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6105QA连杆锤锻模具设计

摘要： 本文介绍了锻造的重要性及锤锻在现代锻造工业技术发展中的地位及适应性。通过对零件进行了分析及计算，确定了加工余量及公差,设计出了终锻型槽、预锻型槽、锻模结构设计等。最后，介绍锻模材料的选择。

关键字： 锻造；加工工序；终锻型槽 ；预锻型槽

“锻造”是金属加工的主要方法和手段之一，锻锤是多种锻压机器的先驱。尽管各种锻造成形新工艺、新设备的不断涌现，但锻锤由于结构简单、操作方便、成形速度快、适应性强、投资少等优点，至今仍然起着非常重要的作用。特别是程控全液压锻锤的出现，使锻锤在现代锻造工业技术发展中又一次得到了复兴。

锻锤的突出优点在于打击速度快，因而模具接触时间短，特别适合要求高速变形来充填模具的场合。例如带有薄筋板、形状复杂的而且有重量公差要求的锻件。由于其快速、灵活的操作特性，其适应性非常强，有人称之为“万能”设备。因而特别适合多品种、小批量的生产。锻锤是性价比较优的成形设备。

1 锻模的设计

1.1零件分析

连杆是汽车发动机中的零件，主要用来连接活塞和曲轴。其功能是将活塞承受的燃油爆发力传递给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。汽车发动机转速很高，连杆在高速运动中将承受很大的交变应力。

1.2 确定分模位置

分模面一般应该设置在锻件的最大轮廓处，在本设计中如图1所示A-A截面为最大截面，所以A-A截面为分模面。

1.3 确定加工余量和公差

根据锻件图的具体数据，进行以下计算：

估算锻件质量：杆长L==110mm；杆部的截面积为=32x24=768mm2

所以连杆杆部的体积约为：V=110x768=84480mm3大头体积：R内＝37.5mm；R外＝120/2＝60mm；又因为连杆大头只有一半为此次锻造所需要有效部加重钻杆分，所以大头体积为：V大头＝1/2xπh(R2外-R2内)＝1/2x3.14x40(.52)=137767.5mm3

小头体积：R外=29.6mm；R=21.5mm

所以小头体积为：V小头＝πh（R外2- R内2）＝3.14 x 40(29.5 .5 2) ＝51244mm 3；

所以该连杆的体积为：V＝V杆+ V大头+ V小头＝84480+137767.5+51244≈273491.5 mm 3；

M＝ρv＝7.85x273491.51x＝2146.9g；所以锻件质量约为2.15Kg。

锻件的复杂系数：S＝V/ V外包＝273491.5 /＝0.20 ；得该锻件级别为Ⅲ级S3，形状复杂系数为较复杂[1]。

锻件材质系数的确定

由锻件图要求知道，该零件材料为高碳非调质钢，由相关质料知该零件材质系数为M 2。

公差与余量

确定模锻件在长度、宽度、高度方向上的加工余量尺寸和公差[2]：

高度公差：

高度及水平尺寸的单边余量约为1.7～2.2mm。取2mm

1.4 确定锻锤吨位

因为该柴油机连杆件为大批量生产，要求有较高的生产效率，为降低成本，所以系数取较大系数6.3.

得k取值为1.0[1]。F＝13000+760 x 23＝30400 mm 2

现有双作用模锻锤吨位确定的经验公式：G＝(3.5～6.3)kF =6.31.0 x 30400＝1920kg，选取2吨锤。

1.5 设计终锻型槽

终锻型槽是按由于钛合金的弹性模量较高热锻件图加工和检验的，收缩率为1％。根据类似连杆生产经验总结，考虑到锻模使用后承击面下陷，型槽深度减小及精压时变形不均，横向尺寸增大等因素，需修改几处尺寸：

（1）辐板处增厚0.5mm，如图2所示。

（2）连杆小头服务石油天然气、炼油、纸浆和造纸、发电、化工和石化、生物燃料、生命科学高度42.3mm处，其理论高度为：42.3 x（1+1％）＝42.7mm；实际取43.5mm。大头左上端与右下端做成斜面，将高度尺寸42.5mm上下各增0.7mm。`

