【導讀】鍛造工藝的發(fā)展概況·························································-2-. 課題意義、研究內(nèi)容及研究方案···········································-3-. 第2章鍛件工藝方案的確定·························································-5-. 模鍛工步的選擇·······························································-5-. 鍛錘噸位的確定··························&

　　

【正文】 及的壓力機噸位確定。毛坯尺寸的確定與制坯工步的選擇在設計中也是很重要的，制坯工步的好壞直接影響到預鍛或終鍛的效果，也就 關系到 整個工藝設計的成功與否。設計過程中鍛件沿軸線方向的橫截面積變化是設計的主線，它是毛坯尺寸確定的依據(jù)，是制坯工步模膛設計的依據(jù)，是整個設計過程中的重中之重 ，設計中借助計算機輔助軟件 UG 與 Auto CAD解決的像截面積大小確定與周邊長度、軸線長度等問題。 整個設計過程都嚴格按照工藝順序進行，各數(shù)據(jù)的確定也都根據(jù) 計算公式計算并經(jīng)修整后確定， 并通過 Deform軟件的模擬驗證模膛設計的可行性，經(jīng)過不斷地模擬不斷地修改模膛， 直至模擬得到滿足要求的鍛件模膛才確定。 得到的結論： （ 1） 在綜合分析鍛件工藝性的基礎上 , 根據(jù)長軸類零件的模鍛成型特點 , 選出了成型設備平鍛機。 （ 2） 結合 Deform 軟件的模擬 , 完成了 XT80 型滑架 的模鍛工藝及模具設計 , 并采取了一些關鍵的工藝措施來保證鍛出良好鍛件。 （ 3） 最終確定的模 具模擬中 , 沒 有充不滿、折疊等缺陷產(chǎn)生 , 進一步證明了該模鍛工藝的可行性和模具設計的合理性。 雖然 如此，設計過程中仍然存在很多不足的地方，比方 毛坯尺寸計算過程中的 最大截面積與最小截面積的確定，由于本課題的設計中面積的截取大致在截面積變化的地方，可是由于不可能把所有的截面積都計算出來 再進行比較大小 ， 課題中只截取了 22 個截面，最大最小截面也是在 22 個截面中比較確定的，當然這些截面不一定就是面積變化的特征面，這樣就 難免存在誤差。由于在 UG 建模時鍛件的繪制經(jīng)過修正，最終得到的體積與設計的實際鍛件也會有所差異。還有自身經(jīng)驗不足的限制，有些經(jīng)驗參數(shù)的選取也會有所偏差， 這些偏差相信以后會隨著經(jīng)驗的提升與對鍛造更多方面 的了解而得到改善。 XT80 型滑架的鍛造 是一個 較 復雜的成形過程，對于鍛件質(zhì)量、精度以及模具使用壽命的影響因素很多， 本文是結合 Deform軟件的 數(shù)值模擬 來驗證模具可行性的。模擬 工作要利用軟件技術的優(yōu)勢，通過對工藝參數(shù)、模具結構、工藝方案等影響因素的模擬分析，為實際成形工藝的優(yōu)化設計提供依據(jù)。同時模擬軟件自身也要不斷的完善發(fā)展，以擴大模擬分析的應用范圍，提高數(shù)值模擬的準確性和可靠性。本文對 鍛模設計過程的一些關鍵步驟 進行了研究和探索，得到了許多寶貴的結論，由于時間和條件的限制，還有很多工作等待進一步的研究，基于 此展望如下： 1. 在模鍛成形工藝中，鍛造載荷并不大 ，為了提高鍛件精度，模擬的彈性變形不容忽視，因此，采用有限元模擬軟件進行模具的彈性變形分析，進一步提高鍛件精度， XT80 型滑架的鍛造 成形具有重要的意義。 2. 利用模擬軟件模擬出了金屬的變形規(guī)律、溫度場及缺陷等情況，但只是停留在宏觀數(shù)據(jù)的層面。對于溫度在 1250℃左右熱模鍛，坯料有沒有在成形過程中安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 35 出現(xiàn)過熱及發(fā)生相變或晶粒長大等都需要進一步的研究。 3. 開發(fā) CAD/CAE 集成系統(tǒng)。在本文進行數(shù)值模擬及工藝參數(shù)分析時，需要進行大量的交互 式手工作業(yè)，而且這些工作需要在熟練掌握 CAD/CAE 相關知識和軟件的基礎上才能完成，所以，開發(fā) CAD/CAE 集成系統(tǒng)，提高金屬成形模擬的自動化和智能化程度是一項極具價值的研究方向。 4. 由經(jīng)驗改進。