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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目：CAD/CAM技術(shù)在摩托車護(hù)片鍛模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
學(xué) 院： 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院
專業(yè)名稱： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班級(jí)學(xué)號(hào)： 078105239
學(xué)生姓名： 呂江偉
指導(dǎo)教師： 姚坤弟
二〇一一年六 月
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
I、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：
CAD/CAM技術(shù)在摩托車護(hù)片鍛模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
II、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：
設(shè)計(jì)原始資料：摩托車護(hù)片零件一個(gè)，F(xiàn)ANUC-6M系統(tǒng)說明書；
設(shè)計(jì)技術(shù)要求：
1.設(shè)計(jì)并繪制鍛模裝配圖及凸模、凹模零件圖,符合鍛件生產(chǎn)要求;
2.要求英文資料翻譯忠實(shí)原文；
3.利用三維造型軟件對(duì)模具型面進(jìn)行CAD造型及生成數(shù)控加工程序；
4.能夠進(jìn)行刀具軌跡仿真模擬加工；
5.要求圖紙?jiān)O(shè)計(jì)規(guī)范，符合制圖標(biāo)準(zhǔn)；
6.要求畢業(yè)論文敘述條理清楚，設(shè)計(jì)計(jì)算正確，論文格式規(guī)范。
III、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間：
1.查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報(bào)告
第1周—第2周
2.設(shè)計(jì)并繪制摩托車護(hù)片鍛件圖 第3周
3.設(shè)計(jì)并繪制模具凸模、凹模零件圖 第4周—第7周
4.設(shè)計(jì)并繪制摩托車護(hù)片鍛模裝配圖 第8周—第10周
5.熟練掌握三維造型軟件的應(yīng)用并進(jìn)行曲面造型設(shè)計(jì) 第11周—第13周
6.利用三維軟件生成模具型面數(shù)控加工程序 第14周
7.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（畢業(yè)論文）一份 第15周
8. 畢業(yè)設(shè)計(jì)審查、畢業(yè)答辯 第16周—第17周
Ⅳ 、主 要參考資料：
[1].蔡冬根主編. Mastercam9.1模具設(shè)計(jì). 北京:冶金工業(yè)出版社，2006.
[2].嚴(yán)烈主編. Mastercam 8模具設(shè)計(jì)制造. 北京:冶金工業(yè)出版社，2004.
[3].彭建聲主編. 模具技術(shù)問答. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2003
[4].伊啟中主編. 模具CAD/CAM . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.
[5].M. B. Flek. Synergetic approach to numerical control programs for the
manufacture of complex parts
Russian Engineering Research, Volume 27, Number 12 / 2007年12月
[6].Hallum,?Diane?L. Fundamentals?of?injection?molding
Manufacturing?Engineering?v?118?n?6?Jun?1997.?p?68,?70-72
航空與機(jī)械工程 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè)類 0781052 班
學(xué)生（簽名）：
填寫日期： 2011 年 03 月 11 日
指導(dǎo)教師（簽名）：
助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 系主任（簽名）：
附注:任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書首頁(yè)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目 CAD/CAM技術(shù)在摩托車護(hù)片鍛模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 078105239
學(xué) 生 姓 名 呂江偉
指 導(dǎo) 教 師 姚坤弟
填 表 日 期 2011 年 03 月 11 日
說 明
開題報(bào)告應(yīng)結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度、參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當(dāng)修改。但每個(gè)專業(yè)填寫內(nèi)容應(yīng)保持一致
一、選題的依據(jù)及意義：
