冲压模具齿轮轴的锻模成形工艺及模具设计论文

1、齿轮轴的成形工艺及模具设计内容摘要本设计对锻模工艺方案进行了分析比较后，采用锤上模锻。通过手工画图和AutoCAD绘图分析齿轮轴的模具设计，以获得直观的平面设计模型。在设计工程中，首先对工艺进行总体的构思，分析后，最终确定工艺方案，以求做到最优化设计。齿轮轴的成形工艺及模具设计的工艺工程是，先把坯料加热到锻造温度后再放入到制坯型腔内，在一定温度条件下，需要对毛坯进行预热、加热、保温处理；采用模锻工艺。具体的制坯工步是：拔长滚挤终锻等，最终将坯料加工成锻件。本设计通过锻模设计保证了零件的质量；降低原材料的消耗，材料利用率很高达80%-90%；既缩短了加工周期，降低了难度，又提高了生产效率。关键字

2、：齿轮轴 成形工艺方案 锻模设计 AbstractThe design of training modules crafts programmes analysed comparison, a hammer, Muduan. Through manual painting and AutoCAD mapping analysis gear axle design of the instrument, to obtain visual graphic design models. In the design of projects, the first to craft a master pla

3、n, analysis, the final determination craft programme in order to achieve the optimal design. Gear axle to the shape of the craft and die design process works is first semifinished materials to forging temperature after heating system unburnt earthenware into account the type described in a certain t

4、emperature conditions, the need to blank out preheat, heating, thermal insulation; Use Moduan processes. Unburnt earthenware specific system is the first step : weight long-roll squeeze-end physical, ultimately semifinished materials processing into sugar. Through the design of training modules desi

5、gned to guarantee the quality of spare parts; Lower consumption of raw materials, material utilization is very high 80%-90%; shorten processing cycles and reduced difficulty, and also enhance the efficiency of production. Internet : vertical axis programme forging die design processes shape目录 TOC o

6、1-3 h z u HYPERLINK l _Toc136957143 1.前言 PAGEREF _Toc136957143 h 6 HYPERLINK l _Toc136957144 2.设计思路与工艺方案确定： PAGEREF _Toc136957144 h 10 HYPERLINK l _Toc136957145 3.绘制锻件图： PAGEREF _Toc136957145 h 11 HYPERLINK l _Toc136957146 3.1确定分模位置： PAGEREF _Toc136957146 h 11 HYPERLINK l _Toc136957147 3.2确定公差和加工余量：

7、 PAGEREF _Toc136957147 h 11 HYPERLINK l _Toc136957148 3.3模锻斜度： PAGEREF _Toc136957148 h 12 HYPERLINK l _Toc136957149 3.4圆角半径： PAGEREF _Toc136957149 h 12 HYPERLINK l _Toc136957150 3.5技术条件： PAGEREF _Toc136957150 h 12 HYPERLINK l _Toc136957151 4.计算锻件的主要参数： PAGEREF _Toc136957151 h 13 HYPERLINK l _Toc1369

8、57152 5.确定锻锤吨位： PAGEREF _Toc136957152 h 13 HYPERLINK l _Toc136957153 6.飞边槽的设计： PAGEREF _Toc136957153 h 13 HYPERLINK l _Toc136957154 6.1 飞边槽 PAGEREF _Toc136957154 h 13 HYPERLINK l _Toc136957155 6.2飞边槽的作用 PAGEREF _Toc136957155 h 14 HYPERLINK l _Toc136957156 6.3飞边槽的结构 PAGEREF _Toc136957156 h 16 HYPERLI

9、NK l _Toc136957157 6.3.1桥部的作用 PAGEREF _Toc136957157 h 17 HYPERLINK l _Toc136957158 6.3.2 桥部的尺寸 PAGEREF _Toc136957158 h 17 HYPERLINK l _Toc136957159 6.3.3仓部容积设计 PAGEREF _Toc136957159 h 18 HYPERLINK l _Toc136957160 6.4.飞边槽的形式 PAGEREF _Toc136957160 h 18 HYPERLINK l _Toc136957161 6.5飞边槽尺寸 PAGEREF _Toc13

10、6957161 h 20 HYPERLINK l _Toc136957162 6.6.飞边槽尺寸确定的方法 PAGEREF _Toc136957162 h 21 HYPERLINK l _Toc136957163 6.6.1.吨位法和计算法。 PAGEREF _Toc136957163 h 21 HYPERLINK l _Toc136957164 7.确定终锻型槽 PAGEREF _Toc136957164 h 21 HYPERLINK l _Toc136957165 8.设计预锻型槽： PAGEREF _Toc136957165 h 22 HYPERLINK l _Toc136957166

11、9.制定加热规范 PAGEREF _Toc136957166 h 22 HYPERLINK l _Toc136957167 9.1.加热规范 PAGEREF _Toc136957167 h 22 HYPERLINK l _Toc136957168 9.2.加热规范的表示形式 PAGEREF _Toc136957168 h 23 HYPERLINK l _Toc136957169 9.3.制订加热规范 PAGEREF _Toc136957169 h 24 HYPERLINK l _Toc136957170 9.4.装炉温度 PAGEREF _Toc136957170 h 24 HYPERLINK

12、 l _Toc136957171 9.5.出炉温度 PAGEREF _Toc136957171 h 26 HYPERLINK l _Toc136957172 9.6.加热时间 PAGEREF _Toc136957172 h 26 HYPERLINK l _Toc136957173 9.7.加热速度 PAGEREF _Toc136957173 h 26 HYPERLINK l _Toc136957174 9.7.1.最大可能加热速度： PAGEREF _Toc136957174 h 27 HYPERLINK l _Toc136957175 9.7.2.允许加热速度。 PAGEREF _Toc13

