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1、华中科技大学 硕士学位论文 压机自由锻造CAPP研究及开发 姓名：孟锴 申请学位级别：硕士 专业：材料加工工程 指导教师：陈柏金 20090530 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 锻造液压机组柔性制造系统（FMS）的四大核心技术分别是锻造产品的计算机 辅助设计（CAD） 、生产过程的自动化控制（CAM） 、锻造生产及资源需求计划的 制订（ERP） 、锻造工艺计算机辅助设计系统（CAPP） 。锻造工艺 CAPP 系统是 锻造产品计算机辅助设计和生产过程自动化控制的桥梁和纽带，本文的主要工 作内容是对其进行研究和开发。
2、主要完成工作包括：通过对锻造工艺数据库的开发进行深入研究，建立起合理 的实体联系图，细化了整个系统的数据库信息流程，确定出 8 个关系库表结构，初 步建立起锻造工艺数据库，并基本实现了工艺信息的数据库的存取过程。建立起完 整的工艺数据流程，为系统开发设定了正确的方向，并利用成组技术建立起合理的 锻件特征信息编码规则，使其能够准确的描述锻件特征信息，从而为系统提供准确 的设计依据。设定了样板工艺方案的两级检索条件，同时兼顾了最优方案的选定和 工艺检索过程的高效、便捷。在 Windows 环境下，基于 Visual C+6.0 平台进行客户 端应用程序开发，利用 C+语言中的类来构建锻件模型，操作
3、锻件工艺信息；基本实 现了从锻件信息输入开始，经过锻件图制定、锻造工艺工步确定等主要工作界面， 生成锻造工艺卡片的工艺设计过程。经过以上工作，初步建立起压机自由锻造工艺 计算机辅助设计系统。 关键词：关键词：锻造液压机，自由锻造，CAPP，工艺数据库 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract The four key technology of Flexible Manufacturing System (FMS) are Computer Aided Design (CAD), Computer Aided Manu
4、facture (CAM), Enterprise Resource Planning (ERP) and Computer Aided Process Planning (CAPP). Free forging CAPP links the forging CAD and automatic control of manufacturing process. The main work of the subject is to develop a free forging CAPP system. The main work of this subject is as follows:Acc
5、ording to the work of research on forging process database, building linking diagram of models, refining process of database information of the system, and confirming 8 relationship table, initially built a forging process database and accomplished the store and read process the process information
6、database.Set in the right direction for the system development through the work establishing a complete data flow of process. Taking advantage of Group Technology (GT), established a reasonable rule of forging features information coding. It can describe the characteristic information of forging, so
7、 it provided proper basis for the system. A secondary searching condition of processing program was set, so the searching function of the system was convenient and efficient.developed client application program in windows environment based on Visual C+6.0 platform. Forging models were built using cl
8、ass of C+. It can operate forging process information. Worked from the main windows such as forging data input, forging drawings input, It determined the forging process steps and established the framework of FFHPs CAPP system.According to the work as described, a CAD system of press free forging pr