CAD/CAM技術(shù)可以應(yīng)用在許多領(lǐng)域，機(jī)械制造是最早也是最廣泛應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的領(lǐng)域，在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中,模具工業(yè)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)工業(yè),許多新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn),在很大程度上依賴于模具制造技術(shù),特別是在汽車、輕工、電子、電器、儀表和航天等行業(yè)中尤顯重要。模具制造能力的強(qiáng)弱和模具制造水平的高低,已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一,直接影響著國(guó)民經(jīng)濟(jì)中許多行業(yè)的發(fā)展，決定著一個(gè)國(guó)家制造業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分別發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它是計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具生產(chǎn)中綜合應(yīng)用的一個(gè)新的飛躍。CAD/CAM技術(shù)的迅猛發(fā)展,軟件、硬件水平的進(jìn)一步完善,為模具工業(yè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持,為企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)水平的發(fā)展帶來了質(zhì)的飛躍,已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)信息化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的最優(yōu)選擇。
二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）：
模具CAD/CAM技術(shù)，是以計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)的、面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的、綜合性的應(yīng)用技術(shù)。模具的設(shè)計(jì)過程經(jīng)歷了由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、CAD/CAM輔助設(shè)計(jì)、人工智能專家系統(tǒng)的引入和知識(shí)集成技術(shù)的應(yīng)用等發(fā)展階段。
隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品對(duì)模具的要求越來越高，傳統(tǒng)的模具加工方法已無法適應(yīng)需求，因此先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家對(duì)模具CAD/CAM技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用十分重視。早在50年代末期一些飛機(jī)和汽車制造公司就開始了CAD/CAM的研究工作，并先后建立了自己的CAD/CAM系統(tǒng)，且應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)和制造。
模具CAD/CAM技術(shù)發(fā)展很快，應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大。在國(guó)外，沖模、鍛模、擠壓模、注射模和壓鑄模等都有比較成熟的CAD/CAM系統(tǒng)。模具CAD/CAM已開始逐步向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，其產(chǎn)值逐年增加。
模具CAD/CAM技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展開始于70年代末期，發(fā)展也很迅速。先后通過國(guó)家有關(guān)部門鑒定的有華中理工大學(xué)開發(fā)的HJC精沖模CAD/CAM系統(tǒng)、HPC沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)和塑壓模CAD系統(tǒng)；北京機(jī)電研究院、上海交通大學(xué)模具研究所分別開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)；吉林工業(yè)大學(xué)開發(fā)的輥鍛模和錘鍛模CAD/CAM系統(tǒng)；上海模具研究所在HP9000/320工作站上開發(fā)的注射模流動(dòng)模擬軟件MDF等，這些CAD/CAM系統(tǒng)的研發(fā)促進(jìn)了國(guó)內(nèi)模具行業(yè)的快速發(fā)展。
經(jīng)過這十幾年的發(fā)展，我國(guó)模具CAD/CAM軟件的開發(fā)水平也逐漸接近國(guó)外先進(jìn)水平。在政府的大力支持下先后出現(xiàn)了一批先進(jìn)的模具CAD/CAM示范企業(yè)，高校和企業(yè)也培養(yǎng)了一大批模具CAD/CAM軟件開發(fā)及應(yīng)用人才。但總的來說，我國(guó)目前模具CAD/CAM軟件不管是從產(chǎn)品開發(fā)水平還是從商品化、市場(chǎng)化程度都與發(fā)達(dá)國(guó)家有不小的差距。??