13、6957175 h 27 HYPERLINK l _Toc136957176 9.7.3.研究钢料加热速度的意义 PAGEREF _Toc136957176 h 27 HYPERLINK l _Toc136957177 9.8.制定加热规范的原则 PAGEREF _Toc136957177 h 28 HYPERLINK l _Toc136957178 9.8.1.过热和过烧 PAGEREF _Toc136957178 h 28 HYPERLINK l _Toc136957179 9.8.2.“过烧” PAGEREF _Toc136957179 h 29 HYPERLINK l _Toc1369

14、57180 9.8.3.裂纹 PAGEREF _Toc136957180 h 30 HYPERLINK l _Toc136957181 10.绘制计算毛坯图 PAGEREF _Toc136957181 h 31 HYPERLINK l _Toc136957182 11.制坯工步选择： PAGEREF _Toc136957182 h 32 HYPERLINK l _Toc136957183 12.确定坯料尺寸 PAGEREF _Toc136957183 h 33 HYPERLINK l _Toc136957184 13.制坯型槽设计 PAGEREF _Toc136957184 h 34 HYPE

15、RLINK l _Toc136957185 13.1.拔长工步模膛设计 PAGEREF _Toc136957185 h 34 HYPERLINK l _Toc136957186 13.1.1.拔长模膛的结构 PAGEREF _Toc136957186 h 34 HYPERLINK l _Toc136957187 13.1.2.拔长模膛的特点 PAGEREF _Toc136957187 h 35 HYPERLINK l _Toc136957188 13.2.拔长模膛设计 PAGEREF _Toc136957188 h 35 HYPERLINK l _Toc136957189 13.2.1拔长模位

16、置设计 PAGEREF _Toc136957189 h 35 HYPERLINK l _Toc136957190 13.2.2.拔长坎高度尺寸 PAGEREF _Toc136957190 h 36 HYPERLINK l _Toc136957191 13.3.滚挤模膛设计 PAGEREF _Toc136957191 h 36 HYPERLINK l _Toc136957192 13.3.1.滚挤模膛结构形式 PAGEREF _Toc136957192 h 37 HYPERLINK l _Toc136957193 13.3.2.滚挤模膛设计 PAGEREF _Toc136957193 h 38

17、HYPERLINK l _Toc136957194 14.锻模结构设计 PAGEREF _Toc136957194 h 40 HYPERLINK l _Toc136957195 14.1.锻模结构设计 PAGEREF _Toc136957195 h 40 HYPERLINK l _Toc136957196 14.2.锁扣设计 PAGEREF _Toc136957196 h 42 HYPERLINK l _Toc136957197 14.2.1.锁扣的作用 PAGEREF _Toc136957197 h 42 HYPERLINK l _Toc136957198 14.2.2.锁扣设计： PAGE

18、REF _Toc136957198 h 42 HYPERLINK l _Toc136957199 14.2.3.几种常用的锁扣类型及设计 PAGEREF _Toc136957199 h 42 HYPERLINK l _Toc136957200 14.2.4.锁扣位置形式设计 PAGEREF _Toc136957200 h 44 HYPERLINK l _Toc136957201 14.3.模壁厚度 PAGEREF _Toc136957201 h 45 HYPERLINK l _Toc136957202 14.4.模块尺寸 PAGEREF _Toc136957202 h 45 HYPERLINK

19、 l _Toc136957203 14.5.确定模块尺寸方法： PAGEREF _Toc136957203 h 46 HYPERLINK l _Toc136957204 15.齿轮轴模锻工艺流程： PAGEREF _Toc136957204 h 48 HYPERLINK l _Toc136957205 结论 PAGEREF _Toc136957205 h 49 HYPERLINK l _Toc136957206 致谢 PAGEREF _Toc136957206 h 49 HYPERLINK l _Toc136957207 参考文献 PAGEREF _Toc136957207 h 50 HYPE

20、RLINK l _Toc136957208 附图 PAGEREF _Toc136957208 h 511.前言材料成形工艺主要包括液态金属锻造成形工艺、固态金属塑性成形、金属材料连接成形工艺和高分子材料成形（简称铸造、塑性成形、焊接和注塑，或称铸、锻、焊和注塑），是机械制造的重要组成部分，是现代化工业生产技术的基础。铸、锻、焊生产能力及其工艺水平，对一个国家的工业、农业、国防和科学技术的发展影响很大。一.我国塑性成形工艺的发展概况：塑性成形工艺，尤其是铸造和锻造，我国是世界上应用最早的国家之一。从1972年河北藁城县商代遗址出土的兵器考证，距今已有3300余年，经采用现代技术考验，其刃口是采用

21、合金嵌锻而成，这是我国至今发现最早生产的锻件。早在远古的铜、铁器时代，当人类刚开始掌握金属冶炼并用来制作简单的生产和生活器具时，火烙铁钎焊、锻焊方法就已为古人发现并得到应用。我国的铸、锻生产虽然历史悠久，但长期处于手工和作坊的落后状态，直到新中国成立以后，我国的铸、锻、焊工业随着机械制造业的发展同步壮大起来。我国是铸、锻、焊减大国，但不是强国。与工业发达国家相比，我国的铸、锻、焊生产的差距不是表现在规模和产量上，而是集中表现在质量和效率上。据文献介绍，20世纪90年代初统计的锻造生产，美国50-60t/（人.年），日本70t/（人.年），其苏联40t/（人.年），而我国低于8t/（人.年）。锻

