【導讀】分，應用越來越廣泛，地位也越來越重要。件，產品質量要求高，形狀復雜。以目前國內普遍應用的熱鍛工藝為研究前提，運用。UG、DEFORM-3D軟件系統(tǒng)的研究十字軸的成形過程和模具設計。分析應力狀態(tài)和載荷-行?；谀M結果，分析十字軸預鍛成形過程中所出現(xiàn)的問題，提出模具設計的。從數(shù)學模型上給出了指導，得出了優(yōu)化的工藝參數(shù)，設計出合理的模具型。利用UG的實體造型功能建立十字軸的三維模型。

　　

【正文】 徑。考慮到坯料在鐓粗時不致產生彎曲，備料方便以及節(jié)省材料，應使坯料長度 L與與直徑 D之比值 L/D=～ 。由此，坯料直徑 D可在下列范圍內選擇： D’=（ ～ ） =（ ～ ） ≈ ～ （ mm） 計算出 D’后，依據(jù)國家標準盡力選用本廠常用的規(guī)格D。 選取 D=40mm 然后求出下料長度 L： L==247。 402 ≈ 80mm 式中： D’ —計算出的坯料直徑， mm V—計算出的坯料體積， mm3 L—下料長度， mm D—下料直徑， mm 坯料長度 L與與直徑 D的 比值 ： L/D=80/40=2，滿足條件。坯料如圖 38。 預鍛模的設計 傳統(tǒng)工藝預鍛模具，在預鍛階段總會或多或少產生飛邊，不利于十字軸的最后成形，預鍛飛邊的出現(xiàn) ， 不僅浪費了材料 ， 還造成終鍛所需打擊力的提高十字軸類零件圖 38 坯料 左渭：十字軸鍛造成形工藝研究及模具設計 19 在鍛造成形過程中 ， 坯料在模具的壓力下 ， 會發(fā)生變形 ,向髖部和軸部流動 。 預模腔內壁存在相對運動 ， 因而存在摩擦力 ， 摩擦力的存在阻礙金屬的流動 ， 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 )， 金屬的流動就會受到抑制 ， 最終不能很好的充填軸部型腔 ， 而髖部的金屬 ， 會以預鍛飛邊的形式流出。產生預鍛飛邊的另一個原因就是坯料尺寸過大 ， 坯料尺寸可以取根據(jù)預鍛模膛和終鍛模膛體積計算，在目前采用的工藝，無論怎么修改坯料的尺寸，都會產生預鍛飛邊，僅僅是飛邊大小的問題，這也是現(xiàn)在生產中所存在的問題。那么 要消除飛邊就要改變預鍛模 腔外形設計。通過改變預鍛型腔的外形，使終鍛時所用的預鍛件不僅沒有飛邊，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，消除終鍛件的應力集中。 如圖 311 可以看出 ， 傳統(tǒng)工藝下的預鍛型腔外形并不合理 ， 預鍛型腔的作用 ， 就是實現(xiàn)坯料的預成形 ， 為終鍛提供方便 ， 因而 ， 預鍛型腔的幾何形狀可以在一定程度上變化 ， 來實現(xiàn)預鍛無飛邊 、 終鍛所需能量降低的目的 ， 預鍛型腔外形的修改 ， 有下面幾個原則 ： 對于不影響最終成形的幾何部分 ， 可以通過恰當?shù)膱A角過渡來降低預鍛中的金屬流動阻力 ； 預鍛型腔的修改 ,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)預鍛模腔的基礎上針對部分地方做出修改、優(yōu)化，最終確定了改進 后的預鍛模腔（如圖 312）。改進預鍛模腔與傳統(tǒng)模腔不同之處，在于改進模腔髖部的拐角用圓弧進行了過渡，這樣就是金屬在流動到拐角處，不在因為很大的阻力而影響其流動，同時，也就減少了在這個部位飛邊擠出的可能。另外，本文在型腔內部借助改進的拐角，挖出了一個帶弧度的凹臺，用來使原始坯料和模具面接觸，縮短了預鍛時第二階段的壓下量，使坯料更容易填充型腔，也從圖 39 成形過程金屬流動模型 圖 310 坯料鐓粗 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 20 另一方面減小了飛邊產生的可能，最重要的就是，通過預測無飛邊預鍛件成形幾何特征，確定預鍛型腔圓角，使預鍛件能夠最大程度的與終鍛模腔接觸，深入。 同時，對坯料進行鐓粗， 鐓粗高度不宜過小亦不宜過大，適當?shù)溺叴诌@樣更有利于坯料在型腔內成型并且更大程度的減小了飛邊產生的可能，如圖 310。鐓粗后坯料的高度為 H=55mm。 圖 311 傳統(tǒng)工藝下的預鍛模腔 圖 312 改進后的預鍛型腔 左渭：十字軸鍛造成形工藝研究及模具設計 21 圖 313 傳統(tǒng)工藝下預鍛結束和終鍛結束 圖 314 改進后預鍛結束和終鍛結束 從圖 313 和圖 314 中可以看出，運用改進后的模具進行預鍛成形后，預鍛件不再有飛邊存在，整個預鍛件過渡合理，在整個預鍛過程中，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，不再有飛邊產生，同時降低了載荷， 使 鍛件預成形效果好，終鍛時，金屬 便 能很好的填充終鍛模腔 。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 22 第 4章 十字軸模具總裝配圖 模架的選取 擬選用中間導柱模座，圖 41 為中間導柱模架，（ GB/T 2851， 5），技術條件按JB/T 8050—1999 的規(guī)定。 左渭：十字軸鍛造成形工藝研究及模具設計 23 圖 41 中間導柱模架 圖 42 為中間導柱上模座，其各部分結構參數(shù)見表 41，材料為 HT200，規(guī)定凹模周界 L＝ 240mm， B＝ 240mm，厚度 H＝ 80mm的中間導柱上模座。 圖 43 為中間導柱下模座，其各部分的結構參數(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的中間導柱下模座。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 24 圖 42 中間導柱上模座 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 中間導柱上模座結構參數(shù) 左渭：十字軸鍛造成形工藝研究及模具設計 25 圖 43 中間導柱 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 中間導柱下模座結構參數(shù) 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 26 圖 44 A型導柱和導套 A型導柱結構形式見圖 43，其各部分的結構參數(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，長度 L=210mm的 A型導柱可標記為 “ 導柱 A20h5120 GB/T ” 。 