1355-計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),制造 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1CAD/CAM技術(shù)在摩托車護(hù)片鍛模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用1 序 言1.1 課題研究的目的及意義1.1.1 模具 CAD/CAM 的研究目的模具 CAD/CAM 技術(shù)是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)軟件的形式為用戶提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員能借助計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品、模具、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，從而顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。模具是工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)用的工藝裝備，主要應(yīng)用于制造業(yè)和加工業(yè)。它是和沖壓、鍛造、鑄造成形機(jī)械，同時(shí)和塑料、橡膠、陶瓷等非金屬材料制品成型加工用的成形機(jī)械相配套，作為成形工具來使用的。模具一般分為兩個(gè)部分：動(dòng)模和定模，或凸摸和凹模，它們可分可合。分開時(shí)裝入坯料或取出制件，合攏時(shí)使制件與坯料分離或成形。在沖裁、成形沖壓、模鍛、冷鐓、壓制和壓塑過程中，分離或成形所需的外力通過模具施加在坯料上；在擠壓、壓鑄和注塑過程中，外力則由氣壓、柱塞、沖頭等施加在坯料上，模具承受的是坯料的脹力。由于其加工效率高，互換性好，節(jié)約原材料，所以得到很廣泛的應(yīng)用。1.1.2 模具 CAD/CAM 的研究意義隨著功能強(qiáng)大的專業(yè)軟件和高效集成制造設(shè)備的出現(xiàn)，模具 CAD/CAM 能實(shí)現(xiàn)制造和裝配的設(shè)計(jì)、成形過程的模擬和數(shù)控加工過程的仿真，還可以對(duì)模具可制造性進(jìn)行評(píng)價(jià)，使模具設(shè)計(jì)與制造一體化、智能化。此次設(shè)計(jì)是鍛模的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。鍛模是模鍛時(shí)使坯料成形而獲得鍛件的模具。鍛模的設(shè)計(jì)方法和生產(chǎn)實(shí)際是緊密相關(guān)的。將金屬坯料加熱使其具有較高的塑性，然后放在鍛造設(shè)備上，利用通用工具或?qū)Ｓ媚＞邔?duì)其施加壓力，迫使其發(fā)生塑性變形并流動(dòng)，從而獲得所需的鍛件，這種壓力加工生產(chǎn)方法稱為鍛造工藝。而鍛模設(shè)計(jì)就成了鍛造工藝中很重要的組成部分。 模具要承受鍛錘的高速?zèng)_擊或重負(fù)載的沖壓下，在使用過程中常處于急冷、急熱和冷熱交變狀態(tài)，因此模具材料應(yīng)具有很高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀模具 CAD/CAM 是在模具 CAD 和模具 CAM 分別發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具生產(chǎn)中綜合應(yīng)用的一個(gè)新的飛躍。模具 CAD/CAM 是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工種。它以計(jì)算機(jī)軟件的形式，為用戶提供一種有效的輔助工具，使工種技術(shù)人員能借助于計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品、模具結(jié)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文2構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。模具 CAD/CAM 的發(fā)展?fàn)顩r符合 通用 CAD/CAM 軟件的發(fā)展進(jìn)程。目前通用CAD/CAM 軟件的發(fā)展現(xiàn)狀如下 :CAD 技術(shù)經(jīng)歷了二維平面圖形設(shè)計(jì)，交互式圖形設(shè)計(jì)、三維線框模型設(shè)計(jì)、三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)、自由曲面造型設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)、特征造型設(shè)計(jì)等發(fā)展過程。近年來又出現(xiàn)了許多先進(jìn)技術(shù)，如變量化技術(shù)、虛擬產(chǎn)品建模技術(shù)等。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，智能化、協(xié)同化、集成化成為技術(shù)新的發(fā)展特點(diǎn)，使 CAD 技術(shù)得以更廣泛的應(yīng)用，發(fā)展成為支持協(xié)同設(shè)計(jì)、異地設(shè)計(jì)和信息共享的網(wǎng)絡(luò) CAD。我國 CAD/CAM 的研究應(yīng)用與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距，主要表現(xiàn)在：（1）CAD/CAM 的應(yīng)用集成化程度較低，很多企業(yè)的應(yīng)用仍停留在繪圖、 NC 編程等單項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用上。 （2）CAD/CAM 系統(tǒng)的軟、硬件均依靠進(jìn)口，自主版權(quán)的軟件較少。 （3）缺少設(shè)備和技術(shù)力量，有些企業(yè)盡管引進(jìn) CAD/CAM 系統(tǒng)，但其功能沒能充分發(fā)揮。1.3 本課題研究內(nèi)容此次設(shè)計(jì)是 Mastercam 軟件在摩托車護(hù)片型面加工中的應(yīng)用，它包括兩部分內(nèi)容，即：一是摩托車護(hù)片模具的設(shè)計(jì)，二是摩托車護(hù)片模具型面的仿真加工。這是CAD/CAM 技術(shù)在鍛模生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例。摩托車護(hù)片是摩托車前部用于穿接電纜的零件，起保護(hù)作用，它的作用決定了它的結(jié)構(gòu)特征，通孔多槽，相應(yīng)的模具設(shè)計(jì)雖然簡單，但是比較精湛。摩托車護(hù)片型面的加工，因?yàn)?Mastercam 軟件的應(yīng)用，大大的提高了模具精確度和生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期，淋漓盡致地發(fā)揮了CAD/CAM 技術(shù)在模具生產(chǎn)中的作用。由于本人水平有限，本論文中必然存在許多缺點(diǎn)和不當(dāng)之處，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文32 摩托車護(hù)片模具的設(shè)計(jì)2.1 零件結(jié)構(gòu)和工藝分析2.1.1 零件結(jié)構(gòu)分析圖 2-1 摩托車護(hù)片零件圖如圖 2-1 的零件圖，該零件的材料為熱軋鋼 35#鋼。