【正文】 表 2 預(yù)成型Ⅱ的形狀參數(shù)， mm 圖 11 曲柄端優(yōu)化時(shí)預(yù)成型的金屬流動(dòng)的界定 圖 12 在頂視圖中的銷(xiāo)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(shè)計(jì) 54 圖 13 預(yù)。 預(yù)成型Ⅱ連桿的鍛造工藝的金屬流動(dòng)產(chǎn)生：銷(xiāo)端部分完全形成，工字梁部分的流動(dòng)接近在平穩(wěn)壓力條件下進(jìn)行，曲柄部分基本全部充滿。用這種預(yù)成型設(shè)計(jì)第二個(gè)三維有限元模擬分析用以操作，與之前的結(jié)果進(jìn)行比較。因此，假定這部分的金屬在平穩(wěn)的壓力下流動(dòng)，連接工字梁的初始直徑 d3 設(shè)置為 。 連接的工字梁有三個(gè)參數(shù)：直徑 d3 和部分長(zhǎng)度 s4 和 s5,顯示于圖 5。每個(gè)預(yù)成型的最終形狀的頂視圖顯示于圖12。它清楚地顯示了幾何參數(shù)的選擇對(duì)金屬流動(dòng)的影響很大。 曲柄端預(yù)成型的金屬流動(dòng)的頂視圖顯示于圖 11。 曲柄端的七個(gè)形狀參數(shù)被減少到三個(gè)相互獨(dú)立的參數(shù)和四個(gè)相關(guān)參數(shù)。 ● 形狀參數(shù)量被減少，優(yōu)化工序操作變得簡(jiǎn)單。每個(gè)部分的優(yōu)化都是獨(dú)立的。 表 1 李思思： XT80 滑架的鍛造工藝分析及模具設(shè)計(jì) 52 圖 9 連桿在鍛造時(shí)的金屬流動(dòng) 圖 10 接觸情況及曲柄部分的工具：（ +） 接觸，（ *）無(wú)接觸 預(yù)成型幾何形狀的優(yōu)化 由于預(yù)成型形狀相對(duì)復(fù)雜及需要很多顯示于圖 5 的形狀參數(shù)， 立刻完成整個(gè)預(yù)成型幾何形狀的優(yōu)化是很困難的。 2. 對(duì)于銷(xiāo)端，控制初始體積分布和轉(zhuǎn)移過(guò)大體積到產(chǎn)品的其它特征上是很重要的。工字梁部分從末端成形，如此這部分的金屬流動(dòng)不在平穩(wěn)壓力下。圖 10 顯示的是毛坯曲柄端和鍛件末端的接觸情況。 無(wú)飛邊鍛造的模擬用上部凸模，一個(gè)模具，先前變形的預(yù)成型顯示于圖 8。這個(gè)模擬操作在熱鍛溫度下（見(jiàn)圖 7）。 圖 4 軸對(duì)稱(chēng)黏土預(yù)成型 李思思： XT80 滑架的鍛造工藝分析及模具設(shè)計(jì) 50 圖 5 連桿預(yù)成型Ⅰ的草圖 圖 6 黏土預(yù)成型和連桿 無(wú)飛邊鍛造工藝的三維有限元仿真分析 為了證實(shí)新式 FEM 代碼三維變形對(duì)預(yù)成型設(shè)計(jì)的最優(yōu)化的適應(yīng)性，在之前的研究中如確定的真正的連桿用預(yù)成型Ⅰ加以執(zhí)行。預(yù)成型將基于物理模型試驗(yàn)得到修改。基于這些軸對(duì)稱(chēng)預(yù)成型便可設(shè)計(jì)。拐角區(qū)域?qū)Ρ冗B桿長(zhǎng)度分部見(jiàn)圖 4。黏土試驗(yàn)的主要目的是找到模具型腔的完整預(yù)成型幾何形狀。 物理模型試驗(yàn) 物理模型試驗(yàn)操作于用黏土毛坯和鋁制用具（見(jiàn)圖 3） [2]制成的連桿的無(wú)飛邊鍛造中。 物理模型在預(yù)成型中的應(yīng)用 在三維有限元仿真分析準(zhǔn)備好之前，物理模型試驗(yàn)和二維有限元仿真分析被用來(lái)確定連桿的無(wú)飛邊鍛造的預(yù)成型。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 49 圖 3 連桿無(wú)飛邊鍛造的鋁制物理模型 有限元分析（ FEM）和物理模型技術(shù)為提高制造工藝的發(fā)展同時(shí)減少整個(gè)制造工藝設(shè)計(jì)中所增長(zhǎng)的成本提供了可能。 工序模仿的作用已經(jīng)在一些無(wú)需昂貴用具的反復(fù)作業(yè)中發(fā)揮作用。 3. 如果模型中有多余的空間，型腔必須首先被充滿。