【正文】 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(duì)于整個(gè)開式模鍛過程，此時(shí)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(jì)的模腔內(nèi)壁模鍛斜度不利于金屬擠入填充，因?yàn)榻饘偬畛淠Ｇ坏倪^程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(jìn)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(huì)急劇增加。 模具對(duì)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(chǎng)和北美汽車發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)。 草圖操作：通過草圖操作，可以在一個(gè)自定義的平面上進(jìn)行二維制圖，一般用來完成，零件簡(jiǎn)單截面的繪制。目標(biāo)體是用戶首先選擇的需要與其他實(shí)體合并的實(shí)體或片體對(duì)象，工具體是用來修改目標(biāo)體的實(shí)體或片體對(duì)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(yùn)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(shí)，一般選擇網(wǎng)格單元數(shù)在800020200 之間，不能太多也不能太少。 模鍛力的計(jì)算： P=k1k2F P— 模鍛力（ kN） 。 根據(jù)鍛件尺寸，可選用模塊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 L B H/mm為： 240 240 130。 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 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 鎖扣寬度： B= 鎖扣長(zhǎng)度： L=50 a=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(duì)部分地方做出修改、優(yōu)化，最終確定了改進(jìn)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(jī)上易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)。 通過上一章的計(jì)算我們得出模鍛力： P= 從而可以按下式選擇熱模鍛壓力機(jī)的標(biāo)稱壓力： Fg≥P/（ ～ ）或 P≤（ ～ ） Fg 式中： Fg—熱模鍛壓力機(jī)的公稱壓力， kN F—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(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 ～表 選擇公稱壓力為16000kN的 MP 系列熱模鍛壓力機(jī)。綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，鞏固與擴(kuò)充了模具制造等課程所學(xué)的內(nèi)容，體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)模具的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用，突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情。在對(duì)預(yù)鍛工藝進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，除了對(duì)型腔形狀的改進(jìn)外，還可對(duì)模具分布和其它工藝性步驟進(jìn)行探索和研究。 本文對(duì)十字軸的預(yù)鍛成形過程中遇到一些問題進(jìn)行了應(yīng)用性的研究和分析，改進(jìn)了十字軸成形過程中預(yù)鍛模具。通過這次課程設(shè)計(jì)，紙張上文字不再艱澀難懂，一個(gè)個(gè)的文字拼湊起來的豐滿的線條，布滿在金屬塊的表面，再配上喜悅的心情，旅途的風(fēng)景再多么地糟糕，心情還是愉悅的。熱模鍛壓力機(jī)工作時(shí)工藝力并不傳給地基，僅在滑塊接觸工件時(shí)略有沖擊，因此對(duì)基礎(chǔ)沒有劇烈的沖擊和振動(dòng)，不需要強(qiáng)大的安裝基礎(chǔ)。 