其作用是：保障電纜線安全通過，起保護(hù)作用，在整個(gè)摩托車構(gòu)造中起著至關(guān)重要的作用，所以其中部都是槽，并且穿透整個(gè)零件，光從其形狀上看，該零件體積小，只是一個(gè)有著多個(gè)不同形狀槽的薄壁零件，而且圓角較多，但是形狀不是特別的復(fù)雜，精度要求也不是很高，可以通過鍛造一次成形，節(jié)約原材料和節(jié)省加工時(shí)間，降低成本。同時(shí)，材料通過鍛造，可以使其內(nèi)部組織細(xì)密，碳化物分布和流線分布合理，從而能達(dá)到改善熱處理的性能和提高模具的使用壽命。2.1.2 零件工藝分析鍛模的種類很多，按模膛數(shù)量可分為單模膛模和多模膛模；按制造方法可分為整體模和組合模；按鍛造溫度可分為冷鍛模、溫鍛模和熱鍛模；按成形原理可分開式鍛模和閉式鍛模；按工序性質(zhì)可分為制坯模、預(yù)鍛模、終鍛模、彎曲模等。通常鍛模是按鍛造設(shè)備來區(qū)分，可分為胎模、錘鍛模、機(jī)鍛模、平鍛模、輥鍛模等。模鍛件是完全在鍛模型槽中進(jìn)行鍛壓成形的鍛件，各種各樣的鍛模是為了滿足各種各樣模鍛件的需要。結(jié)合本設(shè)計(jì)中的零件特征和要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，該零件為普南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文4通模鍛件，并且為長形鍛件中的一類。摩托車護(hù)片一般為批量生產(chǎn)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和要求及各種分類標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)采用開式單型槽熱模鍛，并且選用熱鍛模曲柄壓力機(jī)進(jìn)行模鍛。根據(jù)以上分析，確定該模鍛件的模鍛形式和模鍛條件等，那么，本設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一即鍛模型槽設(shè)計(jì)(鍛模設(shè)計(jì))可以進(jìn)行了。2.1.3 鍛模設(shè)計(jì)方案的確定通過以上的零件結(jié)構(gòu)和工藝的分析，選擇此鍛模方式來設(shè)計(jì)該零件的模具設(shè)計(jì)。鍛模設(shè)計(jì)的一般步驟大致如下：1) 設(shè)計(jì)鍛件圖。根據(jù)制件圖，鍛件精度，和其他生產(chǎn)條件，確定分模面，加工余量及公差，模鍛斜度，圓角半徑，設(shè)計(jì)沖孔連皮。繪出鍛件圖后計(jì)算鍛件基本參數(shù)：在垂直于鍛壓力平面上的投影面積 A`，分模面周邊長度 L0，鍛件體積 V0和鍛件質(zhì)量 m0。2) 設(shè)計(jì)終鍛模膛。在鍛件圖基礎(chǔ)上根據(jù)鍛件收縮率繪出熱鍛件圖，熱鍛件圖就是終鍛模膛加工圖。然后設(shè)計(jì)鉗口和飛邊槽，有預(yù)鍛工步時(shí)還需設(shè)計(jì)預(yù)鍛模膛。3) 確定模鍛設(shè)備噸位。按終鍛工步計(jì)算鍛壓力，確定模鍛設(shè)備類型的噸位并校核飛邊槽設(shè)計(jì)；重新計(jì)算包括飛邊槽橋部在內(nèi)的投影面積 A，包括飛邊槽考慮了充滿系數(shù)（通常取 50%飛邊倉）后的總體積 V 和鍛件總質(zhì)量 M。4) 設(shè)計(jì)制坯模膛。圓盤類鍛件比較簡單，長軸類鍛件還要繪制計(jì)算毛坯圖確定制坯工步。5) 根據(jù)制坯模膛的要求，確定原材料規(guī)格，根據(jù)坯料總體積和加熱中的損耗及工藝余塊，料夾頭等確定下料長度。6) 繪出鍛模裝配總圖，給出鍛模技術(shù)條件，再繪制鍛模零件圖。對(duì)于本設(shè)計(jì)中的零件，因其結(jié)構(gòu)比較簡單，只要在鍛模型槽中一次鍛壓成形即可，也即是只要一個(gè)終鍛工步，而無須預(yù)鍛工步和制坯工步，所以型槽的設(shè)計(jì)也只要終鍛型槽即可。那么本設(shè)計(jì)的過程如下：1) 設(shè)計(jì)并繪制鍛件圖；2) 設(shè)計(jì)終鍛型槽；3) 確定模鍛設(shè)備噸位；4) 鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；5) 繪出鍛模裝配總圖，給出鍛模技術(shù)條件，并繪制鍛模零件圖。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文52.2 鍛件圖的設(shè)計(jì)和繪制鍛件圖分為冷鍛件圖和熱鍛件圖。冷鍛件圖是去除飛邊和沖孔連皮后的鍛件圖，用于最終鍛件檢驗(yàn)。冷鍛件圖供鍛件檢驗(yàn)和生產(chǎn)管理用，通常一般所說的鍛件圖是指冷鍛件圖。熱鍛件圖用于終鍛模膛設(shè)計(jì)。熱鍛件圖是供制造模具使用。通常根據(jù)零件圖考慮分模面的選擇、加工余量、鍛造公差、工藝余塊、模鍛斜度、圓角半徑等因素而制定冷鍛件圖。冷鍛件尺寸加上材料冷縮量得到熱鍛件的尺寸，并繪制熱鍛件圖。鍛件圖包含的內(nèi)容基本上和零件圖相同，但也有不同處：（1）鍛件圖上有分模面和分模線；（2）鍛件圖上出現(xiàn)了模鍛斜度和鍛造圓角；（3）在零件上需要經(jīng)過機(jī)械加工的表面，在鍛件上則應(yīng)留出相應(yīng)的加工余量或工藝余塊；（4）鍛件圖的尺寸公差和表面粗糙度與零件圖不同；（5）在視圖表達(dá)方案、視圖數(shù)量上鍛件圖和零件圖不一定相同。由前面的分析知，摩托車護(hù)片的特征為薄壁多槽、多圓角，且精度要求不高。所以在設(shè)計(jì)鍛件圖時(shí)，要考慮這些因素。2.2.1 確定鍛件的分模面模鍛件通常都在兩塊或兩塊以上的模塊所組成的型槽中成形，組成模具型槽的各模塊的分合面即為分模面；分模面與鍛件表面的交線為鍛件的分模線。分模線是模鍛件最重要的、最基本的結(jié)構(gòu)要素。確定分模面的原則：1)容易脫模 2)成型良好 3)平衡側(cè)壓力 4)保證承力面強(qiáng)度 5)便于檢查錯(cuò)移 6)簡化鍛模制造。根據(jù)零件形狀的特點(diǎn)和鍛造工藝的需求，分模線按其形狀可分為以下幾種：（1）直分模線 直分模線是平直的，且分模面均在同一平面上。（2）折分模線 由兩個(gè)或兩個(gè)以上不在同一平面的分模面與鍛件表面相交組成的分模線即為折分模線。（3）彎曲分模線 凡是呈彎曲或兼有直線和弧曲線的分模線都是彎曲分模線。鍛件分模線合適與否，關(guān)系到鍛件質(zhì)量、鍛造操作、模具制造和材料利用率等一系列問題。為了提高鍛件質(zhì)量、保持生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和獲得最低的成本，在滿足上述分模原則的基礎(chǔ)上，對(duì)于開式模鍛確定分模線位置時(shí)還應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文6（1）在鍛件的高度方向上選擇分模位置時(shí)，應(yīng)盡量選取中間部位，這樣能確保鍛件自由出模，對(duì)金屬?zèng)_填型槽也有利，同時(shí)還便于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)模現(xiàn)象；（2）有利于鍛件獲得理想的流線方向；（3）對(duì)于盤類鍛件（ H≤ D ） ，應(yīng)取徑向分模，而不宜取軸向分模；（4）應(yīng)有利于鍛出零件的非加工表面，對(duì)加工表面也應(yīng)盡量減少鍛件凹槽和孔等的機(jī)械加工余量；（5）有利于鍛件切邊時(shí)的定位和切邊。本設(shè)計(jì)中的零件，根據(jù)其形狀特征，結(jié)合以上分模原則，采用上下不對(duì)稱的曲線分模，這也是該零件的獨(dú)特之處。彎曲分模線 FM相應(yīng)的曲面為分模面，其投影如圖 2-2 所示。圖 2-2 分模線位置2.2.2 確定鍛件的機(jī)械加工余量及鍛件公差2.2.2.1 加工余量的確定在模鍛過程中由于坯料在高溫下成型，鍛件表面會(huì)氧化、脫碳、粗糙不平。鍛件上需要機(jī)械加工的部位，都應(yīng)有加工余量。對(duì)重要承力件因檢驗(yàn)或機(jī)械加工定位需要，還應(yīng)給予必要的工藝余塊。