A型導套結構形式見圖 44，其各部分的結構參數(shù)見表 44，材料選用、熱處理、 硬度 要求 和技術條件與 A型導柱相同。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，長度 L=115mm， H=43mm的 A型導套可標記為 “ 導套 A20H611543 GB/T ” 。 d L 基本尺寸 極限偏差 （ h5） （ h6） 左導柱 40 0 0 210 右導柱 45 0 0 210 表 43 導柱結構參數(shù) 左渭：十字軸鍛造成形工藝研究及模具設計 27 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） 左導套 40 + 0 + 0 55 + + 115 43 4 1 右導套 45 + 0 + 0 60 + + 125 48 4 1 表 44 導套結構參數(shù) 熱模鍛壓力機的選用 熱模鍛壓力機采用機械剛性傳動，曲柄連桿機構也是剛性連接的，因此滑塊具有強制運動的性質，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上易于實現(xiàn)機械化和自動化生產。熱模鍛壓力機直接采用電力機械傳動，因而傳動效率比較高。工作時封閉高度不變，滑塊具有固定的上下止點，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。熱模鍛壓力機工作時工藝力并不傳給地基，僅在滑塊接觸工件時略有沖擊，因此對基礎沒有劇烈的沖擊和振動，不需要強大的安裝基礎。熱 模鍛壓力機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，降低機身高度加大機身截面，采用剛度大的裝模高度調節(jié)機構，整體剛度高，減少機器變形提高鍛件精度。滑塊的行程次數(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。具有解除 ―悶車 ‖裝置。 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稱壓力： Fg≥P/（ ～ ）或 P≤（ ～ ） Fg 式中： Fg—熱模鍛壓力機的公稱壓力， 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)《鍛造模具簡明設計手冊》表 ～表 選擇公稱壓力為16000kN的 MP 系列熱模鍛壓力機。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 28 模具總裝配圖 如圖 44 為十字軸模具總裝配圖的主視圖、上視圖和正三軸測圖。圖 45 為十字軸模具的部分尺寸及相關組件。 圖 45 模具總裝配三維圖 左渭：十字軸鍛造成形工藝研究及模具設計 29 圖 46 十字軸模具裝配圖 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 30 第 5章 結論與展望 畢業(yè)設計是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，本次程設計，是徘徊于理論與實踐之間的一段旅程，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光。通過這次課程設計，紙張上文字不再艱澀難懂，一個個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，旅途的風景再多么地糟糕，心情還是愉悅的。通過這次課程設計，想到了上課時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，今天我卻發(fā)現(xiàn)了，想到了今天能夠和同學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)知識不夠了解甚至不曾了解，但我知道我今天每一點的努力都是靠近知識盡頭的一步。綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產實際知識，鞏固與擴充了模具制造等課程所學的內容，體現(xiàn)出自己單獨設計模具的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用，突出自己勞動成果的喜悅心情。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計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài) ,與實際設計的結合鍛煉了自己綜合運用所學的專業(yè)基礎知 識和解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這些也正是我們進行此次畢業(yè)設計的目的所在。 本文對十字軸的預鍛成形過程中遇到一些問題進行了應用性的研究和分析，改進了十字軸成形過程中預鍛模具。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。但是由于自身知識儲備、時間、研究環(huán)境等各方面因素的限制，還有許多等待進一步完善和發(fā)展的工作。 影響十字軸鍛造成形的因素有很多，比如模具結構、鍛造溫度、設備工作速度、潤滑條件等，對于其他方面可進一步研究。在對預鍛工藝進行改進時，除了對型腔形狀的改進外，還可對模具分布和其它工藝性步驟進行探索和研究。 本課題僅僅對十字軸的設計進行了研究，可以說實際生產和數(shù)字化聯(lián)系還有待進一步發(fā)展，可進一步研究制造業(yè)全過程的數(shù)字化技術，為實現(xiàn)實際生產數(shù)字信息化奠定基礎。 經(jīng)過這次十字軸的鍛造模具設計，讓我更加熟練的