【正文】 nalysis 左右對稱 的鍛件，分模面不宜選在過度截面上 表 313 左右對稱鍛件的分模位置的糾錯分析表 Table of Fing symmetrical position of the submode error correction analysis 左圖（不合理） 右圖（合理） 左右對稱或以軸線對稱的回轉(zhuǎn)零件，其分模位置選在了過渡截面上，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 誤 ）（ 錯 誤 ） （ 正 確 ） 圖 311上下對稱鍛件的分模位置糾錯分析 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，上下模也容易錯移，圖示鍛件不宜采用折線分模。 上下對稱鍛件的分模位置不應(yīng)選在上平面或下平面 表 311 上下對稱鍛件的分模位置糾錯分析表 上圖（不合理） 下圖（合理） 圖例 311左圖所示是上下對稱的鍛件，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題、模鍛斜度問題、合理確定鍛件的分合問題、合理確定鍛件的凸肩問題等等一系列的研究。 12 第 3 章 鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計錯誤 示例及其改進(jìn) 本章將通過對各種鍛件的具體錯誤案例進(jìn)行糾錯工藝性分析，并把握鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其工藝性的制造規(guī)律，通過其規(guī)律的把握，達(dá)到靈活運用制造技術(shù)，合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu)及其工藝的目的。 （ 5）鍛件的材料。 （ 4） 零件機械加工方法與工藝。 當(dāng)尺寸精度和表面粗糙度要求高或形狀復(fù)雜時，必須多次加工，此時加工余量就應(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)計者應(yīng)從技術(shù)上、經(jīng)濟上和管理上進(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)的合理性來進(jìn)行鍛件的設(shè)計。 模鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項。 模鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點 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)體長桿類鍛件和帶通孔或盲孔鍛件的頂鐓，并可鍛出兩個不同方向帶有凹陷的鍛件。鍛件可按形狀 和成型特點分類 :圓餅類、長軸類、彎曲軸類。 b．螺旋壓力機上模鍛件分類 由于螺旋壓力機可帶有頂件裝置，且可采用多向分模的組合凹模，鍛件可按外形特點、成型特點和所用模具形式分類 :頂鍛類、擠壓類、盤類；長軸類；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亦可對鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出合理 化要求。過大的余量將增加切削加工量和金屬損耗；加工余量若不足，又會使鍛件廢品率增加。此外，對于重要的承力件，要求 100%取樣試驗或為了檢驗和機械加工定位的需要，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，并且加以括號見圖 231。 自由鍛件的鍛件圖時在零件圖的基礎(chǔ)上加上機械加工余量、鍛造公差和余塊等繪制成的。由于欠壓、鍛模磨損、上下模錯移、毛坯體積和終鍛溫度的波動，使得鍛件的形狀發(fā)生變化，尺寸在一定范圍內(nèi)波動；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。同時還應(yīng)考慮鍛件工作時的受力情況，應(yīng)使纖維組織與剪應(yīng)力方向垂直。但當(dāng) H/D 較大時，錘上模鍛時，顯然不能再考慮徑向分模。 為了提高鍛件質(zhì)量和生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，除滿足上述分模原則外，確定開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)盡量簡單和便于發(fā)現(xiàn)上下模在模鍛過程中的錯移，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，同時也為了節(jié)約金屬材料，當(dāng)圓餅類鍛件的 H≤ （ ～ 3） D時，則無論是在錘上鍛造還是在曲柄壓力機上鍛造或螺旋壓 力機上鍛造，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題。冷鍛件圖根據(jù)零件圖設(shè)計，通常要解決下列問題。鍛件圖分為冷鍛件圖和熱鍛件圖，冷鍛件圖用于 最終鍛件檢驗和熱鍛件圖設(shè)計；熱鍛件圖用于鍛模設(shè)計與加工制造。 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．凸臺的設(shè)計 鍛件上凸臺的幾何參數(shù)主要有高度尺寸 h和寬度尺寸 b（或直徑 d） 在設(shè)計凸臺時應(yīng)注意： ⅰ 、對于圓盤形鍛件，當(dāng)其直徑 D/d≤ ，高度 H≤4h 時，凸臺可以不鍛出。 ⅲ 、對于水壓機鍛件，其孔徑 d150mm 時，可以不沖出。 在進(jìn)行自由鍛件孔的設(shè)計時，應(yīng)考慮以下因素： ⅰ 、對于錘鍛件，當(dāng)孔徑 d30mm 時， H3d 或 H≤3D 、 d≤ 的孔，一般 7 均允許不鍛出。對于端部法蘭，亦可采用將兩鍛件連鍛后切割的方法。在進(jìn)行鍛件設(shè)計時，應(yīng)對在指定的截面尺寸條件下可鍛出法蘭的最小厚度或長度這一幾何參數(shù)加以限制。 為使自由鍛件上的臺階和凹檔在鍛造時能夠順利進(jìn)行，應(yīng)對其最大高度和最小長度的幾何參數(shù)加以限制。 余塊的添加雖然使鍛造工藝得以簡化，但金屬的消耗以及機械加工工時也相應(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，均可通過加設(shè)余塊以使 鍛件外形得以簡化。