十字軸鍛造成型工藝及模具設(shè)計畢業(yè)論文

1、十字軸鍛造成形工藝研究及模具設(shè)計摘 要近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)和汽車行業(yè)的快速發(fā)展，十字軸作為傳動系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)用越來越廣泛，地位也越來越重要。 本文主要以十字軸為研究對象，十字軸是汽車底盤中的一個十分重要的傳力零件，產(chǎn)品質(zhì)量要求高，形狀復(fù)雜。以目前國內(nèi)普遍應(yīng)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(shè)計。 首先采用UG或Pro/E三維造型軟件對十字軸進(jìn)行三維實體化造型。利用DEFORM-3D有限元模擬軟件對十字軸的成形過程進(jìn)行模擬。分析應(yīng)力狀態(tài)和載荷-行程曲線?；谀M結(jié)果，分析十字軸預(yù)鍛成形過程中所出現(xiàn)的問題，提出模具設(shè)計的改進(jìn)建議。從數(shù)學(xué)模型

2、上給出了指導(dǎo)，得出了優(yōu)化的工藝參數(shù)，設(shè)計出合理的模具型腔。利用UG的實體造型功能建立十字軸的三維模型。關(guān)鍵詞：十字軸；數(shù)值模擬；預(yù)鍛變形；有限元；成形工藝Study on Forming Process and Die Design for Crossing ShaftABSTRACTIn recent years, with the development of economy and automotive industry, as the main basis of mechanical parts, the cross shaft of an ever-increasing status

3、 is also becoming increasingly important. This article mainly takes cross shaft as the research object. The cross shaft is automobile chassis of a very important force transmission parts, products of high quality requirements, complex shape.UG, DEFORM-3D as a platform, and has done some research on

4、mould design and FEM simulation, on the base of forge hot process which is widely used in local plant. First, using UG or Pro/E three-dimensional modeling software for 3D modeling of the cross shaft.The finite element simulation software DEFORM-3D is used to simulate the forming process of the cross

5、 shaft. And analysis the stress distribution and the metal load-trip curve. According to the result of the simulation, the problem in the Pre-forging has been analysed with some instructive suggestions for die designing put forward. Guidance is given from the mathematical model, then the optimized p

6、arameters, design of mould cavity and reasonable. A three-dimensional model of cross shaft using a solid modeling function of UG.Key Words: cross shaft；numerical simulation；Pre-forging process；finite element method；forming process 目 錄摘 要IABSTRACTII引 言- 1 -第1章緒 論- 2 -1.1研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢- 2 -1.2研究意義（價值）及主要內(nèi)容

7、- 3 -第2章設(shè)計研究方案- 4 -2.1對課題的認(rèn)識- 4 -2.2課題的研究方法- 5 -2.3熱模鍛成形工藝- 6 -模鍛的特點- 6 -模鍛的分類- 6 -開式模鍛工藝- 6 -2.4影響金屬成形的因素- 7 -2.5UG簡介- 8 -UG產(chǎn)品概述- 8 -UG主要技術(shù)特點- 9 -本課題有關(guān)UG的運用- 9 -2.6DEFORM-3D簡介- 10 -DEFORM的特點- 10 -DEFORM模型的建立- 10 -第3章十字軸模具設(shè)計- 12 -3.1十字軸鍛件幾何尺寸分析- 12 -3.2終鍛模的設(shè)計- 14 -分模面的制定- 14 -模塊的結(jié)構(gòu)- 14 -飛邊的選用- 14 -鎖

8、扣設(shè)計- 15 -坯料體積計算- 17 -3.3預(yù)鍛模的設(shè)計- 18 -第4章十字軸模具總裝配圖- 22 -4.1模架的選取- 22 -4.2熱模鍛壓力機(jī)的選用- 26 -4.3模具總裝配圖- 27 -第5章結(jié)論與展望- 29 -致   謝- 30 -主要參考文獻(xiàn)- 31 -附錄- 32 -插圖清單圖2-1 常見十字軸零件圖和模鍛件圖- 4 -圖2-2 十字軸零件圖- 5 -圖2-3 十字軸冷鍛件圖- 5 -圖3-1 十字軸冷鍛件圖尺寸- 12 -圖3-2 十字軸熱鍛件圖尺寸- 13 -圖3-3 十字軸熱鍛件三維圖- 14 -圖3-4 飛邊的結(jié)構(gòu)形式- 15 -圖

9、3-5 四角鎖扣- 15 -圖3-6 終鍛模上模- 16 -圖3-7 終鍛模下模- 16 -圖3-8 坯料- 17 -圖3-9 成形過程金屬流動模型- 18 -圖3-10 坯料鐓粗- 18 -圖3-11 傳統(tǒng)工藝下的預(yù)鍛模腔- 19 -圖3-12 改進(jìn)后的預(yù)鍛型腔- 20 -圖3-13 傳統(tǒng)工藝下預(yù)鍛結(jié)束和終鍛結(jié)束- 20 -圖3-14 改進(jìn)后預(yù)鍛結(jié)束和終鍛結(jié)束- 20 -圖4-1 中間導(dǎo)柱模架- 22 -圖4-2 中間導(dǎo)柱上模座- 23 -圖4-3 中間導(dǎo)柱下模座- 24 -圖4-4 A型導(dǎo)柱和導(dǎo)套- 25 -圖4-5 模具總裝配三維圖- 27 -圖4-6 十字軸模具裝配圖- 28 -表格清

10、單表4-1 中間導(dǎo)柱上模座結(jié)構(gòu)參數(shù)- 23 -表4-2 中間導(dǎo)柱下模座結(jié)構(gòu)參數(shù)- 24 -表 4-3 導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)參數(shù)- 25 -表4-4 導(dǎo)套結(jié)構(gòu)參數(shù)- 26 -引 言隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對物質(zhì)上的需求，再加上國際競爭日益激烈，各國在努力發(fā)展自身經(jīng)濟(jì)的同時，在關(guān)乎本國自身安全的領(lǐng)域也紛紛馬不停蹄的研究開發(fā)，在這些領(lǐng)域中，最重要的莫屬制造業(yè)了，一個國家制造業(yè)的發(fā)展水平，技術(shù)含量，直接影響到這個國家的整體命運。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的制造業(yè)發(fā)展水平還有一定差距，還需要大量引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，這使我國的發(fā)展從根本上看處在被動地位，因此可以說對制造業(yè)的發(fā)展研究就顯得重中之重。本課題是在這個大的背景賦予的

