【正文】 nalysis 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。 13 41.6R 39 .629.821R 31 .52 2 4 . 2 5φ 4 0106.32 7R18R 84341.6R 39 . 629.821R3 1. 52 2 4 . 2 5φ 4 0106.32 7R18R 843分 模 位 置 （ 正 確 ）分 模 位 置 （ 錯(cuò) 誤 ）（ 錯(cuò) 誤 ） （ 正 確 ） 圖 311上下對(duì)稱鍛件的分模位置糾錯(cuò)分析 Symmetrical upper and lower fing correcting the location of the submode analysis 傾斜鍛件不宜采用折線分模 表 312 傾斜鍛件的分模位置的糾錯(cuò)分析表 Table of fing tilt position of the submode error correction analysis 上圖（不合理） 下圖（合理） 圖例 312左圖所示是傾斜鍛件，不應(yīng)該采用折線分模，這樣做使得鍛模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上下模也容易錯(cuò)移，圖示鍛件不宜采用折線分模。 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。因此，分模線是模鍛件最重要、最基 本的結(jié)構(gòu)要素。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。 12 第 3 章 鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤 示例及其改進(jìn) 本章將通過(guò)對(duì)各種鍛件的具體錯(cuò)誤案例進(jìn)行糾錯(cuò)工藝性分析，并把握鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其工藝性的制造規(guī)律，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。 （ 5）鍛件的材料。 （ 4） 零件機(jī)械加工方法與工藝。 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。鍛件尺寸大，加工余量較大；鍛件尺寸小，加工余量也小。 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（㎜）。鍛件設(shè)計(jì)者應(yīng)從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上和管理上進(jìn)行協(xié)調(diào)，全面分析用戶的要求，充分考慮鍛件結(jié)構(gòu)的合理性來(lái)進(jìn)行鍛件的設(shè)計(jì)。 模鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。 模鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 由于工藝條件所決定，模鍛件的形狀可比自由鍛件復(fù)雜。 按變形工藝特點(diǎn)不同，胎膜鍛件的分類。 胎膜鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量主要取決于操作工人的經(jīng)驗(yàn)和選擇工裝的合理性，通常較模鍛件要差一些，但與自由鍛件相比，形狀可較復(fù)雜、余量可大大減少。 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。由于設(shè)備及工裝所決定，平鍛工藝適于頭部粗大的旋轉(zhuǎn)體長(zhǎng)桿類鍛件和帶通孔或盲孔鍛件的頂鐓，并可鍛出兩個(gè)不同方向帶有凹陷的鍛件。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。 b．螺旋壓力機(jī)上模鍛件分類 由于螺旋壓力機(jī)可帶有頂件裝置，且可采用多向分模的組合凹模，鍛件可按外形特點(diǎn)、成型特點(diǎn)和所用模具形式分類 :頂鍛類、擠壓類、盤類；長(zhǎng)軸類；用組合凹模鍛出的鍛件；精密鍛件。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。過(guò)大的余量將增加切削加工量和金屬損耗；加工余量若不足，又會(huì)使鍛件廢品率增加。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。鍛件的公稱尺寸和公差標(biāo)注在尺寸線的上面，零件的公稱尺寸和公差標(biāo)注在尺寸線的下面，并且加以括號(hào)見(jiàn)圖 231。 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。由于欠壓、鍛模磨損、上下模錯(cuò)移、毛坯體積和終鍛溫度的波動(dòng)，使得鍛件的形狀發(fā)生變化，尺寸在一定范圍內(nèi)波動(dòng)；又由于鍛件出模需要模膛帶有斜度，鍛件側(cè)壁不得不添加敷料；形狀復(fù)雜的長(zhǎng)軸類鍛件還可能發(fā)生翹曲歪扭，從而導(dǎo)致鍛件與零件有較大的差別 ； ⅱ 、表面質(zhì)量不易保證。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。但當(dāng) H/D 較大時(shí)，錘上模鍛時(shí)，顯然不能再考慮徑向分模。 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(kāi)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。 確定分模位置最基本的原則是：保證鍛件形狀盡可能與零件形狀相同，容易從模腔中取出；此外應(yīng)爭(zhēng)取獲得鐓粗成形。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。冷鍛件圖根據(jù)零件圖設(shè)計(jì)，通常要解決下列問(wèn)題。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。 f．自由鍛件的加工余量與公差 零件的公稱尺寸、鍛件的公稱尺寸、加工余量和鍛造公差之間存在一定的關(guān)系。 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。 ⅲ 、對(duì)于水壓機(jī)鍛件，其孔徑 d150mm 時(shí)，可以不沖出。 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。對(duì)于端部法蘭，亦可采用將兩鍛件連鍛后切割的方法。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。 為使自由鍛件上的臺(tái)階和凹檔在鍛造時(shí)能夠順利進(jìn)行，應(yīng)對(duì)其最大高度和最小長(zhǎng)度的幾何參數(shù)加以限制。 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。 ⅲ 、當(dāng)零件上較小的孔，窄的凹檔以及難以用自由鍛造成型的復(fù)雜形狀，均可通過(guò)加設(shè)余塊以使 鍛件外形得以簡(jiǎn)化。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)。