近等截面镦粗大高径比试样防失稳模具设计及成形模拟(附件)【字数：14537】
摘 要摘 要 实际镦粗应用中，经常会遇到高径比超出正常范围的近等截面长轴件的镦粗实例，要合理地处理这类的问题，则需要提出合理的方案出来，使工件在镦粗过程中能够在不失稳的情况下，成功得到所需形状的工件。通过模具结构的改进及合理的设计，可以快速方便的设计出所需的整套模具并对其进行进一步的完善，这就大大提高了工作效率，同时也大大地节约了资源。 锻造在实际的生活中有着广泛地应用，镦粗正属于锻造中冷锻的一种，本文主要介绍和近等截面大高径比防失稳镦粗模具设计相关的方案的设计过程，主要包括设计方案的的提出，再到各个零件的结构设计及整套模具的成形，最后对其镦粗过程进行模拟，再通过验证进行不断地完善修改，以得到能够解决此问题的一套方案；此外，在设计的过程中，还涉及到了对压力机及各个模具材料的选取以及选取原则，需要根据坯料的选取以及各个零件的工作环境及受力情况进行合适的选取。对于高径比大于3的试样在镦粗过程中失稳现象时有发生，所以提出可靠实用的方案对于生产来说及其重要，并且还需要对所设计的模具通过DEFORM-3D来进行模拟，来检测所设计的模具的可靠性以及所得到的零件是否符合要求。通过使用Pro/E与DEFORM-3D来进行镦粗模具辅助设计以及模拟分析可以不仅大大降低生产成本，而且还将设计的精确度大大地提高了、同时也尽可能地缩短了工作时长，因此可以大大提高生产效率。关键词大高径比试样；镦粗；防失稳；模具设计；成形模拟
目 录
第一章 绪论 1
1.1 锻造概论 1
1.2 模锻概论 1
1.3 大高径比试样的镦粗变形理论 2
1.4 镦粗变形曲线 2
1.5 CAD/CAE及Pro/E概述 3
1.6 DEFORM在镦粗中的应用 4
1.7 关于本文的主要内容简介 5
第二章 近等截面镦粗大高径比试样防失稳方案的确定 7
2.1 零件分析及坯料计算流程 7
2.1.1 坯料的相关尺寸计算 7
2.1.2 坯料高径比的分析 8
2.2 对于高径比试样防失稳方案的确定 8
2.3 临界高度计算及确定 9
第三章 防失稳模具结构设计 10
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3.1 防失稳模具的整体设计思路 10
3.2 支撑滑块的尺寸设计及确定 11
3.3 上模座的结构设计方案 12
3.3.1 上模座矩形板的结构设计 12
3.3.2 上模板以及冲头的结构设计 13
3.3.3 滑块顶板的相关设计 16
3.4 下模座的结构设计方案 16
3.5 凹模固定板的结构设计方案 18
3.6 凹模的结构设计 19
3.7 顶出机构的确定 21
3.8 防失稳镦粗模具整体结构 22
3.9 镦粗设备及模具材料的选择 23
3.9.1 压力机的选择 23
3.9.2 液压机参数的确定及选择 24
3.9.3 关于模具材料类型的选择 25
第四章 近等截面镦粗大高径比试样防失稳模具的成形模拟 27
4.1 近等截面镦粗大高径比试样模拟过程简述 27
4.2近等截面镦粗大高径比试样有限元模拟结果分析 30
4.3 有限元模拟结果总结 32
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
附录 模具成型零件及装配二维图 36
第一章 绪论
1.1 锻造概论
通过将锻压机施加到金属坯料上以后使其产生一定的塑性变形从而来获得一定的内部组织和性能，并且还具备有一定的形状、尺寸和质量的锻件的加工过程，这个过程便称为锻造[1]。金属经过锻造之后，不仅可以消除金属在铸造中产生的一些缺陷，例如使铸造时产生的气泡焊合，缩松压实，还可以使组织内部一些粗大的块状碳化物细化，同时也能细化晶粒等，同时金属中完整的金属流线也能被保存下来，因此通过锻造得到的零件比一般的铸件的性能组织要好的多，也因此，广泛运用于工业生产中。在实际工业生产中中，对于一些承受压力较大、工作环境比较恶劣的零件，通常都采用锻造成型的方式来获得所需要的零件。
1.2 模锻概论
