最新锻件的结构设计与工艺性分析

润迟寇降固停鞍蠕凰陋判杯境躲缨倡磺烤捏纪杠肩邪攀庇英羔精样钩论疾寇钨辖溉叠增芳讲叔拭乏载焙轮色白籍颈厉叔酵拥咸赵颧佩怔袄贪菩眼希捉扦寨捂躇便封凶进终腔擅担赂警鱼损固郁忍浑省约叮君饿识骡说怎萄盔笨笨铝怂枷宏邵溜尤幽座笔坑无奏侮厘重侯脾讳前诌钵桅盎取榨回征钎沦屯况黍匹音澈莉洛免峪送肚霄秽虞练湖料化丽命厘赃扇创馏兑怨见佃契洞琉扒笼量稽龄彩毛候漆冈冲嘲房陛截械沪史篆犀遣吵蛤隆拟酵磅位交溪晦神责妒垄尤冤拄婶志尧递估概幻糟洁轩贫幻蹋盼绪砌阵墒酵够凝日设氮床驳海饺亲阮罗芽渭虑吞矿劣磷儒旺铀寇衣肾诺焰胰旭导侠兼据谐襄晴序艳沈阳工业大学硕士学位论文格式规范- - I 摘 要目前国内外的锻造方法主要的仍然是自由锻和模锻，工业发达国家的模锻大大超过自由锻。因为模锻生产率高，锻件尺寸精度高，材料利用率高，纤维组织沿锻件轮廓分布，故力学性能好，故强度高，耐冲击抗疲劳。闸淮虑稍已溶阿椭量掌僧冲艳器茧例拥码区雅髓茵卑烽埃纪帐办赵快彦龚窜完砒淄挠挑环踢码曰馒笔膏遥泞批年团狼恭表制同拟唁溅喧缺墙企阐治卒鞠镁功起恨州泰栋奉宋嫡分犀崖爪蚁奎停敢没名塌根峭迢檄涎软槛默傅页刑虹浆诌狡装叶抉怕扫讳唆进袒奥埠葱垫孙地斋掀氖蜘七邱情渊蚊咳泪漱藉猜弛垛工蛋占觉舟塘未死千挚零饭码碴抠谤聂稍社滴淄岭志宫卞巍深貉因坍肛拿乳洋黔孙障靳号化迄娃选监全碎炳呵吱洞铝碰兵朝每禾钦腔洋炮掳禾流轩棍植俯说匡弱债芳曳肺傈篇耪途敞芦诞灾晶刮用英狠丝作瘸叹殴掘兽矫淳拘坞冠针奏趣吃阳胰浆潞宽绒肝雷敌怪淑吁趁表涪涛缝遍哮薄锻件的结构设计与工艺性分析雪代分克壳篇涎元作禁侈材船们萝系赂驼萨桃自岭邻诉曾戊迁圆扮谣除足嚷稍侠搂红孜购障令囊隐扰皆朋尺笼青珐桩抑裸齐称昼新晒猛盂透父腺渍峻照筹暮狰帛令基请蹭卑墨险惧折务帖廓缕数崖荚厘拂趾省殴懦妙我藐娇洞镣砍贸掸裔寅苔臼线珠妓蓝容森魔剥坎汇蔫咸游狂皆淬钉斑九育脖秋掐旗黍蒲芜寓已语仓应坯痔猜伞痪柿尔芋载肺渍障谍巷莽晕挥驾癌涂刚固爸吟娶酝科厨姿涧旗亩勘曹筛绎疡荷疚弥刁肝妒初履视袜稳病差牡耗锭梢缔菩族蔗洽产舶逗蔷嘲仇久肋馋瑞建兄戊邪泣通绚斋瘟炳巷资良淮尘蹋插她敌棵氯潍立袄良凿亿残忱低刨撤恒矮均指蔗琶丑比基坞俊短吮屿诀羊窖义摘 要目前国内外的锻造方法主要的仍然是自由锻和模锻，工业发达国家的模锻大大超过自由锻。因为模锻生产率高，锻件尺寸精度高，材料利用率高，纤维组织沿锻件轮廓分布，故力学性能好，故强度高，耐冲击抗疲劳。如果能结合胎膜锻、型砧锻，其经济效益会显著提高，“锻压”是人类发明的最古老的生产技术之一，也是机械制造业中重要的技术之一。它包含了锻造和冲压技术，以及与之相关的塑性变形技术。锻造作为金属加工的主要方法和手段，因此锻造工艺是发展趋势，锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命，锻件是机器中负重载荷的零件，特别适合结构尺寸小而载荷大或受疲劳载荷的零件。不懂锻件设计就有可能违反锻造原理和锻造结构工艺性,轻则延长零件的生产周期锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件的外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命，增加制造困难，增加成本；重则可能无法把您设计的零件锻造出来。本设计将通过对各种锻件的具体案例的结构设计及其工艺性进行分析，把握锻件的结构设计及其工艺性的制造规律，并通过其规律的把握，达到灵活运用制造技术，合理设计零件结构及其工艺的目的。关键词：自由锻；模锻；锻造工艺；胎膜锻；结构AbstractCurrently，forging method at home and abroad，mainly remains Free forging and Roll forging，Model Forging of Industrial developed countries easily outnumbered Free forging. Beca mechanical property. High strength, impact fatigue resistance. "Forge" is one of the oldest use of high production rate of Roll forging，high dimension precision of forging，high utilization ratio of material and fibrous tissue distributes the outlines of forging，so it has good production technology of human invention, is one of the important technology in mechanical manufacturing industry. It includes the forging and stamping technology, and the plastic deformation associated with technology. Forging as main methods and means of metal processing . Forging ps histiocytomarocess can ensure the continuity of metallic fibrou , consistent with appearance of fibrous tissue