【正文】 來比較簡便。 DEFORM (Design Environment for FORMing)軟件是山美國 Battele Columbus 實(shí)驗(yàn)室和俄亥俄州立大學(xué)精密成形工程中心共同開發(fā)的一套有限元分析軟件。 其目的是，揭示等溫鍛造過程中材料的流動規(guī)律和坯料的填充規(guī)律，并確定最佳的坯料形狀尺寸，為該結(jié)構(gòu)件等溫鍛造過程的 順利實(shí)施提供理論指導(dǎo)。 50 第 5 章 尾蓋塑性成形的有限元分析 引言 在熱變形過程中，鋁合金要經(jīng)受溫度和應(yīng)力雙重影響，其內(nèi)部組織變化非常復(fù)雜，是一種不穩(wěn)定的非可逆過程 ,也是一種大變形的非線性變形過程。 鍛壓設(shè)備的選擇 鍛造所需的鍛壓力可按經(jīng)驗(yàn)公式 4— 8計(jì)算。 與此同時(shí)．模具表面膜在上述惡劣條件下，則粘附傾向小，抗粘結(jié)性好；當(dāng)潤滑劑中加入極壓添加劑后．增加潤滑膜吸附能力和潤滑膜強(qiáng)度，避免潤滑膜易破裂。塑料與模具型腔工作面相對滑動速度高，冷變形壓力大，局部整變形溫度高。故應(yīng)有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和絕熱性能。 結(jié)構(gòu)如圖 4— 12。 4． 3． 3 頂出機(jī)構(gòu) 為了能迅速地從模膛中頂出鍛件并使模具可靠地工作，在設(shè)計(jì)和制造中，對模具的頂出裝置應(yīng)給予足夠的重視。 其他尺寸及要求見 零件圖。對于鋁合金鍛件用鍛模，若其預(yù)熱溫度和工作溫度保持在 300～ 500℃ ，則收縮率為 %。當(dāng)鍛件出模后冷卻到室溫，鍛件必須符合冷鍛件圖的尺寸要求。 該凹模選擇 5CrNiMo 來制造。 熱模鍛和等溫鍛造是對高溫的坯料進(jìn)行打擊，變形金屬流動劇烈，鍛件與模具接觸時(shí)間較長。 該模具采用雙層組合凹模，只要是為了節(jié)省模具鋼，結(jié)構(gòu)如圖 4— 10。對于圓形的凹模，可按受內(nèi)壓的厚壁圓筒計(jì)算公式近似計(jì)算。 模具零件的設(shè)計(jì) 鍛造模具主要零部件包括上下模座、上下模墊板、 凸凹 模、 應(yīng)力預(yù)緊圈、 43 導(dǎo)柱、導(dǎo)套、頂出機(jī)構(gòu)。 42 圖 48 模鍛件常用沖孔連皮 (5)確定毛坯的形狀和尺寸 為了確定坯料的尺寸規(guī)格，先要計(jì)算出坯料的總體積。常用連皮有四種形式 ：平底連皮、斜底連皮、帶倉連皮、拱底連皮。 圓角半徑直接影響模鍛時(shí)金屬的流動、模腔充滿、模鍛力、模具磨損、鍛件切削加工量和鍛件轉(zhuǎn)角處流線的切斷等。鍛件部分公差如圖 4— 6。 表 4— 1 模鍛件內(nèi)外表面加工余量（ JB383485） 39 查 表 4— 1得該零件的加工表面的加工余量為 ~，這里定為 2mm。 1） 加工余量的制 定 公差余量根據(jù) JB383485標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的原則，應(yīng)考慮下列因素：公差等級、鍛件質(zhì)量、 鍛件形狀復(fù)雜系數(shù) 。在確定模鍛鍛件圖時(shí)需預(yù)先考慮鍛件的分模面、加工余量、鍛造公差、工藝余塊、模鍛斜度、及圓角半徑等因素。 精密模鍛也分為開式精密模鍛和閉式精密模鍛，其成形原理跟普通的模鍛原理一樣。 （ 1） 生產(chǎn)精化毛坯 生產(chǎn)精度較高的零件時(shí)利用精 鍛工藝取代粗切削加工，即將精鍛件直接進(jìn)行精加工而得到成品零件。用精密模鍛生產(chǎn)的直齒圓錐齒輪齒形不需再進(jìn)行機(jī)械加工，齒輪精度可達(dá)到 7級。因此，普通擠壓變形的金屬流動規(guī)律也適用于對應(yīng)的閉式擠壓模鍛。 閉式模鍛按變形金屬充滿模膛的方式可分為鍛粗式和擠壓式兩類 。同開式模鍛相比，閉 式模鍛可大大投高金屬材料的利用率和鍛件精度 。阻 力小，模膛充不滿；阻力過大，能量消耗大，并加快模具磨損。當(dāng)金屬充滿模膛以后，此時(shí)鍛件的高度仍比所要求的要高，輪廓也不清晰。第二階段為充滿模膛階段，金屬被擠入型腔，在分模面上的直徑繼續(xù)擴(kuò)大， 33 并流入飛邊槽。在模鍛過程小，隨著上下模的逐漸閉合，金屬在充滿模膛的 同時(shí)，多余金屬流入飛邊槽形成飛邊。上下模閉合后所形成的空腔 A 稱為模膛或者型腔，其形狀與熱態(tài)鍛件相同。 模鍛的分類和成形特點(diǎn) 模鍛是指在外力作用下，利用模具迫使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形并充滿鍛模型腔的一種塑性加工方法。 熱電偶用螺紋固定在上下模板上，安裝尺寸為： 81M? 、長度 L=15mm。