模锻是指金属在外加载荷的作用下而发生一定量的塑性变形从而可以充满模膛，最终获得锻件的一种加工方法。同时，在模锻时，坯料的变形以及流动规律是满足自由锻金属变形规律的。总的来说，模具的形状对金属流动变形的影响主要有以下几个主要方面：决定锻件的最终形状和尺寸；影响金属的流动方向；控制主要的塑性变形区；它也可以通过限制坯料来提高金属的可塑性和控制钢坯的不稳定。高精度锻造主要依靠模锻来生产，其加工的零件加工余量小，所生产的零件结构一般相对复杂，且因为所用的模具成本高，而零件生产时又需要对专用机器的使用，所以主要用于大批量的生产，而不适用于单件或者小批量生产[1]。
根据设备的差别，可将模锻分为开式模锻和闭式模锻两个类别。首先介绍的是关于开式模锻的运作过程，在进行开式模锻的整个过程中，这个模具的特点是具有飞边槽这一结构，其作用是可以容纳多余的金属，而在模膛内变形流动的金属是在不受任何控制的。随着模腔中阻力的不断增大，一部分金属便向水平方向流动变形，从而就形成了飞边，之后由于飞边厚度连续减薄以及温度不断降低，金属在水平方向的流动阻力也在不断增大，随着模膛阻力的增加，一部分的金属便沿着水平方向流向飞边槽从而形成飞边，之后再随着飞边的不断变薄以及温度的下降，金属沿水平方向流动的阻力也不断地变大，从而就使得大部分金属就流进模膛。于是当模膛充满时，多余的金属则沿着飞边槽流出。整个过程主要就分为这三个阶段。对于闭式模锻，同样也被叫做无飞边模锻。
1.3 大高径比试样的镦粗变形理论
镦粗是在压力作用下增大坯料高度，增大毛坯直径（或横向尺寸）的过程[10]。如果在实际镦粗过程中，如果坯料的高径比大于3,如果在镦粗过程中没有及时校直或采取相应的补救措施而选择继续进行镦粗的话，那么毫无疑问会加剧坯料的弯曲，严重的话甚至导致坯料产生裂纹直至断裂，最终无法获得所需的零件。若镦粗后再进行校直的话就会在弯曲的地方产生严重拉裂，从而在表面产生裂纹，导致坯料报废。镦粗同样也是模锻的基本变形方式之一，因此在许多模锻工艺中都涉及有和镦粗变形相关的变形，所以在对近等截面长轴件试样进行镦粗时，在外加载荷的作用下，随着坯料的高度在不停地减小，坯料的直径大小也在不断增大的过程中，金属逐渐开始向着阻力相对较小的四周扩张流动，并且因为毛坯两端面和模具接触之间必定存在着摩擦，所以零件内部也是发生不均匀变形的，并且由于坯料变形的不均匀性同样也会对锻件质量产生不利影响：毛坯的侧面在受到较大的周向拉应力时，很可能引起坯料在镦粗过程中侧表面沿着纵向产生裂纹，特别是一些塑性较差的金属对该现象会更加敏感，因此在镦粗时应该最好选择一些塑性和延展性较好的金属来作为镦粗时用的坯料。如果在镦粗变形时，金属在各个方向流动不均匀也可能是由金属的外部受载不均匀而影响的，在外观上表现为金属的变形不均匀，金属的变形不均匀同样也会造成锻件内部的晶粒大小不一，从而使锻件的各个部位的性能也不同，特别是一些变形度较小的区域，就会因为变形度过小而导致晶粒非常粗大，从而使锻件的性能变差。通常在模锻生产过程中会使模具预先加热以及选择合适的润滑剂等方法来提高锻件变形的均匀性，从而提高零件的性能。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 锻造概论 1
1.2 模锻概论 1
1.3 大高径比试样的镦粗变形理论 2
1.4 镦粗变形曲线 2
1.5 CAD/CAE及Pro/E概述 3
1.6 DEFORM在镦粗中的应用 4
1.7 关于本文的主要内容简介 5
第二章 近等截面镦粗大高径比试样防失稳方案的确定 7
2.1 零件分析及坯料计算流程 7
2.1.1 坯料的相关尺寸计算 7
2.1.2 坯料高径比的分析 8
2.2 对于高径比试样防失稳方案的确定 8
2.3 临界高度计算及确定 9
第三章 防失稳模具结构设计 10
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3.1 防失稳模具的整体设计思路 10
3.2 支撑滑块的尺寸设计及确定 11
3.3 上模座的结构设计方案 12
3.3.1 上模座矩形板的结构设计 12
3.3.2 上模板以及冲头的结构设计 13
3.3.3 滑块顶板的相关设计 16
3.4 下模座的结构设计方案 16
3.5 凹模固定板的结构设计方案 18
3.6 凹模的结构设计 19
3.7 顶出机构的确定 21
3.8 防失稳镦粗模具整体结构 22
3.9 镦粗设备及模具材料的选择 23
3.9.1 压力机的选择 23
3.9.2 液压机参数的确定及选择 24
3.9.3 关于模具材料类型的选择 25