11、精神下深入到我們?nèi)粘Ｉ钪械囊粋€常見領(lǐng)域展開研究的，近幾年，我國汽車制造業(yè)可以說是我國制造業(yè)發(fā)展的代表，大部分國外廠商的注入，國有品牌的崛起，共同滿足著我國國民對私家車日益增長的需求。而汽車轉(zhuǎn)向節(jié)中的十字軸正是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中必不可少的組成部分，而且承擔(dān)著重要分量的安全責(zé)任。在傳動裝置中，載荷對結(jié)構(gòu)有很高的要求，人們對速度、穩(wěn)定性的追求，使載荷不斷的增大，在結(jié)構(gòu)上不可避免的產(chǎn)生應(yīng)力集中，而十字軸的軸頭尺寸又相對很小，這樣，就使十字軸成為汽車安全穩(wěn)定性的一個重要因素，也因此對其加工制造的工藝有較高的要求。 而DEFORM-3D是一種基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)，專門用于分析各種金屬成形過程中的三維

12、流動，提供很有價值的工藝分析數(shù)據(jù)，及有關(guān)成形過程中的材料和溫度流動，通過模擬處理，可以從一定的程度預(yù)見工藝過程和效果，并在模擬中改進(jìn)工藝，從而為實際生產(chǎn)提供最大的便利，節(jié)省開發(fā)時間，空間，節(jié)約成本。計算機(jī)廣泛發(fā)展以來，實際生產(chǎn)與數(shù)字化聯(lián)系日益緊密，各國紛紛大力發(fā)展數(shù)字化技術(shù)，可以說將實際生產(chǎn)數(shù)字化會從根本上改變制造業(yè)的生產(chǎn)模式和管理模式，有上千年歷史的制造業(yè)也進(jìn)入了一個全新的時期。因此實際生產(chǎn)數(shù)字化的重要性不言而喻。第1章 緒 論1.1 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢萬向聯(lián)軸器，具有傳遞扭矩大、使用壽命長、應(yīng)用范圍廣等特點。主要應(yīng)用于軋機(jī)主傳動和輔機(jī)傳動，也適用于起重、礦山、工程、車輛運輸、石油、船舶、造

13、紙機(jī)械及其它重型機(jī)械行業(yè)。特別對冶金工業(yè)的技術(shù)改造及機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代提供了有利條件，采用這種新型機(jī)械基礎(chǔ)條件將會大幅度提高作業(yè)率而獲得很大的經(jīng)濟(jì)效益。我國目前常用的聯(lián)軸器有：梅花萬向接軸、滑塊萬向接軸、弧形齒接軸及十字軸式萬向聯(lián)軸器。梅花萬向接軸和弧形齒接軸許用傾角??；滑塊式萬向接軸潤滑條件差；十字軸式萬向聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、效率高、許用傾角大、潤滑維護(hù)簡便。十字軸式萬向聯(lián)軸器具有廣闊的市場，年需求量很大。按目前情況分析，不算進(jìn)口，其年銷售量也在二億人民幣左右。因國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，再者有些大型設(shè)備中的主傳動軸一時還無法達(dá)到要求，故失去了一部分市場。這部分市場所占數(shù)量雖然不大，但產(chǎn)值卻很高，約

14、占總銷量的 30左右。為了減少進(jìn)口和擴(kuò)大出口，增加年銷售量，對現(xiàn)有產(chǎn)品須進(jìn)行不斷的改進(jìn)，提高其技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，最大限度的占有市場。由于十字軸式萬向聯(lián)軸器的應(yīng)用范圍在不斷地擴(kuò)大，而它本身又是更換件，都需備品備件，其需求量也會逐年增加。十字軸式萬向聯(lián)軸器的主要構(gòu)件由主、被動叉頭與十字包組成 ,傳遞動力的中間受力元件為十字軸。列入國家標(biāo)準(zhǔn)的十字軸式萬向聯(lián)軸器有 JB5513SWC 型整體叉頭十字軸式萬向聯(lián)軸器、JB3241 SWP 型剖分軸承座十字軸式萬向聯(lián)軸器和 JB3242 SWZ 型整體軸承座十字軸式萬向聯(lián)軸器。SWP 型剖分軸承座十字軸式萬向聯(lián)軸器和 SWZ 型整體軸承座十字軸式萬向聯(lián)軸

15、器，對十字軸的裝配比較方便，同時為十字軸的尺寸設(shè)計提供了較大的選擇空間，但由于連結(jié)的環(huán)節(jié)較多，工作中故障率較高，使工作的可靠性受到影響，因此選擇時受到限制，應(yīng)用較少；SWC 型整體叉頭十字軸式萬向聯(lián)軸器中的十字軸 (十字包) 采用無螺栓聯(lián)接，由于連接環(huán)節(jié)減少，降低了故障率，工作比較可靠，因此使用較普遍。十字軸式萬向聯(lián)軸器我國已制訂了三項標(biāo)準(zhǔn)：即 JB 3241-91SWP 型剖分軸承座十字軸式萬向聯(lián)軸器、JB/T 3242-93SWZ 型整體軸承座十字軸式萬向聯(lián)軸器和 JB 5513-91SWC 型整體叉頭十字軸式萬向聯(lián)軸器，這是當(dāng)前國內(nèi)外應(yīng)用范圍最廣、用量最大的三種不同結(jié)構(gòu)形式的十字軸式萬向

16、聯(lián)軸器。如德國的 GWB 公司和 Voith 公司分別生產(chǎn) SWP 型和 SWC 型，日本的 Koyo 公司AJico 公司分別生產(chǎn) SWZ 型和 SWP 型，而美國和意大利則生產(chǎn) SWB 型、SWZ型和 SWP 型。從我國制訂的三項標(biāo)準(zhǔn)，無論是對聯(lián)軸器的性能參數(shù)還是有關(guān)主要件的材料力學(xué)性能、熱處理、尺寸偏差、形位公差、表明粗糙度等技術(shù)要求均作了規(guī)定，其技術(shù)水平已達(dá)到國外先進(jìn)國家同類產(chǎn)品的水平。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的主要技術(shù)指標(biāo)為：回轉(zhuǎn)直徑為 1001200mm，可傳遞轉(zhuǎn)矩為 2.59000kN.m，軸線傾角為 5°25°，伸縮量達(dá) 1000mm。國外對 SWC 型十字軸式萬向聯(lián)軸器的