22、件和焊接件生产情况与锻造生产情况类似。概括起来，我国铸、锻、焊工业存在的主要问题是：企业数量多，但规模小，尤其是专业化生产的企业少，商品铸、锻、焊接件少；一般设备数量较多，高精高效专用设备少，因而一般铸、锻、焊生产能力过剩，而高精和特种铸、锻、焊生产能力不足；计算机CAD/CAM/CAE技术应用不广；专业人才力量薄弱等。尽管存在这些问题，但发展前景非常广阔。一是汽车工业大发展尤其是轿车加速进入家庭，家用电器更新换代和制造业息息相关的各行各业大发展，为我国铸、锻、焊工业的发展提供了强大动力；二是我国加入WTO后，一些工业发达国家纷纷将制造业尤其是铸、锻、焊加工业向我国转移，我国正在变为“世界工厂

23、”，为我国的铸、锻、焊的出口和技术进步提供了极好的机遇。二.塑性成形工艺的作用和地位塑性成形工艺在汽车、拖拉机与农用机械、工程机械、动力机械、起重机械、石油化工机械、桥梁、冶金、机床、航空航天、兵器、仪器仪表、轻工和家用电器等制造业中，起着极为重要的作用。它是实现这些行业中的铸件、锻件、钣金件、焊接件、塑料件和橡胶件等生产的主要方式和方法。采用塑性成形方法既可生产钢锻件、钢板冲压件、各种有色金属及其合金的锻件和板料冲压件还可生产塑料件和橡胶制品。塑性成形加工的零件与制品，其比例在汽车占70%-80%；在拖拉机几农业机械中约占50%；在航空航天飞行器中占50%-60%；在仪表中约占90%；在家用

24、电器中约占90%-95%；在工程机械中约占20%-40%。三.塑性成形工艺的特点作为塑性成形工艺的几种主要方法有铸造、锻造、冲压、焊接与注塑等。铸造是将液态合金注入铸造模型（简称铸型）中使之冷却，凝固而获得铸件产品；锻造与冲压是将固态金属（体积金属或板料金属）加热，或在室温下在锻件机器的外力作用下通过模具成形为所需锻件和冲压件产品；焊接则是将若干个坯件或零件通过焊接方法连接成为一个整体构件而获得焊接制品；注塑是采用注射成型机将粒状塑料连续输入到成型机的料筒并加热熔化使其呈粘性流动状态，由料筒中的螺杆或柱塞通过喷嘴注入到闭合的模具型腔中，经过保压和冷却固化定型而得到塑料制品。由上述几种主要塑性成

25、形方法的工艺原理，并与机械切削加工工艺相比较，可将塑性成形工艺的特点归纳如下：1）材料一般在热态成形2）材料利用率高3）产品性能好4）产品尺寸规格一致5）劳动生产率高6）一般制件尺寸精度比切削加工的低而表面粗糙度值比切削加工的要高。因此，对于金属零件的生产，一般采用塑性成形工艺获得具有一定机械加工余量和尺寸公差的毛坯，然后通过机械切削加工获得最终产品。四、塑性成形工艺的发展趋势1、精密成形工艺在20世纪90年代中期，国际生产技术协会及有关专家预测：到21世纪初，零件粗加工的75%，精加工的50%将采用成形工艺来完成。其总的发展趋势是，由近形（Near Net Shape of Producti

26、ons）向净形（Net Shape of Productions）发展，即通常所说的向精密成形发展。近年来，有的齿轮加工就采用这一方法，即齿轮采用精铸或精锻，而小花键孔和一些窄的台阶面均采用切削加工，效果更好。2、复合成形工艺复合成形工艺有铸锻复合、锻焊复合、铸焊复合和不同塑性成形方法的复合等。如液态模锻即为锻铸复合成形工艺，他是将一定量的液态金属注入金属模膛，然后施以机械静压力，使熔融或半熔融状的金属在压力下结晶凝固，并产生少量塑性变形，从而获得所需制件。它综合了铸、锻两种工艺的优点，尤其适合于锰、锌、铜、镁等有色金属合金零件的成形加工，近年来发展很快。3、塑性成形工程的计算机数值模拟（CA

27、E）塑性成形工程模拟有液态金属凝固工程模拟，固态金属塑性成形工程模拟，金属材料焊接工程模拟和塑性注射成形模拟等。目前，数值模拟的方法主要是采用有限元法通过计算机实现。通过成形工程的模拟分析，可以获得工件的内部金属或高分子材料质点流向分布、温度场、应力和应变场、成形力-变形行程曲线和瞬间轮廓形状，同时可预测是否形成缺陷及其所在位置，为制订合理的工艺参数，优化原始毛坯和中间毛坯，获得优质制件提供更为科学的依据。4.模具、模型及工装的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）模具、模型及工装是实现塑性成形工艺生产的重要工艺装，生产一辆载货汽车，如EQ140车，一般需要各种模具4000余套。工业发达国家的

28、模具产业已于20世纪80年代初逐步从机床分离出来形成了一个独立的工业部门，且其产值超过了机床工业。模具CAD/CAM是发展模具工业的先进技术，其优点是将计算机的快速与人的智力紧密结合，可显著提高模具设计与制造的快速和质量，缩短周期，快速反应，提高竞争力。我国，以华中科技大学模具技术国家重点实验室和上海交通大学模具CAD工程技术研究中心为代表，先后于80年代初期和中期开始开展注塑模、多工位级进模、汽车覆盖件冲压成形模和低压铸造模具CAD/CAM系统的开发，其中，注塑模和低压铸造模具CAD/CAM系统已在全国塑料制品和铸造行业中推广应用。未来，一是在模具设计与制造中推广应用国内外高水平的CAD/C

