【正文】 ing process；finite element method；forming process 目 錄摘 要 IABSTRACT II引 言 1 第1章 緒 論 2 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2 研究意義（價值）及主要內(nèi)容 3 第2章 設(shè)計研究方案 4 對課題的認(rèn)識 4 課題的研究方法 5 熱模鍛成形工藝 6 模鍛的特點 6 模鍛的分類 6 開式模鍛工藝 6 影響金屬成形的因素 7 UG簡介 8 UG產(chǎn)品概述 8 UG主要技術(shù)特點 9 本課題有關(guān)UG的運用 9 DEFORM3D簡介 10 DEFORM的特點 10 DEFORM模型的建立 10 第3章 十字軸模具設(shè)計 12 十字軸鍛件幾何尺寸分析 12 終鍛模的設(shè)計 14 分模面的制定 14 模塊的結(jié)構(gòu) 14 飛邊的選用 14 鎖扣設(shè)計 15 坯料體積計算 17 預(yù)鍛模的設(shè)計 18 第4章 十字軸模具總裝配圖 22 模架的選取 22 熱模鍛壓力機的選用 26 模具總裝配圖 27 第5章 結(jié)論與展望 29 致 本文主要以十字軸為研究對象，十字軸是汽車底盤中的一個十分重要的傳力零件，產(chǎn)品質(zhì)量要求高，形狀復(fù)雜?；谀M結(jié)果，分析十字軸預(yù)鍛成形過程中所出現(xiàn)的問題，提出模具設(shè)計的改進建議。本課題是在這個大的背景賦予的精神下深入到我們?nèi)粘Ｉ钪械囊粋€常見領(lǐng)域展開研究的，近幾年，我國汽車制造業(yè)可以說是我國制造業(yè)發(fā)展的代表，大部分國外廠商的注入，國有品牌的崛起，共同滿足著我國國民對私家車日益增長的需求。特別對冶金工業(yè)的技術(shù)改造及機械產(chǎn)品的更新?lián)Q代提供了有利條件，采用這種新型機械基礎(chǔ)條件將會大幅度提高作業(yè)率而獲得很大的經(jīng)濟效益。由于十字軸式萬向聯(lián)軸器的應(yīng)用范圍在不斷地擴大，而它本身又是更換件，都需備品備件，其需求量也會逐年增加?！?5176。整個設(shè)計過程只需要在最后階段進行必要的驗證性試驗，這就極大地提高了工作效率，縮短了設(shè)計周期，降低了設(shè)計成本。采用熱模鍛方式十字軸類零件，模具設(shè)計簡單，開發(fā)費用低，壽命長。 利用熱鍛方法生產(chǎn)十字軸，其變形抗力低，能量消耗少，由于金屬在加熱變形過程中，在加工硬化過程的同時，也存在著回復(fù)或再結(jié)晶的軟化過程，就是其塑性變形容易進行。 進行改進設(shè)計。模具的預(yù)熱溫度為200攝氏度。開式模鍛是指金屬沿工件分模面的周圍形成橫向飛邊，上模和下模間的間隙不斷變化，而閉式模鍛恰恰相反，金屬沿工件分模面的周圍沒有橫向飛邊產(chǎn)生，上模和下模間的間隙不發(fā)生變化。但對于整個開式模鍛過程，此時鍛件的高度仍然高于最終要求的成形高度。金屬在模腔中遇到的阻力還和模鍛斜度有關(guān)，與無模鍛斜度相比，為了便于模鍛后取出而設(shè)計的模腔內(nèi)壁模鍛斜度不利于金屬擠入填充，因為金屬填充模腔的過程實質(zhì)上是一個變截面的擠壓過程，金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，為了填充過程的順利進行，必須有一定的擠壓力，模鍛斜度越大所需擠壓力越大。如果變形過程中此處的溫度降低很快，阻力會急劇增加。模具對金屬變形的影響也尤為重要。其中在美國航空航天工業(yè)已安裝了15000多套UG軟件，并且該軟件占有幾乎俄羅斯航空市場和北美汽車發(fā)動機市場。 草圖操作：通過草圖操作，可以在一個自定義的平面上進行二維制圖，一般用來完成，零件簡單截面的繪制。