材料的流動(dòng)主要依靠以下幾點(diǎn)： 李思思： XT80 滑架的鍛造工藝分析及模具設(shè)計(jì) 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(jìn)行一次成功的無(wú)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(jié)束時(shí)一樣。但是，金屬粉末相比常用粉末要貴。第三種方法，這種方法應(yīng)用很廣的，是粉末冶金的熱鍛。在壓模鍛造中不會(huì)有材料浪費(fèi)。 第二種方法是網(wǎng)形無(wú)飛邊鍛造（見(jiàn)圖 2 右）。這樣使它更容易連續(xù)生產(chǎn)同質(zhì)量產(chǎn)品。這種方法會(huì)有20~40%的材料浪費(fèi)在飛邊上。 連桿的鍛造 在連桿鍛造中，三種主要方法可以使用。這些減少了資金與時(shí)間在工藝及工具設(shè)計(jì)、工具制造、模具實(shí)驗(yàn)中的浪費(fèi)。因此，為了加快制造工序的速度又減少成本的增長(zhǎng)，新的設(shè)計(jì)方法得開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。 在競(jìng)爭(zhēng)的價(jià)格下，無(wú)飛邊鍛造為生產(chǎn)鋁制復(fù)合連桿提供了可能?，F(xiàn)今，多種以鋁為基的復(fù)合材料已被考慮作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的材料，但還沒(méi)有成功采納。目前，鋼制連桿用于顧客用車(chē)。工序模仿的作用已經(jīng)在一些無(wú)需昂貴用具的反復(fù)作業(yè)中發(fā)揮作用。另外，整個(gè)過(guò)程得足夠簡(jiǎn)單以便大批量生產(chǎn)。為了減少鍛件的浪費(fèi)，鍛造必須在緊閉的腔中進(jìn)行以獲得近凈或凈形狀部分。183 [17] Kulkarni K M,parikh M M,Watmough hot die fing of plex part in a titanium ,1982,(100)。從設(shè)計(jì)的選題到資料的搜集直至最后設(shè)計(jì)的修改的整個(gè)過(guò)程中，花費(fèi)了 段 老師很多的寶貴時(shí)間和精力，在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x！導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開(kāi)拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心都將使學(xué)生受益終生！ 還要感謝和我同一設(shè)計(jì)小組的 章鉆斌 同學(xué)，是你 在我平時(shí)設(shè)計(jì)中和我一起探討問(wèn)題，并指出我 設(shè)計(jì)上的誤區(qū)，使我能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題把設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行下去，沒(méi)有你 的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿，在此表示深深的謝意。 李思思： XT80 型滑架的鍛造工藝分析及模具設(shè)計(jì) 36 致 謝 本設(shè)計(jì)的完成是在我們的導(dǎo)師 段園培 老師的細(xì)心指導(dǎo)下進(jìn)行的。 4. 由經(jīng)驗(yàn)改進(jìn)。 3. 開(kāi)發(fā) CAD/CAE 集成系統(tǒng)。 2. 利用模擬軟件模擬出了金屬的變形規(guī)律、溫度場(chǎng)及缺陷等情況，但只是停留在宏觀數(shù)據(jù)的層面。同時(shí)模擬軟件自身也要不斷的完善發(fā)展，以擴(kuò)大模擬分析的應(yīng)用范圍，提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。 