CAD-CAM技術在摩托車護片鍛模設計中的應用

需完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八CAD/CAM技術在摩托車護片鍛模設計中的應用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技術是改造傳統(tǒng)模具生產方式的關鍵技術，它以計算機軟件的形式為用戶提供一種有效的輔助工具，使工程技術人員能借助計算機對產品、模具、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進行設計和優(yōu)化，從而顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產成本，提高產品質量。模具是工業(yè)產品生產用的工藝裝備，主要應用于制造業(yè)和加工業(yè)。它是和沖壓、鍛造、鑄造成形機械，同時和塑料、橡膠、陶瓷等非金屬材料制品成型加工用的成形機械相配套，作為成形工具來使用的。模具一般分為兩個部分：動模和定模，或凸摸和凹模，它們可分可合。分開時裝入坯料或取出制件，合攏時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用。1.1.2模具CAD/CAM的研究意義隨著功能強大的專業(yè)軟件和高效集成制造設備的出現(xiàn)，模具CAD/CAM能實現(xiàn)制造和裝配的設計、成形過程的模擬和數(shù)控加工過程的仿真，還可以對模具可制造性進行評價，使模具設計與制造一體化、智能化。此次設計是鍛模的設計及應用。鍛模是模鍛時使坯料成形而獲得鍛件的模具。鍛模的設計方法和生產實際是緊密相關的。將金屬坯料加熱使其具有較高的塑性，然后放在鍛造設備上，利用通用工具或專用模具對其施加壓力，迫使其發(fā)生塑性變形并流動，從而獲得所需的鍛件，這種壓力加工生產方法稱為鍛造工藝。而鍛模設計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沖擊或重負載的沖壓下，在使用過程中常處于急冷、急熱和冷熱交變狀態(tài)，因此模具材料應具有很高的強度、韌性和耐磨性。 1.2國內外研究現(xiàn)狀模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分別發(fā)展的基礎上發(fā)展起來的，它是計算機技術在模具生產中綜合應用的一個新的飛躍。模具CAD/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產方式的關鍵技術，是一項高科技、高效益的系統(tǒng)工種。它以計算機軟件的形式，為用戶提供一種有效的輔助工具，使工種技術人員能借助于計算機對產品、模具結構、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進行設計和優(yōu)化。模具CAD/CAM的發(fā)展狀況符合通用CAD/CAM 軟件的發(fā)展進程。目前通用CAD/CAM 軟件的發(fā)展現(xiàn)狀如下:CAD技術經歷了二維平面圖形設計，交互式圖形設計、三維線框模型設計、三維實體造型設計、自由曲面造型設計、參數(shù)化設計、特征造型設計等發(fā)展過程。近年來又出現(xiàn)了許多先進技術，如變量化技術、虛擬產品建模技術等。隨著互聯(lián)網的普及，智能化、協(xié)同化、集成化成為技術新的發(fā)展特點，使CAD技術得以更廣泛的應用，發(fā)展成為支持協(xié)同設計、異地設計和信息共享的網絡CAD。我國CAD/CAM的研究應用與工業(yè)發(fā)達國家相比還有較大差距，主要表現(xiàn)在：（1）CAD/CAM的應用集成化程度較低，很多企業(yè)的應用仍停留在繪圖、NC編程等單項技術的應用上。（2）CAD/CAM系統(tǒng)的軟、硬件均依靠進口，自主版權的軟件較少。（3）缺少設備和技術力量，有些企業(yè)盡管引進CAD/CAM系統(tǒng)，但其功能沒能充分發(fā)揮。1.3 本課題研究內容此次設計是Mastercam軟件在摩托車護片型面加工中的應用，它包括兩部分內容，即：一是摩托車護片模具的設計，二是摩托車護片模具型面的仿真加工。這是CAD/CAM技術在鍛模生產中的應用實例。摩托車護片是摩托車前部用于穿接電纜的零件，起保護作用，它的作用決定了它的結構特征，通孔多槽，相應的模具設計雖然簡單，但是比較精湛。