圓錨圈鍛造工藝與模具設(shè)計(jì)

《圓錨圈鍛造工藝與模具設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《圓錨圈鍛造工藝與模具設(shè)計(jì)（36頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 南 京 工 程 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文) 作 者： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)院（系、部）： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 材料成形及控制工程 題 目： 圓錨圈鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 者： 評(píng) 閱 者：

2、 2019 年 6月 南 京 第36頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要 圓錨圈的鍛造工藝與模具設(shè)計(jì) 本次課題主要的研究?jī)?nèi)容為九孔圓錨圈的鍛造成型，對(duì)圓錨圈的鍛造工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)。同時(shí)與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了比較，通過(guò)運(yùn)用精密鍛造，提出了新的模具設(shè)計(jì)方案。運(yùn)用成形FEM分析，得出了一種與傳統(tǒng)工藝方案相比更為合理，模具更能夠達(dá)到安全可靠的生產(chǎn)要求，鍛出的產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良，同時(shí)能夠節(jié)約成本的新方案。通過(guò)DEFORM軟件的應(yīng)用，對(duì)鍛造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行改良，對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，最終得出實(shí)際可行的方

3、案，完成九孔圓錨圈的鍛造成型。 關(guān)鍵詞 精鍛 圓錨圈 熱鍛 DEFORM 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要 Title Forging Technology And Die Design Of Round Anchor Ring Abstract The main research content of this project is the forging of nine-hole circular anchor ring. The forging process of circular anchor ring

4、is designed. At the same time, compared with the traditional design method, a new design scheme of die was put forward by using precision forging. By FEM analysis, a new scheme is obtained, which is more reasonable than the traditional process scheme. The die can meet the requirements of safe and re

5、liable production. The quality of forged products is excellent, and the cost can be saved at the same time. Through the application of DEFORM software, the problems in forging process are improved and the scheme is optimized. Finally, a practical scheme is obtained to complete the forging of nine-ho

6、le circular anchor ring. Keywords precision forging Circular anchor ring Hot forging DEFORM 目錄 第一章 緒論 5 1.1 模具的概念、作用及優(yōu)點(diǎn) 5 1.2鍛造模具工業(yè)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 6 1.3 錨圈的技術(shù)研究現(xiàn)狀 7 1.4精鍛行業(yè)的特點(diǎn)和發(fā)展 7 1.5本課題應(yīng)達(dá)到的要求 8 1.6課題研究進(jìn)度計(jì)劃 9 第二章 圓錨圈鍛造工藝 10 2.1 圓錨圈的產(chǎn)品介紹 10 2.2使用閉式模鍛進(jìn)行圓錨圈鍛造 10 2.3工藝方案的擬定 13 2.4

7、鍛模的設(shè)計(jì)思路 14 2.5鍛造工藝的基本工序和工步 15 2.6加工余量、鍛件公差、沖孔連皮 18 第三章 圓錨圈成形FEM分析 19 3.1 圓錨圈三維零件圖設(shè)計(jì) 19 3.2 DEFORM的介紹 20 3.3 錨圈鍛造工藝DEFORM分析 22 第四章 圓錨圈模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 4.1 圓錨圈尺寸計(jì)算和設(shè)備選擇 27 4.2 圓錨圈的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析 29 4.3 圓錨圈模具裝配示意圖及工作過(guò)程介紹 30 4.4 模具材料的選擇 30 4.5模具的經(jīng)濟(jì)性分析 31 第五章 總結(jié) 33 參考文獻(xiàn) 34 致 謝 35 第一章 緒論 1.1 模

8、具的概念、作用及優(yōu)點(diǎn) 模具的概念 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)各種壓力機(jī)以及專(zhuān)屬工具，使得各種塑性材料在這種專(zhuān)用工具內(nèi)產(chǎn)生變形以及流動(dòng)的工具，我們稱(chēng)之為模具。簡(jiǎn)而言之，就是在外力作用下，使得胚料成為具有所需要形狀、尺寸的生產(chǎn)工。 模具的作用 在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，模具是使用非常廣泛作用非常大得的重要工藝裝備。采用模具來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)，能夠有生產(chǎn)效率高、節(jié)約原材料、保證產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段以及主要發(fā)展方向。 在金屬、橡膠、塑料、玻璃、陶瓷等產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，模具發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。實(shí)際上，模具已經(jīng)成為現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中不可缺少的重要工具。在儀器儀表、汽車(chē)生產(chǎn)等領(lǐng)

9、域中，有百分之六十以上的零件需要利用模具來(lái)進(jìn)行加工。在輕工業(yè)中，模具顯得更為重要，如螺母、螺釘?shù)葢?yīng)用非常普遍的標(biāo)準(zhǔn)件。假如說(shuō)不存在模具，所有的標(biāo)準(zhǔn)件就無(wú)法大規(guī)模制造。 模具在生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用，不僅可以有效的提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，同時(shí)也為各種零部件的大規(guī)模生產(chǎn)提供了可能。除此之外，模具生產(chǎn)的產(chǎn)品，在規(guī)格、尺寸以及整體質(zhì)量上保持了高度的一致性，在有效節(jié)省原材料的基礎(chǔ)上，保障了生產(chǎn)的總體質(zhì)量。所以，模具已經(jīng)成為現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中至關(guān)重要的工具之一，在多個(gè)領(lǐng)域都有著不同程度的應(yīng)用。所以，一國(guó)模具發(fā)展的總體水平，已經(jīng)成為當(dāng)前階段衡量該國(guó)工業(yè)發(fā)展總體水平的核心指標(biāo)之一 [13]。 模具加工制品的優(yōu)勢(shì) 模

10、具加工在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，主要有以下的一些優(yōu)點(diǎn)： （1） 產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好互換性； （2） 操作工藝比較簡(jiǎn)單； （3） 生產(chǎn)效率極高，并且支持大批量生產(chǎn)效； （4） 有效降低原材料的用量； （5） 生產(chǎn)自動(dòng)化容易實(shí)現(xiàn)； （6） 能夠?yàn)樘厥狻?fù)雜形狀的零部件的加工提供強(qiáng)大的支持； （7） 批量生產(chǎn)節(jié)約成本； （8） 加工的產(chǎn)品可以一次成形； 1.2鍛造模具工業(yè)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 鍛造是現(xiàn)如今的金屬加工方法之一，在現(xiàn)代的制造業(yè)中占有很重要的地位。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，鍛造基本上都是以體積為基礎(chǔ)成形的，利用調(diào)整和重新分配金屬體積來(lái)實(shí)現(xiàn)零部件或者零部件毛坯的制作，通過(guò)這

11、種方式生產(chǎn)出來(lái)的零件我們將其稱(chēng)之為鍛造件。其中，模鍛一般通過(guò)將金屬坯放在鍛件形狀相同或者相近的型腔中，然后利用鍛造設(shè)備對(duì)其施加的載荷，來(lái)使毛坯產(chǎn)生塑性變形，同時(shí)變形的流動(dòng)，又會(huì)受到型腔的限制。 金屬材料通過(guò)這樣的方法塑性成形，可以使得產(chǎn)品尺寸形狀精確、表面光滑程度較高，同時(shí)還能提高其內(nèi)部組織的性能，使得使用性也得到提高。并且，在實(shí)際生產(chǎn)中，模鍛有著較高的生產(chǎn)率，鍛件材料利用率高、機(jī)加工余量小、零件使用壽命長(zhǎng)；在實(shí)際的工程應(yīng)用中承受較復(fù)雜或者承受較大載荷的零件，常使用該方法進(jìn)行生產(chǎn)。 鍛造技術(shù)在國(guó)內(nèi)的起步比較晚，但是在中國(guó)，鍛造卻有著非常悠久的歷史。從遠(yuǎn)古的青銅器時(shí)代開(kāi)始,人們就已經(jīng)學(xué)會(huì)了一