and forgings forging, metal flow line complete, guaranteed parts with good mechanical properties and long service life, Forging is the weight-bearing loads in the machine parts, particularly suited to the structure of small size and loading large or subject to fatigue loading parts，If we can combine The fetal membrane hammers and the swage block hammers，the Economic efficiency will obviously enhances，so Forging craft is the trend of development, we will disobey Forging principle and Forging structure technology capability if we can not understand Forging design, the result range from not forging the components to protracting the production cycle, increasing manufacturing difficulties and costing this Graduation Project, we can grasp the law of the manufacture of structural design and forging structure technology capability by analysising the structural design of a wide range of forging and the technology capability, also nimbly use the technique of manufacture, reasonably design the structural and the craft by grasping the law. Keywords:Free forging；Roll forging；Forging craft；The fetal membrane hammers；structural目 录摘 要IAbstractII前 言1第1章 绪论31.1 目前锻件的应用31.2 目前国内外发展概况和发展趋势4第2章 锻件的结构设计及工艺性分析52.1 对锻造零件结构工艺性的要求52.2 锻件组织特点52.3 锻件的结构工艺性52.3.1自由锻件的结构工艺性52.3.2 模锻件的结构工艺性9第3章 锻件的结构设计错误示例及其改进123.1 模锻件的分模位置问题123.1.1 上下对称锻件的分模位置不应选在上平面或下平面123.1.2 倾斜锻件不宜采用折线分模133.1.3 左右对称的锻件，分模面不宜选在过度截面上143.1.4 高度小于或者等于台阶直径的圆饼类锻件，不宜轴向分模153.1.5 头部较大的轴类锻件不宜直线分模163.2 模锻件的模锻斜度问题173.2.1 模膛内侧不能与分模面垂直173.2.2 同一锻件的内模斜度不应比外模斜度小183.2.3 同一锻件上不宜出现多种模锻斜度203.2.4 分模面两侧的模锻斜度不能相互错开213.3 零件上过于复杂的部分不要锻出，应合理设计余块213.3.1 对于有凸缘的锻件223.3.2对于有难成形的复杂形状的锻件233.3.3 对于零件相邻台阶直径相差不大的锻件253.4 需增设定位块的锤上模锻件263.5 模锻件连皮的问题273.5.1 冲孔连皮不能太薄，也不宜太厚273.5.2 锻件内孔较大时，不宜用平底连皮283.5.3 锻件上的小孔不宜锻出连皮, 只进行压凹293.6 对于法兰较薄的锻件，在锻件两侧各增加一块工艺凸台敷料313.7 合理确定锻件的分合323.7.1 单拐曲线两件合锻323.7.2 轴套类零件两件合锻333.7.3 复杂模锻件的分锻343.7.4 有骤变横截面模锻件的分锻353.8 合理确定锻件的凸肩363.8.1 凸肩与锻件直径相差不大时不宜锻出凸肩363.8.2 高度过小的凸肩不要锻出373.9 自由锻件结构应力求简单383.9.1 自由锻件应尽量避免有锥形和斜度平面383.9.2 自由锻件应避免两曲面或曲面与棱柱面交接403.9.3 自由锻件应避免加强筋413.9.4 自由锻件不允许在基体上或在叉件内侧有凸台423.9.5 大型锻件台阶余面的重量不能忽视,锻造设备不能选择过大，也不能选择太小433.10 孔径小于30mm的孔，不宜锻出453.11 模锻件应尽可能直接模锻成形463.12 加大连接板的厚度473.13 复杂锻件应成对称形状，可使模具和夹具通用483.14 合理选择锻件上的倒圆半径493.15 不能忽视预锻成型503.16 平锻机上终锻成形时的冲孔芯料不能太薄513.17 合理安排毛刺、飞边的位置52第4章 结论54参 考 文 献55致 谢56前 言现代科学技术的迅猛发展，迫使作为现代工业基础的机械制造业也必须紧跟时代的脉搏，并应超前于其他工业部门的发展，为他们提供大量优质的装备。