摩托車護片型面的加工，因為Mastercam軟件的應用，大大的提高了模具精確度和生產效率，縮短了生產周期，淋漓盡致地發(fā)揮了CAD/CAM技術在模具生產中的作用。由于本人水平有限，本論文中必然存在許多缺點和不當之處，敬請老師批評指正。2 摩托車護片模具的設計2.1零件結構和工藝分析2.1.1零件結構分析 圖2-1 摩托車護片零件圖如圖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，起保護作用，在整個摩托車構造中起著至關重要的作用，所以其中部都是槽，并且穿透整個零件，光從其形狀上看，該零件體積小，只是一個有著多個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)省加工時間，降低成本。同時，材料通過鍛造，可以使其內部組織細密，碳化物分布和流線分布合理，從而能達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；按工序性質可分為制坯模、預鍛模、終鍛模、彎曲模等。通常鍛模是按鍛造設備來區(qū)分，可分為胎模、錘鍛模、機鍛模、平鍛模、輥鍛模等。模鍛件是完全在鍛模型槽中進行鍛壓成形的鍛件，各種各樣的鍛模是為了滿足各種各樣模鍛件的需要。結合本設計中的零件特征和要求及相關標準，該零件為普通模鍛件，并且為長形鍛件中的一類。摩托車護片一般為批量生產，根據其結構特點和要求及各種分類標準，本設計采用開式單型槽熱模鍛，并且選用熱鍛模曲柄壓力機進行模鍛。 根據以上分析，確定該模鍛件的模鍛形式和模鍛條件等，那么，本設計的目標之一即鍛模型槽設計(鍛模設計)可以進行了。2.1.3鍛模設計方案的確定通過以上的零件結構和工藝的分析，選擇此鍛模方式來設計該零件的模具設計。鍛模設計的一般步驟大致如下：1) 設計鍛件圖。根據制件圖，鍛件精度，和其他生產條件，確定分模面，加工余量及公差，模鍛斜度，圓角半徑，設計沖孔連皮。繪出鍛件圖后計算鍛件基本參數(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和鍛件質量m0。2) 設計終鍛模膛。在鍛件圖基礎上根據鍛件收縮率繪出熱鍛件圖，熱鍛件圖就是終鍛模膛加工圖。然后設計鉗口和飛邊槽，有預鍛工步時還需設計預鍛模膛。3) 確定模鍛設備噸位。按終鍛工步計算鍛壓力，確定模鍛設備類型的噸位并校核飛邊槽設計；重新計算包括飛邊槽橋部在內的投影面積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和鍛件總質量M。4) 設計制坯模膛。圓盤類鍛件比較簡單，長軸類鍛件還要繪制計算毛坯圖確定制坯工步。5) 根據制坯模膛的要求，確定原材料規(guī)格，根據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，給出鍛模技術條件，再繪制鍛模零件圖。對于本設計中的零件，因其結構比較簡單，只要在鍛模型槽中一次鍛壓成形即可，也即是只要一個終鍛工步，而無須預鍛工步和制坯工步，所以型槽的設計也只要終鍛型槽即可。那么本設計的過程如下：1) 設計并繪制鍛件圖；2) 設計終鍛型槽；3) 確定模鍛設備噸位；4) 鍛模結構設計；5) 繪出鍛模裝配總圖，給出鍛模技術條件，并繪制鍛模零件圖。2.2鍛件圖的設計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。冷鍛件圖供鍛件檢驗和生產管理用，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計。熱鍛件圖是供制造模具使用。通常根據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）在零件上需要經過機械加工的表面，在鍛件上則應留出相應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，摩托車護片的特征為薄壁多槽、多圓角，且精度要求不高。所以在設計鍛件圖時，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、最基本的結構要素。確定分模面的原則：1)容易脫模 2)成型良好 3)平衡側壓力 4)保證承力面強度 5)便于檢查錯移 6)簡化鍛模制造。 