双点划线在锻件图内绘制。 锻件的公称尺寸和公差标注在尺寸线的上面，零件的公称尺寸和公差标注在尺寸线的下面，并且加以括号见图 231。 9 φ 3 0 0+ 3 4（ φ 2 8 9 ）62+2 3（52）28+2 3（18）φ 1 3 0+ 4 6（ φ 1 4 5 ）φ 2 1 2+ 3 4（ φ 2 0 1 ） 图 231 自由锻件的锻件图示例 Fing a free sample of fings map 锻件上凡是需要机械加工的表面，都应给予加工余量。 此外，对于重要的承力件，要求 100%取样试验或为了检验和机械加工定位的需要，还得考虑必要的工艺余块。 加工余量的大小与零件的形状复杂程度、尺寸精度、表面粗糙度、锻件材质和模锻设备等因素有关。 过大的余量将增加切削加工量和金属损耗；加工余量若不足，又会使锻件废品率增加。 模锻件的结构工艺性 模锻件的分类 锻件的结构与模锻工艺的选择密切相关。 同一锻件可采用多种工艺方案；反之，在工艺方案选择的同时亦可对锻件的结构设计提出合理 化要求。 a．锤上模锻件的分类 盘类：简单形状、较复杂形状、复杂形状 轴类：直轴类、弯曲类、拔牙类、叉类。 b．螺旋压力机上模锻件分类 由于螺旋压力机可带有顶件装置，且可采用多向分模的组合凹模，锻件可按外形特点、成型特点和所用模具形式分类 :顶锻类、挤压类、盘类；长轴类；用组合凹模锻出的锻件；精密锻件。 c．热模锻压力机上模锻件分类 热模锻压力机上模锻件的设计原则与锤上模锻件相同，但由于热模锻压力机上具有顶件装置，坯料可以立式放置，加以锻件多采用无钳口模锻，故应注意坯料放置的稳定性等因素。 锻件可按形状 和成型特点分类 :圆饼类、长轴类、弯曲轴类。 d．平锻机上模锻件分类 平锻机上模锻件的结构特点与锤上模锻件区别较 10 大。 由于设备及工装所决定，平锻工艺适于头部粗大的旋转体长杆类锻件和带通孔或盲孔锻件的顶镦，并可锻出两个不同方向带有凹陷的锻件。 平锻件的分类 :带头部的杆类锻件（无孔类）、带头部的杆类锻件（不通孔类）、无杆部的通孔类锻件、无杆部的通孔类锻件（不通孔）、管材镦粗、联合模锻件。 e．胎膜锻件的分类 胎膜锻是自由锻造设备上采用专用工具（胎膜）来生产锻件的一种工艺方法。 胎膜大致可分为制坯、成型和修整三类。 胎膜锻件的尺寸精度和表面质量主要取决于操作工人的经验和选择工装的合理性，通常较模锻件要差一些，但与自由锻件相比，形状可较复杂、余量可大大减少。 [13]胎膜锻件的结构要素和金属变形方式已接近普通模锻工艺。 按变形工艺特点不同，胎膜锻件的分类。 圆轴类 :台阶类、法兰类； 圆盘类：法兰、齿轮、杯筒；圆环类：环、套； 杆类：直杆、弯杆、枝杆、叉杆。 模锻件的结构设计要点 由于工艺条件所决定，模锻件的形状可比自由锻件复杂。 但为了使金属易于充满模膛，减少变形工序和提高模具寿命，模锻件外形的设计仍应力求简单、平直和 对称，尽量避免锻件的截面差别过大，或具有过薄的壁，过高的筋和凸起等结构。 模锻件结构设计注意事项。 （由第三节具体说明） 模锻件的结构要素 把零件图变成锻件图是锻造工艺设计过程中的重要环节。 锻件设计者应从技术上、经济上和管理上进行协调，全面分析用户的要求，充分考虑锻件结构的合理性来进行锻件的设计。 这不仅确定了锻件的外形、尺寸和加工精度，而且对后续加工的材料消耗、工序的繁简、产品质量的稳定性以及模具寿命的长短等决定锻件成本高低的影响起着重要作用。 ⅰ. 模锻件的加工余量由下列因素共同组成： Z=M+m+h+x/2 式中： Z— 加工余量（㎜）； M— 精加工的最小余量（㎜）； m— 锻件的最大错移量等形位公差（㎜）； h— 表面缺陷（凹坑、脱碳等）层的深度（㎜）； x— 锻件尺寸的下偏差（㎜）。 11 ⅱ. 影响加工余量的因素 锻件需要切削加工的表面均应有足够的余量 ,而余量的大小 ,受下列因素的影响： （ 1）锻件的尺寸大小。 锻件尺寸大，加工余量较大；锻件尺寸小，加工余量也小。 （ 2）零件的尺寸精度、表面粗糙度要求以及零件 的形状复杂程度。 当尺寸精度和表面粗糙度要求高或形状复杂时，必须多次加工，此时加工余量就应适当增加。 （ 3）锻件各类公差对加工余量有影响，尤其应着重考虑错移、直线度、平面度、同轴度、顶杆压痕等形位公差。 （ 4） 零件机械加工方法与工艺。 机械切削加工零件时，只要求锻件能保证最小余量即可；电解加工时，则要求有均匀的余量；有中间热处理工序或零件需经焊接或组合加工时，应留有较多的余量。 （ 5）锻件的材料。 铝镁合金毛坯加热后氧化少，可减小粗加工余量；钢和钛合金锻件表面缺陷层深，应加大余量。 12 第 3 章 锻件的结构设计错误 示例及其改进 本章将通过对各种锻件的具体错误案例进行纠错工艺性分析，并把握锻件的结构设计及其工艺性的制造规律，通过其规律的把握，达到灵活运用制造技术，合理设计零件结构及其工艺的目的。 通过对 30— 40 个锻件进行工艺性分析，并画出合理与不合理之处，说明其原因。 主要分析的有：模锻件的分模位置问题、模锻斜度问题、合理确定锻件的分合问题、合理确定锻件的凸肩问题等等一系列的研究。 模锻件的分模位置问题 模 锻件 的 分模位置合适与否，直接关系到锻件成形、出模，材料利用率等一系列问题。 因此，分模线是模锻件最重要、最基 本的结构要素。 如下针对 上下对称的锻件 的 分模位置 、 倾斜锻件 的 分模位置 、 左右对称或以轴线对称的回转零件 的分模位置、 高度小于或者等于台阶直径的圆饼类 的 锻件 分模位置等问题进行工艺性分析。 