A 型導(dǎo)套結(jié)構(gòu)形式見圖 44，其各部分的結(jié)構(gòu)參數(shù)見表 44，材料選用、熱處理、硬度 要求 和技術(shù)條件與 A型導(dǎo)柱相同。 鐓粗后坯料的高度為 H=55mm。產(chǎn)生預(yù)鍛飛邊的另一個(gè)原因就是坯料尺寸過大 ， 坯料尺寸可以取根據(jù)預(yù)鍛模膛和終鍛模膛體積計(jì)算，在目前采用的工藝，無論怎么修改坯料的尺寸，都會(huì)產(chǎn)生預(yù)鍛飛邊，僅僅是飛邊大小的問題，這也是現(xiàn)在生產(chǎn)中所存在的問題?？紤]到坯料在鐓粗時(shí)不致產(chǎn)生彎曲，備料方便以及節(jié)省材料，應(yīng)使坯料長(zhǎng)度 L與與直徑 D之比值 L/D=～ 。 鎖扣設(shè)計(jì) 為了避免引起鍛模錯(cuò)移，導(dǎo)致鍛件產(chǎn)生錯(cuò)差， 并加速熱模鍛壓力機(jī)導(dǎo)軌和模具導(dǎo)柱導(dǎo)套的磨損。 根據(jù) UG 圖計(jì)算出鍛件投影面積為： F=， 模鍛力： P=73=。 本十字軸設(shè)計(jì)中 坯料所用材料為 20CrMnTi， 密度 ρ=。 （ 5） 后處理過程 ： 計(jì)算機(jī)在計(jì)算程序運(yùn)行結(jié)束后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，并且用較直觀的方法輸出數(shù)據(jù)的過程，這就是 DEFORM的后處理過程。 DEFORM模型的建立 （ 1） 定義幾何特征 ： 根據(jù)模鍛的理論和所研究的問題，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模具，輸出DEFORM3D軟件可以識(shí)別的 STL文件 或其他可用的二進(jìn)制文件。自動(dòng)網(wǎng)格生成器可以基于特定的分析過程控制局部單元尺寸優(yōu)化完成網(wǎng)格劃分。求交運(yùn)算是創(chuàng)建一個(gè)體，它包含兩個(gè)不同的體共享的體積。 鏡像體操作：通過鏡像體操作，可是實(shí)體相對(duì)于一個(gè)基準(zhǔn)面產(chǎn)生鏡像對(duì)稱。 隨著 UG NX版本的不斷更新，其操作界面也不斷改進(jìn)，絕大多數(shù)功能都可通過按鈕操作來實(shí)現(xiàn)，并且在進(jìn)行對(duì)象操作時(shí)，具有自動(dòng)推理功能。此外，變形體內(nèi)的應(yīng)力場(chǎng)是在外力作用下產(chǎn)生的，一般外力通過模具施加在坯料上，坯料變形的反作用力也由模具承擔(dān)，合理的模具設(shè)計(jì)還應(yīng)該使鍛件變形時(shí)的流動(dòng)阻力盡可能小，使模具的載荷分布均勻，降低模具的峰值應(yīng)力，由于金屬的塑性與應(yīng)力狀態(tài)關(guān)系密切，壓應(yīng)力的個(gè)數(shù)越多，靜水壓應(yīng)力數(shù)值越大，材料的塑性越好。 再次，影響金屬成形的外部因素還有設(shè)備工作速度的影 響。模鍛前，模具一般要預(yù)熱 200 到 300 攝氏度。因?yàn)榇蚩侩A段小的話，就可以減少所流出的飛邊金屬，減小模鍛所需要的載荷，減小設(shè)備的能量損耗，模具損耗，這樣就會(huì)延長(zhǎng)模具壽命，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。在此過程中，整個(gè)坯料都是變形區(qū)。 模鍛的特點(diǎn) 首先，本課題的十字軸是通過模鍛成形的，模鍛就是使金屬坯料在沖擊力或壓力作用下，在模鍛模腔中被迫塑性流動(dòng)成形，從而獲得鍛件的一種工藝方法，與自由鍛相比，通過模鍛可以生產(chǎn)形狀較為復(fù)雜的零件，而且不論是尺寸、形狀的精度都比自由鍛要高，最為重要的是，比起自由鍛，不論從材料利用率還是生產(chǎn)效率，還是表面質(zhì)量來說，都要好，由于模鍛中的金屬是在模具的模腔中流動(dòng)的，一定會(huì)受到某些方向的限制，所以，變形抗力會(huì)很大，因此相同尺寸的毛坯，成形所需的設(shè)備噸位要更大些。 圖 22 十字軸 零 件圖 圖 23 十字軸 冷 鍛件圖 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 本課題十字軸成形工藝主要分 四 階段：下料，模鍛，切邊 ，機(jī)加工 。 所以，本課題將以熱鍛十字軸零件（如圖 21）為研究對(duì)象，對(duì)十字軸熱鍛成形工藝特別是預(yù)鍛成形工藝進(jìn)行研究。