XT80 型滑架的鍛造 是一個(gè) 較 復(fù)雜的成形過(guò)程，對(duì)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(jié)合 Deform軟件的 數(shù)值模擬 來(lái)驗(yàn)證模具可行性的。由于在 UG 建模時(shí)鍛件的繪制經(jīng)過(guò)修正，最終得到的體積與設(shè)計(jì)的實(shí)際鍛件也會(huì)有所差異。 （ 3） 最終確定的模 具模擬中 , 沒(méi) 有充不滿、折疊等缺陷產(chǎn)生 , 進(jìn)一步證明了該模鍛工藝的可行性和模具設(shè)計(jì)的合理性。 得到的結(jié)論： （ 1） 在綜合分析鍛件工藝性的基礎(chǔ)上 , 根據(jù)長(zhǎng)軸類(lèi)零件的模鍛成型特點(diǎn) , 選出了成型設(shè)備平鍛機(jī)。設(shè)計(jì)過(guò)程中鍛件沿軸線方向的橫截面積變化是設(shè)計(jì)的主線，它是毛坯尺寸確定的依據(jù)，是制坯工步模膛設(shè)計(jì)的依據(jù)，是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的重中之重 ，設(shè)計(jì)中借助計(jì)算機(jī)輔助軟件 UG 與 Auto CAD解決的像截面積大小確定與周邊長(zhǎng)度、軸線長(zhǎng)度等問(wèn)題。 鍛造工藝首先要解決的就是選用何種鍛造 方式，這可根據(jù)不同鍛模工藝的 特點(diǎn) 確定 ，也可根據(jù)鍛件本身質(zhì)量與噸位確定結(jié)合各模鍛所涉及的壓力機(jī)噸位確定。圖 429 所示情況不正確。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 427 錘鍛模緊固法 鍛模安裝時(shí)應(yīng)保證燕尾頂面與錘頭（或下模座）接觸，并保證燕尾兩邊的平面與錘頭（或下模座）有 ~ 的間隙。緊固后鍛模左右前后方向均不會(huì)錯(cuò)動(dòng)。 可參見(jiàn) 《中國(guó)模具工程大典》 [1] P189~P190 的圖 ~圖 所示整體模膛、鑲塊模、模鍛模膛和制坯模膛 均為生產(chǎn)中常用的粗糙度指標(biāo)，可作為設(shè)計(jì)時(shí)參考。具體公差可參照 《中國(guó)模具工程大典》 [1] P189 表，其中模膛深度公差，是指上下模分別測(cè)量的公差。 （ 4） 鍛模主要尺寸公差與表面粗糙度 1） 模膛尺寸公差 鍛模模膛尺寸公差，可按工廠規(guī)定的技術(shù)條件執(zhí)行。 墊片尺寸： h=50mm， l =400~750mm， 1l =43mm。 李思思： XT80 型滑架的鍛造工藝分析及模具設(shè)計(jì) 32 圖 424 上模楔鐵 和下模楔鐵 圖 425 定位鍵 圖 426 墊片 查各表確定尺寸： 楔鐵尺寸： h=50mm，上楔鐵 b=， l =580，下楔鐵 b=，l=800mm。 圖 423 鍛模結(jié)構(gòu) 鍛模兩側(cè)要刨去 5mm，刨削高度上下模均為 50~100mm（見(jiàn)圖 423 中的 1h ），兩個(gè)刨削面相互垂直構(gòu)成檢驗(yàn)角。 2. maxH — 在上下?？偢叨葹?minH 時(shí) 的最大錘頭行程。 裝?？臻g和鍛模緊固 （ 1） 安模 空間、燕尾與鍵槽 鍛錘的安?？臻g見(jiàn)圖 422，安裝空間尺寸見(jiàn) 《中國(guó)模具工程大典》 [1] P187表 知鍛錘噸位為 1t 時(shí)， 數(shù)值選定見(jiàn)表 43。模塊長(zhǎng)度尺寸 L 由用戶自行規(guī)定。 ② 檢驗(yàn)角的尺寸（ 見(jiàn)圖 420） 圖 420 模塊高度與檢驗(yàn)角 a） 寬度 b b=5mm b） 高度 h h 可按設(shè)備噸位選取，設(shè)備噸位 t2t,h 取 50mm。檢驗(yàn)角的二個(gè)平面互相垂直，一般是做在模塊前面與左面或右面，應(yīng)根據(jù)模膛布排的情況而定。對(duì)于長(zhǎng)軸類(lèi)鍛件，纖維方向應(yīng)與鍛件軸線一致。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 419 鍛錘最小閉合高度 5）上模最大重量 上模最大重量不得超過(guò)鍛錘噸位的 35%，即上模最大重量max =350kg。