長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉鍛造工藝設(shè)計(jì)說明書,長(zhǎng)安,汽車,萬向節(jié),鍛造,鑄造,工藝,設(shè)計(jì),說明書,仿單
I摘要模具行業(yè)在我國(guó)現(xiàn)階段機(jī)械制造行業(yè)中扮演著極為重要的角色，無論是在塑料模具、鈑金模具還是鍛造模具等各模具行業(yè)中，其總體設(shè)計(jì)框架是千篇一律的。鍛模行業(yè)經(jīng)過了幾年的發(fā)展，在某些技術(shù)上已經(jīng)取得了較大的突破，但是畢竟還屬于傳統(tǒng)制造業(yè)，還依然存在機(jī)械加工的詬病，比如說機(jī)加工精度達(dá)不到要求，粗糙度控制不好，模具設(shè)計(jì)時(shí)的種種不合理導(dǎo)致的脫膜不便。對(duì)此本論文以長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉終鍛模具為例詳細(xì)介紹了模具在鍛造行業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用，意在解決當(dāng)前傳統(tǒng)機(jī)械加工方面的精度問題及模具設(shè)計(jì)問題，尤其為了后面的實(shí)際鍛造，做了有效的有限元分析，以保證模具鍛造精度達(dá)到要求，是綜合了 CAD/CAE 模具技術(shù)的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，結(jié)合本科所學(xué)的專業(yè)知識(shí)并運(yùn)用了 SolidWorks2016 軟件對(duì)鍛件零件進(jìn)行三維建模，創(chuàng)建模具的上下模及配套的零件、運(yùn)用 Auto-CAD2014 軟件進(jìn)行二維圖繪制，標(biāo)注好詳細(xì)的公差尺寸要求、運(yùn)用 Workbench 15.0 有限元軟件進(jìn)行鍛件溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)分布分析，為接下來的加工做好的鋪墊。同時(shí)在設(shè)計(jì)的同時(shí)也考慮了外協(xié)加工工廠的實(shí)際加工設(shè)備，因此為該鍛件制定了配套加工的工藝路線。為了適用當(dāng)前社會(huì)的機(jī)械行業(yè)發(fā)展需要，在設(shè)計(jì)的同時(shí)也進(jìn)行了適應(yīng)于現(xiàn)代化工業(yè)加工生產(chǎn)設(shè)備的配套工藝方案。顯然，現(xiàn)代的模具行業(yè)普遍追求更高精度、更簡(jiǎn)易的工藝流程、更先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案，為適應(yīng)社會(huì)之所需，結(jié)合本行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，雖然本論文只是針對(duì)該鍛件的鍛模進(jìn)行了一系列設(shè)計(jì)仿真，但是通過這一例程，在往后的工作學(xué)習(xí)中舉一反三，能夠做到理論與實(shí)踐的結(jié)合應(yīng)用，更能加強(qiáng)自己對(duì)模具行業(yè)的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞： CAD/CAE 模具 萬向節(jié)叉 熱應(yīng)力IAbstractThe mold industry plays a very important role in the machine manufacturing industry at the present stage in our country. The overall design framework of the mould industry is the same as the plastic mold, the sheet metal die or the forging die industry. After several years of development, forging die industry has made a great breakthrough in some technology, but it still belongs to the traditional manufacturing industry, still still exists the criticism of mechanical processing, for example, the machining accuracy is not up to the requirements, the roughness control is not good, the mold design is not reasonable caused by the inconvenience of the film removal. Taking the final forging die of Changan automobile Cardan fork as an example, the practical application of die in the forging industry is introduced in detail in this paper. It is intended to solve the problems of the precision of the traditional machining and the