根據零件形狀的特點和鍛造工藝的需求，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 由兩個或兩個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，關系到鍛件質量、鍛造操作、模具制造和材料利用率等一系列問題。為了提高鍛件質量、保持生產過程的穩(wěn)定性和獲得最低的成本，在滿足上述分模原則的基礎上，對于開式模鍛確定分模線位置時還應考慮以下幾個因素：（1）在鍛件的高度方向上選擇分模位置時，應盡量選取中間部位，這樣能確保鍛件自由出模，對金屬沖填型槽也有利，同時還便于發(fā)現(xiàn)錯模現(xiàn)象；（2）有利于鍛件獲得理想的流線方向；（3）對于盤類鍛件（ H D ） ，應取徑向分模，而不宜取軸向分模；（4）應有利于鍛出零件的非加工表面，對加工表面也應盡量減少鍛件凹槽和孔等的機械加工余量；（5）有利于鍛件切邊時的定位和切邊。本設計中的零件，根據其形狀特征，結合以上分模原則，采用上下不對稱的曲線分模，這也是該零件的獨特之處。 彎曲分模線FM 相應的曲面為分模面，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，鍛件表面會氧化、脫碳、粗糙不平。鍛件上需要機械加工的部位，都應有加工余量。對重要承力件因檢驗或機械加工定位需要，還應給予必要的工藝余塊。加工余量主要由鍛件質量、制件機加工精度和鍛件復雜程度查表確定。2.2.2.1.1估算鍛件質量 預選加工余量為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 鍛件的精度等級可分為：普通級（用于粗鍛或普通模鍛工藝鍛壓）、半精密級（用于普通模鍛或半精鍛工藝鍛壓）、精密級（用于精鍛工藝鍛壓）。一般情況下,表面粗糙度Ra小于1.6m需要精加工,其加工余量要適當增加。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（用于粗鍛或普通模鍛工藝鍛壓）。2.2.2.1.3計算鍛件的形狀復雜系數(shù)S 鍛件形狀復雜系數(shù)S是鍛件質量Mf與相應的鍛件外廓包容體質量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=Mf / MN=Vf / VN根據S值的大小，鍛件形狀復雜系數(shù)分為4級：S1級（簡單）： 0.63 S 1S2級（一般）： 0.32 S 0.63 S3級（較復雜）：0.16 S 0.32S4級（復雜）： 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根據公式：S = Vd / Vb =54580.24 mm3 / 74996.29mm3 = 0.73 因為0.630.731所以該零件的形狀復雜系數(shù)為 S1，其復雜程度為簡單。2.2.2.1.4 模鍛件的加工余量的構成 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標準表格。查參考文獻1表5-3和表5-4；其具體尺寸見鍛件圖2-2。2.2.2.2 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、模膛磨損及上下模運動誤差都會導致鍛件尺寸出現(xiàn)偏差。模鍛件公差主要由鍛件質量M、鍛件形狀復雜系數(shù)S、材質系數(shù)M和分模面形狀決定，同時還要考慮鍛造工藝、鍛造設備和加熱方法等。2.2.2.2.1材質系數(shù)M材質系數(shù)按鍛壓的難易程度劃分等級，材質系數(shù)分為四類：（可鍛性依次降低：優(yōu)、良、一般、差 ），材質系數(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。因為該零件材料為35#熱軋鋼，故此材質系數(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，鍛件與模膛側壁接觸部分需帶一定的斜度，這斜度稱為模鍛斜度,如圖2-4所示。它有外模斜度和內模斜度之分。鍛件在冷縮時趨向離開模壁的部分為外模鍛斜度，用表示；反之為內模鍛斜度，用表示。模鍛錘、鍛壓機和螺旋壓力機上鍛件的外模鍛斜度，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1。內模鍛斜度按外模鍛斜度值加大2或3（15除外）。 