模塊高度過(guò)大，會(huì)使鍛錘打擊能量不足，故模塊最大高度需限制。鍛模最小寬度 minB 必須大于燕尾寬度 0B ， min 3 4B b b??（見(jiàn)圖 418）。 圖 416 模塊中心 2） 模塊長(zhǎng)度 模塊長(zhǎng)度超出錘頭外時(shí)，其超出長(zhǎng)度應(yīng)限制為 3Hf? （見(jiàn)圖417）。如圖 415所示。 表 42 1K 值 模膛深度h/mm 30 30~40 40~70 70~100 100~150 系數(shù) 1K 預(yù)鍛與終鍛模膛的模膛最大深度出現(xiàn)在上模 ，且 h≈27mm ，所以1S 1 .5 2 7 4 1 m m? ? ?，小于預(yù)鍛與終鍛模膛的最小壁厚，所以將 1S 修正為 55mm。 屬于模膛較深的情況，應(yīng)用圖 412（ b）圖計(jì)算 0S 。 圖 411 模膛壁厚 李思思： XT80 型滑架的鍛造工藝分析及模具設(shè)計(jì) 26 表 41 K 值 模膛深度 h/mm ﹤ 20 20~30 30~40 40~55 55~70 70~90 90~120 系數(shù) K 2 當(dāng)模膛靠外壁處有不同深度 h? ， h?? 時(shí)，則應(yīng)分別計(jì)算出最小壁厚 0S ，如圖412。鎖扣間隙 δ =。 （ 2） 鎖扣型式 由于鍛件具有 ，故采用平衡開(kāi)式鎖扣見(jiàn)圖 410。 ② 起導(dǎo)向作用 在設(shè)備精度低的情況下，如錘頭與導(dǎo)軌間隙過(guò)大或因設(shè)備陳舊無(wú)法達(dá)到工藝要求的間隙等，鍛模鎖扣將起導(dǎo)向作用 以補(bǔ)充設(shè)備精度不足。在鍛造時(shí)由于這些錯(cuò)移力與錯(cuò)移力矩造成上下模之間相對(duì)錯(cuò)移，從而使鍛件產(chǎn)生錯(cuò)差。 ① 鉗口頸高度 a，寬度 b 鍛件重量為 按 《中國(guó)模具工程大典》 [1] P177表 確定 b=8mm， a=。 ② 夾鉗口長(zhǎng)度 1l 可按模膛布排而定。 ① 夾鉗口寬度 B，高度 h 與圓角 0R 可按 《中國(guó)模具工程大典》 [1] P177 表 查用。應(yīng)保證夾料鉗子能被自由地操作。 2） 鉗口型式 本次設(shè)計(jì)采用常用的鉗口型式如圖 49 所示 。 （ 2） 模膛的布置方案 模膛布置的主要方案如圖 48 所示，本次設(shè)計(jì)采取第 八 種布置方式。 ② 模膛應(yīng)盡可能按工步順序排列，以減少坯料往返移動(dòng)的次數(shù)，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。 如圖 47 所示。預(yù)鍛產(chǎn)生的錯(cuò)移較大，可能導(dǎo)致終鍛時(shí)產(chǎn)生折迭和充不滿。采用這種排列可使鍛模前后方向的錯(cuò)差比較好控制，操作方便，是最常用的布置方法。如圖 45 所示。 （ 2） 終鍛模膛與預(yù)鍛模膛的布置原則 當(dāng)頂鍛模膛和終鍛模膛同時(shí)存在時(shí)，二個(gè)模膛的布置要兼顧，一是在模壁強(qiáng)度允許的條件下二個(gè)模膛盡量靠近；二是終鍛模膛要比預(yù)鍛模膛更加靠近模鍛中心。模膛中心偏移的方向如圖 44 所示。 求模膛中心有圖解、計(jì)算等多種方法，實(shí)際中常用的有樣板法，計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算法兩種，由于樣板法對(duì)于本次設(shè)計(jì)不實(shí)際，計(jì)算機(jī)輔助法也有點(diǎn)困難，本次設(shè)計(jì)中心計(jì)算方法用了 沖壓設(shè)計(jì)中的壓力中心計(jì)算方法，計(jì)算求得重心在軸線水平投影的 54mm處。本次設(shè)計(jì)的滑架鍛件變形在頭部變形阻力較大，模膛中心則由面積重心向變形阻力較大的一邊移動(dòng)距離 s，見(jiàn)圖 42。如圖 41 所示。因此設(shè)計(jì)時(shí)要首先布置好終鍛和預(yù)鍛兩模膛的位置，然后再根據(jù)它們的位置，模鍛工藝程序與模膛數(shù)量布置其余模膛。 李思思： XT8