【正文】 內(nèi)形尺寸是。該凹模 選擇5CrNiMo合金鋼來制造。較輕工作負荷的熱模鍛可用低合金鋼來制造如 4SiCrV,8Cr3等。 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。 外形尺寸只要是考慮凹模的強度，由于具體的計算較復雜，實際設計時按經(jīng)驗來確定 。 該模具采用雙層組合凹模，主要是為了節(jié)省模具鋼，結構如圖 49。 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。對河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 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。 模具零件的設計 凹模的設計 1． 凹模可分為整體凹模和組合凹模 1)整體凹模 當模膛工作壓力小于 1000MPa時可采用整體凹模。 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。 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。 代入數(shù)值有： S=√（ ） +√h =6mm R1=R++2= 為了模具好加工，在本模具設計中 s 取 5mm,R1 取 6mm。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。 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。 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 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。 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。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。標準 JB383485 的部分數(shù)據(jù)如表 41。 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 = 1 04 mm3 體積 2 = 105 mm3 V1/V2= 所以 S=mf/mN=ρv1/ρv2≈ 鍛件的形狀較復雜，為 S3 級。表面粗糙度可達 ～。 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。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。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。 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。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。 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。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。厚度尺寸精度可達 177。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。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。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。 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。 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。 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。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。因此，合理確定飛邊槽尺寸對鍛件的成形極為重要。阻力小，模膛充不滿；阻力過大，能量消耗大，并加快模 具磨損。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。當金屬充滿模膛以后，此時鍛件的高度仍比所要求的要高，輪廓也不清晰。直至整個型腔全部充滿，如圖 41(c)所示。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。 圖 41 開式模鍛成形過程 開式模鍛一般可分為三個階段。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。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。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。 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。 圖 36 STTTS系列熱電偶溫度傳感器 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 21 第 4 章 鍛造模具設計 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。C 以上 )2年 使用說明 使用前應攪拌均勻 液體和散體混合均勻后，使其反應后 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。C 以上 )2年 (1186。 圖 36 TYG高溫粘貼劑 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 20 表 33 高溫粘結劑技術性能 名稱 技術特性 項目 低溫粘結劑 中溫粘結劑 高溫粘結劑 高溫涂料 工作溫度 ℃ 800 1000 1300 1350 主要化學成分 (%) 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。 圖 34 圖中被紅色線框標記的部分為電阻絲內(nèi)嵌式加熱板 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 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、自身粘結或與鋼管道、金屬平壁的粘結之用，也可用于耐火磚、泡沫磚等材料的砌筑。 加熱板的一些典型示例如圖 3圖3圖 33。 模具的預熱方法有：電加熱器加熱、煤氣加熱、天然氣加熱等，本鍛造過程選用 電阻絲鑲嵌式加熱板 。 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 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 模具的預熱 等溫鍛造和熱模鍛，模具都需要預熱。25 177。20 177。15 177。10 177。5 177。這四種加熱設備的準確度和適用于加熱的合金種類如表 31。等溫鍛造過程中要對坯料加熱和模具的預熱。20 —— —— 零件功能允許的公差常常是大于一般公差，所以當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，只有當零件的功能受到損害時，超出一般公差的工件才能被拒收。 177。 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 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。國家標準 1804 的部分公差值如表 25。 一般公差分精密 f，中等 m，粗糙 c，最粗 v，四個公差等級。 2. 工程圖標注上有一項：未注尺寸公差按 GB/T 1804 GB/T 18042020 一般公差 線性尺寸 和角度尺寸 的未注公差 一般公差是指在車間通 常的加工條件下就可以保證的公差。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。實際上，如能在生產(chǎn)中嚴格控制各因素，則鍛件的尺寸精度約比模膛精度低 2 級。 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 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計中，應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。材料為 6061 鋁合金，原工藝用鋁合金棒料切削加工，為了降低成本，提高效率，采用等溫鍛造成形。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 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 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 。形狀復雜的鍛件，只要模鍛時能從凹模模膛中取出，就可采用整體凹模模鍛，若不能采用整體凹模模鍛，可采用可分凹模模鍛。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。 該零件材料選擇的是鋁合金 6061（相當于我國的牌號 LD30），其熱處理狀態(tài)是 T6（即在固溶處理與時效后應用，時效溫度 155165℃ ，保溫 18h。 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。 鋁合金 2A1 747 7A04和 8090等都具有超塑性，用類比的方法，可以推斷變形鋁合金 6061只要加熱到適當?shù)臏囟龋矔辛己玫乃茏冃阅?。只要溫度控制適當，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。 圖 21 ZL109合金坯料重熔至 569℃ 時的切口形貌 由此可見，這種成分的合金在 569℃ 時具有較好的觸變性能（半固態(tài)成形）。 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。 ，不僅鍛造載荷小，設備噸位大大降低，而且還有助于簡化成形過程，因此 可以鍛造出形狀復雜的大型結構件和精密鍛件 : ，且加工參數(shù)可以被精確控制，所以產(chǎn)品具有均勻一致的微觀組織和優(yōu)良的機械性能，并能使少切削或完全無切削加工的優(yōu)質(zhì)復雜零件的生產(chǎn)成為可能。 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 。 與其他鍛造方式相比，等溫鍛造更需要和更易于實現(xiàn)精確 控制。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。 等溫鍛造設備主要是液壓機，為滿足等溫鍛造的基本要求，要求液壓機： 度可調(diào)可控，尤其需要較低的速度； ； ，以滿足等溫鍛造模具及其加熱裝置安裝的需求； ； 。俄羅斯的一些專家研究利用碳 碳復合材料作為1000℃ 以上的等溫鍛造模具材料，因為這類材料具有優(yōu)越的高溫力學件能。等溫成形的零件尺寸精度高，既節(jié)約了材料，又減少廠加工工時。 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。這有助于提高成形件精度和質(zhì)量，但又無須對材料進行繁雜的預處理，比典型的超塑性等溫鍛造成本要低；同時由于等溫鍛造的前一階段采取了比較高的變形速率，還可以提高整個