【正文】 ...................................... 52 第 4 章 結(jié)論 ............................................................. 54 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................. 55 致 謝 ................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 1 前 言 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，迫使作為現(xiàn)代工業(yè)基礎(chǔ)的機(jī)械制造業(yè)也必須緊跟時(shí)代的脈搏，并應(yīng)超前于其他工業(yè)部門(mén)的發(fā)展 ，為他們提供大量?jī)?yōu)質(zhì)的裝備。我國(guó)的機(jī)械制造產(chǎn)品質(zhì)量雖有較大的提高，然而與世界發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家相比，在某些方面仍然存在產(chǎn)品性能差、壽命短、質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題。 [1]其原因當(dāng)然是多方面的，首要的是設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)要相應(yīng)改變。機(jī)械零件制造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是把零件設(shè)計(jì)得最大限度地滿足制造條件，即根據(jù)零件的功能進(jìn)行理論設(shè)計(jì)及計(jì)算，并按照制造條件確定零件的結(jié)構(gòu)。這樣做，方便去除多余功能或過(guò)剩功能的結(jié)構(gòu)，以便優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減少毛坯廢品，省工省料，降低成本，提高產(chǎn)品的價(jià)值。 [2]產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力來(lái)源于嚴(yán)格的管理和降低成本。降低機(jī)械產(chǎn)品成本，則首 先是設(shè)計(jì)。在功能相同的條件下，產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)有利于制造時(shí)降低成本的關(guān)鍵。 “ 鍛壓 ” 是人類(lèi)發(fā)明的最古老的生產(chǎn)技術(shù)之一，也是機(jī)械制造業(yè)中重要的技術(shù)之一。它包含了鍛造和沖壓技術(shù)，以及與之相關(guān)的塑性變形技術(shù)。鍛造作為金屬加工的主要方法和手段之一， [5]使其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，在裝備制造業(yè)中涉及到：機(jī)械、汽車(chē)、船舶、航空、航天、大型發(fā)電設(shè)備、化工容器、軍工、輕工等領(lǐng)域。特別是機(jī)械、汽車(chē)制造業(yè)中是不可或缺的主要加工工藝。 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，不僅要保證所設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備具有良好的工作性能，而且還要考慮能否制造和便于制造 。這種在機(jī)械設(shè)計(jì)中綜合考慮制造、裝配工藝及維修等方面各種技術(shù)問(wèn)題，稱(chēng)為機(jī)械設(shè)計(jì)工藝性，機(jī)器及其零部件的工藝性體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，所以又稱(chēng)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性。 [7] 而 鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其工藝性分析，是接下來(lái)我所要討論的課題。鍛件是由坯料（型鋼或鋼錠）經(jīng)加熱后鍛造而成的坯件。鍛件的力學(xué)性能好，因?yàn)殄懠清戜摻M織，結(jié)晶致密，晶粒細(xì)小，纖維組織分配合理，故強(qiáng)度高，耐沖擊抗疲勞。 [3]鍛件是機(jī)器中負(fù)重載荷的零件，特別適合結(jié)構(gòu)尺寸小而載荷大或受疲勞載荷的零件。 一般機(jī)器中的金屬機(jī)械零件的傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程是：制造毛坯，熱處理后 切削加工，或再經(jīng)熱處理后精加工而成零件。通常毛坯制造是：鑄造生產(chǎn)鑄件；鍛造生產(chǎn)鍛件；焊接生產(chǎn)焊件；擠壓生產(chǎn)擠壓件；沖壓生產(chǎn)沖壓件。各種方法有 2 各自的應(yīng)用價(jià)值，哪一種方法都沒(méi)有老化。 本設(shè)計(jì)將通過(guò)對(duì)各種鍛件的具體案例的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其工藝性進(jìn)行分析，把握鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其工藝性的制造規(guī)律，并通過(guò)其規(guī)律的把握，達(dá)到靈活運(yùn)用制造技術(shù)，合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)及其工藝的目的。 本設(shè)計(jì)將通過(guò)對(duì) 30— 40 個(gè)鍛件的工藝性分析，并畫(huà)出合理與不合理之處，說(shuō)明其原因。 3 第 1 章 緒論 目前 鍛件 的應(yīng)用 飛機(jī)鍛件：按重量計(jì)算，飛機(jī)上有 85%左右的構(gòu)件是鍛件。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤(pán)、后軸頸（空心軸）、葉片、機(jī)翼的翼梁 , 機(jī)身的肋筋板、輪支架、起落架的內(nèi)外筒體等都是涉及飛機(jī)安全的重要鍛件。飛機(jī)鍛件多用高強(qiáng)度耐磨、耐蝕的鋁合金、鈦合金、鎳基合金等貴重材料制造。 [4]為了節(jié)約材料和節(jié)約能源，飛機(jī)用鍛件大都采用模鍛或多向模鍛壓力機(jī)來(lái)生產(chǎn)。 汽車(chē)鍛件：汽車(chē)鍛按重量計(jì)算，汽車(chē)上有 1719%的鍛件。一般的汽車(chē)由車(chē)身、車(chē)箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、前橋、后橋、車(chē)架、變速箱、傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等 15 個(gè)部件構(gòu)成汽車(chē)鍛件的特點(diǎn)是外形復(fù)雜、重量輕、工況條件差、安全度要求高。如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)所 使用的曲軸、連桿、凸輪軸、前橋所需的前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、后橋使用的半軸、半軸套管、橋箱內(nèi)的傳動(dòng)齒輪等等，無(wú)一不是有關(guān)汽車(chē)安全運(yùn)行的保安關(guān)鍵鍛件。 柴油機(jī)鍛件：柴油機(jī)是動(dòng)力機(jī)械的一種，它常用來(lái)作發(fā)動(dòng)機(jī)。以大型柴油機(jī)為例，所用的鍛件有汽缸蓋、主軸頸、曲軸端法蘭輸出端軸、連桿、活塞桿、活塞頭、十字頭銷(xiāo)軸、曲軸傳動(dòng)齒輪、齒圈、中間齒輪和染油泵體等十余種。 船用鍛件：船用鍛件分為三大類(lèi)，主機(jī)鍛件、軸系鍛件和舵系鍛件。主機(jī)鍛件與柴油機(jī)鍛件一樣。軸系鍛件有推力軸、中間軸艉軸等。舵系鍛件有舵桿、舵柱、舵銷(xiāo)等。 兵器鍛件：鍛件在 兵器工業(yè)中占有極其重要的地位。按重量計(jì)算，在坦克中有 60%是鍛件?；鹋谥械呐诠?、炮口制退器和炮尾，步兵武器中的具有膛線的槍管及三棱刺刀、火箭和潛艇深水炸彈發(fā)射裝置和固定座、核潛艇高壓冷卻器用不銹鋼閥體、炮彈、槍彈等，都是鍛壓產(chǎn)品。除鋼鍛件以外，還用其它材料制造武器。 石油化工鍛件：鍛件在石油化工設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。如球形儲(chǔ)罐的人孔、法蘭，換熱器所需的各種管板、對(duì)焊法蘭催化裂化反應(yīng)器的整鍛筒體（壓力容器），加氫反應(yīng)器所用的筒節(jié)，化肥設(shè)備所需的頂蓋、底蓋、封頭等均是鍛件。 4 礦山鍛件：按設(shè)備重量計(jì)算，礦山設(shè)備中 鍛件的比重為 1224%。