某凸緣零件成形工藝分析及鍛模設(shè)計(jì)摘要本文是對(duì)B型中間凸緣零件的工藝進(jìn)行分析以及對(duì)其進(jìn)行的鍛造模具設(shè)計(jì)。鍛造要保證零件的形狀精度和尺寸精度，并要符合生產(chǎn)的技術(shù)要求。通過(guò)查閱相關(guān)資料及標(biāo)準(zhǔn)，以及零件的復(fù)雜程度和實(shí)際生產(chǎn)條件，確定出鍛件的加工余量、模鍛的拔模斜度、各圓角半徑和分模面位置等數(shù)據(jù)。根據(jù)所確定的數(shù)值和實(shí)際情況來(lái)設(shè)計(jì)出冷鍛件的形狀和尺寸、鍛造用的模具及切邊模。通過(guò)此次設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到降低生產(chǎn)難度和生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率的目的。如今生產(chǎn)越來(lái)越趨向于數(shù)字化，在此次的設(shè)計(jì)中，將使用DEFORM軟件對(duì)B型中間凸緣零件的鍛造過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，該軟件能模擬出毛坯在鍛造成形過(guò)程中的金屬的填充情況及力學(xué)特性。通過(guò)該軟件的分析，來(lái)確定零件的可加工性，并結(jié)合實(shí)際來(lái)選擇最優(yōu)的生產(chǎn)方案。通過(guò)計(jì)算機(jī)的模擬來(lái)代替實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)，這樣不僅提高了生產(chǎn)效率，也降低了大量生產(chǎn)成本。關(guān)鍵詞凸緣零件；工藝分析；鍛模設(shè)計(jì)；數(shù)值模擬目錄第一章緒論 51.1中國(guó)制造行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 51.2鍛造成形技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用情況及發(fā)展趨勢(shì) 51.3鍛造加工金屬零件的優(yōu)勢(shì) 81.4鍛造模鍛 9第二章凸緣零件工藝分析 132.1 零件的工藝性分析 132.2鍛造方式的確定 14第三章鍛造模具的設(shè)計(jì) 153.1鍛件的設(shè)計(jì) 153.1.1分模面的確定 153.1.2鍛件復(fù)雜系數(shù) 163.1.3確定加工余量 163.1.4模鍛斜度及圓角半徑 173.1.5鍛件圖的繪制 183.2鍛模的設(shè)計(jì)過(guò)程 183.2.1模鍛錘的工藝特性 183.2.2模鍛錘噸位的確定 193.2.3熱鍛件圖的制定 193.2.4飛邊槽的確定 203.2.5鐓粗臺(tái)的設(shè)計(jì) 203.2.6模膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 223.2.7鎖扣設(shè)計(jì) 233.2.8鉗口的設(shè)計(jì) 233.2.9模膛壁厚的確定 243.2.10燕尾、錘楔、鍵塊設(shè)計(jì) 243.2.11模具的總裝 26第四章切邊模設(shè)計(jì) 284.1切邊凸模與凹模間隙的確定 284.2切邊凹模的設(shè)計(jì) 284.3切邊凸模的設(shè)計(jì) 304.4模座的設(shè)計(jì) 304.5切邊模 32第五章DEFORM數(shù)值模擬 345.1數(shù)值模擬的建立 345.2鍛件有限元分析 345.3鍛件填充折疊情況分析 405.4鍛件載荷分析 41第六章總結(jié)與展望 42參考文獻(xiàn) 44第一章緒論1.1中國(guó)制造行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)自1978年來(lái)，我國(guó)制造業(yè)飛速發(fā)展，無(wú)論是從生產(chǎn)加工數(shù)量還是產(chǎn)品加工質(zhì)量上來(lái)說(shuō)都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，企業(yè)的加工設(shè)備，產(chǎn)品研發(fā)與制造水平都有明顯的提高，但大都擺脫不了對(duì)外資企業(yè)技術(shù)的依靠?；趯?duì)我國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀與相關(guān)問(wèn)題的研究，界內(nèi)有一個(gè)廣泛的觀點(diǎn)，我們國(guó)家的機(jī)械制造工業(yè)比世界發(fā)達(dá)國(guó)家至少落后30年。近幾年國(guó)內(nèi)制造業(yè)已經(jīng)取得了驚喜的成就，中國(guó)制造占領(lǐng)世界制造的比例已經(jīng)顯現(xiàn)出顯著的攀升勢(shì)頭。[4]為了增強(qiáng)與外資品牌的競(jìng)爭(zhēng)力，未來(lái)幾年，中國(guó)鍛造企業(yè)將會(huì)出現(xiàn)市場(chǎng)自然淘汰落后產(chǎn)能，企業(yè)間通過(guò)兼并重組抱團(tuán)發(fā)展的現(xiàn)象，一些大的鍛造企業(yè)也會(huì)逐步形成。