當模鍛設備具有頂料機構時外模斜度可縮小2或3，但一般不宜小于3。為了便于模具制造，采用標準刀具，模鍛斜度可按下列數(shù)值選用：015,030， 10，1030，20，30，50，70，100，120，150 ，由查參考文獻1表5-8，L/B=1；H/B1，確定模鍛斜度為50 。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和充滿型槽，提高鍛件質量并延長鍛模的壽命，模鍛件上所有的轉接處都要用圓弧連接，使尖角、尖邊呈圓弧過渡，即為圓角。圓角分外圓角和內圓角，在制件公差允許條件下圓角半徑應盡可能大。（1） 內圓角半徑r 模膛內凹處的圓角半徑r稱為內圓角半徑，內圓角通常用以連接腹板、凹槽底與其相臨之側壁。它與鍛件上的外圓角半徑相呼應。r太小，會使鍛件成形困難，導致鍛模因應力集中開裂。一般情況下r取值按下式確定：r = 余量 + 式中 零件上相應處圓角半徑或倒角r值也可按參考文獻1表5-9取值。 （2）外圓角半徑R模膛內凸處的圓角半徑R稱外圓角半徑,外圓角一般位于肋或凸臺的側面與頂面的相交處。它與鍛件上的內圓角半經相呼應，R太小,會使脫模困難,還會造成模鍛時金屬流動形成的纖維被割斷甚至產生折疊。一般情況下R值按下式確定:R = （1.52.5）r也可按參考文獻1表5-10確定。 為了便于模具制造時采用標準刀具，圓角半經應按下列標準值選定：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，結合零件圖，本設計中取外圓角半徑r=5mm；內圓角半徑R=3；未注圓角半徑為r=1mm。2.2.5沖孔連皮的設計 零件的透孔在終鍛型槽內是不能直接鍛出的，只能鍛成盲孔，即在上下模之間留出一層連皮。這是因為要將孔內的金屬全部排除不但很困難，而且使型槽內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。 設計鍛件圖時，根據不同情況，有三種方式來處理零件上的透孔：（1）留實心余塊 當模鍛件上的沖孔直徑小于2530mm時，型槽凸起部分的沖頭，強度很難保證，且容易磨損，這時孔不必鍛出而留實心余塊，待以后切削加工。（2）盲孔（壓窩） 當鍛件高度h大于孔徑d的70%（h/d1。7）時，或當h/d1，且d40時，一般設計成兩邊帶有盲孔的鍛件，模鍛生產中不沖穿，待以后切削加工。盲孔深度h10.50.8d，孔底部作成半球形的壓窩。（3）沖孔連皮 根據沖孔部分的高度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心余塊即可，也即是在型槽設計時該部位無須設計沖頭。2.2.6繪制鍛件圖的技術條件 在鍛件圖上有許多要求，一般列入技術條件中，它同樣是檢驗鍛件的依據。技術條件的主要內容有： （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）允許錯移、翹曲量和殘余毛邊的大?。?（4）鍛件的熱處理方式及硬度要求； （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，如對重要鍛件所要求的宏觀纖維方向、金相組織、機械性能等要求； （8）鍛件的類別及試驗項目的取樣部位和方向等。根據以上內容結合此零件圖要求得出鍛件圖上應標明的技術條件如下： （1）圖上未標注的模鍛斜度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）圖上未標注的圓角半徑R=1mm。根據余量和公差繪制鍛件圖如圖2-5示：圖2-5 摩托車護片鍛件圖2.3終鍛模膛設計2.3.1 熱鍛件圖2.3.1.1 收縮率終鍛模膛應根據比鍛件圖尺寸放大了一個收縮量的尺寸來制造。收縮率的數(shù)值一般取決于鍛件材料及鍛模的預熱溫度。終鍛模膛易磨損處，在制造時，應在鍛件下偏差范圍內，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上加放收縮率 公式L =l（1+）式中： L 熱鍛件圖基本尺寸(mm)； l 冷鍛件圖上相應基本尺寸(mm)； 終鍛溫度下金屬的收縮率，鋼為1.2%1.5%。對于無坐標中心的圓角半徑，不放收縮率。對薄而寬或細而長的鍛件，由于在鍛模中先冷卻，收縮率應當取下限。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，鍛件若有內孔，要在熱鍛件圖上繪出連皮形狀并標明尺寸。