变化及终锻温度波动，使得锻件尺寸控制不定由于锻件出模的需要，型槽壁带有斜度，使得锻件侧壁添加敷料由于型槽磨损和上下模难免的错移现象，导致锻件尺寸出现偏差由于形状复杂，难以锻造成形，所有这些原因使锻件不仅应加上机械加工余量，而且还得规定适当的锻件尺寸公差。在本文的曲轴锻件中，按照经验取余量为轴向，主轴颈单边.，连杆颈单边.，由于平衡块不进行机加工，所以不设加工余量。而对于公差，取轴向公差由曲轴中心线向两侧标注，为.。模锻斜度及圆角半径。在锻件上与分模面相垂直的平面或曲面所附加的斜度或固有的斜度统称为模锻斜度。模锻斜度的功用是使锻件成形后能从型槽中顺利取出。但是加上模锻斜度后会增加金属损耗和机械加工工时，因此应尽量选用最小的模锻斜度。在热模锻压力机上，当用手工从终锻型槽中取出锻件时，则模锻斜度与锤上的样。若采用顶杆将锻件顶出，模锻斜度可显著减小，般为或更小。而为了便于金属在型槽内流动和考虑到锻模强度，锻件上凸出或凹下的部位都不允许呈锐角状，应当带有适当的圆角。凸圆角的作用是避免锻模在热处理时和模锻过程中因应力集中导致开裂，凹圆角的作用是使金属易于流动充填型槽，防止产生折叠防止型槽过早被压塌。根据相关资料模锻斜度取.，凸凹圆角半径均为.。考虑到金属冷缩现象，热锻件图上的尺寸应比冷锻件图的相应尺寸有所增大。理论上加放收缩率后的尺寸按下式计算式中热锻件尺寸冷锻件尺寸终锻温度下金属的收缩率，钢为。曲轴的材料为，形状结构比较简单对称，在冷锻件图的基础上加放.的收缩率即可满足要求。曲轴热锻件图相应尺寸见表.。按照以上原则绘制的曲轴热锻件图结构和尺寸如图.所示，采用软件建立的终锻热锻件三维模型如图.所示。用软件可测得热终锻件体积为.。表.曲轴热锻件图相应尺寸参数名称符号数值气缸中心距主轴颈直径主轴颈宽度.连杆轴颈直径连杆轴颈宽度.轴颈重叠度曲轴长度.圆角半径.曲柄臂宽度曲柄臂厚度.图.曲轴热锻件图图.终锻热锻件三维模型.预锻件的设计预锻在模锻工艺中占有非常重要的地位。其作用是使制坯后的坯料进步变形，以保证终锻时金属充满型槽，得到无折叠裂纹或其它缺陷的优质锻件，同时有助于减少终锻型槽磨损，提高使用寿命。下面主要分析预锻中的常见缺陷，研究设计预锻件时应注意的问题。折叠。折叠是金属变形流动过程中已氧化的表层金属汇合在起而形成的。折叠与原材料和坯料的形状模具的设计成形工序的安排润滑情况及锻造的实际操作等有关。在零件上折叠是种内患。它不仅减少了零件的承载面积，而且，工作时此处应力集中，常常成为疲劳源，尤其当折纹与受力方向垂直时危害更严重。折叠的类型和形成的原因大致有以下几种由于变形金属弯曲而形成折叠。锤上模锻滚挤时，有时金属流到分模面上，翻转度滚挤形成折叠，辊锻和轧制时也常产生这中这种类型的折叠。部分金属局部变形被压入另部分金属内形成折叠。这类形式的折叠在生产中是很常见的。如模锻时，上下模错移时在锻件上啃掉块金属再压入本体而形成折叠。又如预锻模圆角过大，而终锻模相应处圆角过小，终锻时使在圆角处啃下块金属并压入锻件内形成折叠。故般取预.终。由股金属的急速大量流动将邻近部分的表层金属带着流动，两者汇合而形成折叠。工字形截面的锻件，些环形件和齿轮常易产生这类缺陷。这类锻件，模锻时折叠产生的原因是由于接触面附近的金属起外流，使已氧化的表层金属汇合在起而形成的。它包含着产生折叠的三个条件是靠近接触面附近的金属要有流动二是必需沿水平方向外流三是由中间部分排出的金属量较大。当筋与腹板的圆角半径过小，润滑剂过多或变形太快时，较易产生这种缺陷。由两股金属对流汇合而成折叠。模锻过程中由于处金属充填较慢，在相邻部分均已基本充满时，此处仍缺少大量金属，形成空腔，于是相邻部分的金属便往此处汇流而形成折叠。模锻时坯料尺寸不合适，操作时坯料位置安放不当，打击速度过快，模具圆角斜度不合适，或处金属充填阻力过大等常常出现这种情况。