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)鍛造企業(yè)更加注重在勞動(dòng)生產(chǎn)率上做文章，對(duì)于重視企業(yè)文化和強(qiáng)化管理創(chuàng)效率思想觀念的培養(yǎng)也更加重視，在技術(shù)方面，數(shù)字技術(shù)應(yīng)用會(huì)逐步普及，國(guó)內(nèi)鍛造企業(yè)更加重視鍛造數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，更加重視人才的培養(yǎng)，培養(yǎng)人才利用現(xiàn)代化數(shù)字技術(shù)已經(jīng)是能夠很快提高中國(guó)鍛造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)必由之路。1.2鍛造成形技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用情況及發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)約在公元前2000多年已應(yīng)用冷鍛成形工藝制造工具。但是，由于長(zhǎng)期的封建統(tǒng)治，我國(guó)的生產(chǎn)力長(zhǎng)期處于停滯狀態(tài)。我國(guó)鍛造生產(chǎn)的發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：推廣了胎膜鍛造和模鍛工藝，采用了高效率、少或無(wú)切削的特種鍛造工藝?；旧险莆樟撕辖痄摵痛笮湾懠母鞣N鍛造技術(shù)。20世紀(jì)50年代末至60年代初，大量蘇聯(lián)和少量民主德國(guó)、捷克制造的鍛造設(shè)備陸續(xù)進(jìn)入我國(guó)。幾乎同時(shí)，我國(guó)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)鍛造設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，成功制造了萬(wàn)噸水壓機(jī)和各種類型的鍛造機(jī)械。目前，我國(guó)有不同規(guī)格和等級(jí)的鍛造企業(yè)約6500家，我國(guó)現(xiàn)有鍛壓設(shè)備32000多臺(tái)，模鍛設(shè)備5000多臺(tái)。由于汽車(chē)、摩托車(chē)工業(yè)的發(fā)展，大大促進(jìn)了我國(guó)冷、溫鍛造成形技術(shù)的發(fā)展。冷鍛成形的齒輪單件質(zhì)量在1.0kg以上，齒形精度件，大多采用冷擠壓方法生產(chǎn)；端面齒、小尺寸的直齒錐齒輪等零件，大多采用冷擺輾成法。我國(guó)是一個(gè)鍛件生產(chǎn)大國(guó)，鍛件總產(chǎn)量位居世界前列。20世紀(jì)80年代以后，隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)、國(guó)防軍事及通用機(jī)械等機(jī)械制造行業(yè)的快速發(fā)展，鍛造成形技術(shù)獲得了廣泛的工業(yè)應(yīng)用，對(duì)汽車(chē)配件及其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步起到了很大的促進(jìn)作用。但與世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在鍛造成形設(shè)備的精密化、自動(dòng)化、大型化等方面還存在相當(dāng)大的差距。我國(guó)鍛造成形技術(shù)還存在著如下的一些問(wèn)題：鍛造成形設(shè)備的資源消耗大，我國(guó)現(xiàn)今仍有兩千多臺(tái)老式蒸（空）鍛錘正在使用；而常用蒸鍛錘設(shè)備的能源利用率不到5%，同時(shí)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)錘頭的蒸汽會(huì)消耗大量水資源，并且燃燒煤產(chǎn)生蒸汽時(shí)會(huì)排放出大量的二氧化碳及其他有害氣體而污染空氣；鍛件精度較低，我國(guó)鍛造成形設(shè)備的鍛件精度較低，造成材料的利用率低，浪費(fèi)比較嚴(yán)重；缺乏對(duì)大型鍛件的鍛造成形工藝和成形質(zhì)量的可靠管控，在能源、鋼鐵、電力、鐵路運(yùn)輸、船舶、航空航天等工業(yè)部門(mén)重大裝備的制造中，裝備的巨型化所需要的單個(gè)零件質(zhì)量達(dá)2000—300000kg，而且要求零件必須經(jīng)過(guò)鍛造成形。大型鍛件是電力、石化、冶金、艦船、兵器、航空航天、重型機(jī)器中的關(guān)鍵件、基礎(chǔ)件。因此，大型鍛件的制造對(duì)一個(gè)國(guó)家的國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)具有十分重要的意義。雖然我國(guó)在大型鍛件制造行業(yè)取得了些成績(jī)，但是部分高端核心技術(shù)尚未完全掌握，一些關(guān)鍵鍛件和原材料還依靠進(jìn)口，一些高端鍛件尚未實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。鍛造生產(chǎn)的自動(dòng)化程度低。