在本課題中的所有數(shù)據(jù)確定都只是通過公式計算得到，經(jīng)模擬確定，但實際生產(chǎn)中還要結合經(jīng)驗對數(shù)據(jù)進行修正，使模具更具可行性。 李思思： XT80 型滑架的鍛造工藝分析及模具設計 36 致 謝 本設計的完成是在我們的導師 段園培 老師的細心指導下進行的。 從設計開始到現(xiàn)在每個星期三段老師都會定期檢查我們所做的工作，解答課題中我們遇到的問題，每次遇到問題 老師 都能 不辭辛 苦的講解才使得我的設計 能 順利 地 進行。從設計的選題到資料的搜集直至最后設計的修改的整個過程中，花費了 段 老師很多的寶貴時間和精力，在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x！導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，開拓進取的精神和高度的責任心都將使學生受益終生！ 還要感謝和我同一設計小組的 章鉆斌 同學，是你 在我平時設計中和我一起探討問題，并指出我 設計上的誤區(qū)，使我能及時的發(fā)現(xiàn)問題把設計順利的進行下去，沒有你 的幫助我不可能這樣順利地結稿，在此表示深深的謝意。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 37 參考文獻 [1] 夏巨椹 .中國模具設計大典 [M ].北京 :電子工業(yè)出版社 ,2020 [2] 張志文 .鍛造工藝學 [M ] .北京 : 機械工業(yè)出版 社 , 1988: 269 – 2701. [3]徐開東 ,黃早文 ,郭汝峰 ,吳愛民 ,馬艷東 .插接式扭矩桿鍛造工藝及模具設計 [J].石油機械 2020,(1):4854. [4]虞躍生 ,龔勇 .我國鍛造工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及對策 [J].汽車科技 .2020,(1):3670 [5]吳斌 .活塞鍛造模具設計及成型工藝 [J].新工藝新技術 .2020, (1):8485 [6]吳彥駿 ,趙震 ,梁艷遷 ,胡成亮 ,高崇暉 .基于近似替代模型的多工位高速鍛造預鍛模具優(yōu)化 [J].塑性工 程學報 .2020(4):7985. [7]朱春東 ,史雙喜 ,華林 .汽車半軸套管近凈鍛造工藝優(yōu)化 [J].金屬鑄鍛焊技術 .2020. (1)： 98102 [8]邢曉東 ,趙振霞 .窩輪飛刀的鍛造 [J].大型鑄鍛件 .2020. (3)： 2225 [9]肖來斌 ,朱小兵 .輕卡轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造工藝與模具設計 [J].模具工業(yè) .2020. (4)： [10] 李尚健 .鍛造工藝及模具設計資料 [M ].北京 :機械工業(yè)出版社 , [11] 彭建生 .模具設計與加工速查手冊 [M ].北京 :機械工業(yè)出版社 , 2020. [12] 劉潤廣 .鍛造工藝學 [M ].哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學出版社 ,1992. [13] 李會武 ,王再生 .模具設計手冊 [M ].北京 :機械工業(yè)出版社 ,1991. [14] 夏玉峰 .型緩沖器推力錐鍛造成形過程仿真與實驗 [J].鍛壓裝 備與制造技術 .2020.(5).5056 [15]Vazquez,Taylan Altan ,Die design for flashless fing of plex parts [J]Joural of Material Processing Technology 2020,(98):8189 [16] Benjamin W Niebel,Alan B Draper,Richard A manufacture process publishing ,54。183 [17] Kulkarni K M,parikh M M,Watmough hot die fing of plex part in a titanium ,1982,(100)。