【正文】 b增大時(shí)，阻力增加；反之，減小。 終鍛模具本次課題模具設(shè)計(jì)采用逆向設(shè)計(jì)方法，先設(shè)計(jì)終鍛模具，根據(jù)由熱鍛件圖得到的三維立體圖形，以及設(shè)計(jì)的模塊大小尺寸，在Pro/E中利用工具自動(dòng)生成終鍛模具三維圖形，且型腔各拐角處倒圓角，使金屬流動(dòng)順利，以防終鍛件出現(xiàn)折疊，充不滿(mǎn)等缺陷。（4）網(wǎng)格劃分：劃分網(wǎng)格是Deform3D計(jì)算的基礎(chǔ)，合理的網(wǎng)格劃分會(huì)直接影響計(jì)算的準(zhǔn)確性，對(duì)現(xiàn)實(shí)結(jié)果的逼近程度以及計(jì)算時(shí)間和生成數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)模。如此，用各種尺寸形狀的坯料進(jìn)行鍛造模擬多次，都沒(méi)有完全充滿(mǎn)達(dá)不到預(yù)期效果，故若要進(jìn)行一步鍛造很難成形，因此需要要進(jìn)行預(yù)鍛設(shè)計(jì)，以是鍛壓時(shí)金屬流動(dòng)能夠合理進(jìn)行。 擠壓鍛件的溫度場(chǎng)分布 Temperature distribution of the press forging 鍛壓成形過(guò)程的載荷－行程曲線 Loadstroke curve during the press forming，由于叉形頂部、分模面處以及底部棱角處變形比較劇烈，塑性變形能產(chǎn)生的熱量較高，所以溫度較高。 (2)通過(guò)對(duì)凸緣叉鍛件進(jìn)行依照 “下料→加熱→鐓粗制坯→預(yù)鍛→終鍛”的模擬分析，發(fā)現(xiàn)此方案可以達(dá)到預(yù)期效果，獲得有良好組織性能，無(wú)折疊缺陷，毛邊均勻，充滿(mǎn)的叉鍛件。最后，對(duì)曾給予我關(guān)心和幫助的家人、同學(xué)與朋友們表示衷心的感謝。 終鍛鍛件的等效應(yīng)力場(chǎng) Equivalent effective stress distribution of the finishforging 終鍛后鍛件的等效應(yīng)變場(chǎng)分布圖 Equivalent effective strain distribution of the finishforging圖320 終鍛結(jié)束時(shí)溫度分布 Temperature distribution of the finishforging 終鍛成形過(guò)程的載荷－行程曲線 Loadstroke curve during the finishforging 終鍛模擬結(jié)果分析 通過(guò)利用模擬仿真軟件DEFORM3D對(duì)終鍛工步的成形過(guò)程進(jìn)行模擬，可以得到如下結(jié)論： 采取制坯→預(yù)鍛→終鍛成形方案進(jìn)行五菱凸緣叉鍛造模擬時(shí)，制坯主要使坯料形狀進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使之能夠合理放置在預(yù)鍛模膛里，預(yù)鍛則是使金屬坯料合理分布，使成形時(shí)金屬流動(dòng)順暢，終鍛則是最終形狀定型的關(guān)鍵步驟。但因?yàn)轭A(yù)鍛時(shí)沒(méi)有設(shè)飛邊槽,為了使在分模面處不產(chǎn)生毛邊,預(yù)鍛模具往往不閉合,其間隙值為鍛件高度的10%~20%,此外預(yù)鍛所需的毛坯是鐓粗結(jié)束后的坯料，這是因?yàn)镈eform3D軟件支持多工步成形分析，可以自動(dòng)導(dǎo)出上一工步成形后坯料的幾何模型和溫度、應(yīng)力、應(yīng)變等數(shù)據(jù)信息，將鐓粗后坯料旋轉(zhuǎn)90176。其他模擬參數(shù)如上所述。C，終鍛800。對(duì)圓形鍛件，k=~，對(duì)非圓形k=~ M——毛坯高度與直徑之比值，一般取m=~按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格取為直徑dp=50mm，則毛坯下料高=，取精整67，=，高徑比合適，則坯料尺寸為Φ50mm67mm。毛邊槽在鍛后利用壓力機(jī)上的切邊模去除。所以在設(shè)計(jì)有內(nèi)孔的鍛件時(shí)，必須正確選定連皮形狀及其尺寸。 本文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)本文以五菱凸緣叉鍛件為研究對(duì)象，以Pro/E、Deform3D軟件為基礎(chǔ)，對(duì)該產(chǎn)品的鍛造工藝流程進(jìn)行了三維建模和模擬分析，并對(duì)其熱鍛模的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，具體內(nèi)容如下：第一章：緒論。DEFORM3D是模擬3D材料流動(dòng)的理想工具。