XT80型滑架的锻造工艺分析与模具设计说明.docx

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XT80型滑架的锻造工艺分析与模具设计说明

引言

滑架的主要作用是承受物件、吊具及链条的重量，在垂直弯曲段还要承受链条张力的合力，并能够保证链条按轨道的线路运行，滑架广泛应用于轻工、纺织、汽车、摩托车、家电、食品、橡胶及建材等行业。

滑架传统的加工方法是采用铸造工艺。

铸造方法虽然可以用于制造形状复杂的零件，但常用于制造力学性能要求不高的零件。

在使用过程中由于滑架的力学性能较低，满足不了使用要求，迫切需要改进生产工艺。

本文拟采用锻造方法实现滑架的批量生产。

因为铸造组织经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。

而且锻造滑架比铸造滑架要省时省人力，如果能锻造出满足强度要求的滑架，那大批量生产可带来很大的经济效益。

本课题通过收集大量锻造工艺资料及阅读相关的文献，通过理论公式计算从模膛工步选择到确定毛坯尺寸，再到终锻、预锻模膛及相关制坯模膛设计，最后到锻模结构设计，所有数据确定都严格按照公式计算修整后得到，结合Deform软件的模拟，不断对各模膛进行修改直至模拟得到满足要求的锻件为止。

以Deform软件的模拟数据为参考预计结果是可以满足锻造工艺要求的。

第1章绪论

1.1引言

在现代机械制造业中，模具工业已成为国名经济中一个非常重要的行业。

许多新产品开发和生产在很大程度上依赖于模具的设计与制造技术。

模具设计与制造能力的强弱与水平的高低，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一，它关系着产品质量和经济效益的提高，直接影响了国民经济中许多行业的发展。

锻造工艺不仅能合理利用金属的塑性，省时节能地获得产品的形状，而且还能改变金属的内部组织，提高原始金属本身的承载能力，进而受到节材的效果。

模锻工艺是在自由锻工艺基础上发展起来的一种先进工艺。

它是将金属加热，使其具有较高的塑性，然后置于锻模模膛中，有锻造设备施加压力，是金属发生塑性变形并充填模膛，得到所需形状并符合技术要求的模锻件。

在经济发达国家中，模锻件平均占锻件总质量的百分之七十以上，因此，模具在生产中所占比重，在某种意义上代表了这个国家经济发展水平，是工业发达程度的标志之一。

1.2锻造工艺的发展概况

本课题是以锻造方法来实现滑架的成型，锻造生产与其他加工方法相比，具有以下特点：

1）锻造能改善金属的组织，提高金属的力学性能和物理性能。

通过锻造能使铸造组织中的气孔及疏松压实，把粗大的晶粒击碎成细小的晶粒，并形成纤维组织。

当纤维组织沿着零件轮廓合理地分布时，可以提高零件的塑性和冲击韧性。

因而，锻制成的零件强度高，可承受更大的冲击力。

在承受同样大小冲击力的情况下，锻制零件的尺寸可以减小，既节省金属，又使机器更加轻巧。

2）节约金属材料和切削加工工时。

3）具有较高的劳动生产率。

以生产六角螺钉为例，用模锻成形，生产率可比切削加工提高约50倍；如采用多工位冷镦的效率更高。

据统计，每模锻100万t钢，可比切削加工减少2~8万名工人，少用15000台机床。

4）锻造有很大的灵活性。

可以锻制形状很简单的锻件（如模块、齿轮坯等），也可锻制形状复杂、不需或只需少量切削加工的精密锻件（如曲轴、精锻齿轮等），这些锻件质量最小的不到1kg，大的可达几百公斤甚至几百吨；即可单件小批生产，又可大批量生产。

随着机械制造工业的巨大发展，锻造生产也随之得到迅速发展。

在工艺方面，推广模锻工艺，采用了高效率、少无切削的特种锻造工艺，如精密模锻、辊锻和挤压等。

掌握了合金钢和大型锻件的各种锻造技术，当今，我国的大锻件生产已具备了制造600MW火电全套大锻件、700MW水电全套大锻件、600~1000MW核电大锻件、千吨级石化压力容器、大型高铬钢轧辊、7万吨级远洋轮成套大锻件以及航天航空、军工用基础件，曲轴、模块、轴承等中型基础件的制造能力。