29、AM商业软件；二是加紧开发与应用CAD/CAM/CAE一体化系统软件，使我国一体化系统软件尽快赶上国外先进水平，促进我国模具设计与制造技术快速发展。 2、设计思路与工艺方案确定：金属塑性成形的工艺方法多种多样，并具有各自的特点，但这些塑性成形工艺与模具之间有着内在的联系和共同的规律。塑性成形工艺与模具设计包括冲压工艺、热锻工艺和冷锻工艺的基本成形方法及其模具设计技术。本设计运用塑性成形工艺，根据具体的设计要求，分析方案，最终确定工艺工程为：拔长-滚挤-终锻。成形工艺的制定，内容包括：1）坯料的选择和尺寸确定；2）锻造温度范围的确定；3）制定加热规范；4）制定成形的方法；5）锻件图设计；6）锻造

30、变形工步的确定（包括计算毛坯的确定）；7）锻造设备吨位的计算与锻造设备选择。具体的设计路线：1）绘制热锻件图；2）确定锻件的主要参数和锻锤吨位；3）制订加热规范；4）确定飞边槽的形式和尺寸；5）分析确定预、终锻型槽；6）绘制毛坯图；7）制坯工步的选择和确定坯料尺寸；8）制坯型槽设计（包括滚挤型槽设计和拔长型槽设计）；9）锻模结构设计；10）工艺流程。 详细正文设计如下：3、绘制锻件图：零件为齿轮轴，是汽车发动机的主要零件之一，工作时在高温下运转，工作条件比较繁重，绘制锻件图过程如下：3.1确定分模位置：根据齿轮轴的形状，采用上，下对称的直线分模。3.2确定公差和加工余量：估算锻件质量约6kg,

31、齿轮轴材料：20CrMnTi。即材质系数为M3，锻件的形状复杂系数：S= 为三级复杂系数S3。查有关手册查得：高度公差为：，长度公差为：，宽度公差为：，在大量生产的条件下，齿轮轴锻件机械加工时用二端面定位，要求大，小端面在同一平面的精度较高，100mm内为0.6mm,而模锻后的高度，宽度公差较大，达不到上述要求，故锻件在热处理，清理后加一道平面冷精压工序。机械加工余量可大大减小，取0.75mm，精压后锻件的高度公差取0.2mm.本设计无需考虑零件图，故不作要求。精压后锻件水平方向尺寸稍有增加，故水平方向的余量可酌量减小。3.3模锻斜度：锻件图上已经标注。3.4圆角半径：锻件高度余量为：0.75

32、+0.4=1.15mm,则需要倒角的内圆角半径为：1.15+2=3.15mm,取3mm，其余部位的圆角半径锻件图上已经标注。3.5技术条件：3.5.1圆上未标注的模锻斜度为7o；352 圆上未标注的圆角半径R=2mm；353 允许的错移量0.6mm；354 允许的残留毛边量0.7mm；355 锻件热处理：调质；356 锻件表面清理：为便于检查淬火裂纹，采用酸洗。根据余量和公差，绘制锻件图，如下：4.计算锻件的主要参数：4.1锻件在平面上的投影面积为：17980mm2；4.2锻件周边长度为：730mm；4.3锻件体积为：1100000mm3；4.4锻件质量为：6.5kg。5.确定锻锤吨位：总变形

33、面积为锻件在平面图上的投影面积与毛边面积之和，按1-2t锤毛边槽尺寸考虑，假定毛边平均宽度为20mm，总面积F=17980+73020=32580mm2，按双作用模锻锤吨位确定的经验公式G=（3.56.3 ）KF，确定锻锤吨位，因齿轮轴为大批量生产，需要高生产率，取较大的系数为6.1取k=1.0，于是G=6.11.0325.8=1987kg；所以选用2.0t锤。6.飞边槽的设计：6.1 飞边槽 飞边槽又称毛边槽，在开式模锻中所有终锻模膛周边都应设计飞边槽，这是区别于预锻模膛的明显标志。6.2飞边槽的作用621.在模具分模面水平方向上，增加金属流出模膛的阻力，迫使金属充满模膛；开式模锻金属变形过

34、程分析金属变形流动充满模膛过程分为四个阶段：阶段I 为自由变形。坯料受冲击力作用发生镦粗变形，当坯料与模膛侧壁接触，此变形阶段结束。阶段II 形成飞边。随着上模下压，金属自由流动受到模壁限制而只能流向两个方向：一是流向模膛深处，充满模膛；另一个流向飞边槽，形成少许飞边。阶段III 充满模膛。飞边形成后，随着上模继续下压，飞边逐渐减薄而使冷却速度加快出现硬化，即飞边槽的阻力急剧增大。当这个阻力大于金属充填模膛深处和圆角处的阻力时，迫使金属继续向模膛深处和圆角处流动，直到整个模膛充满为止。阶段IN 锻足或称打靠。通常坯料体积略大于模膛容积，当模膛完全充满后，上模还要继续压缩至锻件高度尺寸（即打靠）

35、。多余金属全部排入飞边槽。阶段I 为自由变形。坯料受冲击力作用发生镦粗变形，当坯料与模膛侧壁接触，此变形阶段结束。下图表明：金属随着变形程度的增大，产生的变形抗力也增大。622 缓冲作用。由于飞边金属层的阻隔，可使上、下模不直接接触，避免刚性接触，防止锻模早期开裂； 623 容纳多余的金属。模锻下料的原则是宁大勿小，料小则充填不足，造成锻件报废；料大则让多余金属流入飞边槽的仓部。6.3飞边槽的结构由桥部和仓部组成。6.3.1桥部的作用 形成槽口造成金属流入的阻力，并使桥部飞边的金属冷却快，形成一个阻力圈，迫使金属充满模膛，尔后多余金属排出，储存于飞边仓部中。6.3.2 桥部的尺寸包括：高度h和