17、研究要早于我國，其中西德 Voith公司 SW 和 CW 系列產(chǎn)品，在技術(shù)上是十分先進(jìn)的，對于一些尺寸的確定也經(jīng)過了慎重的選擇。甚至已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軋鋼機(jī)等產(chǎn)品中，它對冶金工業(yè)的技術(shù)改造及機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代提供了有利條件，西方工業(yè)先進(jìn)國家采用這種新型機(jī)械基礎(chǔ)條件已經(jīng)產(chǎn)生了大幅度提高作業(yè)率而獲得很大的經(jīng)濟(jì)效益。實踐證明，十字軸式萬向聯(lián)軸器的主要失效形式為十字軸的斷裂、軸頸表面出現(xiàn)塑性壓痕或點蝕剝落以及叉頭根部破壞。顯然，這是由于軸頸上載荷引起的應(yīng)力超過了材料的彎曲應(yīng)力極限與接觸應(yīng)力極限所致或者叉頭根部彎曲應(yīng)力不足。因此，為了延長聯(lián)軸器的使用壽命，應(yīng)該降低軸頸危險截面的彎曲應(yīng)力和軸頸表面的接觸應(yīng)力，

18、或者改變中間受力元件的受力狀態(tài)，這就需要從力學(xué)的角度對萬向聯(lián)軸器進(jìn)行分析。鑒于十字軸萬向聯(lián)軸器這種非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，無法用經(jīng)典的彈性力學(xué)通過求解微分方程而得到其解析解，而有限元方法則避免了求解微分方程，它與 CAD 系統(tǒng)結(jié)合，使設(shè)計者可以在計算機(jī)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)的剛、強(qiáng)度分析、疲勞壽命分析等各種性能分析，從而取代了傳統(tǒng)設(shè)計方法中“設(shè)計驗證設(shè)計”的循環(huán)。整個設(shè)計過程只需要在最后階段進(jìn)行必要的驗證性試驗，這就極大地提高了工作效率，縮短了設(shè)計周期，降低了設(shè)計成本。十字軸式萬向聯(lián)軸器，從國內(nèi)外的發(fā)展趨勢看，一方面是如何提高它的承載能力和質(zhì)量，延長使用壽命；另一方面是如何擴(kuò)大它的應(yīng)用范圍，以滿足多種機(jī)械設(shè)備

19、的需要。為此除對結(jié)構(gòu)、聯(lián)接方式等方面進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)外，還應(yīng)對其主要部件提出更高的要求。在新的設(shè)計中，對結(jié)構(gòu)、應(yīng)力、變形等均將采用有限元分析，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使其設(shè)計更為先進(jìn)合理。1.2 研究意義（價值）及主要內(nèi)容十字軸是汽車底盤中的一個十分重要的傳力零件，在交通運輸、冶金、重型機(jī)械等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品質(zhì)量要求高，形狀復(fù)雜，十字軸式萬向聯(lián)軸器能夠很好地適應(yīng)傳動軸間的較大角位移，而且具有傳遞扭矩范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、維修保養(yǎng)方便等特點，是一種重要的傳動部件，其加工方法有機(jī)加工、熱鍛、冷擠等。利用切削加工方法加工十字軸類零件，生產(chǎn)工序多，效率低，材料浪費嚴(yán)重，并且切削加工不僅不能強(qiáng)化軸肩

20、部位的強(qiáng)度還會破壞零件的金屬流線結(jié)構(gòu)，不易采用。冷擠壓生產(chǎn)十字軸類零件，尺寸精度高、力學(xué)性能好、生產(chǎn)工序少、材料利用率高、生產(chǎn)效率高。但冷變形所需設(shè)備噸位大，模具易磨損，對擠壓設(shè)備要求較高，與熱模鍛相比，模具設(shè)計、潤滑、工藝等都復(fù)雜的多。采用熱模鍛方式十字軸類零件，模具設(shè)計簡單，開發(fā)費用低，壽命長。因此，本文擬采用熱模鍛方法成形某型號十字軸。本文主要完成以下工作：(1) 熟悉零件的結(jié)構(gòu)特點及使用要求，對零件的鍛造工藝進(jìn)行分析，制定成形工藝方案，明確模具設(shè)計要點。(2) 繪制鍛件圖，確定分模面位置。進(jìn)行毛坯計算，計算成形力選擇成形設(shè)備。(3) 設(shè)計計算鍛造模具各工作部分尺寸，設(shè)計導(dǎo)向及卸料裝置，

21、完成模具材料選擇等工作，并繪制模具圖。第2章 設(shè)計研究方案2.1 對課題的認(rèn)識 隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，現(xiàn)階段生產(chǎn)十字軸的加工方法主要有機(jī)加工，熱鍛，冷擠壓等。 利用機(jī)加工方法生產(chǎn)十字軸，生產(chǎn)工序較多，造成生產(chǎn)過程中效率低下，材料嚴(yán)重浪費，不利于大批量生產(chǎn)，再加上機(jī)加工生產(chǎn)出來的十字軸的力學(xué)性能和金屬內(nèi)部的流線結(jié)構(gòu)上受到了限制和破壞，所以一般不易采用此種方法加工。 利用熱鍛方法生產(chǎn)十字軸，其變形抗力低，能量消耗少，由于金屬在加熱變形過程中，在加工硬化過程的同時，也存在著回復(fù)或再結(jié)晶的軟化過程，就是其塑性變形容易進(jìn)行。一般情況下其塑性、韌性好，產(chǎn)生斷裂的傾向性減少，熱鍛一般不易產(chǎn)生織構(gòu)，十字軸的

22、擇優(yōu)取向性較小。但是熱鍛也有其不足，加熱時會產(chǎn)生氧化、脫碳等缺陷，加工后十字軸的表面不是很光潔，尺寸也不如冷擠壓生產(chǎn)的精確，而且，由于加工結(jié)束后，十字軸內(nèi)部溫度難于均勻一致，所以熱加工后的十字軸組織、性能常常不如冷擠壓加工的均勻。 利用冷擠壓方法生產(chǎn)十字軸，雖然彌補(bǔ)了熱鍛的不足，生產(chǎn)十字軸的生產(chǎn)工序少，可獲得理想的表面粗糙度和尺寸精度，材料利用率高、生產(chǎn)效率高，成形十字軸內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織均勻，有合理的纖維流線分布，但進(jìn)行冷擠壓加工所需要的條件很高，比如，需要的設(shè)備噸位大，模具很容易磨損，整個生產(chǎn)過程中，從模具設(shè)計、潤滑到工藝工序的安排都很復(fù)雜，而從我國基本國情的角度出發(fā)，在我國目前的科學(xué)技術(shù)水平下