design of the die. In particular, the effective finite element analysis is made for the actual forging in the rear, so as to ensure the precision of the die forging. The requirement is to integrate the application of CAD/CAE mold technology. In the whole process of the design, combined with the professional knowledge of the undergraduate, SolidWorks2016 software is used to build the 3D modeling of the forging parts, the upper and lower dies and the supporting parts are created, the Auto-CAD2014 software is used to draw the two-dimensional map, the detailed requirements of the tolerance dimension and the application of Workbench 15 finite element software are marked. The temperature field and stress field distribution of forgings are analyzed to lay a good foundation for the subsequent processing. At the same time, at the same time, the actual processing equipment of the processing plant was also considered, so the processing route for the forging was developed. In order to meet the development needs of the machinery industry in the current society, a matching process plan adapted to modern industrial processing equipment was also designed. IObviously, the modern mold industry is generally pursuing higher precision, more simple process flow and more advanced design scheme. In order to adapt to the needs of the society and combine the development of the industry, this paper is only a series of design simulation for the forging die of the forgings, but through this example, it is in the future work. Learning from others can help us to integrate theory with practice and enhance our knowledge of the mold industry. Keywords: CAD/CAE mould universal； joint fork； thermal stress目 錄1 緒論1.1 課題研究的目的及意義?????????????????????????????????????????????????????????????????????(1)1.1.1 鍛造模具的研究目的??????????????????????????????????????????????????????????????????????(1)1.1.2 模具 CAD/CAM的研究意義??????????????????????????????????????????????????????????????(1)1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(2)1.3 本課題研究?jī)?nèi)容????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(3)2 長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉鍛造工藝設(shè)計(jì)2.1 零件結(jié)構(gòu)分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(4)2.2 零件工藝分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(6)2.3 鍛件鍛?？傮w設(shè)計(jì)方案的確定????????????????????????????????????????????????????????(7)2.3 鍛件及其鍛模的設(shè)計(jì)?????????????????????????????????????????????????????????????????????????