【正文】 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。通常毛坯制造是：鑄造生產(chǎn)鑄件；鍛造生產(chǎn)鍛件；焊接生產(chǎn)焊件；擠壓生產(chǎn)擠壓件；沖壓生產(chǎn)沖壓件。 本設(shè)計(jì)將通過對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。 3 第 1 章 緒論 目前 鍛件 的應(yīng)用 飛機(jī)鍛件：按重量計(jì)算，飛機(jī)上有 85%左右的構(gòu)件是鍛件。飛機(jī)鍛件多用高強(qiáng)度耐磨、耐蝕的鋁合金、鈦合金、鎳基合金等貴重材料制造。 汽車鍛件：汽車鍛按重量計(jì)算，汽車上有 1719%的鍛件。如汽車發(fā)動機(jī)所 使用的曲軸、連桿、凸輪軸、前橋所需的前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、后橋使用的半軸、半軸套管、橋箱內(nèi)的傳動齒輪等等，無一不是有關(guān)汽車安全運(yùn)行的保安關(guān)鍵鍛件。以大型柴油機(jī)為例，所用的鍛件有汽缸蓋、主軸頸、曲軸端法蘭輸出端軸、連桿、活塞桿、活塞頭、十字頭銷軸、曲軸傳動齒輪、齒圈、中間齒輪和染油泵體等十余種。主機(jī)鍛件與柴油機(jī)鍛件一樣。舵系鍛件有舵桿、舵柱、舵銷等。按重量計(jì)算，在坦克中有 60%是鍛件。除鋼鍛件以外，還用其它材料制造武器。如球形儲罐的人孔、法蘭，換熱器所需的各種管板、對焊法蘭催化裂化反應(yīng)器的整鍛筒體（壓力容器），加氫反應(yīng)器所用的筒節(jié)，化肥設(shè)備所需的頂蓋、底蓋、封頭等均是鍛件。礦山設(shè)備有：采掘設(shè)備、卷揚(yáng)設(shè)備、破碎設(shè)備、研磨設(shè)備、洗選設(shè)備、燒結(jié)設(shè)備、核電鍛件 目前國內(nèi)外發(fā)展概況和發(fā)展趨勢 機(jī)械零件制造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是把零件設(shè)計(jì)得最大限度地滿足制造條件，即根據(jù)零件的功能進(jìn)行理論設(shè)計(jì)及計(jì)算，并按照制造條件確定零件的結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品的競爭力來源于嚴(yán)格的管理和降低成本。在功能相同的條件下，產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)有利于制造時降低成本的關(guān)鍵 。 [9]這種在機(jī)械設(shè)計(jì)中綜合考慮制造、裝配工藝及維修等方面各種技術(shù)問題，稱為機(jī)械設(shè)計(jì)工藝性，機(jī)器及其零部件的工藝性體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，所以又稱為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性。 [11]在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，產(chǎn)生矛盾事，應(yīng)統(tǒng)籌安排，綜合考慮，找出主要問題，予以妥善解決。通常毛坯制造是：鑄造生產(chǎn)鑄件；鍛造生產(chǎn)鍛件；焊接生產(chǎn)焊件；擠壓生產(chǎn)擠壓件；沖壓生產(chǎn)沖壓件。 [10] 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。只要生產(chǎn)鍛件批量夠大，就會降低鍛件成本而提高經(jīng)濟(jì)效益。 5 第 2 章 鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝性分析 對鍛造零件結(jié)構(gòu)工藝性的要求 結(jié)構(gòu)力求簡單、對稱，橫截面尺寸不應(yīng)有突然變化。 