12、些基本的利用鍛造技術(shù)鍛制兵器、農(nóng)具等用品的方法。然而從遙遠(yuǎn)的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代開(kāi)始一直到近代,我國(guó)的鍛造技術(shù)水平一直不高始終處于手工作坊生產(chǎn)的水平,主要的生產(chǎn)工藝也以手工自由鍛為主。這樣的狀況直到新中國(guó)成立之后才出現(xiàn)了根本性的轉(zhuǎn)變。建國(guó)初期，我國(guó)人民群眾利用所繳獲的日軍設(shè)備以及蘇聯(lián)所援助的工業(yè)設(shè)備，從無(wú)到有的建成了我們現(xiàn)在所看到的鍛造工業(yè)。而隨著我國(guó)各領(lǐng)域的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)鍛造技術(shù)的發(fā)展也取得了一系列突破性的進(jìn)展[1]。 當(dāng)前我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷突破，鍛造已經(jīng)成為多個(gè)領(lǐng)域不可或缺的重要技術(shù)之一，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展一方面對(duì)鍛造技術(shù)提出了更高的要求，另一方面也同樣為鍛造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定

13、了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)[2]。 1.3 錨圈的技術(shù)研究現(xiàn)狀 作為預(yù)應(yīng)力錨固體系中的重要內(nèi)容，錨具目前主要是以?shī)A片是錨具的應(yīng)用最為廣泛。其核心部件包括錨圈、錨墊板、鋼絞線(xiàn)以及夾片等[5]。事實(shí)上，如何有效地提升錨具結(jié)構(gòu)安全性，始終是目前研究的重要方向?，F(xiàn)有研究中，主要是以錨具摩擦因數(shù)對(duì)其應(yīng)變能力、應(yīng)力分布情況以及塑形面積的影響為主，而且錨合高度對(duì)應(yīng)力的影響、錨合角度對(duì)應(yīng)力的影響等方面的研究日益深入，但是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)的次數(shù)常常特別多，因此也有人提出了正交試驗(yàn)以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)。 信息技術(shù)的快速發(fā)展，使得人們開(kāi)始在錨具應(yīng)力領(lǐng)域的研究中引入有限元和計(jì)算機(jī)仿真相結(jié)合的新方法，這對(duì)于錨具安全性的提升無(wú)疑是有

14、著重要的現(xiàn)實(shí)意義的[6，7]。在實(shí)際的使用過(guò)程中，錨圈長(zhǎng)期受到彈性應(yīng)力的作用，僅僅在和夾片接觸的部分會(huì)出現(xiàn)一定的塑性形變。當(dāng)然，極限受力情況下，錨具也會(huì)出現(xiàn)微小的塑性形變，但是其數(shù)值非常小，可歸屬于小變形的范疇之中。因此，在對(duì)錨具進(jìn)行有限元分析的過(guò)程中，經(jīng)常往往只將材料的非線(xiàn)性特征考慮進(jìn)去。這里我們所介紹的材料的非線(xiàn)性，主要是指材料應(yīng)力情況受到現(xiàn)有應(yīng)變和歷史應(yīng)變的決定性影響。 錨圈是夾片的重要支撐件，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中也同樣是通過(guò)錨圈傳導(dǎo)預(yù)應(yīng)力給底座的，所以要求錨圈不得產(chǎn)生任何塑性形變，在夾片和鋼絞線(xiàn)之間完全咬合之后，必須保證其咬合的穩(wěn)定性，否則錨固將失去預(yù)期的作用 [8]。對(duì)其進(jìn)行有限元分

15、析的過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況構(gòu)建模型開(kāi)展分析。通過(guò)上述分析而獲得錨圈的應(yīng)力分布數(shù)據(jù)，為我們更好的掌握錨圈在實(shí)際應(yīng)用中的受力情況提供了必要的數(shù)據(jù)支持，也是我們生產(chǎn)錨圈過(guò)程中，選材的重要依據(jù)。 1.4精鍛行業(yè)的特點(diǎn)和發(fā)展 精鍛已經(jīng)成為包括汽車(chē)、機(jī)械設(shè)備、航空航天領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，不僅為制造業(yè)的發(fā)展提供了巨大的支持，也成為我們生產(chǎn)生活過(guò)程中必不可少的一種技術(shù)。然而，隨著各領(lǐng)域、各行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，也同樣對(duì)精鍛提出了更高的技術(shù)要求。傳統(tǒng)的普通鍛造、切削加工技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越難以滿(mǎn)足實(shí)際的生產(chǎn)需求?；谏鲜銮闆r，如何使得精鍛產(chǎn)品最大限度的貼近產(chǎn)品的最終形狀，甚至直接生成產(chǎn)品，是我們當(dāng)前階段所必須重

16、點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題 [9]。 從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這里我們所重點(diǎn)介紹的精鍛實(shí)際上是以普通鍛造技術(shù)為基礎(chǔ)，不斷改造而來(lái)的一種新型鍛造技術(shù)?？陀^(guān)上來(lái)說(shuō)，精密鍛造成型技充分融合了信息技術(shù)、新材料技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、新能源技術(shù)，并憑借自身更高的效率和更低的能耗而應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。從上世紀(jì)七十年代開(kāi)始，逐漸成為制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主流技術(shù)[10]。并且在不斷發(fā)展過(guò)程中，也逐漸形成了相對(duì)完整的鍛造成形體系。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，精鍛的金屬，其流線(xiàn)始終沿著零部件外形分布而不斷，這不僅為零部件承載能力的提升提供了強(qiáng)有力的支持，同時(shí)在組織結(jié)構(gòu)、安全性以及整體使用壽命方面都有著顯著的提升。而且精鍛的產(chǎn)品外觀(guān)、形狀均更為理想，因此往往

17、可以帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前階段市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，人們根據(jù)既往的生產(chǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)，將精鍛進(jìn)一步劃分為溫精鍛成形、冷精鍛成形、復(fù)合精鍛成形、分流鍛造等多種不同的形式。在達(dá)納公司的研究成果中，較為系統(tǒng)的介紹了靜謐封閉式模鍛等工藝 [11]。 當(dāng)前階段，精鍛技術(shù)正朝著綠色、環(huán)保的方向發(fā)展著。這里我們所強(qiáng)調(diào)的綠色鍛造，主要是指綜合考慮資源效率和環(huán)境保護(hù)因素的一種鍛造模式，在生產(chǎn)的過(guò)程中追求全壽命周期中對(duì)環(huán)境造成的危害降低到最小化水平，并實(shí)現(xiàn)資源利用效率的最大化[12]。 1.5本課題應(yīng)達(dá)到的要求 認(rèn)真閱讀任務(wù)書(shū)，以任務(wù)書(shū)中所介紹的時(shí)間、要求為基礎(chǔ)，保質(zhì)保量的完成設(shè)計(jì)工作。嚴(yán)格遵守畢業(yè)設(shè)計(jì)紀(jì)律

18、，按時(shí)出勤，態(tài)度端正，保持嚴(yán)謹(jǐn)、踏實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)作風(fēng)，和其他畢設(shè)同學(xué)有效合作，發(fā)揚(yáng)協(xié)作精神。對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)制定正確的技術(shù)路線(xiàn)，對(duì)研究過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題認(rèn)真分析，總結(jié)結(jié)論要求正確、合理、有效，了解企業(yè)的模具設(shè)計(jì)流程和制造情況，模具新技術(shù)、新工藝。設(shè)計(jì)過(guò)程中認(rèn)真研究分析技術(shù)方案的經(jīng)濟(jì)性和合理性，同時(shí)考慮環(huán)保要求。畢業(yè)設(shè)計(jì)要求采用我國(guó)最新工程（模具）標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)必須了解相關(guān)企業(yè)采用歐美等國(guó)家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)情況。使用繪圖軟件UG（PROE、CATIA）進(jìn)行3維模具圖設(shè)計(jì)，使用AUTOCAD軟件完成模具的2D總裝圖和若干零件圖的繪制。利用Deform軟件完成鍛造成形工藝的數(shù)值模擬分析，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求條理清晰，論述正確，

19、層次清楚，邏輯合理，圖表規(guī)范。圖紙資料規(guī)范，齊全，裝訂符合要求，查閱文獻(xiàn)資料不得少于12篇，其中外文文獻(xiàn)2篇以上，與本課題的相關(guān)度要求高。 1.6課題研究進(jìn)度計(jì)劃 第1周 收集、查閱相關(guān)中英文文獻(xiàn)資料，完成英文資料翻譯 第2周 撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述，確定設(shè)計(jì)方案，提交開(kāi)題報(bào)告 第3周 圓錨圈產(chǎn)品分析及有關(guān)計(jì)算 第4周 初選設(shè)備，確定成型方案 第5~6 周圓錨圈鍛造成形工藝FEM分析 第7~8 周撰寫(xiě)成形工藝研究分析報(bào)告 第9周 繪制模具裝配圖的結(jié)構(gòu)草圖 第10周 有關(guān)計(jì)算

