【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 造業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家比起來(lái)，我國(guó)的制造業(yè)發(fā)展水平還有一定差距，還需要大量引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，從而使我國(guó)的發(fā)展從根本上看處在被動(dòng)地位，可以說(shuō)制造業(yè)的發(fā)展關(guān)乎我國(guó)民族興亡，對(duì)其的研究也就顯得重中之重。 本課題是在這個(gè)大的背景賦予的精神下深入到我們?nèi)粘Ｉ钪械囊粋€(gè)常見(jiàn)領(lǐng)域展開(kāi)研究的，近幾年，我國(guó)汽車制造業(yè)可以說(shuō)是我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的代表，大部分國(guó)外廠商的注入，國(guó)有品牌的崛起，共同滿足著我國(guó)國(guó)民對(duì)私家車日益增長(zhǎng)的需求。而汽車轉(zhuǎn)向節(jié)中的十字軸正是汽車轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)中必不可少的組成部分，而且承擔(dān)著重要分量的安全責(zé)任。 在汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)一些軸向相交和相對(duì)位置經(jīng)常變化的轉(zhuǎn)軸之間的動(dòng)力傳遞，就必須安裝轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置，這種裝置一般由轉(zhuǎn)向節(jié)、傳動(dòng)軸和中間支承組成。比如在發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車（如圖 ）的變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間。而轉(zhuǎn)向節(jié)正是實(shí)現(xiàn)傳遞變角度動(dòng)力的組件，用于改變傳動(dòng)軸線方向的位置。按扭轉(zhuǎn)方向上是否有彈性，可將轉(zhuǎn)向節(jié)分為剛性轉(zhuǎn)向節(jié)和撓性轉(zhuǎn)向節(jié)。本課題所研究的十字軸存在于不等速轉(zhuǎn)向節(jié)中（如圖 ），是剛性轉(zhuǎn)向節(jié)中的一種。 圖 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置 1 轉(zhuǎn)向 節(jié)； 2 傳動(dòng)軸； 3 前傳動(dòng)軸； 4 中間支承 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 2 圖 十字軸式剛性轉(zhuǎn)向節(jié) 1 套筒； 2 十字軸； 3 傳動(dòng)軸叉； 4 卡環(huán)； 5 軸承外圈； 6 套筒叉 在傳動(dòng)裝置中，載荷對(duì)結(jié)構(gòu)有很高的要求，人們對(duì)速度、穩(wěn)定性的追求，使載荷不斷的增大，在結(jié)構(gòu)上不可避免的產(chǎn)生應(yīng)力集中，而十字軸的軸頭尺寸又相對(duì)很小，這樣，就使十字軸成為汽車安全穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，也因此對(duì)其加工制造的工藝有較高的要求。 而 DEFORM3D 是一種基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)，專門用于分析各種金屬成形過(guò)程中的三維流動(dòng)，提供很有價(jià)值 的工藝分析數(shù)據(jù)，及有關(guān)成形過(guò)程中的材料和溫度流動(dòng)，通過(guò)模擬處理，可以從一定的程度預(yù)見(jiàn)工藝過(guò)程和效果，并在模擬中改進(jìn)工藝，從而為實(shí)際生產(chǎn)提供最大的便利，節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間，空間，節(jié)約成本。計(jì)算機(jī)廣泛發(fā)展以來(lái)，實(shí)際生產(chǎn)與數(shù)字化聯(lián)系日益緊密，各國(guó)紛紛大力發(fā)展數(shù)字化技術(shù)，可以說(shuō)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。因此實(shí)際生產(chǎn)數(shù)字化的重要性不言而喻。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀 基于十字軸在傳動(dòng)裝置中的關(guān)鍵性，以及實(shí)際生產(chǎn)數(shù)字化的重要性，國(guó)內(nèi)外有很多人研究 這兩方面，更將兩方面結(jié)合在一起。