【正文】 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題 目：摩托車鋁合金消聲器尾蓋鍛造模具 計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì) 2 摘 要 目前，摩托車上用到的合金材料有鋁合金、鎂合金及鈦合金等，這幾種合金材料以其各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，贏得了在摩托車 市場(chǎng) 上重要的一席之地 ， 尤其是鎂合金和鋁合金，其廣泛的應(yīng)用形勢(shì)被眾多業(yè)內(nèi)人士看好 。 在兩輪摩托車上，近年來推出的車型不斷向高馬力重量比發(fā)展，國外已經(jīng)有大量使用此原料的習(xí)慣。至于改裝零件、賽車零件市場(chǎng)，鋁合金制的產(chǎn) 品 更是比比皆是，很多諸如升高腳踏、車把、發(fā)動(dòng)機(jī)零件等，都是以一些高性能的鋁合金作為原材料制作而成的。 鋁合 金制品，其重量輕、抗沖擊、耐用等方面優(yōu)勢(shì)， 是減輕重量和提升產(chǎn)品性能的重要材料之一。 6061鋁 合金中的主要合金元素為鎂與硅，具有中等強(qiáng)度、良好的 可成型性 、 抗腐蝕性、可焊接性 、 氧化效果較好 ， 而且它的相變溫度和鍛造溫度均較低，非常適合采用等溫模鍛方法制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。 本文對(duì) 摩托車鋁合金消聲器尾蓋 進(jìn)行 鍛造工藝分析 ，確定鋁 合金 6061鍛造熱力 學(xué) 參數(shù)， 確定鍛件毛坯的加熱方法 ， 鍛造模具的預(yù)熱方法。 通過其鍛造工藝分析，確定成型方案之后，用三維軟件（ PRO/E）設(shè)計(jì)該零件的鍛造模具。 有限元數(shù)值模擬己經(jīng)逐漸發(fā)展成為研究鍛 造過程的有效工具。本文使用大型鍛造專用軟件 DEFORM3D對(duì) 鋁 合金 6061復(fù)雜結(jié)構(gòu)件等溫鍛造過程進(jìn)行了模擬 ，充分了解金屬的流動(dòng)規(guī)律、應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，用三維軟件（ PRO/E）的有限元分析模塊分析了模具的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律，為鍛造 和模具設(shè)計(jì) 過程提供有參價(jià)值的數(shù)據(jù)，從而可以減少試模時(shí)模具破裂的機(jī)率。 關(guān)鍵詞 鋁 合金 6061； 等溫鍛造 ； 模具設(shè)計(jì) ； 有限元分析 3 ABSTRACT At present, the alloy materials used on the motorcycle are the aluminum alloy, the magnesium alloy and the titanium alloy and so on. These kinds of alloy materials have played an important part in the motorcycle market by its each unique superiority. Especially the widely application of the magnesium alloy and the aluminum alloy has attracted many professional persons. The vehicle types on the motorcycle promoted in recent years are toward to the high power. The foreign nations have widely used these materials for many years. As for the change of the ponents and the race vehicle market, the products of the aluminum alloy are used more abroad. Many products such as the rising Footboard, the steering handle and the engine part and so on are made in some high performances aluminum alloys. The aluminum alloy is one important material for lightening the product weight and improving the product performance, because of the light weight, the anti impact and the durable use of its product. The main alloying elements in the aluminum alloy 6061 are the magnesium and the silicon. Its product has the medium intensity, the good formability, the anti cauterization, good welding, and the good oxidized effect。 