加工余量主要由鍛件質(zhì)量、制件機(jī)加工精度和鍛件復(fù)雜程度查表確定。2.2.2.1.1 估算鍛件質(zhì)量 預(yù)選加工余量為 2.5mm,按照其加工余量后估算,估算總體積 Vf, Vf=84.5*36.7*17.6mm3=54580.24 mm3 鍛件重量 Mf=Vf*密度=54580.24 *7.85*10 -6Kg=0.43Kg2.2.2.1.2 加工精度 鍛件的精度等級(jí)可分為：普通級(jí)（用于粗鍛或普通模鍛工藝鍛壓） 、半精密級(jí)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文7（用于普通模鍛或半精鍛工藝鍛壓） 、精密級(jí)（用于精鍛工藝鍛壓） 。一般情況下,表面粗糙度 Ra小于 1.6μm 需要精加工,其加工余量要適當(dāng)增加。由零件圖知主要工作表面粗糙度為 12.5um。故該零件的精度屬于普通級(jí)（用于粗鍛或普通模鍛工藝鍛壓） 。2.2.2.1.3 計(jì)算鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù) S 鍛件形狀復(fù)雜系數(shù) S 是鍛件質(zhì)量 Mf與相應(yīng)的鍛件外廓包容體質(zhì)量 MN之比，也等于鍛件體積 Vf與鍛件外廓包容體體積 VN之比。即：S=M f / MN=Vf / VN根據(jù) S 值的大小，鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)分為 4 級(jí)：S1 級(jí)（簡單）： 0.63〈 S〈 1S2 級(jí)（一般）： 0.32〈 S〈 0.63S3 級(jí)（較復(fù)雜）：0.16〈 S〈 0.32S4 級(jí)（復(fù)雜）： 0〈 S〈 0.16該零件外廓包容體為長方體,長為 84.5mm 寬為 40.9mm, 高為 21.7mm。 計(jì)算其外廓包容體體積為：Vb=84.5*40.9*21.7mm3=74996.29mm3估算鍛件的總體積為：Vd = 84.5 *36.7*17.6 mm3 =54580.24 mm3根據(jù)公式：S = Vd / Vb =54580.24 mm3 / 74996.29mm3 = 0.73因?yàn)?0.63<0.73<1所以該零件的形狀復(fù)雜系數(shù)為 S1，其復(fù)雜程度為簡單。2.2.2.1.4 模鍛件的加工余量的構(gòu)成模鍛件的加工余量一般由下列各因素組成：z = M + m + h + x / 2式中： z —— 加工余量（ mm） ；M —— 精加工的最小余量（mm） ；m —— 鍛件的最大錯(cuò)移量等形位公差 (mm)； h —— 表面缺陷（凹坑、脫碳等）層深度(mm)；x —— 鍛件尺寸的下偏差值（mm） 。具體加工余量的確定可查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)表格。查參考文獻(xiàn)[1]表 5-3 和表 5-4；其具體尺寸見鍛件圖 2-2。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文82.2.2.2 模鍛件公差的確定 鍛件的公差包括鍛件尺寸公差和形狀公差兩類。鍛件最大極限尺寸與基本尺寸之差為上偏差，鍛件最小極限尺寸與基本尺寸之差為下偏差。最大極限尺寸與最小極限尺寸之差即為鍛件的公差。具體關(guān)系如圖 2-3。圖 2-3 公差示意圖在模鍛過程中由于坯料體積及終鍛溫度的波動(dòng)、模膛磨損及上下模運(yùn)動(dòng)誤差都會(huì)導(dǎo)致鍛件尺寸出現(xiàn)偏差。模鍛件公差主要由鍛件質(zhì)量 M、鍛件形狀復(fù)雜系數(shù) S、材質(zhì)系數(shù) M 和分模面形狀決定，同時(shí)還要考慮鍛造工藝、鍛造設(shè)備和加熱方法等。2.2.2.2.1 材質(zhì)系數(shù) M材質(zhì)系數(shù)按鍛壓的難易程度劃分等級(jí)，材質(zhì)系數(shù)分為四類：（可鍛性依次降低：優(yōu)、良、一般、差 ） ，材質(zhì)系數(shù)不同，公差也不同。M0 —— 鋁、鎂合金；M1 —— 低碳低合金含量鋼（〈0.65%C，且 Mn，Cr，Ni，Mo ，V ，W 總含量在 5%以下） ；M2 —— 高碳高合金含量鋼（≥0.65%C，或 Mn，Cr，Ni，Mo ，V ，W 總含量在 5%以上） ；M3 —— 不銹鋼、高溫耐熱合金和鈦合金。因?yàn)樵摿慵牧蠟?35#熱軋鋼，故此材質(zhì)系數(shù)選為 M1。2.2.3 確定模鍛斜度 為了使鍛件易于從模膛中取出，鍛件與模膛側(cè)壁接觸部分需帶一定的斜度，這南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文9斜度稱為模鍛斜度,如圖 2-4 所示。它有外模斜度和內(nèi)模斜度之分。鍛件在冷縮時(shí)趨向離開模壁的部分為外模鍛斜度，用 α 表示；反之為內(nèi)模鍛斜度，用 β 表示。模鍛錘、鍛壓機(jī)和螺旋壓力機(jī)上鍛件的外模鍛斜度 α，按鍛件各部分的高度 H 與寬度B 以及長度 L 與寬度 B 的比值 H/B、L/B 確定，數(shù)值查看參考文獻(xiàn)[1]。內(nèi)模鍛斜度β 按外模鍛斜度 α 值加大 2°或 3°（15°除外） 。 當(dāng)模鍛設(shè)備具有頂料機(jī)構(gòu)時(shí)外模斜度可縮小 2°或 3°，但一般不宜小于 3°。為了便于模具制造，采用標(biāo)準(zhǔn)刀具，模鍛斜度可按下列數(shù)值選用：0°15′,0°30′， 10，1 030′ ，2 0，3 0，5 0，7 0，10 0，12 0，15 0 ，由查參考文獻(xiàn)[1]表 5-8，L/B=1；H/B<1，確定模鍛斜度為 50 。αβ圖 2-4 模鍛斜度示意圖2.2.4 確定模鍛件的圓角半徑為了使金屬易于流動(dòng)和充滿型槽，提高鍛件質(zhì)量并延長鍛模的壽命，模鍛件上所有的轉(zhuǎn)接處都要用圓弧連接，使尖角、尖邊呈圓弧過渡，即為圓角。圓角分外圓角和內(nèi)圓角，在制件公差允許條件下圓角半徑應(yīng)盡可能大。（1） 內(nèi)圓角半徑 r 模膛內(nèi)凹處的圓角半徑 r 稱為內(nèi)圓角半徑，內(nèi)圓角通常用以連接腹板、凹槽底與其相臨之側(cè)壁。它與鍛件上的外圓角半徑相呼應(yīng)。r 太小，會(huì)使鍛件成形困難，導(dǎo)致鍛模因應(yīng)力集中開裂。一般情況下 r 取值按下式確定：r = 余量 + α式中 α—— 零件上相應(yīng)處圓角半徑或倒角r 值也可按參考文獻(xiàn)[1]表 5-9 取值。（2）外圓角半徑 R模膛內(nèi)凸處的圓角半徑 R 稱外圓角半徑,外圓角一般位于肋或凸臺(tái)的側(cè)面與頂面的相交處。它與鍛件上的內(nèi)圓角半經(jīng)相呼應(yīng)，R 太小,會(huì)使脫模困難,還會(huì)造成模鍛時(shí)金屬流動(dòng)形成的纖維被割斷甚至產(chǎn)生折疊。一般情況下 R 值按下式確定:R = （1.5～2.5）r南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文10也可按參考文獻(xiàn)[1]表 5-10 確定。為了便于模具制造時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)刀具，圓角半經(jīng)應(yīng)按下列標(biāo)準(zhǔn)值選定：1，1.5，2，2.5,3，4，5，6，8，10，12，16，20，25，30,40,50,60,80,100（單位:mm） 。綜合以上情況，結(jié)合零件圖，本設(shè)計(jì)中取外圓角半徑 r=5mm；內(nèi)圓角半徑 R=3；未注圓角半徑為 r=1mm。2.2.5 沖孔連皮的設(shè)計(jì)零件的透孔在終鍛型槽內(nèi)是不能直接鍛出的，只能鍛成盲孔，即在上下模之間留出一層連皮。這是因?yàn)橐獙⒖變?nèi)的金屬全部排除不但很困難，而且使型槽內(nèi)的凸出部分急劇磨損，所以形成連皮是必要的，待下一步工序沖孔，才能獲得透孔。