材料應(yīng)具有良好的可鍛性。經(jīng)過鍛造方法熱加工變形后由于金屬的變形和再結(jié)晶，使原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細(xì)、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織，使鋼錠內(nèi)原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實(shí)和焊合，其組織變得更加緊密，提高了金屬的塑性和力學(xué)性能。 在進(jìn)行鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，應(yīng)充分考慮到： 1）鍛件材料； 2)鍛造設(shè)備與工裝； 3）生產(chǎn)批量； 4）零件的使用要求； 5）零件的形狀和尺寸特征等因素，從中尋求最合理的工藝過程所對應(yīng)的具有良好工藝性 的鍛件結(jié)構(gòu)。 自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性 自由鍛件的分類 自由鍛造 是 一種通用性很強(qiáng)的工藝方法，鍛件結(jié)構(gòu)品種繁多，復(fù)雜程度不等。因此，自由鍛件可按 6 鍛造工藝特點(diǎn)，根據(jù)鍛件的形狀特征和變形性質(zhì)加以分類。 自由鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 自由鍛件的結(jié)構(gòu)因受其加工使用設(shè)備和工具的限制，在設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮到鍛造是否方便、經(jīng)濟(jì)和可能。（具體要點(diǎn)有第三大節(jié)舉例說明） 自由鍛件的結(jié)構(gòu)要素 a．余塊的設(shè)計(jì) 為簡化鍛件外形及鍛造過程，在自由鍛件的某些地方添加一些大于余量的金屬，這部分體積的金屬成為余塊。 ⅱ 、當(dāng)零件相鄰臺階直徑相差不大時，可以在直徑較小的地方添加徑向余塊。 ⅳ 、對于需要試樣檢驗(yàn)以及需留有熱處理或機(jī)械加工夾頭的鍛件，應(yīng)在鍛件的相應(yīng)部位添加余塊。這一問題應(yīng)視鍛件的生產(chǎn)批量和工具制造等情況綜合考慮。 自由鍛件的法蘭可分為端部法蘭和中間法蘭兩種形式。 當(dāng)鍛件的法蘭厚度或長度不滿足條件時，應(yīng)適當(dāng)加大法蘭厚度或長度方向的余量。 帶孔的自由鍛件可按其基本尺寸特征，分為盤類、環(huán)類、短筒類和長筒類四類。 ⅱ 、對于套筒件，當(dāng)孔徑 d30mm 或壁厚 t12mm 時，也可以不鍛出。 ⅳ 、所有帶孔鍛件的最小沖孔直徑， 均與錘鍛的噸位有關(guān)。 ⅱ 、對于非圓形鍛件，當(dāng)其邊長 B/b≤ ，高度 H≤4h 時，凸臺亦可不鍛出。 鍛件圖 鍛模設(shè)計(jì)、工藝規(guī)程制訂、模鍛生產(chǎn)過程、鍛模加工及鍛件檢驗(yàn)，都離不開鍛件圖。習(xí)慣上將冷鍛件圖稱為鍛件圖。 模鍛件是在可分的模腔中成形，組成模具型腔的各模塊的分合面稱為 “ 分模面 ” ；分模面與鍛件表面的交線稱為鍛件的 “ 分模線 ” 。因此，分模線是模鍛件最重要、最基本的結(jié)構(gòu)要素。故此，鍛件分模位置應(yīng)選 在具有最大水平投影尺寸的位置上。因徑向分模的鍛模型槽可車削加工，效率高，工時省，切邊模刃口形狀簡單，制造方便；徑向分模還可鍛出內(nèi)腔，節(jié)約金屬。若仍采用徑向分模，則因模具高度尺寸太大，鍛造困難，鍛錘打擊能量下降，需要的出模力也大 ； ⅳ 、對金屬流線有要求的鍛件，為避免纖維組織被切斷，應(yīng)盡可能沿鍛件截面外形分模，如肋頂分模。 