比如切梅茲等編著 (德 ),伍德榮等譯的《萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸》，作者詳細(xì)闡述、介紹了轉(zhuǎn)向節(jié)和傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。參考此著，顏波在《農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程》 2020 年第二期發(fā)表了《 EQ140 十字軸斷裂的有限元分析》，作者應(yīng)用 ANSYS 有限元大型分析軟件 , 模擬十字軸受扭矩載荷時(shí)的應(yīng)力情況 , 結(jié)合產(chǎn)品試驗(yàn)情況 , 對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行改進(jìn) , 滿足產(chǎn)品使用要求。這就是一個(gè)實(shí)際生產(chǎn)與數(shù)字化很好結(jié)合的例子。在十字軸的生產(chǎn)工藝方面，有杜照國(guó)在《模具技術(shù)》 2020山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 3 年第 4 期發(fā)表的《十字軸模鍛工藝設(shè)計(jì)》，洪慎章 在《模具工業(yè)》 1997 年發(fā)表的《十字軸閉式精密擠鍛工藝》，劉日倉(cāng)，楊寶琴在《鍛壓機(jī)械》 2020 年第 5 期發(fā)表的《大型十字軸鍛壓工序》等。縱觀整個(gè)十字軸研究領(lǐng)域，生產(chǎn)十字軸常用的加工方法有機(jī)加工、熱鍛、冷擠壓等。在實(shí)際生產(chǎn)數(shù)字化模擬方面，有于斌，郝濱海，徐桂華在《鍛壓裝備與制造技術(shù)》 2020 年第 4 期發(fā)表的《基于 DEFORM 的套筒扳頭擠壓成形過(guò)程數(shù)值模擬》，景志紅，管克智，李斌，李愛(ài)群在《北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)》 1997 年 2 月發(fā)表的《十字軸的有限元分析》，郝濱海，夏思淝，張勇，楊芳在《模具工業(yè)》 2020 年發(fā)表的《套筒扳 頭擠壓成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬》等，這些數(shù)字化模擬研究運(yùn)用不同的模擬軟件對(duì)不同的金屬成形過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算，分析。 課題的認(rèn)識(shí)及研究方法 課題的研究對(duì)象 【 15】 隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，現(xiàn)階段生產(chǎn)十字軸的加工方法主要有機(jī)加工，熱鍛，冷擠壓等。 利用機(jī)加工方法生產(chǎn)十字軸，生產(chǎn)工序較多，造成生產(chǎn)過(guò)程中效率低下，材料嚴(yán)重浪費(fèi)，不利于大批量生產(chǎn)，再加上機(jī)加工生產(chǎn)出來(lái)的十字軸力學(xué)性能和金屬內(nèi)部流線結(jié)構(gòu)上受到了限制和破壞，所以一般不易采用此種方法加工。 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(guò)程中，在加工硬化過(guò)程的同時(shí)，也存在著回復(fù)或再結(jié)晶的軟化過(guò)程，就是其塑性變形容易進(jìn)行。一般情況下其塑性、韌性好，產(chǎn)生斷裂的傾向性減少，熱鍛一般不易產(chǎn)生織構(gòu)，十字軸的擇優(yōu)取向性較小。但是熱鍛也有其不足，加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生氧化、脫碳等缺陷，加工后十字軸的表面不是很光潔，尺寸也不如冷擠壓生產(chǎn)的精確，而且，由于加工結(jié)束后，十字軸內(nèi)部溫度難于均勻一致，所以熱加工后的十字軸組織、性能常常不如冷擠壓加工的均勻。 利用冷擠壓方法生產(chǎn)十字軸，雖然彌補(bǔ)了熱鍛的不足，生產(chǎn)十字軸的生產(chǎn)工序少，可獲得理想的表面粗糙度和尺寸精度 ，材料利用率高、生產(chǎn)效率高，成形十字軸內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織均勻，有合理的纖維流線分布，但進(jìn)行冷擠壓加工所需要的條件很高，比如，需要的設(shè)備噸位大，模具很容易磨損，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，從模具設(shè)計(jì)、潤(rùn)滑到工藝工序的安排都很復(fù)雜，而從我國(guó)基本國(guó)情的角度出發(fā)，在我國(guó)目前的科學(xué)技術(shù)水平下，還是有相當(dāng)?shù)睦щy，從另一個(gè)角度上說(shuō)，開(kāi)發(fā)這樣的生產(chǎn)過(guò)程反而會(huì)提高十字軸生產(chǎn)的總成本，國(guó)內(nèi)使用的還不普遍，而在我國(guó)普遍采用熱鍛方式加工十字軸，我們有成山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 4 熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)。 