【正文】 電阻絲內(nèi)嵌式加熱板 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 19 圖 35 圖中被紅色線框標記的部分為電阻絲內(nèi)嵌式加熱板 高溫粘合劑是一切保溫材料制品的輔助產(chǎn)品，供硅酸鋁纖維制品、巖棉、礦棉板微 孔硅酸鈣絕熱制品等耐火、保溫材料、自身粘結(jié)或與鋼管道、金屬平壁的粘結(jié)之用，也可用于耐火磚、泡沫磚等材料的砌筑。C 以上 )2年 (1186。 圖 36 STTTS系列熱電偶溫度傳感器 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 21 第 4 章 鍛造模具設(shè)計 模鍛的分類和成形特點 模鍛是指在外力作用下，利用模具迫使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形并充滿鍛模型腔的一種塑性加工方法。上下模閉合后所形成的空腔 A稱為模膛或者型腔，其形狀與熱態(tài)鍛件相同。在模鍛過程小，隨著上下模的逐漸閉合，金屬在充滿模膛的同時，多余金屬流入飛邊槽形成飛邊。第二階段為充滿模膛階段，金屬被擠入型腔，在分模面上的直徑繼續(xù)擴大，并流入飛邊槽。當(dāng)金屬充滿模膛以后，此時鍛件的高度仍比所要求的要高，輪廓也不清晰。阻力小，模膛充不滿；阻力過大，能量消耗大，并加快模 具磨損。同開式模鍛相比，閉式模鍛可大大投高金屬材料的利用率和鍛件精度。 閉式模鍛按變形金屬充滿模膛的方式可分為鍛粗式和擠壓式兩類。因此，普通擠壓變形的金屬流動規(guī)律也適用于對應(yīng)的閉式擠壓模鍛。用精密模鍛生產(chǎn)的直齒圓錐齒輪齒形不需再進行機械加工，齒輪精度可達到 7級。據(jù)統(tǒng)計，每 100萬噸鋼材由切削加工改為精密模鍛，可節(jié)約鋼材 15萬噸（即15%），可減少機床 15000臺。其中多數(shù)情況是用精密模鍛制成零件的主要部分以省去切削加工，而零件的某些部分仍需進行少量切削加工。所以決定用精密模鍛來生產(chǎn)該零 件，精密模鍛也可用于部分尺寸，不一定零件的所有部分都采用精密模鍛。 圖 44 分型面選擇為圖中被紅色標記的曲面 模鍛件的加工余量和公差比自由鍛小得多，其數(shù)值根據(jù)鍛件大小、形狀和精度等級朋所不同。 鍛件形狀復(fù)雜系數(shù) S 鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)是鍛件重量 mf 與相應(yīng)的鍛件外廓包容體重量 mN 之比，見(4—1) 式 ： S=mf/mN (41) 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 25 鍛件外廓包容體 重量 mN，為以包容鍛件最大輪廓的圓柱體或長方體作為實體的計算重量，按 (42)或 (43)式計算： 圓形鍛件 ： mN=π/4d2hρ (42) 式中 ρ— 為材料 的密度（鋁合金 6061 的 密度 )； 非圓形鍛件 ： mN=Lbhρ (43) 根據(jù) S 值的大小，鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)分為 4 級： S1 級（簡單）： S1 S2 級（一般）： S S3 級（較復(fù)雜）： S S4 級（復(fù)雜）： 0S 體積 1 = 1 04 mm3 體積 2 = 105 mm3 V1/V2= 所以 S=mf/mN=ρv1/ρv2≈ 鍛件的形狀較復(fù)雜，為 S3 級。