b 確定鍛件的機(jī)械加工余量和公差 普通模鍛方法很難滿 足機(jī)械零件的要求，一般來說存在如下兩方面的問題，即： ⅰ 、鍛件走樣。由于鍛件表面氧化與脫碳，合金元素蒸發(fā)與污染，表面裂紋時有發(fā)生；表面粗糙度也達(dá)不到零件圖要求等，使得鍛件的表面質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于機(jī)械加工零件表面質(zhì)量 ； 正是這兩方面的原因，使得鍛件設(shè)計(jì)時，不得不考 慮添加一層包覆零件外層的金屬，即余量，而且還得規(guī)定適當(dāng)?shù)墓睿员ＷC鍛件的誤差落在余量范圍之內(nèi)。在鍛件圖上鍛件的形狀用粗實(shí)線繪制，零件的形狀用雙點(diǎn)劃線在鍛件圖內(nèi)繪制。 9 φ 3 0 0+ 3 4（ φ 2 8 9 ）62+2 3（52）28+2 3（18）φ 1 3 0+ 4 6（ φ 1 4 5 ）φ 2 1 2+ 3 4（ φ 2 0 1 ） 圖 231 自由鍛件的鍛件圖示例 Fing a free sample of fings map 鍛件上凡是需要機(jī)械加工的表面，都應(yīng)給予加工余量。加工余量的大小與零件的形狀復(fù)雜程度、尺寸精度、表面粗糙度、鍛件材質(zhì)和模鍛設(shè)備等因素有關(guān)。 模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性 模鍛件的分類 鍛件的結(jié)構(gòu)與模鍛工藝的選擇密切相關(guān)。 a．錘上模鍛件的分類 盤類：簡單形狀、較復(fù)雜形狀、復(fù)雜形狀 軸類：直軸類、彎曲類、拔牙類、叉類。 c．熱模鍛壓力機(jī)上模鍛件分類 熱模鍛壓力機(jī)上模鍛件的設(shè)計(jì)原則與錘上模鍛件相同，但由于熱模鍛壓力機(jī)上具有頂件裝置，坯料可以立式放置，加以鍛件多采用無鉗口模鍛，故應(yīng)注意坯料放置的穩(wěn)定性等因素。 d．平鍛機(jī)上模鍛件分類 平鍛機(jī)上模鍛件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與錘上模鍛件區(qū)別較 10 大。平鍛件的分類 :帶頭部的桿類鍛件（無孔類）、帶頭部的桿類鍛件（不通孔類）、無桿部的通孔類鍛件、無桿部的通孔類鍛件（不通孔）、管材鐓粗、聯(lián)合模鍛件。胎膜大致可分為制坯、成型和修整三類。 [13]胎膜鍛件的結(jié)構(gòu)要素和金屬變形方式已接近普通模鍛工藝。圓軸類 :臺階類、法蘭類； 圓盤類：法蘭、齒輪、杯筒；圓環(huán)類：環(huán)、套； 桿類：直桿、彎桿、枝桿、叉桿。但為了使金屬易于充滿模膛，減少變形工序和提高模具壽命，模鍛件外形的設(shè)計(jì)仍應(yīng)力求簡單、平直和 對稱，盡量避免鍛件的截面差別過大，或具有過薄的壁，過高的筋和凸起等結(jié)構(gòu)。（由第三節(jié)具體說明） 模鍛件的結(jié)構(gòu)要素 把零件圖變成鍛件圖是鍛造工藝設(shè)計(jì)過程中的重要環(huán)節(jié)。這不僅確定了鍛件的外形、尺寸和加工精度，而且對后續(xù)加工的材料消耗、工序的繁簡、產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性以及模具壽命的長短等決定鍛件成本高低的影響起著重要作用。 11 ⅱ. 影響加工余量的因素 鍛件需要切削加工的表面均應(yīng)有足夠的余量 ,而余量的大小 ,受下列因素的影響： （ 1）鍛件的尺寸大小。 （ 2）零件的尺寸精度、表面粗糙度要求以及零件 的形狀復(fù)雜程度。 （ 3）鍛件各類公差對加工余量有影響，尤其應(yīng)著重考慮錯移、直線度、平面度、同軸度、頂桿壓痕等形位公差。機(jī)械切削加工零件時，只要求鍛件能保證最小余量即可；電解加工時，則要求有均勻的余量；有中間熱處理工序或零件需經(jīng)焊接或組合加工時，應(yīng)留有較多的余量。鋁鎂合金毛坯加熱后氧化少，可減小粗加工余量；鋼和鈦合金鍛件表面缺陷層深，應(yīng)加大余量。 