美國(guó)、日本和歐洲多國(guó)的發(fā)展都表明，一個(gè)國(guó)家的工業(yè)化過(guò)程在很大程度上取決于汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的水平，汽車(chē)工業(yè)正成為高新技術(shù)的最大載體和最重要的市場(chǎng)。我國(guó)雖然是一個(gè)鍛件生產(chǎn)大國(guó)，但是代表鍛造成形技術(shù)水平的汽車(chē)模鍛件的比例、產(chǎn)量和生產(chǎn)效率等都低于日本和歐洲。這主要就是我國(guó)在鍛造成形設(shè)備的精密化、自動(dòng)化方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在著相當(dāng)大的差距，具體表現(xiàn)在：發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)鍛件生產(chǎn)廣泛采用熱模鍛壓力機(jī)、電動(dòng)螺旋壓力機(jī)、離合器式壓力機(jī)，以及由這些先進(jìn)鍛造成形設(shè)備組成的自動(dòng)線；而我國(guó)大多數(shù)鍛造成形設(shè)備還是鍛錘和機(jī)械效率很低的摩擦壓力機(jī)，絕大多數(shù)鍛造企業(yè)還是手工操作。鍛造成形技術(shù)的發(fā)展思路是在努力提高鍛件的內(nèi)在質(zhì)量、表面質(zhì)量和鍛件精度的基礎(chǔ)上，盡量提高生產(chǎn)效率、減少材料消耗和能源消耗。提高鍛件的內(nèi)在質(zhì)量主要是提高鍛件的力學(xué)性能和可靠度，這需要更好地應(yīng)用金屬塑性變形的理論，采用內(nèi)在質(zhì)量更好的原材料，正確進(jìn)行鍛前加熱和鍛后熱處理，更嚴(yán)格和更廣泛地對(duì)鍛件進(jìn)行無(wú)損探傷。要提高鍛件的表面質(zhì)量和鍛件精度，提高生產(chǎn)效率和減少材料消耗和能源消耗，必須廣泛采用機(jī)械化、自動(dòng)化技術(shù)和先進(jìn)工藝，使鍛件的形狀和尺寸及表面質(zhì)量最大限度地與產(chǎn)品零件相接近，以達(dá)到少、無(wú)切削加工的目的。我國(guó)鍛造成型技術(shù)的發(fā)展方向有：鍛造成型技術(shù)的數(shù)字化；鍛造成型技術(shù)的可控化；鍛造成型技術(shù)的自動(dòng)化、精密化、專門(mén)化和柔性化；鍛造成型技術(shù)的綠色化。1.3鍛造加工金屬零件的優(yōu)勢(shì)鍛造是一種借助工具或模具在沖擊或壓力作用下加工金屬機(jī)械零件或零件毛坯的方法。與其它加工方法相比，鍛造加工的生產(chǎn)效率最高；鍛件的形狀、尺寸穩(wěn)定性好，并有最佳的綜合力學(xué)性能。鍛件的最大優(yōu)勢(shì)是韌性高、纖維組織合理，件與件之間性能變化??；鍛件的內(nèi)部質(zhì)量與加工歷史有關(guān)，不會(huì)被任何一種金屬加工工藝超過(guò)。鍛件的優(yōu)勢(shì)是由于金屬材料通過(guò)塑性變形后，消除了內(nèi)部缺陷，如鍛合空洞，壓實(shí)疏松，打碎碳化物、非金屬夾雜并使之沿變形方向分布，改善或消除成分偏析等，得到了均勻、細(xì)小的低倍和高倍組織。而鑄造工藝得到的鑄件，盡管能獲得較準(zhǔn)確的尺寸和比鍛件更為復(fù)雜的形狀，但難以消除疏松、空洞、成分偏析、非金屬夾雜等缺陷；鑄件的抗壓強(qiáng)度雖高、但韌性不足，難以在受拉應(yīng)力較大的條件下使用。機(jī)械加工方法獲得的零件，尺寸精度最高，表面光潔，但金屬內(nèi)部流線往往被切斷，容易造成應(yīng)力腐蝕，承載拉壓交變應(yīng)力的能力較差。1.4鍛造模鍛模鍛分為錘上模鍛、熱模鍛壓力機(jī)上的模鍛、摩擦壓力機(jī)上的模鍛、平鍛機(jī)上的模鍛、螺旋壓力機(jī)上的模鍛、液壓機(jī)上的模鍛和精密熱模鍛。錘上模鍛是在自由鍛、胎模鍛基礎(chǔ)上最早發(fā)展起來(lái)的一種模鍛生產(chǎn)方法，適合成批或大批量鍛件鍛制。它是將上、下模塊分別固緊在錘頭與砧座上，將加熱透的金屬坯料放入下模型腔中，借助于上模向下的沖擊作用，迫使金屬在鍛模型槽中塑性流動(dòng)和填充，從而獲得與型腔形狀一致的鍛件。熱模鍛壓力機(jī)是自動(dòng)化高效率生產(chǎn)模鍛件的模鍛設(shè)備。鍛錘上能形成的鍛件一般來(lái)說(shuō)也能在熱模鍛壓力機(jī)上形成。某些材料對(duì)變形速度很敏感不能在錘上模鍛，但可以在熱模鍛壓力機(jī)上模鍛。熱模鍛壓力機(jī)滑塊行程一定，每次行程都能使鍛件得到相同高度，模鍛件的尺寸精度較高滑塊運(yùn)動(dòng)速度比模鍛錘低，有保證導(dǎo)向良好的導(dǎo)向裝置，承受偏載的能力較模鍛錘強(qiáng)，因而在熱模鍛壓力機(jī)上模鍛有利于延長(zhǎng)模具的使用壽命。熱模鍛壓力機(jī)的滑塊機(jī)構(gòu)具有嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)，特別適合于大批量生產(chǎn)和機(jī)械化、自動(dòng)化程度高的模鍛車(chē)間。并且熱模鍛壓力機(jī)的剛性大，有鍛件頂出裝置、以靜壓力進(jìn)行鍛打。但是熱模鍛壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工要求較高，制造成本高；行程固定，不便于進(jìn)行拔長(zhǎng)、滾壓等制坯工序；不便于制坯，坯料表面的氧化皮不易去掉。摩擦壓力機(jī)是工廠普遍使用的一種鍛壓設(shè)備。它的工作速度比模鍛錘低，但比熱模鍛壓力機(jī)高。