【正文】 和表面質(zhì)量。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。同其他體積成形工藝一樣，閉式模鍛可以在冷態(tài)、溫態(tài)或熱態(tài)下進(jìn)行。在冷態(tài)閉式模鍛時(shí)，金屬充滿模膛困難，模膛中的單位流動(dòng)壓力很大，對(duì)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(shí)，增大了工件與模具接觸面上的摩擦，對(duì)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(huì)產(chǎn)生明顯的氧化皮，因此，對(duì)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。然而，對(duì)于形狀復(fù)雜的鍛件，采用溫態(tài)閉式模鍛時(shí)金屑流動(dòng)仍很困難。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。鐓粗式閉式模鍛也稱閉式鐓粗，其變形過程可以分為三個(gè)階段(如圖 42所示)：開式鐓粗階段；充滿角隙階段，擠出端部飛邊階段。圖42 閉式鐓粗時(shí)充滿模膛的三個(gè)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。這類閉式模鍛的成形情況與普通擠壓沒有多大區(qū)別，只是在于前者是金屬最后充滿模膛，而后者金屬擠出端是處于自由狀態(tài)。因此，普通擠壓變形的金屬流動(dòng)規(guī)律也適用于對(duì)應(yīng)的閉式擠壓模鍛。河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)23圖43 擠壓式閉式模鍛 精密模鍛精密模鍛工藝能獲得表面質(zhì)量好、機(jī)械加工余量少且尺寸精度較高的鍛件。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(diǎn)。一般精密模鍛件只需要少量后續(xù)機(jī)械加工，大大減少了機(jī)加工工作量；節(jié)省原材料；提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；降低零件生產(chǎn)成本。用精密模鍛生產(chǎn)的直齒圓錐齒輪齒形不需再進(jìn)行機(jī)械加工，齒輪精度可達(dá)到7級(jí)。精鍛葉片輪廓尺寸精度可達(dá)177。，厚度尺寸精度可達(dá)177。，表面粗糙～。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jī)床15000臺(tái)。目前，精密模鍛主要應(yīng)用于如下兩個(gè)方面。生產(chǎn)精度較高的零件時(shí)利用精鍛工藝取代粗切削加工，即將精鍛件直接進(jìn)行精加工而得到成品零件。用于生產(chǎn)精密模鍛能達(dá)到其精度要求的零件。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(jìn)行少量切削加工。有時(shí)也可以完全采用精密模鍛方法生產(chǎn)成品零件。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。由于鋁合金摩托車只要是向外銷售，摩托車上的零件要求一般都比較高，不能太差；又由以上零件的工程圖分析可知，精密模鍛完全可以達(dá)到尺寸和表面要求。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。河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)24 尾蓋鍛件圖的繪制模鍛鍛件圖是根據(jù)零件圖及模鍛工藝特點(diǎn)制定的,它是確定變形工序、設(shè)計(jì)和制造鍛模、計(jì)算坯料和檢驗(yàn)鍛件的依據(jù)。在確定模鍛鍛件圖時(shí)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。分模面選擇時(shí)應(yīng)考慮下列原則：1）保證鍛件能從模膛順利取出，一般選在模鍛件具有最大水平投影尺寸的位置上；2）保證金屬容易充滿模膛，為此，最好把分模面選在使模膛具有最淺的深度；3）分模面應(yīng)做成使沿分模面的上下模的模膛外形一致，以便在生產(chǎn)中容易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)移等欠缺；4）應(yīng)力求分模面是一個(gè)平面，上下模膛的深淺相當(dāng)，以便于鍛模加工制造；根據(jù)本零件的形狀特點(diǎn)和精密閉式模鍛的特點(diǎn)，模鍛的分模面選擇如圖44所示。圖44 分型面選擇為圖中被紅色標(biāo)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(jí)朋所不同。由以上的分析可知，精密模鍛尺寸公差可達(dá)177。，表面粗糙度可達(dá)～ 。公差余量根據(jù)JB383485標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的原則，應(yīng)考慮下列因素：公差等級(jí)、鍛件質(zhì)量、鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)。