20、與校核，確定設(shè)備 第11~12周 繪制模具裝配圖 第13~14周 繪制二維和三維零件圖 第15周 撰寫(xiě)論文并進(jìn)行針對(duì)性的修改和完善 第16周 完成畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯相關(guān)工作 第二章 圓錨圈鍛造工藝 2.1 圓錨圈的產(chǎn)品介紹 圓錨圈是現(xiàn)階段使用較為廣泛的一種錨圈，多應(yīng)用于橋梁施工中，一般采用45鋼制造。共設(shè)計(jì)9個(gè)孔位，橋梁施工中大量使用。采用鍛造成形材料耗費(fèi)低，質(zhì)量好。我國(guó)為橋梁建造大國(guó)，不僅擁有多項(xiàng)世界橋梁史上的記錄，而且也擁有全球長(zhǎng)度最大的跨海大橋?？梢哉f(shuō)，我國(guó)橋梁建設(shè)方面所取得的成就，為全世

21、界所矚目。而在橋梁建筑、施工過(guò)程中，圓錨圈的作用十分的大，是橋梁建設(shè)中不可或缺的一環(huán)，所以對(duì)圓錨圈的設(shè)計(jì)，以及在進(jìn)行鍛造時(shí)所需要的技術(shù)是非常值得我們?nèi)パ芯康模瑫r(shí)對(duì)橋梁的建設(shè)也有很深遠(yuǎn)的影響。 2.2使用閉式模鍛進(jìn)行圓錨圈鍛造 2.2.1模鍛成形方法介紹 在現(xiàn)如今的實(shí)際生產(chǎn)方式中，模鍛在一般情況下被分為為開(kāi)式模鍛（見(jiàn)圖 ）與閉式模鍛（見(jiàn)圖 ）。開(kāi)式模鍛在成形的時(shí)候會(huì)形成飛邊（也成毛邊），因此常常也被稱(chēng)為飛邊模鍛；反觀(guān)閉式模鍛在正常情況下一般不會(huì)產(chǎn)生飛邊，因而也稱(chēng)為無(wú)飛邊模鍛。 圖2.1 開(kāi)式模鍛 圖2.2 閉式模

22、鍛 2.2.2 模鍛的成形過(guò)程 1.開(kāi)式模鍛的成形過(guò)程 圖2.3是開(kāi)式模鍛變形的具體過(guò)程，我們一般根據(jù)變形的具體特點(diǎn)，將其劃分為四個(gè)不同的階段，下面我們將分別予以介紹： 第一階段(自由變形階段，部分文獻(xiàn) 資料中也將其稱(chēng)之為鐓粗變形階段)。該 階段之中，坯料在型槽中受到力的作用而發(fā) 生鐓粗變形，還可能出現(xiàn)一定程度的壓 入變形。而當(dāng)胚料和模膛側(cè)壁接觸的之 后，本階段完成。而在這一過(guò)程中，三項(xiàng) 壓應(yīng)力狀態(tài)下的金屬形變相對(duì)較小，但是 其變形抗力也同樣處于較小的水平。 第二階段(形成毛邊階段)。在上一個(gè) 圖2.3 開(kāi)式模鍛變形過(guò)程 階段完成后，模型內(nèi)膛壁對(duì)金

23、屬流動(dòng)產(chǎn)生限制，也就是說(shuō)胚料無(wú)法順利的流向和作用力垂直的方向，所以繼續(xù)對(duì)其施壓之后，可能流向模膛深處也可能流向毛邊槽而形成毛邊。在這一階段中，變形抗力有了顯著的提升，并且毛邊橋部?jī)?nèi)側(cè)的金屬的三向壓應(yīng)力水平也得到了進(jìn)一步的強(qiáng)化。 第三階段(充滿(mǎn)型槽階段)。在上一階段形成毛邊之后，金屬坯形變程度的進(jìn)一步增加，將會(huì)促使毛邊厚度下降，進(jìn)而生成一個(gè)阻力圈，導(dǎo)致產(chǎn)生阻力而使得金屬繼續(xù)向模膛深處行進(jìn)，完全沖毛模腔而停止。在這一階段中，金屬的三向壓應(yīng)力更強(qiáng)，并且其變形抗力也遠(yuǎn)大于上一階段。 第四階段(打靠階段)。在進(jìn)料的過(guò)程中，模膛的容積通常略小于所使用的坯料，所以上一階段之后，必須通過(guò)打靠的方式使得上下

24、模具相接處，以保證高度數(shù)據(jù)符合要求。而在本階段中，形變集中于分模面附近的少量區(qū)域，而這一過(guò)程中，毛邊厚度進(jìn)一步減少，使得多余金屬經(jīng)由橋口流出的過(guò)程中受到非常大的阻力，所以變形區(qū)的變形抗力、三向壓應(yīng)力達(dá)到最大值。有研究表明，雖然該階段中壓下量仍然在2mm以?xún)?nèi)，但是卻會(huì)消耗掉整個(gè)模鍛三到五成的能耗。 2.閉式模鍛的成形過(guò)程 閉式模鍛可以進(jìn)一步劃分為開(kāi)式墩粗、充滿(mǎn)角隙和擠出端部飛邊三個(gè)階段。 圖2.4閉式模鍛成形過(guò)程 第一階段（鐓粗階段），這實(shí)際上也就是我們所熟悉的自由鐓粗，即由開(kāi)始變形（△HⅠ）至金屬基本充滿(mǎn)型槽（△HⅡ）。胚料接觸到最寬型槽的側(cè)壁接觸之

25、后，本階段完成。在這一階段中，型槽中部分填充難度較小的部分得到填充。而后續(xù)階段性，變形抗力將會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模的上升。 第二階段（角隙階段），以型槽被金屬充分充滿(mǎn)為結(jié)束標(biāo)志。本階段中，模型內(nèi)膛壁對(duì)金屬流動(dòng)產(chǎn)生限制，變形金屬不同部分的三向壓應(yīng)力狀態(tài)有所區(qū)別，直到完全充滿(mǎn)型腔。在該階段開(kāi)始時(shí)，坯料的變形區(qū)位于未充滿(mǎn)處附近的兩個(gè)剛性區(qū)之間。本階段中，不僅變形區(qū)開(kāi)始縮小直至消失，而且變形力大幅度上升。 第三階段（出端部飛邊階段）。本階段中，多余金屬受到壓力的作用而形成環(huán)形縱向飛邊。飛邊不僅會(huì)嚴(yán)重磨損模具，還會(huì)浪費(fèi)大量的能量，所以四角充滿(mǎn)后模鍛之后，馬上停止動(dòng)力供應(yīng)是最佳的模式。閉式模鍛一般適用于軸對(duì)稱(chēng)變

26、形或近似軸對(duì)稱(chēng)變形的鍛件，應(yīng)用最多的是短軸類(lèi)的回轉(zhuǎn)體鍛件。 根據(jù)實(shí)際情況，圓錨圈的鍛造擬定使用閉式模鍛來(lái)進(jìn)行，使用閉式模鍛，可以使得產(chǎn)品尺寸形狀精確、表面光滑程度較高，同時(shí)還能提高其內(nèi)部組織的性能，使得使用性也得到提高。并且，在實(shí)際生產(chǎn)中，模鍛有著較高的生產(chǎn)率，鍛件材料利用率高、機(jī)加工余量小、零件使用壽命長(zhǎng)，有著很好的實(shí)用性，在實(shí)際生產(chǎn)中使用能夠得到較好的效益。 2.3工藝方案的擬定 2.3.1傳統(tǒng)的錨圈制造方案 傳統(tǒng)的制造圓錨圈的方案，大體分為兩種： 第一種，直接將原料切割成最終產(chǎn)品所需要的尺寸的圓餅料，將圓餅料固定在數(shù)控機(jī)床上，利用數(shù)控機(jī)床來(lái)進(jìn)行機(jī)加工，直接一次性