通過對 30— 40 個鍛件進(jìn)行工藝性分析，并畫出合理與不合理之處，說明其原因。 模鍛件的分模位置問題 模 鍛件 的 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。 如下針對 上下對稱的鍛件 的 分模位置 、 傾斜鍛件 的 分模位置 、 左右對稱或以軸線對稱的回轉(zhuǎn)零件 的分模位置、 高度小于或者等于臺階直徑的圓餅類 的 鍛件 分模位置等問題進(jìn)行工藝性分析。 改進(jìn)后，鍛件成形容易，而且便于發(fā)現(xiàn)上下模在模鍛過程中的錯移，所以分模面應(yīng)該選擇在中 部，例如圖例311 右圖。 為了使模鍛結(jié)構(gòu)簡單，防止上下模錯移，應(yīng)盡可能采用直線分模，改進(jìn)后，提高鍛件質(zhì)量和生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，如圖例 312 右圖。 在過渡截面上分模，雖然使模膛加工簡單，便于模膛充滿，但不容易檢查上下模膛的相互錯移。 15 R55R 3 00 176。 0 R 2R275R2R350R5 1. 12R 3 075R3505 176。7 176。7 176。R 3R 3DH47.3分 模 位 置 （ 錯 誤 ）分 模 位 置 （ 正 確 ）（ 正 確 ）（ 錯 誤 ） 圖 314 圓餅類鍛件的分模位置的糾錯分析 The pie class fing divides the mold position the error correction analysis 頭部較大的軸類鍛件不宜直線分模 表 315 頭部 較 大 的軸類鍛件的分模位置的糾錯分析表 Table of Forehead big axis class fing39。 圓餅類鍛件的 H≤D 時，不宜軸向分模，應(yīng)該取 徑向分模 ，這樣 鍛模型槽可車削加工，效率高，工時省，切邊模刃口形狀簡單，制造方便；切邊模刃口形狀簡單，制造方便，若需要還可以沖出內(nèi)孔，減少金屬損耗。 17 1 4 5 . 617.546.7R 1 8R 15R 15 R 1 81 4 5 . 617.546.7分 模 位 置 （ 錯 誤 ） 分 模 位 置 （ 正 確 ）（ 錯 誤 ） （ 正 確 ） 圖 315 頭部較大的軸類鍛件的分模位置的糾錯分析 Forehead big axis class fing39。 因此， 模鍛斜度也 是模鍛件最重要、最基本的結(jié)構(gòu)要素 之一 。 模膛內(nèi)側(cè)不能與分模面垂直 表 321 模鍛 斜度的糾錯分析表 Table of Draft angle error correction analysis 上圖（不合理） 下圖（合理） 頭部較大的長軸類鍛件，不宜直線分模，否則不利于整個鍛件完滿成形，如圖例 315 上視圖。 18 1 . 拔 模 斜 度 5 176。模膛側(cè)壁面與分模面垂直的模膛，鍛件成形后不容易從模膛中取出，如圖例 321左圖。 19 58.99.5R7.121.644.91 0 3 . 01 2 1 . 312.518.91 9 . 8φ 2 6 . 9φ 4 3 . 1φ 2 1 . 51 0 176。φ 2 8 . 9φ 2 1 . 5φ 4 6 . 358.99.5R7.121.644.91 0 3 . 01 2 1 . 312.518.91 9 . 81 0 176。1 . 拔 模 斜 度 5 176。圖例 322上圖所示在同一鍛件上，內(nèi)模鍛斜度小于外模鍛斜度，起模時夾緊力很大，容易擦傷鍛件 的表面。 20 同一鍛件上不宜出現(xiàn)多種模鍛斜度 表 323 模鍛斜度的糾錯分析表 Table of Draft angle error correction analysis 102.6R 102 5 . 41 0 5 . 52 7 . 730.551.367.1R10R 5R 554.4R 57 176。5 176。2 . 未 注 圓 角 R 23 . 尺 寸 按 交 點(diǎn) 注4 .