毋庸置疑，三維模擬是鍛造成形模擬未來(lái)的發(fā)展方向，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元技術(shù)的發(fā)展，三維模擬將在工業(yè)生產(chǎn)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元法在各個(gè)工程領(lǐng)域中不斷得到應(yīng)用，現(xiàn)已遍及宇航工業(yè)、核工業(yè)、機(jī)電、化工、建筑、海洋等領(lǐng)域，是機(jī)械產(chǎn)品動(dòng)、靜、熱特性分析的重要手段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)值計(jì)算方法的日益完善，尤其是隨著有限元技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，有限元數(shù)值模擬技術(shù)在塑性加工中的應(yīng)用蓬勃發(fā)展，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。解決數(shù)值模擬網(wǎng)格再劃分問(wèn)題，一方面可從網(wǎng)格再劃分技術(shù)著手，研制完善的網(wǎng)格自動(dòng)生成器。采用數(shù)值模擬仿真技術(shù)對(duì)傳動(dòng)軸凸緣叉的成形過(guò)程進(jìn)行模擬分析，根據(jù)坯料在模具中的填充情況，不斷改進(jìn)模具的結(jié)構(gòu)、優(yōu)化毛坯尺寸，從而消除種種成形缺陷，確定合理的成形工藝。由于其結(jié)構(gòu)和使用上的要求,突緣叉零件的幾何形狀比較復(fù)雜，加工面亦較少。模具的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程主要依賴(lài)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，需要經(jīng)過(guò)反復(fù)的試模、修模和調(diào)整工藝參數(shù)，即使經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員也很難保證一次成形出合格的終鍛件，反復(fù)的試模、修模不僅浪費(fèi)大量時(shí)間、人力和物力，進(jìn)而導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、成本高，產(chǎn)品質(zhì)量不容易得到保證，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)難以確立。不僅如此，鍛造也是一種既古老而又正處在蓬勃發(fā)展之中的一種金屬加工技術(shù)。如何降低模具的材料費(fèi)用和加工費(fèi)是企業(yè)非常重視的問(wèn)題[1,3, 4]。(3) 凸緣叉鑄件表面粘沙糙，難以清理，不易加工，刀具損壞較多。較典型的有：有限元法、有限體積法、有限差分法和邊界元法。有限體積法的基本思路易于理解，并能得出直接的物理解釋。按照實(shí)施成形過(guò)程模擬的流程(如圖12)，模擬系統(tǒng)的功能大致可分為前置處理部分、有限元求解部分和后置處理部分。這些軟件以其友好易用的界面和可靠的性能在世界各地的科研院所及生產(chǎn)企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。DEFORM是高度模塊化、集成化的模塊系統(tǒng)，由有限元模擬器、前處理器、后處理器及用戶(hù)處理器四大模塊組成。 有限元軟件研究方向國(guó)內(nèi)外學(xué)者為完善有限元軟件技術(shù)仍然在進(jìn)行不懈的努力，近期的研究工作主要集中在以下幾個(gè)方面[14]：；；；；；；；；，如無(wú)網(wǎng)格法、自適應(yīng)FEM法、FBEM法、基于特征的FBEM法[7]。一般將冷鍛件圖稱(chēng)為鍛件圖，本次設(shè)計(jì)廠家已經(jīng)提供了冷鍛件圖,如圖21 ,圖21 五菱凸緣叉鍛件圖 The shape of the flange yoke forging 從鍛件圖可以看出零件的加工余量、倒圓角大小、拔模斜度以及鍛造公差等都已經(jīng)給出，進(jìn)而五菱凸緣叉零件圖相當(dāng)于也已經(jīng)給出，并且通過(guò)此鍛件圖我們可以利用Pro/ENGINEER進(jìn)行三維建模，繪出凸緣叉立體圖，這樣則更有真實(shí)感，便于分析其分模面。（2）當(dāng)鍛錘噸位不足，發(fā)生鍛不足或欠壓現(xiàn)象時(shí)應(yīng)將鍛件高度尺寸適當(dāng)減小，以抵消欠壓的影響；（3）形狀特別而又不對(duì)稱(chēng)的鍛件，上半部分復(fù)雜，下半部分簡(jiǎn)單，在鍛擊過(guò)程中，可能因轉(zhuǎn)動(dòng)而導(dǎo)致鍛件報(bào)廢，應(yīng)考慮在熱鍛件圖上增設(shè)方形定位余塊；（4）模膛易磨損處，在鍛件負(fù)公差范圍內(nèi)增加一層磨損量，以提高鍛模壽命。本次設(shè)計(jì)按照鍛件復(fù)雜程度和變形抗力大小來(lái)確定模鍛錘噸位[17]：G=αβF （22）式子中，α—合金變形抗力系數(shù)，查表22；β—鍛件復(fù)雜程度系數(shù)，查表22；F—不包括飛邊的模鍛件在分模面上的投影面積（mm2） 鍛件材料α鍛件形狀β銅合金鈦合金其他材料鎂合金形狀復(fù)雜的（帶有薄而寬的腹板）鋁合金鈦合金~中等復(fù)雜程度的結(jié)構(gòu)鋼形狀簡(jiǎn)單的不銹鋼耐熱鋼表22 系數(shù)α，β的值 The values of coefficient of α，β由于45鋼屬于結(jié)構(gòu)鋼，故α，又有F=5670 （mm2），故鍛錘噸位G=αβF=5670=，故采用1t模鍛錘。