礦山設(shè)備有：采掘設(shè)備、卷?yè)P(yáng)設(shè)備、破碎設(shè)備、研磨設(shè)備、洗選設(shè)備、燒結(jié)設(shè)備、核電鍛件 目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)械零件制造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是把零件設(shè)計(jì)得最大限度地滿足制造條件，即根據(jù)零件的功能進(jìn)行理論設(shè)計(jì)及計(jì)算，并按照制造條件確定零件的結(jié)構(gòu)。 [6]這樣做，方便去除多余功能或過(guò)剩功能的結(jié)構(gòu)，以便優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減少毛坯廢品，省工省料，降低成本，提高產(chǎn)品的價(jià)值。產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力來(lái)源于嚴(yán)格的管理和降低成本。降低機(jī)械產(chǎn)品成本，則首先是設(shè)計(jì)。在功能相同的條件下，產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)有利于制造時(shí)降低成本的關(guān)鍵 。 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，不僅要保證所設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備具有良好的工作性能，而且還要考慮能否制造和便于制造。 [9]這種在機(jī)械設(shè)計(jì)中綜合考慮制造、裝配工藝及維修等方面各種技術(shù)問(wèn)題，稱(chēng)為機(jī)械設(shè)計(jì)工藝性，機(jī)器及其零部件的工藝性體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，所以又稱(chēng)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性問(wèn)題設(shè)計(jì)的面較廣，它存在于零部件生產(chǎn)的各個(gè)階段：材料選擇、毛坯生產(chǎn)、機(jī)械加工、熱處理、機(jī)器裝配、機(jī)器操作、維修等。 [11]在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，產(chǎn)生矛盾事，應(yīng)統(tǒng)籌安排，綜合考慮，找出主要問(wèn)題，予以妥善解決。一般機(jī)器中的金屬機(jī)械零件的傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程是：制造 毛坯，熱處理后切削加工，或再經(jīng)熱處理后精加工而成零件。通常毛坯制造是：鑄造生產(chǎn)鑄件；鍛造生產(chǎn)鍛件；焊接生產(chǎn)焊件；擠壓生產(chǎn)擠壓件；沖壓生產(chǎn)沖壓件。各種方法有各自的應(yīng)用價(jià)值，哪一種方法都沒(méi)有老化。 [10] 目前國(guó)內(nèi)外的鍛造方法主要的仍然是自由鍛和模鍛，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模鍛大大超過(guò)自由鍛。鍛造工藝是發(fā)展趨勢(shì)，因?yàn)槟ｅ懮a(chǎn)率高，鍛件尺寸精度高，材料利用率高，纖維組織沿鍛件輪廓分布，故力學(xué)性能好。只要生產(chǎn)鍛件批量夠大，就會(huì)降低鍛件成本而提高經(jīng)濟(jì)效益。由于品種多而批量不大的產(chǎn)品生產(chǎn)需要，自由鍛仍然是適用的，如果能結(jié)合胎膜 鍛、型砧鍛，其經(jīng)濟(jì)效益會(huì)顯著提高。 5 第 2 章 鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝性分析 對(duì)鍛造零件結(jié)構(gòu)工藝性的要求 結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)，橫截面尺寸不應(yīng)有突然變化。 鍛模件應(yīng)有合理的鍛造斜度和圓角半徑。 材料應(yīng)具有良好的可鍛性。 鍛件組織特點(diǎn) 金屬經(jīng)過(guò)鍛造加工后能改善其組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。