隨著市場(chǎng)的國(guó)際化，競(jìng)爭(zhēng)將愈演愈烈，短周期、高質(zhì)量、長(zhǎng)壽命的模具是模具行業(yè)和用戶的追求，這必將使模具CAD/CAM技術(shù)全面深入地應(yīng)用于模具行業(yè)中，同時(shí)與并行工程、精益生產(chǎn)、敏捷制造等多種生產(chǎn)模式的結(jié)合日益密切，最終使模具行業(yè)發(fā)生重大變革。具體表現(xiàn)出以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：
1)標(biāo)準(zhǔn)化 CAD/CAM系統(tǒng)可建立標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫(kù),非標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫(kù)和模具參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)中的零件在CAD設(shè)計(jì)中可以隨時(shí)調(diào)用,并采用GT(成組技術(shù))生產(chǎn)。非標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)中存放的零件,雖然與設(shè)計(jì)所需結(jié)構(gòu)不盡相同,但利用系統(tǒng)自身的建模技術(shù)可以方便地進(jìn)行修改,從而加快設(shè)計(jì)過程,典型模具結(jié)構(gòu)庫(kù)是在參數(shù)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的,按用戶要求對(duì)相似模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改,即可生成所需要的結(jié)構(gòu)。
2)集成化技術(shù) 現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)不僅應(yīng)強(qiáng)調(diào)信息的集成,更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。在開發(fā)模具制造系統(tǒng)時(shí)強(qiáng)調(diào)“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作機(jī)制集成及人員集成,這更適合未來制造系統(tǒng)的需求。
3)智能化技術(shù) 應(yīng)用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期(包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用)各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程(包括組織、管理、計(jì)劃、調(diào)度、控制等)各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化,以及模具設(shè)備的智能化,也要實(shí)現(xiàn)人與系統(tǒng)的融合及人在其中智能的充分發(fā)揮。
4)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件與軟件的集成實(shí)現(xiàn),各種通訊協(xié)議及制造自動(dòng)化協(xié)議,信息通訊接口,系統(tǒng)操作控制策略等,是實(shí)現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。目前早已出現(xiàn)了通過Internet實(shí)現(xiàn)跨國(guó)界模具設(shè)計(jì)的成功例子。
5)多學(xué)科多功能綜合產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù) 未來產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)不僅用到機(jī)械科學(xué)的理論與知識(shí),而且還用到電磁學(xué)、光學(xué)、控制理論等知識(shí)。產(chǎn)品的開發(fā)要進(jìn)行多目標(biāo)全性能的優(yōu)化設(shè)計(jì),以追求模具產(chǎn)品動(dòng)靜態(tài)特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。
6)逆向工程技術(shù)的應(yīng)用 在許多情況下,一些產(chǎn)品并非來自設(shè)計(jì)概念,而是起源于另外一些產(chǎn)品或?qū)嵨?要在只有產(chǎn)品原型或?qū)嵨锬Ｐ?而沒有產(chǎn)品圖樣的條件下進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)和制造以便制造出產(chǎn)品。此時(shí)需要通過實(shí)物的測(cè)量,然后利用測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)物的CAD幾何模型的重新構(gòu)造,這種過程就是逆向工程RE(ReverseEngineering)。逆向工程能夠縮短從設(shè)計(jì)到制造的周期,是幫助設(shè)計(jì)者實(shí)現(xiàn)并行工程等現(xiàn)代設(shè)計(jì)概念的一種強(qiáng)有力的工具,目前在工程上正得到越來越廣泛的應(yīng)用。
7)快速成形技術(shù) 快速成形制造技術(shù)RPM(RapidPrototyping&Manufacturing)是基于層制造原理,迅速制造出產(chǎn)品原型,而與零件的幾何復(fù)雜程度絲毫無關(guān),尤其在具有復(fù)雜曲面形狀的產(chǎn)品制造中更能顯示其優(yōu)越性。它不僅能夠迅速制造出原型供設(shè)計(jì)評(píng)估、裝配校驗(yàn)、功能試驗(yàn),而且還可以通過形狀復(fù)制快速經(jīng)濟(jì)地制造出產(chǎn)品模具(如制造電極用于EDM加工、作為模芯消失鑄造出模具等),從而避免了傳統(tǒng)模具制造的費(fèi)時(shí)、高成本的NC加工,因而RPM技術(shù)在模具制造中日益發(fā)揮著重要的作用。