設(shè)計(jì)鍛件圖時(shí)，根據(jù)不同情況，有三種方式來處理零件上的透孔：（1）留實(shí)心余塊 當(dāng)模鍛件上的沖孔直徑小于 25～30mm 時(shí)，型槽凸起部分的沖頭，強(qiáng)度很難保證，且容易磨損，這時(shí)孔不必鍛出而留實(shí)心余塊，待以后切削加工。（2）盲孔（壓窩）當(dāng)鍛件高度 h 大于孔徑 d 的 70%（h/d＞1。7）時(shí)，或當(dāng) h/d≥1，且d≤40 時(shí)，一般設(shè)計(jì)成兩邊帶有盲孔的鍛件，模鍛生產(chǎn)中不沖穿，待以后切削加工。盲孔深度 h1≤0.5～0.8d，孔底部作成半球形的壓窩。（3）沖孔連皮 根據(jù)沖孔部分的高度 h 和沖孔直徑 d 的比值的不同，可以做成四種不同形式的連皮，即平底連皮、斜底連皮、帶倉連皮和拱底連皮。由該零件圖易知，該零件上的透孔并非規(guī)則的圓形孔，但其截面尺寸均小于25mm，所以鍛件透孔部分無需鍛出只要留出實(shí)心余塊即可，也即是在型槽設(shè)計(jì)時(shí)該部位無須設(shè)計(jì)沖頭。2.2.6 繪制鍛件圖的技術(shù)條件在鍛件圖上有許多要求，一般列入技術(shù)條件中，它同樣是檢驗(yàn)鍛件的依據(jù)。技術(shù)條件的主要內(nèi)容有：（1）未注明的模鍛斜度、圓角半徑和尺寸偏差；（2）允許的表面缺陷深度（包括加工表面和非加工表面） ；（3）允許錯(cuò)移、翹曲量和殘余毛邊的大小；（4）鍛件的熱處理方式及硬度要求；南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文11（5）表面的清理方式；（6）一些特殊要求，如平面度、同軸度、彎曲度、壁厚差、重量偏差等；（7）規(guī)定的各種試驗(yàn)，如對(duì)重要鍛件所要求的宏觀纖維方向、金相組織、機(jī)械性能等要求；（8）鍛件的類別及試驗(yàn)項(xiàng)目的取樣部位和方向等。根據(jù)以上內(nèi)容結(jié)合此零件圖要求得出鍛件圖上應(yīng)標(biāo)明的技術(shù)條件如下：（1）圖上未標(biāo)注的模鍛斜度 5°；（2）熱處理：正火 HB148-190；（3）鍛壓自由尺寸公差上偏差+0.75，下偏差-0.5；（4）打光去毛刺；（5）磷化和涂油；（6）圖上未標(biāo)注的圓角半徑 R=1mm。根據(jù)余量和公差繪制鍛件圖如圖 2-5 示：圖 2-5 摩托車護(hù)片鍛件圖2.3 終鍛模膛設(shè)計(jì)2.3.1 熱鍛件圖2.3.1.1 收縮率終鍛模膛應(yīng)根據(jù)比鍛件圖尺寸放大了一個(gè)收縮量的尺寸來制造。收縮率的數(shù)值南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文12一般取決于鍛件材料及鍛模的預(yù)熱溫度。終鍛模膛易磨損處，在制造時(shí)，應(yīng)在鍛件下偏差范圍內(nèi)，留有磨損量，以提高模膛的使用壽命。終鍛模膛是模鍛是最后成形用的模膛，和熱鍛件圖上相應(yīng)部分的形狀、尺寸一致。終鍛模膛是按照熱鍛件圖來制造和檢驗(yàn)的。為保證鍛件冷卻后符合冷鍛件圖的要求，熱鍛件圖上尺寸均在冷鍛件圖基礎(chǔ)上加放收縮率 公式 L =l（1+δ﹪）式中：L —— 熱鍛件圖基本尺寸(mm)；l —— 冷鍛件圖上相應(yīng)基本尺寸(mm)；δ —— 終鍛溫度下金屬的收縮率，鋼為 1.2%～1.5%。對(duì)于無坐標(biāo)中心的圓角半徑，不放收縮率。對(duì)薄而寬或細(xì)而長的鍛件，由于在鍛模中先冷卻，收縮率應(yīng)當(dāng)取下限。2.3.1.2 繪制熱鍛件圖通常熱鍛件圖形狀和冷鍛件圖相似。熱鍛件圖上圓角半徑、模鍛斜度同于冷鍛件圖，鍛件若有內(nèi)孔，要在熱鍛件圖上繪出連皮形狀并標(biāo)明尺寸。在熱鍛件圖上不繪出制件輪廓線，也不標(biāo)注鍛件公差，除此以外還要注意以下幾點(diǎn)：1) 熱鍛件圖高度尺寸從分模面標(biāo)注起，便于鍛模制造和檢驗(yàn)。2) 在終鍛模膛易磨損處，可在鍛件負(fù)公差范圍內(nèi)增加一層磨損量以提高鍛模壽命。3) 在終鍛模膛底部易積氧化皮處可適當(dāng)增大尺寸,以避免鍛件缺陷。4) 當(dāng)鍛錘噸位不夠易產(chǎn)生模鍛不足時(shí),熱鍛件圖上高度尺寸應(yīng)適當(dāng)減少；當(dāng)鍛錘噸位偏大鍛模承擊面可能壓陷時(shí)，熱鍛件圖上高度尺寸應(yīng)適當(dāng)增大。無論是減少或增大高度尺寸，都應(yīng)限制在鍛件尺寸公差范圍內(nèi)。5) 鍛件上某些部分在切邊或沖連皮時(shí)會(huì)產(chǎn)生拉陷變形，熱鍛件圖上應(yīng)考慮彌補(bǔ)量。該零件材料為熱扎 35#鋼，選收縮率為 1.2%，考慮到該零件自身特點(diǎn)多槽、多圓角，結(jié)合鍛件圖，繪制熱鍛件圖如圖 2-6。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文13圖 2-6 摩托車護(hù)片熱鍛件圖2.3.2 確定模鍛設(shè)備噸位模鍛設(shè)備的選擇包括設(shè)備類型的選擇和設(shè)備能力的選擇。正確選擇模鍛設(shè)備必須具備工藝和設(shè)備兩方面的知識(shí)。同時(shí)還要注意市場動(dòng)向，技術(shù)發(fā)展，資金和管理能力，以及對(duì)環(huán)保、勞保等方面的影響。模鍛設(shè)備噸位選擇恰當(dāng)，既能獲得優(yōu)質(zhì)鍛件，又能節(jié)省能量，保證正常生產(chǎn)，并能保證鍛模具有一定的壽命。 2.3.2.1 熱模鍛曲柄壓力機(jī)模鍛工藝特點(diǎn)曲柄壓力機(jī)模鍛工藝特點(diǎn)如下：（1）鍛件精度較錘上模鍛精度高；（2）曲柄壓力機(jī)上模鍛件內(nèi)部變形深透而均勻，流線分布也均勻、合理，保證了力學(xué)性能均勻一致；（3）曲柄壓力機(jī)上的模鍛，容易產(chǎn)生大毛邊，金屬?zèng)_填上下模差異不大；（4）曲柄壓力機(jī)模鍛具有靜壓力的特性，金屬在型槽內(nèi)流動(dòng)較緩慢，這對(duì)于變形速度敏感的低塑性合金的成形十分有利。另外，在模具方面，曲柄壓力機(jī)模鍛時(shí)，由于采用多型槽逐步過渡，模具較錘用模具受力情況緩和，因此壽命較長。又由于實(shí)現(xiàn)組合式模具，便于制造、修理和更換，其材料和加工費(fèi)也隨之下降。2.3.2.2 計(jì)算鍛件的主要參數(shù)（1）鍛件在垂直于鍛壓力的平面上的投影面積 F dF d = 84.5 *36.7 mm2 = 3101.15mm2（2）鍛件周邊長度 L 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文14L d = 256mm（3）鍛件體積 V V d = 54580.24 mm3（4）鍛件質(zhì)量 m dm d = 0.43Kg2.3.2.3 曲柄壓力機(jī)噸位選擇熱模鍛壓力機(jī)的噸位應(yīng)根據(jù)鍛件在終鍛時(shí)的最大變形力來確定。為避免因過載而導(dǎo)致悶車現(xiàn)象的產(chǎn)生，壓力機(jī)的使用噸位應(yīng)控制在公稱壓力的 80%以下。關(guān)于模鍛變形力的計(jì)算，盡管有不少理論計(jì)算方法，但因模鍛過程是一個(gè)短暫的動(dòng)態(tài)變化過程，受到諸多因素的制約，要獲得準(zhǔn)確的理論是很困難的。因此，生產(chǎn)中，為方便起見，多用經(jīng)驗(yàn)公式或近似解的理論公式確定設(shè)備噸位。有時(shí)，甚至采用更為簡易的方法，即參照類似鍛件的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，通過類比來選擇設(shè)備噸位。本設(shè)計(jì)采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算選擇。