国内可锻最大钢锭260t，最大锻件150t等。

在设备方面，已能成功制造5kN以下的自由锻锤、带数控装置的150MN的自由锻造水压机、300MN的模锻水压机、超长宽台面的KT-12500型楔式热模锻压力机、16kN以下的蒸-空模锻锤、31.5以下的摩擦压力机。

加热设备方面，用无烟节煤炉代替了落后的煤炉，制造了高效薄壁旋转加热炉和敞焰无氧化加热炉。

随着我国工业的进一步发展，煤气和燃油加热炉及电加热炉已广泛采用，感应电加热（中频、工频）已在先进的自动化锻压生产线中为首选地加热设备。

综上所述，解放后我国的锻造行业已形成了具有自己特点的体系，为发展我国的中型机械工业和巩固国防奠定了有力的基础。

1.3课题意义、研究内容及研究方案

（1）本课题研究的主要内容：

1）熟悉滑架的结构特点及使用要求，对零件的锻造工艺性进行分析；

2）确定零件的锻造工艺，明确模具设计要点；

3）设计滑架的锻件图，在锻件图的基础上，最终设计出滑架的锻造模具结构

（2）课题研究方案

1）工作重点：

滑架的锻造工艺分析是模具设计的基础，所以前期的锻造工艺分析非常重要，后期模具设计既是重点也是难点。

2）工作难点：

用圆棒料直接锻造成型是很困难的,需从锻模设计上充分考虑预锻型腔、终锻型腔的金属流动和原材料的预分配。

在工艺上要考虑毛坯的形状尺寸、坯料在型腔的放置位置、锻造操作时打击力的轻重等。

本课题预采用二次成型的锻造工艺方案,先进行自由锻毛坯,后进行预锻、终锻成型。

工艺过程为:

下料→加热→自由锻毛坯→预锻、终锻→热切边→调质处理→吹砂。

这就要确定毛坯尺寸、设计预锻型腔、终锻型腔、毛边槽、计算成型力及预测可能出现的问题与解决办法。

3）研究途径：

此次毕业设计的研究是采用UGNX软件对滑架进行型体建模造型设计；利用搜索引擎、中/外文数据库、模具设计手册搜集相关文献及数据资料加以辅助设计；在三维造型的基础上，对滑架进行工艺分析，确定滑架的锻件图及锻造工艺；基于锻造工艺方案，确定毛坯尺寸、设计预锻型腔、终锻型腔、计算成型力等，对滑架的锻造模具进行设计，确定合理的工艺参数，并绘制模具图及相应的零件图，使设计的模具更具有可行性和实用性，使滑架的制造更具有经济性。