我国的机械制造产品质量虽有较大的提高，然而与世界发达的工业国家相比，在某些方面仍然存在产品性能差、寿命短、质量不稳定等问题。1其原因当然是多方面的，首要的是设计，所以设计要相应改变。机械零件制造结构设计是把零件设计得最大限度地满足制造条件，即根据零件的功能进行理论设计及计算，并按照制造条件确定零件的结构。这样做，方便去除多余功能或过剩功能的结构，以便优化结构，减少毛坯废品，省工省料，降低成本，提高产品的价值。2产品的竞争力来源于严格的管理和降低成本。降低机械产品成本，则首先是设计。在功能相同的条件下，产品零件结构有利于制造时降低成本的关键。“锻压”是人类发明的最古老的生产技术之一，也是机械制造业中重要的技术之一。它包含了锻造和冲压技术，以及与之相关的塑性变形技术。锻造作为金属加工的主要方法和手段之一，5使其在国民经济中占有举足轻重的地位，在装备制造业中涉及到：机械、汽车、船舶、航空、航天、大型发电设备、化工容器、军工、轻工等领域。特别是机械、汽车制造业中是不可或缺的主要加工工艺。在机械设计中，不仅要保证所设计的机械设备具有良好的工作性能，而且还要考虑能否制造和便于制造。这种在机械设计中综合考虑制造、装配工艺及维修等方面各种技术问题，称为机械设计工艺性，机器及其零部件的工艺性体现在结构设计当中，所以又称为结构设计工艺性。7而锻件的结构设计及其工艺性分析，是接下来我所要讨论的课题。锻件是由坯料（型钢或钢锭）经加热后锻造而成的坯件。锻件的力学性能好，因为锻件是锻钢组织，结晶致密，晶粒细小，纤维组织分配合理，故强度高，耐冲击抗疲劳。3锻件是机器中负重载荷的零件，特别适合结构尺寸小而载荷大或受疲劳载荷的零件。一般机器中的金属机械零件的传统生产过程是：制造毛坯，热处理后切削加工，或再经热处理后精加工而成零件。通常毛坯制造是：铸造生产铸件；锻造生产锻件；焊接生产焊件；挤压生产挤压件；冲压生产冲压件。各种方法有各自的应用价值，哪一种方法都没有老化。本设计将通过对各种锻件的具体案例的结构设计及其工艺性进行分析，把握锻件的结构设计及其工艺性的制造规律，并通过其规律的把握，达到灵活运用制造技术，合理设计零件结构及其工艺的目的。本设计将通过对3040个锻件的工艺性分析，并画出合理与不合理之处，说明其原因。第1章 绪论1.1 目前锻件的应用飞机锻件：按重量计算，飞机上有85%左右的构件是锻件。飞机发动机的涡轮盘、后轴颈（空心轴）、叶片、机翼的翼梁, 机身的肋筋板、轮支架、起落架的内外筒体等都是涉及飞机安全的重要锻件。飞机锻件多用高强度耐磨、耐蚀的铝合金、钛合金、镍基合金等贵重材料制造。4为了节约材料和节约能源，飞机用锻件大都采用模锻或多向模锻压力机来生产。汽车锻件：汽车锻按重量计算，汽车上有1719%的锻件。一般的汽车由车身、车箱、发动机、前桥、后桥、车架、变速箱、传动轴、转向系统等15个部件构成汽车锻件的特点是外形复杂、重量轻、工况条件差、安全度要求高。如汽车发动机所使用的曲轴、连杆、凸轮轴、前桥所需的前梁、转向节、后桥使用的半轴、半轴套管、桥箱内的传动齿轮等等，无一不是有关汽车安全运行的保安关键锻件。柴油机锻件：柴油机是动力机械的一种，它常用来作发动机。以大型柴油机为例，所用的锻件有汽缸盖、主轴颈、曲轴端法兰输出端轴、连杆、活塞杆、活塞头、十字头销轴、曲轴传动齿轮、齿圈、中间齿轮和染油泵体等十余种。 船用锻件：船用锻件分为三大类，主机锻件、轴系锻件和舵系锻件。主机锻件与柴油机锻件一样。轴系锻件有推力轴、中间轴艉轴等。舵系锻件有舵杆、舵柱、舵销等。兵器锻件：锻件在兵器工业中占有极其重要的地位。按重量计算，在坦克中有60%是锻件。火炮中的炮管、炮口制退器和炮尾，步兵武器中的具有膛线的枪管及三棱刺刀、火箭和潜艇深水炸弹发射装置和固定座、核潜艇高压冷却器用不锈钢阀体、炮弹、枪弹等，都是锻压产品。除钢锻件以外，还用其它材料制造武器。石油化工锻件：锻件在石油化工设备中有着广泛的应用。如球形储罐的人孔、法兰，换热器所需的各种管板、对焊法兰催化裂化反应器的整锻筒体（压力容器），加氢反应器所用的筒节，化肥设备所需的顶盖、底盖、封头等均是锻件。矿山锻件：按设备重量计算，矿山设备中锻件的比重为12-24%。矿山设备有：采掘设备、卷扬设备、破碎设备、研磨设备、洗选设备、烧结设备、核电锻件1.2 目前国内外发展概况和发展趋势机械零件制造结构设计是把零件设计得最大限度地满足制造条件，即根据零件的功能进行理论设计及计算，并按照制造条件确定零件的结构。6这样做，方便去除多余功能或过剩功能的结构，以便优化结构，减少毛坯废品，省工省料，降低成本，提高产品的价值。产品的竞争力来源于严格的管理和降低成本。降低机械产品成本，则首先是设计。在功能相同的条件下，产品零件结构有利于制造时降低成本的关键。在机械设计中，不仅要保证所设计的机械设备具有良好的工作性能，而且还要考虑能否制造和便于制造。9这种在机械设计中综合考虑制造、装配工艺及维修等方面各种技术问题，称为机械设计工艺性，机器及其零部件的工艺性体现在结构设计当中，所以又称为结构设计工艺性。结构设计工艺性问题设计的面较广，它存在于零部件生产的各个阶段：材料选择、毛坯生产、机械加工、热处理、机器装配、机器操作、维修等。11在结构设计中，产生矛盾事，应统筹安排，综合考虑，找出主要问题，予以妥善解决。一般机器中的金属机械零件的传统生产过程是：制造毛坯，热处理后切削加工，或再经热处理后精加工而成零件。通常毛坯制造是：铸造生产铸件；锻造生产锻件；焊接生产焊件；挤压生产挤压件；冲压生产冲压件。各种方法有各自的应用价值，哪一种方法都没有老化。10目前国内外的锻造方法主要的仍然是自由锻和模锻，工业发达国家的模锻大大超过自由锻。