零件的非配合表面無留機械加工余量，其尺寸精度和表面質(zhì)量完全可以由閉式模鍛來保證。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 27 圖 47 模鍛公差圖 、圓角半徑 為了便于脫模，鍛件表面上需有模鍛斜度，模鍛斜度可分為外加模鍛斜度和自然模鍛斜度。 。常用連皮有四種形式：平底連皮、斜底連皮、帶倉連皮、拱底連皮。 圖 48 模鍛件常用沖孔連皮 為了確定坯料的尺寸規(guī) 格，先要計算出坯料的總體積。 模具零件的設(shè)計 凹模的設(shè)計 1． 凹模可分為整體凹模和組合凹模 1)整體凹模 當(dāng)模膛工作壓力小于 1000MPa時可采用整體凹模。 情況一，當(dāng)凹模承受很大壓力，整體凹模強度不夠時，采用預(yù)應(yīng)力圈對凹模施加預(yù)應(yīng)力，以提高凹模的承載能力。 外形尺寸只要是考慮凹模的強度，由于具體的計算較復(fù)雜，實際設(shè)計時按經(jīng)驗來確定 。較輕工作負荷的熱模鍛可用低合金鋼來制造如 4SiCrV,8Cr3等。 內(nèi)形尺寸是。該凹模 選擇5CrNiMo合金鋼來制造。 熱模鍛和等溫鍛造是對高溫的坯料進行打擊，變形金屬流動劇烈，鍛件與模具接觸時間較長。 該模具采用雙層組合凹模，主要是為了節(jié)省模具鋼，結(jié)構(gòu)如圖 49。對河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 29 于圓形的凹模，可按受內(nèi)壓的厚壁圓筒計算公式近似計算。 由于鋁合金抗氧性較好，火耗較少，可以不考慮，又由于閉式模鍛的飛邊較少，也可以不考慮，所以上式可簡化為： V坯 =（ V件 +V連皮 ） （ 47） 用 PRO/E可以算出鍛件的體積為： V鍛 =104mm3，根據(jù)體積成形體積不變原理，得 V坯 =V件 +V連皮 =104mm3，坯料的形狀為 17mm3，其中公差為 IT13級。 代入數(shù)值有： S=√（ ） +√h =6mm R1=R++2= 為了模具好加工，在本模具設(shè)計中 s 取 5mm,R1 取 6mm。 對于直徑小于 25mm的內(nèi)孔 ,鍛件一般不鍛出 ,采用壓凹使成形飽滿?！?3176。 圖 45 黃色線框標記的部分為 2mm 機加工余量 圖 46 去除機加工余量后的鍛件圖 根據(jù)精密模鍛件公差可達到 IT4級，而尾蓋除了有機械加工的表面外，其他尺寸公差一般為 IT13級，所以根據(jù) GB/T 1804—2020來制定鍛件公差，完全符合要求。標準 JB383485 的部分數(shù)據(jù)如表 41。表面粗糙度可達 ～。在確定模鍛鍛件圖時需預(yù)先考慮鍛件的分模面、加工余量、鍛造公差、工藝余塊、模鍛斜度、及圓角半徑等因素。 精密模鍛也分為開式精密模鍛和閉式精密模鍛，其成形原理跟普通的模鍛原理一樣。 生產(chǎn)精度較高的零件時 利用精鍛工藝取代粗切削加工，即將精鍛件直接進行精加工而得到成品零件。厚度尺寸精度可達 177。與普通模鍛相比，精密模鍛 具有提高鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量的優(yōu)點。 圖 42 閉式 鐓粗時充滿模膛的三個階段 擠壓式閉式模鍛即閉式擠壓，如圖 43所示，其中圖 (a)為正向擠壓成形；圖 (b)為側(cè)向擠壓成形；而反向擠壓成形與閉式鐓粗形成縱向飛邊階段相同。 