在熱鍛件圖上不繪出制件輪廓線，也不標注鍛件公差，除此以外還要注意以下幾點：1) 熱鍛件圖高度尺寸從分模面標注起，便于鍛模制造和檢驗。2) 在終鍛模膛易磨損處，可在鍛件負公差范圍內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增大尺寸,以避免鍛件缺陷。4) 當鍛錘噸位不夠易產生模鍛不足時,熱鍛件圖上高度尺寸應適當減少；當鍛錘噸位偏大鍛模承擊面可能壓陷時，熱鍛件圖上高度尺寸應適當增大。無論是減少或增大高度尺寸，都應限制在鍛件尺寸公差范圍內。5) 鍛件上某些部分在切邊或沖連皮時會產生拉陷變形，熱鍛件圖上應考慮彌補量。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多槽、多圓角，結合鍛件圖，繪制熱鍛件圖如圖2-6。圖2-6摩托車護片熱鍛件圖2.3.2確定模鍛設備噸位 模鍛設備的選擇包括設備類型的選擇和設備能力的選擇。正確選擇模鍛設備必須具備工藝和設備兩方面的知識。同時還要注意市場動向，技術發(fā)展，資金和管理能力，以及對環(huán)保、勞保等方面的影響。 模鍛設備噸位選擇恰當，既能獲得優(yōu)質鍛件，又能節(jié)省能量，保證正常生產，并能保證鍛模具有一定的壽命。 2.3.2.1熱模鍛曲柄壓力機模鍛工藝特點曲柄壓力機模鍛工藝特點如下： （1）鍛件精度較錘上模鍛精度高； （2）曲柄壓力機上模鍛件內部變形深透而均勻，流線分布也均勻、合理，保證了力學性能均勻一致； （3）曲柄壓力機上的模鍛，容易產生大毛邊，金屬沖填上下模差異不大； （4）曲柄壓力機模鍛具有靜壓力的特性，金屬在型槽內流動較緩慢，這對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，曲柄壓力機模鍛時，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。又由于實現(xiàn)組合式模具，便于制造、修理和更換，其材料和加工費也隨之下降。2.3.2.2計算鍛件的主要參數(shù)（1）鍛件在垂直于鍛壓力的平面上的投影面積F d F d = 84.5 *36.7 mm2 = 3101.15mm2（2）鍛件周邊長度L L d = 256mm （3）鍛件體積V V d = 54580.24 mm3 （4）鍛件質量m d m d = 0.43Kg2.3.2.3曲柄壓力機噸位選擇 熱模鍛壓力機的噸位應根據鍛件在終鍛時的最大變形力來確定。為避免因過載而導致悶車現(xiàn)象的產生，壓力機的使用噸位應控制在公稱壓力的80%以下。 關于模鍛變形力的計算，盡管有不少理論計算方法，但因模鍛過程是一個短暫的動態(tài)變化過程，受到諸多因素的制約，要獲得準確的理論是很困難的。因此，生產中，為方便起見，多用經驗公式或近似解的理論公式確定設備噸位。有時，甚至采用更為簡易的方法，即參照類似鍛件的生產經驗，通過類比來選擇設備噸位。 本設計采用經驗公式計算選擇。經驗公式： P = (6473) KF鍛 式中： P 模鍛所需壓力(kN)； K 鋼種系數(shù)（kN/cm2），一般可取0.91.25，高強度鋼應取上限； F鍛 包括毛邊橋部在內的鍛件水平投影面積（cm2）。注：式中系數(shù)對于形狀簡單，圓角較大的鍛件可取下限，反之對于形狀復雜，薄壁高筋及圓角較小的鍛件應取上限。本設計中，鋼種系數(shù)選1，包括毛邊橋部在內的鍛件水平投影面積為 ：F鍛 = F d + Fq = 3101.15 + 71.4X2 = 3243.95 mm2計算鍛壓力為 P = （6473）*1 *3243.95* 10-4 =20.7623.68kN所以結合壓力機的使用噸位應控制在公稱壓力的80%以下的原則，我選用公稱壓力為10000kN的曲柄壓力機。2.3.2.4 飛邊槽的設計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計飛邊槽，其形式和尺寸對鍛件質量影響很大。曲柄壓力機模鍛飛邊槽有以下三種形式：型 ，型，型。 型 型 型 圖2-7毛邊槽結構形式 在曲柄壓力機上模鍛時，飛邊的阻力作用相對減小，飛邊槽主要是排泄和容納多余金屬。本設計選用形式的飛邊槽。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。設計飛邊槽目前有計算法和噸位法兩種方法，本設計選擇噸位法。