23、，還是有相當(dāng)?shù)睦щy，從另一個角度上說，開發(fā)這樣的生產(chǎn)過程反而會提高十字軸生產(chǎn)的總成本，國內(nèi)使用的還不普遍，而在我國普遍采用熱鍛方式加工十字軸，我們有成熟的經(jīng)驗可以借鑒，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)。 所以，本課題將以熱鍛十字軸零件（如圖2-1）為研究對象，對十字軸熱鍛成形工藝特別是預(yù)鍛成形工藝進(jìn)行研究。圖2-1 常見十字軸零件圖和模鍛件圖2.2 課題的研究方法 本課題是通過借鑒大量的十字軸的傳統(tǒng)加工方法，利用有限元模擬軟件，模擬十字軸的成形過程，通過學(xué)習(xí)文獻(xiàn)中關(guān)于模擬十字化的分析方法分析計算模擬結(jié)果等找到工藝缺陷，并依據(jù)所學(xué)基礎(chǔ)知識對工藝進(jìn)行改進(jìn)，再通過模擬對比，如此反復(fù)，直到達(dá)到工藝的最優(yōu)化。 首

24、先，通過三維造型軟件對傳統(tǒng)熱鍛十字軸零件進(jìn)行三維實體化造型。 通過有限模擬軟件，對十字軸熱鍛成形過程進(jìn)行模擬，分析變形過程中應(yīng)力應(yīng)變分布，載荷變化和金屬流動情況，找出不足、缺陷。 進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。 再通過三維造型軟件對改進(jìn)后的熱鍛十字軸零件進(jìn)行三維實體化造型。 再通過有限模擬軟件，分析改進(jìn)后的情況，實現(xiàn)工藝的最優(yōu)化。如圖2-2為本課題十字軸零件圖，圖2-3為本課題十字軸鍛件圖。圖2-2 十字軸零件圖圖2-3 十字軸冷鍛件圖本課題十字軸成形工藝主要分四階段：下料，模鍛，切邊，機(jī)加工。其中模鍛又分為預(yù)鍛和終鍛兩個過程。本課題十字軸成形工藝中，坯料所用材料為20CrMnTi 。加熱設(shè)備選用額定功率為3

25、0kW，最高工作溫度為1350攝氏度，爐膛尺寸為400mm×300mm×250mm的箱式電阻爐。模具的預(yù)熱溫度為200攝氏度。坯料在1200攝氏度下在預(yù)鍛模中進(jìn)行預(yù)鍛成形。成形后移入開式終鍛模中在800攝氏度下進(jìn)行終鍛成形，等模具打靠完畢，再將帶飛邊的終鍛件移入切邊模中，去除飛邊，這樣十字軸就初步成形了，然后再對其進(jìn)行機(jī)加工后處理，最終成品。2.3 熱模鍛成形工藝由于本課題是研究十字軸的預(yù)鍛成形和模具改進(jìn)，那么首先要解決的，就是充分理解加工十字軸所用的工藝，熱模鍛成形工藝，只有了解、掌握了這個工藝，才能為這個課題的完成打下基礎(chǔ)。 2.3.1 模鍛的特點首先，本課題的十字軸是

26、通過模鍛成形的，模鍛就是使金屬坯料在沖擊力或壓力作用下，在模鍛模腔中被迫塑性流動成形，從而獲得鍛件的一種工藝方法，與自由鍛相比，通過模鍛可以生產(chǎn)形狀較為復(fù)雜的零件，而且不論是尺寸、形狀的精度都比自由鍛要高，最為重要的是，比起自由鍛，不論從材料利用率還是生產(chǎn)效率，還是表面質(zhì)量來說，都要好，由于模鍛中的金屬是在模具的模腔中流動的，一定會受到某些方向的限制，所以，變形抗力會很大，因此相同尺寸的毛坯，成形所需的設(shè)備噸位要更大些。而從模具上來說，生產(chǎn)一套模具所要求的不論從設(shè)備還是技術(shù)層面都要比生產(chǎn)一個零件要高，這樣模鍛相比自由鍛來說，前期投資比較大，準(zhǔn)備周期比較長，所以模鍛主要用于在大批量的生產(chǎn)中小型鍛

27、件中，十字軸的生產(chǎn)正符合這些特點。 2.3.2 模鍛的分類根據(jù)成形溫度，模鍛分為熱鍛和冷鍛，本課題采用熱鍛，熱加工可以使工件變形抗力低，使其塑性變形容易進(jìn)行，同時會產(chǎn)生回復(fù)，再結(jié)晶，提高了成形件的力學(xué)性能。 根據(jù)終鍛模具的不同，將模鍛工藝分為開式模鍛和閉式模鍛。開式模鍛是指金屬沿工件分模面的周圍形成橫向飛邊，上模和下模間的間隙不斷變化，而閉式模鍛恰恰相反，金屬沿工件分模面的周圍沒有橫向飛邊產(chǎn)生，上模和下模間的間隙不發(fā)生變化。 本課題所采用的是開式模鍛，這就要注意飛邊和間隙對十字軸成形的影響。2.3.3 開式模鍛工藝 開式模鍛過程可分為鐓粗、充滿模腔、擠出飛邊和打靠四個階段。 第一階段是鐓粗階段

28、，坯料處于下模模腔，上模開始與坯料接觸的瞬間，上模對坯料進(jìn)行壓縮，坯料的高度在減小，根據(jù)體積不變假設(shè)，相應(yīng)的直徑就在增大，此階段金屬的流動受到的限制比較小，所需的變形力也就不會很大。在此過程中，整個坯料都是變形區(qū)。第二階段是充滿模腔階段，金屬被擠入模腔后，毛坯的側(cè)面鼓起來與凹模的側(cè)壁開始接觸，到整個側(cè)表面與模壁貼合且模腔間隙完全充滿為止，在這個階段中，變形金屬的流動受到了模壁的阻礙，變形力開始顯著增大。在此階段，變形區(qū)仍然遍布整個坯料。 第三階段是擠出飛邊階段，由于為了更好的控制金屬的流動性，使出現(xiàn)的飛邊不至于影響成形過程中金屬的流動阻礙金屬填充模腔，因此，在終鍛型槽上開有飛邊槽，部分金屬在壓