在冷態(tài)閉式模鍛時，金屬充滿模膛困難，模膛中的單位流動壓力很大，對鍛模壽命有消極的影響；在熱態(tài)下閉式模 鍛，當(dāng)存在氧化皮時，增大了工件與模具接觸面上的摩擦，對金屬充滿模膛和模具壽命也不利；在溫態(tài)下閉式模鍛，既可降低金屬材料的變形抗力，又不會產(chǎn)生明顯的氧化皮，因此，對于一些形狀簡單的小型鍛件，比較適合于采用溫態(tài)閉式模鍛。因此，合理確定飛邊槽尺寸對鍛件的成形極為重要。在型腔沒有充滿之前，只有流向型腔的阻力小于流入飛邊阻力時，才能迫使金屬把型腔充滿。直至整個型腔全部充滿，如圖 41(c)所示。 圖 41 開式模鍛成形過程 開式模鍛一般可分為三個階段。飛邊槽由兩部分組成，較淺的 部分 B稱為飛邊槽的橋部，部分 C為飛邊槽的倉部。 開式模鍛的成形原理 圖 41是一圓盤類鍛件的成形過程示意圖。C 以上 )2年 使用說明 使用前應(yīng)攪拌均勻 液體和散體混合均勻后，使其反應(yīng)后 512 小時后使用 注意事項 施工完畢后，自然干燥慢時，可采用烘烤硬化 模具溫度的測量 選擇來測量模具溫度，測量溫度范圍為 0～ 800℃ ，其簡圖如圖 36。 圖 36 TYG高溫粘貼劑 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 20 表 33 高溫粘結(jié)劑技術(shù)性能 名稱 技術(shù)特性 項目 低溫粘結(jié)劑 中溫粘結(jié)劑 高溫粘結(jié)劑 高溫涂料 工作溫度 ℃ 800 1000 1300 1350 主要化學(xué)成分 (%) Al2O3 3040 5565 6065 Sio2 4852 20 20 Fe2O3 2 交貨條件 糊狀 糊狀 液體及散體 液體及散體 包裝方式 桶裝 桶裝 液體桶裝散體袋裝 液體桶裝散體袋裝 保存期 (3186。 加熱板的一些典型示例如圖 3圖3圖 33。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 表 32 電阻爐參數(shù) 型號 SX2512 功率 5KW 電壓 220V 相數(shù) 1相 最高溫度 1200℃ 加熱室尺寸 300200120mm3 模具的預(yù)熱 等溫鍛造和熱模鍛，模具都需要預(yù)熱。20 177。10 177。這四種加熱設(shè)備的準確度和適用于加熱的合金種類如表 31。20 —— —— 零件功能允許的公差常常是大于一般公差，所以當(dāng)零件任一要素偶然地超出一般公差時，零件的功能通常不會被損害，只有當(dāng)零件的功能受到損害時，超出一般公差的工件才能被拒收。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 表 25 GB/T18042020 m 級的部分公差值 GB/T18042020 m級 線性 (mm) 3~6 6~30 30~120 公 差 177。 一般公差分精密 f，中等 m，粗糙 c，最粗 v，四個公差等級。表面粗糙度則取決于坯料加熱時的氧化程度、模膛的表面粗糙度、模鍛時的冷卻和潤滑以及鍛件的冷卻條件等。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 鍛件尺 寸精度和表面質(zhì)量 在鍛造成形的工藝分析和模具設(shè)計中，應(yīng)考慮影響鍛件精度的諸因素，進行具體分析計算，以確定鍛件的尺寸精度。尾蓋的三視圖如圖 22；三維圖 如圖 23,圖 24. 圖 22 消聲器尾蓋的三視圖 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 圖 23 消聲器尾蓋零件三維圖 圖 24消聲器尾蓋零件的三維圖 根據(jù)上圖，可分為兩個部分：一是底部的圓柱體，二是帶有八個較薄的肋的薄壁圓筒，其薄壁厚度只有 。