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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。保证了锻件的外廓尺寸和精度要求，成本低生产率高
符合实际生产要求。
关键词：锻造；锤上模锻；加工工序；终锻型槽 ；预锻型槽
中图分类号：V261.3+2文献标识码：A
1 引言
“锻造”作为金属加工的主要方法和手段之一，在国民经济中占有举足轻重的地位，是装备制造业，特别是机械、汽车行业，以及军工、航空航天工业中的不可缺少的主要加工工艺。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。
2连杆锻锤设计流程
锻模设计是为了实现一定的变形工艺而进行的。因此，在生产中应首先根据零件的尺寸、形状、技术要求、生产批量大小和车间的具体情况确定变形工艺和模锻设备、然后再设计锻模。锻模设计的程序如下：1.零件分析；2.根据零件图设计锻件图；3.根据锻件图计算锻件主要参数；4.确定锻锤吨位；5.考虑收缩率绘制热锻件图；6.连杆模锻工艺流程（拔长-滚挤-预锻-终锻）；7.设计终锻型槽；8.设计预锻型槽；9.绘制计算毛坯图；10.制坯工步的选择；11.确定坯料尺寸；12.制坯型槽设计；13.连杆锤锻模结构设计。
锻模的设计
3.1零件分析
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。
3.2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。
3.3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=210-40-60=110mm；杆部的截面积为=32x24=768 mm
所以连杆杆部的体积约为：V=110x768=84480mm大头体积： R＝37.5mm； R＝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分，所以大头体积为：V＝1/2xπh（R- R）＝1/2x3.14x40（60-37.5）
＝137767.5mm
小头体积： R＝29.5mm ； R＝21.5mm；
所以小头体积为：V＝πh（R- R）＝3.14 x 40(29.5-21.5) ＝51244mm；
所以该连杆的体积为：V＝V+ V+ V＝84480+137767.5+51244
≈273491.5 mm；
M＝ρv＝7.85x273491.51x10＝2146.9g；
所以锻件质量约为2.15Kg。
② 锻件的复杂系数：S＝V/ V＝273491.5 /1352000＝0.20 ；
查有关资料手册（《锻造工艺学与模具设计》P95表4-3）得该锻件级别为Ⅲ级S，形状复杂系数为较复杂。
③ 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。
④ 公差与余量
由《锻模设计手册》中P111页表4－5可 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:
高度公差：2.8； 长度公差：4.0； 宽度公差：3.2；
查《锻模设计手册》P108页表4-3可知：
高度及水平尺寸的单边余量约为1.7～2.2mm。取2mm
3.4 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，以降低成本，所以系数取较大系数6.3.
查《锻造工艺学与模具设计》P122页表4-10得k取值为1.0。
F＝13000+760 x 23＝30400 mm
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。
3.5 设计终锻型槽
终锻型槽是按热锻件图来加工和检验的。考虑收缩率为1％。根据类似连杆生产经验总结，考虑到锻模使用后的承击面下陷，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: 25.5 x (1+1%)=25.8mm
④两头圆中心线长： 210 x（1+1％）＝212mm；
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；
3.6 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：
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，现采用《锻模设计手册》P136页图4-41所推荐样式，具体间图3所示。图上有关尺寸按下列式子确定：
3.7 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。
3.8 制坯工步的选择
由文献[1]查表4-59，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。
3.9 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總和。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=L-L-L=289-83.5-100=105.5mm;V=V-V-V=375040-10448-72000=198551mm;A=V/L=198551/105.5=1882 mm;
A=1.2A=1.2x1298=1557.6 mm
A=A-K (A-A)=1882-0.033(1882-1557.6)=1871 mm
则选方钢边长a===43.6mm,选a=45mm的方钢。
烧损率δ＝3％；坯料体积为：V＝V（1+δ）＝367655.5x（1+3％）＝378685.2mm；坯料长度：L＝V/a＝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。
3.10 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。
3.11 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。
4 结论
通过本次连杆锤锻模设计，锻模达到以下优点：(1)．锻模应有足够的强度和高的寿命；(2)．锻模工作时应当稳定可靠；(3)．锻模工作时应满足生产率的要求；(4)．便于操作；(5)．模具制造简单；(6)．锻模安装、调整、维修简易；(7)．在保证模具强度的前提下尽量节省锻模材料；(8)．锻模的外廓尺寸等应符合设备的技术规格。以上这些优点保证了锻件的外廓尺寸和精度要求，成本低生产率高符合实际生产要求。