36、宽度b.h愈小，b愈大，则阻力愈大。设计时，所需阻力大小，应根据锻件形状复杂程度确定。当模膛较易充满时，b/h比值取小些，反之取大些。6.3.3仓部容积设计应按上下模打靠后，尚未完全被多余金属充满的原则来设计。据生产经验，能充填飞边槽容积的30%70%就算设计合理。6.4.飞边槽的形式开式模锻的终锻模膛周边必须设计飞边槽。其形式，见图11-8。其中 a）、b）、c）、d）四种是飞边槽的基本形式。641形式a） 是使用最广泛的一种。优点是桥部设在上模块，与热坯料接触时间短，受热影响小，能减轻桥部磨损或避免压塌。形状规则、尺寸中等的锻件生产，都采用此种形式。642形式b） 特点是桥部设在下模。桥部

37、设在下模主要是考虑生产高度方向尺寸大及形状较复杂的锻件时，因上模形状较复杂或模膛较深，切边时需将锻件翻1800，以简化切边凸模制造，锻件也易放平稳。643形式c）适用于大型或复杂锻件。因其坯料体积不宜计算准确而往往偏多，这样可容纳较多的多余金属，防止发生上下模压不靠。644形式d）特点是在桥部增设小沟槽阻力沟（阻尼沟），以增加金属向仓部流动的阻力，迫使金属流向模膛深处或枝芽处。注意，阻力沟只设在锻模的枝芽处或模膛深处。生产更为复杂的锻件，飞边槽形式可设计成如图所示形式：即靠飞边桥部斜面产生的水平分力阻止金属外流。6.5飞边槽尺寸651 桥部高度h飞652 宽度b653 入口圆角半径R，见表11

38、-21塑性成形与模具设计华中科技大学出版社。设计要点：1.h飞减小，b增大，则水平方向流动阻力增大，有利于充满模膛；2.h飞太大，b太小，则难以充满模膛，且产生大飞边。3.入口处R1太小，易压塌（如图示），影响锻件出模；R1太大又影响切边。6.6.飞边槽尺寸确定的方法6.6.1.吨位法和计算法。6611吨位法 见表11-2塑性成形工艺与模具设计。6612计算法 由公式11-3算出h飞，再由表11-2，确定飞边槽其它的尺寸。综合以上所有的因素得：选a形式。选定飞边槽尺寸为h桥=2mm，h1=4mm，b=10mm，b1=28mm，r=2.5mm，Fk=168mm2，锻件毛边体积V毛=7300.7

39、Fk=7300.7168mm=86000 mm3。其中0.7 Fk=F毛（锻件毛边平均截面积）7.确定终锻型槽终锻型槽是按热锻件图加工和检验的，齿轮轴材料为20CrMnTi考虑收缩率为1.5%，根据生产经验总结，考虑的锻模使用后承载面下陷，型槽深度减小及精压时变形不均匀，横向尺寸增大等因素，绘制的热锻件图如下：8.设计预锻型槽：对于形状复杂的锻件需要经预锻方能成形，预锻可以改善金属在终锻型腔中的流动情况，避免在锻件上形成折伤，并能更好地充满成形，同时还可以减少终锻型腔的磨损，提高锻模的寿命。但是，采用预锻模后，使终锻型腔不能设在锻模的中心，产生偏心打击，引起上，下模产生错移，同时也增加了模快尺

40、寸，对于尺寸较大的锻件，当需要预锻和终锻两副模具联合生产时就要增加设备，生产率也随着降低。因此，综合具体情况全面考虑，对于齿轮轴的生产设计，不必采用预锻。9.制定加热规范9.1.加热规范是指坯料从装炉开始到加热完了整个过程，对炉子温度和坯料温度随时间变化的规定。.2.加热规范的表示形式用炉温时间的变化曲线来表示。如教材P257表9-3。表9-3中的内容：1）锻件生产中常见的加热规范有：一段、二锻、三段、四锻及五锻。 说明：钢的种类、性能（导热性和塑性）及断面尺寸的不同，采用的加热规范不同。2）加热过程中含有预热（装料时的炉温）、加热、保温。3）有低温装炉，有高温装炉。9.3.制订加热规范制订加

41、热规范就是要确定加热过程不同阶段的炉温、升温的速度（加热速度）和加热及保温时间。规范中：预热阶段：指要合理规定装料时的炉温。加热阶段：指要正确选择升温加热速度。保温阶段：指要确定保温时间，以保证钢料热透。9.4.装炉温度a.对截面尺寸小（边长或直径350mm）按如下方法确定：方法一：先算出圆柱体坯料表面与中心的最大允许温差：计算式引自于锻造工艺手册。 算出该钢种的热阻系数：按有关资料提供的图表，就可具体定出允许装料炉温。方法二：参照教材表9-2，其装炉温度必须限制。经验是：1）小尺寸的高碳钢、低合金工具钢、碳素工具钢的坯料（350mm），装炉温度宜定在6000C6500C。注意，导热性差及断面