充不满。模锻时，引起充不满的原因可能是在型槽深而窄的部分由于阻力过大不易充满在型槽的些部分，由于金属不易流到而不易充满制坯后部分坯料体积不足或操作时由于放偏，导致金属量不足引起充不满。下面分析两种情况高筋的锻件模锻时产生充不满的情况。筋部产生充不满的原因是由于在筋部有摩擦阻力，模壁引起的垂直分力和此处金属冷却较快，变形抗力大等。因此为使筋部充满，方面应设法减小流入筋部的阻力，另方面应加大桥口部分的阻力，迫使金属向筋部流动，在设计终锻型槽时般采取下列具体措施增大过渡处的圆角半径将带筋的部分放在上模增大桥口部分的阻力，即加大值。但圆角半径过大时，要增大加工余量桥口部分阻力过大时，上下模不能打靠，甚至可能造成桥口被打塌等。叉形锻件模锻时，常在内端角处产生充不满的情况。将坯料直接进行终锻时，金属的变形流动情况，沿横向流动的金属先水平外流，与模壁接触后，部分金属转向内角处流动。由于变形流动情况决定了沿横向是最难充满的地方，之所以在内端角部分更不易充满还由于此处被排出的金属，除了横向流入型槽外，有很大部分沿轴向流入飞边槽，造成内端角处金属量不足所致。因此，为避免为种缺陷，终锻前制坯时应将叉形部分劈开，这样，终锻时就会改善金属的流动情况，以保证内端角处充满。热模锻压机锻造的个特点，即金属在水平方向的流动较为强烈，而在高度方向的充填能力较差。这在成形具有轮廓大厚度小的平衡块的曲轴时则表现的更加突出。平衡块的顶部，尤其是圆角处很难饱满成形。所以，在预锻时，为了保证曲轴平衡块能够充满，在预锻件平衡块间设计了连皮，目的是在终锻时将连皮处多余的金属横向挤压流动后，在模具侧壁以及桥部口阻力的作用下，迫使金属向向高度方向流动以充满模膛。连皮的最佳厚度采用数值模拟的方法确定。图.曲轴预锻件图为了减小金属流动阻力，同时防止产生折叠，预锻件的圆角要比终锻件的大。在锤击方向，预锻件未注凹圆角预锻型腔为凸圆角均在终锻件圆角基础上加。在水平面上拐角处的圆角半径也适当增大。预锻件的拔模斜度与终锻件致。按照以上原则绘制的曲轴预锻件图结构和尺寸如图.所示，采用软件建立的预锻热锻件三维模型如图.所示。图.预锻热锻件三维模型.设备吨位的选择为了获得优质锻件并节省能量，保证正常的生产率锻模使用寿命及设备工作状态，选用适当吨位的热模锻压机是至关重要的。时至今日，对锻模成形过程与变形力的关系，理论认识仍很不够，虽然不少分析的理论计算方法，由于工艺因素复杂，在计算上都有不同程度的偏差。在生产上，方便起见，多用从经验中总结出来的经验或经验理论公式进行快速的运算确定吨位。甚至更为简易的方法是，以参照相似锻件的经验直接判断所需设备吨位。这里，我们采用经验公式来计算锻件的锻造压力，并选择设备吨位。.式中金属变形抗力系数，决定于钢种和锻件形状的复杂程度，般取值为，对于曲轴般取包括锻件飞边桥部宽度在内的投影面积。根据终锻件三维模型测得锻件投影面积为.，飞边桥部宽度按计算，则桥部面积为.，计算得到.。考虑到设备安全和工厂实际情况，选用的热模锻压机。在后面的数值模拟中将对成形载荷进行精确计算。.毛坯尺寸的确定确定锻模所需原坯料尺寸时，应根据锻件的形状和尺寸以及所采用的模锻方法，先计算出所需的金属体积，然后再算出坯料的截面尺寸和下料长度。生产中由于方钢品种少及其工艺适应性小的原因，通常用圆钢作为毛坯。根据经验，同类曲轴锻造时材料利用率般为。按照材料利用率为计算，终锻件重量为.，则坯料重量为.，初步选择的坯料。这种经验方法不是很精确，后面将采用数值模拟的方法进行坯料的优化选择。.本章小结本章通过对曲轴毛配成形的方法的介绍，确定了对曲轴毛坯进行精密锻造，本章内容主要介绍了曲轴的锻造工艺，在此之前对精密锻造应用进行了详细的了解，还分析了曲轴零件的特性，例如锻件的材料性。