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
[2]吕炎.锻模设计手册[M]，北京，机械工业出版社，2006年1月第二版
符合实际生产要求。
关键词：锻造；锤上模锻；加工工序；终锻型槽 ；预锻型槽
中图分类号：V261.3+2文献标识码：A
1 引言
“锻造”作为金属加工的主要方法和手段之一，在国民经济中占有举足轻重的地位，是装备制造业，特别是机械、汽车行业，以及军工、航空航天工业中的不可缺少的主要加工工艺。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。
2连杆锻锤设计流程
锻模设计是为了实现一定的变形工艺而进行的。因此，在生产中应首先根据零件的尺寸、形状、技术要求、生产批量大小和车间的具体情况确定变形工艺和模锻设备、然后再设计锻模。锻模设计的程序如下：1.零件分析；2.根据零件图设计锻件图；3.根据锻件图计算锻件主要参数；4.确定锻锤吨位；5.考虑收缩率绘制热锻件图；6.连杆模锻工艺流程（拔长-滚挤-预锻-终锻）；7.设计终锻型槽；8.设计预锻型槽；9.绘制计算毛坯图；10.制坯工步的选择；11.确定坯料尺寸；12.制坯型槽设计；13.连杆锤锻模结构设计。
锻模的设计
3.1零件分析
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。
3.2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。
3.3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=210-40-60=110mm；杆部的截面积为=32x24=768 mm
所以连杆杆部的体积约为：V=110x768=84480mm大头体积： R＝37.5mm； R＝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分，所以大头体积为：V＝1/2xπh（R- R）＝1/2x3.14x40（60-37.5）
＝137767.5mm
小头体积： R＝29.5mm ； R＝21.5mm；
所以小头体积为：V＝πh（R- R）＝3.14 x 40(29.5-21.5) ＝51244mm；
所以该连杆的体积为：V＝V+ V+ V＝84480+137767.5+51244
≈273491.5 mm；
M＝ρv＝7.85x273491.51x10＝2146.9g；
所以锻件质量约为2.15Kg。
② 锻件的复杂系数：S＝V/ V＝273491.5 /1352000＝0.20 ；
查有关资料手册（《锻造工艺学与模具设计》P95表4-3）得该锻件级别为Ⅲ级S，形状复杂系数为较复杂。
③ 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。
④ 公差与余量
由《锻模设计手册》中P111页表4－5可 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:
高度公差：2.8； 长度公差：4.0； 宽度公差：3.2；
查《锻模设计手册》P108页表4-3可知：
高度及水平尺寸的单边余量约为1.7～2.2mm。取2mm
3.4 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，以降低成本，所以系数取较大系数6.3.
查《锻造工艺学与模具设计》P122页表4-10得k取值为1.0。
F＝13000+760 x 23＝30400 mm
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。
3.5 设计终锻型槽
终锻型槽是按热锻件图来加工和检验的。考虑收缩率为1％。根据类似连杆生产经验总结，考虑到锻模使用后的承击面下陷，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: 25.5 x (1+1%)=25.8mm
④两头圆中心线长： 210 x（1+1％）＝212mm；
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；
3.6 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：
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，现采用《锻模设计手册》P136页图4-41所推荐样式，具体间图3所示。图上有关尺寸按下列式子确定：
3.7 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。
3.8 制坯工步的选择
由文献[1]查表4-59，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。
3.9 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總和。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=L-L-L=289-83.5-100=105.5mm;V=V-V-V=375040-10448-72000=198551mm;A=V/L=198551/105.5=1882 mm;
A=1.2A=1.2x1298=1557.6 mm
A=A-K (A-A)=1882-0.033(1882-1557.6)=1871 mm
则选方钢边长a===43.6mm,选a=45mm的方钢。
烧损率δ＝3％；坯料体积为：V＝V（1+δ）＝367655.5x（1+3％）＝378685.2mm；坯料长度：L＝V/a＝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。
3.10 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。
3.11 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。
4 结论
通过本次连杆锤锻模设计，锻模达到以下优点：(1)．锻模应有足够的强度和高的寿命；(2)．锻模工作时应当稳定可靠；(3)．锻模工作时应满足生产率的要求；(4)．便于操作；(5)．模具制造简单；(6)．锻模安装、调整、维修简易；(7)．在保证模具强度的前提下尽量节省锻模材料；(8)．锻模的外廓尺寸等应符合设备的技术规格。以上这些优点保证了锻件的外廓尺寸和精度要求，成本低生产率高符合实际生产要求。
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
[2]吕炎.锻模设计手册[M]，北京，机械工业出版社，2006年1月第二版