C以上 )2年 (1186。 圖 3—4 高溫粘合劑是一切保溫材料制品的輔助產(chǎn)品，供硅酸鋁纖維制品、巖棉、礦棉板微孔硅酸鈣絕熱制品等耐火、保溫材料、自身粘結(jié)或與鋼管道、金屬平壁的粘結(jié)之用，也可用于耐火磚、泡沫磚等材料的砌筑。 模具的預(yù)熱方法有：電加熱器加熱、煤氣加熱、天然氣加 熱等，本鍛造過程選用 電阻絲鑲嵌式加熱板 。25 177。15 177。5 177。 等溫鍛造過程中要對坯料加熱和模具的預(yù)熱。 表 2— 5 1804m 級的部分公差值 1804 m級 線性（ mm） 3~6 6~30 30~120 公 差 ? ? ? 倒圓角 3~6 6~30 公差 ? 1? 角度（角的長邊 mm） 50~120 公差 20? 零件功能允許的公差常常是大于一般公差，所以當(dāng)零件任一要素偶然地超出一般公差時(shí)，零件的功能通常不會被損害，只有 當(dāng)零件的功能受到損害時(shí)，超出一般公差的工件才能被拒收。 一般公差分精密 f，中等 m，粗糙 c，最粗 v，四個(gè)公差等級 。 尾蓋的 工程圖以及技術(shù)要求如 圖 2— 4。但是，由于影響因素比較復(fù)雜，使得理論上不易準(zhǔn)確地計(jì)算。 圖 2— 2 消聲器尾蓋零件的三維圖 根據(jù)上圖，可分為兩個(gè)部分：一是底部的圓柱體，二是帶有八個(gè)較薄的肋的薄壁圓筒， 其薄壁厚度只有 3mm。 鍛件形狀 如齒輪坯、輪轂、軸承、突緣等旋轉(zhuǎn)體鍛件最適合于整體凹模模鍛。一般模鍛用鋁合金、鎂合金等輕金屬和有色合金，因?yàn)槟ｅ憸囟鹊?，不易產(chǎn)生氧化、模具磨損小且鍛件表面粗糙皮低等，適宜于采用閉式精密模鍛。 又有研究表明： 工業(yè)供應(yīng)態(tài) LY12鋁合金棒材在未經(jīng)超塑性預(yù)處理的情況下具有超塑性，在變形溫度為 753K、應(yīng)變速率為 3． 3 4110S?? 的拉伸變形條件下，斷裂延伸率為 313％ ，應(yīng)變速率敏感性指數(shù) m值約為 0． 33。圖 21所示為 569℃時(shí)使用普通鋼刀切割合金坯料的切口形貌圖。 ②顯著提高金屬材料的塑性，毛坯的冷卻速度和變形速度均降低，因而大大降低了材料的變形抗力 。在選擇潤滑劑時(shí)要注意不能對模具有腐蝕作用，也不能污染成形件表面材料。然而這類材料易于發(fā)生高溫氧化，他們研究了相應(yīng)的防護(hù)措施，現(xiàn)在這類模具材料的應(yīng)用尚在探索階段。等溫鍛造過程變形材料中常發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，從而使鍛件中的組織呈均勻的等軸細(xì)晶形態(tài)。因此這些等溫鍛造中有一個(gè)從一般的塑性成形過渡到超塑件成份的過程。 等溫鍛造 技術(shù) 等溫鍛造的主要特點(diǎn)是模具與成形件處 于 基本相同的溫度，因此需要帶有模具加熱及控溫裝置。 塑性成形分冷成形、溫成形和熱成形。金屬材料經(jīng)成形過程后，其組織、性能獲得改善和提高。 (6) 粘模、起皮和表面粗糙 17 鋁合金因質(zhì)地很軟，外摩擦系數(shù)大，最容易粘模，這 不 僅會引起鍛件起皮，使鍛件表而粗糙，有時(shí)甚至因 不 能脫模而中斷生產(chǎn)。鋁合金鍛件的內(nèi)部裂紋主要是 由 于坯料內(nèi)部存在有粗大的氧化物夾渣和低熔點(diǎn)脆性化合物，變形時(shí)在拉應(yīng)力和切應(yīng)力的作用 下 產(chǎn)生開裂， 不 斷擴(kuò)大。 (3) 大晶粒 鍛鋁和硬鋁很容易產(chǎn)生大 晶 粒， 它 們主要分布在鍛件變形 程度小而尺寸較大的部位、變形程度大和變形激烈的區(qū)域以及飛邊區(qū)附一近。產(chǎn)生折疊的原因有 :鍛件各斷 面 形狀和大小變化太劇烈，難以制坯，使金屬流動復(fù)雜 ； 形狀復(fù)雜的鍛件，沒有預(yù)制坯 16 和預(yù)鍛，或者預(yù)制坯和預(yù)鍛模膛設(shè)計(jì) 不 合理，與終鍛模膛配合 不 當(dāng)，局部金屬過多或過少 ； 操作失誤，潤滑 不 均，加壓速度太快等。 表 2— 4 鋁合金鍛造溫度范圍 （ 5）流動性差 所謂流動性是指合金在外力作用 下 充填鍛模型腔的能力，它主要取決于合金的變形抗力 和外摩擦系數(shù)。 表 2— 3 各種鍛壓設(shè)備上的變形速度 （ 4） 鍛造溫度范圍窄 鋁合金的鍛造 溫 度范圍一般都在 150C? 以內(nèi)，少數(shù)高強(qiáng)度鋁合金的鍛造溫度范圍甚至小到 100 C? ，相關(guān)資料表明，其變形溫度基 本 上在350C? ~500C? 之間。一般在低溫范圍內(nèi)變形抗力對變形速度的變化 不敏感，而在高溫 下 (鍛造溫度范圍 )則比較敏感，變形速度增大，變形抗力增大。 （ 3）對應(yīng)變速率敏感 變形速度對鋁合金 工 藝塑性的影響主要取決于合金加 工 硬化和再結(jié)品軟化速度之間的關(guān)系。低碳鋼可以鍛出的各種形狀的鍛件，用鋁合金都可鍛出來。 6061 鋁合金的鍛造溫度范圍為500C? ~380C? 。鍛鋁基木是 A1CuMgSi系合金和 AICuMgFeNi 系合金，主要用于生產(chǎn)鍛件。 根據(jù)我國冶金 工 業(yè)部頒布的標(biāo)準(zhǔn) (YB60466)，變形鋁合金按其使用和 工 藝性能分為 :防銹鋁、硬鋁、超硬鋁、鍛鋁等四類。至于改裝零件、賽車零件市場，鋁合金制的產(chǎn)更是比比皆是，很多諸如升高腳踏、車把、發(fā)動機(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。 鋁合金具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、塑性好、易于成形、工藝簡單、成本低廉等特點(diǎn)，在非民用的領(lǐng)域，廣泛用于制作飛機(jī)構(gòu)件（蒙皮、框架、翼梁等）。 鋁合金 6061的一般特性 鋁合金簡介 鋁是地殼中分布最光桿的元素之一，約為 %。 鍛造 模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)也是模具優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。 鍛造 模設(shè)計(jì)要通過試生產(chǎn)來驗(yàn)證，然后又要通過對模 具 修正以達(dá)到所需要控制的斷面尺寸、平直度和表面質(zhì)量的要求。目前，國內(nèi)對復(fù)雜鋁合金鍛件的生產(chǎn)發(fā)展緩慢，生產(chǎn)成本大、費(fèi)用高，無法滿足需求。在鍛造技術(shù)上，也呈現(xiàn)明顯的特征 :1)即由簡單的單工位墩粗和擠壓成形，向多工步、多種成形方法復(fù)合方向發(fā)展 。正在研發(fā)高強(qiáng)鋁合金 7075代替?zhèn)鹘y(tǒng)的合金結(jié)構(gòu)鋼鍛造重型卡車主軸等大型鍛件的工藝。在汽車鍛件方面，盡管卡車用模鍛件已全部由我國自己生產(chǎn)，但轎車模鍛件由于多數(shù)車型的知識產(chǎn)權(quán)不在我們手中，大部分仍然需要進(jìn)口。因而鍛造也面臨一個(gè)國內(nèi)由于汽車業(yè)的發(fā)展，國際上全球采購的良好發(fā)展機(jī)遇，因此鍛造企業(yè)應(yīng)加大企業(yè)的技改，大力采用打擊能量可控的離合式螺旋壓力機(jī)和熱模鍛壓力機(jī)，并配以楔橫軋，輥鍛制坯工藝，工件傳送逐步向手工操作向自動化操作過渡。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 。 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 %。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。 至今，現(xiàn)代塑性加工技術(shù)正向智能化、精確化和自動化方向發(fā)展。 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) ％。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。本文使用大型鍛造專用軟件 DEFORM3D對 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。 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。 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，贏得了在摩托車 市場 上重要的一席之地 ， 尤其是鎂合金和鋁合金，其廣泛的應(yīng)用形勢被眾多業(yè)內(nèi)人士看好 。 鋁合 金制品，其重量輕、抗沖擊、耐用等方面優(yōu)勢， 是減輕重量和提升產(chǎn)品性能的重要材料之一。 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。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。 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。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。特別是在航空航天領(lǐng)域里， 7 由于對鍛件質(zhì)量的要求苛刻，原材料的價(jià)格昂貴，所以對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)