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(jì)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(shí) 體 的 計(jì)算 重 量 ， 按 (42)或 (43)式 計(jì) 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(jí) ： S1 級(jí) （ 簡 單 ） ： S1 S2 級(jí) （ 一 般 ） ： S S3 級(jí) （ 較 復(fù) 雜 ） ： S S4 級(jí) （ 復(fù) 雜 ） ： 0S 體 積 1 = 104 mm3體 積 2 = 105 mm3V1/V2=所 以S=mf/mN=ρv1/ρv2≈鍛 件 的 形 狀 較 復(fù) 雜 ， 為 S3 級(jí) 。鍛 件 的 質(zhì) 量 為 ：m=ρv1=104 cm3≈≈公 差 等 級(jí) 為 精 密 級(jí) 。 標(biāo) 準(zhǔn) JB383485 的 部 分 數(shù) 據(jù) 如 表 41。表 41 模鍛件內(nèi)外表面加工余量（JB383485）查表41 ~，這里定為2mm。零件的非配合表面無留機(jī)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。有機(jī)械河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)26加工余量的部分如圖45，圖46。圖 45 黃 色 線 框 標(biāo) 記 的 部 分 為 2mm 機(jī) 加 工 余 量圖 46 去 除 機(jī) 加 工 余 量 后 的 鍛 件 圖根據(jù)精密模鍛件公差可達(dá)到IT4級(jí)，而尾蓋除了有機(jī)械加工的表面外，其他尺寸公差一般為IT13級(jí)，所以根據(jù)GB/T 1804—2022來制定鍛件公差，完全符合要求。鍛件部分公差如圖47 。河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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。若鍛造設(shè)備沒有頂出機(jī)構(gòu)，所以必須留出模鍛斜度，精密模鍛時(shí)鋁合金鍛件的模鍛斜度為1176。 ～3176。 ，本鍛件取為 1176。 。如模具中有頂出機(jī)構(gòu)，可以不留斜度。對(duì)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。對(duì)內(nèi)孔等于或大于25mm的鍛件時(shí)不能直接獲得透孔，在該部位留有一層較薄的金屬稱為連皮。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。其中最常用的是平底連皮，如圖48所示，連皮的厚度s 通常在4mm ～8mm范圍內(nèi)，可按式（44 ）計(jì)算： S=√（）+√h(mm) （44）連皮上的圓角半徑R1，可按式（45）確定：R1=R++2(mm) （45 ）式中 d：鍛件內(nèi)孔直徑，單位為 mm；H：鍛件內(nèi)孔深度，單位為 mm；河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)28R：鍛件內(nèi)圓角半徑。代入數(shù)值有：S=√（）+√h =6mmR1=R++2=為了模具好加工，在本模具設(shè)計(jì)中 s 取 5mm,R1 取 6mm。以上各參數(shù)確定后，就可以繪制鍛件圖。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(jì)算出坯料的總體積。坯料的總體積包括鍛件、飛邊、連皮、鉗口料頭以及氧化皮等，即 V坯 =（V 件 +V毛 +V連皮 ）（1+δ% ） （46）式中 δ：坯料火耗。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 =104mm3，17mm 3，其中公差為IT13級(jí)。由于體積成形時(shí)鋁合金內(nèi)部的缺陷（如縮松、縮孔）會(huì)被壓實(shí)，體積會(huì)變小一點(diǎn)，所以毛坯體積取得相對(duì)大一點(diǎn)。 模具零件的設(shè)計(jì) 凹模的設(shè)計(jì)1．凹?？煞譃檎w凹模和組合凹模1)整體凹模 當(dāng)模膛工作壓力小于1000MPa時(shí)可采用整體凹模。整體凹模易于加工，選定凹模材料后，可按彈性力學(xué)方法根據(jù)模腔直徑d和工作壓力P 來決定凹模外徑D ，并核算其強(qiáng)度。對(duì)河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)29于圓形的凹模，可按受內(nèi)壓的厚壁圓筒計(jì)算公式近似計(jì)算。2)組合凹模組合凹模用于以下兩種情況。情況一，當(dāng)凹模承受很大壓力，整體凹模強(qiáng)度不夠時(shí)，采用預(yù)應(yīng)力圈對(duì)凹模施加預(yù)應(yīng)力，以提高凹模的承載能力。情況二，模腔壓力雖沒有達(dá)到1000MPa，但為了節(jié)約模具鋼，仍可采用雙層或三層組合凹模。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 。