146~151 李思思： XT80 型滑架的鍛造工藝分析及模具設計 38 附 錄 A 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 39 李思思： XT80 型滑架的鍛造工藝分析及模具設計 40 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 41 李思思： XT80 型滑架的鍛造工藝分析及模具設計 42 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 43 李思思： XT80 型滑架的鍛造工藝分析及模具設計 44 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 45 李思思： XT80 型滑架的鍛造工藝分析及模具設計 46 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 47 譯文： 復雜部分的無飛邊鍛模設計 摘要 在連桿的常規(guī)熱鍛過程中，原始工件將近有 20~40%的材料浪費在飛邊上。為了減少鍛件的浪費，鍛造必須在緊閉的腔中進行以獲得近凈或凈形狀部分。在無飛邊鍛造過程中，用來鍛造的可用體積必須準確控制以避免模具過載并能充滿型腔。另外，整個過程得足夠簡單以便大批量生產(chǎn)。 這里研究的是關于連桿的無飛邊預成型設計及對有一定飛邊量控制的復雜 部分在鍛造上的用具新概念的介紹。工序模仿的作用已經(jīng)在一些無需昂貴用具的反復作業(yè)中發(fā)揮作用。 關鍵詞 ：模具設計；無飛邊鍛造；工具設計 要是一連桿（見圖 1）的重量在增加其強度能減少，汽車的燃料效能就能得到提高。目前，鋼制連桿用于顧客用車。然而，一些制造商仍嘗試用其它更輕的材料?，F(xiàn)今，多種以鋁為基的復合材料已被考慮作為汽車發(fā)動機的材料，但還沒有成功采納。主要原因是由于這些材料沒有足夠強度，或強度足夠時價格太貴。 在競爭的價格下，無飛邊鍛造為生產(chǎn)鋁制復合連桿提供了可能。無飛邊鍛造工藝要比常規(guī)帶飛邊的 閉式模復雜。因此，為了加快制造工序的速度又減少成本的增長，新的設計方法得開發(fā)及應用。有限元方法（ FEM） 為在一臺電腦上設計整個制造過程提供了可能。這些減少了資金與時間在工藝及工具設計、工具制造、模具實驗中的浪費。另外，在模擬中它可以改變工藝環(huán)境以找到一種產(chǎn)品的最佳制造條件。 連桿的鍛造 在連桿鍛造中，三種主要方法可以使用。第一種方法包含使用一無毛刺胚料并在一壓力下敲打多次直到得到最終需要形狀（見圖 2 左）。這種方法會有20~40%的材料浪費在飛邊上。閉式模鍛造的突出優(yōu)點是它的工作容積變化范圍比無飛 邊鍛造更廣。這樣使它更容易連續(xù)生產(chǎn)同質(zhì)量產(chǎn)品。然而，為去除產(chǎn)生的飛邊修邊的工序就不可避免。 第二種方法是網(wǎng)形無飛邊鍛造（見圖 2 右）。在這個過程中預成型要全部形成于模腔中所以飛邊是不允許產(chǎn)生的。在壓模鍛造中不會有材料浪費。然而，嚴格的體積控制對確保填充型腔及避免工具過載很重要。第三種方法，這種方法應用很廣的，是粉末冶金的熱鍛。這種方法實質(zhì)上生產(chǎn)無材料浪費及近凈形狀的產(chǎn)品。但是，金屬粉末相比常用粉末要貴。 原則上，熱鍛操作是無平衡態(tài)過程，材料在受三維空間的壓力和應力下成型。材料的流動主要依靠以下幾點： 李思思： XT80 滑架的鍛造工藝分析及模具設計 48 圖 1 連桿 圖 2 帶飛邊及不帶飛邊的閉式模鍛造 ； ； ； ； ； 因此，要進行一次成功的無飛邊鍛造工藝需要： 1. 原先的毛坯體積要與型腔的體積在工序結束時一樣。 2. 必須無局部的體積過大或不足，這就意味著最大的供應量與預成型的位置必須非常準確。 3. 如果模型中有多余的空間，型腔必須首先被充滿。 這里研究的是關于連桿的無飛邊預成型設計及對有一定飛邊量控制的復雜部分在鍛造上的用具新概念的介紹。 工序模仿的作用已經(jīng)在一些無需昂貴用具的反復作業(yè)中發(fā)揮作用。 無飛邊鍛造工序設計要比常規(guī)帶飛邊的閉式模鍛造設計復雜的多。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 49 圖 3 連桿無飛邊鍛造的鋁制物理模型 有限元分析（ FEM）和物理模型技術為提高制造工藝的發(fā)展同時減少整個制造工藝設計中所增長的成本提供了可能。另外，它有可能通過相互作用修改工藝元素決定鑄件的最好制造條件。 物理模型在預成型中的應用 在三維有限元仿真分析準備好之前，物理模型試驗和二維有限元仿真分析被用來確定連桿的無飛邊鍛造的預成型。連桿的無飛邊鍛造 的三維有限元仿真分析也被嘗試可由于再篩分析的限制并未成功。 