27、在圓餅料上進(jìn)行切削加工，一次性得出成品，這種方案在實(shí)際生產(chǎn)中，會(huì)因?yàn)樵谇邢鲿r(shí)要切削出九個(gè)通孔，會(huì)浪費(fèi)大量的材料，導(dǎo)致成本的提高，同時(shí)在大量生產(chǎn)時(shí)，對(duì)刀具的磨損速度也會(huì)大大加快，得不償失，故棄用。 第二種，在經(jīng)過(guò)原料切割制成的圓餅料上，進(jìn)行模鍛，一次鍛造一個(gè)孔，每鍛造一個(gè)孔，將圓餅料旋轉(zhuǎn)45度，鍛出邊上的八個(gè)孔，最后再鍛出中間的孔，這樣的方法看似可行，然而實(shí)際生產(chǎn)中這樣生產(chǎn)會(huì)導(dǎo)致坯料在鍛造時(shí)，金屬的流動(dòng)難以控制，一次鍛造一個(gè)孔，容易導(dǎo)致坯料在鍛造時(shí)產(chǎn)生塑性變形，一個(gè)孔鍛造好后，鍛造相鄰兩個(gè)孔時(shí)，會(huì)導(dǎo)致金屬流動(dòng)從而導(dǎo)致原先鍛造好的孔的孔壁產(chǎn)生變形，這樣不但沒(méi)有起到生產(chǎn)的目的，反而在浪費(fèi)材料，后期

28、還需要重新修改方案，或者重新機(jī)加工才能得到零件，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，故棄用。 2.3.2擬定錨圈制造的工藝方案 在以上的方案棄用之后，我們發(fā)現(xiàn)，機(jī)加工的弊端太多，不選用，但是第二種方案利用模鍛成形，卻有一些可取之處，例如前文提到的，利用模鍛成形，有著能夠節(jié)約成本以及時(shí)間等等優(yōu)點(diǎn)，故我們?cè)谠蟹桨干霞右詢(xún)?yōu)化，一次鍛出九個(gè)孔，并且利用閉式模鍛，來(lái)限制金屬的流動(dòng)，以保證在成形的過(guò)程中，鍛件不會(huì)產(chǎn)生太大的塑性變形導(dǎo)致報(bào)廢。初步擬定的方案如下： 下圓餅料，對(duì)其進(jìn)行加熱，然后將其放入閉式模鍛的凹模里，利用壓力機(jī)將其鍛造成型。 這樣的方案，擁有著成形精度高，工步少，材料損失少，節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)，故選用。

29、 2.4鍛模的設(shè)計(jì)思路 利用表2-1來(lái)確定鍛模的設(shè)計(jì)思路 項(xiàng)號(hào) 分類(lèi)方法 模具名稱(chēng) 應(yīng)用范圍 1 按模鍛設(shè)備分類(lèi) 模鍛錘用鍛模 摩擦壓力機(jī)用鍛模 自由鍛錘用固定鍛模及不固定鍛模 （胎模） 2 按工藝用途分類(lèi) 模鍛用鍛模 切邊、沖孔鍛模 用于成品鍛件 用于切除飛邊及穿孔 3 按有無(wú)飛邊分類(lèi) 開(kāi)式模鍛用鍛模 閉式模鍛用鍛模 各種鍛件 軸對(duì)稱(chēng)回轉(zhuǎn)體鍛件 4 按模腔數(shù)量分類(lèi) 單腔鍛模 多腔鍛模 用于胎模鍛和摩擦壓力機(jī)模鍛多用于錘上模鍛

30、 表2-1鍛模的分類(lèi) 2.5鍛造工藝的基本工序和工步 根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)劃分，鍛件流程有不同的劃分。一般的劃分標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)生產(chǎn)流程。從備料到加熱，再是鍛造工序，最后才是后續(xù)工序。其中需要說(shuō)明的是第三步，可以按照加工方法進(jìn)行劃分。（1）自由鍛工序。主要是借助鍛造設(shè)備的上、下砧以及一些工具，進(jìn)而產(chǎn)生壓力進(jìn)行變形。其優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)設(shè)備要求不高，經(jīng)過(guò)自由鍛錘即可，因此鍛件精度低。（2）胎模鍛工序。利用簡(jiǎn)單的可移動(dòng)模具，在自由鍛錘上鍛造，稱(chēng)為胎模鍛工序。它通常用于批量不大、精度要求不高的鍛件生產(chǎn)。（3）模鍛工序。利用專(zhuān)門(mén)的鍛模固定在模鍛設(shè)備上使壞料變形而獲

31、得鍛件的鍛造方法稱(chēng)為模鍛工序。生產(chǎn)中模鍛工序往往又要分成好幾個(gè)工步來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)。工步是在鍛造加工時(shí)采用一種模具在鍛造設(shè)備一次或多次動(dòng)作下，使坯料產(chǎn)生一種方式的變形并獲得一定的外觀(guān)變形量的步驟。如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上連桿鍛件在錘上模鍛時(shí)，就要經(jīng)過(guò)拔長(zhǎng)、滾壓、預(yù)鍛、終鍛四個(gè)工步。目前生產(chǎn)中所用鍛造工序和工步名稱(chēng)很多。除按加工方法不同區(qū)分外，還可以按成形特點(diǎn)命名，如鐓粗工序、拔長(zhǎng)工序、彎曲工序等。表2-2只列舉模鍛工序。 表2-2 模鍛加工工序 分類(lèi) 序號(hào) 名稱(chēng) 加工示意圖 成形特點(diǎn)說(shuō)明 模 鍛 工 序 1

32、 拔長(zhǎng)制坯工步 利用鍛模模膛，同時(shí)操作坯料，一面翻轉(zhuǎn)，一面送進(jìn)，使坯料長(zhǎng)度增加，截面積減小。一般要多次連續(xù)鍛打才能完成。有去除 氧化皮功能 2 壓扁（鐓粗）制坯工步 利用鍛模上壓扁平臺(tái)或鐓粗臺(tái)，在鍛造力作用下， 使坯料截面積增大高度減小。鍛造力與坯料軸線(xiàn)垂直，稱(chēng)壓扁制坯工步鍛造力與坯料軸線(xiàn)一致稱(chēng)鐓粗 制坯工步 3 滾壓制坯工步 利用鍛模模膛，同時(shí)操作坯料不斷翻轉(zhuǎn)，在多次連續(xù)鍛打下，使坯料一處截面積增大，另一處截面積減小，起聚料作用，同時(shí) 有滾光和去除氧化皮功能 4 卡壓制坯工步

33、又稱(chēng)壓肩制坯工步。坯料在鍛模模膛中只受鍛壓力一次作用，使高度減小寬度增加，有少量聚料作用 5 彎曲工步 利用模具使坯料軸線(xiàn)彎曲成形 6 擠壓工步 坯料放在鍛模內(nèi)，在沖頭壓力下擠壓成形。又分正擠、反擠、復(fù)合擠、徑向擠等。圖示為正擠 7 預(yù)鍛工步 使制坯后的中間坯料進(jìn)一步變形，使它更接近鍛件形狀，以改善坯料在終鍛時(shí)流動(dòng)條件，避免產(chǎn)生充填不滿(mǎn)和折疊，并提高終鍛模膛的壽命 8 終鍛工步 使坯料在終鍛模膛中最終成形，生產(chǎn)出符合鍛件圖要求的鍛件 2.6加工余量、鍛件公差、沖孔連皮 2.6.1加工余量 由于毛坯表面在高溫下產(chǎn)生氧化、脫碳以及其他污

34、染現(xiàn)象，毛坯體積變化以及終端溫度的波動(dòng)，鍛件表面敷料等原因，普通的模鍛方法一般不能滿(mǎn)足最終零件對(duì)形狀和尺寸精度、表面粗糙度的要求。因此，鍛件的全部或部分表面，在模鍛后還需進(jìn)行機(jī)械加工，在這些表面就應(yīng)該留有供機(jī)械加工用的金屬層，被叫做機(jī)械加工余量。也就是說(shuō)鍛件需要經(jīng)過(guò)此步驟，都可以采取加工余量。 但是加工余量需要注意以下幾點(diǎn)：（1）具體尺寸和形狀不同，都有所差異；（2）從精度的角度。有的要求粗糙，有的則要求精細(xì)；（3）設(shè)備磨具的選擇。這些往往和精度密切相關(guān)，設(shè)備越精細(xì)，精度就越高；（4）操作水平。另外，余量的多少也有有要求：（1）過(guò)大。會(huì)對(duì)機(jī)械造成損傷，而且會(huì)加長(zhǎng)工時(shí)的耗費(fèi)；（2）過(guò)小。會(huì)導(dǎo)致