經(jīng)過(guò)鍛造方法熱加工變形后由于金屬的變形和再結(jié)晶，使原來(lái)的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細(xì)、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織，使鋼錠內(nèi)原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實(shí)和焊合，其組織變得更加緊密，提高了金屬的塑性和力學(xué)性能。 [15]鍛造加工能保證金屬纖維組織的連續(xù)性，使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致，金屬流線完整，可保證零件具有良好的力學(xué)性能與長(zhǎng)的使用壽命 鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性 鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性是指鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足使用性能和保證質(zhì)量的前提下，在一定的生產(chǎn)條件和生產(chǎn)規(guī)模下，能以最少的勞動(dòng)量，最低的成本、最高的生產(chǎn)率的方法鍛造成型的性質(zhì)。 在進(jìn)行鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到： 1）鍛件材料； 2)鍛造設(shè)備與工裝； 3）生產(chǎn)批量； 4）零件的使用要求； 5）零件的形狀和尺寸特征等因素，從中尋求最合理的工藝過(guò)程所對(duì)應(yīng)的具有良好工藝性 的鍛件結(jié)構(gòu)。 [14]因此，要求設(shè)計(jì)人員不但要熟練地掌握鍛件的設(shè)計(jì)知識(shí)，而且還要很好的了解工藝知識(shí)。 自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性 自由鍛件的分類(lèi) 自由鍛造 是 一種通用性很強(qiáng)的工藝方法，鍛件結(jié)構(gòu)品種繁多，復(fù)雜程度不等。自由鍛件的成型過(guò)程均由一系列變形工序組合而成。因此，自由鍛件可按 6 鍛造工藝特點(diǎn)，根據(jù)鍛件的形狀特征和變形性質(zhì)加以分類(lèi)。具體有：餅塊類(lèi)、空心類(lèi)、軸桿類(lèi)、曲軸類(lèi)、彎曲類(lèi)、復(fù)雜形狀。 自由鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 自由鍛件的結(jié)構(gòu)因受其加工使用設(shè)備和工具的限制，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到鍛造是否方便、經(jīng)濟(jì)和可能。因 此，自由鍛件的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)，由直線和平面或圓柱面組成的平滑形狀。（具體要點(diǎn)有第三大節(jié)舉例說(shuō)明） 自由鍛件的結(jié)構(gòu)要素 a．余塊的設(shè)計(jì) 為簡(jiǎn)化鍛件外形及鍛造過(guò)程，在自由鍛件的某些地方添加一些大于余量的金屬，這部分體積的金屬成為余塊。在設(shè)計(jì)余塊時(shí)，應(yīng)該注意： ⅰ 、對(duì)于短凸緣（法蘭）的鍛件，為了防止凸緣在鍛造時(shí)的變形，應(yīng)在軸向添加余塊，使凸緣增長(zhǎng)。 ⅱ 、當(dāng)零件相鄰臺(tái)階直徑相差不大時(shí)，可以在直徑較小的地方添加徑向余塊。 ⅲ 、當(dāng)零件上較小的孔，窄的凹檔以及難以用自由鍛造成型的復(fù)雜形狀，均可通過(guò)加設(shè)余塊以使 鍛件外形得以簡(jiǎn)化。 ⅳ 、對(duì)于需要試樣檢驗(yàn)以及需留有熱處理或機(jī)械加工夾頭的鍛件，應(yīng)在鍛件的相應(yīng)部位添加余塊。 余塊的添加雖然使鍛造工藝得以簡(jiǎn)化，但金屬的消耗以及機(jī)械加工工時(shí)也相應(yīng)增加。這一問(wèn)題應(yīng)視鍛件的生產(chǎn)批量和工具制造等情況綜合考慮。 為使自由鍛件上的臺(tái)階和凹檔在鍛造時(shí)能夠順利進(jìn)行，應(yīng)對(duì)其最大高度和最小長(zhǎng)度的幾何參數(shù)加以限制。 自由鍛件的法蘭可分為端部法蘭和中間法蘭兩種形式。在進(jìn)行鍛件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)在指定的截面尺寸條件下可鍛出法蘭的最小厚度或長(zhǎng)度這一幾何參數(shù)加以限制。 