進(jìn)行毛坯計(jì)算，計(jì)算成形力選擇成形設(shè)備。 研究意義（價(jià)值）及主要內(nèi)容 十字軸是汽車底盤中的一個(gè)十分重要的傳力零件，在交通運(yùn)輸、冶金、重型機(jī)械等領(lǐng)域中得到廣泛 應(yīng)用，產(chǎn)品質(zhì)量要求高，形狀復(fù)雜，十字軸式萬向聯(lián)軸器能夠很好地適應(yīng)傳動(dòng)軸間的較大角位移，而且具有傳遞扭矩范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、維修保養(yǎng)方便等特點(diǎn)，是一種重要的傳動(dòng)部件，其加工方法有機(jī)加工、熱鍛、冷擠等。 實(shí)踐證明，十字軸式萬向聯(lián)軸器的主要失效形式為十字軸的斷裂、軸頸表面出現(xiàn)塑性壓痕或點(diǎn)蝕剝落以及叉頭根部破壞。 十字軸式萬向聯(lián)軸器我國已制訂了三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)：即 JB 324191《 SWP 型剖分軸承座十字軸式萬向聯(lián)軸器》、 JB/T 324293《 SWZ 型整體軸承座十字軸式萬向聯(lián)軸器》和 JB 551391《 SWC 型整體叉頭十字軸式萬向聯(lián)軸器》，這是當(dāng)前國內(nèi)外應(yīng)用范圍最廣、用量最大的三種不同結(jié)構(gòu)形式的十字軸式萬向聯(lián)軸器。按目前情況分析，不算進(jìn)口，其年銷售量也在二億人民幣左右。計(jì)算機(jī)廣泛發(fā)展以來，實(shí)際生產(chǎn)與數(shù)字化聯(lián)系日益緊密 ，各國紛紛大力發(fā)展數(shù)字化技術(shù)，可以說將實(shí)際生產(chǎn)數(shù)字化會(huì)從根本上改變制造業(yè)的生產(chǎn)模式和管理模式，有上千年歷史的制造業(yè)也進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)期。 從數(shù)學(xué)模型上給出了指導(dǎo)，得出了優(yōu)化的工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)出合理的模具型腔。安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 十字軸鍛造成形工藝研究及模具設(shè)計(jì) 摘 要 近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)和汽車行業(yè)的快速發(fā)展，十字軸作為傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)用越來越廣泛，地位也越來越重要。 利用 UG 的實(shí)體造型功能建立十字軸的三維模型。因此實(shí)際生產(chǎn)數(shù)字化的重要性不言而喻。因國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，再者有些大型設(shè)備中的主傳動(dòng)軸一時(shí)還無法達(dá)到要求，故失去了一部分市場(chǎng)。如德國的 GWB 公司和 Voith 公司分別生產(chǎn) SWP 型和 SWC 型，日本的 Koyo 公司 ПAJico 公司分別生產(chǎn) SWZ 型和 SWP 型，而美國和意大利則生產(chǎn) SWB 型、 SWZ型和 SWP 型。顯然，這是由于軸頸上載荷引起的應(yīng)力超過了材料的彎曲應(yīng)力極限與接 觸應(yīng)力極限所致或者叉頭根部彎曲應(yīng)力不足。利用切削加工方法加工十字軸類零件，生產(chǎn)工序多，效率低，材料浪費(fèi)嚴(yán)重，并且切削加工不僅不能強(qiáng)化軸肩部位的強(qiáng)度還會(huì)破壞零件的金屬流線結(jié)構(gòu)，不易采用。 (3) 設(shè)計(jì)計(jì)算鍛造模具各工作部分尺寸，設(shè)計(jì)導(dǎo)向及卸料裝置，完成模具材料選擇等工作，并繪制模具圖。 圖 21 常見十字軸零件圖和模鍛件圖 左渭：十字軸鍛造成形工藝研究及模具設(shè)計(jì) 5 課題的研究方法 本課題是通過借鑒大量的十字軸的傳統(tǒng)加工方法，利用有限元模擬軟件，模擬十字軸的成形過程，通過學(xué)習(xí)文獻(xiàn)中關(guān)于模擬十字化的分析方法分析計(jì)算模擬結(jié)果等找到工藝缺陷，并依據(jù)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)，再通過模擬對(duì)比，如此反復(fù)，直到達(dá)到工藝的最優(yōu)化。