表2-1飛邊槽尺寸鍛壓機噸位（kN）h/mmb/mmh1/mmr/mmR1/mm6 30010 00016 00020 00025 00031 50040 0001.01.51.52.02.02.52.53.02.53.03.54.04546566668566686881515202020250.51.01.01.51.52.02.03.03.03.54.0由前面的計算鍛壓機噸位為10000kN，查表2-1易得所需飛邊槽尺寸為：h = 2mm，b = 6mm，h1 = 6mm，r = 15mm，R1 = 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?shù)姆糯笈c縮小。當飛邊槽倉部至模塊邊緣的距離小于2025mm時，可將倉部直接開通至模塊邊緣。本設計采用開通的倉部。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，已指出該鍛件的模具型槽設計無須預鍛型槽和制坯型槽，也就是說無須預鍛工步和制坯工步，關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截面積，以保證終鍛時，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。按上述要求計算的坯料，通常稱為計算毛坯。那么表示計算毛坯的計算毛坯截面圖和計算毛坯直徑圖合稱為為計算毛坯圖。計算毛坯圖較直觀地反映了金屬沿鍛件軸線的分配情況。要將原材料變成計算毛坯圖的形狀，其制坯難易程度可用以下系數(shù)來衡量： = d最大 /d均 = L件 /d均 K = （d拐 d最小）/ L桿 G = 鍛件重量式中： 金屬流入頭部的系數(shù)； 金屬軸向流動系數(shù)； K 桿部錐度系數(shù)； d最大 計算毛坯的最大直徑； d最小 計算毛坯的最小直徑； d拐 桿部與頭部轉接處的直徑，即拐點處的直徑，可按計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 計算毛坯桿部長度； V桿 計算毛坯桿部體積。 以上四個參數(shù)，稱為繁重系數(shù)。其具體含意為：表明流到頭部金屬的量，值愈大，頭部需要積聚的金屬體積愈大；表明金屬軸向流動的路程，值愈大，流動的路程愈長；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，制坯時需要轉移的金屬量愈多。以上述繁重系數(shù)為依據，對照從生產經驗總結而成的圖表，如圖2-8示，可得出制坯工步的初步方案。是否采用此方案，應根據實際生產條件、鍛件形狀的復雜程度及生產批量進行綜合分析，必要時可作出修改。 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； 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K 0.05時，宜用拔長加上閉式滾壓制坯； 拔-開滾 當0.02 K 0.05時，宜用拔長加上開式滾壓制坯； 拔-卡 當K 0.02時，可用拔長加上卡壓制坯。通過計算本鍛件的相關系數(shù)，由以上的分析過程查圖表得，本設計無須制坯工步，直接模鍛成形即可。2.4.2 確定毛坯尺寸關于坯料，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 = （1.021.05）F均坯料截面尺寸： A坯 = 坯料長度： L坯 =V坯/ F坯代入相關數(shù)據計算得： 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 / 810.5490 mm （V坯=Vd+Vq=54580.24+18278.4=72858.64mm3）2.5機鍛模結構設計2.5.1 模架結構型式 模架是用做緊固模塊并傳遞鍛壓機頂料運動的主要部件,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、導向裝置和緊固裝置組成。把鍛件從模膛中推出的機構稱為推出器。用以保證上下模工作時互相對正的裝置稱為導向裝置，機鍛模導向裝置一般由導柱導套組成。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如下：1) 定位準確，緊固牢靠，是熱模鍛壓力機的典型結構。2) 適用于鍛件產量大，要求精度高，品種不太多的生產場合。