锻造工艺设计说明书
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阶梯轴锻造工艺 设计说明书
题 目： 阶梯轴锻造工艺设计
专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 机设1301 学生姓名： 李 亮 学号：
指导教师： 彭浩舸 完成日期：
机械工程学院
2016年9月
目录
1.引言…………………………………………………………… 1 2.设计方法与步骤……………………………………………… 2 绘制锻件图……………………………………………… 确定变形工艺…………………………………………… 镦粗………………………………………………… 冲孔………………………………………………… 扩孔………………………………………………… 修整锻件……………………………………………
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计算坯料质量和尺寸…………………………………… 4 选定设备及规范………………………………………… 5 确定锻造温度及规范…………………………………… 5 确定冷却方法及规范…………………………………… 5 3.工艺流程卡…………………………………………… 6 4.结论……………………………………………………………5.致谢……………………………………………………………6.参考文献……………………………………………………… 8 8 8
1. 引言
锻造的目的是使坯料成形及控制其内部组织性能达到所需的几何形状，尺寸以及品质的锻件。轴是现代工业大量使用的零件，本文讨论阶梯轴的自由锻生产。
2. 设计方法与步骤
绘制锻件图
锻件图是根据零件图的基本图样，结合锻造工艺特点考虑余块、锻件余量和锻造公差等因素绘制而成。
阶梯轴材料为40Cr，生产批量小，采取自由锻锻造轴坯。
轴上的键槽等部分，采用自由锻方法很难成形这些部位，因此考虑到技术上的可行性和经济性，决定不锻出，并采用附加余块简化锻件外形，以利于锻造。锻造出轴坯后可以进一步进行切削加工，最后成形。
根据零件图的尺寸规格，对照表所列中零件的高度和直径范围，可以查出齿环锻件加工余量和公差。由L=203，Φ=46，对照《金属成形工艺设计》中表3-3中所列的零件总长为0∽315mm、最大直径0∽50mm，可查得锻造精度为F级的锻件余量及公差为7±2mm。，然后按查得的公差数值，可绘阶梯轴的锻件图。阶梯轴锻件图见图1。
图1 阶梯轴锻件图
确定变形工艺
原理：根据锻件形状、尺寸、技术要求等进行选择，并且先确定锻件成形所需的基本工序、辅助工序、修整工序，再选择所需的工具并确定工序顺序和工序尺寸等。
由于阶梯轴是形状较简单的轴杆类锻件，变形工艺简单，且材料为常用45钢，塑性较好、容易变形，因此其主要变形工艺一般为下料、拔长、镦粗、拔出锻件等 (1)下料 (2)整体拔长
(3)压肩并拔长切去余料
(4)右边压肩 (5)拔长 (6)拔长切去料头 (7)修整锻件 按锻件图进行修整。 计算坯料质量和尺寸
坯料质量包括锻件本身的质量、加热时氧化烧损、切头时的损失及冲孔时的芯料 损失等。
即: m坯m=m锻+m烧+m芯+m头 M坯=坯料的重量； m锻=锻件的重量；
m烧=加热时坯料表面氧化而烧损的质量； m芯=冲孔芯料的质量；
m切=在锻造过程中修切端部产生的料头金属的质量。 计算锻件本身的质量： m 锻＝ ρV 式中 m锻=锻件质量；
ρ=锻件材料的密度（kg/dm3 ）取 /dm3 ； V =锻件的体积（ dm3 ）； m锻=π/42×2+2×+2×+2×1)×=
若将锻件置于煤气炉中加热，并一次锻成，烧损率按δ=2%计算，即：