35、很多的廢品產(chǎn)生。而計(jì)算余量主要是根據(jù)外形尺寸等來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，具體的計(jì)算公式如，分為兩種：（1）；（2）內(nèi)孔尺寸。。對(duì)于零件的非機(jī)械加工表面（黑皮），計(jì)算則不相同，而且不用加工余量。具體算法如下所示：。 2.6.2鍛件公差 由于各種因素的作用，導(dǎo)致鍛件的形成有一定的不同，也就是說(shuō)沒(méi)有兩個(gè)一樣的鍛件。也正因?yàn)槿绱?，最后得到的尺寸難免會(huì)有一定的差異，不可能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的公稱(chēng)尺寸，這時(shí)產(chǎn)生的誤差就被稱(chēng)之為鍛件公差。這種偏差是被允許，負(fù)偏差就是針對(duì)實(shí)際尺寸偏小的情況，這種情況無(wú)法避免，部分機(jī)械加工或不加工，都會(huì)進(jìn)行注明。其公差一般都有要求說(shuō)明，在加工余量的 1/4～1/3左右。

36、 圖2.5鍛件公差 2.6.3沖孔連皮 通常情況下，透孔是不可能直接完成的，需要借助孔內(nèi)的一層連皮完成，最后通過(guò)切邊壓力機(jī)上切除。連皮的厚度應(yīng)適當(dāng)：若s過(guò)薄，則鍛擊力大，容易造成合模困難，并且加速模膛凸出部分的磨損或塌陷；若s過(guò)厚，則浪費(fèi)金屬，沖切連皮困難，還會(huì)使鍛件形狀走樣。沖孔連皮的主要類(lèi)型有： 1，平底連皮 當(dāng)鍛件內(nèi)徑孔較小時(shí)（d＜2.5h或25mm＜d＜60mm）,借助平底連皮完成。 2，斜底連皮 斜底連皮和平底連皮不同，可以防止過(guò)早的磨損，特別是在內(nèi)孔超過(guò)一定的水平，時(shí)，后者的使用會(huì)讓多余金屬無(wú)法分散，會(huì)出現(xiàn)折疊的情況。

37、因而必須用斜底連皮。 3，帶倉(cāng)連皮 和斜底連皮不同，其優(yōu)勢(shì)在于可使用在終鍛模膛。其作用在于對(duì)多余金屬的處理上，能夠不被排除，而是順勢(shì)擠入連皮倉(cāng)部。也有效的避開(kāi)折疊的情況。其特點(diǎn)在于周邊較薄，保證了形狀不受影響，而且方便沖除。其具體的寬度和厚度，按飛邊槽橋部高度和橋部寬度確定。 第三章 圓錨圈成形FEM分析 3.1 圓錨圈三維零件圖設(shè)計(jì) 利用UG軟件，根據(jù)二維圖零件圖，在UG中繪制出零件的三維圖如下： 圖3.1圓錨圈三維零件圖 3.2 DEFO

38、RM的介紹 DEFORM主要針對(duì)有限元，針對(duì)金屬成形進(jìn)行分析，還能對(duì)相關(guān)工藝進(jìn)行研究，主要是對(duì)成形和熱處理進(jìn)行探究。借助計(jì)算機(jī)的輔助，對(duì)整個(gè)過(guò)程模擬，在一定程度上讓過(guò)程更加直觀(guān)，工程師也能根據(jù)模擬進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)估，減少工藝的流程和成本，以此來(lái)讓模具設(shè)計(jì)的效率提高。是一套十分好用的系統(tǒng)。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，利用到的主要是DEFORM-3D（三維）這款軟件，這款軟件能夠在常見(jiàn)的如：HP，SGI,SUN,DEC,IBM等UNIX工作站平臺(tái)和Windows-NT微機(jī)平臺(tái)中使用。這款軟件，可以對(duì)材料非常復(fù)雜的三維流動(dòng)模型進(jìn)行分析。用其來(lái)解決一些二維模型難以解決掉的問(wèn)題是一個(gè)非常好的選擇。 例如在本次的

39、畢業(yè)設(shè)計(jì)中，要驗(yàn)證上文中擬定的工藝方案是否可行，可行該如何改進(jìn)，不可行該如何修改。若將擬定的工藝方案直接拿到企業(yè)或者工廠(chǎng)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，顯然不現(xiàn)實(shí)，一方面極可能造成資源的浪費(fèi)，同時(shí)也大大的增加了設(shè)計(jì)的時(shí)間，所以利用DEFORM來(lái)進(jìn)行FEM分析，其作用極大。 具體的操作流程可以分為以下幾個(gè)幾個(gè)方面： （1）導(dǎo)入幾何模型 在DEFORM-3D中，只能借助CAD/CAE軟件建模，才能完成模型的建立，本文是利用UG軟件，通過(guò)UG導(dǎo)出DEFORM可以使用的STL格式：:這種格式是幾乎全部CAD軟件都有的一種接口。是用一系列的三角形來(lái)進(jìn)行擬合形成曲面而成的格式。 （2）網(wǎng)格劃分 在DEFORM-3D

40、中，對(duì)于網(wǎng)格的劃分有兩種：通過(guò)使用者來(lái)進(jìn)行劃分，其單元的數(shù)量也稱(chēng)為絕對(duì)網(wǎng)格劃分指，這種方式劃分的網(wǎng)格由系統(tǒng)默認(rèn)，使用者給出來(lái)的單元數(shù)量只是用于限制最大的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)，也就是說(shuō)在實(shí)際的劃分時(shí)，劃分出的網(wǎng)格數(shù)不會(huì)超過(guò)這個(gè)數(shù)值。使用者可以自行修改劃分的網(wǎng)格數(shù)，可以拖動(dòng)滑塊，也可以直接手動(dòng)輸入數(shù)值，這個(gè)數(shù)值越大，所需要的計(jì)算時(shí)間就越長(zhǎng)，反之越少。 Absolute方式是基于Detailed settings的前提，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，網(wǎng)格的尺寸可以由用戶(hù)設(shè)定，最大最小均可以。但是一經(jīng)設(shè)定，其數(shù)量不能改變，數(shù)量的改變只有一種途徑，就是網(wǎng)格尺寸的設(shè)計(jì)。 （3）初始條件 DEFORM擁有的材料庫(kù)可以讓不

41、同材料在不同溫度下產(chǎn)生的不同特性得以展現(xiàn)，這樣很有利于我們的設(shè)計(jì)，比如本次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要熱鍛，那么環(huán)境溫度以及材料溫度的設(shè)定，就很重要，在開(kāi)始模擬前將這些條件設(shè)置好，能夠更好的更真實(shí)的得出結(jié)論。 （4）材料模型 在DEFORM-3D軟件中，各種材料的熱物理數(shù)據(jù)如、塑性、泊松比、楊氏模量、電阻等等，甚至在需要時(shí)可以輸入各種數(shù)據(jù)以方便熱處理等后處理的設(shè)計(jì)。 在材料庫(kù)中，擁有100余種不同的材料，涵蓋各種金屬以及其他的材料，能夠支撐我們對(duì)各種材料的需要，同時(shí)，每一種材料庫(kù)的材料都可以通過(guò)模擬，最終形成物理量曲線(xiàn)，這些都是溫度發(fā)生變化下得到的，還有材料流動(dòng)也會(huì)形成應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)。 （5）接觸定義

42、 接觸菜單的作用，主要是判定其接觸關(guān)系，主要是模具之間，以及和定義共建之間。 （6）通過(guò)流動(dòng)，畸變之后重新劃分 通過(guò)模擬，可以看出，材料是流動(dòng)的個(gè)體，因?yàn)槠涓街膯卧矔?huì)發(fā)生巨大的改變，會(huì)在形狀上產(chǎn)生畸形等情況。這也是需要解決的問(wèn)題，為了確保最終的進(jìn)度，DEFORM的作用是，在畸變之后依然可以實(shí)現(xiàn)重新劃分，其網(wǎng)格依然不變，依然能夠保證其精度。通過(guò)流動(dòng)就能夠?qū)崿F(xiàn)新的劃分。 （7）增加約束 主要是針對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)而言，便于自由度的增加。 （8）最后一步是后處理 借助DEFORM，可以便于使用者的直觀(guān)需要，模擬分析報(bào)告，幾乎所有需要的數(shù)據(jù)都可以在后處理里以云圖或者曲線(xiàn)等方式展現(xiàn)出來(lái)，十分直觀(guān)