9、ocess is initially established. Key words : Forging Hydraulic Press, free forging, CAPP, process database 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。文中除已经标明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保
10、留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密 。 (请在以上方框内打 “ ” ) 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪绪 论论 1.1 概述 1.1 概述 压机自由锻造是上世纪六十年代逐渐兴起的一
11、种自由锻造方式，它解决了较大 锻件锤锻时芯部不易锻透，锻造效率低下，工作环境恶劣等缺点，产品广泛应用于 航空航天，海陆交通工具，大中型工业生产设备等场合。与之相应的锻造设备 锻造液压机，具有震动小，可靠性高，生产率高(国内锻造液压机的每分钟行程次数 已达 80120 次 1)，能耗低材料利用率高，目前正在逐渐取代传统的锤锻设备成为自 由锻造设备发展的主流。 我国目前的钢铁产量已经跃居世界首位，钢铁企业通过不断的引进吸收先进的 冶炼技术，所生产的坯料重量不断增大。传统的锤式锻造设备的锻造能力和锻造效 果却无法适应这种变化，锻造液压机作为当今自由锻造领域的重要设备，其控制精 度高、震动及噪音小、能
12、耗低等特点得到锻造企业广泛使用 2。与锻造液压机的迅猛 发展相比，压机自由锻造工艺设计却显得相对滞后。压机是利用设备的静压力使锻 件静压成形，锻造效率高；而锤锻设备是利用锤头动能将锻件冲击成形、涉及工步 多，火次明显多于压机锻造工艺，锻造效率低。因此，压机自由锻造工艺方案和锤 锻工艺方案存在差异。目前压机自由锻造工艺设计仍然停留在依靠工艺设计人员的 个人经验上，这种情况显然不利锻造液压机的发展应用。 当前锻压生产的核心是柔性化，压机自由锻造 CAPP 是锻造压机柔性制造系统 的核心技术之一。国内几个重型机器厂、一些大型企业、高等院校和研究所在上世 纪八十末年代开始进行锻造 CAPP 的开发，现
13、在除燕山大学等继续进行这方面的研 究与开发外，其它单位基本停止了这方面的工作。而国外锻造液压机生产厂家 SMS-MEER (德国西马克迈亚公司) 针对锻造液压机提供锻造 CAPP 软件系统，该系 统特点的数据库内容丰富，有着很强的实用性。缺点是价格昂贵，国内企业难以接 受。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 1.2 自由锻造及工艺 1.2 自由锻造及工艺 自由锻造指使用简单的工具将坯料在上下砧块之间产生塑性变形，从而获得所 需形状、尺寸以及技术要求锻件的加工方法 4。自由锻造方式和模锻有很大的不同， 主要体现在自由锻无法精确控制坯
14、料的整体形变。现在的自由锻造方式主要是机器 锻造，手工锻造只占整个自由锻中很小的份额。机器锻造中的锤上自由锻和压机自 由锻两者工艺方案有较大的不同。 1.2.1 自由锻造特点及工艺介绍自由锻造特点及工艺介绍 自由锻造使用工具简单、生产准备便捷、锻件生产周期较短、可以锻打上百吨 重的大型锻件。因此，自由锻是一种重要的锻造加工方法，这使得自由锻造加工方 式在重型机械零部件制造中起着重要的作用。这些零部件在工作时往往承受着巨大 的交变载荷，要求其必须具备优良的组织结构和力学性能，生产中常首先采用自由 锻的方法生产零部件锻件，然后再进行后续机械加工。 工艺方案的设计虽然是一个相对标准化的过程，但是由于
15、其对人和设备及材料 的依赖，工艺设计结果就具有很大的不确定性。另外，在手工工艺设计结果中往往 包含了工艺设计者的偏见。这对工艺方案的质量影响往往是负面的。可以想象一家 中小型的民营企业，其工艺人员的设计水平往往是企业的弱项。即使企业拥有优良 的锻造设备，由于设计人员所设计工艺方案质量无法保证，必然会导致企业的生产 效率低下，产品合格率波动很大，最终影响到企业的利润和竞争力。 1.2.2 自由锻造工序及设计，自由锻造工序及设计， 锻造过程通常由若干个锻造工序组成，根据变形性质和变形程度的不同，自由 锻工序可以分成基本工序、辅助工序和修正工序 3 类 5。 1) 基本工序：锻件的形状是通过一些基本
16、变形工序将坯料逐步锻成的。自由锻 的基本工序有墩粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、扭转、剁切等 5。最常用的就是镦粗和 拔长。 2) 辅助工序：指为了完成基本工序而使坯料预先变形的工序。如钢锭倒棱，预 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 压钳把、分段压痕等 5 。 3) 修整工序：指用来精整锻件尺寸和形状，使其完全达到锻件图要求的工序， 如滚圆、端面平整、弯曲校直等，通常该工序的变形量在所有工序是最小的 5。 自由锻造工艺设计目的是得到合理的设计方案，整个设计过程被工艺方案这个 目标所驱动。按照工艺设计目标，设计人员需要绘制锻件图，查阅工艺标准，确定 工艺信息，得到工艺方案，填写工艺卡片。这个过程的核心步骤是确定工艺方案信 息，即工艺信息决策 6。设计过程具体内容如下: 1) 绘制自由锻件图 锻件的外形轮廓线应采用粗实线，零件的外形