一般用來(lái)鐓鍛螺釘、螺母、鉚釘?shù)染o固件和完成整形、壓彎、精密鍛造等工序?，F(xiàn)已廣泛采用摩擦壓力機(jī)進(jìn)行一般模鍛或精密模鍛，特別是在中、小批量生產(chǎn)條件下其優(yōu)越性尤為顯著。摩擦壓力機(jī)與模鍛錘相比，其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；并且沒(méi)有砧座，因而土建基礎(chǔ)簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用少；操作安全，容易維護(hù)，振動(dòng)小，勞動(dòng)條件好；同時(shí)它的工藝適應(yīng)性較廣，材料利用率高，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。與胎模鍛相比，其生產(chǎn)效率高，模具壽命長(zhǎng)，勞動(dòng)條件好。但對(duì)有高筋或尖角的鍛件較難充滿模膛，所以在生產(chǎn)形狀較復(fù)雜的鍛件時(shí)一般都要在其它設(shè)備上制坯。摩擦壓力機(jī)速度較慢，略帶沖擊性，可以在一個(gè)模膛內(nèi)進(jìn)行多次打擊變形。由于滑塊行程不固定并設(shè)有頂料裝置，很適于無(wú)飛邊模鍛及軸桿類鍛件的模鍛。摩擦壓力機(jī)行程速度慢，給低塑性的金屬創(chuàng)造了有利的變形條件，很適合于耐熱金屬、銅合金和鋁合金模鍛。平鍛機(jī)又稱水平鍛造機(jī)，從鍛造機(jī)械分類看，它屬機(jī)械壓力機(jī)類。由于壓力機(jī)工作機(jī)構(gòu)運(yùn)行方向存在的不同，通常把工作部分作水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)的模鍛設(shè)備簡(jiǎn)稱為平鍛機(jī)。平鍛機(jī)的行程固定，滑塊工作速度與位移保持嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，鍛件成形部分長(zhǎng)度方向尺寸穩(wěn)定性好；振動(dòng)小，不需要很大的設(shè)備基礎(chǔ)。平鍛機(jī)具有兩個(gè)滑塊，可以產(chǎn)生兩向運(yùn)動(dòng)，使鍛模具有兩個(gè)互相垂直的分模面。平鍛機(jī)鍛造過(guò)程中坯料水平放置，其長(zhǎng)度不受設(shè)備工作空間的限制；有兩個(gè)分模面，可以鍛出一般鍛壓設(shè)備不易成形在兩個(gè)方向上有凹槽、凹孔的鍛件；平鍛機(jī)滑塊導(dǎo)向性好，行程固定，鍛件長(zhǎng)度方向尺寸穩(wěn)定性比錘上模鍛高；可以進(jìn)行開(kāi)式和閉式模鍛，可以進(jìn)行終鍛成形和制坯，也可以進(jìn)行彎曲、切邊、切料等工步。但是平鍛機(jī)是模鍛設(shè)備中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的一種，價(jià)格貴，投資大；鍛前須用特殊裝置清除坯料上的氧化皮；平鍛機(jī)工藝適應(yīng)性差，不適宜模鍛非對(duì)稱的鍛件。螺旋壓力機(jī)是利用驅(qū)動(dòng)裝置直接或間接驅(qū)動(dòng)飛輪，使飛輪旋轉(zhuǎn)并蓄能，然后通過(guò)螺旋副將能量傳遞給滑塊的一種鍛壓設(shè)備。在中、小批量生產(chǎn)和精密成形中應(yīng)用較廣。分為慣性螺旋壓力機(jī)和高能螺旋壓力機(jī)。螺旋壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，造價(jià)低；行程不固定并有頂出裝置，適于進(jìn)行閉式模鍛、精密模鍛和長(zhǎng)桿類鍛件的鐓鍛；螺旋壓力機(jī)通過(guò)螺旋副傳遞能量，金屬產(chǎn)生塑性變形時(shí)，滑塊與工作臺(tái)之間所受的力由壓力機(jī)封閉的框架承受，形成一封閉的力系，并不往外傳。但是螺旋壓力機(jī)的螺桿與往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑塊之間是非剛性連接的，所以螺旋壓力機(jī)承受偏載的能力很差；螺旋壓力機(jī)行程速度慢，模鍛時(shí)金屬充填模腔的能力較錘上模鍛差。液壓機(jī)是由主機(jī)及液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)兩大部分組成。主機(jī)包括機(jī)身、主缸、頂出缸等。液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)是由郵箱、高壓泵、低壓控制系統(tǒng)及各種壓力閥和方向閥等組成，在電氣裝置的控制下，通過(guò)泵和液壓缸及各種液壓閥實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)和輸送，完成各種工藝工作的循環(huán)。