三、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案：
研究?jī)?nèi)容：
1) 對(duì)摩托車護(hù)片鍛件進(jìn)行工藝成型過程分析。
2) 根據(jù)摩托車護(hù)片零件圖結(jié)合鍛模設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)護(hù)片鍛模，并繪制模具零件圖及裝配圖。
3) 利用Mastercam軟件對(duì)護(hù)片鍛模的凸模和凹模進(jìn)行曲面造型、模擬加工，并通過后處理生成數(shù)控加工程序。
實(shí)驗(yàn)方案：
根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)零件進(jìn)行三維造型并用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和模擬。
四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度
目標(biāo)：
設(shè)計(jì)摩托車護(hù)片模具，利用Mastercam軟件進(jìn)行模具曲面造型并生成型面數(shù)控加工程序。
1) 摩托車護(hù)片零件圖紙一份，F(xiàn)ANUC—6M系統(tǒng)說明書；
2) 根據(jù)護(hù)片零件圖設(shè)計(jì)并繪制摩托車護(hù)片模具零件圖；
3) 利用Mastercam軟件對(duì)模具型面進(jìn)行CAD造型及生成數(shù)控加工程序；
4) 能夠進(jìn)行刀具軌跡仿真模擬加工，圖紙繪制符合制圖標(biāo)準(zhǔn)，畢業(yè)設(shè)計(jì)論文書寫符合規(guī)范。
主要特色：
1) CAD/CAM可以提高模具設(shè)計(jì)和制造水平，從而提高模具質(zhì)量。
2) 節(jié)省時(shí)間，提高效率。
3) 較大幅度降低成本。
4) 將技術(shù)人員從復(fù)雜的計(jì)算、繪圖和NC編程中解放出來使其可以從事更多的創(chuàng)造性勞動(dòng)。
工作進(jìn)度：
1.查閱資料，英文資料翻譯（6000字符），撰寫開題報(bào)告 2周
2.設(shè)計(jì)并繪制摩托車護(hù)片鍛件圖 1周
3.設(shè)計(jì)并繪制模具凸模、凹模零件圖 4周
4.設(shè)計(jì)并繪制摩托車護(hù)片鍛模裝配圖 3周
5.熟練掌握Mastercam軟件的應(yīng)用并進(jìn)行曲面造型設(shè)計(jì) 3周
6.利用Mastercam軟件生成模具型面數(shù)控加工程序 1周
7.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（畢業(yè)論文）一份 1周
8.畢業(yè)設(shè)計(jì)審查、畢業(yè)答辯 2周
五、參考文獻(xiàn)
[1].蔡冬根主編. Mastercam9.1模具設(shè)計(jì). 北京:冶金工業(yè)出版社，2006.
[2].嚴(yán)烈主編. Mastercam 8模具設(shè)計(jì)制造. 北京:冶金工業(yè)出版社，2004.
[3].彭建聲主編. 模具技術(shù)問答. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2003
[4].伊啟中主編. 模具CAD/CAM . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.
[5].郭肇強(qiáng)主編.Mastercam V10塑料注射模具制造實(shí)例.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
[6]. M. B. Flek. Synergetic approach to numerical control programs for the manufacture of complex parts Russian Engineering Research, Volume 27, Number 12 / 2007年12月
[7].Hallum, Diane L. Fundamentals of injection molding Manufacturing Engineering v 118 n 6 Jun 1997. p 68, 70-72
學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請(qǐng)的論文或成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。
作者簽名： 日期：
學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書
本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
作者簽名： 日期：
導(dǎo)師簽名： 日期：
CAD/CAM技術(shù)在摩托車護(hù)片鍛模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
學(xué)生姓名: 呂江偉 班級(jí): 0781052
指導(dǎo)老師: 姚坤弟
摘要：曲面類零件在制造業(yè)中處處可見，尤其是模具制造業(yè)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造方法是工程圖、模線、樣板、標(biāo)準(zhǔn)樣件等工作方式，生產(chǎn)準(zhǔn)備的周期長(zhǎng)，制造精度低，生產(chǎn)效率也是低下。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具制造業(yè)中應(yīng)用的不斷發(fā)展，數(shù)控加工能力得到了大大提高，模具的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)達(dá)到了空前的發(fā)展。模具CAD/CAM技術(shù)已成為模具行業(yè)革命化的標(biāo)志。適應(yīng)CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造方法是模具制造業(yè)的發(fā)展的方向.