目標(biāo)體是用戶首先選擇的需要與其他實體合并的實體或片體對象，工具體是用來修改目標(biāo)體的實體或片體對象。主要功能如下：模擬分析自由鍛、模鍛、積壓、軋制、擺碾、平鍛、輾鍛等多種塑性成形工藝過程；模擬和分析冷、溫、熱塑性成形問題；模擬和分析多工序塑性成形問題。并提供了諸如切除飛邊的布爾運算等3D幾何模型處理的功能。 （3）前處理 ：依據(jù)DEFORM的“PreProcessor”所提示的步驟，建立前處理。網(wǎng)格化處理時，一般選擇網(wǎng)格單元數(shù)在800020000之間，不能太多也不能太少。模鍛力的計算：P=k1k2FP—模鍛力（kN）。根據(jù)鍛件尺寸，可選用模塊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格LBH/mm為：240240130。如圖35所示為四角鎖扣的相關(guān)尺寸參數(shù)如下所示： 圖35 四角鎖扣鎖扣高度：H=25鎖扣寬度：B=鎖扣長度：L=50a=5186。坯料如圖38。 本文基于上述目的，秉持上述原則，在傳統(tǒng)預(yù)鍛模腔的基礎(chǔ)上針對部分地方做出修改、優(yōu)化，最終確定了改進后的預(yù)鍛模腔（如圖312）。圖43為中間導(dǎo)柱下模座，其各部分的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表42所示，材料為HT200，規(guī)定凸模周界L＝240mm，B＝240mm，厚度H＝85mm的中間導(dǎo)柱下模座。因而在熱模鍛壓力機上易于實現(xiàn)機械化和自動化生產(chǎn)。通過上一章的計算我們得出模鍛力：P=從而可以按下式選擇熱模鍛壓力機的標(biāo)稱壓力：Fg≥P/（～）或P≤（～）Fg式中： Fg—熱模鍛壓力機的公稱壓力，kNF—模鍛件在鍛造溫度下的鍛造力，kN所以：Fg≥13008 kN因此，根據(jù)《鍛造模具簡明設(shè)計手冊》～。綜合運用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實際知識，鞏固與擴充了模具制造等課程所學(xué)的內(nèi)容，體現(xiàn)出自己單獨設(shè)計模具的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學(xué)以致用，突出自己勞動成果的喜悅心情。在課題的進行過程中，得到了許多的寶貴經(jīng)驗，對課題流程和方向有了更進一步的把握，提高了進一步從事類似方向的能力和水平。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學(xué)友批評和指正！主要參考文獻[1] 中國鍛壓協(xié)會．錯誤！超鏈接引用無效。鍛件一般具有很好的服務(wù)性能。這些反過來會影響鍛件的最終產(chǎn)品性能。表達的精密鍛造并不意味著明顯的鍛造工藝流程，而是只要接近鍛造就可以了。整個制造過程一般分為幾個階段。 圖4a：模具預(yù)熱 圖4b：鍛造物體溫度測量和控制鍛造過程只持續(xù)了幾秒鐘。任何一個缺陷都可能導(dǎo)致鍛件產(chǎn)品質(zhì)量不好，導(dǎo)致干擾和生產(chǎn)停止。它可以影響模具的窄公差帶和機床移動部件和固定部分之間的小空間。型坯的初始溫度為920176。這可以通過使用特殊的切割實現(xiàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，金屬塊與工具接觸表面會發(fā)生較大的溫度降（圖7）。如果在鍛造過程中的操作次數(shù)過多，整個鍛造時間和成本增加。特別是在重新設(shè)計的新的鍛造工藝使速度增加時。為了確保模具型腔充填完全，金屬坯料必須精確置于模具中，尤其是當(dāng)金屬坯料自動傳遞到連續(xù)鍛造機構(gòu)。