【導(dǎo)讀】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。本文主要以十字軸為研究對(duì)象，十字軸是汽車底盤中的一個(gè)十分重要的傳力零件，產(chǎn)品質(zhì)量要求高，形狀復(fù)雜。以目前國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用的熱鍛工藝為研究前提，運(yùn)用UG、DEFORM-3D軟件系統(tǒng)的研究十字軸的成形過程和模具設(shè)計(jì)。首先采用UG或Pro/E三維造型軟件對(duì)十字軸進(jìn)行三維實(shí)體化造型。分析應(yīng)力狀態(tài)和載荷-行?；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(jì)的。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。利用UG的實(shí)體造型功能建立十字軸的三維模型。

　　

【正文】 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=～ 。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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)盡力選用本廠常用的規(guī)格 D。 選取 D=40mm 然后求出下料長(zhǎng)度 L： L==247。 402 ≈ 80mm 式中： D’ —計(jì)算出的坯料直徑， mm 圖 38 坯料 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 V—計(jì)算出的坯料體積， mm3 L—下料長(zhǎng)度， mm D—下料直徑， mm 坯料長(zhǎng)度 L與與直徑 D的 比值 ： L/D=80/40=2，滿足條件。 坯料如圖 38。 預(yù)鍛模的設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)工藝預(yù)鍛模具，在預(yù)鍛階段總會(huì)或多或少產(chǎn)生飛邊，不利于十字軸的最后成形， 預(yù)鍛飛邊的出現(xiàn) ， 不僅浪費(fèi)了材料 ， 還造成終鍛所需打擊力的提高十字軸類零件在鍛造成形過程中 ， 坯料在模具的壓力下 ， 會(huì)發(fā)生變形 ,向髖部和軸部流動(dòng) 。 預(yù)模腔內(nèi)壁存在相對(duì)運(yùn)動(dòng) ， 因而存在摩擦力 ， 摩擦力的存在阻礙金屬的流動(dòng) ， 但由于坯料受到的豎直方向的力 ， 足以抵抗摩擦力 ， 因而 ， 坯料首先充填髖部 ， 然后再充填軸部。金屬流動(dòng)情況如圖 39 所示，在充填模膛過程中 ， 如果型腔的造型不合理 (比如存在比較大的軸肩差、不合適的圓角 )， 金屬的流動(dòng)就會(huì)受到抑制 ， 最終不能很好的充填軸部型腔 ， 而髖部的金屬 ， 會(huì)以預(yù)鍛飛邊的形式流出。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。那么 要消除飛邊就要改變預(yù)鍛模腔外形設(shè)計(jì)。通過改變預(yù)鍛型腔的外形， 使終鍛時(shí)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。 如圖 311 可以看出 ， 傳統(tǒng)工藝下的預(yù)鍛型腔外形并不合理 ， 預(yù)鍛型腔的作用 ， 就是實(shí)現(xiàn)坯料的預(yù)成形 ， 為終鍛提供方便 ， 因而 ， 預(yù)鍛型腔的幾何形狀可以在一定程度上變化 ， 來實(shí)現(xiàn)預(yù)鍛無飛邊 、 終鍛所需能量降低的目的 ， 預(yù)鍛型腔外形的修改 ， 有下面幾個(gè)原則 ： 圖 39 成形過程金屬流動(dòng)模型 圖 310 坯料鐓粗 左渭：十字軸鍛造成形工藝研究及模具設(shè)計(jì) 19 對(duì)于不影響最終成形的幾何部分 ， 可以通過恰當(dāng)?shù)膱A角過渡來降低預(yù)鍛中的金屬流動(dòng)阻力 ； 預(yù)鍛型腔的修改 ,必須在幾何外形上保證坯料在模膛中的定位和放置 ； 預(yù)鍛型腔的體積不能小于終鍛型腔的體積 。 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）。改進(jìn)預(yù)鍛模腔與傳統(tǒng)模腔不同之處，在于改進(jìn)模腔髖部的拐角用圓弧進(jìn)行了過渡，這樣就是金屬在流動(dòng)到拐角處，不在因?yàn)楹艽蟮淖枇Χ绊懫淞鲃?dòng)，同時(shí)， 也就減少了在這個(gè)部位飛邊擠出的可能。另外，本文在型腔內(nèi)部借助改進(jìn)的拐角，挖出了一個(gè)帶弧度的凹臺(tái)，用來使原始坯料和模具面接觸，縮短了預(yù)鍛時(shí)第二階段的壓下量，使坯料更容易填充型腔，也從另一方面減小了飛邊產(chǎn)生的可能，最重要的就是，通過預(yù)測(cè)無飛邊預(yù)鍛件成形幾何特征，確定預(yù)鍛型腔圓角，使預(yù)鍛件能夠最大程度的與終鍛模腔接觸，深入。 同時(shí)，對(duì)坯料進(jìn)行鐓粗， 鐓粗高度不宜過小亦不宜過大，適當(dāng)?shù)溺叴?這樣更有利于坯料在型腔內(nèi)成型并且更大程度的減小了飛邊產(chǎn)生的可能 ， 如圖 310。 鐓粗后坯料的高度為 H=55mm。 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 。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 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。 圖 41 中間導(dǎo)柱模架 圖 42 為中間導(dǎo)柱上模座，其各部分結(jié)構(gòu)參數(shù)見表 41，材料為 HT200，規(guī)定凹模周界 L＝ 240mm， B＝ 240mm，厚度 H＝ 80mm的中間導(dǎo)柱上模座。 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 。 左渭：十字軸鍛造成形工藝研究及模具設(shè)計(jì) 23 圖 42 中間導(dǎo)柱上模座 凹模周界 H h L1 B1 S R l2 D(H7) D1(H7) L B 基本尺寸 極限偏差 基本尺寸 極限偏差 240 240 80 15 380 330 315 55 100 50 + 0 50 + 0 表 41 中間導(dǎo)柱上模座結(jié)構(gòu)參數(shù) 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 43 中間導(dǎo)柱 下 模座 凸模周界 H h L1 B1 S R l2 d(R7) d1(R7) L B 基本尺寸 極限偏差 基本尺寸 極限偏差 240 240 85 15 380 330 315 55 100 35 + 0050 40 + 0 表 42 中間導(dǎo)柱下模座結(jié)構(gòu)參數(shù) 左渭：十字軸鍛造成形工藝研究及模具設(shè)計(jì) 25 圖 44 A型 導(dǎo)柱 和導(dǎo)套 A型 導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)形式見圖 43，其各部分的結(jié)構(gòu)參數(shù)見表 43，材料選用 20 鋼，熱處理要求滲碳深度 ～ ，硬度 58～ 62HRC，技術(shù)條件按 JB/T 8070—1995 的規(guī)定。