最终确定了曲轴锻造生产的工艺流程下料中频感应加热预锻终锻热切边热校正可控冷却抛丸检测硬度力学性能探伤等机加工。曲轴毛坯的锻造工艺对曲轴模具的设计有巨大的帮助。第章曲轴锻模设计现代锻件生产正在向复杂精密多品种换代快以及交货周期短的方向发展，传统的模具设计和制造方式已不能满足要求，因此锻模技术受到了普遍的重视。曲轴零件形状复杂，为了提高曲轴质量节省材料和工时消耗，日益趋向采用热模锻压力机为锻造主机进行生产。目前仍广泛使用的人工计算设计曲轴锻件和锻模的方法，往往不能满足设计精度要求。曲轴几何形状自成体系，与般的锻件生产有很大区别，难度较大而且工序较多，如果利用计算机辅助设计可以大大提高设计速度。锻模的优越性是多方面的，目前已经明显表现出来的主要优点有设计速度快准确性高可以把多方面的经验和研究成果集中起来，方便地应用于设计和加工，从而提高了设计质量可以使设计人员从繁重的重复性劳动中解脱出来，更有效地从事创造性的工作理论研究成果可以更有效更直接地应用于设计。在人工设计时，许多理论研究成果由于计算过于复杂而难以直接应用。计算机的高速计算存储及处理大量数据的能力，使得这方面的限制大为减小，从而加速了锻模设计这“经验技术”向“科学技术”的过渡，有可能从本质上提高工艺和锻模设计的质量设计可以实现多方案比较，达到优化的目的技术使设计便于修改和存储，具有良好的设计柔性。目前，国内已有大量的厂家采用各种通用软件或者自行设计二次开发的软件来缩短产品设计周期，取得了明显的效果。采用通用的软件来进行曲轴模具的设计，取得了良好的效果。.模具结构设计热模锻压机模具结构设计主要考虑以下几个方面模架热模锻压力机由于工作速度低工作平稳装有顶出装置模锻时上下模不能压靠，锻模不承受锻压过程中的过剩能量，不需要考虑锻模承击面的大小，所以热模锻压力机用的锻模般采用在通用模架内安装带型槽镶块模块的组合式结构。这种组合式锻模主要由通用模架具有型槽的镶块镶块垫板镶块紧固件导柱导套顶出机构等零件组成。模架是用作紧固模块并传递锻压机顶料运动的主要部件，它承受锻造过程中的全部负荷。模架的种类很多，可按不同的工艺要求设计。目前常用的模架结构形式有压板式模架和定位键式模架，根据实际情况，选用定位键式模架。这种模架的特点是镶块垫板和模座之间均用十字形布置的键实现前后左右方向定位，用螺栓将三者紧固成体。定位键式模架的优点是具有较好的互换性和通用性，镶块尺寸可在较大范围内调节，适用于各种类型锻件的生产。模块热模锻压机上大都采用组合式模具，而模块则是模具的主体。模块上开设各种成形模膛，模膛的尺寸由热锻件图确定。通常个模块上只设置个模膛，但有时也可能把二个或几个模膛同时设置在个模块上，在本套曲轴的模具设计中，个模块只设置个模膛。模块的形式应与模架结构形式相适应并同时确定，其主要形式有两种长方形和圆柱形。因为长方形模块调整加工比圆柱形模块容易，近年来长方形模块采用较多。本套模具中，采用长方形模块，模块尺寸为。导锁锻压机上模锻虽然有良好的导向装置，但当锻件的分模面为斜面曲面或锻模中心与模膛中心的偏移量较大时，在模锻过程中将产生水平分力，引起锻模和锻件错移，并加速压机导轨和模具导柱导套的磨损。因此，在这些情况下，锻模模膛的模块上常常采用锁扣来平衡错移力。由于此曲轴模锻变形阻力不均匀，因而模膛中心不可能与锻模块中心重合，又考虑到锻件的精度要求较高和设备经长期使用导向精度难以达到要求，为了避免模锻时产生错移，所以在模具设计时考虑采用导锁进行锻造时的导向和定位。根据模块的形状和型腔的布局，设计为对角导锁，其尺寸可通过查设计手册得到。本套模具导锁大小设计为，高度为，拔模斜度为，导锁间隙为.。排气孔终锻模膛如有较深的型腔，金属在滑块的次行程中成形时，聚积在深腔内的空气受到压缩，无法溢出而产生很大的压力，阻止金属充满型腔的深处，故应在型腔中金属最后充满处开设排气孔。排气孔的直径为，孔