(8)3 長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉鍛模設(shè)計(jì)3.1 鍛件及其鍛模的設(shè)計(jì)?????????????????????????????????????????????????????????????????????????(8)3.1.1 確定鍛件的分型面及分型線??????????????????????????????????????????????????????????(8)3.1.2 制定鍛件的機(jī)加工余量及公差??????????????????????????????????????????????????????(9)3.1.3 鍛模生成及凸凹模分割??????????????????????????????????????????????????????????????????(11)3.2 鍛造模具設(shè)計(jì)圖?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(13)3.3 鍛模飛邊槽的設(shè)計(jì)?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(14)3.4 模架總體設(shè)計(jì)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(15)3.5 鑲塊設(shè)計(jì)?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(16)4 萬向節(jié)叉有限元分析41 有限元分析前置參數(shù)設(shè)置??????????????????????????????????????????????????????????????????(18)4.2 鍛件溫度場(chǎng)及應(yīng)力分布分析?????????????????????????????????????????????????????????????(19)4.3 鍛件溫度場(chǎng)及應(yīng)力分布分析?????????????????????????????????????????????????????????????(21)5 鍛前加熱、鍛后冷卻及熱處理要求的確定5.1確定加熱方式，及鍛造溫度范圍????????????????????????????????????????????????????(23)5.2 加熱時(shí)間及冷卻方式的確定?????????????????????????????????????????????????????????????(23)結(jié) 論???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(25)致 謝???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(26)參考文獻(xiàn)???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(27)11.緒論1.1課題研究的目的及意義1.1.1鍛造模具的研究目的現(xiàn)如今，塑料模具、鍛造模具及其所配套的 CAD/CAM 技術(shù)在機(jī)械行業(yè)中出于領(lǐng)軍地位，鍛造模具的地位尤為重要。它簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)金屬零件的加工生產(chǎn)流程。它同時(shí)也是傳統(tǒng)模具的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)。它需要協(xié)同計(jì)算機(jī)軟進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)及配合各種機(jī)械設(shè)備進(jìn)行加工生產(chǎn)。使加工人員能進(jìn)行更方便的生產(chǎn)自己想要的產(chǎn)品。在工程師們的不斷研究中，鍛造模具行業(yè)逐漸偏向于設(shè)計(jì)優(yōu)化、流程優(yōu)化生產(chǎn)優(yōu)化的理念進(jìn)行研發(fā)。鍛造生產(chǎn)能夠顯著地減少機(jī)械零件的生產(chǎn)加工周期 [1]。提高了產(chǎn)品的質(zhì)量并且簡(jiǎn)化了工藝流程。更為重要的是減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮減了公司的制造成本。鍛造模具同塑料模具一樣是用來進(jìn)行產(chǎn)品成型的。它大體可以劃分為動(dòng)模和定模兩部分，或稱途模和凹模，在工作過程中的開合來進(jìn)行產(chǎn)品的擠壓成型。鍛造的過程也分為初鍛和終鍛兩方面，往往終.........在產(chǎn)品成型的過程中，氣壓、沖頭等一系列外部構(gòu)件把外力傳遞給動(dòng)模和定模，上下模具框架為擠壓產(chǎn)生的力起了緩沖作用。因?yàn)殄懺炷＞咴趯?shí)際的加工生產(chǎn)中對(duì)生產(chǎn)效率有明顯的提高并且能夠節(jié)約生產(chǎn)原料，提高了生產(chǎn)效率，因此在全國(guó)眾多工廠中得到了廣泛的應(yīng)用。針對(duì)鍛造模具，本文以長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉零件為例進(jìn)行了模具設(shè)計(jì)、零件受熱應(yīng)力場(chǎng)及溫度場(chǎng)模擬分析，簡(jiǎn)要描述了模具在實(shí)際生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。