因 此，自由鍛件的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱，由直線和平面或圓柱面組成的平滑形狀。具體有：餅塊類、空心類、軸桿類、曲軸類、彎曲類、復(fù)雜形狀。自由鍛件的成型過(guò)程均由一系列變形工序組合而成。 [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)。 [15]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 鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性 鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性是指鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足使用性能和保證質(zhì)量的前提下，在一定的生產(chǎn)條件和生產(chǎn)規(guī)模下，能以最少的勞動(dòng)量，最低的成本、最高的生產(chǎn)率的方法鍛造成型的性質(zhì)。 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。 鍛模件應(yīng)有合理的鍛造斜度和圓角半徑。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。鍛造工藝是發(fā)展趨勢(shì)，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。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。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。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。 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，不僅要保證所設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備具有良好的工作性能，而且還要考慮能否制造和便于制造。降低機(jī)械產(chǎn)品成本，則首先是設(shè)計(jì)。 [6]這樣做，方便去除多余功能或過(guò)剩功能的結(jié)構(gòu)，以便優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減少毛坯廢品，省工省料，降低成本，提高產(chǎn)品的價(jià)值。 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%。 石油化工鍛件：鍛件在石油化工設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用?；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。 兵器鍛件：鍛件在 兵器工業(yè)中占有極其重要的地位。軸系鍛件有推力軸、中間軸艉軸等。 船用鍛件：船用鍛件分為三大類，主機(jī)鍛件、軸系鍛件和舵系鍛件。 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)。一般的汽車由車身、車箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、前橋、后橋、車架、變速箱、傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等 15 個(gè)部件構(gòu)成汽車鍛件的特點(diǎn)是外形復(fù)雜、重量輕、工況條件差、安全度要求高。 [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)。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤、后軸頸（空心軸）、葉片、機(jī)翼的翼梁 , 機(jī)身的肋筋板、輪支架、起落架的內(nèi)外筒體等都是涉及飛機(jī)安全的重要鍛件。 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。各種方法有 2 各自的應(yīng)用價(jià)值，哪一種方法都沒(méi)有老化。 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。鍛件的力學(xué)性能好，因?yàn)殄懠清戜摻M織，結(jié)晶致密，晶粒細(xì)小，纖維組織分配合理，故強(qiáng)度高，耐沖擊抗疲勞。 [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。 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，不僅要保證所設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備具有良好的工作性能，而且還要考慮能否制造和便于制造 。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。 “ 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。降低機(jī)械產(chǎn)品成本，則首 先是設(shè)計(jì)。這樣做，方便去除多余功能或過(guò)剩功能的結(jié)構(gòu)，以便優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減少毛坯廢品，省工省料，降低成本，提高產(chǎn)品的價(jià)值。 [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。 1 前 言 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，迫使作為現(xiàn)代工業(yè)基礎(chǔ)的機(jī)械制造業(yè)也必須緊跟時(shí)代的脈搏，并應(yīng)超前于其他工業(yè)部門的發(fā)展 ，為他們提供大量?jī)?yōu)質(zhì)的裝備。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 。鍛造作為金屬加工的主要方法和手段，因此鍛造工藝是發(fā)展趨勢(shì)，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 ， 鍛件是機(jī)器中負(fù)重載荷的零件，特別適合結(jié)構(gòu)尺寸小而載荷大或受疲勞載荷的零件。 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。 I 摘 要 目前國(guó)內(nèi)外的鍛造方法主要的仍然是自由鍛和模鍛，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模鍛大大超過(guò)自由鍛。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。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)。 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)。 關(guān)鍵詞：自由鍛；模鍛；鍛造工藝；胎膜鍛；結(jié)構(gòu)