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“鍛造”是金屬加工的主要方法和手段之一，鍛錘是多種鍛壓機器的先驅。盡管各種鍛造成形新工藝、新設備的不斷涌現，但鍛錘由于結構簡單、操作方便、成形速度快、適應性強、投資少等優點，至今仍然起著非常重要的作用。特別是程控全液壓鍛錘的出現，使鍛錘在現代鍛造工業技術發展中又一次得到了復興。
鍛錘的突出優點在于打擊速度快，因而模具接觸時間短，特別適合要求高速變形來充填模具的場合。例如帶有薄筋板、形狀復雜的而且有重量公差要求的鍛件。由于其快速、靈活的操作特性，其適應性非常強，有人稱之為“萬能”設備。因而特別適合多品種、小批量的生產。鍛錘是性價比較優的成形設備。 1 鍛模的設計 1.1零件分析 連桿是汽車發動機中的零件，主要用來連接活塞和曲軸。其功能是將活塞承受的燃油爆發力傳遞給曲軸，使活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動。汽車發動機轉速很高，連桿在高速運動中將承受很大的交變應力。 1.2 確定分模位置 分模面一般應該設置在鍛件的最大輪廓處，在本設計中如圖1所示A-A截面為最大截面，所以A-A截面為分模面。
1.3 確定加工余量和公差 根據鍛件圖的具體數據，進行以下計算： 估算鍛件質量：桿長L=210-40-60=110mm；桿部的截面積為=32x24=768mm2 所以連桿桿部的體積約為：V=110x768=84480mm3大頭體積：R內＝37.5mm；R外＝120/2＝60mm；又因為連桿大頭只有一半為此次鍛造所需要有效部分，所以大頭體積為：V大頭＝1/2xπh(R2外-R2內)＝1/2x3.14x40(602-37.52)=137767.5mm3 小頭體積：R外=29.6mm；R=21.5mm 所以小頭體積為：V小頭＝πh（R外2- R內2）＝3.14 x 40(29.5 2-21.5 2) ＝51244mm 3； 所以該連桿的體積為：V＝V桿+ V大頭+ V小頭＝84480+137767.5+51244≈273491.5 mm 3； M＝ρv＝7.85x273491.51x10-3＝2146.9g；所以鍛件質量約為2.15Kg。 鍛件的復雜系數：S＝V/ V外包＝273491.5 /1352000＝0.20 ；得該鍛件級別為Ⅲ級S3，形狀復雜系數為較復雜[1]。 鍛件材質系數的確定 由鍛件圖要求知道，該零件材料為高碳非調質鋼，由相關質料知該零件材質系數為M 2。 公差與余量 確定模鍛件在長度、寬度、高度方向上的加工余量尺寸和公差[2]： 高度公差： 高度及水平尺寸的單邊余量約為1.7～2.2mm。取2mm 1.4 確定鍛錘噸位 因為該柴油機連桿件為大批量生產，要求有較高的生產效率，為降低成本，所以系數取較大系數6.3. 得k取值為1.0[1]。F＝13000+760 x 23＝30400 mm 2 現有雙作用模鍛錘噸位確定的經驗公式：G＝(3.5～6.3)kF =6.31.0 x 30400＝1920kg，選取2噸錘。 1.5 設計終鍛型槽 終鍛型槽是按熱鍛件圖加工和檢驗的，收縮率為1％。根據類似連桿生產經驗總結，考慮到鍛模使用后承擊面下陷，型槽深度減小及精壓時變形不均，橫向尺寸增大等因素，需修改幾處尺寸： （1）輻板處增厚0.5mm，如圖2所示。