由以上的分析可知，材料有良好的可成形性，適宜于采用閉式精密模鍛。 鍛件材料 凡是采用開式模鍛方法能鍛造的任何合金材料，都可以進行閉式模鍛，一些塑性較差的材料采用閉式模鍛更為有利。只要溫度控制適當(dāng)，在固液共存狀態(tài)時，金屬既能夾持，又具有良好的塑變性能。 有研究表明：鋁合金 ZL109加熱完畢以后，立即用刀切割棒料，發(fā)現(xiàn)在 569℃ 時，很輕易地就能用普通鋼制菜刀切動，切口非常平整，并且切割的過程中，金屬沒有流動和大的變形。 與常規(guī)鍛造相比，等溫鍛造具有以一下優(yōu)點 : ，變形溫度恒定，克服了模冷、局部過熱和變形不均勻，且動態(tài)再結(jié)晶進行充分，鍛件的微觀組織和綜合性能具有良好的均勻性和一致性 。因此，需要一定的涂料；在坯料加熱及成形中起到防護作用，同時在變形件與模具之間形成連續(xù)的潤滑膜以減少摩擦，在成形后它又能起到脫模劑的作用。俄羅斯的一些專家研究利用碳 碳復(fù)合材料作為1000℃ 以上的等溫鍛造模具材料，因為這類材料具有優(yōu)越的高溫力學(xué)件能。 等溫鍛造特別適合于那些鍛造溫區(qū)窄的難變形材料，例如高溫合金、鈦合金、粉末高溫合金等。然而二者之間沒有截然的區(qū)別，有些等溫鍛造過程中坯料在變形到一定程度之后，一方面組織實現(xiàn)了等軸細晶化，另一方面等溫鍛造一般隨著變形的進行速率會逐漸降低。各種塑性成形都以金屬材料具有塑 性性質(zhì)為前提，都需要有外力作用，都存在外摩擦的影響，都遵循著共同的金屬學(xué)和塑性力學(xué)規(guī)律。用塑性成形方法可使工件尺寸達到較高精度，具有很高的生產(chǎn)效率。 金屬塑性成形簡介 金屬塑性（成型）加工是指利用模 具使金屬在應(yīng)力下塑性變形，如軋、 拉拔、沖壓、 擠壓等。穿流和渦流能明顯的降低塑性指標、疲勞性能和抗腐蝕性 能。坯料加熱不足，保溫時間不夠、鍛造溫度過高或過低，變形程度太大，變形速度太高、鍛造過程中產(chǎn)生的 彎曲、折疊沒有及時消除，再次進行鍛造，都很可能產(chǎn)生表面裂紋。鍛件過燒后 ，表而發(fā)暗，有氣泡，一鍛就裂。它是由于模鍛時金屬對流，形成某些金屬的重疊，最后壓合而成為折疊。表 24列出常用的變形鋁合金的鍛造溫度范圍。 表 23 各種鍛壓設(shè)備上的變形速度 鋁合金的鍛造溫度范圍一般都在 150℃ 以內(nèi)，少數(shù)高強度鋁合金的鍛造溫度范圍甚至小到 100℃ ，相關(guān)資料表明，其變形溫度基本上在 350℃ ~500℃ 之間。一般在低溫范圍內(nèi)變形抗力對變形速度的變化不敏感，而在高溫下 (鍛造溫度范圍 )則比較敏感，變形速度增大，變形抗力增大。 變形速度對鋁合金工藝塑性的影響主要取決于合金加工硬化和再結(jié)品軟化速度之間的關(guān)系。低碳鋼可以鍛出的各種形狀的鍛件，用鋁合金 都可鍛出來。 表 21 6061的熱學(xué)性能 鋁合金 密度 / kg/m^3 液相 線 溫度 /℃ 固相 線 溫度 /℃ 線膨脹系數(shù) 比熱容 / J/(kg 具有中等強度 (6061T6 的強度達 245MPa)、 有良好的塑性和優(yōu)良的可焊性 、 抗蝕性、河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 可機加工性，適合作建筑裝飾型材及各種需要良好 耐蝕性要求的結(jié)構(gòu)件。以數(shù)字編號表示各組不同化學(xué)成分的鋁合金。 80年代以來，又掀起了開發(fā)快速凝固新型鋁合金以及 AlLi 系合金、 AlSc合金 新一代鋁合