在設(shè)計余塊時，應(yīng)該注意： ⅰ 、對于短凸緣（法蘭）的鍛件，為了防止凸緣在鍛造時的變形，應(yīng)在軸向添加余塊，使凸緣增長。因 此，自由鍛件的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、對稱，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。自由鍛件的成型過程均由一系列變形工序組合而成。 [14]因此，要求設(shè)計人員不但要熟練地掌握鍛件的設(shè)計知識，而且還要很好的了解工藝知識。 [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 金屬經(jīng)過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)濟效益會顯著提高。鍛造工藝是發(fā)展趨勢，因為模鍛生產(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)用價值，哪一種方法都沒有老化。一般機器中的金屬機械零件的傳統(tǒng)生產(chǎn)過程是：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)計工藝性問題設(shè)計的面較廣，它存在于零部件生產(chǎn)的各個階段：材料選擇、毛坯生產(chǎn)、機械加工、熱處理、機器裝配、機器操作、維修等。 在機械設(shè)計中，不僅要保證所設(shè)計的機械設(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。降低機械產(chǎn)品成本，則首先是設(shè)計。 [6]這樣做，方便去除多余功能或過剩功能的結(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)品的價值。 4 礦山鍛件：按設(shè)備重量計算，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，主機鍛件、軸系鍛件和舵系鍛件。 柴油機鍛件：柴油機是動力機械的一種，它常用來作發(fā)動機。一般的汽車由車身、車箱、發(fā)動機、前橋、后橋、車架、變速箱、傳動軸、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等 15 個部件構(gòu)成汽車鍛件的特點是外形復(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，飛機用鍛件大都采用模鍛或多向模鍛壓力機來生產(chǎn)。飛機發(fā)動機的渦輪盤、后軸頸（空心軸）、葉片、機翼的翼梁 , 機身的肋筋板、輪支架、起落架的內(nèi)外筒體等都是涉及飛機安全的重要鍛件。 本設(shè)計將通過對 30— 40 個鍛件的工藝性分析，并畫出合理與不合理之處，說明其原因。各種方法有 2 各自的應(yīng)用價值，哪一種方法都沒有老化。 一般機器中的金屬機械零件的傳統(tǒng)生產(chǎn)過程是：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，因為鍛件是鍛鋼組織，結(jié)晶致密，晶粒細(xì)小，纖維組織分配合理，故強度高，耐沖擊抗疲勞。 [7] 而 鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其工藝性分析，是接下來我所要討論的課題。 在機械設(shè)計中，不僅要保證所設(shè)計的機械設(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]使其在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位，在裝備制造業(yè)中涉及到：機械、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，也是機械制造業(yè)中重要的技術(shù)之一。降低機械產(chǎn)品成本，則首 先是設(shè)計。這樣做，方便去除多余功能或過剩功能的結(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)品的價值。 [1]其原因當(dāng)然是多方面的，首要的是設(shè)計，所以設(shè)計要相應(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)的機械制造業(yè)也必須緊跟時代的脈搏，并應(yīng)超前于其他工業(yè)部門的發(fā)展 ，為他們提供大量優(yōu)質(zhì)的裝備。本設(shè)計將通過對各種鍛件的具體案例的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其工藝性進(jìn)行分析，把握鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其工藝性的制造規(guī)律，并通過其規(guī)律的把握 ，達(dá)到靈活運用制造技術(shù)，合理設(shè)計零件結(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，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)性能與長的使用壽命 ， 鍛件是機器中負(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)濟效益會顯著提高， “ 鍛壓 ” 是人類發(fā)明的最古老的生產(chǎn)技術(shù)之一，也是機械制造業(yè)中重要的技術(shù)之一。 I 摘 要 目前國內(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)國家的模鍛大大超過自由鍛。因為模鍛生產(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)計就有可能違反鍛造原理和鍛造結(jié)構(gòu)工藝性 ,輕則延長零件的生產(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)性能與長的使用壽命，增加制造困難，增加成本；重則可能無法把您設(shè)計的零件鍛造出來。 關(guān)鍵詞：自由鍛；模鍛；鍛造工藝；胎膜鍛；結(jié)構(gòu)