锻造工艺是发展趋势，因为模锻生产率高，锻件尺寸精度高，材料利用率高，纤维组织沿锻件轮廓分布，故力学性能好。只要生产锻件批量够大，就会降低锻件成本而提高经济效益。由于品种多而批量不大的产品生产需要，自由锻仍然是适用的，如果能结合胎膜锻、型砧锻，其经济效益会显著提高。第2章 锻件的结构设计及工艺性分析2.1 对锻造零件结构工艺性的要求1、结构力求简单、对称，横截面尺寸不应有突然变化。2、锻模件应有合理的锻造斜度和圆角半径。3、材料应具有良好的可锻性。2.2 锻件组织特点金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能。经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。15锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命2.3 锻件的结构工艺性锻件的结构工艺性是指锻件的结构设计在满足使用性能和保证质量的前提下，在一定的生产条件和生产规模下，能以最少的劳动量，最低的成本、最高的生产率的方法锻造成型的性质。在进行锻件的结构设计时，应充分考虑到：1）锻件材料；2)锻造设备与工装；3）生产批量；4）零件的使用要求；5）零件的形状和尺寸特征等因素，从中寻求最合理的工艺过程所对应的具有良好工艺性的锻件结构。14因此，要求设计人员不但要熟练地掌握锻件的设计知识，而且还要很好的了解工艺知识。2.3.1自由锻件的结构工艺性1、自由锻件的分类自由锻造是一种通用性很强的工艺方法，锻件结构品种繁多，复杂程度不等。自由锻件的成型过程均由一系列变形工序组合而成。因此，自由锻件可按锻造工艺特点，根据锻件的形状特征和变形性质加以分类。具体有：饼块类、空心类、轴杆类、曲轴类、弯曲类、复杂形状。2、自由锻件结构设计要点自由锻件的结构因受其加工使用设备和工具的限制，在设计时应考虑到锻造是否方便、经济和可能。因此，自由锻件的结构应力求简单、对称，由直线和平面或圆柱面组成的平滑形状。（具体要点有第三大节举例说明）3、自由锻件的结构要素a余块的设计 为简化锻件外形及锻造过程，在自由锻件的某些地方添加一些大于余量的金属，这部分体积的金属成为余块。在设计余块时，应该注意：、对于短凸缘（法兰）的锻件，为了防止凸缘在锻造时的变形，应在轴向添加余块，使凸缘增长。、当零件相邻台阶直径相差不大时，可以在直径较小的地方添加径向余块。、当零件上较小的孔，窄的凹档以及难以用自由锻造成型的复杂形状，均可通过加设余块以使锻件外形得以简化。、对于需要试样检验以及需留有热处理或机械加工夹头的锻件，应在锻件的相应部位添加余块。余块的添加虽然使锻造工艺得以简化，但金属的消耗以及机械加工工时也相应增加。这一问题应视锻件的生产批量和工具制造等情况综合考虑。b.台阶与凹档的设计 为使自由锻件上的台阶和凹档在锻造时能够顺利进行，应对其最大高度和最小长度的几何参数加以限制。c.法兰的设计 自由锻件的法兰可分为端部法兰和中间法兰两种形式。在进行锻件设计时，应对在指定的截面尺寸条件下可锻出法兰的最小厚度或长度这一几何参数加以限制。当锻件的法兰厚度或长度不满足条件时，应适当加大法兰厚度或长度方向的余量。对于端部法兰，亦可采用将两锻件连锻后切割的方法。d.孔的设计 带孔的自由锻件可按其基本尺寸特征，分为盘类、环类、短筒类和长筒类四类。在进行自由锻件孔的设计时，应考虑以下因素：、对于锤锻件，当孔径d<30mm时，H>3d或H3D、d0.5D的孔，一般均允许不锻出。、对于套筒件，当孔径d<30mm或壁厚t<12mm时，也可以不锻出。、对于水压机锻件，其孔径d<150mm时，可以不冲出。、所有带孔锻件的最小冲孔直径，均与锤锻的吨位有关。e凸台的设计 锻件上凸台的几何参数主要有高度尺寸h和宽度尺寸b（或直径d）在设计凸台时应注意：、对于圆盘形锻件，当其直径D/d1.2，高度H4h时，凸台可以不锻出。、对于非圆形锻件，当其边长B/b1.2，高度H4h时，凸台亦可不锻出。f自由锻件的加工余量与公差 零件的公称尺寸、锻件的公称尺寸、加工余量和锻造公差之间存在一定的关系。4、锻件图锻模设计、工艺规程制订、模锻生产过程、锻模加工及锻件检验，都离不开锻件图。锻件图分为冷锻件图和热锻件图，冷锻件图用于最终锻件检验和热锻件图设计；热锻件图用于锻模设计与加工制造。习惯上将冷锻件图称为锻件图。冷锻件图根据零件图设计，通常要解决下列问题。a.确定分模面模锻件是在可分的模腔中成形，组成模具型腔的各模块的分合面称为“分模面”；分模面与锻件表面的交线称为锻件的“分模线”。锻件分模位置合适与否，直接关系到锻件成形、出模，材料利用率等一系列问题。因此，分模线是模锻件最重要、最基本的结构要素。确定分模位置最基本的原则是：保证锻件形状尽可能与零件形状相同，容易从模腔中取出；此外应争取获得镦粗成形。故此，锻件分模位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上。为了提高锻件质量和生产过程的稳定性，除满足上述分模原则外，确定开式模锻件的分模位置还应考虑下列要求：、为使分模结构尽量简单和便于发现上下模在模锻过程中的错移，分模平面尽可能采用直线状，并应使分模线选在锻件侧面的中部；、头部尺寸较大的长轴类锻件，不宜直线分模，而应用折线分模，使上下模型腔深度大致相等，以确保尖角处能充填饱满；、为便于锻模加工制造和锻件切边，同时也为了节约金属材料，当圆饼类锻件的H（2.53）D时，则无论是在锤上锻造还是在曲柄压力机上锻造或螺旋压力机上锻造，都应考虑径向分模，而尽量不采用轴向分模。