經(jīng)驗(yàn)公式： P = (64～73) KF 鍛式中：P —— 模鍛所需壓力(kN)；K —— 鋼種系數(shù)（kN/cm 2） ，一般可取 0.9～1.25，高強(qiáng)度鋼應(yīng)取上限；F 鍛 —— 包括毛邊橋部在內(nèi)的鍛件水平投影面積（cm 2） 。注：式中系數(shù)對(duì)于形狀簡單，圓角較大的鍛件可取下限，反之對(duì)于形狀復(fù)雜，薄壁高筋及圓角較小的鍛件應(yīng)取上限。本設(shè)計(jì)中，鋼種系數(shù)選 1，包括毛邊橋部在內(nèi)的鍛件水平投影面積為 ：F 鍛 = F d + Fq = 3101.15 + 71.4X2 = 3243.95 mm2計(jì)算鍛壓力為P = （64?73）*1 *3243.95* 10 -4 =20.76～23.68kN所以結(jié)合壓力機(jī)的使用噸位應(yīng)控制在公稱壓力的 80%以下的原則，我選用公稱壓力為 10000kN 的曲柄壓力機(jī)。2.3.2.4 飛邊槽的設(shè)計(jì)2.3.2.4.1 飛邊槽的選擇開式模鍛的終鍛型槽周邊必須設(shè)計(jì)飛邊槽，其形式和尺寸對(duì)鍛件質(zhì)量影響很南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文15大。曲柄壓力機(jī)模鍛飛邊槽有以下三種形式：Ⅰ型 ，Ⅱ型，Ⅲ型。Ⅰ 型 Ⅱ 型 Ⅲ　型圖 2-7 毛邊槽結(jié)構(gòu)形式在曲柄壓力機(jī)上模鍛時(shí)，飛邊的阻力作用相對(duì)減小，飛邊槽主要是排泄和容納多余金屬。本設(shè)計(jì)選用形式Ⅲ的飛邊槽。2.3.2.4.2 飛邊槽尺寸的確定飛邊槽主要尺寸是飛邊槽高度 h 飛 、寬度 b 和入口圓角 r。設(shè)計(jì)飛邊槽目前有計(jì)算法和噸位法兩種方法，本設(shè)計(jì)選擇噸位法。表 2-1 飛邊槽尺寸鍛壓機(jī)噸位（kN）h/mm b/mm h1/mm r/mm R1/mm南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文16～6 30010 00016 00020 00025 00031 500～40 0001.0～1.51.5～2.02.0～2.52.5～3.02.5～3.03.5～4.04～54～65～6666～85666～86～881515202020250.5～1.01.0～1.51.5～2.02.0～3.03.03.5～4.0由前面的計(jì)算鍛壓機(jī)噸位為 10000kN，查表 2-1 易得所需飛邊槽尺寸為：h = 2mm，b = 6mm，h 1 = 6mm，r = 15mm，R 1 = 1.0mm在具體的操作過程中，還要考慮許多因素的影響，飛邊槽尺寸可以適當(dāng)?shù)姆糯笈c縮小。當(dāng)飛邊槽倉部至模塊邊緣的距離小于 20～25mm 時(shí)，可將倉部直接開通至模塊邊緣。本設(shè)計(jì)采用開通的倉部。2.4 確定坯料的尺寸2.4.1 確定制坯工步在確定制模方案時(shí)，已指出該鍛件的模具型槽設(shè)計(jì)無須預(yù)鍛型槽和制坯型槽，也就是說無須預(yù)鍛工步和制坯工步，關(guān)于為什么不需要制坯工步，具體分析和證明過程如下：長軸類鍛件終鍛前，一般要將等截面的原材料沿軸向預(yù)制成近似鍛件各截面面積的不等截面的中間毛坯，使中間毛坯上每一橫截面面積等于帶毛邊鍛件的相應(yīng)截面積，以保證終鍛時(shí)，鍛件各處充填飽滿，毛邊均勻，從而節(jié)省金屬，減輕鍛模型槽磨損。按上述要求計(jì)算的坯料，通常稱為計(jì)算毛坯。那么表示計(jì)算毛坯的計(jì)算毛坯截面圖和計(jì)算毛坯直徑圖合稱為為計(jì)算毛坯圖。計(jì)算毛坯圖較直觀地反映了金屬沿鍛件軸線的分配情況。要將原材料變成計(jì)算毛坯圖的形狀，其制坯難易程度可用以下系數(shù)來衡量：α = d 最大 /d 均β = L 件 /d 均K = （d 拐 – d 最小 ）/ L 桿G = 鍛件重量式中：α —— 金屬流入頭部的系數(shù)；南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文17最 小桿桿 dLV75.0/82.3? β —— 金屬軸向流動(dòng)系數(shù)； K —— 桿部錐度系數(shù)； d 最大 —— 計(jì)算毛坯的最大直徑； d 最小 —— 計(jì)算毛坯的最小直徑； d 拐 —— 桿部與頭部轉(zhuǎn)接處的直徑，即拐點(diǎn)處的直徑，可按計(jì)算毛坯直徑圖近似求出，也可按截錐體公式求出： d 拐 = – 0。5d 最小L 桿 —— 計(jì)算毛坯桿部長度；V 桿 —— 計(jì)算毛坯桿部體積。以上四個(gè)參數(shù)，稱為繁重系數(shù)。其具體含意為：α 表明流到頭部金屬的量，α值愈大，頭部需要積聚的金屬體積愈大；β 表明金屬軸向流動(dòng)的路程，β 值愈大，流動(dòng)的路程愈長；K 表明桿部錐度的大小，K 愈大，說明桿部兩端金屬量的差值愈大；鍛件重量 G 愈大，制坯時(shí)需要轉(zhuǎn)移的金屬量愈多。以上述繁重系數(shù)為依據(jù)，對(duì)照從生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而成的圖表，如圖 2-8 示，可得出制坯工步的初步方案。是否采用此方案，應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件、鍛件形狀的復(fù)雜程度及生產(chǎn)批量進(jìn)行綜合分析，必要時(shí)可作出修改。圖 2-8 長軸類鍛件制坯工步選用范圍圖表圖表中的文字含義：不 —— 不需要制坯工步，可直接模鍛成形；卡 —— 需卡壓制坯；南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文18開 —— 需開式滾壓制坯；閉 —— 需閉式滾壓制坯；拔 —— 需拔長制坯；拔-閉滾 —— 當(dāng) K 〉0.05 時(shí)，宜用拔長加上閉式滾壓制坯；拔-開滾 —— 當(dāng) 0.02〈 K〈 0.05 時(shí)，宜用拔長加上開式滾壓制坯；拔-卡 —— 當(dāng) K〈 0.02 時(shí)，可用拔長加上卡壓制坯。通過計(jì)算本鍛件的相關(guān)系數(shù)，由以上的分析過程查圖表得，本設(shè)計(jì)無須制坯工步，直接模鍛成形即可。2.4.2 確定毛坯尺寸關(guān)于坯料，采用 GB702-72 熱扎方鋼。其截面積和長度確定如下：坯料截面面積： F 坯 = （1.02～1.05）F 均坯料截面尺寸： A 坯 = 坯料長度： L 坯 =V 坯 / F 坯代入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算得：坯料截面面積： F 坯 = 1.03 *786.93 = 810.54 mm2坯料截面尺寸： A 坯 ≈28.6 mm 坯料長度： L 坯 = 72858.64 / 810.54≈90 mm（V 坯 =Vd+Vq=54580.24+18278.4=72858.64mm3）2.5 機(jī)鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.5.1 模架結(jié)構(gòu)型式模架是用做緊固模塊并傳遞鍛壓機(jī)頂料運(yùn)動(dòng)的主要部件,它承受鍛造過程中的全部鍛壓力。由于靜壓力,機(jī)鍛模多數(shù)采用通用模架，模架主要由上下模座、上下墊板、上下模塊、推出器、導(dǎo)向裝置和緊固裝置組成。把鍛件從模膛中推出的機(jī)構(gòu)稱為推出器。用以保證上下模工作時(shí)互相對(duì)正的裝置稱為導(dǎo)向裝置，機(jī)鍛模導(dǎo)向裝置一般由導(dǎo)柱導(dǎo)套組成。用以將模塊或其他零件固定于模板上的零件稱為緊固裝置，如壓板、螺釘、鍵等。按模塊緊固型式，模架可分為窩座式和鍵式。窩座式模架在上下模座的特點(diǎn)如下：1) 定位準(zhǔn)確，緊固牢靠，是熱模鍛壓力機(jī)的典型結(jié)構(gòu)。2) 適用于鍛件產(chǎn)量大，要求精度高，品種不太多的生產(chǎn)場合。