第四章 近等截面镦粗大高径比试样防失稳模具的成形模拟 27
4.1 近等截面镦粗大高径比试样模拟过程简述 27
4.2近等截面镦粗大高径比试样有限元模拟结果分析 30
4.3 有限元模拟结果总结 32
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
附录 模具成型零件及装配二维图 36
第一章 绪论
1.1 锻造概论
通过将锻压机施加到金属坯料上以后使其产生一定的塑性变形从而来获得一定的内部组织和性能，并且还具备有一定的形状、尺寸和质量的锻件的加工过程，这个过程便称为锻造[1]。金属经过锻造之后，不仅可以消除金属在铸造中产生的一些缺陷，例如使铸造时产生的气泡焊合，缩松压实，还可以使组织内部一些粗大的块状碳化物细化，同时也能细化晶粒等，同时金属中完整的金属流线也能被保存下来，因此通过锻造得到的零件比一般的铸件的性能组织要好的多，也因此，广泛运用于工业生产中。在实际工业生产中中，对于一些承受压力较大、工作环境比较恶劣的零件，通常都采用锻造成型的方式来获得所需要的零件。
1.2 模锻概论
模锻是指金属在外加载荷的作用下而发生一定量的塑性变形从而可以充满模膛，最终获得锻件的一种加工方法。同时，在模锻时，坯料的变形以及流动规律是满足自由锻金属变形规律的。总的来说，模具的形状对金属流动变形的影响主要有以下几个主要方面：决定锻件的最终形状和尺寸；影响金属的流动方向；控制主要的塑性变形区；它也可以通过限制坯料来提高金属的可塑性和控制钢坯的不稳定。高精度锻造主要依靠模锻来生产，其加工的零件加工余量小，所生产的零件结构一般相对复杂，且因为所用的模具成本高，而零件生产时又需要对专用机器的使用，所以主要用于大批量的生产，而不适用于单件或者小批量生产[1]。
根据设备的差别，可将模锻分为开式模锻和闭式模锻两个类别。首先介绍的是关于开式模锻的运作过程，在进行开式模锻的整个过程中，这个模具的特点是具有飞边槽这一结构，其作用是可以容纳多余的金属，而在模膛内变形流动的金属是在不受任何控制的。随着模腔中阻力的不断增大，一部分金属便向水平方向流动变形，从而就形成了飞边，之后由于飞边厚度连续减薄以及温度不断降低，金属在水平方向的流动阻力也在不断增大，随着模膛阻力的增加，一部分的金属便沿着水平方向流向飞边槽从而形成飞边，之后再随着飞边的不断变薄以及温度的下降，金属沿水平方向流动的阻力也不断地变大，从而就使得大部分金属就流进模膛。于是当模膛充满时，多余的金属则沿着飞边槽流出。整个过程主要就分为这三个阶段。对于闭式模锻，同样也被叫做无飞边模锻。
1.3 大高径比试样的镦粗变形理论
镦粗是在压力作用下增大坯料高度，增大毛坯直径（或横向尺寸）的过程[10]。如果在实际镦粗过程中，如果坯料的高径比大于3,如果在镦粗过程中没有及时校直或采取相应的补救措施而选择继续进行镦粗的话，那么毫无疑问会加剧坯料的弯曲，严重的话甚至导致坯料产生裂纹直至断裂，最终无法获得所需的零件。若镦粗后再进行校直的话就会在弯曲的地方产生严重拉裂，从而在表面产生裂纹，导致坯料报废。镦粗同样也是模锻的基本变形方式之一，因此在许多模锻工艺中都涉及有和镦粗变形相关的变形，所以在对近等截面长轴件试样进行镦粗时，在外加载荷的作用下，随着坯料的高度在不停地减小，坯料的直径大小也在不断增大的过程中，金属逐渐开始向着阻力相对较小的四周扩张流动，并且因为毛坯两端面和模具接触之间必定存在着摩擦，所以零件内部也是发生不均匀变形的，并且由于坯料变形的不均匀性同样也会对锻件质量产生不利影响：毛坯的侧面在受到较大的周向拉应力时，很可能引起坯料在镦粗过程中侧表面沿着纵向产生裂纹，特别是一些塑性较差的金属对该现象会更加敏感，因此在镦粗时应该最好选择一些塑性和延展性较好的金属来作为镦粗时用的坯料。如果在镦粗变形时，金属在各个方向流动不均匀也可能是由金属的外部受载不均匀而影响的，在外观上表现为金属的变形不均匀，金属的变形不均匀同样也会造成锻件内部的晶粒大小不一，从而使锻件的各个部位的性能也不同，特别是一些变形度较小的区域，就会因为变形度过小而导致晶粒非常粗大，从而使锻件的性能变差。通常在模锻生产过程中会使模具预先加热以及选择合适的润滑剂等方法来提高锻件变形的均匀性，从而提高零件的性能。
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