29、力作用下沿分模面流入飛邊槽形成飛邊，由于飛邊外的金屬薄，冷卻快，造成模腔周圍一圈的流動阻力大，迫使金屬在模腔內(nèi)流向尚未充填的部位，直到完全填滿，為了達(dá)到這一目的，飛邊槽一般有兩個部分組成，一個橋部，一個倉部，橋部主要用來使飛邊減薄，阻礙金屬流動，迫使金屬充滿型槽，而倉部就是用來容納多余的金屬，以免金屬流到分模面上，影響上下模打靠。但對于整個開式模鍛過程，此時鍛件的高度仍然高于最終要求的成形高度。第四階段是打靠階段，隨著上下模具的運動，飛邊越來越小，飛邊內(nèi)的金屬溫度較低，阻力增大，為了將型槽的多余金屬排入飛邊槽，需要更大的打擊力，所需的能量也將消耗整個成形所需能量的很大部分。在此階段，變形區(qū)已經(jīng)

30、縮小為模鍛件的中心部分區(qū)域了。 通過整個過程的描述，我們可知第二階段是鍛件成形的關(guān)鍵階段，而第四階段則是模鍛變形力最大階段，那么研究鍛件成形問題，主要是研究充滿型腔的階段；計算變形力就要按第三階段的變形區(qū)域考慮，當(dāng)然是第三階段越小越好。因為打靠階段小的話，就可以減少所流出的飛邊金屬，減小模鍛所需要的載荷，減小設(shè)備的能量損耗，模具損耗，這樣就會延長模具壽命，提高勞動生產(chǎn)率。2.4 影響金屬成形的因素 從開式模鍛變形金屬變形過程分析，影響金屬成形的主要有兩大方面，內(nèi)部因素就是終鍛前坯料的形狀和尺寸，這主要取決于鍛造時金屬的變形量；還有坯料本身成分和溫度是否均勻，成分和溫度不均勻?qū)鸩牧献冃螒?yīng)力

31、不均勻。而在外部這個方面，主要是終鍛模腔的尺寸和形狀、飛邊槽尺寸，設(shè)備工作速度對金屬變形的影響。 就模腔的尺寸和形狀來說，金屬以鐓粗的方式比以壓入的方式充滿模腔容易，金屬在模腔中遇到的阻力主要與變形金屬和模壁間的摩擦系數(shù)有關(guān)，模腔表面的粗糙度低、潤滑效果好時，金屬在模腔內(nèi)變形時所受到的摩擦阻力就小，有利于填充模腔。金屬在模腔中遇到的阻力還和模鍛斜度有關(guān)，與無模鍛斜度相比，為了便于模鍛后取出而設(shè)計的模腔內(nèi)壁模鍛斜度不利于金屬擠入填充，因為金屬填充模腔的過程實質(zhì)上是一個變截面的擠壓過程，金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，為了填充過程的順利進(jìn)行，必須有一定的擠壓力，模鍛斜度越大所需擠壓力越大。 圓角半徑對金屬

32、流動的影響很大，半徑小時，金屬經(jīng)過圓角半徑流入模具時要消耗較多的能量，不易填充模腔，而圓角半徑過大時，不僅會增加金屬消耗和機(jī)械加工量，還會造成金屬過早流失，使模腔充不滿。模腔的寬度和深度也影響著金屬在模腔中的流動，模腔越窄，金屬流向模腔時所受阻力就越大，溫度降低的也越顯著，充滿模腔越困難，在其他條件相同的情況下，模腔越深時，填充也越困難。模具溫度較低時，金屬流入模腔后，冷卻的較快，流動應(yīng)力升高，填充模腔困難。模鍛前，模具一般要預(yù)熱200到300攝氏度。注意不能過高，會影響模具強(qiáng)度。影響金屬成形的外部因素中，最主要的就是飛邊槽的影響，鑒于飛邊槽兩部分不同的作用，設(shè)計飛邊槽時最主要的任務(wù)是合理確定

33、飛邊槽橋部的寬度和高度，橋部阻止金屬外流主要是靠坯料與橋部上下間的摩擦力，根據(jù)金屬塑性變形規(guī)律，減小飛邊厚度或增加飛邊寬度都可以提高飛邊阻力，但同時也增加了模鍛的成形力，為了保證金屬順利填充模腔，希望飛邊橋部阻力大些，但阻力過大，會使模鍛成形的動力不足，對模鍛錘會造成因打擊能量不足而上下模不能打靠，因此，飛邊槽的設(shè)計要根據(jù)情況而定。同時還要考慮飛邊槽橋部的阻力與飛邊部分坯料金屬的溫度的關(guān)系。如果變形過程中此處的溫度降低很快，阻力會急劇增加。在模鍛過程中，上模和下模逐漸接近，飛邊槽橋部間的高度不斷減小，隨著模鍛的進(jìn)行，上下模間的距離從大變小，產(chǎn)生的飛邊阻力也從小變大，開始時大量金屬流入飛邊槽，到

34、最后隨著飛邊的增多，阻力加大，后產(chǎn)生的飛邊量在減少。因此，要減少飛邊消耗，應(yīng)設(shè)法較早建立足夠大的飛邊阻力。可以通過改變分模面位置，把飛邊設(shè)計在變形較困難的端部，初期，中間部位金屬的變形受到模壁限制，就容易向模腔流動，充滿模腔，減少飛邊金屬的消耗。 再次，影響金屬成形的外部因素還有設(shè)備工作速度的影響。一般說來，設(shè)備工作速度高時，金屬變形速度也快，金屬變形的慣性和變形熱效應(yīng)突出。由于溫度較高，氧化皮軟化，摩擦系數(shù)有所降低，這時的氧化皮在某種程度上具有潤滑劑的功能。在模鍛時正確利用這些因素，有利于金屬充滿模腔，得到外形復(fù)雜、尺寸精確的鍛件。模具對金屬變形的影響也尤為重要。為了保證鍛件的形狀和尺寸精度