所以，本課題將以熱鍛十字軸零件（如圖 ）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。 圖 常見(jiàn)十字軸零件圖和模鍛件圖 課題的研究方法 本課題是通過(guò)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(guò)程，通過(guò)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(guò)模擬對(duì)比，如此反復(fù)，直到達(dá)到工藝的最優(yōu)化。 首先，通過(guò)三維造型軟件對(duì)傳統(tǒng)熱鍛十字軸零件進(jìn)行三維實(shí)體化造型。 通過(guò)有限模擬軟件，對(duì)十字軸熱鍛成形過(guò)程進(jìn)行模擬，分析變形過(guò) 程中應(yīng)力應(yīng)變分布，載荷變化和金屬流動(dòng)情況，找出不足、缺陷。 進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。 再通過(guò)三維造型軟件對(duì)改進(jìn)后的熱鍛十字軸零件進(jìn)行三維實(shí)體化造型。 再通過(guò)有限模擬軟件，分析改進(jìn)后的情況，實(shí)現(xiàn)工藝的最優(yōu)化。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 5 2 課題實(shí)驗(yàn)的方案 熱模鍛成形工藝 【 4】 由于本課題是研究十字軸的預(yù)鍛成形和模具改進(jìn)，那么首先要解決的，就是充分理解加工十字軸所用的工藝，熱模鍛成形工藝，只有了解、掌握了這個(gè)工藝，才能為這個(gè)課題的完成打下基礎(chǔ)。 模鍛的特點(diǎn) 首先，本課題的十字軸是通過(guò)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(guò)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(lái)說(shuō)，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。而從模具上來(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，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)。 模鍛的分類 根據(jù)成形溫度，模鍛分為熱鍛和冷鍛，本課題采用熱鍛，熱加工可以使工件變形抗力低，使其塑性變形容易進(jìn)行，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生回復(fù)，再結(jié)晶，提高了成形件的力學(xué)性能。 根據(jù)終鍛模具的不同，將模鍛工藝分為開(kāi)式模鍛和閉式模鍛。開(kāi)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，金屬沿工件分模面得周圍沒(méi)有橫向飛邊產(chǎn)生，上模和下模間的間隙不發(fā)生變化。 本課題所采用的是開(kāi)式模鍛， 這就要注意飛邊和間隙對(duì)十字軸成形的影響。 開(kāi)式模鍛工藝 開(kāi)式模鍛過(guò)程可分為鐓粗、充滿模腔、擠出飛邊和打靠四個(gè)階段。 第一階段是鐓粗階段，坯料處于下模模腔，上模開(kāi)始與坯料接觸的瞬間，上模對(duì)坯料進(jìn)行壓縮，坯料的高度在減小，根據(jù)體積不變假設(shè)，相應(yīng)的直徑就在增大，此階段金屬的流動(dòng)受到的限制比較小，所需的變形力也就不會(huì)很大。在此過(guò)程中，整個(gè)坯料都是變形區(qū)。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 6 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(lái)與凹模的側(cè)壁開(kāi)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(kāi)始顯著增大。在此階段，變形區(qū)仍然遍布整個(gè)坯料。 