XT-80型滑架是某输送机械上的关键零部件之一。

滑架传统的加工方法是采用铸造工艺。

铸造方法虽然可以用于制造形状复杂的零件，但常用于制造力学性能要求不高的零件。

在使用过程中由于滑架的力学性能较低，满足不了使用要求，迫切需要改进生产工艺。

本文拟采用锻造方法实现滑架的批量生产。

因为铸造组织经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。

锻造作为金属加工的主要方法和手段之一，在国民经济中占有举足轻重的地位，是装备制造业，特别是机械、汽车行业，以及军工、航空航天工业中不可或缺的主要加工工艺。

随着经济结构调整的不断深化，特别是作为支柱产业的汽车制造业的大发展，为我国的锻造业营造了非常好的机会。

近几年在设备制造技术和加工技术上都有了很大的进展，行业的竞争力得到提升，某些方面的技术水平已进入世界先进行列。

所以用锻造方法加工滑架有其现实的意义。

第2章锻件工艺方案的确定

2.1模锻工步的选择

根据锻造工艺设计的原则，凡机械加工容易实现的形状和尺寸，不强求用锻造法。

所以其沿轴向三个孔选用机加工完成。

本课题设计时由二维锻件图，经过UG的三维建模造型修改成无孔锻件（见图2-1），锻造工艺中的难点是凸台和两侧边缘高筋部分的成形。

同时沿轴线方向截面积不规则，凸台部分用料较多，折弯部分用料也较多，故其锻造过程中的体积分配也是一大难点。

另外由于截面积不规则，金属在锻压时流动剧烈，高筋部分较高，凸台高度也较高，这些都不容易一次成形，且若能成形也对模具损伤很大。

图2-1滑架UG效果图

根据以上分析，本次设计时制坯工步采用了拔长加滚压和成形工步。

另外由于锻件两侧有高筋部分，且沿轴向弯曲度较大，为了顺利充型，需要设计预锻和终锻模膛。

1）计算毛坯根据平面变形假设进行计算并经修正所得的具有圆形（或方形）截面的中间坯料叫计算毛坯或计算坯料，它的各个截面积等于沿锻件长度上各相应截面积加上飞边的截面积。

即：

（2-1）

式中—任意一处计算毛坯的横截面积；

—相应处锻件的横截面积；

—相应处飞边的横截面积；

—相应处飞边槽的横截面积；

—充满系数，形状简单的锻件取0.3~0.5，形状复杂的取0.5~0.8，两端面一般取1。

一般充型过程中，飞边充满50%的飞边槽，设计中都以此计算。

在作计算毛坯图时，对于弯曲的锻件，计算毛坯的长度等于锻件展开后的长度。

以计算毛坯的长度为横坐标，以算得的为纵坐标（见图2-2），绘制光滑曲线，便得到锻件（或计算毛坯）的截面积及直径变化图（见表2-1、图2-3），根据可以计算出计算毛坯上任一处的直径（或边长），即

（或）（2-2）

图2-2轴线及面积测量示意图

表2-1沿轴向的截面积及直径

沿轴向长度

截面积

直径

1

1

162.9672

14.4254

2

6

186.5153

15.4325

3

15

226.3893

17.0022

4

27

168.6254

14.6737

5

34

158.5804

14.2299

6

42

226.3899

17.0023

7

58

233.2512

17.2580

8

73

331.8753

20.5857

9

90

265.9472

18.4279

10

100

226.1436

16.9930

11

105

210.4418

16.3925

12

110

209.2514

16.3460

13

115

229.4825

17.1180

14

120

235.6339

17.3459

15

125

231.9278

17.2090

16

130

226.5904

17.0098

17

140

215.9281

16.6048

18

150

300.0225

19.5729

19

160

501.7603

25.3120

20

162

507.2529

25.4502

21

168

421.9679

23.2123

22

170

288.2868

19.1863

23

173

175.0154

14.9492

图2-3锻件截面积及直径变化曲线图

对于上述计算毛坯图，为了保证金属顺利地流动，在大小两个截面过渡处还应加大连接的圆弧。

将除以便可得到计算毛坯的平均截面积。

（2-3）

由UG测得=58309.532，=174.7756mm，所以=333.6251。

由便可算出计算毛坯的平均直径（或边长）。

=20.6399mm（或）（2-4）

在计算毛坯图上，大于之处叫做头部，小于处叫做杆部。

按体积相等修正计算毛坯图（图2-4），修正后最大截面积和最大直径没有变化。

Dd

图2-4计算毛坯图修正

2）工艺繁重系数计算如果计算毛坯断面变化很大，而且杆部又很长，则制坯时由杆部排出的金属多，而且流动的距离也很长，亦即变形量大。

变形量的大小，一般可用下面几个指标来衡量：

（2-5）

（2-6）

（2-7）

式中α—金属流入头部的繁重系数；

β—金属沿轴向流动的繁重系数；

K—杆部斜率；

—计算毛坯的最大直径；

—计算毛坯的最小直径；

—杆部与头部转接处的直径，又称为拐点处直径。

拐点处直径按照杆部体积守恒转化成锥体的大头直径，