本設(shè)計(jì)是CAD/CAM技術(shù)在鍛模曲面加工中的應(yīng)用。包括兩大部分：一是摩托車護(hù)片模具的設(shè)計(jì)；二是模具型面的造型與數(shù)控仿真加工。在Mastercam 8.0環(huán)境下利用CAD功能進(jìn)行摩托車護(hù)片模具的實(shí)體造型，利用CAM功能進(jìn)行模具刀具路徑的編制、模擬加工，并通過后處理生成NC程序。期望通過此課題的研究，能夠提高自己對(duì)CAD/CAM技術(shù)在模具制造業(yè)中應(yīng)用的重要性的認(rèn)識(shí)。
關(guān)鍵詞： CAD/CAM技術(shù) 實(shí)體造型 仿真加工
指導(dǎo)老師簽名：
Application of the CAD/CAM technology in Motorcycle Jacket’s Forging Mould Designing
Student name :Lv Jiangwei Class : 0781052
Supervisor : Yao Kundi
Abstract： It is well known that surface parts can be seen everywhere in the manufacturing , especially in the mould manufacturing . The traditional design and manufacturing processes are the engineering drafting , lofting , template making , standard samples , etc. , which have the shortages of long production preparation period , low processing accuracy and production efficiency . With the developing of the computer technique’ application in the mould manufacturing , NC machining capability has been enhanced greatly ,and, the design and manufacturing technique of the mould has obtained enormous progress at the same time . The CAD/CAM technique has become the revolutionary sign in the mould industry . To be suitable for the tendency of CAD/CAM technique’ development and meet the requirement to change the traditional design /manufacturing modes are the developing direction of the mould industry .
This project is about the application of the CAD/CAM technique in the wrought mould surface processing . It contains two parts : one is about the mould design of the motorcycle jacket and the other is about the numerical control simulate process of the mould surface . Under the environment of Mastercam 8.0 , I will sculpt the mould of the motorcycle jacket using the CAD function , and then , I will weave the tool route , simulate processing and create the NC programme via the back disposing using the CAM function . And at last , I hope I can improve my cognition to the significance of the CAD/CAM technique’ application in the mould industry by the study of the task .
Keyword: CAD/CAM technique sculpt simulate processing
signature of Supervisor:
目 錄
1 序言
1.1課題研究的目的及意義 (1)
1.1.1 模具CAD/CAM的研究目的 (1)
1.1.2 模具CAD/CAM的研究意義 (1)
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 (1)
1.3 本課題研究?jī)?nèi)容 (2)
2 摩托車護(hù)片模具的設(shè)計(jì)
2.1零件結(jié)構(gòu)和工藝分析 (3)
2.1.1 零件結(jié)構(gòu)分析 (3)
2.1.2 零件工藝分析 (3)
2.1.3 鍛模設(shè)計(jì)方案的確定 (4)
2.2 鍛件圖的設(shè)計(jì)和繪制 (5)
2.2.1 確定鍛件的分模面 (5)
2.2.2 確定鍛件的機(jī)械加工余量及鍛件公差 (6)
2.2.2.1 加工余量的確定 (6)
2.2.2.1.1估算鍛件質(zhì)量 (6)
2.2.2.1.2 加工精度 (6)