在圖 43 中， R*的值可由制造廠家決定，沒有固定的數(shù)值。直徑 d=40mm，公差帶 h5，長(zhǎng)度 L=210mm的 A型導(dǎo)柱可標(biāo)記為 “ 導(dǎo)柱 A20h5120 GB/T ” 。 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。在圖 中， R*的值可由制造廠家決定，沒有固定的數(shù)值。直徑 d=40mm，公差帶 H6，長(zhǎng)度 L=115mm， H=43mm的 A型導(dǎo) 套 可標(biāo)記為 “ 導(dǎo) 套 A20H611543 GB/T ” 。 d L 基本尺寸 極限偏差 （ h5） （ h6） 左導(dǎo)柱 40 0 0 210 右導(dǎo)柱 45 0 0 210 表 43 導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)參數(shù) 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 d D(r6) L H b a 基本尺寸 極限偏差 基本尺寸 極限偏差 （ H6） （ H7） 左導(dǎo)套 40 + 0 + 0 55 + + 115 43 4 1 右導(dǎo)套 45 + 0 + 0 60 + + 125 48 4 1 表 44 導(dǎo)套結(jié)構(gòu)參數(shù) 熱模鍛壓力機(jī)的選用 熱模鍛壓力機(jī)采用機(jī)械剛性傳動(dòng)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)也是剛性連接的，因此滑塊具有強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，滑塊行程次數(shù)固定，速度和加速度則按一定規(guī)律變化。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)。熱模鍛壓力機(jī)直接采用電力機(jī)械傳動(dòng)，因而傳動(dòng)效率比較高。工作時(shí)封閉高度不變，滑塊具有固定的上下止點(diǎn)，在鍛造過程中滑塊每次行程都能使鍛件得到相同的高度。另外，熱模鍛壓力機(jī)具有較高的剛度，因此模鍛件的尺寸精度較高。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)。熱 模鍛壓力機(jī)采用短而粗的整體連桿剛度大的偏心軸，縮短曲軸支撐間距，降低機(jī)身高度加大機(jī)身截面，采用剛度大的裝模高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，整體剛度高，減少機(jī)器變形提高鍛件精度?；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(shí)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。具有解除 “悶車 ”裝置。 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)。 左渭：十字軸鍛造成形工藝研究及模具設(shè)計(jì) 27 模具總裝配圖 如圖 44 為十字軸模具總裝配圖的主視圖、上視圖和正三軸測(cè)圖。圖 45 為十字軸模具的部分尺寸及相關(guān)組件。 圖 45 模具總裝配 三維 圖 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 46 十字軸模具裝配圖 左渭：十字軸鍛造成形工藝研究及模具設(shè)計(jì) 29 第 5章 結(jié)論與展望 畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)， 本次程設(shè)計(jì)，是徘徊于理論與實(shí)踐之間的一段旅程，是回望在課堂與課下之間的一絲脆鈴，是升華間不懂與朦朧之間的一抹陽(yáng)光。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。通過這次課程設(shè)計(jì)，想到了上課時(shí)一次有一次問過老師的問題今天不再是浮云，想到了課本上許許多多未曾出現(xiàn)的新知識(shí)，今天我卻發(fā)現(xiàn)了，想到了今天能夠和同學(xué)坐在一起翻著同樣的書、討論著千奇百態(tài)的問題，那未來又算得了什么。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。我不知道我還有多少專業(yè)知識(shí)不夠了解甚至不曾了解，但我知道我今天每一點(diǎn)的努力都是靠近知識(shí)盡頭的一步。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。等等這些益處，不再是空話。 通過這次系統(tǒng)的 十字軸 鍛造模具設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài) ,與實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了自己綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手 冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這些也正是我們進(jìn)行此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。 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。在課題的進(jìn)行過程中，得到了許多的寶貴經(jīng)驗(yàn)，對(duì)課題流程和方向有了更進(jìn)一步的把握，提高了進(jìn)一步從事類似方向的能力和水平。但是由于自身知識(shí)儲(chǔ)備、時(shí)間、研究環(huán)境等各方面因素的限制 ，還有許多等待進(jìn)一步完善和發(fā)展的工作。 影響十字軸鍛造成形的因素有很多，比如模具結(jié)構(gòu)、鍛造溫度、設(shè)備工作速度、潤(rùn)滑條件等，對(duì)于其他方面可進(jìn)一步研究。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。 本課題僅僅對(duì)十字軸的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，可以說實(shí)際生產(chǎn)和數(shù)字化聯(lián)系還有待進(jìn)一步發(fā)展，可進(jìn)一步研究制造業(yè)全過程的數(shù)字化技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)字信息化奠定基礎(chǔ)。