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1、 毕 业 设 计（论 文）论文题目： 十字轴模锻工艺设计与数值模拟 所属系部： 航空材料工程系指导老师： 职 称： 讲师 学生姓名： 班级、学号: 专 业： 材料成型与控制技术 毕业设计（论文）任务书题目： 十字轴模锻工艺设计与数值模拟任务与要求： 1.根据零件图绘制锻件图，并确定其变形工步。 2.通过变形工步来设计制坯模膛与模锻模膛，并设计锻模结构。 3.deform的数值模拟并撰写说明书 所属系部： 航空材料工程系 学生姓名： 学 号： 24专业： 材料成型与控制技术指导单位或教研室： 航空材料工程系教研室指导教师： 职 称： 讲师 毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情
2、 况指导教师签 字2012年10月23日11月5日选取十字轴零件、收集相关背景信息2012年11月6日11月16选择合理的锻造方法及deform软件模拟2012年11月1711月25资料整理、论文框架设计2012年11月2612月9撰写论文2012年12月10-12月17论文修改改善2012年12月18打印完成教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。十字轴模锻工艺设计与数值模拟 【摘要】本文主要以十字轴为研究对象，以目前国内普遍应用的热锻的诚形工艺为研究前提。设计采用热模锻曲柄压力机锻造，利用传统的模锻工艺：敦粗一模锻一切边，其中模锻又分为预锻和终锻两个
3、过程。以目前国内普遍应用的热锻工艺为研究前提，运用Pro/EDEFORM-3D 软件系统的研究十字轴的成形过程和模具设计。利用 DEFORM-3D 有限元模拟软件对十字轴的成形过程进行模拟。分析应力状态和十字轴成形速率的分析。该方法可得到预定的十字轴锻造锻件图。关键词：十字轴 预锻变形 热模锻 成形工艺Abstract: In this paper, in order to cross-axis for the study, widely used in the domestic hot forging integrity Process premise. Design using hot f
4、orging crank press forging, using traditional forging process: Dun rough forging all edges, which the forging is divided into two pre-forging and final forging process. Domestic hot forging process of universal application for the study of the premise, to use Pro/EDEFORM-3D software system cross sha
5、ft molding process and mold design.DEFORM-3D finite element simulation software to simulate the forming process of the cross shaft. Analyze the state of stress.Analysis and cross-axis forming rate.The method can obtain a predetermined cross shaft forging forging drawingKey words:Cross axle、Hammers t
6、he distortion in advance、Pressure forging Formed craft目 录1 引 言12 冷锻件图的制定22.1 零件的工艺性分析22.2 确定锻件的主要参数32.2.1 分摸面的确定32.2.2 公差与机械加工余量的确定32.2.3 圆角半径的确定32.3 绘制冷锻件图43 毛坯尺寸的确定53.1 坯料体积的计算53.2 计算坯料尺寸64 设备吨位的确定65 模锻工步的选择75.1 模锻工步方案的确定75.2 模锻工步图的绘制76 模膛的设计86.1 终锻模膛的设计86.1.1 确定热锻件图86.1.2 飞边槽的确定96.2 预锻模膛的设计106.3