also its transformation temperature and the fing temperature are lower, so it is extremely suitable to manufacture plex structure by using the Isothermal Fing method. In this thesis, the fing craft of the aluminum alloy silencer cover of the motorcycle is analyzed, then the fing thermodynamic parameter of the aluminum alloy 6061, the method of heating up the fing billet and the preheating method of the fing dies are defined. Through the fing craft analysis, the shaping method of the fed piece is determined and then the fing dies is designed with the three dimensional software (PRO/E). 4 Numerical simulation based on FEM has bee a powerful tool on analyzing fing process. In this paper, 3D numerical simulations for isothermal fing processes of a plex structural ponent of aluminum alloy 6061 were performed by using of DEFORM3D software. The flowing rule of the alloy, the strain and the stress distribution rule within the work piece were analyzed in the simulation. Also the strain and the stress distribution rule of the dies were analyzed by using the three dimensional software (PRO/E). The results of the simulations offer valuable data for the fing and the designing of the dies, so the damage chance of dies is reduced when testing the molds. Key Words Aluminum alloy 6061； Isothermal Fing； Model design； Finiteelement analysis 5 目 錄 摘 要 ABSTRACT 第一章 緒論 引言 第二章 摩托車鋁合金消聲器尾蓋鍛造工藝分析 鋁合金 6061的特性 零件的可成型性分析 第三章 加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 加熱方法 保溫方法 第 四 章 鍛造模具設(shè)計(jì) 鍛造模具的分類和成型特點(diǎn) 尾蓋所用的成型模具 第 五 章 尾蓋塑性成形的 有限元分析 應(yīng)用現(xiàn)狀 數(shù)據(jù) 結(jié)論 參考文獻(xiàn) 致謝 6 第 1 章 緒論 鋁合金鍛造 技術(shù) 和模具的 概況 引言 鋁及鋁合金因有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、耐 高低溫性能好、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率優(yōu)良、可熱處理性好、加工成形容易、表面美觀等一系列無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。世界各國均將鋁合金及其產(chǎn)業(yè)作為重點(diǎn)發(fā)展方向。其發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他金屬材料，是消費(fèi)量僅次于鋼鐵的金屬。 目前，摩托車上用到的合金材料有鋁合金、鎂合金及鈦合金等，這幾種合金材料以其各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，贏得了在摩托車上重要的一席之地，尤其是鋁合金，其廣泛的應(yīng)用形勢(shì)被眾多業(yè)內(nèi)人士看好 。 