（2）連桿小頭高度42.3mm處，其理論高度為：42.3 x（1+1％）＝42.7mm；實際取43.5mm。大頭左上端與右下端做成斜面，將高度尺寸42.5mm上下各增0.7mm。` （3）中間桿厚度: 25.5 x (1+1%)=25.8mm （4）兩頭圓中心線長： 210 x（1+1％）＝212mm；但考慮到該零件需用圓心做中心定位，所以熱鍛件兩圓心距不變仍取212mm。 （5）大頭半圓邊距：126.4 x (1+1%)=127.7mm。 （6）大頭內圓半徑：32 x（1+1％）＝32.3mm； 1.6 設計預鍛型槽 由于鍛件復雜，須設置預鍛型槽，以便達到如下目的： 1）確保金屬無缺陷的流動，易于充填型槽；2）減少材料流向毛邊的損失；3）減小終鍛型槽磨損；4）取得所希望的流線和便于控制鍛件的力學性能． 大頭叉部的預鍛： 因為大頭有叉，且叉間距離不大，所以必須在預鍛型槽中使用坯料臺，預鍛時依靠劈料臺把金屬擠向兩側，流入叉部型槽內。由于該鍛件叉部不是太窄，如圖3尺寸所示。
1.7 繪制計算毛坯圖 由原計算數據所得的截面圖顯然不夠圓滑，所以應對其進行修正，其修正后的圖如連桿的剖面圖和計算毛坯圖中的雙點劃線部分。因修正后面積變化不大，所以修正后最大截面積可以依然取原來的最大截面積3066mm ，最大截面周長也取原來值62.6mm。 1.8 制坯工步的選擇 由文獻[1]查表4-59，得制坯工步為拔長-開式滾壓，綜合兩個簡單毛坯制坯工步，最后確定連桿制坯形式為開式拔長-開式滾壓。 1.9 確定坯料尺寸 模鍛用原材料的體積應包括鍛件本體、毛邊、連皮、夾鉗料頭和加熱引起的氧化皮之總和。原材料的橫截面尺寸及長度是以計算毛坯為基礎，再根據熱鍛件特點及所選訂的制坯工步、模鍛方法確定。 確定坯料計算公式。則 L頭=L計-L計1-L桿2=289-83.5-100=105.5mm;V頭=V計-V計1-V桿2=375040-10448-72000=198551mm2;A拔=V頭/L頭=198551/105.5=1882 mm2; A滾=1.2A均=1.2*1298=1557.6 mm2 A坯=A拔-K (A拔-A滾)=1882-0.033(1882-1557.6)=1871 mm2 則選方鋼邊長a1= = =43.6mm,選a=45mm的方鋼。 燒損率δ＝3％；坯料體積為：V ＝V （1+δ）＝367655.5*（1+3％）＝378685.2mm3；坯料長度：L ＝V /a2＝190mm； 根據坯料的質量和長度，該連桿鍛件適用于采用調頭模鍛，一料一件，考慮到實際情況，下料為方鋼45mmx400mm。 1.10 鍛模結構設計 根據前面計算可知，模鍛該連桿的設備為2噸模鍛錘機組，考慮到實際應用中加熱爐一般在錘的右方，現假設實際加工中加熱爐在錘的右方，故拔長型槽布置在右邊，滾擠型槽布置在鍛模鍛模左邊，預鍛工步從左至右。 1.11 連桿模鍛工藝流程的最終確定 1）下料：剪切機冷切；2）加熱：1220～1240℃；3）模鍛：2t模鍛錘，拔長、開式滾擠、預鍛、終鍛；4）熱切邊：1600kN切變壓力機；5）打磨毛刺：砂輪機；6）熱處理：① 油冷淬火 ② 淬火后應及時回火③ 錘用鍛模燕尾的硬度，要求比型面低HRC4～6單位。7）酸洗：酸洗槽；8）冷校正：1t夾板錘；9）冷精壓：1000KN精壓機；10）探傷；11）測硬；12）檢驗。 2 鍛模材料的選擇 按錘鍛模用材料應滿足的基本要求，另外考慮到該連桿鍛件為批量生產，生產數量較大，最后選用5CrMnSiMoV做為該模具用鋼，該鋼種鍛模硬度數據為如下： 型槽：321～364HB； 表面：35～39HRC； 燕尾部分：286～321HB；30～35HRC 3 結論 該鍛模保證了連桿鍛件的外廓尺寸和精度要求，降低了生產成本，提高了生產效率，滿足了生產要求。 |