7、墩粗台的设计107 锻模结构的设计107.1 模块的设计107.2 锻模总体结构及高度尺寸的设计117.3 模膛的布排117.4 顶料装置的设计118 导向装置的设计138.1 导柱的设计138.2 导套的设计138.3 刮圈的设计1410 装配图的绘制1511 锻件的加热规范与后续处理1611.1 锻件的加热规范1611.2 锻件的冷却1611.3 锻件切边的选择1611.4 锻件的热处理1712 deform软件的数值模拟1712.1 上下模膛Pro/E的绘图1712.2 坯料的Pro/E绘图1812.3 deform的数据处理1912.4 deform数据模拟结果与分析2112.5十字轴
8、模拟的缺陷分析与改进24结束语25致谢词26参考文献271 引 言近几年，我国汽车制造业可以说是我国制造业发展的代表，大部分国外厂商的注入，国有品牌的崛起，共同满足着我国国民对私家车日益增长的需求。而汽车转向节中的十字轴正是汽车转向系统中必不可少的组成部分，而且承担着重要分量的安全责任。随着科学技术水平的发展，现阶段生产十字轴的加工方法主要有机加工，热锻，冷挤压等。利用机加工方法生产十字轴，机加工生产出来的十字轴力学性能和金属内部流线结构上受到了限制和破坏，所以一般不易采用此种方法加工。利用热锻方法生产十字轴，由于金属在加热变形过程中，一般情况下其塑性、韧性好，产生断裂的倾向性减少，热锻一般不
9、易产生织构，十字轴的择优取向性较小。利用冷挤压方法生产十字轴，可获得理想的表面粗糙度和尺寸精度，材料利用率高，成形十字轴内部结构组织均匀，有合理的纤维流线分布，但进行冷挤压加工所需要的条件很高，如需要的设备吨位大，模具很容易磨损，生产过程中，从模具设计、润滑到工艺工序的安排都很复杂，而从我国基本国情的角度出发，在我国目前的科学技术水平下，还是有相当的困难，国内使用的还不普遍，而在我国普遍采用热锻方式加工十字轴，我们有成熟的经验可以借鉴，所以，本课题将以热锻十字轴零件为研究对象，对十字轴热锻成形工艺进行研究设计。2 冷锻件图的制定2.1 零件的工艺性分析如下零件图2-1从上可知，该零件属于完全对
10、称图形。十字轴起传递动力的作用，承受很大的载荷，采用强度和韧性都好的的材料20GrMnTi。三个圆柱端面需要机械加工，加上公差余量。以其中一个端面为基准锻造机械加工为成形，该零件采用热模锻曲柄压力机。热锻的成形工艺。利用传统的模锻工艺：墩粗一模锻一切边。由于该零件面为圆弧过渡，只有中间为矩形块，且厚度较小，无需设计起模斜度。零件图2-1 技术要求： 1.热处理后硬度在55-65HRC 2.表面粗糙度为Ra=6.32.2 确定锻件的主要参数2.2.1 分摸面的确定分摸面的基本要求是保证锻件的形状尽可能的与零件形状形同，以及锻件容易从模堂中顺利取出。因此锻件的侧表面上不得有内凹的形状。确定分摸面时
11、应考虑以墩粗成形为主，此外还要考虑提高材料利用率，一般情况下热模锻压力机的分摸面选择原则与锤上模锻相同，因此该零件分摸面选择在零件的最大横截面处.分摸面如下图2-2图2-22.2.2 公差与机械加工余量的确定确定加工余量的方法有计算法、查表法和经验法三种。查表法此法主要以根据工厂的生产实践和实验研究积累的经验所制成的表格为基础，并结合实际加工情况对数据加以修正，确定加工余量。这种方法方便、迅速，在生产上应用较广泛。本次采用查表法。加工余量与公差的确定与锻件形状的复杂程度，成品零件的精度要求，锻件的材质，模锻设备，工艺条件，热处理的变形量，校正的难易程度，机械加工的工序等许多因素有关。经查锻造模
12、具简明设计手册，表5.9知锻件高度上公差为+1.4mm，下公差为-0.7mm.查表5.10知锻件水平尺寸上公差+1.5mm，下公差为-0.7mm.查表5.25知模锻件机械加工单边余量1.75mm。2.2.3 圆角半径的确定锻件上凸起和下凸起的部位均应刚带有适当的圆角，不允许出现锐角。凸圆角的作用是避免模锻在热处理时和模锻过程中因应力集中导致开裂，也使金属容易充满相应的部位。凹圆角的作用是使金属容易流动，防止模锻件产生折叠，防止模堂过早磨损和被压塌。为适应制造磨具所有刀具的标准化，可按照以下序列值设计半径。1.5,2.0 2.5 3.0 4.0 。 在同一锻件上选定的圆角半径规格应该一致。圆角半
13、径的大小与模锻件各部分高度H以及高度H与宽度B的比值H/B有关，可按照下列公式计算：当H/BH/B2时 r=0.05H+0.5 , R=3.0r+0.5当H/B4时 r=0.05H+0.5 , R=3.5r+0.5由公式得该零件H/B=24.98/24.98=1十字轴四个端面的圆角半径r=0.05*24.98+0.5=1.749mm 因此取r=2mm 十字轴四个内端面的圆角半径r=0.05*34.98+0.5=2.249mm 因此取r=2.5mm2.3 绘制冷锻件图锻件图是锻造最后的锻件，是机械加工时指定加工工艺过程，设计加工夹具的依据。一般冷锻件图成为锻件图，用于最终锻件检验和热锻件图设计，冷锻件是指在再结晶温度以下的成型加工产品，是在回复温度以下进行的锻造件。生产中习惯把不加热毛坯进行的锻造件称为冷锻件。综上可绘制锻件图如下图2-2锻件图2-3