35、，設(shè)計熱鍛模具時應(yīng)考慮鍛件和模具的熱收縮，根據(jù)金屬塑性成形理論，塑性變形時金屬主要朝著最大主應(yīng)力的方向流動。在三向壓應(yīng)力的情況下，金屬主要朝著最小阻力方向流動。因此，對一個待加工的模鍛件，通過設(shè)計不同的制坯工步如預(yù)鍛，就可控制金屬的變形方向，完成對毛坯的塑性加工。此外，變形體內(nèi)的應(yīng)力場是在外力作用下產(chǎn)生的，一般外力通過模具施加在坯料上，坯料變形的反作用力也由模具承擔(dān)，合理的模具設(shè)計還應(yīng)該使鍛件變形時的流動阻力盡可能小，使模具的載荷分布均勻，降低模具的峰值應(yīng)力，由于金屬的塑性與應(yīng)力狀態(tài)關(guān)系密切，壓應(yīng)力的個數(shù)越多，靜水壓應(yīng)力數(shù)值越大，材料的塑性越好。2.5 UG簡介2.5.1 UG產(chǎn)品概述 Uni

36、graphics（簡稱UGS）軟件由美國麥道飛機(jī)公司開發(fā)，于1991年11月并入世界最大的軟件公司EDS（電子資訊系統(tǒng)有限公司），該公司通過實施虛擬產(chǎn)品開發(fā)（VPD）的理念提供多極化的、集成的、企業(yè)級的軟件產(chǎn)品與服務(wù)的完整解決方案。 同以往使用較多的AutoCAD等通用繪圖軟件比較，UG直接采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫、矢量化和關(guān)聯(lián)性處理、三維建模同二維工程圖相關(guān)聯(lián)等技術(shù)，大大節(jié)省了用戶的設(shè)計時間，從而提高了工件效率。 UG的應(yīng)用范圍特別廣泛，涉及汽車與交通、航空航天、日用消費品、通用機(jī)械以及電子工業(yè)等領(lǐng)域。其中在美國航空航天工業(yè)已安裝了15000多套UG軟件，并且該軟件占有幾乎俄羅斯航空市場和北美汽車發(fā)

37、動機(jī)市場。同時，美國通用汽車、波音、GE噴氣發(fā)動機(jī)等公司都是UG軟件的重要用戶。 自從1990年UG軟件進(jìn)入中國以來，得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在汽車、航天、軍工、模具等諸多領(lǐng)域大展身手，現(xiàn)已成為我國工業(yè)界主要使用的大CAD/CAE/CAM軟件。 2.5.2 UG主要技術(shù)特點 UG NX 5 實現(xiàn)了CAD/CAE/CAM三大系統(tǒng)緊密集成，用戶在使用UG強(qiáng)大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配及創(chuàng)建工程圖等功能時，可以使用CAE模塊進(jìn)行有限元分析、運動學(xué)分析和仿真模擬，以提高設(shè)計的可靠性；根據(jù)建立起的三維模型，還可以由CAM模型直接生成數(shù)控代碼用于產(chǎn)品加工。 隨著UG NX版本的不斷更新，其操作界面也不

38、斷改進(jìn)，絕大多數(shù)功能都可通過按鈕操作來實現(xiàn)，并且在進(jìn)行對象操作時，具有自動推理功能。特別是在NX 5的整個界面以及對話框中增加了多個面板，同時，在各個模塊中執(zhí)行每一個操作步驟時，在繪圖區(qū)上方的信息欄和提示欄中將提示操作信息，便于用戶做出正確的選擇，便于用戶上手。 2.5.3 本課題有關(guān)UG的運用 在本課題中，使用UG主要是用來制作模擬所用的模具，包括傳統(tǒng)工藝下的預(yù)鍛模具，對預(yù)鍛改進(jìn)后的預(yù)鍛模具，還有終鍛模具，當(dāng)然，還要做模擬所用的坯料。 針對本課題所需的實體造型，主要需要掌握以下幾種功能菜單的操作。 草圖操作：通過草圖操作，可以在一個自定義的平面上進(jìn)行二維制圖，一般用來完成，零件簡單截面的繪制

39、。 基準(zhǔn)平面操作：通過基準(zhǔn)平面操作，可以在已有基準(zhǔn)平面的基礎(chǔ)上，以其為參照，建立新的基準(zhǔn)平面，以此來滿足在設(shè)計過程中，隨著視圖的變換，設(shè)計所需方向性的改變。 拉伸、回轉(zhuǎn)操作：通過拉伸、回轉(zhuǎn)等同類型操作可將二維制圖依據(jù)設(shè)計的需要轉(zhuǎn)化成三維立體造型。 邊倒圓、面倒圓操作：此類操作，是將對面之間的陡峭邊倒圓，在選定面組間添加相切圓角面等，是在三維實體中對細(xì)節(jié)特征的編輯。 鏡像體操作：通過鏡像體操作，可是實體相對于一個基準(zhǔn)面產(chǎn)生鏡像對稱。 復(fù)合曲線操作：通過復(fù)制其他曲線和邊來創(chuàng)建曲線。 最重要的是布爾操作，特征的布爾運算操作用于確定在建模過程中多個實體之間的合并關(guān)系。布爾操作中的實體對象分別稱為目標(biāo)體

40、和工具體。目標(biāo)體是用戶首先選擇的需要與其他實體合并的實體或片體對象，工具體是用來修改目標(biāo)體的實體或片體對象。在完成布爾運算操作后，工具體將成為目標(biāo)體的一部分。布爾運算操作包括求和、求差和求交運算，求和運算是將兩個或更多個實體的體積合并為單個體。求差運算是從一個實體的體積中減去另一個的，留下一個空體。求交運算是創(chuàng)建一個體，它包含兩個不同的體共享的體積。 最后為了給模擬做準(zhǔn)備，還會用到一些測量性的操作。2.6 DEFORM-3D簡介2.6.1 DEFORM的特點DEFORM-3D是美國Battell研究院開發(fā)的一套基于有限元的工藝仿真系統(tǒng)，用于分析金屬成形及其相關(guān)工業(yè)的各種成形工藝和熱處理工藝。在

41、模擬過程中，按照變形前后體積不變原則，能夠?qū)Τ尚芜^程的三維金屬流動做過程模擬分析。主要功能如下：模擬分析自由鍛、模鍛、積壓、軋制、擺碾、平鍛、輾鍛等多種塑性成形工藝過程；模擬和分析冷、溫、熱塑性成形問題；模擬和分析多工序塑性成形問題。DEFORM是一個模塊化的模擬系統(tǒng)，包括有限元模擬器、前處理器、后處理器和用戶處理器四大模塊。DEFORM-3D有著很好的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。模擬引擎在大變形金屬流動，行程載荷和產(chǎn)品缺陷預(yù)測等方面同實際生產(chǎn)相符保持著很高的精度。自動網(wǎng)格生成器可以基于特定的分析過程控制局部單元尺寸優(yōu)化完成網(wǎng)格劃分。依據(jù)分析成形過程特點，網(wǎng)格生成器在有精度要求的區(qū)域生成質(zhì)量更優(yōu)的單元，降