42、尺寸大的坯料，装炉温度越低。3）断面尺寸为200300mm高锰钢、轴承钢、高合金钢，装炉温度取4000C4500C。注意，对断面尺寸350mm的这类钢坯，最低装炉温度应取4000C。因若温度过低预热，金属处于弹性状态，塑性很差，钢坯心部易开裂。9.5.出炉温度应比始锻温度高3050 0C出炉。9.6.加热时间 毛坯从开始加热到始锻温度时所需的时间，称为加热时间。加热时间不包括毛坯在始锻温度下的保温时间。9.7.加热速度指加热时温度升高的快慢。通常是指钢料表面温度升高的速度，用单位时间内钢料表面温度升高的度数（ 0C/h）表示。生产中，为提高热能效率，减少金属氧化和为保证坯料的加热质量，在加热规

43、范中采用的是最大可能加热速度和允许加热速度。9.7.1.最大可能加热速度：炉子本身可能达到的最大加热能力加热的速度。在加热规范中用 表示。9.7.2.允许加热速度。指金属在加热时，不产生加热裂纹所允许的最大加热速度。在加热规范中用V最大表示。允许加热速度与钢料的导热性、力学性能（塑性）和钢料尺寸有关。9.7.3.研究钢料加热速度的意义加热速度越大，钢料内外层的温差和由此引起的热应力也越大，但加热时间短，氧化、脱碳少。1.圆柱体钢料的允许加热速度引自锻造工艺手册：上式表明：材料强度极限和导热系数越大，线膨胀系数、弹性模量和截面尺寸越小，允许的加热速度越大。高的加热速度，可使坯料在炉中停留时间短，

44、减少氧化、脱碳。2.直径小于200mm的碳钢和有色金属合金的加热速度以最大可能的加热速度加热，采用一段加热规范。（因导热性好和截面尺寸小，按最大可能加热速度加热，也达不到坯料允许的最大加热速度6007000C /h ）。3.尺寸小于100mm低合金的加热速度以最大可能加热速度加热，采用一段加热规范。（该钢种坯料的允许加热速度5005500C/h，不会开裂）。4.塑性差、导热性差及断面尺寸大（边长或直径200350mm）的高碳钢、高合金钢、碳素工具钢等的加热速度.当炉温低于8008500C，应按钢料允许的加热速度加热（400C/h）。在炉温超过8008500C后，可按最大可能的加热速度加热（控制

45、在1502500C/h）。5.尺寸在200350mm的碳素结构钢坯和合金结构钢坯的加热速度炉温低于8008500C，应按钢料允许的加热速度加热（1kg综合考虑知此锻件应采用拔长，滚挤制坯工步，为易于充满型槽，应选方坯料，先拔长，再开式滚挤。模锻工艺方案为：拔长闭式滚挤终锻。12.确定坯料尺寸由计算毛坯截面图和直径图知：amin=24.2mm，V杆=832100mm3，L杆=212mm。F滚=1.1F均=1.13825=4208 mm2 K=（a- amin）/ L杆=（71-24.2）/212=0.221F拔= V头/L头=7085 mm2；F坯= F拔-K （F拔- F滚）=7085-0.2

46、21（7085-4208）=6449 mm2a0=80.3vmm，根据原材料的规格，实际取a0=81mm。烧损率取3%。坯料体积为：V坯= V计（1+）=1186000/1.015=1168218 mm3式中：1.0153是在作计算毛坯图时按热锻件尺寸考虑的，而计算坯料时应按冷锻件尺寸考虑。坯料长度= V坯/ F坯=1168218/902=178mm，根据坯料的质量和长度，适采用调头模锻，一料一件，经试锻调整后，下料长度定为：200mm。13.制坯型槽设计各种制坯工步都要通过相应的模膛完成，在确定了制坯工步后，就要设计相应制坯模膛。13.1.拔长工步模膛设计13.1.1.拔长模膛的结构a.拔长

47、模膛的作用减小毛坯局部的截面积，使长度增加并延伸至锻件成形所需要的长度。b.拔长模膛结构有坎部、仓部和钳口三部分组成，c.拔长模膛的结构型式有两种：开式结构和闭式结构。13.1.2.拔长模膛的特点1）开式拔长模膛拔长平台截面设计成矩形，边缘敞开。特点：结构简单，制造方便，但拔长效率低，用于矩形横截面锻件坯料的拔长。2）闭式拔长模膛拔长平台截面呈椭圆形，边缘封闭。特点：1）拔长平台设计成椭圆形，拔长效率高，即金属沿轴向流动阻力小；再者适应于对锻件横截面要求具有工字形。2）拔长后的毛坯光滑。3）考虑模具制造成本。13.2.拔长模膛设计以计算毛坯为依据进行设计，主要设计内容：13.2.1拔长模位置设

48、计应设置在模块边缘。因拔长时打击力不能大，过大的打击力使坯料只展宽而不向长度方向延伸；对需要大的变形力制坯模膛应设在锻打中心区域内，如滚挤模膛。13.2.2.拔长坎高度尺寸1）拔长坎高度：h=k=。2）拔长坎长度：c=k3d0= k3 0=1.1 81=100mm3）圆角半径R=0.25c=0.25 100=25mm,R1=10R=250vmm 。4）型腔高度B=k4d坯+（1020）= 5）仓部深度：e=1.2d头=1.2 。6）拔长型槽长度：L拔=270mm。7）拔长型槽高度：l=60mm。按上述设计可锻出合格锻件，但为了提高生产率，可将型槽的高度h减小，c，R，R1增大，计算数值与实际采

49、用数值比较如下图：齿轮锻模拔长型槽尺寸：型槽尺寸h/mmC/mmR/mmR1/mm计算数值56.410025250实际采用数值50110 3026013.3.滚挤模膛设计1）滚挤模膛的作用：是使金属做轴向移动，使坯料某一部分横截面积减小，而增加另一部分横截面积，并少量增加坯料长度（有拔长因素），即使原坯料沿轴线更准确分配，得到计算毛坯坯体（接近）；还兼有滚光坯料表面的作用。（滚挤后的坯料表面，圆浑、光滑）。13.3.1.滚挤模膛结构形式分开式、闭式和非对称式。1）开式滚挤模膛模膛截面设计为矩形，边缘开通，滚挤时金属横向展宽较大（最小阻力定律），聚料效率低。应用：只用于需要坯料具有矩形截面时采用