其中模鍛又分為預(yù)鍛和終鍛兩個(gè)過程。而從模具上來說，生產(chǎn)一套模具所要求的不論從設(shè)備還是技術(shù)層面都要比生 產(chǎn)一個(gè)零件要高，這樣模鍛相比自由鍛來說，前期投資比較大，準(zhǔn)備周期比較長(zhǎng)，所以模鍛主要用于在大批量的生產(chǎn)中小型鍛件中，十字軸的生產(chǎn)正符合這些特點(diǎn)。 第二階段是充滿模腔階段，金屬被擠入模腔后，毛坯的側(cè)面鼓起來與凹模的側(cè)壁開始接觸，到整個(gè)側(cè)表面與模壁貼合且模腔間 隙完全充滿為止，在這個(gè)階段中，變形金屬的流動(dòng)受到了模壁的阻礙，變形力開始顯著增大。 影響金屬成形的因素 從開式模鍛變形金屬變形過程分析，影響金屬成形的主要有兩大方面，內(nèi)部因素就是終鍛前坯料的形狀和尺寸，這主要取決于鍛造時(shí)金屬的變形量；還有坯料本身成分和溫度是否均勻，成分和溫度不均勻?qū)?huì)引起材料變形應(yīng)力不均勻。注意不能過高，會(huì)影響模 具強(qiáng)度。一般說來，設(shè)備工作速度高時(shí)，金屬變形速度也快，金屬變形的慣性和變形熱效應(yīng)突出。 UG 簡(jiǎn)介 UG 產(chǎn)品概述 Unigraphics（簡(jiǎn)稱 UGS）軟件由美國麥道飛機(jī)公司開發(fā)，于 1991 年 11 月并入世界最大的軟件公司 — EDS（電子資訊系統(tǒng)有限公司），該公司通過實(shí)施虛擬產(chǎn)品開發(fā)（ VPD）的理念提供多極化的、集成的、企業(yè)級(jí)的軟件產(chǎn)品與服務(wù)的完整解決方案。特別是在 NX 5 的整個(gè)界面以及對(duì)話框中增加了多個(gè)面板，同時(shí)，在各個(gè)模塊中執(zhí)行每一個(gè)操作步驟時(shí)，在繪圖區(qū)上方的信息欄和提示欄中將提示操作信息，便于用戶做出正確的選擇，便于用戶上手。 復(fù)合曲線操作：通過復(fù)制其他曲線和邊來創(chuàng)建曲線。 最后為了給模擬做準(zhǔn)備，還會(huì)用到一些測(cè)量性的操作。依據(jù)分析成形過程特點(diǎn)，網(wǎng)格生成器在有精度要求的區(qū)域生成質(zhì)量更優(yōu)的單元，降低了整體的計(jì)算規(guī)模和運(yùn)算要求。 PRO/E、 UG 等三維CAD軟件，均可用來設(shè)計(jì)模具，并生成 DEFORM可前處理文件格式。在本課題中，通過分析等效應(yīng)力應(yīng)變、載荷、金屬流動(dòng)方向等對(duì)比不同方案下十字軸成形狀態(tài)并得出結(jié)論，值得注意的是，在對(duì)比中，所用參數(shù)范圍應(yīng)該相同，不論是效果圖還是曲線圖。 鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù)為： S=Md/Mn（ Md 為鍛件質(zhì)量， Mn 為外輪廓包容體質(zhì)量）。 熱鍛件圖按冷鍛件圖尺寸增加 %的收縮率繪制，如圖 32 和圖 33。常在鍛模模塊上設(shè)置鎖扣來平衡錯(cuò)移力，保證鍛件精度和便于模具安裝、調(diào)整等。由此，坯料直徑 D可在下列范圍內(nèi)選擇： D’=（ ～ ） √ =（ ～ ） √ ≈ ～ （ mm） 計(jì)算出 D’后，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)盡力選用本廠常用的規(guī)格 D。那么 要消除飛邊就要改變預(yù)鍛模腔外形設(shè)計(jì)。 圖 311 傳統(tǒng)工藝下的預(yù)鍛模腔 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 312 改進(jìn)后的預(yù)鍛型腔 圖 313 傳統(tǒng)工藝下預(yù)鍛結(jié)束 和終鍛結(jié)束 圖 314 改進(jìn)后預(yù)鍛結(jié)束 和終鍛結(jié)束 左渭：十字軸鍛造成形工藝研究及模具設(shè)計(jì) 21 從圖 313 和圖 314 中可以看出，運(yùn)用改進(jìn)后的模具進(jìn)行預(yù)鍛成形后，預(yù)鍛件不再有飛邊存在，整個(gè)預(yù)鍛件過渡合理，在整個(gè)預(yù)鍛過程中，坯料的形狀處在圓滑狀態(tài)，盡可能的減少了突然變形，提高了坯料的成形性，因此，不再有飛邊產(chǎn)生，同時(shí)降低了載荷， 使 鍛件預(yù)成形效果好，終鍛時(shí)，金屬 便 能很好的填充終鍛模腔