鍵式模架的特點(diǎn)如下：1) 結(jié)構(gòu)比較簡單，模架安裝、更換、調(diào)整比較方便。坯南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文192) 鍵式模架適用于生產(chǎn)量大，模具更換不很頻繁的情況。綜合上面的考慮，本次設(shè)計(jì)用的是熱模鍛曲柄壓力機(jī)，因此選用窩座式模架。2．5．2 模架設(shè)計(jì)1) 根據(jù)鍛件圖計(jì)算鍛壓力確定鍛壓機(jī)噸位和型號(hào)。根據(jù)鍛件模架生產(chǎn)品種、生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)方式確定模架結(jié)構(gòu)型式。2) 根據(jù)鍛壓機(jī)安?？臻g尺寸及封閉高度調(diào)節(jié)量確定模架封閉高度及寬度和長度。通用模架可根據(jù)壓機(jī)噸位及鍛件變形工步數(shù)查有關(guān)資料確定。3) 根據(jù)鍛壓機(jī)推料機(jī)構(gòu)和布置和推料行程設(shè)計(jì)模架內(nèi)出料器，確定推桿數(shù)量、推桿位置及推桿長度等。4) 根據(jù)模塊尺寸及操作方式確定模架內(nèi)模塊布置及相互距離。5) 根據(jù)鍛壓機(jī)噸位及鍛件尺寸設(shè)計(jì)導(dǎo)向裝置。2．5．3 鍛?？傮w結(jié)構(gòu)曲柄壓力機(jī)滑塊速度低，工作平穩(wěn)，裝有頂出裝置，模鍛時(shí)上、下模不壓靠，鍛模承受打擊過程中的過剩能量少，故不須考慮鍛模的承擊面。 曲柄壓力機(jī)用組合鍛模結(jié)構(gòu)根據(jù)工位數(shù)、鑲塊緊固方式和鑲塊形狀可分為 5 種形式，即：單工位矩形鑲塊斜楔緊固結(jié)構(gòu)、雙工位矩形鑲塊壓板緊固結(jié)構(gòu)、三工位圓形鑲塊壓板緊固結(jié)構(gòu)、三工位圓形鑲塊壓環(huán)或鋼珠止動(dòng)螺釘緊固結(jié)構(gòu)和四工位矩形鑲塊十字鍵槽與平槽定位結(jié)構(gòu)。圓形鑲塊具有便于加工及節(jié)省模具材料等優(yōu)點(diǎn)，主要適用于形狀簡單的旋轉(zhuǎn)體鍛件。因不能調(diào)節(jié)水平方向的錯(cuò)移，因此逐漸少用。矩形鑲塊調(diào)整方便，適于任何形狀的鍛件。故本設(shè)計(jì)采用單工位矩形鑲塊斜楔緊固結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：(1) 鍛?？梢圆捎媒M合結(jié)構(gòu)。(2) 上、下鑲塊固定在上下模座上,而上、下模座則用 T 形螺栓或壓板分別安裝在滑塊底面和工作臺(tái)上。(3) 鍛模內(nèi)設(shè)有下頂出裝置。(4) 多為單腔鍛模。(5) 多設(shè)有導(dǎo)向裝置。見圖 2-9 所示:南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文207圖 2-9 鍛?？傮w結(jié)構(gòu)1—上模座，2—上墊板，3—上模鑲塊，4—下模鑲塊，5—下模座，6—下墊板，7—導(dǎo)向裝置,8—緊固壓板2．5．4 機(jī)鍛模的閉合高度鍛壓機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，機(jī)鍛模閉合。這時(shí)上模座上端面到下模座下端面的距離 H 稱為機(jī)鍛模的閉合高度。上下對(duì)稱的機(jī)鍛模，各部分高度尺寸應(yīng)符合下列三項(xiàng)要求（1） H=A+0.75a式中 H——鍛模閉合高度；A——熱鍛模壓力機(jī)最小封閉高度；a——熱模鍛壓力機(jī)封閉高度調(diào)節(jié)量。（2） 2（h 1+h2）=(0.60～0.65)H式中 h 1——模座底部厚度；h2——墊板厚度。新制鍛模的上模鑲塊（或下模鑲塊）的高度 h3可占閉合高度 H 的17.5﹪～20﹪，以保證修復(fù)量。（3） h 4=h 飛式中 h4——鍛模閉合時(shí)上、下模之間最小間隙；h 飛 ——飛邊槽橋部高度。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文21機(jī)鍛模閉合時(shí)必須保證 h4， 以補(bǔ)償各種誤差，防止悶車。2.5.5 鑲塊設(shè)計(jì)2.5.5.1 鑲塊水平方向的尺寸鑲塊水平方向的尺寸取決于型槽的形狀、尺寸及模壁厚度等因素。通常模壁厚度 B 按下式確定：（如圖 2-10）B = （1～1.5）h ≥ 40mm式中： h ——模膛邊緣的深度。模壁厚度與模膛形狀的關(guān)系有兩種：B ≥h ; B ≥(0.6-0.65)h圖 2-10 模壁厚度與模膛形狀的關(guān)系通過分析鍛件圖本設(shè)計(jì)選擇第一種，由鍛件圖尺寸來確定 h 的大小。2.5.5.2 鑲塊的高度尺寸 鑲塊的高度尺寸與模膛的深度、翻新次數(shù)及模架的閉合高度有關(guān)。鑲塊模膛的底部厚度 h1 應(yīng)不小于（0.6～0.65）H。H 為模架的閉合高度。如圖 2-11 所示：鑲塊最后一次翻新時(shí)，模膛底部厚度也應(yīng)符合上述條件，以便采用標(biāo)準(zhǔn)模板的墊板來補(bǔ)償翻新量。 鑲塊在閉合狀態(tài)時(shí)的總高度 H 模 應(yīng)不大于（0.35～0.4）H。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文22圖 2-11 鑲塊底部厚度與鑲塊高度的關(guān)系鑲塊的具體尺寸見零件圖，為了使整體協(xié)調(diào)，局部尺寸可作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。2.5.5.3 數(shù)據(jù)核算為保證鑲塊工作的安全可靠性，必須對(duì)鑲塊的承壓面積加以核算，并滿足以下條件：p = P / F 〈 3000 (MPa)式中： P —— 壓力機(jī)的公稱壓力 （kN） ；F —— 鑲塊與模座墊板的有效承壓面積 （mm 2） 。核算如下：p = P / F = 10000 / （126 * 46）≈ 1.73 MPa 〈 3000 MPa顯然，本設(shè)計(jì)是符合要求的，也是合理的。2.5.6 頂料裝置設(shè)計(jì)模架內(nèi)設(shè)有頂料裝置，用于傳遞熱鍛模壓力機(jī)頂桿的頂料力，頂料裝置的可靠與否直接影響鍛模的效果。熱鍛模壓力機(jī)一般配有 3～4 個(gè)頂桿。常用的頂料裝置有：直接式、平板式、拉桿式、杠桿平衡式和杠桿式等。本設(shè)計(jì)頂料裝置采用直接式。因?yàn)檫@種頂料機(jī)構(gòu)簡單可靠。熱鍛模壓力機(jī)的頂桿直接推頂模架內(nèi)的頂桿，見圖 2-12，具體裝配位置見圖紙。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文23圖 2-12 直接式頂料裝置1—頂桿，2—彈簧2.5.7 導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)導(dǎo)向裝置的作用：減少模具錯(cuò)移，提高鍛件精度，便于模具調(diào)整。導(dǎo)柱要有足夠的強(qiáng)度和剛度以承受模鍛過程中產(chǎn)生的錯(cuò)移力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括導(dǎo)柱、導(dǎo)套和刮圈等零件。材料：導(dǎo)柱應(yīng)具有較好的韌性和耐磨性，采用 20Cr,滲碳淬火。導(dǎo)套、襯套、刮圈和導(dǎo)柱做相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，為使運(yùn)動(dòng)性能好，不容易被咬合，導(dǎo)套材料和刮圈采用銅質(zhì)材料和青銅材料或黃銅。具體結(jié)構(gòu)見圖紙。