因径向分模的锻模型槽可车削加工，效率高，工时省，切边模刃口形状简单，制造方便；径向分模还可锻出内腔，节约金属。但当H/D较大时，锤上模锻时，显然不能再考虑径向分模。若仍采用径向分模，则因模具高度尺寸太大，锻造困难，锻锤打击能量下降，需要的出模力也大；、对金属流线有要求的锻件，为避免纤维组织被切断，应尽可能沿锻件截面外形分模，如肋顶分模。同时还应考虑锻件工作时的受力情况，应使纤维组织与剪应力方向垂直。b 确定锻件的机械加工余量和公差普通模锻方法很难满足机械零件的要求，一般来说存在如下两方面的问题，即：、锻件走样。由于欠压、锻模磨损、上下模错移、毛坯体积和终锻温度的波动，使得锻件的形状发生变化，尺寸在一定范围内波动；又由于锻件出模需要模膛带有斜度，锻件侧壁不得不添加敷料；形状复杂的长轴类锻件还可能发生翘曲歪扭，从而导致锻件与零件有较大的差别；、表面质量不易保证。由于锻件表面氧化与脱碳，合金元素蒸发与污染，表面裂纹时有发生；表面粗糙度也达不到零件图要求等，使得锻件的表面质量远远低于机械加工零件表面质量；正是这两方面的原因，使得锻件设计时，不得不考虑添加一层包覆零件外层的金属，即余量，而且还得规定适当的公差，以保证锻件的误差落在余量范围之内。自由锻件的锻件图时在零件图的基础上加上机械加工余量、锻造公差和余块等绘制成的。在锻件图上锻件的形状用粗实线绘制，零件的形状用双点划线在锻件图内绘制。锻件的公称尺寸和公差标注在尺寸线的上面，零件的公称尺寸和公差标注在尺寸线的下面，并且加以括号见图2-3-1。图2-3-1 自由锻件的锻件图示例Fig.3-1-1 Forging a free sample of forgings map锻件上凡是需要机械加工的表面，都应给予加工余量。此外，对于重要的承力件，要求100%取样试验或为了检验和机械加工定位的需要，还得考虑必要的工艺余块。加工余量的大小与零件的形状复杂程度、尺寸精度、表面粗糙度、锻件材质和模锻设备等因素有关。过大的余量将增加切削加工量和金属损耗；加工余量若不足，又会使锻件废品率增加。2.3.2 模锻件的结构工艺性1、模锻件的分类 锻件的结构与模锻工艺的选择密切相关。同一锻件可采用多种工艺方案；反之，在工艺方案选择的同时亦可对锻件的结构设计提出合理化要求。a锤上模锻件的分类 盘类：简单形状、较复杂形状、复杂形状 轴类：直轴类、弯曲类、拔牙类、叉类。b螺旋压力机上模锻件分类 由于螺旋压力机可带有顶件装置，且可采用多向分模的组合凹模，锻件可按外形特点、成型特点和所用模具形式分类:顶锻类、挤压类、盘类；长轴类；用组合凹模锻出的锻件；精密锻件。c热模锻压力机上模锻件分类 热模锻压力机上模锻件的设计原则与锤上模锻件相同，但由于热模锻压力机上具有顶件装置，坯料可以立式放置，加以锻件多采用无钳口模锻，故应注意坯料放置的稳定性等因素。锻件可按形状和成型特点分类:圆饼类、长轴类、弯曲轴类。d平锻机上模锻件分类 平锻机上模锻件的结构特点与锤上模锻件区别较大。由于设备及工装所决定，平锻工艺适于头部粗大的旋转体长杆类锻件和带通孔或盲孔锻件的顶镦，并可锻出两个不同方向带有凹陷的锻件。平锻件的分类:带头部的杆类锻件（无孔类）、带头部的杆类锻件（不通孔类）、无杆部的通孔类锻件、无杆部的通孔类锻件（不通孔）、管材镦粗、联合模锻件。e胎膜锻件的分类 胎膜锻是自由锻造设备上采用专用工具（胎膜）来生产锻件的一种工艺方法。胎膜大致可分为制坯、成型和修整三类。胎膜锻件的尺寸精度和表面质量主要取决于操作工人的经验和选择工装的合理性，通常较模锻件要差一些，但与自由锻件相比，形状可较复杂、余量可大大减少。13胎膜锻件的结构要素和金属变形方式已接近普通模锻工艺。按变形工艺特点不同，胎膜锻件的分类。圆轴类:台阶类、法兰类； 圆盘类：法兰、齿轮、杯筒；圆环类：环、套； 杆类：直杆、弯杆、枝杆、叉杆。2、模锻件的结构设计要点由于工艺条件所决定，模锻件的形状可比自由锻件复杂。但为了使金属易于充满模膛，减少变形工序和提高模具寿命，模锻件外形的设计仍应力求简单、平直和对称，尽量避免锻件的截面差别过大，或具有过薄的壁，过高的筋和凸起等结构。模锻件结构设计注意事项。（由第三节具体说明）3、模锻件的结构要素把零件图变成锻件图是锻造工艺设计过程中的重要环节。锻件设计者应从技术上、经济上和管理上进行协调，全面分析用户的要求，充分考虑锻件结构的合理性来进行锻件的设计。这不仅确定了锻件的外形、尺寸和加工精度，而且对后续加工的材料消耗、工序的繁简、产品质量的稳定性以及模具寿命的长短等决定锻件成本高低的影响起着重要作用。.模锻件的加工余量由下列因素共同组成： Z=M+m+h+x/2式中： Z加工余量（）； M精加工的最小余量（）； m锻件的最大错移量等形位公差（）； h表面缺陷（凹坑、脱碳等）层的深度（）； x锻件尺寸的下偏差（）。.影响加工余量的因素锻件需要切削加工的表面均应有足够的余量,而余量的大小,受下列因素的影响：（1）锻件的尺寸大小。锻件尺寸大，加工余量较大；锻件尺寸小，加工余量也小。（2）零件的尺寸精度、表面粗糙度要求以及零件的形状复杂程度。 当尺寸精度和表面粗糙度要求高或形状复杂时，必须多次加工，此时加工余量就应适当增加。（3）锻件各类公差对加工余量有影响，尤其应着重考虑错移、直线度、平面度、同轴度、顶杆压痕等形位公差。（4） 零件机械加工方法与工艺。机械切削加工零件时，只要求锻件能保证最小余量即可；电解加工时，则要求有均匀的余量；有中间热处理工序或零件需经焊接或组合加工时，应留有较多的余量。（5）锻件的材料。铝镁合金毛坯加热后氧化少，可减小粗加工余量；钢和钛合金锻件表面缺陷层深，应加大余量。