43、，也十分的方便。 3.3 錨圈鍛造工藝DEFORM分析 本次模擬成型分析零件圖如下： 圖3.2鍛件圖 通過(guò)零件圖，我們可以看出，該零件較為簡(jiǎn)單而且為中心對(duì)稱(chēng)體，所以初步?jīng)Q定采用一步鍛壓直接成型，經(jīng)計(jì)算分別采用136mmX136mmX44mm的坯料進(jìn)行模擬分析，變形速度分別采用5mm/sec,10mm/sec。兩種方案進(jìn)行求解，來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 下面以坯料變形速度為10mm/s為例，進(jìn)行詳細(xì)的方案分析，針對(duì)最優(yōu)方案進(jìn)行求解，具體步驟如下。 Deform分為3個(gè)過(guò)程，基本思路可見(jiàn)如下： 1.導(dǎo)入模型 一般情況下，體積是不會(huì)發(fā)生改變的，因此可以作為計(jì)算依據(jù)，針對(duì)坯料計(jì)算，包含加工余

44、量在內(nèi)，最終求得坯料體積約為813824mm3，最終決定采用136mmX136mmX44mm的圓形坯料然后由ug對(duì)坯料進(jìn)行繪制，再繪制出上下模，轉(zhuǎn)存為stl格式，導(dǎo)入deform中進(jìn)行前處理： 圖3.3 下模 圖3.4上模 圖3.5坯料 2.模型前處理 設(shè)置運(yùn)動(dòng)步數(shù)，每步移動(dòng)距離等相關(guān)參數(shù)。其中運(yùn)動(dòng)步數(shù)設(shè)定為100步，通過(guò)計(jì)算得到上模下壓量為41.5，故每步移動(dòng)距離設(shè)定為0.42mm。設(shè)置如下圖 圖3.6 DEFORM前處理設(shè)置 由于做的是熱鍛，

45、所以需要點(diǎn)擊Heat Transfer，并且將文件命名為llruibo, 圖3.7 DEFORM前處理設(shè)置 設(shè)置每四步記錄一次。其中坯料初始溫度為1100°C，環(huán)境溫度為23°C設(shè)置上模運(yùn)動(dòng)。 由于做的是熱鍛，所以上下模也需要定義材料和進(jìn)行網(wǎng)格分析。其中上下模網(wǎng)格設(shè)置為32000，坯料網(wǎng)格設(shè)置為50000。 圖3.8 上下模及坯料的材料選擇 選中上模，點(diǎn)擊Movement,在Constant value一欄設(shè)置下壓速度，分別設(shè)置5mm/sec和10mm/sec 圖3.9

46、 下壓速度設(shè)置 點(diǎn)擊inter-object，定義接觸，在type中點(diǎn)擊shear，設(shè)置摩擦因子為0.3，然后將熱傳導(dǎo)系數(shù)設(shè)置為11。然后點(diǎn)擊apply to other relations，將設(shè)置應(yīng)用于所有接觸，然后點(diǎn)擊tolerance，并點(diǎn)擊generate all all 圖3.10 設(shè)置模擬條件添加接觸關(guān)系 找到Input/Database菜單，點(diǎn)擊后在彈出的對(duì)話(huà)框內(nèi)單擊Check按鈕，在對(duì)話(huà)框內(nèi)檢查數(shù)據(jù)及各項(xiàng)設(shè)置，確認(rèn)無(wú)誤后單擊Generate按鈕，然后生成數(shù)據(jù)庫(kù)，至此前處理工作結(jié)束，關(guān)閉程序，返回運(yùn)行界面點(diǎn)擊run按鈕，等待計(jì)算機(jī)對(duì)模擬進(jìn)行計(jì)算，

47、最終得到零件的成形過(guò)程。 圖3.11 進(jìn)行前處理檢查 計(jì)算完成后，在運(yùn)行界面內(nèi)單擊Deform-3D Post 打開(kāi)后處理，根據(jù)后處理中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)以及圖表，我們來(lái)進(jìn)行下一步的研究。 3.求解、后處理。 （1）成型后溫度變化如圖所示： （2） 毛坯變形前后對(duì)比 （3） 模具運(yùn)動(dòng)前后對(duì)比 （4） 等效應(yīng)變 （5） 等效應(yīng)力 （6） 速度場(chǎng) （7） 損傷 （8） 載荷行程曲線(xiàn) （9） 最小距離 3.3.2 模擬分析結(jié)果 經(jīng)過(guò)展開(kāi)模擬剖析，同時(shí)利用不同下壓速度模擬的對(duì)比，得到在其他參數(shù)保持不變的情況下，以10mm/sec的速度來(lái)進(jìn)行錨圈的鍛造，方案更加合理，溫度、應(yīng)力

48、等變化分布也更加的均勻。 第四章 圓錨圈模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 圓錨圈尺寸計(jì)算和設(shè)備選擇 圓錨圈本身為圓形，所以直接使用圓形坯料進(jìn)行加工最為方便，且能夠節(jié)省成本，還便于在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行操作，故選用圓柱形坯料。 毛坯的尺寸主要是由零件尺寸、加工余量等因素來(lái)確定的，是鍛造工藝中很重要的一個(gè)部分。鍛件圖是根據(jù)產(chǎn)品零件圖設(shè)計(jì)的。主要是針對(duì)其工作內(nèi)容進(jìn)行繪制，（1）對(duì)形狀和位置進(jìn)行確定；（2）加工余量的固定，以及鍛件公差和鍛造余塊最終判定；（3）對(duì)斜度進(jìn)行把控；（4）針對(duì)模鍛圓角半徑設(shè)計(jì)；（5）針對(duì)沖孔連皮，加以設(shè)

49、計(jì)；（6）針對(duì)鍛件技術(shù)，加以確定等。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛件圖如下： 毛坯尺寸的計(jì)算：在UG里面測(cè)量出零件的體積為473954mm3。 毛坯的直徑為 因?yàn)槊叺捏w積和復(fù)雜程度密切相關(guān)，所以對(duì)火耗量計(jì)算分：。 。 對(duì)于方坯： 毛坯的下料高度為 算得 136.5mm 43.7mm 再通過(guò)其特點(diǎn)的分析，最終獲得噸位的確定， ； 計(jì)算： S=13.6*13.6*3.14-2.75*2.75*3.14*9=367.05（ cm2 ）， K 取80 KN/ cm2 ，q 取 1.3，F(xiàn) ' =80*367.05=29364（KN）F=29364/

50、1.3=22587（KN） 查表 4-1 國(guó)產(chǎn)摩擦壓力機(jī)規(guī)格及技術(shù)參數(shù) 選用型號(hào)為 J53-400 的摩擦壓力機(jī)，功率為 30KW。 摩擦壓力機(jī)屬于螺旋壓力機(jī)的一種，是以 摩擦方式進(jìn)行動(dòng)力傳遞的螺旋壓力機(jī)。其工作的打擊性質(zhì)近似于錘，而傳動(dòng)、滑塊速度等又近似于壓力機(jī)，故而又稱(chēng)為摩擦壓力錘。摩擦壓力機(jī)一般適用于中、小批量生產(chǎn)的車(chē)間模鍛各種形狀的鍛件。其優(yōu)點(diǎn)有：①工藝性能廣。摩擦壓力機(jī)其沖擊力尚小，其特性涵蓋模鍛錘和熱模鍛壓力機(jī)功效。而對(duì)于摩擦壓力機(jī)，其特點(diǎn)在于行程不定，以及設(shè)置有頂出裝置，很適合精密模鍛和長(zhǎng)桿類(lèi)的鐓鍛，同時(shí)能擠壓成形，所以它工藝性能較廣，可以使用的范圍很多，如模鍛、沖壓、鐓鍛等

