节叉锻件飞边精确结构成形工艺研究studyonprecisestructureformingtechnologyoffo
针对节叉锻件飞边精确成型过程中存在飞边形状难以控制，现采用有限元数值模拟，模拟了某汽车品牌节叉锻件飞边精确成形过程，并提出通过在锻模上增加一凸台结构来控制成形过程中金属流动状态的方法，使飞边在成形过程中形成一段精确稳定的结构，为自动化生产提供操作条件。通过优化凸台参数改善飞边精确结构形成的方法，实现节叉锻件的自动化生产。结果表明，在预锻模具上，与工件之间的距离为23.7mm，夹角为18°,高度为3.8mm的凸台能使预锻件飞边形成一段较稳定的适用于自动化生产的飞边结构。在终锻模具上，与工件之间的距离为24mm，夹角为30°，高度为4mm的凸台能控制金属流动状态使飞边形状较为均匀并能形成一段稳定的精确结构。关键词节叉锻件；精确成形；凸台Abstract
Keywords： fork forgings；precision molding；boss 目 录
第一章 绪论 1
1.1 我国锻造自动化背景及现状 1
1.2 自动化技术概述及发展趋势 1
1.3 锻造自动化技术发展因素及改造建议 1
1.3.1 锻造自动化技术发展因素 2
1.3.2 锻造自动化技术改造建议 2
1.4 飞边精确结构成形 2
1.5 选题的目的和意义 2
1.6 本课题的主要研究内容 3
第二章 数值模拟模型的建立及模拟方案 4
2.1 有限元数值模拟软件Deform 4
2.2 锻造工序安排 5
2.3 模拟模型的建立 7
2.3.1 模具应力分析数值模拟模型的建立 7
2.3.2 模具磨损分析数值模拟模型的建立 13
2.4 模拟方案确定 15
2.4.1 制坯模拟方案 15
2.4.2 预锻模拟方案 15
2.4.3 终锻模拟方案 15
2.4.4 模具应力分析模拟方案 16
2.4.5 模具磨损分析模拟方案 16
第三章 模拟结果与分析 17
3.1 制坯结果分析 17
3.2 预锻结果分析 18
3.3 终锻结果分析 24 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3.4 模具应力分析结果 26
3.5 模具磨损分析结果 29
结论 33
致谢 34
参考文献 35 第一章 绪论
1.1 我国锻造自动化背景及现状
目前在国内，自动化的发展得到了重视，为提高企业竞争力，许多企业已经开始重视自动化在企业发展中的重要作用。一般在锻造生产中，高温、噪音、锻造环境差等许多不利条件导致劳动力短缺，这也就迫切要求企业实现锻造自动化[1]。在西方等发达国家，机械自动化发展非常快，已经开始由半自动化的初级阶段慢慢向全自动化的成熟阶段迈进[2]。而在我国，锻造生产线一直处于半机械，半人工的状态，在一些小工件锻造时，还主要依靠人工实现。导致生产效率低下，人工控制精度不高，产品质量主要依靠工人经验等不确定因素，难以保证工件质量[3]。
近年来，我国的汽车锻造件生产线快速增长，万吨生产线也有了十多条，小的锻件生产线数不胜数。但由于锻造工艺及设备不稳定，一些自动化锻造生产线仍需要人工来进行干预生产，这也就导致了我国锻造自动化的发展并不顺利[4]。为了达到国际先进水平，必须改进锻造工艺，研制新的锻造设备，开发新技术等来保证自动化锻造的健康快速发展[5]。
1.2 自动化技术发展趋势
（1）机电一体化：机电一体化是包装机械行业的发展方向，由于机电一体化的使用和发展，自动化技术将机械、微电子、传感器等多方面学科的技术融合到一体，改进了传统上包装机械的复杂繁琐和不合适的地方，将从根本上改变该行业的发展[6]。
（2）结构运动高精度化：由于自动化替代了人工手动操作，传统人工工业生产的控制精度差，导致产品质量低下。而自动化技术可利用计算机技术对机械运动进行编码精确控制运动速度和方位，实现了运动高精度化，生产高质量化[7]。使传统工业发展走上快速健康发展的道路。