后者是用于潤滑和冷卻。由于該項目的綜合工具潤滑系統(tǒng)已被開發(fā)。根據(jù)蘭格等人。圖9顯示一個熱作工具鋼熱處理圖。鋼的硬化不可能達到理想的效果來完全保留它們的尺寸。熱作工具鋼在一個熱水缸和真空（作為一個熱水缸模擬）中淬火被證明是有效的。目的要消除硬化過程中產(chǎn)生應(yīng)力和降低高硬度，有利于冷卻后耐沖擊性能。在某些情況下，該工具鋼的回火溫度可以超過過熱溫度。在一次操作中要獲得大的變形量是有限的，不是通過材料剝離（裂縫）而是通過材料強度（太大環(huán)繞應(yīng)力）產(chǎn)生的。由于這個原因，輪廓往往是由任意曲線代替，與用錐形輪廓的模具相比這往往導(dǎo)致更糟糕的結(jié)果。由于最佳模具輪廓是由Lee等人[ 18 ]研究，可以得到更均勻的熱鍛結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。最很難制造的是外殼，這是因為它的形狀不規(guī)則，加工非常困難。圖12顯示為工具的單位壓力的矢量分布，是通過superform2005軟件得到的。圖12顯示的工具分析集。圖13：在負(fù)余量鍛造過程中模具的環(huán)向應(yīng)力分布a）W = 毫米，b）W = ，c）W = [ 7 ]本研究的目的是確定在負(fù)余量（從公差域。數(shù)值模擬用MSC marc2005和Super Form 2005軟件進行分析。圖10：模型材料流動的比較：a）拱形工具和b）圓錐工具[ 8 ]研究結(jié)果表明，在拱形模具材料的流動比在錐形模具材料的流動更為均勻規(guī)律，通過均勻分配使其更有規(guī)律（圖11）。他們的生產(chǎn)在最近幾年一直穩(wěn)步增加。Ales和Boris[ 12 ]通過印象深刻的兩個優(yōu)化準(zhǔn)則研究了固定擠壓工具的優(yōu)化設(shè)計。向前擠壓流線型輪廓保證最小的過度變形，最小擠壓力和橫截面的最小變形不均勻性。這種處理可以運用好幾次。通過選擇適當(dāng)?shù)牟牧峡梢詼p少磨損的程度，但這并不會取代最終工作面的打磨平整?；鼗稹在約100–150176。因此工具必須滿足保留尺寸高要求在機械預(yù)處理后退火（在最終處理之前）。此外，特殊的處理，如滲氮處理，表面涂層和激光碳化硅表面合金化，等，可以顯著減少磨損，提高刀具材料特別是其表面層的抗寒性[ 24 ]。最壞的情況是在溫暖的工作環(huán)境下因為每個因素可同樣重要。這主要是由于高接觸壓力與金屬表面獲得典型熱鍛，尤其是向前和向后的擠壓鍛造。模具應(yīng)該通過附屬組件或者和機床的運動一同閉合。再者，工具組件的精確定位對獲得適當(dāng)產(chǎn)品幾何形狀來說是必要的。持續(xù)的鍛造能量。因此，保證恒定的型坯溫度是如此重要（圖6–7）。型坯的形狀和力學(xué)性能將影響模具和金屬塊摩擦條件在，其幾何將會影響模具和金屬塊。–2176。一個同樣重要的參數(shù)是金屬塊的溫度，對鍛造物的組織結(jié)構(gòu)及材料的流動曲線（其成形性）和通過熱膨脹引起的金屬塊體積的變化有很大影響。在鍛造過程中的主要影響因素：工具和型坯溫度，金屬塊的幾何形狀，處理環(huán)境，處理速度，潤滑冷卻，和工具的形狀和質(zhì)量。在冷成形后鍛件會被清洗和潤滑。預(yù)成型加熱到一個適當(dāng)?shù)臏囟群筇峁毫?，?–5次操作后成型。擠壓鍛造應(yīng)力主要是三向應(yīng)力的這一優(yōu)勢是通過不失去材料凝聚力的大變形得到的。最初，封閉的模具被用于形成[ 5，12 ]。低耐久性的工具降低了鍛件的質(zhì)量，盡管在這些缺陷正在被控制。 關(guān)鍵詞：封閉的模具，精密鍛造，刀具壽命簡介精密鍛造相比傳統(tǒng)的模鍛工藝的主要優(yōu)點是其較低的（低于60%）材料消耗。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。.