第二章凸緣零件工藝分析凸緣是軸類零件的連接件，為使凸緣零件的生產(chǎn)效率提高并降低零件的生產(chǎn)成本，就需要對(duì)零件進(jìn)行成形工藝分析，這將能找到可以通過(guò)哪些方面對(duì)零件的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。零件的工藝性分析此次的零件為圓形短軸類零件，如圖2-1所示。零件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，采用錘鍛進(jìn)行鍛造，錘鍛后進(jìn)行切邊工序。模鍛件要考慮機(jī)械加工余量，為后續(xù)加工做準(zhǔn)備。由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)可得，零件的材料為45鋼。該零件為大批量生產(chǎn)零件，所以模具的使用壽命應(yīng)該盡可能的長(zhǎng)，為方便零件的出模，應(yīng)對(duì)鍛件進(jìn)行拔模，并使用圓角來(lái)盡量消除模具的應(yīng)力集中。圖2-1零件圖2.2鍛造方式的確定此次生產(chǎn)的零件為圓形短軸類的簡(jiǎn)單零件，胎模鍛造、錘上模鍛及鍛壓機(jī)上模鍛這三種模鍛都能用于此零件的生產(chǎn)。其中，胎模鍛造的自動(dòng)化程度不高，需要人工進(jìn)行輔助，人力資源耗費(fèi)大。并且此次的零件結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，所以不適用于此零件的生產(chǎn)；鍛壓機(jī)鍛模的生產(chǎn)效率高，操作也很方便，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修成本太高，這會(huì)使得零件的生產(chǎn)成本過(guò)高，所以也不適用于此零件的生產(chǎn)；錘上模鍛的通用性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，并且設(shè)備價(jià)格較便宜，生產(chǎn)效率也比較高，因此十分適用于此次零件的鍛造。

第三章鍛造模具的設(shè)計(jì)鍛造是如今生產(chǎn)工件的一種主要生產(chǎn)方式之一，進(jìn)行鍛造則需要進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)，模具應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)成本低的要求。3.1鍛件的設(shè)計(jì)3.1.1分模面的確定分模面的確定是為了凸緣鍛件在鍛造后能夠從鍛模中方便的取出。在選取分模面時(shí)，在選取的面的側(cè)面不能存在內(nèi)凹部分，否則將使鍛件在鍛造后無(wú)法取出。在選取分模面時(shí)，在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能選在鍛件一半高度的位置；選取的面應(yīng)盡可能的使模膛面積大，深度小。鍛件分模面的選取要能方便去除飛邊。該鍛件為B型中間凸緣，將分模面設(shè)定在直徑94mm的凸緣沿軸線高度11mm的位置。圖3-1分模面3.1.2鍛件復(fù)雜系數(shù)鍛件在鍛造后表面將存在一層氧化皮，在鍛造后需要進(jìn)行其他工序來(lái)去除氧化皮，所以需要設(shè)定鍛造后其他工序的加工余量。鍛件的材料為45鋼，查表3-1可知其密度ρ鍛=7.85g/cm3；通過(guò)鍛件的三維圖可知鍛件的體積V鍛=1320409.87mm3；即鍛件的質(zhì)量m鍛=10365.2g；表3-1金屬密度材料密度（g/cm3）熱導(dǎo)率（20℃）[W/（m*℃）]40鋼7.8551.9245鋼7.8552.3415Mn7.8253.5908鋼7.8365.31鍛件形狀的復(fù)雜系數(shù)S=V式中：V鍛：鍛件體積VN：鍛件外輪廓包容體積根據(jù)鍛件三維圖可得鍛件外輪廓包容體積VN=228292.88mm3；即S=0.583.1.3確定加工余量確定機(jī)械加工余量的主要影響因素有：鍛件的精度等級(jí)，一般分為普通級(jí)和精密級(jí)；鍛件質(zhì)量和公稱尺寸；鍛件形狀復(fù)雜程度，用鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)S表示；鍛件的材質(zhì)，鍛件大的材質(zhì)影響用鍛件的材質(zhì)系數(shù)M表示；零件表面粗糙度，表面粗糙度值大時(shí)用較小加工余量，表面粗糙度值小時(shí)用較大的加工余量；鍛件加熱條件，采用煤加熱或二火加熱時(shí)，考慮適當(dāng)增大余量。根據(jù)鍛件的重量和鍛件形狀的復(fù)雜系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[3]可得鍛件單邊余量取為2mm。3.1.4模鍛斜度及圓角半徑一、確定模鍛斜度為了方便鍛件起模，需對(duì)鍛件進(jìn)行拔模。為使模具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便節(jié)約制造成本，應(yīng)盡可能使拔模斜度保持一致。因此，外拔模斜度選取5°，直徑96mm的凹臺(tái)使用13°的拔模斜度，直徑56mm的凹臺(tái)使用5°的拔模斜度。二、確定圓角半徑圓角的使用是為了使鍛件能更好的充滿模膛，也能使模具更加耐用，增長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)也能使鍛件起模更加方便。為了便于制造模具所用刀具的標(biāo)準(zhǔn)化，圓角半徑數(shù)值選取規(guī)定為1，1.5，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12，15等，圓角半徑大于15mm時(shí)，逢5遞增。