上下对称锻件的分模位置不应选在上平面或下平面 表 311 上下对称锻件的分模位置纠错分析表 上图（不合理） 下图（合理） 图例 311左图所示是上下对称的锻件，分模位置不应选在上平面或下平面，在上或下平面分模，不利于锻件成形。 改进后，锻件成形容易，而且便于发现上下模在模锻过程中的错移，所以分模面应该选择在中 部，例如图例311 右图。 13 41.6R 39 .629.821R 31 .52 2 4 . 2 5φ 4 0106.32 7R18R 84341.6R 39 . 629.821R3 1. 52 2 4 . 2 5φ 4 0106.32 7R18R 843分 模 位 置 （ 正 确 ）分 模 位 置 （ 错 误 ）（ 错 误 ） （ 正 确 ） 图 311上下对称锻件的分模位置纠错分析 Symmetrical upper and lower fing correcting the location of the submode analysis 倾斜锻件不宜采用折线分模 表 312 倾斜锻件的分模位置的纠错分析表 Table of fing tilt position of the submode error correction analysis 上图（不合理） 下图（合理） 图例 312左图所示是倾斜锻件，不应该采用折线分模，这样做使得锻模结构复杂，上下模也容易错移，图示锻件不宜采用折线分模。 为了使模锻结构简单，防止上下模错移，应尽可能采用直线分模，改进后，提高锻件质量和生产过程的稳定性，如图例 312 右图。 14 R 529.8R 5R 22 .1 9φ 4 43AA3 9 . 7 6R 2 分 模 位 置 （ 错 误 ）1 7 0 . 5 9φ 4 4R 529.8R 5R 22 .1 93A3 9 . 7 6R 21 7 0 . 5 9A分 模 位 置 （ 正 确 ）（ 错 误 ） （ 正 确 ） 图 312倾斜锻件的分模位置纠错分析 Fing tilt position of the submode error correction analysis 左右对称 的锻件，分模面不宜选在过度截面上 表 313 左右对称锻件的分模位置的纠错分析表 Table of Fing symmetrical position of the submode error correction analysis 左图（不合理） 右图（合理） 左右对称或以轴线对称的回转零件，其分模位置选在了过渡截面上，这样做使得模膛分模处的横截面积相差很大，不利检查上下模膛的相互错移，锻 造成形也不容易保证，如图例 313左图。 在过渡截面上分模，虽然使模膛加工简单，便于模膛充满，但不容易检查上下模膛的相互错移。 因此，分模位置应该选择在尺寸不变的截面上，改进后分模位置处横截面积相等，成形容易，如图例 313右图。 15 R55R 3 00 176。 1 5 39。 0 R 2R275R2R350R5 1. 12R 3 075R3505 176。 分 模 位 置 （ 错 误 ） 分 模 位 置 （ 正 确 ）（ 错 误 ）（ 正 确 ）R2R 2R 2 图 313左右对称锻件的分模位置纠错分析 Fing symmetrical position of the submode error correction analysis 高 度 小于或者等于台阶直径的圆饼类锻件，不宜轴向分模 表 314 圆饼类锻件的分模位置的纠错分析表 Table of the pie class fing divides the mold position the error correction analysis 16 9 . 1 2R 54 7 . 31 2 7 . 9 87 176。 7 176。 φ212.48φ150.64φ140.61HDR 70 .1 4R 7 5 .3 2R 106 .24R 70.14R 7 5. 3 2R106.24127.987 176。 7 176。 φ 2 1 2 . 4 8φ 1 4 0 . 6 1R 8 9 .78 3 176。 R 3R 3DH47.3分 模 位 置 （ 错 误 ）分 模 位 置 （ 正 确 ）（ 正 确 ）（ 错 误 ） 图 314 圆饼类锻件的分模位置的纠错分析 The pie class fing divides the mold position the error correction analysis 头部较大的轴类锻件不宜直线分模 表 315 头部 较 大 的轴类锻件的分模位置的纠错分析表 Table of Forehead big axis class fing39。 s minute mold position error correction analysis 左图（不合理） 右图（合理） 高度小于或者等于台阶直径的圆饼类锻件，考虑径向分模，而尽量不采用轴向分模，若轴向分模使得模膛需要铣削加工，制造费时费力，如图例 314左图。 圆饼类锻件的 H≤D 时，不宜轴向分模，应该取 径向分模 ，这样 锻模型槽可车削加工，效率高，工时省，切边模刃口形状简单，制造方便；切边模刃口形状简单，制造方便，若需要还可以冲出内孔，减少金属损耗。 如图例 314右图。 17 1 4 5 . 6。