表 2-3導(dǎo)柱設(shè)計(jì)D D1序號(hào)鍛模壓力機(jī)/MN 名義尺寸偏差 名義尺寸偏差 L≥ f R d0 h k1 6.3 65 -0.020 65+0.065+0.045100 10 5 M10 15 172 10 90 -0.023 90+0.085+0.060140 15 6 M12 18 22南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文243 16 110 -0.023 110+0.095+0.070170 20 8 M14 25 284 20 140 -0.027 140+0.110+0.080220 20 10 M16 25 40導(dǎo)柱的選用見上表，該熱鍛模壓力機(jī)的公稱壓力為 10MN,具體裝配位置見圖紙。表 2-4導(dǎo)套設(shè)計(jì)D D1序號(hào)鍛模壓力機(jī)/MN標(biāo)稱尺寸偏差 標(biāo)稱尺寸偏差 L l a b c f r1 6.3 65.2 +0.030 80+0.055+0.033125 12 4 2 2 1 32 10 90.25 +0.035 110+0.070+0.045170 15 5 2.5 3 2 43 16 110.25 +0.035 130+0.085+0.058200 20 5 2.5 3 2 54 20 140.3 +0.040 160+0.085+0.058230 25 6 3 3 2 5導(dǎo)套的選用見上表，具體裝配位置見圖紙2.5.8 鍛模材料的選用和壽命2.5.8.1 鍛模失效的形式有:工作部位塌陷；磨損；表層裂紋和剝落；模具斷裂。2.5.8.2 鍛模材料：當(dāng)鍛件體積大、批量大、形狀復(fù)雜、變形量大、精度要求高時(shí),要選用好材料。結(jié)合前面的分析，本設(shè)計(jì)的鍛造過程非常簡單，一次定型，鍛壓力也不是太大，對(duì)模具沒有什么特殊的要求，所以對(duì)模具材料要求并不高，只要滿足鍛壓需求且經(jīng)濟(jì)即可。查閱文獻(xiàn)[1]中的表 5-50 確定，本次鍛模材料選用 3Cr2W8V，即一般的模具鋼。2.5.8.3 鍛模壽命南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文25鍛模壽命是牽涉面廣、比較復(fù)雜的問題，可以從以下四個(gè)方面采取措施提高壽命：1) 合理設(shè)計(jì)鍛模；2) 合理設(shè)計(jì)鍛件；3) 合理設(shè)計(jì)鍛造工藝；4) 合理使用和維修鍛模。2.5.8.4 模具設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注意以下問題：1) 上凸模及下凸模的拔模斜度應(yīng)足夠大，一般取 50，甚至還可以加大些。2) 盡量做到上下模同工件的接觸面積相等，以求上、下模脫模力相等，從而利于工件脫模。3) 鑲套結(jié)構(gòu)，且凹模鑲套上要設(shè)計(jì)有定位臺(tái)階，以方便對(duì)模。2．6 鍛模圖的繪制設(shè)計(jì)進(jìn)行到這里，所有的數(shù)據(jù)計(jì)算工作已完成，結(jié)合前面的計(jì)算分析，下面開始繪制鍛模零件圖。因?yàn)樵摿慵Y(jié)構(gòu)的獨(dú)特性，采用曲線分模，而且只要一次鍛壓成形即可，所以鍛模的結(jié)構(gòu)也非常簡單。現(xiàn)在繪制鍛模零件圖，包括：上鑲塊模、下鑲塊模、凸模（模芯） 。 具體的零件圖紙見附件。 3 模具曲面造型與數(shù)控仿真加工3.1 概述模具 CAD/CAM 是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效率的系統(tǒng)工程。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品對(duì)模具的要求越來越高。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與制造方法不能適應(yīng)工業(yè)產(chǎn)品及時(shí)更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具生產(chǎn)中的不斷應(yīng)用，模具設(shè)計(jì)和制造的效率和質(zhì)量大大提高了，成本也降低了。工程技術(shù)人員借助于計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品的性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。模具 CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展也很快，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。在沖模、鍛模、擠壓模、注塑模和壓鑄模等方面都有比較成功的 CAD/CAM 系統(tǒng)。采用 CAD/CAM 技術(shù)是模具生產(chǎn)革命化的措施，是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中的摩托車護(hù)片模具，屬于鍛模模具，它的型面仿真加工也就是鍛模CAD/CAM 技術(shù)的應(yīng)用。具體的仿真加工過程如下詳細(xì)分析。3.2 Mastercam 軟件介紹南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文26Mastercam 是 CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造）一體化軟件，它集二維繪圖、三維實(shí)體設(shè)計(jì)、曲面設(shè)計(jì)、體素拼合、數(shù)控編程、刀具路徑模擬及真實(shí)感模擬等功能與一身。作為一個(gè) CAD/CAM 集成軟件，Mastercam 系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)（CAD）和加工（CAM） Mastercam 使用 CAD 在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行圖形設(shè)計(jì)，然后在 CAM 中編制刀具路徑（NCI） ，通過后處理轉(zhuǎn)換成 NC 程序，在傳送至數(shù)控機(jī)床，選用不同的刀具進(jìn)行加工。它能大大地節(jié)省設(shè)計(jì)和加工時(shí)間、降低產(chǎn)品成本，同時(shí)提高工作效率和加工精度，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，給開發(fā)新產(chǎn)品贏得寶貴時(shí)間，因而更加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代。本設(shè)計(jì)采用的是 Mastercam 8.0 中文版軟件。本設(shè)計(jì)的鍛模 CAD/CAM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下：圖 3-1 鍛模 CAD/CAM 系統(tǒng)框圖按照流程框圖，該部分鍛模仿真即先利用 CAD 進(jìn)行實(shí)體造型，然后利用 CAM進(jìn)行刀具路徑的編制，通過后處理轉(zhuǎn)換成 NC 程序。下面的設(shè)計(jì)步驟就是按該順序進(jìn)行的。3.3 上鑲塊模仿真本設(shè)計(jì)的前一部分已經(jīng)畫出了所設(shè)計(jì)的鍛模的零件圖，故可以直接采用來進(jìn)行南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文27實(shí)體造型。具體過程如下：3.3.1 曲面造型上鑲塊模的曲面造型根據(jù)其形體特征來設(shè)計(jì)分三大部分：一是擠出鑲體；二是構(gòu)造凸模；三是構(gòu)造凸緣。只要將這三部分實(shí)體結(jié)合為一體即為所要的上鑲塊模實(shí)體。