第三階段是擠出飛邊階段，由于為了更好的控制金屬的流動(dòng)性，使出現(xiàn)的飛邊不至于影響成形過(guò)程中金屬的流動(dòng)阻礙金屬填充模腔，因此，在終鍛型槽上開(kāi)有飛邊槽，部分金屬在壓力作用下沿分模面流入飛邊槽形成飛邊，由于飛邊外的金屬薄，冷卻快，造成模腔周圍一圈的流動(dòng)阻力大，迫使金屬在模腔內(nèi)流向尚未充填的部位，直到完全填滿，為了達(dá)到這一目的，飛邊槽一般有兩個(gè)部分組成，一個(gè)橋部，一個(gè)倉(cāng)部，橋部主要用來(lái)使飛邊減薄，阻礙金屬流動(dòng)，迫使金屬充滿型槽，而倉(cāng)部就是用 來(lái)容納多余的金屬，以免金屬流到分模面上，影響上下模打靠。但對(duì)于整個(gè)開(kāi)式模鍛過(guò)程，此時(shí)鍛件的高度仍然高于最終要求的成形高度。 第四階段是打靠階段，隨著上下模具的運(yùn)動(dòng)，飛邊越來(lái)越小，飛邊內(nèi)的金屬溫度較低，阻力增大，為了將型槽的多余金屬排入飛邊槽，需要更大的打擊力，所需的能量也將消耗整個(gè)成形所需能量的很大部分。在此階段，變形區(qū)已經(jīng)縮小為模鍛件的中心部分區(qū)域了。 通過(guò)整個(gè)過(guò)程的描述，我們可知第二階段是鍛件成形的關(guān)鍵階段，而第四階段則是模鍛變形力最大階段，那么研究鍛件成形問(wèn)題，主要是研究充滿型腔的階段；計(jì)算變形力就要 按第三階段的變形區(qū)域考慮，當(dāng)然是第三階段越小越好。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。 影響開(kāi)式熱模鍛金屬成形的因素 從開(kāi)式模鍛變形金屬變形過(guò)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。而在外部這個(gè)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(duì)金 屬變形的影響。 就模腔的尺寸和形狀來(lái)說(shuō)，金屬以鐓粗的方式比以壓入的方式充滿模腔容易，金屬在模腔中遇到的阻力主要與變形金屬和模壁間的摩擦系數(shù)有關(guān)，模腔表面的粗糙度低、潤(rùn)滑效果好時(shí)，金屬在模腔內(nèi)變形時(shí)所受到的摩擦阻力就小，有利于填充模腔。金屬在模腔中遇到的阻力還和模鍛斜度有關(guān)，與無(wú)模鍛斜度相比，為了便于模鍛后取山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 7 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^(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)變截面的擠壓過(guò)程，金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，為了填充過(guò)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。 圓角半徑 對(duì)金屬流動(dòng)的影響很大，半徑小時(shí)，金屬經(jīng)過(guò)圓角半徑流入模具時(shí)要消耗較多的能量，不易填充模腔，而圓角半徑過(guò)大時(shí)，不僅會(huì)增加金屬消耗和機(jī)械加工量，還會(huì)造成金屬過(guò)早流失，使模腔充不滿。模腔的寬度和深度也影響著金屬在模腔中的流動(dòng)，模腔越窄，金屬流向模腔時(shí)所受阻力就越大，溫度降低的也越顯著，充滿模腔越困難，在其他條件相同的情況下，模腔越深時(shí)，填充也越困難。模具溫度較低時(shí)，金屬流入模腔后，冷卻的較快，流動(dòng)應(yīng)力升高，填充模腔困難。模鍛前，模具一般要預(yù)熱 200 到 300 攝氏度。注意不能過(guò)高，會(huì)影響模具強(qiáng)度。 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(jì)飛邊槽時(shí)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(shí)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(guò)大，會(huì)使模鍛成形的動(dòng)力不足，對(duì)模鍛錘會(huì)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(jì)要根據(jù)情況而定。同時(shí)還要考慮飛邊槽橋部的阻力與飛邊部分坯料金屬的溫度的關(guān)系。如果變形過(guò)程中此處的溫 度降低很快，阻力會(huì)急劇增加。 在模鍛過(guò)程中，上模和下模逐漸接近，飛邊槽橋部間的高度不斷減小，隨著模鍛的進(jìn)行，上下模間的距離從大變小，產(chǎn)生的飛邊阻力也從小變大，開(kāi)始時(shí)大量金屬流入飛邊槽，到最后隨著飛邊的增多，阻力加大，后產(chǎn)生的飛邊量在減少。因此，要減少飛邊消耗，應(yīng)設(shè)法較早建立足夠大的飛邊阻力?？梢酝ㄟ^(guò)改變分模面位置，把飛邊設(shè)計(jì)在變形較困難的端部，初期，中間部位金屬的變形受到模壁限制，就容易向模腔流動(dòng)，充滿模腔，減少飛邊金屬的消耗。 