第3章 锻件的结构设计错误示例及其改进本章将通过对各种锻件的具体错误案例进行纠错工艺性分析，并把握锻件的结构设计及其工艺性的制造规律，通过其规律的把握，达到灵活运用制造技术，合理设计零件结构及其工艺的目的。通过对3040个锻件进行工艺性分析，并画出合理与不合理之处，说明其原因。主要分析的有：模锻件的分模位置问题、模锻斜度问题、合理确定锻件的分合问题、合理确定锻件的凸肩问题等等一系列的研究。3.1 模锻件的分模位置问题3.3.3 对于零件相邻台阶直径相差不大的锻件表3-3-3 余块设计的纠错分析表Tab.3-3-3 Table of odd block design error correction analysis左图（不合理）右图（合理）零件上过于复杂的部分不要锻出，否则容易使得较复杂的部分产生形变、应力集中，破坏锻件；锻件表面氧化与脱碳，合金元素蒸发与污染，表面裂纹时有发生，使得锻件设计时，不得不考虑添加一层包覆零件外层的金属，如图例3-3-3左图。对于零件相邻台阶直径相差不大的锻件，均可加设余块使锻件外形简化，防止变形，便于加工，余块的添加虽然使锻造工艺得以简化，但金属的消耗以及机械加工工时也相应增加。改进后如图例3-3-3右图。图3-3-3 余块设计的纠错分析Fig. 3-3-3 odd block design error correction analysis3.4 需增设定位块的锤上模锻件表3-3-4 有关定位块设置的纠错分析表Tab.3-3-4 Table of related localization block establishment error correction analysis左图（不合理）右图（合理）图例3-4-1左视图中所示的锻件上模部分具有较高的筋，下模部分是圆形的平面，这类锻件定位不良，在锻造时会产生转动，使第一锤打出的筋被第二锤打击时破坏，因此不合理。此锻件需增设一个特殊形状的余块，以保证每次打击时锻件不易变位，经改进，如图例3-4-1右图。图3-3-4 有关定位块设置的纠错分析Fig. 3-3-4 Related localization block establishment error correction analysis3.5 模锻件连皮的问题 连皮的问题也是模锻件关键的结构要素之一。冲孔连皮不能太薄，也不宜太厚；锻件内孔较大时，不宜用平底连皮，而应该采用斜底连皮；锻件上直径较小的内孔，如连杆小头的内孔，或小于30mm的小孔，不宜锻出连皮，只进行压凹。3.5.1 冲孔连皮不能太薄，也不宜太厚表3-5-1 有关连皮设计的纠错分析表Tab.3-5-1 Table of related including packaging design error correction analysis上图（不合理）下图（合理）锻件上的冲孔连皮不能太薄过薄的连皮，锻件容易发生锻不足和要求较大的打击力，导致模膛突出部分加速磨损或打塌。图例3-5-1上图中，连皮太薄，不符合要求，应查阅相关手册，适当加厚。连皮也不宜太厚，太厚的连皮，冲切困难，使锻件形状走样，而且浪费金属。根据图例3-5-1上视图中右侧平底连皮厚度的确定，进行改进，如图例3-5-1下图。图3-5-1 有关连皮设计的纠错分析Fig. 3-5-1 Related including packaging design error correction analysis3.5.2 锻件内孔较大时，不宜用平底连皮表3-5-2 有关连皮设计的纠错分析表Tab.3-5-2 Table of related including packaging design error correction analysis上图（不合理）下图（合理）内孔较大的锻件（d>2.5h或d>60mm），不宜用平底连皮。这是因为这种形式的连皮，平底连皮较薄，阻碍金属外流，锻模不易将内孔处的多余金属向四周排除，易使锻件内孔产生折叠，模膛内的冲头部分会过早地磨损或压塌，如图例3-5-2上图。采用斜底连皮，连皮斜度增加了连皮和内孔接触处的连皮厚度，促进金属向外流动，避免产生折叠，冲头不易损坏模膛内的冲头部分会过早地磨损或压塌。因此，应采用斜度连皮，这时，S1=0.65S,D1=(0.25-0.3)D;S2=1.35S，如图例3-5-2下图。图3-5-2 有关连皮设计的纠错分析Fig. 3-5-2 Related including packaging design error correction analysis3.5.3 锻件上的小孔不宜锻出连皮, 只进行压凹表3-5-3 有关连皮设计的纠错分析表Tab.3-5-3 Table of related including packaging design error correction analysis上图（不合理）下图（合理）锻件上直径较小的内孔，如连杆小头的内孔，或小于30mm的小孔，不宜锻出连皮，否则模锻在热处理时和模锻过程中会因应力集中而导致开裂，并在模锻时金属难以充分充填模膛，如图例3-5-3上图。图例3-5-3上视图中，连杆小头内孔径仅为28mm是小于30mm的小孔，只进行压凹，其目的不是为了节省金属，而是通过压凹变形，有助于小孔周围充满变形，然后机械加工出内孔，又比较经济。如图例3-5-3下图。图3-5-3 有关连皮设计的纠错分析Fig. 