物理模型試驗 物理模型試驗操作于用黏土毛坯和鋁制用具（見圖 3） [2]制成的連桿的無飛邊鍛造中。這試驗在 ERC/NSM 五噸多動壓力下進行。黏土試驗的主要目的是找到模具型腔的完整預成型幾何形狀。 連桿的體積分配是通過切掉一些橫向部分和對各區(qū)的計算獲得的。拐角區(qū)域?qū)Ρ冗B桿長度分部見圖 4。曲線下的區(qū)域呈現(xiàn)連桿的最終體積分配?；谶@些軸對稱預成型便可設計。在 [2]中提到的預成型展現(xiàn)于圖 5。預成型將基于物理模型試驗得到修改。最終的黏土預成型和連桿顯示于圖 6（預成型Ⅰ）。 圖 4 軸對稱黏土預成型 李思思： XT80 滑架的鍛造工藝分析及模具設計 50 圖 5 連桿預成型Ⅰ的草圖 圖 6 黏土預成型和連桿 無飛邊鍛造工藝的三維有限元仿真分析 為了證實新式 FEM 代碼三維變形對預成型設計的最優(yōu)化的適應性，在之前的研究中如確定的真正的連桿用預成型Ⅰ加以執(zhí)行。 由于初始預成型的銷端太大以致不能適宜地進入模腔，初始預成型的步驟不得不用以開始整個鍛造工序。這個模擬操作在熱鍛溫度下（見圖 7）。模擬的相關數(shù)據(jù)顯示于表 1。 無飛邊鍛造的模擬用上部凸模，一個模具，先前變形的預成型顯示于圖 8。 圖 7 優(yōu)化后的有效壓力 分布 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 51 圖 8 連桿鍛造的 FEM 模型 連桿鍛造工藝的材料流動顯示于圖 9。圖 10 顯示的是毛坯曲柄端和鍛件末端的接觸情況。通過這些數(shù)據(jù)可以看出相關的大型型腔保留在曲柄軸環(huán)的上表面（圖 10 中以‘ *’ 標記）。工字梁部分從末端成形，如此這部分的金屬流動不在平穩(wěn)壓力下。 為優(yōu)化預成型的初始幾何形狀以下的問題必須得以解決； 1. 對于曲柄端，有必要對它進行重新設計這樣可以使它更準確地適應型腔。 2. 對于銷端，控制初始體積分布和轉(zhuǎn)移過大體積到產(chǎn)品的其它特征上是很重要的。 3. 對于工字梁部分，需要確定可得到的平穩(wěn)壓力流動的直徑。 表 1 李思思： XT80 滑架的鍛造工藝分析及模具設計 52 圖 9 連桿在鍛造時的金屬流動 圖 10 接觸情況及曲柄部分的工具：（ +） 接觸，（ *）無接觸 預成型幾何形狀的優(yōu)化 由于預成型形狀相對復雜及需要很多顯示于圖 5 的形狀參數(shù)， 立刻完成整個預成型幾何形狀的優(yōu)化是很困難的。因此，工件被分為三部分：曲柄端部分，銷端部分，和工字梁部分。每個部分的優(yōu)化都是獨立的。這個優(yōu)化步驟的適用基于以下原因： ● 由于工字梁部分的變形接近在平穩(wěn)壓力條件下進行，人們假定較大部分的變形和較小部分的變形并不強烈相互妨礙。 ● 形狀參數(shù)量被減少，優(yōu)化工序操作變得簡單。 ● 用較小的模型工作時模 擬時間被減少。 曲柄端的七個形狀參數(shù)被減少到三個相互獨立的參數(shù)和四個相關參數(shù)。三個預成型設計通過參數(shù)的合并來選擇。 曲柄端預成型的金屬流動的頂視圖顯示于圖 11。陰暗部分表明坯料和工具的接觸部分。它清楚地顯示了幾何參數(shù)的選擇對金屬流動的影響很大。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 53 對銷端也一樣，三個預成型被界定。每個預成型的最終形狀的頂視圖顯示于圖12。銷端的變形式樣對初始預成型幾何形狀并不敏感，因為它在整個連桿的鍛造工藝完成前已全部形成。 連接的工字梁有三個參數(shù)：直徑 d3 和部分長度 s4 和 s5,顯示于圖 5。工字梁截面通過 IDEAS 計算為 平方毫米。因此，假定這部分的金屬在平穩(wěn)的壓力下流動，連接工字梁的初始直徑 d3 設置為 。 用 FE 模擬預成型優(yōu)化 評估結果通過優(yōu)化方式獲得，一種新的預成型設計被提出（預成型Ⅱ），顯示于圖 13。用這種預成型設計第二個三維有限元模擬分析用以操作，與之前的結果進行比較。新的預成型尺寸顯示于表 2。 預成型Ⅱ連桿的鍛造工藝的金屬流動產(chǎn)生：銷端部分完全形成，工字梁部分的流動接近在平穩(wěn)壓力條件下進行，曲柄部分基本全部充滿。它包括了預成型Ⅱ的設計所獲得的尚可結果。 表 2 預成型Ⅱ的形狀參數(shù)， mm 圖 11 曲柄端優(yōu)化時預成型的金屬流動的界定 圖 12 在頂視圖中的銷端最終變形階段（ XY 水平 ） 李思思： XT80 滑架的鍛造工藝分析及模具設計 54 圖