50、。2）闭式滚挤模膛整个侧面封闭，滚挤时金属横向流动受封闭侧壁的限制，迫使金属沿轴向强烈流动，聚料效率高。模膛横截面设计成椭圆形，是因：a.圆弧曲面可引导金属沿轴向流动，阻力小，聚料效率高；b.适应锻件要求具有工字形截面。3）非对称式滚挤模膛如图，模膛上下深度不相等，兼有滚挤与成形功能，适用于不对称轴类锻件。13.3.2.滚挤模膛设计1）滚挤模膛结构由钳口、本体和飞边槽三部分组成。本体使毛坯成形为计算毛坯形状。钳口容纳夹钳并卡细毛坯，防止滚挤时金属外流。2）滚挤模膛设计以计算毛坯为依据进行设计，具体设计内容：a.根据锻件的长度和计算毛坯截面图，计算出模膛各段高度h，并作为纵坐标，以适当圆弧和直线

51、连接各点，得到型腔纵向形状轮廓，见后附图：b.滚挤模膛截面形状设计c.计算出各段宽度B。d.滚挤模膛钳口和飞边槽尺寸确定。注意，对闭式滚挤模膛，实际设计中，若锻件计算毛坯的头部与杆部截面积相差较大，再考虑滚挤时上下模不一定打靠，建议对计算出的高度h杆值.3）综合考虑：设计滚挤型槽如下，1：滚挤型槽设计：采用闭式滚挤，2：型槽高度h=ka计，计算结果列于前表中，按个截面的高度值绘出滚挤型槽纵剖面外形，然后用圆弧或直线光滑连接，并适当简化。3：型槽高度为：杆部：B杆=F杆均/hmin+10=3925/21.3=194.3mm头部：B头=a最大+10=388+10=398mm经试生产，调整型槽头部和

52、杆部高度分别为：B杆=200mm，B头=400mm；4：型槽高度等于计算毛坯图的高度。5：试锻后调整，修改个别尺寸，最大高度由70.1mm改为h=90mm，以容纳氧化皮，简化后滚挤型槽如图：14.锻模结构设计14.1.锻模结构设计模锻设备的种类很多，应用较广的有模锻锤、热模锻压力机、摩擦热力机和平锻机。从模锻的发展趋势来看，压力机上模锻将逐步代替锤上模锻。因为压力机上模锻相对于锤上模锻来说，锻件尺寸较精确，生产效率高，劳动条件好，便于实现家写化、自动化。本设计根据具体的要求，综合考虑采用锤上模锻。不同的模锻设备，由于工作特性不相同，其锻模结构也有差别。1.锤锻模的结构；上下模块分别通过楔铁和键

53、块与模锻锤的锤头和下模座配合燕尾紧固。2.锻模结构设计的任务：主要是解决生产一种锻件所采用的各工步型腔在模块上的合理布排，型腔之间和型腔至模块边缘的壁厚，模块的尺寸、纤维方向以及锻打时为平衡在锻模分模面上产生水平方向错移力而设计的锁扣结构形式。 （1）型腔的排列型腔排列与锻模中心、型腔中心、操作顺序有关。锻模中心：是锻模燕尾中心线与键槽中心线的交点，与锤杆中（即打击中心）重合，如图。型腔中心：通常近似认为是型腔在分模面上投影面积的重心，可用样板实测法求出。样板实测法用一均质厚的纸板剪成型腔水平投影的形状，用铅锤线先在两侧吊起两次，求出两线交点，再用此点将样板水平吊起校核，样板呈水平状，此点即为

54、所求面积的重心，即型腔中心。型腔排列顺序设计的一般原则：1）当同一模块上有制坯型腔、终锻型腔及预锻型腔时，应使终锻型腔及预锻型腔中心线靠近锻模的中心，并分设在锻模中心的两旁，而终锻型腔应靠的更近些，即在键槽中心线上，使b=2/3，a=L/3，如图11-43。这样排列的原因：终锻或预锻时变形抗力比制坯时大的多，且终锻的变形抗力最大，这样排列，可使终锻及预锻型腔中心处在燕尾承击面内（位于打击中心区域内）。2）若无预锻工步时，终锻型腔中心应于锻模中心重合。3）由于生产中，一般把加热炉、模锻锤、切边机由左向右顺序排列，故第一道制坯型腔应放在锻模左侧，其它制坯型腔则应按操作顺序安排，如弯曲型腔的位置要便

55、于弯曲后可直接地把毛坯送到终锻型腔中，便提高操作效率。14.2.锁扣设计14.2.1.锁扣的作用 当锻件的分模面为斜面、曲面或打击中心与模膛中心的偏移量较大时，模锻过程中要产生水平分力，会引起上下模错移。所以要在锻模上设计锁扣来平衡这种水平错移力。14.2.2.锁扣设计：就是在上模某个位置做出凸台，在下模的对应位置凹进，凸出面和凹进面要有一定斜度和间隙。14.2.3.几种常用的锁扣类型及设计1）对称式平衡锁扣当锻件较小，可设计为成对排列，利用自身来平衡错移力。2）倾斜式锁扣把锻件斜放，使型腔两端分模面处于同一水平面上，产生方向相反的水平错移力 3）平衡块式锁扣如图11-45，是利用平衡块来抵消