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求，各圓角的半徑確定為：直徑96mm的凹臺(tái)外圓角半徑設(shè)為8mm，內(nèi)圓角半徑設(shè)為10mm；直徑194mm的臺(tái)面上圓角半徑和下圓角半徑設(shè)為3mm；直徑124mm的臺(tái)面上圓角半徑設(shè)為8mm，下圓角半徑設(shè)為1mm；直徑114mm的臺(tái)面上圓角半徑設(shè)為1mm，下圓角半徑設(shè)為3mm；直徑56mm的凹臺(tái)外圓角半徑和內(nèi)圓角半徑設(shè)為5mm。3.1.5鍛件圖的繪制結(jié)合以上的所有要素，根據(jù)B型凸緣零件的零件圖，繪制出零件的鍛件圖。鍛件圖如下：圖3-2鍛件圖3.2鍛模的設(shè)計(jì)過(guò)程3.2.1模鍛錘的工藝特性模鍛錘的打擊速度快，能使金屬較容易大的充滿模腔，成形性好；模鍛錘的行程次數(shù)較高，所以有較高的生產(chǎn)效率，但是沒(méi)有固定的上止點(diǎn)和下止點(diǎn)；模鍛錘是能量型設(shè)備，依靠高速運(yùn)動(dòng)的錘頭沖擊工作，所以需要做好減震措施以及具有好的地基強(qiáng)度。3.2.2模鍛錘噸位的確定根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]可得，圓形鍛件模鍛錘的計(jì)算公式為：G0=1?0.005D1.1+2D2其中：D為鍛件直徑；σ為鍛件在鍛造溫度時(shí)的變形抗力（MPa），此次鍛造所用的材料為45鋼，查閱參考文獻(xiàn)[4]得變形抗力為60MPa。綜上所訴，經(jīng)參考文獻(xiàn)[3]可得鍛模錘噸位設(shè)定為為2噸。3.2.3熱鍛件圖的制定由于金屬的熱脹冷縮，鍛件在進(jìn)行鍛造時(shí)由于溫度升高會(huì)發(fā)生膨脹。通過(guò)查閱[3]可得到此次鍛件的收縮率為1%。即可通過(guò)冷鍛件的尺寸確定出熱鍛件的尺寸，從而繪制出熱鍛件圖。熱鍛件圖如圖所示：圖3-3熱鍛圖3.2.4飛邊槽的確定一、飛邊槽的作用飛邊槽的存在能增加金屬流出模膛的阻力，使金屬更容易填滿模膛；容納多余的金屬并起到緩沖作用，防止模具壓塌或開(kāi)裂。二、飛邊槽的形式飛邊槽的形式有四種，此次設(shè)計(jì)由于鍛件較簡(jiǎn)單，故選用常用的飛邊槽，上部分位于上模膛，下部分位于下模膛。根據(jù)選用的模鍛錘噸位，飛邊槽的各個(gè)尺寸如下：圖3-4飛邊槽3.2.5鐓粗臺(tái)的設(shè)計(jì)鍛造圓形鍛件時(shí)，應(yīng)先將毛坯鐓粗成近似圓餅形，這樣能減少鍛造時(shí)的打擊次數(shù)，并且有利于金屬填滿模膛和增長(zhǎng)鍛模的使用壽命，還能避免鍛造時(shí)產(chǎn)生折疊的缺陷。毛坯尺寸的確定由于鍛件為圓形鍛件，所以鍛件毛坯設(shè)為圓柱形。根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]可得，坯料的體積計(jì)算公式為：V坯=(V鍛+V飛)（1+δ）（3-2）其中，V鍛為鍛件體積；V飛為飛邊槽體積；δ為加熱損耗率。V飛=L周F飛=0.5L周F飛邊槽（3-3）其中，L周為鍛件周長(zhǎng)；F飛為飛邊面積；F飛邊槽為飛邊槽截面積。F飛邊槽=b1（h1+0.5h飛）（3-4）其中，b1=30mm；h1=4mm；h飛=2mm。結(jié)合以上三式可得出，V坯=1448102.65mm3，即，毛坯直徑取值范圍為（0.95—0.83）3即，毛坯直徑取為D坯=100mm；毛坯的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=184mm。鐓粗臺(tái)的尺寸設(shè)計(jì)由毛坯尺寸決定，鐓粗臺(tái)設(shè)計(jì)在模具左前方的位置，鐓粗臺(tái)鐓粗后的坯料與鐓粗臺(tái)外邊緣的距離為15mm，與另外兩個(gè)邊緣的距離為20mm，鐓粗臺(tái)整體的邊長(zhǎng)為160mm，高度設(shè)定為63.5mm。具體設(shè)計(jì)圖形如下：圖3-5鐓粗臺(tái)3.2.6模膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、模膛的分布模膛的分布影響著零件的質(zhì)量，鍛模的使用壽命。模膛的分布可分為左右方向布排和前后方向布排。其中，左右方向布排可分為平行排列、前后錯(cuò)開(kāi)排列和反向排列；前后方向布排可分為鍛件大頭靠近鉗口和鍛件小頭靠近鉗口。此次的鍛件為B型中間凸緣鍛件，為圓形短軸鍛件，只需要鐓粗和終鍛兩個(gè)工步。二、終鍛模膛的位置因?yàn)榇舜蔚腻懠容^簡(jiǎn)單，并且為幾何對(duì)稱的圓形，所以鍛件重心非常明顯，而且在鍛造過(guò)程中受力會(huì)比較均勻。所以將鍛模中心作為模膛中心位置，這樣能使鍛錘的打擊作用點(diǎn)在鍛件中心，這樣將不會(huì)產(chǎn)生偏差力，降低生產(chǎn)難度。3.2.7鎖扣設(shè)計(jì)鎖扣主要的作用是用來(lái)平衡錯(cuò)移力，同時(shí)鎖扣還有導(dǎo)向的作用，便于上下模塊的調(diào)整，從而提高年產(chǎn)效率。但是使用鎖扣后也將降低模具的利用率。鎖扣有平衡鎖扣和一般鎖扣兩種類型，平衡鎖扣主要用在具有落差的鍛件上來(lái)平衡錯(cuò)移力；一般鎖扣主要用來(lái)提高鍛件質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。其中，平衡鎖扣又分為平衡塊式和傾斜式兩種，傾斜式鎖扣適用的落差高度比平衡塊式鎖扣適用的落差高度大；一般鎖扣分為圓形鎖扣、縱向鎖扣、側(cè)面鎖扣和角鎖扣四種。