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。一般說(shuō)來(lái)，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。由于溫度較高，氧化皮軟化，摩擦系數(shù)有所降低，這時(shí)的氧化皮在某種程度上具有潤(rùn)滑劑的功能。在模鍛時(shí)正確利用這些因素，有利于金屬充滿模腔，得到外形復(fù)雜、尺寸精確的鍛件。 模具對(duì)金屬變形的影響 為了保證鍛件的形狀和尺寸精度，設(shè)計(jì)熱鍛模具時(shí)應(yīng)考慮鍛件和模具的熱收縮，山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 8 根據(jù)金屬塑性成形理論，塑性變形時(shí)金屬主要朝著最大主應(yīng)力的方向流動(dòng)。在三向壓應(yīng)力的情況下，金屬主要朝著最小阻力方向流動(dòng)。因此，對(duì)一個(gè)待加工的模鍛件，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的制坯工步如預(yù)鍛，就可控制金屬的變 形方向，完成對(duì)毛坯的塑性加工。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(guò)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。 本課題的十字軸成形工藝 【 6】 如圖 為本課題十字軸鍛件簡(jiǎn)圖 圖 十字軸鍛件簡(jiǎn)圖 1 全長(zhǎng)； 2 外徑； 3 股部； R4 鍔徑； 5 鍔部與胴部； R6 中寬； 7 中幅； 8 胴部； R9 胴厚； 10 股幅 本課題十字軸成形工藝主要分三階段：下料，模鍛，切邊。其中模鍛又分為預(yù)鍛和終鍛兩個(gè)過(guò)程。在前面關(guān)于開(kāi)式模鍛的工藝過(guò)程的分析中，為了在大批量的生產(chǎn)條件下保證獲得合適的鍛件，不可能沒(méi)有第四階段。問(wèn)題是怎么把第四階段的壓下量控制在必要的最小值。第四階段壓下量與鍛件的質(zhì)量和形狀復(fù)雜程度有關(guān)，在總壓下量山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 9 中，其所占的比率很小，我們將其看成一個(gè)常數(shù)，對(duì)于一個(gè)鍛件的模鍛變形過(guò)程來(lái)說(shuō)，第四階段壓下量與其他階段壓下量之和也可近似看成常數(shù)，于是就有以下關(guān)系：擴(kuò)大第一階段的壓下量，就 必然會(huì)縮短第二和第三階段的壓下量；縮短第一階段的壓下量，就必然會(huì)增大第二和第三階段的壓下量。 再看第一階段與第二、三階段。如果在總壓下量中擴(kuò)大第一階段的，縮短第二、三階段的壓下量，就會(huì)使坯料在第一階段最大限度地填充模腔，當(dāng)?shù)诙A段開(kāi)始時(shí)，上、下模分模面間的間距已很小。這樣，飛邊一出來(lái)就較薄，形成較大的阻力，迫使金屬填充模腔中未充滿的部位，迅速實(shí)現(xiàn)第二、三階段的變形。結(jié)果只會(huì)消耗較少的飛邊金屬，從而生產(chǎn)出合格的鍛件，提高了材料的利用率。相反，如果擴(kuò)大第二、三階段的壓下量，縮短了第一階段的，第一階段坯料填充模腔 的能力就會(huì)很差，而當(dāng)?shù)诙A段開(kāi)始時(shí)，上下模分模面間的間距還比較大。這樣，飛邊一出來(lái)就較厚，形成阻力不大，金屬大量流出模腔。結(jié)果一直到上下模閉合，模腔不能充滿，鍛件不能成形。在這種情況下，為了要使鍛件充滿成形，只有增大坯料體積，大大降低材料的利用率。 再有，在總壓下量中擴(kuò)大第一階段壓下量，縮短第二、三階段的壓下量，由于只需出較小的飛邊就能生產(chǎn)出合格的鍛件，無(wú)疑還會(huì)降低變形力的最大值，減小鍛壓設(shè)備的功率消耗，延長(zhǎng)鍛模的使用壽命。 所以，綜上所述，擴(kuò)大第一階段的壓下量，縮短第二、三階段的壓下量，保證必要的最小的第 四階段的壓下量，是非常合理的模鍛變形過(guò)程。因此，在制定十字軸成形工藝時(shí)，為了保證獲得合理得模鍛變形過(guò)程，就要減小第二、三階段的壓下量，而要減小第二、三階段的壓下量，就得使，坯料在第一階段就可以和模腔有很好的接觸，這也正是為什么要進(jìn)行預(yù)鍛的原因。通過(guò)預(yù)鍛可以使坯料按照鍛件圖的要求和金屬流動(dòng)規(guī)律較細(xì)致地分配體積，從而得到介于中間坯料和終鍛件之間而接近終鍛件的過(guò)渡形狀。合適的預(yù)鍛件易于成形并且在植入終鍛模腔模鍛時(shí)在第一階段就能最大限度地填充模腔。在實(shí)際生產(chǎn)中，預(yù)鍛和終鍛大多使用相同型腔。 本課題十字軸成形工藝中， 坯料所用材料為 25CrMo4。模具的預(yù)熱溫度為 200 攝氏度。坯料在 1150 攝氏度下進(jìn)行鍛造。將坯料在預(yù)鍛模中預(yù)鍛