1.1.2模具 CAD/CAM 的研究意義隨著機(jī)械 CAD/CAM 行業(yè)蓬勃發(fā)展，現(xiàn)模具能夠?qū)崿F(xiàn)三維軟件自動(dòng)分?；蛴萌S設(shè)計(jì)軟件手動(dòng)輔助分模，大大縮短模具研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)間。目前甚至未來模具行業(yè)趨向于設(shè)計(jì)與制造智能化、一體化發(fā)展。此次設(shè)計(jì)是針對(duì)長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉的鍛造中終鍛部分模具的設(shè)計(jì)，涉及三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具分模設(shè)計(jì)、二維工程圖及 ANSYS溫度場(chǎng)應(yīng)力場(chǎng)分析仿真，總體涵蓋了鍛模的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，完全與工廠實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)需求接軌 [2]。 終鍛模是零件進(jìn)行模具鍛造時(shí)使毛坯料擠壓成型而獲得產(chǎn)品的模具。設(shè)計(jì)之初重要的是選擇鍛件的材料，按照工廠所給圖紙的要求即選擇了 45 鋼。終鍛之前需先將鍛件進(jìn)行加熱，以達(dá)到終鍛所需的溫度要求，接著將預(yù)熱的初鍛件放置在鍛造設(shè)備上，按照要求施加壓力，迫使鍛件因其自身的塑性變形發(fā)生內(nèi)部分子流動(dòng)，進(jìn)而成型獲得終鍛件 [3]。所設(shè)計(jì)的鍛造模具在實(shí)際應(yīng)用中既要承受鍛錘的高速?zèng)_擊及負(fù)2載壓力，并且還要耐受在鍛件成型過程中的急冷、急熱和冷熱交變狀態(tài)，對(duì)于模具的材料需要其滿足高耐磨及強(qiáng)度剛度。 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀經(jīng)過了幾代機(jī)械行業(yè)乃至模具行業(yè)科研人員的不斷挖掘發(fā)展，目前模具行業(yè)及其配套的 CAD/CAM/CAE在整個(gè)行業(yè)起了不可替代的位置，基本上國(guó)內(nèi)大小公司都離不開這三方面聯(lián)合設(shè)計(jì)模具的應(yīng)用，并一直刷新行業(yè)應(yīng)用記錄，比如更高的模具制造精度及更優(yōu)化的鍛造方案，有卓越的貢獻(xiàn)。尤其在近幾年模具行業(yè)借助 Ansys等CAE軟件配合進(jìn)行實(shí)際工況產(chǎn)品應(yīng)力場(chǎng)及溫度場(chǎng)的模擬分析，可謂是模具行業(yè)質(zhì)的突破 [4]。同時(shí)更多的科研人員進(jìn)行在 SolidWorks 和 UG 軟件平臺(tái)上針對(duì)模具設(shè)計(jì)的二次開發(fā)軟件，更加方便了設(shè)計(jì)人員開發(fā)模具，直接縮短了設(shè)計(jì)流程。升級(jí)傳統(tǒng)模具制造生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)方案是進(jìn)行模具 CAD/CAM/CAE聯(lián)合研究開發(fā)，它作為當(dāng)今機(jī)械行業(yè)高水平發(fā)展的方向一直被廣泛的應(yīng)用 [5]。此技術(shù)借助計(jì)算機(jī)軟件給設(shè)計(jì)者提供了很好地工作平臺(tái)，提高了模具設(shè)計(jì)效率，提高了模具的制造精度及使用的安全系數(shù)。通過有限元軟件分析能夠優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)、模具生產(chǎn)工藝、鍛件成型工藝等。鍛造模具行業(yè)的 CAD/CAM/CAE 的發(fā)展?fàn)顩r符合總體機(jī)械類相關(guān)軟件的發(fā)展進(jìn)程，基本上設(shè)計(jì)軟件每升級(jí)一版本，模具行業(yè)的科研進(jìn)度也跟上一個(gè)版本。目前相關(guān)的軟件發(fā)展情況基本如下所述:CAD 從前幾年的僅僅能夠二維平面圖形設(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，到近些年隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，此類設(shè)計(jì)軟件基本結(jié)合了當(dāng)今熱門的智能化、集成化等新關(guān)鍵詞進(jìn)行開發(fā)軟件，進(jìn)而發(fā)展為新的技術(shù)特點(diǎn)。進(jìn)而 CAD 技術(shù)能夠具備更好地協(xié)同開發(fā)、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程等優(yōu)點(diǎn)。CAM 行業(yè)一直處于并接軌于高精度機(jī)床編程、以更好地工藝進(jìn)行工件的加工生產(chǎn)，盡可能的縮短工廠的生產(chǎn)效率，并通過軟件的編程基本減少了實(shí)際數(shù)控機(jī)床及加工中心的離線編程，使編程人員面對(duì)三維實(shí)際模型更好地更方便的編寫 G 代碼程序 [6]。CAE 技術(shù)也在近幾年得到了廣泛的普及，對(duì)件及具結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析計(jì)算，進(jìn)而得到鍛件在不同工作狀態(tài)下（溫度場(chǎng)）的位移和應(yīng)力分布情況。