圖49 凹模結(jié)構(gòu)凹模的結(jié)構(gòu)根據(jù)零件的形狀選擇圓形結(jié)構(gòu)，尺寸設(shè)計(jì)包括外形尺寸和內(nèi)形尺寸。外形尺寸只要是考慮凹模的強(qiáng)度，由于具體的計(jì)算較復(fù)雜，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)按經(jīng)驗(yàn)來確定。根據(jù)《金屬材料精密壓力成形技術(shù)》圖311（雙層組合凹模各圈尺寸的決定） ，選擇凹模的尺寸d2=160mm ，外圈尺寸d3=350mm ，為了導(dǎo)柱、導(dǎo)套安裝的方便，外圈選擇方形，高度尺寸H=120mm ，按圖 311決定的尺寸，強(qiáng)度一般都可以達(dá)到要求 。熱模鍛和等溫鍛造是對(duì)高溫的坯料進(jìn)行打擊，變形金屬流動(dòng)劇烈，鍛件與模具接觸時(shí)間較長。因此要求模具材料具有高的熱穩(wěn)定性、高溫強(qiáng)度和硬度、沖擊韌性、耐熱疲勞性和耐磨性且便于加工。較輕工作負(fù)荷的熱模鍛可用低合金鋼來制造如4SiCrV,8Cr3等。一般負(fù)荷的熱精鍛模采用5CrMnMo，5CrMnMo，3Cr2W8V等鍛模鋼來制造。該凹模選擇5CrNiMo合金鋼來制造。為了使模具型腔有高的耐磨性，近年來比較注意采用表面處理（氮化、軟氮化、滲硼和滲鉻等）方法提高耐磨性。內(nèi)形尺寸是由鍛件的零件圖尺寸和鋁合金的熱膨脹系數(shù)來決定的。終鍛型槽制造的依據(jù)是熱鍛件圖，而熱鍛件圖是由冷鍛件圖加放收縮率得到的。當(dāng)鍛件出模后冷卻到室溫，鍛件必須符合冷鍛件圖的尺寸要求。因此，掌握鍛件的收縮規(guī)河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)30律對(duì)保證鍛件的尺寸非常重要。收縮率的大小，不僅與材料有關(guān)，而且與鍛模的工作溫度有關(guān)。鍛模的工作溫度低，則加放的收縮率要大一些。對(duì)于鋁合金鍛件用鍛模，若其預(yù)熱溫度和工作溫度保持在300～500℃，%。尾蓋最大的尺寸為89mm，考慮熱膨脹后凹模型腔的尺寸為：89（1+）=；尾蓋的高度為65mm，考慮熱膨脹后凹模型腔的尺寸為：65（1+）= 。零件寬度和直徑方向的尺寸隨著模具型腔的磨損逐漸變大，高度方向的尺寸隨著模具的磨損逐漸變小，為了在模具磨損不太嚴(yán)重時(shí)還能生產(chǎn)出合格的零件，盡量提高模具的壽命，型腔寬度和直徑方向尺寸取最小值，高度方向的尺寸取最大值。零件直徑尺寸為 Φ89177。，同時(shí)考慮熱膨脹時(shí)直徑尺寸為：+=Φ90；同理高度尺寸為 其他尺寸及要求見零件圖。 凸模的設(shè)計(jì)圖 410 凸模尺寸零件直徑方向的尺寸隨著凸模的磨損逐漸變小，高度尺寸隨著模具的磨損逐漸變大，凸模成形部分直徑尺寸取最大值，高度尺寸取最大值。直徑尺寸為：Φ75+=；高度尺寸為：10+=。 模具的裝配鍛造模具主要零部件包括上下模座、上下模墊板、凸凹模、應(yīng)力預(yù)緊圈、導(dǎo)柱、導(dǎo)河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)31套、頂出機(jī)構(gòu)。模具的組裝圖如圖41圖41圖4131上模座；2 上模墊板；3 凸模固定板；4 凸模；5鍛件；6應(yīng)力預(yù)緊圈；7推桿；8凹模； 9下模墊板；10下模座；11螺釘圖411 模具裝配圖圖412 模具裝配圖河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)32圖413 模具裝配爆炸圖 模具的潤滑1)塑性變形過程中，在高溫、高壓作用下，模具與毛坯之間需要形成連續(xù)的潤滑膜．既有較好的潤滑性能，而且應(yīng)保證最小的摩擦系數(shù)。2)潤滑劑應(yīng)為塑性變形加工中的保護(hù)層。因此，它對(duì)毛坯表面和模具型腔表面起保護(hù)作用，防止金屬氧化，吸收氣體和貧化表面層金屬元素和有害雜質(zhì)滲到表面層中去。故應(yīng)有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和絕熱性能。3)兼有脫模劑作用，具有懸浮性和可噴射性 易于覆蓋和去除。4)易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)是無毒、無污染、非易燃、非稀缺物。 塑性成形加工時(shí)，模具的工作條件比較惡劣，在高負(fù)荷、高溫和劇烈的摩擦下，進(jìn)行塑性變形加工。塑料與模具型腔工作面相對(duì)滑動(dòng)速度高，冷變形壓力大，局部整變形溫度高。在這種情況下，模具失效相當(dāng)突出，有無潤滑對(duì)模具壽命關(guān)系極大。潤滑可減少材料(制作)與模具表面之問的摩擦，使摩擦剪力可減少幾十倍．摩擦系數(shù)可由10 1 減少10 3數(shù)量級(jí)；潤滑可節(jié)約變形能量，提高材料變形限制。潤滑還可以起到冷卻和隔熱作用．又能使制作容易脫模，保證模具光滑與安全。用于模鍛的潤滑劑種類很多，該鍛造選擇氧化鋁\氧化硼基玻璃粉(在 480℃～610℃ 范圍內(nèi)有良好的潤滑性)，摩擦系數(shù)在 ~ 之間，在模擬中取 。 鍛壓設(shè)備的選擇河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)33鍛造所需的鍛壓力可按經(jīng)驗(yàn)公式48計(jì)算。 F0=K1K2σsA