56、错移力。4）混合式锁扣如图11-46。5）圆形锁扣及尺寸见图11-47，适用于齿轮锻件14.2.4.锁扣位置形式设计常见的：锁扣位置形式设计a.纵向导向锁扣 如图示，适用于细长杆件。b.平面导向锁扣如图示，这种锁扣可以限制纵向和横向错移，适用于形状复杂的锻件，如带叉形、工字形断面的锻件。c.对角锁扣可限制纵向和横向错移，适用于形状复杂的锻件。由上述分析可得出：本设计采用锁扣类型为圆形锁扣；锁扣位置形式设计为.纵向导向锁扣。 14.3.模壁厚度型腔到模块边缘的距离，或型腔之间的距离都称为模壁厚度。14.4.模块尺寸模块尺寸，即指长/宽尺寸。我国尚未制订统一的标准，各工厂均根据本厂锻件生产，制订有

57、自己厂标。14.5.确定模块尺寸方法：根据所用型腔的数量及尺寸、排列和型腔间的距离等来确定其轮廓尺寸，并应选用工厂模块标准中相近的较大尺寸。此外还应周全考虑以下因素：应保证最小承击面积；若承击面太小，容易压塌分模面。型腔布排后，锻模中心（燕尾中心线与键槽中心线交点）与模块中心（模块对角线交点）不重合时，其偏移量应不大于偏移方向模块尺寸的10%，如图11-50。否则整个模块受力不平衡，有的型腔锤锻时，打击力不足。3）模块高度H（半个模块）a)先定出模块最小高度H1值，以防止若H模太小，上下模合不拢，锻件打不靠（因设备的锤头有一定行程）；b)考虑模块需翻新修理的情况，模块高度H的生产经验值H=(1

58、.41.8)H最小H最小锻锤最小闭合高度，即锤头位于下死点位置时，两模座之间的高度，如图。但要检验使上下模的最小闭合高度应大于锻锤最小闭合高度，见图。这里需指出，H不能太大，否则将缩短锤头行程，降低打击能量。4）模块允许的最大宽度要使上模边缘与锻锤导轨之间的最小间隙不小于20mm，锻模最小宽度应保证模块左右两侧超出燕尾相应两侧各10mm。5）上模块的最大重量G最大不得超过锻锤吨位的35%，下模重量不限。6）模块材料的纤维方向要求锻模寿命与其纤维方向有关，用来加工制造锻模的模块，要求锻造比达到3以上，以打碎铸造组织、碳化物及夹杂物，锻合空洞，增加致密度，形成明显的纤维方向。对锻长轴类的模块，纤维

59、方向与燕尾方向一致，如图11-52a)。对锻圆形或近似圆形锻件的模块，其纤维方向与键槽方向一致，如图11-52b)本设计的模块材料纤维方向根据上述得，其纤维方向与键槽方向一致，采用上图11-52a）。15.齿轮轴模锻工艺流程：1）下料：8000KN剪切机冷切；2）加热：半连续式头中，1200-12400C；3）模锻：2t模锻锤，拔长-闭式滚挤-终锻；4）热切边：1600KN切边压力机；5）打磨毛刺：砂轮机；6）热处理：连续热处理炉，调质，硬度为Db=3.9-4.2mm；7）酸洗：酸洗槽；8）冷校正：1.5t夹板锤；9）冷精压：2000KN精压机；10）校验。结论本设计在指导老师的热心指导下，通

60、过不断的自学，依托大学所学知识，结合设计要求，应用AutoCAD绘制模具图，利用塑性成形工艺方法完成了齿轮轴的成形工艺及模具设计的整体构思和方案设计。在整个设计过程中熟悉掌握了冲压工艺的基本类型及其特点，对拔长，滚挤等工艺能熟练地进行工艺方案的制定、工艺分析计算及模具设计；同时掌握了热锻工艺的基本类型及工艺规程、模锻工艺的制定及锻模的设计。熟悉各类模锻设备上模锻的工艺特点及模具结构；掌握塑性成形工艺对设备的基本要求，能够合理地选择塑性成形设备。在设计中难免遇到一些不可避免的错误，望各位老师和同学给予指出批评，我将在今后的学习和工作中给予改正。谢谢！致谢设计的顺利完成，离不开大学四年所有老师的指

61、导和教育，离不开学校和学院完备的设计环境，离不开同学们的帮助和支持，感谢所有支持和帮助我的老师和同学！尤其是在模具绘图中得到了同学的大力帮助和指导。在此特别感谢李明辉老师对我的热心指导和积极鼓励，谢谢！参考文献夏巨堪，材料成形工艺， 机械工业出版社；高锦张，塑性成形工艺与模具设计， 机械工业出版社；沈其文，材料成形工艺基础， 华中科技大学出版社；魏汝梅，锻造工， 化学工业出版社；陈剑鹤，模具设计基础， 机械工业出版社；王秀凤，冷冲压模具设计与制造，北京航空航天科技大学出版社；薛讫祥，冲压模具与制造， 化学工业出版社；南阳理工学院模具网（ ：/）；中国模具网（ HYPERLINK :/ mould mould ）；中国金属加工网（ jinshujiagong ）；模具制造手册编写小组， 冲模设计手册，机械工业出版社；模具制造手册编写小组， 模具制造手册，机械工业出版社；王新华，冲模结构图册， 机械工业出版社；洪慎章，冷挤压实用技术， 机械工业出版社；许发樾，实用模具设计与制造手册， 机械工业出版社；吴宗泽，机械设计-课程设计手册， 高等教育出版社；杨可桢，机械设计基础， 高等教育出版社。