最終是為模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)和合理改進(jìn)提供更有效的理論依據(jù) [6]。雖說我國(guó)的 CAD/CAM/CAE 的研究應(yīng)用的近幾年發(fā)展迅速，為此感到可喜可賀，但是相對(duì)于其他的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家如日美韓德等國(guó)相比還有較大差距，此述的差距大體在：（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3其功能沒能充分發(fā)揮。1.3 本課題研究?jī)?nèi)容此次設(shè)計(jì)是綜合機(jī)械類常用的 CAD 設(shè)計(jì)軟件及 CAE 分析軟件進(jìn)行的。SolidWorks 是位于美國(guó)馬薩諸塞州的達(dá)索公司（Dassault Systemes S.A）專門為了從事機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)人員研發(fā)的視窗應(yīng)用軟件，它擁有強(qiáng)大的非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)功能及較為完善的模具分模一體化設(shè)計(jì)功能。本設(shè)計(jì)用該軟件進(jìn)行鍛件的三維設(shè)計(jì)并且對(duì)其進(jìn)行分模，以分出凸模具和凹模具，并用其他內(nèi)嵌于 SolidWorks 的模具輔助外掛軟件設(shè)計(jì)模架、頂針、導(dǎo)向柱等模具必須零件。設(shè)計(jì)完長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉鍛件，將其導(dǎo)入 ANSYS Workbench 15.0 正確應(yīng)用瞬態(tài)傳熱分析的初始條件進(jìn)行溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)分析。通過分析可以清晰看出鍛件在不同溫度下的應(yīng)力分布及變化情況。為了方便工廠工人加工，用二維 CAD 軟件出模具總裝工程圖及凹模、凸模工程圖，方便實(shí)際組裝及加工。通過機(jī)械類多軟件綜合的設(shè)計(jì)分析充分發(fā)揮了 CAD/CAE 在模具行業(yè)的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過程中我走訪了某鍛件鍛造加工廠，親臨了加工廠實(shí)際生產(chǎn)，跟工廠師傅交流了鍛造的工藝要求，也體驗(yàn)了鍛造設(shè)備的使用，因而本設(shè)計(jì)充分貼近工廠生產(chǎn)之所需。由于本人學(xué)術(shù)水平有限，因此本論文難免有學(xué)術(shù)不妥之處，還請(qǐng)老師們及同行們批評(píng)指正。42.長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉鍛造工藝設(shè)計(jì)2.1零件結(jié)構(gòu)分析先進(jìn)行零件結(jié)構(gòu)分析，所設(shè)計(jì)的零件為長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉如圖 2-1 所示，萬向節(jié)叉是叉形件。萬向節(jié)叉用在主動(dòng)軸與從動(dòng)軸中，用來控制之間的角度。因其作為連接件，使被連接的零件間存在規(guī)定范圍內(nèi)的角度變化，在整個(gè)汽車傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中起著至關(guān)重要的作用，故萬向節(jié)叉需承受的扭轉(zhuǎn)矩較大剛度需求較高，同時(shí)其在實(shí)際工況中環(huán)境不同，有時(shí)需承受的載荷較大。主動(dòng)軸的將轉(zhuǎn)矩通過萬向節(jié)叉?zhèn)鬟f給從動(dòng)軸，在不平行情況下主要起連接主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的作用。當(dāng)然，萬向節(jié)叉這類零件應(yīng)用范圍較為廣泛，不僅僅用在汽車傳動(dòng)行業(yè)方向上，也用于機(jī)械行業(yè)非標(biāo)件設(shè)計(jì)過程中，甚至民用傳動(dòng)設(shè)備的生產(chǎn)制造過程中。大體上，可用于如下場(chǎng)所：兩軸不同心、兩軸間平行但不相交或空間平行且相交、兩軸的空間夾角在運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)常變化等場(chǎng)所 [7]。分析長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉的整體形體尺寸及表面粗糙度等公差要求，容易看出：該零件整體體積較小，各種圓角較多，但圓角尺寸不大，形狀不是很復(fù)雜，因其是連接件，非傳動(dòng)件，故其精度要求不高，但為了保證連接位置的精度配合要求，也需要通過鍛壓機(jī)如圖 2-2所示，初鍛終鍛兩步鍛造成型。