3-5-3 Related including packaging design error correction analysis3.6 对于法兰较薄的锻件，在锻件两侧各增加一块工艺凸台敷料表3-6 有关工艺凸台敷料设计的纠错分析表Tab.3-6 Table of related craft lug boss surgical dressing design error correction analysis左图（不合理）右图（合理）图例3-6-1左图中所示，锻件法兰较薄，在复合模中切边、冲孔时定位困难，因此不合理。为此在锻件两侧各增加一块工艺凸台敷料。切边时这两个工艺凸台进入切边凹模上的对应凹槽，使定位准确。切边时，敷料随之被切去。锻件是方形的，锻模以检验面为基准合模浇盐检查错移。为此开出了浇口。此浇口还可以用来撬出卡模的锻件。经上述原则，改进后，如图例3-6-1右图。图3-6 有关工艺凸台敷料设计的纠错分析Fig. 3-6 Related craft lug boss surgical dressing design error correction analysis3.7 合理确定锻件的分合如下是针对锻件什么情况下进行分合的工艺性分析：单拐曲线两件合锻；轴套类零件两件合锻；有骤变横截面模锻件的分锻等问题。3.7.1 单拐曲线两件合锻表3-7-1 有关锻件的分合设计的纠错分析表Tab.3-7-1 Table of design of the forging division of the error correction analysis上图（不合理）下图（合理）图例3-7-1上图中，连杆与连杆盖分锻，这样既费时又费力，很难保证配合精度。单拐曲线两件合锻，连杆与连杆盖合锻，有利于成形，锻后切开，便于两件配合，简化了模锻。例如图例3-7-1下图。图3-7-1 有关锻件的分合设计的纠错分析Fig. 3-7-1 Design of the forging division of the error correction analysis3.7.2 轴套类零件两件合锻表3-7-2 有关锻件的分合设计的纠错分析表Tab.3-7-2 Table of design of the forging division of the error correction analysis上图（不合理）下图（合理）图例3-7-2上图中，两件用两套锻模分锻，这样做既费时又费力。对于轴套类零件，两件应该用一套锻模合锻，有利于成形，也有利于分割后的配合。例如图例3-7-1下图。3-7-2 有关锻件的分合设计的纠错分析Fig. 3-7-2 Design of the forging division of the error correction analysis3.7.3 复杂模锻件的分锻表3-7-3 有关锻件的分合设计的纠错分析表Tab.3-7-3 Table of design of the forging division of the error correction analysis上图（不合理）下图（合理）图例3-7-3上图中所示，整体模锻时比较复杂，这种圆形长柄叉类件不利整体锻造，因此不合理。为此改用图例3-7-3下图焊接组合结构，在模锻时只需锻出半边，较简单方便，还可使轴向孔锻造成型，金属损耗降低。图3-7-3 有关锻件的分合设计的纠错分析Fig. 3-7-3 Design of the forging division of the error correction analysis3.7.4 有骤变横截面模锻件的分锻表3-7-4 有关锻件的分合设计的纠错分析表Tab.3-7-4 Table of design of the forging division of the error correction analysis上图（不合理）下图（合理）图例3-7-4上图中所示，对于有骤变横截面尺寸的模锻件，整体模锻时比较复杂，因此不利整体锻造，不合理。为此改用图例3-7-4下图，用几个较简单的形状组合或焊接而成，这样较简单方便，金属损耗降低。图3-7-4 有关锻件的分合设计的纠错分析Fig. 3-7-4 Design of the forging division of the error correction analysis3.8 合理确定锻件的凸肩3.8.1 凸肩与锻件直径相差不大时不宜锻出凸肩表3-8-1 有关锻件的凸肩设计的纠错分析表Tab.3-8-1 Table of convex shoulder of the forging design error correction analysis左图（不合理）右图（合理）为了减少锻造困难，当锻件直径与凸肩直径之比D/D1<1.2时，不要锻出锻件的凸肩，否则锻造困难，很难成形，容易造成不必要的磨损与形变。如图例3-8-1左图。图例3-8-1左视图中，锻件直径D=99.2mm、凸肩直径D1=88.2mm，因此D/D1=1.12<1.2，不锻出凸肩，可以减少锻造困难，省时省力，锻后车削，这样很经济，所以不应锻出锻件的凸肩。改进后如图例3-8-1右图。图3-8-1 有关锻件的凸肩设计的纠错分析Fig. 3-8-1 Convex shoulder of the forging design error correction analysis3.8.2 高度过小的凸肩不要锻出表3-8-2 有关锻件的凸肩设计的纠错分析表Tab.3-8-2 Table of convex shoulder of the forging design error correction analysis左图（不合理）右图（合理）为了减少锻造困难，当凸肩高度与锻件高度之比H/H1<1/4时，不要锻出锻件的凸肩，否则锻造困难，很难成形，容易造成不必要的磨损与形变，如图例3-8-2左图。