在這次的畢業(yè)設(shè)計中我學(xué)會了很多，也感到自身知識的貧乏,希望在日后的努力中能做出更完善的設(shè)計。我不敢確定我的能力提高了多少，但我能確定的是我比以前懂得了不少?；瑝K的行程次數(shù)高減少了模鍛過程中熱毛坯與模具的接觸時間，有利于提高模具壽命，使毛坯保持較高的鍛造溫度降低了變形抗力。直徑d=40mm，公差帶H6，長度L=115mm，H=43mm的A型導(dǎo)套可標(biāo)記為“導(dǎo)套A20H611543 GB/T ”。 第4章 十字軸模具總裝配圖 模架的選取擬選用中間導(dǎo)柱模座，圖41為中間導(dǎo)柱模架，（GB/T 2851，5），技術(shù)條件按JB/T 8050—1999的規(guī)定。通過改變預(yù)鍛型腔的外形，使終鍛時所用的預(yù)鍛件不僅沒有飛邊，還能與終鍛模腔有更大的接觸面積，這樣，就能降低加工載荷，節(jié)約能量，減少開式模鍛第二階壓下量，使金屬更好的填充模腔，最重要的使坯料在成形過程中受力均勻，消除終鍛件的應(yīng)力集中。選取D=40mm然后求出下料長度L：L==247。鎖扣可分為兩大類，一類是平衡鎖扣（也稱形狀鎖扣），主要用于具有落差的鍛件；另一類是普通鎖扣，普通鎖扣又可分為圓形鎖扣，縱向鎖扣，側(cè)面鎖扣，和四角鎖扣。圖32 十字軸熱鍛件圖尺寸圖33 十字軸熱鍛件三維圖 終鍛模的設(shè)計 分模面的制定分模面的選擇的基本要求是保證鍛件能從模膛中順利的取出來，因此應(yīng)選擇在十字軸鍛件最大橫截面處，即選擇在上下對稱中心線位置分模。Mnπd2hρ（d為外廓直徑，h為高，ρ為密度）。 （6）參數(shù)的調(diào)整 ：在計算機運行過程中，由于參數(shù)設(shè)置的不當(dāng)，比如網(wǎng)格劃分不恰當(dāng)，剛性面與工件脫離等，模擬時就會出現(xiàn)錯誤，需要調(diào)整。本課題所用UG生成STL文件。由用戶自定義的局部網(wǎng)格密度控制為較高層次用戶提供了更加靈活的方法。 DEFORM3D簡介 DEFORM的特點DEFORM3D是美國Battell研究院開發(fā)的一套基于有限元的工藝仿真系統(tǒng)，用于分析金屬成形及其相關(guān)工業(yè)的各種成形工藝和熱處理工藝。 最重要的是布爾操作，特征的布爾運算操作用于確定在建模過程中多個實體之間的合并關(guān)系。 本課題有關(guān)UG的運用 在本課題中，使用UG主要是用來制作模擬所用的模具，包括傳統(tǒng)工藝下的預(yù)鍛模具，對預(yù)鍛改進后的預(yù)鍛模具，還有終鍛模具，當(dāng)然，還要做模擬所用的坯料。 同以往使用較多的AutoCAD等通用繪圖軟件比較，UG直接采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫、矢量化和關(guān)聯(lián)性處理、三維建模同二維工程圖相關(guān)聯(lián)等技術(shù)，大大節(jié)省了用戶的設(shè)計時間，從而提高了工件效率。由于溫度較高，氧化皮軟化，摩擦系數(shù)有所降低，這時的氧化皮在某種程度上具有潤滑劑的功能。影響金屬成形的外部因素中，最主要的就是飛邊槽的影響，鑒于飛邊槽兩部分不同的作用，設(shè)計飛邊槽時最主要的任務(wù)是合理確定飛邊槽橋部的寬度和高度，橋部阻止金屬外流主要是靠坯料與橋部上下間的摩擦力，根據(jù)金屬塑性變形規(guī)律，減小飛邊厚度或增加飛邊寬度都可以提高飛邊阻力，但同時也增加了模鍛的成形力，為了保證金屬順利填充模腔，希望飛邊橋部阻力大些，但阻力過大，會使模鍛成形的動力不足，對模鍛錘會造成因打擊能量不足而上下模不能打靠，因此，飛邊槽的設(shè)計要根據(jù)情況而定。而在外部這個方面，主要是終鍛模腔的尺寸和形狀、飛邊槽尺寸，設(shè)備工作速度對