頂部頭端的設(shè)計(jì)較為麻煩，內(nèi)孔需在終鍛后用加工中心繼續(xù)加工，并且在設(shè)計(jì)過程中需要考慮其脫膜的角度，防止不易脫膜及卡模等現(xiàn)象出現(xiàn)，包括初鍛及終鍛過程只能鍛造其大體形狀，末端的凹槽需要數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，在鍛造的過程中，因其材料內(nèi)部分子聚集加強(qiáng)，使其組織更為緊密，碳化物分布及流線分布更為合理，故能夠提高鍛件整體熱處理性能及提高其強(qiáng)度及使用壽命。若企業(yè)要求加工花鍵或滑槽，則按實(shí)際工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)零件。按照工廠要求選取鍛件的材料為熱軋鋼 45 鋼，此材料擁有相對(duì)較好的金屬材料穩(wěn)定性，較高的強(qiáng)度，并方便后期機(jī)加工。具體該鍛件的工藝方案及材料相關(guān)屬性如下表及相關(guān)數(shù)據(jù)所述，零件預(yù)期設(shè)計(jì)的實(shí)物圖如圖 2-3 所示。5圖 2-1 長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉零件圖圖 2-2 鍛壓機(jī)實(shí)體圖6圖 2-3 萬向節(jié)叉的預(yù)期實(shí)物圖2.2 零件工藝分析圓筒類零件在終鍛之前都要先進(jìn)行預(yù)鍛，但包括預(yù)鍛和終鍛過程都在鍛壓機(jī)里完成。預(yù)鍛后沿原鍛料毛坯截面軸向剪裁制成模樣近乎鍛件的中間毛坯，從而保證鍛件進(jìn)行最后的終鍛時(shí)使鍛件各處充分填充金屬并且有均勻毛邊，進(jìn)而降低了模槽的磨損損耗，延長(zhǎng)其使用壽命。計(jì)算毛坯在整個(gè)設(shè)計(jì)中起到了關(guān)鍵的作用，對(duì)于鍛件的結(jié)構(gòu)特性，本文首先就選擇采用 45 熱扎鋼。所選定的毛坯具體參數(shù)如下：鍛件毛坯截面積： S 坯 = （1.02～1.05）S 均 =1.03×1841600=1841680mm2鍛件毛坯截面尺寸： A 坯 =60mm 鍛件毛坯長(zhǎng)度： L 坯 =V 坯 / S 坯 =1841680/23021.53=80mm具體鍛造工藝流程如表 2-1 所示。長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉鍛造工藝設(shè)計(jì)材料代號(hào) 45GB－T699-1999工序號(hào) 工序和工步 工序（工步內(nèi)容）與要求 設(shè)備名稱 工具名稱1 下料 冷剪切按“鍛件毛坯小料手冊(cè)” 250t剪床 切刀、卡尺2 加熱 按“鍛件毛坯加熱守則”爐溫1250°C，料溫 1200°C 加熱爐3 拔長(zhǎng) 3t模鍛錘4 滾擠 3t模鍛錘5 預(yù)鍛 3t模鍛錘6 終鍛 自檢：表面缺陷、厚度尺寸、 錯(cuò)差 3t模鍛錘7 熱切邊 切邊溫度 ?500~1250°C 1.6t壓力機(jī) 切邊模8 磨毛刺 要求殘留毛邊不大于 1mm 砂輪機(jī) 砂輪片9 熱處理 對(duì)模槽進(jìn)行淬火、回火處理 熱處理爐10 清除氧化皮11 檢查鍛件質(zhì)量表面缺陷 尺寸200、100、16、61.8 錯(cuò)差 殘 卡尺、500 臺(tái)稱7表 2-1長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉鍛造工藝卡對(duì)于鍛模來說，其種類有很多，單純按照模膛數(shù)量分為單模膛模和多模膛模；按照鍛件的成形過程機(jī)理可分成閉式鍛模及開式鍛模；按照鍛件的加工工序又可分為制坯模、預(yù)鍛模、終鍛模、彎曲模等。按鍛件制造方法可分為整體模和組合模；大多數(shù)公司中按照鍛造設(shè)備來區(qū)分鍛模種類，可分為胎模、錘鍛模、機(jī)鍛模、平鍛模、輥鍛模等。各種各樣的模鍛件滿足了機(jī)械行業(yè)非標(biāo)準(zhǔn)零件的需求，相應(yīng)配套的模鍛件是完全處于凸凹模間進(jìn)行鍛壓成型得到的。通過翻閱相關(guān)書籍、查閱相關(guān)互聯(lián)網(wǎng)資料，定義本設(shè)計(jì)的鍛件為普通鍛件，并且歸類于柱形鍛件。同時(shí)，萬向節(jié)叉鍛件通常是小規(guī)模同標(biāo)準(zhǔn)批量生產(chǎn)，方便機(jī)械流程化、工藝流程化及自動(dòng)生產(chǎn)化，本設(shè)計(jì)采用了開式單型槽熱模鍛，并且選用熱鍛模曲柄壓力機(jī)進(jìn)行模鍛。通過上述圖紙分析及工藝流程的確定，我們可以進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行模具鍛模設(shè)計(jì)及后續(xù) CAE 分析并且可以進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。2.3鍛件鍛?？傮w設(shè)計(jì)方案的確定了解了零件的屬性及材料，我們現(xiàn)在可以選擇合適的鍛模方式設(shè)計(jì)該鍛件的模具，鍛模設(shè)計(jì)的步驟如下：1) 用三維設(shè)計(jì)軟件 SolidWorks，根據(jù)所給二維圖紙的尺寸要求相應(yīng)畫出終鍛件模型，倒好規(guī)定位置的圓角，同時(shí)最重要的是注意選擇合適的拔模斜度，使其順利出模。2) 根據(jù)鍛件的精度、形狀及工廠的實(shí)際生產(chǎn)條件確定好模具分型面、分型線及加工余量公差，借助于軟件的評(píng)估功能，查看鍛件體積 V0和鍛件質(zhì)量 m0，再查閱相關(guān)資料制定較為完善的鍛造參數(shù)，如分型面周邊長(zhǎng)度 L0等參數(shù)。3) 開始分模，插入切削分割，進(jìn)而使模具生成型心和型腔塊（又稱凸模凹模） 。