2.2.2.1.3 計(jì)算鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù)S (7)
2.2.2.1.4 模鍛件的加工余量的構(gòu)成 (7)
2.2.2.2 模鍛件公差的確定 (8)
2.2.2.2.1 材質(zhì)系數(shù)M (8)
2.2.3 確定模鍛斜度 (8)
2.2.4 確定模鍛件的圓角半經(jīng) (9)
2.2.5 沖孔連皮設(shè)計(jì) (10)
2.2.6 繪制鍛件圖的技術(shù)條件 (10)
2.3 終鍛模膛設(shè)計(jì) (11)
2.3.1 熱鍛件圖 (11)
2.3.1.1 收縮率 (11)
2.3.1.2 繪制熱鍛件圖 (12)
2.3.2 確定模鍛設(shè)備噸 (13)
2.3.2.1 熱模鍛曲柄壓力機(jī)模鍛工藝特點(diǎn) (13)
2.3.2.2 計(jì)算鍛件的主要參數(shù) (13)
2.3.2.3 曲柄壓力機(jī)噸位選擇 (13)
2.3.2.4 飛邊槽的設(shè)計(jì) (14)
2.3.2.4.1 飛邊槽的選擇 (14)
2.3.2.4.2 飛邊槽的尺寸的確定 (15)
2.4 確定坯料的尺寸 (16)
2.4.1 確定制坯工步 (16)
2.4.2 確定毛坯尺寸 (17)
2.5 機(jī)鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (18)
2.5.1 模架結(jié)構(gòu)型式 (18)
2.5.2 模架設(shè)計(jì) (18)
2.5.3 鍛模總體結(jié)構(gòu) (19)
2.5.4 機(jī)鍛模的閉合高度 (20)
2.5.5 鑲塊設(shè)計(jì) (20)
2.5.5.1 鑲塊水平方向的尺寸 (20)
2.5.5.2 鑲塊的高度尺寸 (21)
2.5.5.3 數(shù)據(jù)核算 (21)
2.5.6 頂料裝置設(shè)計(jì) (22)
2.5.7 導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì) (22)
2.5.8 鍛模材料的選用和壽命 (24)
2.6 鍛模圖的繪制 (24)
3 模具曲面造型與數(shù)控仿真加工
3.1 概述 (24)
3.2 Mastercam軟件介紹 (25)
3.3 上鑲塊模仿真 (26)
3.3.1 曲面造型 (26)
3.3.2 數(shù)控仿真加工 (31)
3.4 下鑲塊模仿真 (42)
3.4.1 曲面造型 (43)
3.4.2 下鑲塊模的數(shù)控仿真加工 (43)
結(jié) 論 (46)
參考文獻(xiàn) (47)
致 謝 (48)
南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
CAD/CAM技術(shù)在摩托車護(hù)片鍛模設(shè)計(jì)中的應(yīng)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(shù)是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)軟件的形式為用戶提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員能借助計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品、模具、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，從而顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。模具是工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)用的工藝裝備，主要應(yīng)用于制造業(yè)和加工業(yè)。它是和沖壓、鍛造、鑄造成形機(jī)械，同時(shí)和塑料、橡膠、陶瓷等非金屬材料制品成型加工用的成形機(jī)械相配套，作為成形工具來使用的。模具一般分為兩個(gè)部分：動(dòng)模和定模，或凸摸和凹模，它們可分可合。分開時(shí)裝入坯料或取出制件，合攏時(shí)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(yīng)用。
1.1.2模具CAD/CAM的研究意義
隨著功能強(qiáng)大的專業(yè)軟件和高效集成制造設(shè)備的出現(xiàn)，模具CAD/CAM能實(shí)現(xiàn)制造和裝配的設(shè)計(jì)、成形過程的模擬和數(shù)控加工過程的仿真，還可以對(duì)模具可制造性進(jìn)行評(píng)價(jià)，使模具設(shè)計(jì)與制造一體化、智能化。此次設(shè)計(jì)是鍛模的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。鍛模是模鍛時(shí)使坯料成形而獲得鍛件的模具。鍛模的設(shè)計(jì)方法和生產(chǎn)實(shí)際是緊密相關(guān)的。將金屬坯料加熱使其具有較高的塑性，然后放在鍛造設(shè)備上，利用通用工具或?qū)Ｓ媚＞邔?duì)其施加壓力，迫使其發(fā)生塑性變形并流動(dòng)，從而獲得所需的鍛件，這種壓力加工生產(chǎn)方法稱為鍛造工藝。而鍛模設(shè)計(jì)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?zèng)_擊或重負(fù)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(yīng)具有很高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。