鋁合金的成型工藝有鑄造和鍛造的方法，但鍛造的產(chǎn)品比鑄造的產(chǎn)品有更多優(yōu)點(diǎn)，雖然現(xiàn)在還是鑄造占主導(dǎo)地位，但隨著產(chǎn)品要求的提高 ，鍛造會(huì)逐漸成為重要零件的主要加工方法。 例如汽車上重要的零件 輪轂 就有 逐漸 鋁合金化和以鍛造為主的趨勢(shì)。 在過去的 10年，全球鋁合金汽車輪轂產(chǎn)量的年平均增長率達(dá) ％。 2021年，美國轎車與輕型卡車的 59％都用的是鋁合金輪轂，其總質(zhì)量約 290kt。其中約８１％是用Ａ 356合金低壓永久模鑄造的，用 6061合金鍛造的輪轂占 11％，以 5454合金薄板及厚板加工的分別占 4％及 3％，高壓擠鑄（ Squeeze Cast）的占 1％。在近些年，鍛造鋁合金輪轂的增長速度比鑄造輪轂的增長速度快得多，因?yàn)榍罢哂懈叩男阅軆r(jià)格比。 至今，現(xiàn)代塑性加工技術(shù)正向智能化、精確化和自動(dòng)化方向發(fā)展。塑性加工技術(shù)的精確化包括兩方面內(nèi)容 :一是鍛件的外形尺寸盡可能接近零件的形狀尺寸，即所謂近 /凈形鍛件 :二是鍛件內(nèi)在冶金質(zhì)量的精確控制，鍛件的組織性能滿足使用要求并且穩(wěn)定一致。塑性加工技術(shù)向精確化方向的發(fā)展，可以滿足高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的現(xiàn)代化生產(chǎn)要求。特別是在航空航天領(lǐng)域里， 7 由于對(duì)鍛件質(zhì)量的要求苛刻，原材料的價(jià)格昂貴，所以對(duì)于從事飛行器制造的企業(yè)來說，塑性加工技術(shù)精確化不僅使制造成本大為降低，而且可以提供優(yōu)質(zhì)鍛件，從而提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。在國外，塑性加工技 術(shù)精確化已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，據(jù)有關(guān)資料介紹，美國 F22戰(zhàn)斗機(jī)的 鈦 合金隔框，在超塑性條件下，一次整體成形。在 國內(nèi)由于受設(shè)備 噸位以及生產(chǎn)技術(shù)條件的制約，塑性加工技術(shù)精確化的發(fā)展尚處于初級(jí)階段。 國內(nèi)外 對(duì)鍛造技術(shù)的 研究現(xiàn)狀 鍛件產(chǎn)量分布 作為機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)，鍛壓行業(yè)對(duì)裝備制造業(yè)和國防建設(shè)具有重要的影響，也是一個(gè)國際工業(yè)化程度的重要標(biāo)志，我國已成為世界鍛壓業(yè)的大國，但還不能稱其為世界鍛壓業(yè)的強(qiáng)國。 國內(nèi)外鍛件的產(chǎn)量和使用情況如表 1—1和表 1—2。 表 1—1 世界鍛件產(chǎn)量分析 表 1—2 世界鍛件使用分布情況 8 我國鍛壓業(yè)與世界先進(jìn)國家的差距 (1)鍛件類別的差距 日本作為當(dāng)今世界上鍛壓業(yè)最先進(jìn)的國家，其模鍛件占總量的 %，自由鍛件占 %，環(huán)形件占 %，我國模鍛件占 65%，自由鍛件占 35%；日本在模鍛件中冷鍛件占 %，我國約占 1%（不包含標(biāo)準(zhǔn)件）；日本鋁鍛件占 %，我國占 %。 (2)勞動(dòng)生產(chǎn)率 日本全員勞動(dòng)生產(chǎn)率為 175噸 /人?年，印度為 /人?年。我國最具代表性的汽車鍛造公司的全員勞動(dòng)生產(chǎn)率為 50噸 /人?年，浙江溫州地區(qū)的統(tǒng)計(jì)約為 /年?人。 (3)能源消耗與環(huán)保 我國能源總量為世界第三位，能源消費(fèi)是世界第二位，占世界總消費(fèi)量10%。能源利用率只達(dá) 32%，日本為 57%，而每百萬美元 GDP的 二氧化碳 排量 ，是日本的 ，印度的 。 (4) 模具壽命 我國熱鍛模壽命一般在 4000－ 6000件，主要受工藝設(shè)計(jì)、鍛造設(shè)備、加熱、潤滑等因素影響，國外模具壽命在 10000－ 15000件， 是我國的 右 ， 模具壽命是影響鍛件成本的主要因素，提高鍛模的壽命是鍛造企業(yè)共同的使命。 鍛造設(shè)備 我國已有 8MN以上 液壓機(jī) 140余臺(tái)，其中 60MN－ 125MN壓機(jī) 9臺(tái)，具備了 600MW亞臨界火電機(jī)組， 700MN水電機(jī)全部大鍛件的生產(chǎn)能力， 150MN液壓機(jī)的投入使用，相應(yīng)配套裝備及工藝水平就位后將能制造 550－ 600噸鋼錠，生產(chǎn) 300噸級(jí)優(yōu)質(zhì)鍛件，逐步滿足現(xiàn)全部靠進(jìn)口的 700MW水電， 1000MW核電及超臨界火電機(jī)組的大鍛件。 我國模鍛件生產(chǎn)企業(yè)，部分骨干企業(yè)采用了熱模鍛壓力機(jī)，并相應(yīng)配以 9 操作機(jī)械手和多工位熱成形壓力機(jī)外，大多數(shù)企業(yè)仍采用雙盤摩擦壓力機(jī)上