此次設(shè)計(jì)的鍛件為短軸線類鍛件，故選用圓形鎖扣。因?yàn)槭褂玫腻戝N噸位為2噸，所以查表[3]可得圓形鎖扣的高度為30mm，下底寬40mm，傾角為5°。3.2.8鉗口的設(shè)計(jì)鍛模模膛設(shè)置鉗口是用來(lái)在模鍛時(shí)放置棒料及夾鉗的。此次鍛件的質(zhì)量小于20kg，同時(shí)是圓形鍛件，所以選用圓形鉗口。鉗口的直徑根據(jù)鍛件的質(zhì)量求得D=12mm。3.2.9模膛壁厚的確定模膛的壁厚取決于模膛的深度，模膛的壁厚過(guò)薄時(shí)，會(huì)使得在鍛件鍛造的過(guò)程中發(fā)生模具開(kāi)裂，嚴(yán)重的還可能發(fā)生生產(chǎn)事故；模膛的壁厚過(guò)厚的話，會(huì)使得模具質(zhì)量加重，不方便安裝，還加大了生產(chǎn)成本和加工時(shí)間。通過(guò)查閱參考文獻(xiàn)[3]，計(jì)算得，模膛壁厚設(shè)定為106mm。3.2.10燕尾、錘楔、鍵塊設(shè)計(jì)一、燕尾及起重孔的確定燕尾是模具的裝夾部位，燕尾的尺寸是根據(jù)模鍛錘的噸位進(jìn)行選取的。此次使用的模鍛錘噸位為2噸，所以燕尾的寬度為260mm，燕尾的高度為50.5mm，燕尾的斜邊傾角為10°，燕尾上端圓角半徑為8mm燕尾下端圓角半徑為5mm。燕尾下圓角的斜邊傾角為30°?！D3-6燕尾起重孔的位置設(shè)定在模塊中心線上距燕尾上端面1.5倍燕尾高度的位置，由于選用的模鍛錘的噸位為2噸，所以起重孔的直徑為30mm，深度取為60mm。二、錘楔尺寸的確定錘楔是用于緊固上下鍛模的，錘楔的尺寸取決于鍛模錘的噸位。此次鍛造選用的鍛模錘的噸位為2噸，所以查表3-2可得，上模用錘楔的高度取50mm，寬度取40.8mm，長(zhǎng)度取830mm；下模用錘楔的高度取50mm，寬度取40.7mm，長(zhǎng)度取1000mm。表3-2錘楔尺寸鍛錘噸位/t高度h上模用錘楔下模用錘楔寬度b長(zhǎng)度l寬度b長(zhǎng)度l0.54535.848035.770015040.858040.78001.55040.873040.790025040.883040.7100036550.893050.7110056550.8112050.71300108060.8133060.71500圖3-7錘楔三、鍵塊尺寸的確定鍵塊是安裝在燕尾上的鍵槽中的，材料一般使用四五鋼，鍵塊的尺寸大小取決于模鍛錘的噸位，鍵塊形狀如圖3-8所示。此次鍛造使用的模鍛錘噸位為2噸，故鍵塊的各個(gè)尺寸為：f=80mm；h=50mm；l=97mm；l1=48mm；α=2°；b1=52.9mm。圖3-8鍵塊3.2.11模具的總裝此次鍛件模具設(shè)計(jì)不僅要符合設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，還要實(shí)現(xiàn)方便企業(yè)生產(chǎn)，盡可能多的降低生產(chǎn)成本。結(jié)合上述的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，模具圖如下：圖3-9鍛模

第四章切邊模設(shè)計(jì)切邊模是用于去除鍛件飛邊的模具，鍛件去除飛邊的工序被稱為切邊。由于鍛件鍛造使用的模鍛錘噸位為2噸，所以選擇鍛件冷態(tài)下進(jìn)行切邊。鍛件冷態(tài)下進(jìn)行切邊操作容易，生產(chǎn)效率高，并且鍛件的尺寸能更精確，模具也能擁有較長(zhǎng)的使用壽命。4.1切邊凸模與凹模間隙的確定切邊凹模與凸模之間的間隙由鍛件分模面上的形狀和尺寸決定。而且切邊凸模與凹模之間的間隙也將直接影響到模具的使用壽命和鍛件的精度。鍛件冷態(tài)下進(jìn)行切邊時(shí)，切邊凸模與凹模的間隙取值范圍為0.8-1.5mm。此次設(shè)計(jì)的鍛件為圓形短軸類零件，查閱參考文獻(xiàn)[4]可得切邊凸模與凹模之間的間隙的取值為0.8mm。4.2切邊凹模的設(shè)計(jì)切邊凹模有整體式和分體式兩種類型，根據(jù)鍛件結(jié)構(gòu)及為了方便操作生產(chǎn)，這里選用整體式切邊凹模。切邊凹模的刃口采用斜刃口。圖4-1切邊凹模根據(jù)飛邊厚度為2mm，通過(guò)查表4-1可以確定切邊凹模的各個(gè)尺寸：b=40；b1=10mm；b2=50；h=50mm；h1=10mm；表4-1切邊凹模尺寸飛邊厚度b≥b1h1h2≤≤1.6306-88-1051.6-3368-1063-44510-1210-1284-65512-1512-20106-86512B型h≥dll1C≥d1l2b2160-2004010253015204050200-5005012303625255055≥5007016364030—設(shè)計(jì)好的凹模如圖所示：圖4-2凹模尺寸4.3切邊凸模的設(shè)計(jì)切邊凸模與鍛件的接觸面積應(yīng)盡可能的大，這樣能提高鍛件的質(zhì)量，但也要盡可能的將沖頭的形狀簡(jiǎn)單化，這樣便于制造生產(chǎn)。由于鍛件的上端面與沖頭的接觸面積足夠大，所以可以將沖頭設(shè)計(jì)成圓柱形。前面已經(jīng)得出切邊凸模與凹模之間的間隙為0.8mm，所以確定沖頭的直徑為192.4mm，根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]可得出沖子的高度為150mm。沖子上端面需鉆一個(gè)深為20mm的M16的螺紋孔用于與模柄連接。沖子設(shè)計(jì)形狀如圖：圖4-3沖子4.4模座的設(shè)計(jì)模座用于安放凹模，并固定在切邊壓力機(jī)上。