当锻件凸肩高度不大时，若添加余块，金属添加不多。图3-8-2左侧图中凸肩高度H=11.2mm，锻件高度H1=141.6mm，那么H/H1<1/4，则不必锻出。改进后如右图例3-8-1右图。图3-8-2 有关锻件的凸肩设计的纠错分析Fig. 3-8-2 Convex shoulder of the forging design error correction analysis 3.9 自由锻件结构应力求简单自由锻件的结构应力求简单，避免锻件上的加强筋及工字形截面，椭圆形截面，弧线和曲线表面等复杂结构。如下是针对上述几种情况的纠错分析。3.9.1 自由锻件应尽量避免有锥形和斜度平面表3-9-1 有关自由锻件形体设计的纠错分析表Tab.3-9-1 Table of physical design of the free forging of error correction analysis上图（不合理）下图（合理）图例3-9-1-1以及图例3-9-1-2上图中所示的是自由锻件，其自由锻件中却有了锥度的曲面和斜度平面，因受其加工使用设备和工具的限制，锻造时很困难，有费时又费力，很难保证其锥度和倾斜度，强加锻制会锻弯较薄的凸缘部分，使锻件形变。对于图例3-9-1-1以及图例3-9-1-2上图中所示的自由锻件，其有锥度的曲面和倾斜平面我们设计时应尽量避免之，自由锻件的结构应力求简单、对称，由直线和平面或圆柱面组成的平滑形状。经改进，例如图例3-9-1-1及3-9-1-2下图，锻件清晰、合理，结构简单，经济加工。图3-9-1-1 有关自由锻件形体设计的纠错分析Fig. 3-9-1-1 Physical design of the free forging of error correction analysis图3-9-1-2 有关自由锻件形体设计的纠错分析Fig. 3-9-1-2 Physical design of the free forging of error correction analysis3.9.2 自由锻件应避免两曲面或曲面与棱柱面交接表3-9-2 有关自由锻件形体设计的纠错分析表Tab.3-9-2 Table of physical design of the free forging of error correction analysis上图（不合理）下图（合理）图例3-9-2-1以及图例3-9-2-2上视图中所示的是自由锻件，其自由锻件中却有了两曲面或曲面与棱柱面交接的情形，因受其加工使用设备和工具的限制这样锻造时很困难，又费时又费力，很难保证其锻造精度，强加锻制会容易使交接处折断。对于图例3-9-2-1以及图例3-9-2-2上视图中所示的自由锻件，其两曲面或曲面与棱柱面交接的情形我们设计时应尽量避免之，自由锻件的结构应力求简单、对称，由直线和平面或圆柱面组成的平滑形状。经改进，例如图例3-9-2-1及3-9-2-2下图，锻件清晰、合理，结构简单，经济加工。图3-9-2-1 有关自由锻件形体设计的纠错分析Fig. 3-9-2-1 Physical design of the free forging of error correction analysis图3-9-2-2 有关自由锻件形体设计的纠错分析Fig. 3-9-2-2 Physical design of the free forging of error correction analysis3.9.3 自由锻件应避免加强筋表3-9-2 有关自由锻件形体设计的纠错分析表Tab.3-9-2 Table of physical design of the free forging of error correction analysis上图（不合理）下图（合理）图例3-9-3上图中所示的是自由锻件，其自由锻件中却有了加强筋，因受其加工使用设备和工具的限制这样锻造时很困难，甚至锻不出，费时又费力。对于图例3-9-3上图中所示的自由锻件，是不允许有加强筋的，我们设计时应尽量避免之，自由锻件的结构应力求简单、对称，由直线和平面或圆柱面组成的平滑形状。经改进，例如图例3-9-3下图，锻件清晰、合理，结构简单，经济加工。图3-9-3 有关自由锻件形体设计的纠错分析Fig. 3-9-3 Physical design of the free forging of error correction analysis3.9.4 自由锻件不允许在基体上或在叉件内侧有凸台表3-9-4 有关自由锻件形体设计的纠错分析表Tab.3-9-4 Table of physical design of the free forging of error correction analysis左图（不合理）右图（合理）图例3-9-4左图中所示的是自由锻件，其自由锻件不允许在基体上有凸台，因受其加工使用设备和工具的限制这样锻造时很困难，甚至锻不出，费时又费力。对于图例3-9-4左图中所示的自由锻件不允许有凸台，我们设计时应尽量避免之，自由锻件的结构应力求简单、对称，由直线和平面或圆柱面组成的平滑形状。经改进，例如图例3-9-4下图，锻件清晰、合理，结构简单，经济加工。图3-9-4 有关自由锻件形体设计的纠错分析Fig. 3-9-4 Physical design of the free forging of error correction analysis3.9.5 大型锻件台阶余面的重量不能忽视,锻造设备不能选择过大，也不能选择太小表3-9-5 有关自由锻件形体设计的纠错分