42、低了整體的計算規(guī)模和運算要求。由用戶自定義的局部網(wǎng)格密度控制為較高層次用戶提供了更加靈活的方法。DEFORM-3D不僅提供了完善的分析功能，而且采用了直觀的圖形用戶界面。并提供了諸如切除飛邊的布爾運算等3D幾何模型處理的功能。FEM引擎同樣可用于剪切和裁邊的模擬計算。即使是更為復(fù)雜的機(jī)加工也可以進(jìn)行模擬。通過模擬分析變形過程的金屬流動，有助于本課題在分析十字軸的預(yù)鍛成形過程中，強(qiáng)化工藝參數(shù)，通過改進(jìn)模具設(shè)計，優(yōu)化預(yù)鍛成形效果，提高十字軸產(chǎn)品質(zhì)量。 2.6.2 DEFORM模型的建立（1）定義幾何特征 ：根據(jù)模鍛的理論和所研究的問題，設(shè)計出相應(yīng)的模具，輸出DEFORM-3D軟件可以識別的STL文

43、件或其他可用的二進(jìn)制文件。PRO/E、UG等三維CAD軟件，均可用來設(shè)計模具，并生成DEFORM可前處理文件格式。本課題所用UG生成STL文件。 （2）邊界條件的設(shè)定 ：根據(jù)DEFORM軟件的要求和模擬實驗的目的，需要設(shè)定的邊界條件有：對上模的速度控制的輸入；坯料溫度和模具溫度；坯料材料；坯料和模具的材料性能，一般，坯料設(shè)為塑性，其他件設(shè)為剛性，忽略其彈性變形；設(shè)定所有件與坯料間的接觸關(guān)系；坯料和模具間的摩擦系數(shù)；模具完成整個變形過程所用的步數(shù)、每步的壓下量；材料成形方向平行于軸面金屬流動的速度。 （3）前處理 ：依據(jù)DEFORM的“Pre-Processor”所提示的步驟，建立前處理。在前處

44、理過程中，材料參數(shù)、網(wǎng)格劃分、運動設(shè)立、特性等幾個比較重要的參量，有些參量在模擬過程中是要不斷地修改的，特別是網(wǎng)格的重新劃分，對模擬運算影響比較大，往往需要幾次反復(fù)才能成功，是比較費時的。在前處理初始條件的建立中，一定的實際經(jīng)驗可以少走彎路。 （4）模擬運行 ：模擬運行實質(zhì)上是一個計算過程，點擊RUN進(jìn)行DEFORM運算模擬，在模擬過 程中，可以觀察同步信息，監(jiān)控模擬過程。 （5）后處理過程 ：計算機(jī)在計算程序運行結(jié)束后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，并且用較直觀的方法輸出數(shù)據(jù)的過程，這就是DEFORM的后處理過程。在本課題中，通過分析等效應(yīng)力應(yīng)變、載荷、金屬流動方向等對比不同方案下十字軸成形狀態(tài)并得出結(jié)

45、論，值得注意的是，在對比中，所用參數(shù)范圍應(yīng)該相同，不論是效果圖還是曲線圖。 （6）參數(shù)的調(diào)整 ：在計算機(jī)運行過程中，由于參數(shù)設(shè)置的不當(dāng)，比如網(wǎng)格劃分不恰當(dāng)，剛性面與工件脫離等，模擬時就會出現(xiàn)錯誤，需要調(diào)整。在調(diào)整過程中，主要調(diào)節(jié)的地方是網(wǎng)格、剛性面、傳熱面、邊界條件，DEFORM軟件模擬的關(guān)鍵就是邊界條件的設(shè)置，其中網(wǎng)格的重新劃分是關(guān)鍵。網(wǎng)格化處理時，一般選擇網(wǎng)格單元數(shù)在8000-20000之間，不能太多也不能太少。一些邊界條件的設(shè)置也需有個合適值，總之，參數(shù)的調(diào)整是得到一個理想的運行不可缺少的過程。第3章 十字軸模具設(shè)計3.1 十字軸鍛件幾何尺寸分析圖3-1 十字軸冷鍛件圖尺寸如圖3-1，是

46、本課題所用十字軸冷鍛件圖尺寸，從圖中可以看出，本課題所要成形的十字軸是由兩個直徑大一點的圓柱以相互成90度，對稱套在一起的，在其外側(cè)再接直徑小一點的圓柱，然后在相套圓柱交接處，上下挖出平面為正方形的平臺，這樣，一個十字軸的特征圖就成形了。特別注意，根據(jù)尺寸圖所給尺寸，可以看出制作特征圖的成形順序，當(dāng)兩個圓柱套在一起后，要在銜接處先開圓角，平緩過渡，然后再挖平面，如果順序不同，可能會使銜接處由于多條曲線相交而不能開圓角，再次，要注意挖的正方形平臺，也應(yīng)該以圓角的形式過渡，因為，對與模鍛來說，產(chǎn)生小的里面是困難的，就算模具是垂直的，在成形后也會由于金屬流動而成一定圓角。本十字軸設(shè)計中坯料所用材料為

47、20CrMnTi，密度=7.85g/cm3。鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù)為：S=Md/Mn（Md為鍛件質(zhì)量，Mn為外輪廓包容體質(zhì)量）。Mn=14d2h（d為外廓直徑，h為高，為密度）。Mn=14×3.14×102.22×26×7.85×10-31673.46（g）在UG中分析菜單欄下用測量體命令測得十字軸體積為Vd=81195.72mm3，Md=Vd=637.39（g）S=Md/Mn0.38，為2級形狀復(fù)雜系數(shù)S2。模鍛力的計算：P=k1k2FP模鍛力（kN）。k1鋼種系數(shù)，低合金結(jié)構(gòu)鋼k1=1。k2金屬變形抗力系數(shù)（kN/cm2），開式模鍛k2=（46