根據(jù)之前生成的三個(gè)曲面實(shí)體： 一個(gè)型心曲面實(shí)體、一個(gè)型腔曲面實(shí)體、以及一個(gè)分型面實(shí)體。運(yùn)用切削分割命令生成鍛件的模具及相同零件的多個(gè)實(shí)例，但本設(shè)計(jì)要求一模具一產(chǎn)品，因此生成了一個(gè)實(shí)例。4) 查閱鍛造設(shè)計(jì)手冊(cè)，考慮飛邊槽充滿參數(shù)、鍛壓力噸位、鍛件質(zhì)量設(shè)計(jì)終鍛模膛，著重設(shè)計(jì)飛邊槽及鉗口留毛邊 重量85) 原材料規(guī)格根據(jù)制坯模膛的要求給出，下料毛坯形狀大小依據(jù)坯料總體積和加熱中的損耗及工藝余塊，料夾頭等方面確定。6) 本設(shè)計(jì)中的萬向節(jié)叉其結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，為了節(jié)約工時(shí)，因此只需在鍛模型槽中一次鍛壓成形即可，即不考慮預(yù)鍛制坯工序，只要求終鍛這一工步即可。7) 講鍛件導(dǎo)入 Workbench 15.0進(jìn)行分析鍛件的溫度場(chǎng)模擬，分析在不同的鍛造溫度下及環(huán)境外界溫度下，鍛件的溫度場(chǎng)的分布情況，以及鍛件的應(yīng)力分布情況，進(jìn)而用 SolidWorks 完善鍛模裝配總圖8) 繪制出二維 CAD圖紙，制定相應(yīng)的說明書。93. 長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉鍛模設(shè)計(jì)3.1鍛件及其鍛模的設(shè)計(jì)3.1.1確定鍛件的分型面及分型線終鍛件在凸凹模間的型槽中擠壓成型，且凸凹模具的接觸面（又稱成型面）將其稱為分型面（分模面） 。分型面與終鍛件的交線稱為分型線。分模之處就是要首先確定此鍛件的分型面及分型線。確定好后才可以進(jìn)行下一步，這是最為基礎(chǔ)的一步，且必須準(zhǔn)確無誤判斷出相應(yīng)位置。分型面的制定原則根據(jù)脫模過程是否容易脫模、成型面是否完好、平衡側(cè)的壓力情況、承受力的一面受壓情況及強(qiáng)度、盡量簡(jiǎn)化鍛造工藝等條件進(jìn)行確定 [8]。同樣分型線也有其自身的確定規(guī)則，分型線盡量平直并且與分型面盡可能在一個(gè)平面內(nèi)。在折分型線確定時(shí)，用兩個(gè)或兩個(gè)以上不同平面的分型面與鍛件相交形成的分型線作為折分型線，將同時(shí)含直線及曲線的分型線稱為彎曲分型線。更為重要的是判斷分型線是否合適時(shí)，需要考慮鍛件的脫膜過程、制造成本及后續(xù)毛坯料利用率等方面考量。選擇合適的分型線的同時(shí)，還應(yīng)滿足其分型線有利于鍛件外形美觀，即流線型外觀較好，對(duì)于高度較高的鍛件，應(yīng)選擇盡量靠近中間部位，這樣能夠保證鍛件不發(fā)生錯(cuò)模現(xiàn)象。此外還應(yīng)該考慮鍛件的非加工面，對(duì)于加工面應(yīng)該盡量減少孔洞及槽的機(jī)加工余量 [9]。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：（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)?，F(xiàn)象；（2）有利于鍛件獲得理想的流線方向；10（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；根據(jù)本論文所涉及的鍛件來說，綜合上述分型理論及其鍛件形狀獨(dú)特性制定的分型面及分型線如圖 3-1、圖 3-2 所示：圖 3-1 長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉終鍛件分型面彎曲分模線圖 3-2 長(zhǎng)安汽車萬向節(jié)叉終鍛件分型線3.1.2 制定鍛件的機(jī)加工余量及公差鍛件在終鍛過程中會(huì)因溫度高下成型使其自身表面氧化、粗糙不平，因此在需要鍛造后機(jī)加工的部位一定要流出足夠的加工余量，這對(duì)于連接件的后續(xù)應(yīng)用極為重要 [10]。當(dāng)然加工余量主要由機(jī)加工設(shè)備的加工精度及鍛件質(zhì)量等屬性確定。為了得到零件的質(zhì)量屬性，需要首先定義其材質(zhì)，定義好后，再在 SolidWorks軟件中在建模模塊中點(diǎn)擊質(zhì)量屬性按鍵，使軟件自動(dòng)估算鍛件質(zhì)量，得到該萬向節(jié)叉的質(zhì)量11屬性如圖 3-3所示。圖 3-3 鍛件質(zhì)量屬性依照工廠的實(shí)際加工條件及鍛件的用途，進(jìn)行半精密級(jí)（用于普通模鍛或半精鍛工藝鍛壓）鍛造，制定主要工作表面粗糙度為 Ra=6.3um 確定該零件的精度屬于普通級(jí)。鍛造過程鍛件會(huì)因根據(jù)鍛造溫度或模具損耗量產(chǎn)生誤差，故要考慮鍛造的工藝及加熱方法等因素。選擇該鍛件類屬于低碳低合金含量鋼的 45 熱軋鋼。外輪廓包容體質(zhì)量為 1 千克。則根據(jù)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，即：S= Mf / MN=0.76，計(jì)算鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù) S。 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(jiǎn)單）： 0.63
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