m烧=m锻×2%=
因为没有冲孔，所以m芯=0
截料损失按锻件质量的4%计算，既得： m头=m锻×4%=
则胚料质量为m坯=m锻+m烧+m芯+m头=++=
锻件以钢材为坯料，锻造比按，可按锻件最大面积Φ=53mm，对照表所列热轧圆钢标准直径，选用Φ,63mm的圆钢。再由m=v ρ算出坯料体积为3,再除以Φ63mm圆钢截面积，就可以得到坯料长度为105mm 2.4
选定设备及规范
选定锻造设备的依据是锻件材料、尺寸和质量，同时还要适当考虑车间现有设备条件。若设备吨位太小，锻件内部锻不透，生产率也低，反则造成设备和动力的浪费，且操作不便也不安全，通常按经验类比法或查表法等确定。
坯料尺寸为Φ63×105mm，坯料质量为
故根据《自由锻锤的锻造能力范围》查得设备应用的自由锻锤。 确定锻造温度及规范
各类合金钢的锻造温度范围可以从表中查出，基本的原则是确保钢在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力，能够锻造出优质锻件，且较宽的锻造温度范围和较少的加热次数，以及较高的生产率。
阶梯轴材料40Cr属于合金结构钢，查表可知始锻温度为1200℃，终锻温度为800℃。根据40Cr钢的塑形、强度、导热及膨胀系数、组织特点、加热变化、断面尺寸、导热性能和直径等因素，可以确定采用火焰炉一段式加热 确定冷却方法及规范
中小型碳钢和低合金钢锻后均采取冷却速度较快的空冷方法。阶梯轴锻件是中小型低合金结构钢，可以采取空冷的冷却方式。
三、工艺流程卡
阶梯轴锻造工艺卡
产品型号 同步齿环锻造工艺过程卡产品名称 锻件图 材料牌号 材料规格 坯料质量/KG 坯料可锻件数 锻件质量/KG 加热方式 锻造火次 班产量/件 锻件热处理 工序号 工序名称 使用设备 使用工装 始锻温度 1 下料 带锯 无 2 加热 220KW缝隙式中频加热炉 无 1150 3 预锻 630吨螺旋压力机 阶梯轴预锻模 4 终锻 630吨螺旋压力机 阶梯轴终锻模 5 切边 100吨切边压力机 阶梯轴切边模 6 检验 游标卡尺 7 入库 标记 处数 更改文件号 签字 设计： 零件图号 零件名称 阶梯轴 40Cr 棒料 1 中频加热 2 3 调质处理 终锻温度 冷却方式 锻造工时 950 日期： 共1 页 第 1 页 备注 冷切
阶梯轴锻造工序卡
锻件名称 锻件材料 坯料质量 坯料尺寸 锻造设备 火次 序号 同步齿环 40Cr Φ63×105mm 自由锻锤 操作工序 工序简图 设备 切割机，电锯或乙炔气焰切割 工具 备注 1 下料 坯料质量与尺寸可由锻件图算出 1 2 整体拔长 自由锻
火次 1 序号 3 4 操作工序 压肩拔长，切去余料 右边压肩并拔长 工序简图 设备 自由锻 自由锻 工具 备注 5 端部拔长并切料头 自由锻 2 6 修整 按锻件图进行修整 编制 李亮 审核 批准
4. 结论
采用以上工艺可以锻造出齿环坯，之后只要在进行切削加工成形就能制造出齿环了。锻造不仅能使其初步成形而且更重要的是锻造可以改善零件的力学性能，提高它的韧性与强度。
5. 致谢
通过这一次的课程作业，我深刻的领会到了热加工在工业生产中的重要地位。我做的是齿轮的锻造工艺设计，对齿轮加工的各个过程进行了全面深入的讨论，这让我从中学到了很多，我以后也会更加努力去提高与完善自己的知识储备，来面对以后的工作岗位上遇到的更大的挑战。在这次课程设计中彭浩舸老师给了我很大的帮助，再次表示感谢，更要感谢的是我自己这些天的努力，付出的汗水会浇灌出成功的鲜花。
6. 参考文献
【1】 王爱珍，热加工工艺基础，北京，北京航空航天大学出版社 【2】 王爱珍，金属成型工艺设计，北京，北京航空航天大学出版社 【3】 胡亚民，锻造工艺过程及模具设计，北京，北京大学出版社