模擬過(guò)程需要做的工作有：導(dǎo)入坯料和模具模型并定位,設(shè)置環(huán)節(jié)溫度，坯料材料、溫度,劃分網(wǎng)格,設(shè)置體積補(bǔ)償,定義模具運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(或定義所用設(shè)備性能),設(shè)置接觸點(diǎn)的摩擦、潤(rùn)滑條件、步長(zhǎng)、運(yùn)行長(zhǎng)度以及步數(shù)等。步長(zhǎng)越小，計(jì)算結(jié)果越準(zhǔn)確，但是會(huì)造成運(yùn)算量成倍增加，因而，在Deform3D中，為計(jì)算準(zhǔn)確，步長(zhǎng)f 和網(wǎng)格長(zhǎng)度t 滿(mǎn)足下面的關(guān)系： f ≤t (33)(8) :材料的流動(dòng)應(yīng)力采用表列數(shù)據(jù)模型： ) (34)式中—等效應(yīng)變—等效應(yīng)變速率T—溫度數(shù)據(jù)由DEFORM軟件的自帶數(shù)據(jù)庫(kù)獲得。 鐓粗前毛坯的外形 鐓粗后的毛坯形狀 Blank shape before upsetting Blank shape after upsetting 為鐓粗后毛坯的溫度場(chǎng)分布圖，由于模具溫度較低，所以毛坯與模具接觸的上下底面溫度較低，中間溫度較高。 終鍛成形過(guò)程模擬 終鍛是最后一道成形工步，其作用是最終確定鍛件的形狀和尺寸，達(dá)到鍛件圖的要求。通過(guò)本次課題設(shè)計(jì)可以得到如下結(jié)論：（1） 確定了凸緣叉鍛件熱加工工藝過(guò)程中各相關(guān)工藝的參數(shù)（2） 分析，建立并通過(guò)數(shù)值模擬檢驗(yàn)了鍛件幾種熱加工方案，最終確定了加熱→鐓粗制坯→預(yù)鍛→終鍛加工方案可行性。本文是在xx指導(dǎo)教師悉心指導(dǎo)和幫助下完成的，其為本文的完成付出了大量精力。終鍛時(shí)設(shè)飛邊槽,飛邊槽尺寸如上所述。 鐓粗過(guò)程溫度場(chǎng)分布圖 Temperature distribution chart during upsetting 鐓粗過(guò)程等效應(yīng)變分布圖 Equivalent effective strain distribution chart during upsetting 鐓粗過(guò)程的載荷行程曲線圖 Loadstroke curve during upsetting 為鐓粗過(guò)程設(shè)備的載荷－行程曲線，從圖中看出其剛加載時(shí)，其基本上呈線性增加，且增加較快，后來(lái)上升速度逐漸放緩，其最大載荷最為157KN。(10) 打擊速度：30mm/s。（1）單位：SI；Mode:Deformation,Heat Transfer。又因?yàn)殄戝N噸位與燕尾寬度關(guān)系如圖表26鍛錘噸位/t123~510~16燕尾寬度/mm160200260300400表26The table 26又由經(jīng)驗(yàn)公式可得，模塊最小寬度,所以模塊寬度mm,為保證鍛模不與錘的導(dǎo)軌相碰模塊的最大寬度應(yīng)該保證模塊邊緣與導(dǎo)軌間留有單邊間距大于20mm, 1t鍛錘導(dǎo)軌間間距為430mm,綜上所述，可以取B=240mm，又因?yàn)殄懠L(zhǎng)寬相差不大，為了方便于加工與選材，故其長(zhǎng)度也選為240mm[18]。（6）下模型槽底部易積聚氧化皮，致使鍛件表面壓坑或缺肉，為避免產(chǎn)生此缺陷應(yīng)在鍛件上作相應(yīng)補(bǔ)償修改。分模線是模鍛件最重要、最基本的結(jié)構(gòu)要素。圖11 傳動(dòng)軸突緣叉 The flange yoke in transmission shaft 研究對(duì)象本課題研究對(duì)象是五菱凸緣叉鍛件，由于結(jié)構(gòu)和使用性能上的要求,它的幾何形狀比較復(fù)雜，加工面亦較少,成形相對(duì)比較困難。前處理器處理模具和坯料的幾何信息和成形條件的輸入。 我國(guó)在“九五計(jì)劃期間大力推廣CAD技術(shù)，機(jī)械行業(yè)大中型企業(yè)CAD的普及率已從20％提高到目前的70％。圖12 有限元分析過(guò)程流程圖 The flow chart of finite element analysis process 有限元模擬系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程有限元的概念是早在上世紀(jì)40年代就有人提出，但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)尚未出現(xiàn)，它并未受到人們的重視。有限體積法得出的離散方程，要求因變量的積分守恒對(duì)任