【正文】 中，所以又稱為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性。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)。 [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。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。 不懂鍛件設(shè)計(jì)就有可能違反鍛造原理和鍛造結(jié)構(gòu)工藝性 ,輕則延長(zhǎng)零件的生產(chǎn)周期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 的 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，增加制造困難，增加成本；重則可能無(wú)法把您設(shè)計(jì)的零件鍛造出來(lái)。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 ，故強(qiáng)度高，耐沖擊抗疲勞。 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， “ 鍛壓 ” 是人類發(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。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 。 [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。降低機(jī)械產(chǎn)品成本，則首 先是設(shè)計(jì)。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、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。 [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。 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。 本設(shè)計(jì)將通過(guò)對(duì) 30— 40 個(gè)鍛件的工藝性分析，并畫出合理與不合理之處，說(shuō)明其原因。 [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)。 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)。軸系鍛件有推力軸、中間軸艉軸等?；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。 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%。降低機(jī)械產(chǎn)品成本，則首先是設(shè)計(jì)。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。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。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。 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。 [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)。具體有：餅塊類、空心類、軸桿類、曲軸類、彎曲類、復(fù)雜形狀。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)。 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。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。 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。 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)于圓盤形鍛件，當(dāng)其直徑 D/d≤ ，高度 H≤4h 時(shí)，凸臺(tái)可以不鍛出。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。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。 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。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。 自由鍛件的鍛件圖時(shí)在零件圖的基礎(chǔ)上加上機(jī)械加工余量、鍛造公差和余塊等繪制成的。此外，對(duì)于重要的承力件，要求 100%取樣試驗(yàn)或?yàn)榱藱z驗(yàn)和機(jī)械加工定位的需要，還得考慮必要的工藝余塊。同一鍛件可采用多種工藝方案；反之，在工藝方案選擇的同時(shí)亦可對(duì)鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出合理 化要求。鍛件可按形狀 和成型特點(diǎn)分類 :圓餅類、長(zhǎng)軸類、彎曲軸類。 e．胎膜鍛件的分類 胎膜鍛是自由鍛造設(shè)備上采用專用工具（胎膜）來(lái)生產(chǎn)鍛件的一種工藝方法。 按變形工藝特點(diǎn)不同，胎膜鍛件的分類。 模鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。 ⅰ. 模鍛件的加工余量由下列因素共同組成： Z=M+m+h+x/2 式中： Z— 加工余量（㎜）； M— 精加工的最小余量（㎜）； m— 鍛件的最大錯(cuò)移量等形位公差（㎜）； h— 表面缺陷（凹坑、脫碳等）層的深度（㎜）； x— 鍛件尺寸的下偏差（㎜）。 當(dāng)尺寸精度和表面粗糙度要求高或形狀復(fù)雜時(shí)，必須多次加工，此時(shí)加工余量就應(yīng)適當(dāng)增加。 （ 5）鍛件的材料。主要分析的有：模鍛件的分模位置問(wèn)題、模鍛斜度問(wèn)題、合理確定鍛件的分合問(wèn)題、合理確定鍛件的凸肩問(wèn)題等等一系列的研究。 上下對(duì)稱鍛件的分模位置不應(yīng)選在上平面或下平面 表 311 上下對(duì)稱鍛件的分模位置糾錯(cuò)分析表 上圖（不合理） 下圖（合理） 圖例 311左圖所示是上下對(duì)稱的鍛件，分模位置不應(yīng)選在上平面或下平面，在上或下平面分模，不利于鍛件成形。 14 R 529.8R 5R 22 .1 9φ 4 43AA3 9 . 