鍵式模架的特點如下：1) 結構比較簡單，模架安裝、更換、調整比較方便。2) 鍵式模架適用于生產量大，模具更換不很頻繁的情況。綜合上面的考慮，本次設計用的是熱模鍛曲柄壓力機，因此選用窩座式模架。252 模架設計1) 根據鍛件圖計算鍛壓力確定鍛壓機噸位和型號。根據鍛件模架生產品種、生產綱領和生產方式確定模架結構型式。2) 根據鍛壓機安?？臻g尺寸及封閉高度調節(jié)量確定模架封閉高度及寬度和長度。通用模架可根據壓機噸位及鍛件變形工步數(shù)查有關資料確定。3) 根據鍛壓機推料機構和布置和推料行程設計模架內出料器，確定推桿數(shù)量、推桿位置及推桿長度等。4) 根據模塊尺寸及操作方式確定模架內模塊布置及相互距離。5) 根據鍛壓機噸位及鍛件尺寸設計導向裝置。253鍛?？傮w結構曲柄壓力機滑塊速度低，工作平穩(wěn)，裝有頂出裝置，模鍛時上、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。 曲柄壓力機用組合鍛模結構根據工位數(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構、雙工位矩形鑲塊壓板緊固結構、三工位圓形鑲塊壓板緊固結構、三工位圓形鑲塊壓環(huán)或鋼珠止動螺釘緊固結構和四工位矩形鑲塊十字鍵槽與平槽定位結構。圓形鑲塊具有便于加工及節(jié)省模具材料等優(yōu)點，主要適用于形狀簡單的旋轉體鍛件。因不能調節(jié)水平方向的錯移，因此逐漸少用。矩形鑲塊調整方便，適于任何形狀的鍛件。故本設計采用單工位矩形鑲塊斜楔緊固結構。其結構特點如下：(1) 鍛?？梢圆捎媒M合結構。(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上。(3) 鍛模內設有下頂出裝置。(4) 多為單腔鍛模。(5) 多設有導向裝置。見圖2-9所示: 圖2-9 鍛?？傮w結構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導向裝置,8緊固壓板254 機鍛模的閉合高度鍛壓機滑塊運動到下止點時，機鍛模閉合。這時上模座上端面到下模座下端面的距離H稱為機鍛模的閉合高度。上下對稱的機鍛模，各部分高度尺寸應符合下列三項要求 （1） H=A+0.75a式中 H鍛模閉合高度； A熱鍛模壓力機最小封閉高度； a熱模鍛壓力機封閉高度調節(jié)量。 （2） 2（h1+h2）=(0.600.65)H 式中 h1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17.520，以保證修復量。（3） h4=h飛式中 h4鍛模閉合時上、下模之間最小間隙；h飛飛邊槽橋部高度。 機鍛模閉合時必須保證h4，以補償各種誤差，防止悶車。2.5.5 鑲塊設計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 = （11.5）h 40mm 式中： h 模膛邊緣的深度。模壁厚度與模膛形狀的關系有兩種：B h ; B (0.6-0.65)h 圖2-10 模壁厚度與模膛形狀的關系通過分析鍛件圖本設計選擇第一種，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。鑲塊模膛的底部厚度h1應不小于（0.60.65）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，模膛底部厚度也應符合上述條件，以便采用標準模板的墊板來補償翻新量。 鑲塊在閉合狀態(tài)時的總高度H模應不大于（0.350.4）H。圖2-11 鑲塊底部厚度與鑲塊高度的關系鑲塊的具體尺寸見零件圖，為了使整體協(xié)調，局部尺寸可作適當?shù)恼{整。2.5.5.3數(shù)據核算 為保證鑲塊工作的安全可靠性，必須對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 壓力機的公稱壓力 （kN）； F 鑲塊與模座墊板的有效承壓面積 （mm2）。核算如下： p = P / F = 10000 / （126 * 46） 1.73 MPa 3000 MPa 顯然，本設計是符合要求的，也是合理的。2.5.6 頂料裝置設計模架內設有頂料裝置，用于傳遞熱鍛模壓力機頂桿的頂料力，頂料裝置的可靠與否直接影響鍛模的效果。熱鍛模壓力機一般配有34個頂桿。