51、。②其精密程度能達(dá)到很高標(biāo)準(zhǔn)。彈性變形不會(huì)波及其精度大小，通常來(lái)講，磨礪壓力機(jī)有下頂出器，可以結(jié)合組合模，有效的對(duì)斜度和余塊進(jìn)行處理。再加之無(wú)氧化加熱設(shè)備的使用，能夠讓精度得到更大程度的提升。③針對(duì)整體和組合進(jìn)行結(jié)合?？梢院?jiǎn)化設(shè)計(jì)，主要通過(guò)凸、凹模鑲塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以有效的減少時(shí)間，讓周期變短，進(jìn)而減少成本的支出，還可以使得模具鋼使用更少。④方便以后維護(hù)。其構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，而且最大的特點(diǎn)是價(jià)格低，振動(dòng)小、基礎(chǔ)簡(jiǎn)單、沒(méi)有砧座，因而大大減少了設(shè)備和廠(chǎng)房的投資，勞動(dòng)條件較好，操作安全，容易維護(hù)。 4.2 圓錨圈的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析 根據(jù)第二章的生產(chǎn)工藝來(lái)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，同時(shí)要能夠滿(mǎn)足零

52、件的形狀以及使用性能等要求，還要能夠達(dá)到降低成本等特點(diǎn)： （1）設(shè)計(jì)分模面 在模鍛件中，需要有一個(gè)合理的分模面，非加工表面與分模面垂直的部分必須要有一定的模鍛斜度，非加工表面所形成的角則應(yīng)有模鍛圓角。應(yīng)保證鍛件的成形和易于從鍛模中取出。 分模面的確定：鍛件高徑比 ，取徑向分模，分模面取在最大直徑部位 （2） 模具必須兼顧安全，還要方便加工能幫助提高使用效率，還能便于使用損壞后的維修，具體分為以下幾點(diǎn)： ①特別是對(duì)零件的要求上，大型的特別難加工，可以靠鑲拼的方式； ②模具在設(shè)計(jì)上要充分考慮日后的維修成本，最大限度的節(jié)省維修時(shí)間，盡量做不拆卸的設(shè)計(jì)處理，為了修磨而必須去掉的零

53、件（如模柄等），可做成易拆卸的結(jié)構(gòu)等； ③需要經(jīng)常修磨和調(diào)整的部分盡量放在模具的下部 ④質(zhì)量較大的模具應(yīng)有方便的起運(yùn)孔或鉤環(huán)部； ⑤模具的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證操作者的手不必進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，而且各活動(dòng)零件（如卸料等）的結(jié)構(gòu)尺寸，在其運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)不致壓傷操作者的手指等。 （3）組合式凹模的設(shè)計(jì) 由于模具所需要承受的應(yīng)力較大，所以以一層凹的形式可能在實(shí)際的生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)承受的應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生變形或者破損的情況，所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用組合式凹模來(lái)加強(qiáng)凹模的強(qiáng)度。 4.3 圓錨圈模具裝配示意圖及工作過(guò)程介紹 模具的工作過(guò)程是將零件的坯料放置于凹模內(nèi)，放好后在壓力機(jī)的帶動(dòng)下模具進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，開(kāi)始成形，當(dāng)工件成形后，

54、下壓運(yùn)行結(jié)束，上模向上抬起，工件在上模抬起后留在凹模內(nèi)，由頂桿將零件頂出。 4.4 模具材料的選擇 模具需要有一定的要求，才能夠滿(mǎn)足工作的需要，具體如下： 1. 耐磨性 材料必須選擇硬度達(dá)標(biāo)的，這樣就不會(huì)引發(fā)其變形，本身毛坯就容易變形，會(huì)產(chǎn)生巨大的摩擦力，為了減少模具的損壞，不必須在材料選擇時(shí)就要注意其耐磨性，是模具最基本也是最重要的性能之一。 2.強(qiáng)韌性 模具還需要注意強(qiáng)韌程度，因其工作條件問(wèn)題，導(dǎo)致其需要承擔(dān)巨大的沖擊力，一旦發(fā)生斷裂影響巨大，因此應(yīng)選擇具有高強(qiáng)度，高韌性的材料，即含碳量高的材料。 3.高溫性能 模具的工作環(huán)境一般都是高溫環(huán)境，隨著溫度的升高，模

55、具的硬度和強(qiáng)度也會(huì)下降，這種情況下，模具需要有高強(qiáng)度的抗壓性，能夠在抗回火時(shí)依然表現(xiàn)穩(wěn)定。 模具的制造過(guò)程本身工藝較高，鍛造是第一步，而且還要耐得住熱處理，因此其質(zhì)量決定了其高溫性能，所以材料必須達(dá)標(biāo)才能滿(mǎn)足工藝需要。 1. 可鍛性 有一定的變形抗力，幫助塑形，不容易斷裂。 2切削加工性 其在使用量的情況下，磨損較小，而且精度較高，表面不粗糙。 3. 抗氧化功能 在加熱的操作中，實(shí)際證明其氧化性不錯(cuò)，能達(dá)到較高水平，脫碳則較慢。 4. 可磨削性 利用砂輪加工階段，不易發(fā)生磨傷及出現(xiàn)裂紋。 鍛造模具（簡(jiǎn)稱(chēng)鍛模）是刻有制取模鍛件模膛的金屬塊，此裝備必不可少，作用極大。在

56、鍛模的選擇上要極為注意，牢牢把控質(zhì)量等方面，因?yàn)樯婕暗綁勖氖褂瞄L(zhǎng)短，而且其設(shè)計(jì)還會(huì)決定其成本高低，進(jìn)而對(duì)尺寸質(zhì)量或者交貨時(shí)間產(chǎn)生影響。其劃分，從鍛件的變形溫度分為冷鍛模具和熱鍛模具兩大類(lèi)。本文選擇后者，其特點(diǎn)在于耐高應(yīng)力，能夠有效應(yīng)對(duì)動(dòng)靜的交替作用，使用需注意預(yù)熱，越熱溫度需掌控在150℃～400℃之間。除此之外，熱作模具鋼在工作中還受到很大的壓應(yīng)力或拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的復(fù)合作用以及高溫條件下的金屬流動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈摩擦力，模膛表面的溫度經(jīng)常瞬間達(dá)到600℃左右。因此，鍛件生產(chǎn)對(duì)模具材料的基本要求是：在鍛模工作條件（工作溫度、載荷性質(zhì)和“接觸時(shí)間” ）下，材料應(yīng)具有良好的冶金質(zhì)量和組織穩(wěn)定性、綜合

57、力學(xué)性能、疲勞性能和耐腐蝕性能等使用性能以及良好的冷熱加工工藝性能。綜合考慮下，決定采用H13鋼，其特點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)，作為空淬硬化熱作模具鋼更具優(yōu)勢(shì)。可以作用熱擠壓和穿孔用等；這也是工作飛機(jī)零部件生產(chǎn)的原因，可耐熱 400～500 ℃。 除此以外，關(guān)于模具材料的選用，一定要思考是否經(jīng)濟(jì)適用，在功能滿(mǎn)足的前提下，可以先選取價(jià)位便宜的。 4.5模具的經(jīng)濟(jì)性分析 模具的設(shè)計(jì)不僅僅與經(jīng)濟(jì)有關(guān)，更與環(huán)境、健康有著密切的聯(lián)系。 對(duì)健康而言，模具廠(chǎng)從來(lái)就不是比較安全的地方，相反因?yàn)楦鞣N不小心，模具廠(chǎng)常常會(huì)發(fā)生事故。所以伴隨著科技的進(jìn)步，一方面，自動(dòng)化生產(chǎn)得到了越來(lái)越多的普及，新的自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)正在逐漸一

58、步一步的淘汰者舊的產(chǎn)業(yè)。使得人工更少。在另一方面，隨著設(shè)備的越來(lái)越先進(jìn)，越來(lái)越多的安全性措施得到了實(shí)施，比如說(shuō)紅外線(xiàn)探測(cè)，在幾微妙的時(shí)間內(nèi)感應(yīng)到你的手，從而避免了因意外而發(fā)生的機(jī)械性事故。從而使人們的安全加以保障。同時(shí)伴隨著科技的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越被人們所重視了。在最開(kāi)始的時(shí)候，科技是第一生產(chǎn)力，人們不顧一切就為了生產(chǎn)，然而到了現(xiàn)在，人們?cè)絹?lái)越注重環(huán)境的重要性，機(jī)械廠(chǎng)也越來(lái)越科學(xué)化的分布，比如說(shuō)沖壓廠(chǎng)沖壓所余留下來(lái)的廢料，可以直接在旁邊的廠(chǎng)進(jìn)行處理，并且環(huán)境污水等排放問(wèn)題也越來(lái)越少，一切都朝著有序化的進(jìn)行。 但是不管科技如何發(fā)展，節(jié)約模具成本增加自己的利潤(rùn)永遠(yuǎn)都是一個(gè)說(shuō)不完的