7 6R 2 分 模 位 置 （ 錯(cuò) 誤 ）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 確 ）（ 錯(cuò) 誤 ） （ 正 確 ） 圖 312傾斜鍛件的分模位置糾錯(cuò)分析 Fing tilt position of the submode error correction analysis 左右對(duì)稱 的鍛件，分模面不宜選在過(guò)度截面上 表 313 左右對(duì)稱鍛件的分模位置的糾錯(cuò)分析表 Table of Fing symmetrical position of the submode error correction analysis 左圖（不合理） 右圖（合理） 左右對(duì)稱或以軸線對(duì)稱的回轉(zhuǎn)零件，其分模位置選在了過(guò)渡截面上，這樣做使得模膛分模處的橫截面積相差很大，不利檢查上下模膛的相互錯(cuò)移，鍛 造成形也不容易保證，如圖例 313左圖。 1 5 39。φ212.48φ150.64φ140.61HDR 70 .1 4R 7 5 .3 2R 106 .24R 70.14R 7 5. 3 2R106.24127.987 176。s minute mold position error correction analysis 左圖（不合理） 右圖（合理） 高度小于或者等于臺(tái)階直徑的圓餅類鍛件，考慮徑向分模，而盡量不采用軸向分模，若軸向分模使得模膛需要銑削加工，制造費(fèi)時(shí)費(fèi)力，如圖例 314左圖。s minute mold position error correction analysis 模鍛件的模鍛斜度問(wèn)題 為了使鍛件能順利出模，模膛側(cè)壁面與分模面不能垂直，應(yīng)附加一定得斜度，即模鍛斜度 。 為了保證尖角充滿成形，應(yīng)以折線分模，使上下模的模膛深度大致相等，并減少損耗在斜度敷料上的金屬，如圖例 315下視圖。 為了使鍛件能順利出模，應(yīng)附加一定 的 斜度，即模鍛斜度， 改進(jìn)后也 一定程度地防止鍛件被拉傷，如圖例 321右圖。5 176。 由于鍛件終鍛成形后，溫度繼續(xù)下降，外模鍛斜度上的金屬由于冷縮而有助于鍛件出模，內(nèi)模鍛斜度上的金屬因冷縮反而將模膛的突起部分夾得更緊，阻礙鍛件出模，改進(jìn)后便于鍛件的出模，提高鍛件質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性，如圖例 322下圖。1 . 拔 模 斜 度 5 176。（ 正 確 ）（ 錯(cuò) 誤 ）同 一 鍛 件 上出 現(xiàn) 多 種 模鍛 斜 度 圖 323 模 鍛斜度的糾錯(cuò)分析 Draft angle error correction analysis 左圖（不合理） 右圖（合理） 同一鍛件上出現(xiàn)了多種模鍛斜度，是不合理的。 、 5176。 等，這樣做便于加工，既省時(shí)省力又經(jīng)濟(jì)，提高鍛件質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性，如圖例 323右圖。必須互相銜接，這時(shí)在分模面兩側(cè)可采用不同的模鍛斜度或其他措施。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。 余塊的添加雖然使鍛造工藝得以簡(jiǎn)化。7 7+ 3 22 3 5+ 3 2B B4 5 176。 25 對(duì)于零件相鄰臺(tái)階直徑相差不大的鍛件 表 333 余塊設(shè)計(jì)的糾錯(cuò)分析表 Table of odd block design error correction analysis φ 7 . 37 6.6 6.81434.4φ 1 0 7 . 1φ 1 0 2 . 4φ 1 2 5 . 2φ 1 1 3 . 5φ 9 1 . 3φ 1 7 9 . 5φ 3 0 0+ 3 428+23φ 1 3 0+ 4 6φ 2 1 2+ 3 4余 量8 *φ7 .3余 量復(fù) 雜 形 狀 應(yīng) 添 加 余 塊（ φ 2 0 1 ）（ φ 1 4 5 ）（ φ 2 8 9 ）（18）（52）62+23（ 錯(cuò) 誤 ） （ 正 確 ） 圖 333 余塊設(shè)計(jì)的糾錯(cuò)分析 Fig. 333 odd block design error correction analysis 左圖（不合理） 右圖（合理） 零件上過(guò)于復(fù)雜的部分不要鍛出，否則容易使得較復(fù)雜的部分產(chǎn)生形變、應(yīng)力集中，破壞鍛件；鍛件表面氧化與脫碳，合金元素 蒸發(fā)與污染，表面裂紋時(shí)有發(fā)生，使得鍛件設(shè)計(jì)時(shí)，不得不考慮添加一層包覆零件外層的金屬，如圖例 333 左圖。113 3 . 4R 7. 615.2φ 1 0 8 . 22 5 . 1φ 1 0 8 . 27 176。沖孔連皮不能太薄，也不宜太厚 ； 鍛件內(nèi)孔較大時(shí)，不宜用平底連皮 ，而應(yīng)該采用斜底連皮； 鍛件上直徑較小的內(nèi)孔，如連桿小頭的內(nèi)孔，或小于 Φ30mm 的小孔，不宜鍛出連皮 ，只進(jìn)行壓凹。根據(jù)圖例 351 上視圖中右側(cè)平底連皮厚度的確定，進(jìn)行改進(jìn)，如圖例351 下圖。 采用斜底連皮，連皮斜度增加了連皮和內(nèi)孔接觸處的連皮厚度，促進(jìn)金屬向外流動(dòng)，避免產(chǎn)生折疊，沖頭不易損壞模膛內(nèi)的沖頭部分會(huì)過(guò)早地磨損或壓塌。5 176。 圖例 353 上視圖中，連桿小頭內(nèi)孔徑僅為 Φ28mm 是小于 Φ30mm 的小孔，只進(jìn)行壓凹，其目的不是為了節(jié)省金屬，而是通過(guò)壓凹變形，有助于小孔周圍充滿變形，然后機(jī)械加工出內(nèi)孔，又比較經(jīng)濟(jì)。13.242.6R 5R 1 8. 35.1φ 8 1 . 2φ 1 0 1 . 55 176。切邊時(shí)，敷料隨之被切去。經(jīng)上述原則， 改進(jìn)后， 如圖例 361 右圖。例如圖例 371下圖。 單拐曲線兩件合鍛 表 371 有關(guān)鍛件的分合設(shè)計(jì)的糾錯(cuò)分析表 Table of design of the fing division of the error correction analysis 上圖（不合理） 下圖（ 合理） 圖例 371上圖中，連桿與連桿蓋分鍛，這樣既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，很難保證配合精度。為此開出了澆口。 為此在鍛件兩側(cè)各增加一塊工藝凸臺(tái)敷料。 31 對(duì)于法蘭較薄的鍛件，在鍛件兩側(cè)各增加一塊工藝凸臺(tái)敷料 表 36 有關(guān)工藝凸臺(tái)敷料設(shè)計(jì)的糾錯(cuò)