（3）控制智能化：在传统工业制造行业，手动操作笨拙，控制较繁琐，自动化技术的发展将会创造一个新的机遇，将生产控制系统大大简化，提高其智能性，省去人力物力，减少控制失误带来的损失[8]。
1.3 锻造自动化技术发展因素及改造建议
1.3.1 锻造自动化技术发展因素
千百年来，锻造一直是金属成型的一种重要方法，从以前的手工锻造农用器具到现代采用锻压机锻造更大件更精密的产品，这是金属成型行业一次重大的技术革新[9]。现在锻造行业又面临着从传统的人工锻造向全自动化锻造的又一次重大革新。
促使锻造自动化技术发展的一些因素有：（1）计算机技术的高速发展，这是锻造自动化技术的软件基础。（2）伺服驱动步进梁机械手的技术的快速发展，机械手批量化生产为锻造企业实现自动化提供了硬件基础。（3）用户对一些高端产品寻求一致性和可换性要求严格，人工操作使产品的质量出现了更大的不确定性，这就大大提高了自动化锻造技术精确控制产品质量的需求。（4）人工成本相对于机械成本高出很多，劳动力短缺也是各大锻造企业急需向自动化转型的重要因素[10]。
1.3.2 锻造自动化技术改造建议
我国目前的锻造自动化技术还存在许多弊端，针对我国锻造自动化厂家有如下建议：（1）我国的锻造设备还普遍落后于西方发达国家，难以采用最先进的总线控制自动化技术进行技术革新，对于这方面问题，宜采用单机自动化生产，降低成本[11]。（2）在采用自动化生产之前，必须保证工艺过程稳定，将自动化技术与工艺过程结合起来[12]，比如在本论文中将在锻模上增加一凸台结构来使飞边形成一段精确结构方便步进梁机械手的夹持实现锻造自动化生产。（3）对于中小型热锻件多采用步进梁机械手进行生产降低生产成本，而对于大型锻件，则采用多台机器人协同操作的自动化生产方式[13]。（4）自动化生产需要锻造工厂配备更高水平的技术人员对设备进行维护，保证设备顺利运行[14]。
1.4 飞边精确结构成形
为实现节叉锻件的自动化生产，改进模具结构可使自动化锻造成为可能。由于节叉锻件具有形状不均匀的特点，在锻件成型过程中，模具具有不封闭的材料自由流动空间，使得锻件成型后多余的飞边材料流动趋势不受控制，这也就给自动化锻造技术带来了难题[15]。本论文通过在锻模上多向添加凸台的方法使飞边的材料流动状态改变，减少材料流动的自由空间，促使材料在飞边的一区域内形成一段稳定精确的直边结构，为步进梁机械手的准确夹持提供了条件。
Keywords： fork forgings；precision molding；boss 目 录
第一章 绪论 1
1.1 我国锻造自动化背景及现状 1
1.2 自动化技术概述及发展趋势 1
1.3 锻造自动化技术发展因素及改造建议 1
1.3.1 锻造自动化技术发展因素 2
1.3.2 锻造自动化技术改造建议 2
1.4 飞边精确结构成形 2
1.5 选题的目的和意义 2
1.6 本课题的主要研究内容 3
第二章 数值模拟模型的建立及模拟方案 4
2.1 有限元数值模拟软件Deform 4
2.2 锻造工序安排 5
2.3 模拟模型的建立 7
2.3.1 模具应力分析数值模拟模型的建立 7
2.3.2 模具磨损分析数值模拟模型的建立 13
2.4 模拟方案确定 15
2.4.1 制坯模拟方案 15
2.4.2 预锻模拟方案 15
2.4.3 终锻模拟方案 15
2.4.4 模具应力分析模拟方案 16
2.4.5 模具磨损分析模拟方案 16
第三章 模拟结果与分析 17
3.1 制坯结果分析 17
3.2 预锻结果分析 18
3.3 终锻结果分析 24 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3.4 模具应力分析结果 26
3.5 模具磨损分析结果 29
结论 33
致谢 34
参考文献 35 第一章 绪论
1.1 我国锻造自动化背景及现状