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。本設計頂料裝置采用直接式。因為這種頂料機構簡單可靠。熱鍛模壓力機的頂桿直接推頂模架內的頂桿，見圖2-12，具體裝配位置見圖紙。圖2-12 直接式頂料裝置1頂桿，2彈簧2.5.7 導向裝置設計導向裝置的作用：減少模具錯移，提高鍛件精度，便于模具調整。導柱要有足夠的強度和剛度以承受模鍛過程中產生的錯移力。結構設計：包括導柱、導套和刮圈等零件。材料：導柱應具有較好的韌性和耐磨性，采用20Cr,滲碳淬火。導套、襯套、刮圈和導柱做相對的運動，為使運動性能好，不容易被咬合，導套材料和刮圈采用銅質材料和青銅材料或黃銅。具體結構見圖紙。表2-3導柱設計序號鍛模壓力機/MNDD1LfRd0hk名義尺寸偏差名義尺寸偏差16.365-0.02065+0.065+0.045100105M10151721090-0.02390+0.085+0.060140156M121822316110-0.023110+0.095+0.070170208M142528420140-0.027140+0.110+0.0802202010M162540導柱的選用見上表，該熱鍛模壓力機的公稱壓力為10MN,具體裝配位置見圖紙。表2-4導套設計序號鍛模壓力機/MNDD1Llabcfr標稱尺寸偏差標稱尺寸偏差16.365.2+0.03080+0.055+0.033125124221321090.25+0.035110+0.070+0.0451701552.5324316110.25+0.035130+0.085+0.0582002052.5325420140.3+0.040160+0.085+0.0582302563325導套的選用見上表，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：當鍛件體積大、批量大、形狀復雜、變形量大、精度要求高時,要選用好材料。結合前面的分析，本設計的鍛造過程非常簡單，一次定型，鍛壓力也不是太大，對模具沒有什么特殊的要求，所以對模具材料要求并不高，只要滿足鍛壓需求且經濟即可。查閱文獻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鍛模壽命鍛模壽命是牽涉面廣、比較復雜的問題，可以從以下四個方面采取措施提高壽命：1) 合理設計鍛模；2) 合理設計鍛件；3) 合理設計鍛造工藝；4) 合理使用和維修鍛模。2.5.8.4模具設計時還應注意以下問題：1) 上凸模及下凸模的拔模斜度應足夠大，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) 鑲套結構，且凹模鑲套上要設計有定位臺階，以方便對模。26鍛模圖的繪制 設計進行到這里，所有的數(shù)據計算工作已完成，結合前面的計算分析，下面開始繪制鍛模零件圖。 因為該零件結構的獨特性，采用曲線分模，而且只要一次鍛壓成形即可，所以鍛模的結構也非常簡單?，F(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)模具生產方式的關鍵技術，是一項高科技、高效率的系統(tǒng)工程。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，產品對模具的要求越來越高。傳統(tǒng)的模具設計與制造方法不能適應工業(yè)產品及時更新?lián)Q代和提高質量的要求。隨著計算機技術在模具生產中的不斷應用，模具設計和制造的效率和質量大大提高了，成本也降低了。工程技術人員借助于計算機對產品的性能、模具結構、成形工藝、數(shù)控加工及生產管理進行設計和優(yōu)化。模具CAD/CAM技術的發(fā)展也很快，應用范圍日益擴大。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技術是模具生產革命化的措施，是模具技術發(fā)展的一個顯著特點。 本設計中的摩托車護片模具，屬于鍛模模具，它的型面仿真加工也就是鍛模CAD/CAM技術的應用。具體的仿真加工過程如下詳細分析。3.2 Mastercam軟件介紹 Mastercam 是CAD/CAM（計算機輔助設計和制造）一體化軟件，它集二維繪圖、三維實體設計、曲面設計、體素拼合、數(shù)控編程、刀具路徑模擬及真實感模擬等功能與一身。 作為一個CAD/CAM集成軟件，Mastercam系統(tǒng)包括設計（CAD）和加工（CA