3.3.1.1 鑲體的擠出Mastercam 8.0 中擠出實(shí)體功能，可以擠出平的串連曲線去創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)實(shí)體，切割一個(gè)現(xiàn)存物體，或弄凸一個(gè)現(xiàn)存物體，系統(tǒng)沿一條線性路徑使用一個(gè)指定方向，距離和其它參數(shù)進(jìn)一步定義結(jié)果，用操作曲線形狀擠出串連曲線。創(chuàng)建該擠出實(shí)體的步驟：(1) 在畫圖之前先設(shè)定構(gòu)圖面為俯視圖，視角也為俯視圖。在圖層 1 上工作，工作深度 Z=0。在主菜單中選“繪圖——矩形”命令，在繪圖區(qū)畫出長 126mm，寬 90mm 的矩形，且以原點(diǎn)為中心?；厣蠈庸δ鼙恚x“倒圓角”命令，將矩形的四個(gè)角倒成半徑為 20mm 的圓角。 (2) 將圖形視角改為等軸側(cè)視圖。在主菜單中選“實(shí)體——擠出”命令，顯示“選擇擠出之串連圖素.1”菜單。(3) 用鼠標(biāo)點(diǎn)取所畫的已倒好角的矩形，顯示“選擇擠出之串連圖素.2”菜單，圖形反白顯示，并顯示串連箭頭，然后選擇菜單中的“執(zhí)行”命令。(4) 顯示“擠出之方向”菜單，在剛選好的串連曲線上，系統(tǒng)自動(dòng)顯示一個(gè)方向箭頭，指出了現(xiàn)在擠出的方向，剛好是所需要的方向（如果不是想要的方向可以在菜單中選擇“換向”命令，選擇需要的方向） ，選擇“執(zhí)行”命令，顯示“擠出實(shí)體之參數(shù)設(shè)定”對(duì)話框。(5) 在“擠出實(shí)體之參數(shù)設(shè)定”對(duì)話框中，指出執(zhí)行擠出操作的類型。選“產(chǎn)生主體” ，是構(gòu)建一個(gè)新實(shí)體；選“切割主體” ，是從現(xiàn)存實(shí)體中刪除材料；選“增加凸緣” ，是增加材料至現(xiàn)在的物體上。這里選“產(chǎn)生主體” ，是因?yàn)橐獦?gòu)建新實(shí)體。按零件圖尺寸要求，延伸的距離為43.3mm。參數(shù)設(shè)定完點(diǎn)擊“確定”按鈕，擠出所需實(shí)體。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文28(6) 重新選擇 “實(shí)體——擠出”命令，按相同的步驟選擇該實(shí)體中最初的倒角矩形，不同的是，在“擠出實(shí)體之參數(shù)設(shè)定”對(duì)話框中設(shè)定參數(shù)為“增加凸緣” ，延伸的距離為 1mm，且方向相反，點(diǎn)擊“確定”按鈕，擠出實(shí)體。圖 3-2 擠出的實(shí)體輪廓3.3.1.2 凸模的構(gòu)造結(jié)合該凸模的結(jié)構(gòu)特征，采用旋轉(zhuǎn)法構(gòu)建該凸模實(shí)體。旋轉(zhuǎn)功能可旋轉(zhuǎn)平的串連曲線去構(gòu)建成一個(gè)或多個(gè)新的實(shí)體，在現(xiàn)存的實(shí)體上進(jìn)行切割或在現(xiàn)存的實(shí)體上增加凸緣，系統(tǒng)使用曲線旋轉(zhuǎn)串連，繞一軸旋轉(zhuǎn)曲線，并使用給予的起始角和終止角以及其它參數(shù)，進(jìn)一步完成實(shí)體。創(chuàng)建該旋轉(zhuǎn)實(shí)體的步驟：(1) 在畫圖之前先設(shè)定構(gòu)圖平面為俯視圖，圖形視角也為俯視圖，并將圖層 1 關(guān)閉，在圖層 2 上工作，且工作深度 Z=0。在主菜單中選擇“繪圖”命令，按零件圖尺寸在繪圖區(qū)畫出凸模的截面輪廓圖。(2) 將圖形視角改為等軸側(cè)視圖。在主菜單中選“實(shí)體——旋轉(zhuǎn)”命令，顯示“選取旋轉(zhuǎn)之串連圖素.1”菜單。(3) 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊已畫好的凸模截面圖，顯示“選取旋轉(zhuǎn)之串連圖素.2”菜單，圖形反白顯示，并顯示串連箭頭，然后選擇菜單中的“執(zhí)行”命令。(4) 選擇中心線為旋轉(zhuǎn)軸線，并顯示“旋轉(zhuǎn)實(shí)體”菜單，在被選軸線上自動(dòng)顯示一個(gè)方向箭頭，剛好是所需方向（若不是，可以在菜單中選擇“換向”命令） ，然后點(diǎn)取“執(zhí)行”命令，出現(xiàn)“旋轉(zhuǎn)實(shí)體”對(duì)話框。(5) 在“旋轉(zhuǎn)實(shí)體 ”對(duì)話框中指出旋轉(zhuǎn)操作類型。選“產(chǎn)生主體” ，是構(gòu)建一個(gè)新實(shí)體；選“切割主體” ，是從現(xiàn)存實(shí)體中刪除材料；選“增加凸緣” ，是在現(xiàn)存實(shí)體上增加材料。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文29這里選“產(chǎn)生主體” ，是因?yàn)橐尚聦?shí)體。設(shè)置起始角為 0，終止角為 180，然后點(diǎn)擊“確定”按鈕，出現(xiàn)所要的旋轉(zhuǎn)實(shí)體圖 3-3 凸模截面輪廓與旋轉(zhuǎn)實(shí)體3.3.1.3 鑲塊的凸起及毛邊槽的構(gòu)造從鍛模的零件圖上可以看到，在鑲體和凸模之間有一層凸起，它的輪廓是由不同半徑的圓弧相切而成。它有兩種主要功能：一是與凸模形成完整的鍛件輪廓；二是形成毛邊槽（只是完整毛邊槽的一部分，另外一部分在下鑲塊模上） 。創(chuàng)建該凸起部分的步驟：(1) 畫圖之前先將構(gòu)圖平面設(shè)為俯視圖，圖形視角也為俯視圖。將圖層 1 和圖層 2關(guān)閉，在圖層 3 上工作。工作深度 Z=0。在主菜單上選擇“繪圖”命令，按鍛模零件圖上的相應(yīng)尺寸畫出該凸起部分的俯視圖輪廓，并將右邊的邊界延伸至鑲體輪廓邊緣。(2) 將圖形視角改為等軸側(cè)視圖。按擠出實(shí)體的步驟，將畫好的凸起部分?jǐn)D成厚度為 12mm 的實(shí)體，不同的是擠出參數(shù)設(shè)定向兩邊同時(shí)擠出。 圖 3-4 凸起部分輪廓與凸起實(shí)體雖然構(gòu)建了該凸起部分的實(shí)體，可是其上表面并不是所要的輪廓。本設(shè)計(jì)采用曲面切割實(shí)體的辦法來得到凸起表面，曲面即為該凸起部分的上表面輪廓。繪制曲面具體過程如下：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文30(1) 將構(gòu)圖平面設(shè)為主視圖，圖形視角也為主視圖。關(guān)閉圖層 1、2、3，在圖層 4上工作。在主菜單上選擇“繪圖”命令，按鍛件零件圖上的尺寸畫出曲面截面輪廓。(2) 將圖形視角改為等軸側(cè)視圖。本設(shè)計(jì)通過構(gòu)建直紋曲面得到所需要的切割曲面。直紋曲面是順接至少兩條曲線或串連曲線繪制的曲面，它是由線性順接曲線繪制的曲面。所以，通過主菜單的“轉(zhuǎn)換——平移”命令，分別將該曲線復(fù)制平移在 Y 軸正方向和負(fù)方向 35mm 兩處。（1）點(diǎn)取主菜單的“繪圖——曲面”命令，出現(xiàn)“建立曲面”菜單，選擇“直紋曲面”命令，出現(xiàn)“直紋曲線：定義外形.1”菜單。（2）選取剛畫好的三條曲線，或分別串連這三條曲線，曲線會(huì)反白顯示，且出現(xiàn)方向箭頭，然后選擇“執(zhí)行”命令，顯示直紋曲面參數(shù)。（3）設(shè)定相應(yīng)參數(shù)。① 切換類型有 P（參數(shù)式曲面） ，N（NURBS 曲面） ，C（曲線發(fā)生曲面） 。本設(shè)計(jì)選 N。② 選擇公差，在提示區(qū)輸入一個(gè)數(shù)值 0.02，再按回車。（4）在菜單區(qū)選擇“執(zhí)行”命令，得到所需的切割曲面。需要參加切割的實(shí)體和曲面都畫好之后，就可以進(jìn)行切割工作。過程如下：(1) 圖形視角為等軸側(cè)視圖。將圖層 3 打開，已畫好的實(shí)體和曲面同時(shí)出現(xiàn)在繪圖區(qū)。(2) 在菜單區(qū)點(diǎn)取 “實(shí)體——下一頁——修整”命令，出現(xiàn)“修整實(shí)體”菜