（3）中间杆厚度: 25.水泵开关5 x (1+1%)=25.8mm

（4）两头圆中心线长： 210 x（1+1％）＝212mm；线圈中铁芯的位为了用实验机测定出引申计测定出来的变形、将其转换成大电压的安装但考虑到该零件需用圆心做中心定位，所以热锻件两圆心距不变仍取212mm。

（5）大头半圆边距：126.4 x (1+1%)=127.7mm。

（6）大头内圆半径：32 x（1+1％）＝32.3mm；

1.6 设计预锻型槽

由于锻件复杂，须设置预锻型槽，以便达到如下目的：

1）确保金属无缺陷的流动，易于充填型槽；2）减少材料流向毛边的损失；3）减小终锻型槽磨损；4）取得所希望的流线和便于控制锻件的力学性能．

大头叉部的预锻：

因为大头有叉，且叉间距离不大，所以必须在预锻型槽中使用坯料台，预锻时依靠劈料台把金属挤向两侧，流入叉部型槽内。由于该锻件叉部不是太窄，如图3尺寸所示。

1.7 绘制计算毛坯图

由原计算数据所得的截面图显然不够圆滑，所以应对其进行修正，其修正后的图如连杆的剖面图和计算毛坯图中的双点划线部分。因修正后面积变化不大，所以修正后最大截面积可以依然取原来的最大截面积3066mm ，最大截面周长也取原来值62.6mm。

1.8 制坯工步的选择

由文献[1]查表，得制坯工步为拔长-开式滚压，综合两个简单毛坯制坯工步，最后确定连杆制坯形式为开式拔长-开式滚压。

1.9 确定坯料尺寸

模锻用原材料的体积应包括锻件本体、毛边、连皮、夹钳料头和加热引起的氧化皮之总和。原材料的横截面尺寸及长度是以计算毛坯为基础，再根据热锻件特点及所选订的制坯工步、模锻方法确定。

确定坯料计算公式。则

L头=L计-L计1-L杆2=.=105.5mm;V头=V计-V计1-V杆2==198551mm2;A拔=V头/L头=198551/105.5=1882 mm2;

A滚=1.2A均=1.2*1298=1557.6 mm2

A坯=A拔-K (A拔-A滚)=.033(.6)=18杜绝不合格产品进入市场71 mm2

则选方钢边长a1= = =43.6mm,选a=45mm的方钢。

烧损率δ＝3％；坯料灰铁铸件体积为：V ＝V （1+δ）＝367655.5*（1+3％）＝378685.2mm3；坯料长度：L ＝V /a2＝190mm；

根据坯料的质量和长度，该连杆锻件适用于采用调头模锻，一料一件，考虑到实际情况，下料为方钢45mmx400mm。

1.10 锻模结构设计

根据前面计算可知，模锻该连杆的设备为2吨模锻锤机组，考虑到实际应用中加热炉一般在锤的右方，现假设实际加工中加热炉在锤的右方，故拔长型槽布置在右边，滚挤型槽布置在锻模锻模左边，预锻工步从左至右。

1.11 连杆模锻工艺流程的最终确定

1）下料：剪切机冷切；2）加热：1220～1240℃；3）模锻：2t模锻锤，拔长、开式滚挤、预锻、终锻；4）热切边：1600kN切变压力机；5）打磨毛刺：砂轮机；6）热处理：① 油冷淬火 ② 淬火后应及时回火③ 锤用锻模燕尾的硬度，要求比型面低HRC4～6单位。7）酸洗：酸洗景洪槽；8）冷校正：1t夹板锤；9）冷精压：1000KN精压机；10）探伤；11）测硬；12）检验。

2 锻模材料的选择

按锤锻模用材料应满足的基本要求，另外考虑到该连杆锻件为批量生产，生产数量较大，最后选用5CrMnSiMoV做为该模具用钢，该钢种锻模硬度数据为如下：

型槽：321～364HB； 表面：35～39HRC； 燕尾部分：286～321HB；30～35HRC

3 结论

该锻模保证了连杆锻件的外廓尺寸和精度要求，降低了生产成本，提高了生产效率，满足了生产要求。

参考文献

[1]姚泽坤.锻造工艺学与模具设计[M].西安：西北工业大学出版社.1998年6月第一版.P173、95、122.

[2]吕炎.锻模设计手册[M]（第二版）.北京：机械工业出版社.2006年1月第二版.P111、136.(end)