1.2國(guó)內(nèi)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(chǔ)上發(fā)展起來的，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具生產(chǎn)中綜合應(yīng)用的一個(gè)新的飛躍。模具CAD/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工種。它以計(jì)算機(jī)軟件的形式，為用戶提供一種有效的輔助工具，使工種技術(shù)人員能借助于計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
模具CAD/CAM的發(fā)展?fàn)顩r符合通用CAD/CAM 軟件的發(fā)展進(jìn)程。目前通用CAD/CAM 軟件的發(fā)展現(xiàn)狀如下:CAD技術(shù)經(jīng)歷了二維平面圖形設(shè)計(jì)，交互式圖形設(shè)計(jì)、三維線框模型設(shè)計(jì)、三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)、自由曲面造型設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)、特征造型設(shè)計(jì)等發(fā)展過程。近年來又出現(xiàn)了許多先進(jìn)技術(shù)，如變量化技術(shù)、虛擬產(chǎn)品建模技術(shù)等。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，智能化、協(xié)同化、集成化成為技術(shù)新的發(fā)展特點(diǎn)，使CAD技術(shù)得以更廣泛的應(yīng)用，發(fā)展成為支持協(xié)同設(shè)計(jì)、異地設(shè)計(jì)和信息共享的網(wǎng)絡(luò)CAD。
我國(guó)?CAD/CAM的研究應(yīng)用與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大差距，主要表現(xiàn)在：（1）CAD/CAM的應(yīng)用集成化程度較低，很多企業(yè)的應(yīng)用仍停留在繪圖、NC編程等單項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用上。（2）CAD/CAM系統(tǒng)的軟、硬件均依靠進(jìn)口，自主版權(quán)的軟件較少。（3）缺少設(shè)備和技術(shù)力量，有些企業(yè)盡管引進(jìn)CAD/CAM系統(tǒng)，但其功能沒能充分發(fā)揮。
1.3 本課題研究?jī)?nèi)容
此次設(shè)計(jì)是Mastercam軟件在摩托車護(hù)片型面加工中的應(yīng)用，它包括兩部分內(nèi)容，即：一是摩托車護(hù)片模具的設(shè)計(jì)，二是摩托車護(hù)片模具型面的仿真加工。這是CAD/CAM技術(shù)在鍛模生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例。摩托車護(hù)片是摩托車前部用于穿接電纜的零件，起保護(hù)作用，它的作用決定了它的結(jié)構(gòu)特征，通孔多槽，相應(yīng)的模具設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單，但是比較精湛。摩托車護(hù)片型面的加工，因?yàn)镸astercam軟件的應(yīng)用，大大的提高了模具精確度和生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期，淋漓盡致地發(fā)揮了CAD/CAM技術(shù)在模具生產(chǎn)中的作用。
由于本人水平有限，本論文中必然存在許多缺點(diǎn)和不當(dāng)之處，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。
2 摩托車護(hù)片模具的設(shè)計(jì)
2.1零件結(jié)構(gòu)和工藝分析
2.1.1零件結(jié)構(gòu)分析
圖2-1 摩托車護(hù)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(hù)作用，在整個(gè)摩托車構(gòu)造中起著至關(guān)重要的作用，所以其中部都是槽，并且穿透整個(gè)零件，光從其形狀上看，該零件體積小，只是一個(gè)有著多個(gè)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(fù)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(shí)間，降低成本。同時(shí)，材料通過鍛造，可以使其內(nèi)部組織細(xì)密，碳化物分布和流線分布合理，從而能達(dá)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(zhì)可分為制坯模、預(yù)鍛模、終鍛模、彎曲模等。通常鍛模是按鍛造設(shè)備來區(qū)分，可分為胎模、錘鍛模、機(jī)鍛模、平鍛模、輥鍛模等。
模鍛件是完全在鍛模型槽中進(jìn)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(jié)合本設(shè)計(jì)中的零件特征和要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，該零件為普通模鍛件，并且為長(zhǎng)形鍛件中的一類。