59、話(huà)題。同其他產(chǎn)品類(lèi)似的產(chǎn)品相似一樣，模具也是可進(jìn)行等價(jià)交換的商品，它一樣符合市場(chǎng)的規(guī)律，具體來(lái)說(shuō)包括了設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)、制造維修的經(jīng)濟(jì)性等，模具的經(jīng)濟(jì)性主要設(shè)計(jì)的是成本如何有效的控制，一般來(lái)說(shuō)，要用最小的成本獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，但不能過(guò)于追求，利益最大化。所以適當(dāng)?shù)膶?duì)模具整體的經(jīng)濟(jì)性分析是必要的，下面是從幾個(gè)主要方面進(jìn)行模具的經(jīng)濟(jì)性分析： 1．以前模具設(shè)計(jì)靠的是長(zhǎng)期的積累下的經(jīng)驗(yàn)，雖然有一定的實(shí)用性，但是不科學(xué)，使模具報(bào)廢的幾率容易增加，這就降低了模具的經(jīng)濟(jì)性，增加了額外的成本?，F(xiàn)在在有限元軟件的支持下，模具設(shè)計(jì)與以往不同，通過(guò)虛擬模擬的計(jì)算，可以較為準(zhǔn)確的知曉該模具設(shè)計(jì)方案的可行性，這樣從第一步

60、就開(kāi)始控制成本的額外增加的風(fēng)險(xiǎn)，比較科學(xué)。所以通過(guò)模擬分析確定零件是否能一次成型，是否會(huì)發(fā)生破裂，直觀(guān)的數(shù)據(jù)分析，從而減少了經(jīng)濟(jì)的成本。 2．模具設(shè)計(jì)方案好了以后，就要考慮加工了，這可能是模具成本里比較大的一部分。在實(shí)際操作過(guò)程中，鍛模的加工方式主要就是依靠壓力機(jī)加工，加工出所想要的各類(lèi)板，鍛造的方式有很多，比如開(kāi)、閉式模鍛，自由鍛，錘鍛等。不同的板料，不同的加工方式。挑選最合適的，減少成本。 3．模具后期維護(hù)的成本主要與模具結(jié)構(gòu)有關(guān)，合理的結(jié)構(gòu)，維護(hù)方便 ，維修成本低，模具經(jīng)濟(jì)性好；不合適的結(jié)構(gòu)，其經(jīng)濟(jì)性比較差，維修時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)計(jì)劃就會(huì)被延長(zhǎng)，廠(chǎng)家的訂單就會(huì)減少。所以說(shuō)維修便宜的模具其經(jīng)

61、濟(jì)性也比較好。 第五章 總結(jié) 本次的課題為圓錨圈的鍛造工藝與模具設(shè)計(jì)，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究，有如下收獲： 1.通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外鍛造業(yè)以及對(duì)國(guó)內(nèi)外錨圈鍛造業(yè)的發(fā)展近況的研究，對(duì)鍛造行業(yè)有了初步的認(rèn)識(shí)，對(duì)我國(guó)的錨圈鍛造工業(yè)也有了一定的了解。 2.運(yùn)用UG軟件對(duì)零件進(jìn)行三維造型，同時(shí)繪制了三維模具圖，對(duì)了解錨圈鍛造工藝有著很重要的作用，可以更加直觀(guān)的來(lái)觀(guān)察模具。同時(shí)在設(shè)計(jì)模具的時(shí)候還考慮了經(jīng)濟(jì)以及環(huán)保等各方面。 3.借助DEFORM-3D軟件，進(jìn)行實(shí)際模擬，對(duì)零件成形有了比較直接的認(rèn)識(shí)，充分的了解了其各方面過(guò)程，投入到實(shí)際且

62、能滿(mǎn)足零件各項(xiàng)要求的方案，節(jié)省了大量的時(shí)間以及成本，所以模擬對(duì)實(shí)際操作是有非常大的作用的。 4.采用閉式模鍛進(jìn)行鍛造，摒棄以往的方法，該方法在節(jié)約成本以及提高生產(chǎn)效率方面都比以往的方法要高很多。 5.通過(guò)了解模具材料選用的要求，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需要，且在經(jīng)濟(jì)性上進(jìn)行考慮，選擇合適的模具材料，在達(dá)到成形要求的同時(shí)，還能夠節(jié)約成本。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從多方面對(duì)整個(gè)模具設(shè)計(jì)的過(guò)程進(jìn)行了考慮，在滿(mǎn)足性能需要的同時(shí)也減少了成本消耗，節(jié)約了工作時(shí)間，但是由于是第一次做這樣的設(shè)計(jì)，肯定仍有不足，還有許多不恰當(dāng)?shù)牡胤?，敬?qǐng)老師批評(píng)指正。 參考

63、文獻(xiàn) [1] 李建軍, 黃茂林,等.鍛造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].熱處理技術(shù)與裝 備,2015,36(03):57~62. [2] 于琨山.我國(guó)鍛造加熱設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國(guó)金屬通報(bào),2018(03):91~92. [3] 陳文琳,聶會(huì)星.預(yù)應(yīng)力錨圈的彈塑性有限元分析[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007(06):761~764. [4] 廖茂.錨圈精鍛工藝與模具設(shè)計(jì)[J].熱加工工藝,2011,40(21):198~199. [5] 陳從升,張正彬.基于正交試驗(yàn)及有限元法的錨具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械制 造,2008(1

64、0):23~25. [6] 周飛, 蘇丹, 彭穎紅.金屬塑性成形有限體積數(shù)值模擬技術(shù)[J].鍛壓技術(shù), 2002, (3) :3~5. [7] Oden J T, Kikuchi N.Finite element methods for constrain-ed problems in elasticity[J].International Journal for Nu-merical Methods in Engineering, 1982, 18 (5) :710~725. [8] 伍太賓.精密鍛造成形技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用[J].精密成形工程, 2009, (2) :12~18. [9

65、] 晏爽,李普,潘秀秀,楊剛.精密鍛造成形技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展[J].熱加工工藝,2013,42(15):9~12+15. [10] 李新同,李克,李元衡.精密鍛造成型技術(shù)及應(yīng)用分析[J].技術(shù)與市 場(chǎng),2019,26(01):105+107. [11] Richard Douglasa, David kuhlmann.guidelines for precision hot forging with applications[J].Journal of Materials Processing Technology, 2000, 98:182~188. [12] 劉汀, 王曉

66、群, 陳學(xué)文.搖臂軸精密成形工藝及模具設(shè)計(jì)[J].熱加工工藝, 2012, 41 (19) :88~91. [13] 李小明,李彥生,韓景蕓,陸麗麗等.·一種新的精密高效低成本模具加工與成形方法·模具工業(yè),2006,·32(8): [14] 金康，陳東，褚作明，王曉輝.·新型熱精鍛專(zhuān)用模具鋼的成分設(shè)計(jì)及熱處理工藝·金屬熱原理, 2011,·36(4):· [15] 模具加工新方法[J]. 模具制造2004(09) [16] 程里.·模鍛實(shí)用技術(shù)·北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2010.3 55~60 [17] 羅秀文.·模鍛工工藝學(xué)·北京: 科學(xué)普及出版社, 1984.5 1~3 致 謝 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束之際，要感謝我的指導(dǎo)老師初雅杰老師。 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，初雅杰老師花費(fèi)了大量的時(shí)間在我身上，無(wú)論是最開(kāi)始的開(kāi)題報(bào)告的書(shū)寫(xiě)，后面整個(gè)模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，直到最后畢業(yè)設(shè)計(jì)的書(shū)寫(xiě)，老師都非常的耐心一步一的指導(dǎo)我怎么寫(xiě)，怎么畫(huà)，怎么改，原理又是什么。在這段時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過(guò)老師的悉心教導(dǎo)，我對(duì)于級(jí)進(jìn)成形又有了更加深刻的認(rèn)知與理解，對(duì)于我后面的學(xué)業(yè)生涯有著莫大的幫助。 同時(shí)我還要感