【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)下進行。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。然而，對于形狀復雜的鍛件，采用溫態(tài)閉式模鍛時金屑流動仍很困難。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。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規(guī)律也適用于對應的閉式擠壓模鍛。河北工程大學科信學院畢業(yè)設(shè)計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。一般精密模鍛件只需要少量后續(xù)機械加工，大大減少了機加工工作量；節(jié)省原材料；提高勞動生產(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行機械加工，齒輪精度可達到7級。精鍛葉片輪廓尺寸精度可達177。，厚度尺寸精度可達177。，表面粗糙～。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。目前，精密模鍛主要應用于如下兩個方面。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。用于生產(chǎn)精密模鍛能達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行少量切削加工。有時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。河北工程大學科信學院畢業(yè)設(shè)計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制定的,它是確定變形工序、設(shè)計和制造鍛模、計算坯料和檢驗鍛件的依據(jù)。在確定模鍛鍛件圖時需預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。分模面選擇時應考慮下列原則：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)錯移等欠缺；4）應力求分模面是一個平面，上下模膛的深淺相當，以便于鍛模加工制造；根據(jù)本零件的形狀特點和精密閉式模鍛的特點，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。由以上的分析可知，精密模鍛尺寸公差可達177。，表面粗糙度可達～ 。公差余量根據(jù)JB383485標準所規(guī)定的原則，應考慮下列因素：公差等級、鍛件質(zhì)量、鍛件形狀復雜系數(shù)。鍛 件 形 狀 復 雜 系 數(shù) S鍛 件 形 狀 復 雜 系 數(shù) 是 鍛 件 重 量 mf 與 相 應 的 鍛 件 外 廓 包 容 體 重 量 mN 之 比 ， 見 (4—1) 式 ：S=mf/mN (41)河北工程大學科信學院畢業(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 雜 系 數(shù) 分 為 4 級 ： S1 級 （ 簡 單 ） ： S1 S2 級 （ 一 般 ） ： S S3 級 （ 較 復 雜 ） ： S S4 級 （ 復 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 雜 ， 為 S3 級 。鍛 件 的 質(zhì) 量 為 ：m=ρv1=104 cm3≈≈公 差 等 級 為 精 密 級 。 標 準 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。有機械河北工程大學科信學院畢業(yè)設(shè)計26加工余量的部分如圖45，圖46。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—2022來制定鍛件公差，完全符合要求。鍛件部分公差如圖47 。河北工程大學科信學院畢業(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。若鍛造設(shè)備沒有頂出機構(gòu)，所以必須留出模鍛斜度，精密模鍛時鋁合金鍛件的模鍛斜度為1176。 ～3176。 ，本鍛件取為 1176。 。如模具中有頂出機構(gòu)，可以不留斜度。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。對內(nèi)孔等于或大于25mm的鍛件時不能直接獲得透孔，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；河北工程大學科信學院畢業(yè)設(shè)計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。由于體積成形時鋁合金內(nèi)部的缺陷（如縮松、縮孔）會被壓實，體積會變小一點，所以毛坯體積取得相對大一點。 模具零件的設(shè)計 凹模的設(shè)計1．凹?？煞譃檎w凹模和組合凹模1)整體凹模 當模膛工作壓力小于1000MPa時可采用整體凹模。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 ，并核算其強度。對河北工程大學科信學院畢業(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。2)組合凹模組合凹模用于以下兩種情況。情況一，當凹模承受很大壓力，整體凹模強度不夠時，采用預應力圈對凹模施加預應力，以提高凹模的承載能力。情況二，模腔壓力雖沒有達到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度，由于具體的計算較復雜，實際設(shè)計時按經(jīng)驗來確定。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 ，為了導柱、導套安裝的方便，外圈選擇方形，高度尺寸H=120mm ，按圖 311決定的尺寸，強度一般都可以達到要求 。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。因此要求模具材料具有高的熱穩(wěn)定性、高溫強度和硬度、沖擊韌性、耐熱疲勞性和耐磨性且便于加工。較輕工作負荷的熱模鍛可用低合金鋼來制造如4SiCrV,8Cr3等。一般負荷的熱精鍛模采用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)河北工程大學科信學院畢業(yè)設(shè)計30律對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。對于鋁合金鍛件用鍛模，若其預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重時還能生產(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。，同時考慮熱膨脹時直徑尺寸為：+=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、應力預緊圈、導柱、導河北工程大學科信學院畢業(yè)設(shè)計31套、頂出機構(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應力預緊圈；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科信學院畢業(yè)設(shè)計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，而且應保證最小的摩擦系數(shù)。2)潤滑劑應為塑性變形加工中的保護層。因此，它對毛坯表面和模具型腔表面起保護作用，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。故應有良好的化學穩(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)易于實現(xiàn)機械化，應是無毒、無污染、非易燃、非稀缺物。 塑性成形加工時，模具的工作條件比較惡劣，在高負荷、高溫和劇烈的摩擦下，進行塑性變形加工。塑料與模具型腔工作面相對滑動速度高，冷變形壓力大，局部整變形溫度高。在這種情況下，模具失效相當突出，有無潤滑對模具壽命關(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；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科信學院畢業(yè)設(shè)計33鍛造所需的鍛壓力可按經(jīng)驗公式48計算。 F0=K1K2σsA