48、73）kN/cm2 ，閉式模段k2=（6080）kN/cm2。F鍛件投影面積（含按倉部的12計算的飛邊面積）。根據(jù)UG圖計算出鍛件投影面積為：F=12473.6mm2，模鍛力：P=73×124.736=9105.728kN。熱鍛件圖按冷鍛件圖尺寸增加1.5%的收縮率繪制，如圖3-2和圖3-3。圖3-2 十字軸熱鍛件圖尺寸圖3-3 十字軸熱鍛件三維圖3.2 終鍛模的設(shè)計3.2.1 分模面的制定分模面的選擇的基本要求是保證鍛件能從模膛中順利的取出來，因此應(yīng)選擇在十字軸鍛件最大橫截面處，即選擇在上下對稱中心線位置分模。3.2.2 模塊的結(jié)構(gòu)由于模膛較淺（最深處只有13.4mm），可以采用矩

49、形鑲塊結(jié)構(gòu)，上下模塊分為模塊體與鑲塊，在鑲塊上加工出模膛，鑲塊可一次性使用不翻新。根據(jù)鍛件尺寸，可選用模塊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格L×B×H/mm為：240×240×130。鑲塊承壓面強(qiáng)度校核：該件在16MN級熱模鍛壓力機(jī)上模鍛，P=F/A=16000×1000/57600277.8MPa式中：F熱模鍛壓力機(jī)的標(biāo)稱壓力，kNA模塊底面的有效承壓面積mm2小于允許的極限值（300MPa），故可以采用。3.2.3 飛邊的選用飛邊槽的結(jié)構(gòu)形式如圖3-4。圖3-4 飛邊的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)本十字軸的形狀及尺寸大小，選擇常用的飛邊槽結(jié)構(gòu)形式c，按15MN級并確定飛邊槽尺寸如下

50、：h=1.6mm，b=8mm，B=4mm，l=22mm，r1=1mm，R=2mm。3.2.4 鎖扣設(shè)計為了避免引起鍛模錯移，導(dǎo)致鍛件產(chǎn)生錯差，并加速熱模鍛壓力機(jī)導(dǎo)軌和模具導(dǎo)柱導(dǎo)套的磨損。常在鍛模模塊上設(shè)置鎖扣來平衡錯移力，保證鍛件精度和便于模具安裝、調(diào)整等。鎖扣可分為兩大類，一類是平衡鎖扣（也稱形狀鎖扣），主要用于具有落差的鍛件；另一類是普通鎖扣，普通鎖扣又可分為圓形鎖扣，縱向鎖扣，側(cè)面鎖扣，和四角鎖扣。圓形鎖扣一般用于齒輪件、環(huán)形件，這些鍛件的特點是根據(jù)鍛件的外形很難確定錯移的方向；縱向鎖扣一般用于長軸類鍛件，用以防止上、下模縱向錯移和相對轉(zhuǎn)動；側(cè)面鎖扣用于防止上、下模相對轉(zhuǎn)動和前后左右的錯

51、移；四角鎖扣的作用與側(cè)面鎖扣相似。如圖3-5所示為四角鎖扣的相關(guān)尺寸參數(shù)如下所示： 圖3-5 四角鎖扣鎖扣高度：H=25鎖扣寬度：B=37.5鎖扣長度：L=50a=5ºR1=5R2= R1+2=7R3= R6=3R4=R5=5十字軸終鍛模上模鑲塊如圖3-6所示，終鍛模下模鑲塊如圖3-7所示。 圖3-6 終鍛模上模 圖3-7 終鍛模下模3.2.5 坯料體積計算V=（Vd+Vf+Vt）×(1+)式中：V坯料體積，mm3Vd鍛件（包括沖孔連皮）體積，mm3Vt機(jī)加工和工藝余量體積，mm3金屬加熱損耗率，（在電阻爐中加熱=1.01.5）。Vf飛邊體積，mm3，對短軸類零件等于飛邊槽

52、容積的1/2，即：Vf=LzFf=0.5LzFc式中：Lz鍛件周長，mmFf飛邊面積，mm2Fc飛邊槽截面積，mm2Vf=0.5×370.64×97.3618042.76（mm3）V=（81195.72+18042.76+0）×(1+1.5)100727.06（mm3）根據(jù)計算出的坯料體積V確定坯料直徑。考慮到坯料在鐓粗時不致產(chǎn)生彎曲，備料方便以及節(jié)省材料，應(yīng)使坯料長度L與與直徑D之比值L/D=1.52.2。由此，坯料直徑D可在下列范圍內(nèi)選擇：D=（0.830.95）3V=（0.830.95）3100727.0638.6244.20（mm）計算出D后，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)

53、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=1.27V/D2=1.27×100727.06÷40280mm圖3-8 坯料式中：D 計算出的坯料直徑，mmV計算出的坯料體積，mm3 L下料長度，mmD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3-8。3.3 預(yù)鍛模的設(shè)計傳統(tǒng)工藝預(yù)鍛模具，在預(yù)鍛階段總會或多或少產(chǎn)生飛邊，不利于十字軸的最后成形，預(yù)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(yù)模腔內(nèi)壁存在相對運動，因而存在摩擦

54、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3-9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(yù)鍛飛邊的形式流出。產(chǎn)生預(yù)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(yù)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(chǎn)生預(yù)鍛飛邊，僅僅是飛邊大小的問題，這也是現(xiàn)在生產(chǎn)中所存在的問題。那么要消除飛邊就要改變預(yù)鍛模腔外形設(shè)計。通過改變預(yù)鍛型腔的外形，使終鍛時所用的預(yù)鍛件

55、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(yīng)力集中。 圖3-10 坯料鐓粗圖3-9 成形過程金屬流動模型如圖3-11可以看出，傳統(tǒng)工藝下的預(yù)鍛型腔外形并不合理，預(yù)鍛型腔的作用，就是實現(xiàn)坯料的預(yù)成形，為終鍛提供方便，因而，預(yù)鍛型腔的幾何形狀可以在一定程度上變化，來實現(xiàn)預(yù)鍛無飛邊、終鍛所需能量降低的目的，預(yù)鍛型腔外形的修改，有下面幾個原則：1、對于不影響最終成形的幾何部分，可以通過恰當(dāng)?shù)膱A角過渡來降低預(yù)鍛中的金屬流動阻力；2、預(yù)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；3、預(yù)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(yù)鍛模腔的基礎(chǔ)上針對部分地方做出修改、優(yōu)化，最終確定了改進(jìn)后的預(yù)鍛模腔（如圖3-12）。改進(jìn)預(yù)鍛模腔與傳統(tǒng)模腔不同之處，在于改進(jìn)模腔髖部的拐角用圓弧進(jìn)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(nèi)部借助改進(jìn)的拐角，挖出了一