模座固定的凹模的方式有采用斜楔固定和采用螺釘壓塊固定兩種形式。模座也有高模座和矮模座兩種。此次設(shè)計(jì)的凹模為圓形凹模，采用螺釘壓塊固定的方式更為方便。由于凹模的外圓面是拔模5°的斜面，所以將螺紋孔也傾斜5°，與凹模斜面垂直，這樣能使凹模的固定更加穩(wěn)固。夾緊螺釘選用M16的螺釘即可。模座的尺寸是根據(jù)鍛件飛邊直徑以及凹模尺寸來(lái)確定的。凹模底座的的支撐面設(shè)計(jì)為邊長(zhǎng)為520mm的正方形底面，厚度設(shè)為60mm。將凹模模座外圓柱面拔模5°，這樣也將于凹模緊固螺釘?shù)穆菁y孔垂直。凹模模座整體高度設(shè)為150mm，模座上端面直徑設(shè)定位388mm，上端面寬度為50mm，切邊凹模與模座凹臺(tái)面之間的間隙為5mm。模座的通孔直徑設(shè)定為208mm，大于凹模下端面孔徑，這樣方便于鍛件的掉落，防止鍛件卡件。凹模模座設(shè)計(jì)圖如下：圖4-4凹模模座支撐管及導(dǎo)向板式用于對(duì)凸模進(jìn)行定位導(dǎo)向的，這樣能使凸?？焖俚亩ㄎ?，進(jìn)行沖壓，不需要人工進(jìn)行定位，這不僅提高了凸模的定位精度，還大大提高了生產(chǎn)效率，提高了切邊模的使用壽命。支撐管的高度度根據(jù)沖子的高度來(lái)確定，支撐管的高要能使凸模正常進(jìn)行切邊，所以將支撐管的高度設(shè)定為150mm，直徑設(shè)為30mm。導(dǎo)向板的的直徑設(shè)為400mm，厚度設(shè)為15mm，由M16的螺釘進(jìn)行緊固。如圖4-5所示：圖4-5支撐管4.5切邊模由上述的各個(gè)尺寸及相互之間的關(guān)系進(jìn)行裝配得到切邊模裝配圖，如圖4-6所示：圖4-6切邊模第五章DEFORM數(shù)值模擬5.1數(shù)值模擬的建立一、設(shè)置名稱和類型選中SimulationControl選項(xiàng)，進(jìn)入模擬控制設(shè)置窗口，在SimulationTitle欄中填寫(xiě)名稱。單位選為SI制，最后選中確定即可。二、輸入對(duì)象數(shù)據(jù)在Workpiece選項(xiàng)中對(duì)毛坯進(jìn)行設(shè)定；在TopDie選項(xiàng)中對(duì)上模進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定；在BottomDie選項(xiàng)中對(duì)模進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定。并在Geometry選項(xiàng)中導(dǎo)入模型。三、工件材料的選擇鍛件材料選擇：AISI-4140_（20-1200℃）；上模：AISI-H-13[1450-1850F（800-1000℃）]；下模：AISI-H-13[1450-1850F（800-1000℃）]。四、模具溫度設(shè)置在Objecttemperature選項(xiàng)中設(shè)定溫度，鍛件鍛造溫度為1000℃，上模和下模預(yù)熱溫度定位300℃。5.2鍛件有限元分析此次數(shù)據(jù)模擬建立兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，一種為凸模為上模，凹模為下模；一種為凹模為上模，凸模為下模。通過(guò)對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比分析選擇其中最優(yōu)方案。方案一數(shù)據(jù)處理成形方案一是凸模為上模，凹模為下模。對(duì)鍛造過(guò)程進(jìn)行模擬，通過(guò)對(duì)成形過(guò)成中的鍛件進(jìn)行等效應(yīng)力分析，在鍛件成形25%時(shí)，鍛件邊緣部分出現(xiàn)較弱的應(yīng)力分布。在鍛件成形50%時(shí)，鍛件邊緣部分持續(xù)存在較弱的應(yīng)力分布。在鍛件成形75%時(shí)，鍛件整體應(yīng)力分布較均勻，但局部開(kāi)始出現(xiàn)低應(yīng)力分布。在鍛件成形100%時(shí)，鍛件整體應(yīng)力分布均勻，并且應(yīng)力較低。鍛件成形情況分別如圖5-1、5-2、5-3、5-4。圖5-1鍛件成形25%的等效應(yīng)力圖5-2鍛件成形50%的等效應(yīng)力圖5-3鍛件成形75%的的等效應(yīng)力圖5-4鍛件成形100%的等效應(yīng)力通過(guò)分析，鍛件整體的成形情況十分良好，沒(méi)有明顯的折疊情況。方案二數(shù)據(jù)處理成形方案二是凹模為上模，凸模為下模。對(duì)鍛造過(guò)程進(jìn)行模擬，通過(guò)對(duì)成形過(guò)程中的鍛件進(jìn)行等效應(yīng)力分析，在鍛件成形25%時(shí)，整體應(yīng)力就比方案一高，邊緣出現(xiàn)應(yīng)力集中。在鍛件成形50%時(shí)，應(yīng)力開(kāi)始增強(qiáng)。在鍛件成形75%時(shí)，鍛件在上模外圓面上出現(xiàn)應(yīng)力集中環(huán)。在鍛件成形100%時(shí)，鍛件應(yīng)力分布不均勻，出現(xiàn)局部應(yīng)力集中。鍛件成形情況分別如圖5-5、5-6、5-7、5-8。圖5-5鍛件成形25%得到的應(yīng)力分布圖5-6鍛件成形50%的應(yīng)力分布圖5-7鍛件成形75%的應(yīng)力分布圖5-8鍛件成