目前在国内，自动化的发展得到了重视，为提高企业竞争力，许多企业已经开始重视自动化在企业发展中的重要作用。一般在锻造生产中，高温、噪音、锻造环境差等许多不利条件导致劳动力短缺，这也就迫切要求企业实现锻造自动化[1]。在西方等发达国家，机械自动化发展非常快，已经开始由半自动化的初级阶段慢慢向全自动化的成熟阶段迈进[2]。而在我国，锻造生产线一直处于半机械，半人工的状态，在一些小工件锻造时，还主要依靠人工实现。导致生产效率低下，人工控制精度不高，产品质量主要依靠工人经验等不确定因素，难以保证工件质量[3]。
近年来，我国的汽车锻造件生产线快速增长，万吨生产线也有了十多条，小的锻件生产线数不胜数。但由于锻造工艺及设备不稳定，一些自动化锻造生产线仍需要人工来进行干预生产，这也就导致了我国锻造自动化的发展并不顺利[4]。为了达到国际先进水平，必须改进锻造工艺，研制新的锻造设备，开发新技术等来保证自动化锻造的健康快速发展[5]。
1.2 自动化技术发展趋势
（1）机电一体化：机电一体化是包装机械行业的发展方向，由于机电一体化的使用和发展，自动化技术将机械、微电子、传感器等多方面学科的技术融合到一体，改进了传统上包装机械的复杂繁琐和不合适的地方，将从根本上改变该行业的发展[6]。
（2）结构运动高精度化：由于自动化替代了人工手动操作，传统人工工业生产的控制精度差，导致产品质量低下。而自动化技术可利用计算机技术对机械运动进行编码精确控制运动速度和方位，实现了运动高精度化，生产高质量化[7]。使传统工业发展走上快速健康发展的道路。
（3）控制智能化：在传统工业制造行业，手动操作笨拙，控制较繁琐，自动化技术的发展将会创造一个新的机遇，将生产控制系统大大简化，提高其智能性，省去人力物力，减少控制失误带来的损失[8]。
1.3 锻造自动化技术发展因素及改造建议
1.3.1 锻造自动化技术发展因素
千百年来，锻造一直是金属成型的一种重要方法，从以前的手工锻造农用器具到现代采用锻压机锻造更大件更精密的产品，这是金属成型行业一次重大的技术革新[9]。现在锻造行业又面临着从传统的人工锻造向全自动化锻造的又一次重大革新。
促使锻造自动化技术发展的一些因素有：（1）计算机技术的高速发展，这是锻造自动化技术的软件基础。（2）伺服驱动步进梁机械手的技术的快速发展，机械手批量化生产为锻造企业实现自动化提供了硬件基础。（3）用户对一些高端产品寻求一致性和可换性要求严格，人工操作使产品的质量出现了更大的不确定性，这就大大提高了自动化锻造技术精确控制产品质量的需求。（4）人工成本相对于机械成本高出很多，劳动力短缺也是各大锻造企业急需向自动化转型的重要因素[10]。
1.3.2 锻造自动化技术改造建议
我国目前的锻造自动化技术还存在许多弊端，针对我国锻造自动化厂家有如下建议：（1）我国的锻造设备还普遍落后于西方发达国家，难以采用最先进的总线控制自动化技术进行技术革新，对于这方面问题，宜采用单机自动化生产，降低成本[11]。（2）在采用自动化生产之前，必须保证工艺过程稳定，将自动化技术与工艺过程结合起来[12]，比如在本论文中将在锻模上增加一凸台结构来使飞边形成一段精确结构方便步进梁机械手的夹持实现锻造自动化生产。（3）对于中小型热锻件多采用步进梁机械手进行生产降低生产成本，而对于大型锻件，则采用多台机器人协同操作的自动化生产方式[13]。（4）自动化生产需要锻造工厂配备更高水平的技术人员对设备进行维护，保证设备顺利运行[14]。
1.4 飞边精确结构成形
为实现节叉锻件的自动化生产，改进模具结构可使自动化锻造成为可能。由于节叉锻件具有形状不均匀的特点，在锻件成型过程中，模具具有不封闭的材料自由流动空间，使得锻件成型后多余的飞边材料流动趋势不受控制，这也就给自动化锻造技术带来了难题[15]。本论文通过在锻模上多向添加凸台的方法使飞边的材料流动状态改变，减少材料流动的自由空间，促使材料在飞边的一区域内形成一段稳定精确的直边结构，为步进梁机械手的准确夹持提供了条件。
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