當(dāng)鍛件的法蘭厚度或長(zhǎng)度不滿足條件時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大法蘭厚度或長(zhǎng)度方向的余量。對(duì)于端部法蘭，亦可采用將兩鍛件連鍛后切割的方法。 帶孔的自由鍛件可按其基本尺寸特征，分為盤(pán)類(lèi)、環(huán)類(lèi)、短筒類(lèi)和長(zhǎng)筒類(lèi)四類(lèi)。 在進(jìn)行自由鍛件孔的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮以下因素： ⅰ 、對(duì)于錘鍛件，當(dāng)孔徑 d30mm 時(shí)， H3d 或 H≤3D 、 d≤ 的孔，一般 7 均允許不鍛出。 ⅱ 、對(duì)于套筒件，當(dāng)孔徑 d30mm 或壁厚 t12mm 時(shí)，也可以不鍛出。 ⅲ 、對(duì)于水壓機(jī)鍛件，其孔徑 d150mm 時(shí)，可以不沖出。 ⅳ 、所有帶孔鍛件的最小沖孔直徑， 均與錘鍛的噸位有關(guān)。 e．凸臺(tái)的設(shè)計(jì) 鍛件上凸臺(tái)的幾何參數(shù)主要有高度尺寸 h和寬度尺寸 b（或直徑 d） 在設(shè)計(jì)凸臺(tái)時(shí)應(yīng)注意： ⅰ 、對(duì)于圓盤(pán)形鍛件，當(dāng)其直徑 D/d≤ ，高度 H≤4h 時(shí)，凸臺(tái)可以不鍛出。 ⅱ 、對(duì)于非圓形鍛件，當(dāng)其邊長(zhǎng) B/b≤ ，高度 H≤4h 時(shí)，凸臺(tái)亦可不鍛出。 f．自由鍛件的加工余量與公差 零件的公稱(chēng)尺寸、鍛件的公稱(chēng)尺寸、加工余量和鍛造公差之間存在一定的關(guān)系。 鍛件圖 鍛模設(shè)計(jì)、工藝規(guī)程制訂、模鍛生產(chǎn)過(guò)程、鍛模加工及鍛件檢驗(yàn)，都離不開(kāi)鍛件圖。鍛件圖分為冷鍛件圖和熱鍛件圖，冷鍛件圖用于 最終鍛件檢驗(yàn)和熱鍛件圖設(shè)計(jì)；熱鍛件圖用于鍛模設(shè)計(jì)與加工制造。習(xí)慣上將冷鍛件圖稱(chēng)為鍛件圖。冷鍛件圖根據(jù)零件圖設(shè)計(jì)，通常要解決下列問(wèn)題。 模鍛件是在可分的模腔中成形，組成模具型腔的各模塊的分合面稱(chēng)為 “ 分模面 ” ；分模面與鍛件表面的交線稱(chēng)為鍛件的 “ 分模線 ” 。鍛件分模位置合適與否，直接關(guān)系到鍛件成形、出模，材料利用率等一系列問(wèn)題。因此，分模線是模鍛件最重要、最基本的結(jié)構(gòu)要素。 確定分模位置最基本的原則是：保證鍛件形狀盡可能與零件形狀相同，容易從模腔中取出；此外應(yīng)爭(zhēng)取獲得鐓粗成形。故此，鍛件分模位置應(yīng)選 在具有最大水平投影尺寸的位置上。 為了提高鍛件質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性，除滿足上述分模原則外，確定開(kāi)式模鍛件的分模位置還應(yīng)考慮下列要求： ⅰ 、為使分模結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單和便于發(fā)現(xiàn)上下模在模鍛過(guò)程中的錯(cuò)移，分模平面盡可能采用直線狀，并應(yīng)使分模線選在鍛件側(cè)面的中部 ； 8 ⅱ 、頭部尺寸較大的長(zhǎng)軸類(lèi)鍛件，不宜直線分模，而應(yīng)用折線分模，使上下模型腔深度大致相等，以確保尖角處能充填飽滿 ； ⅲ 、為便于鍛模加工制造和鍛件切邊，同時(shí)也為了節(jié)約金屬材料，當(dāng)圓餅類(lèi)鍛件的 H≤ （ ～ 3） D時(shí)，則無(wú)論是在錘上鍛造還是在曲柄壓力機(jī)上鍛造或螺旋壓 力機(jī)上鍛造，都應(yīng)考慮徑向分模，而盡量不采用軸向分模。因徑向分模的鍛模型槽可車(chē)削加工，效率高，工時(shí)省，切邊模刃口形狀簡(jiǎn)單，制造方便；徑向分模還可鍛出內(nèi)腔，節(jié)約金屬。但當(dāng) H/D 較大時(shí)，錘上模鍛時(shí)，顯然不能再考慮徑向分模。若仍采用徑向分模，則因模具高度尺寸太大，鍛造困難，鍛錘打擊能量下降，需要的出模力也大 ； ⅳ 、對(duì)金屬流線有要求的鍛件，為避免纖維組織被切斷，應(yīng)盡可能沿鍛件截面外形分模，如肋頂分模。同時(shí)還應(yīng)考慮鍛件工作時(shí)的受力情況，應(yīng)使纖維組織與剪應(yīng)力方向垂直。 b 確定鍛件的機(jī)械加工余量和公差 普通模鍛方法很難滿 足