摩托車護(hù)片一般為批量生產(chǎn)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和要求及各種分類標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)采用開式單型槽熱模鍛，并且選用熱鍛模曲柄壓力機(jī)進(jìn)行模鍛。
根據(jù)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(shè)計(jì)的目標(biāo)之一即鍛模型槽設(shè)計(jì)(鍛模設(shè)計(jì))可以進(jìn)行了。
2.1.3鍛模設(shè)計(jì)方案的確定
通過以上的零件結(jié)構(gòu)和工藝的分析，選擇此鍛模方式來設(shè)計(jì)該零件的模具設(shè)計(jì)。鍛模設(shè)計(jì)的一般步驟大致如下：
1) 設(shè)計(jì)鍛件圖。根據(jù)制件圖，鍛件精度，和其他生產(chǎn)條件，確定分模面，加工余量及公差，模鍛斜度，圓角半徑，設(shè)計(jì)沖孔連皮。繪出鍛件圖后計(jì)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(zhǎng)度L0，鍛件體積V0和鍛件質(zhì)量m0。
2) 設(shè)計(jì)終鍛模膛。在鍛件圖基礎(chǔ)上根據(jù)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(shè)計(jì)鉗口和飛邊槽，有預(yù)鍛工步時(shí)還需設(shè)計(jì)預(yù)鍛模膛。
3) 確定模鍛設(shè)備噸位。按終鍛工步計(jì)算鍛壓力，確定模鍛設(shè)備類型的噸位并校核飛邊槽設(shè)計(jì)；重新計(jì)算包括飛邊槽橋部在內(nèi)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(cāng)）后的總體積V和鍛件總質(zhì)量M。
4) 設(shè)計(jì)制坯模膛。圓盤類鍛件比較簡(jiǎn)單，長(zhǎng)軸類鍛件還要繪制計(jì)算毛坯圖確定制坯工步。
5) 根據(jù)制坯模膛的要求，確定原材料規(guī)格，根據(jù)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(zhǎng)度。
6) 繪出鍛模裝配總圖，給出鍛模技術(shù)條件，再繪制鍛模零件圖。
對(duì)于本設(shè)計(jì)中的零件，因其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，只要在鍛模型槽中一次鍛壓成形即可，也即是只要一個(gè)終鍛工步，而無須預(yù)鍛工步和制坯工步，所以型槽的設(shè)計(jì)也只要終鍛型槽即可。
那么本設(shè)計(jì)的過程如下：
1) 設(shè)計(jì)并繪制鍛件圖；
2) 設(shè)計(jì)終鍛型槽；
3) 確定模鍛設(shè)備噸位；
4) 鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
5) 繪出鍛模裝配總圖，給出鍛模技術(shù)條件，并繪制鍛模零件圖。
2.2鍛件圖的設(shè)計(jì)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(yàn)。冷鍛件圖供鍛件檢驗(yàn)和生產(chǎn)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(shè)計(jì)。熱鍛件圖是供制造模具使用。通常根據(jù)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(nèi)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(jīng)過機(jī)械加工的表面，在鍛件上則應(yīng)留出相應(yīng)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(dá)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(hù)片的特征為薄壁多槽、多圓角，且精度要求不高。所以在設(shè)計(jì)鍛件圖時(shí)，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(jié)構(gòu)要素。
確定分模面的原則：1)容易脫模 2)成型良好 3)平衡側(cè)壓力 4)保證承力面強(qiáng)度 5)便于檢查錯(cuò)移 6)簡(jiǎn)化鍛模制造。
根據(jù)零件形狀的特點(diǎn)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(gè)或兩個(gè)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(guān)系到鍛件質(zhì)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(zhì)量、保持生產(chǎn)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(chǔ)上，對(duì)于開式模鍛確定分模線位置時(shí)還應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：
（1）在鍛件的高度方向上選擇分模位置時(shí)，應(yīng)盡量選取中間部位，這樣能確保鍛件自由出模，對(duì)金屬?zèng)_填型槽也有利，同時(shí)還便于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)?，F(xiàn)象；
（2）有利于鍛件獲得理想的流線方向；
（3）對(duì)于盤類鍛件（ H≤ D ） ，應(yīng)取徑向分模，而不宜取軸向分模；
（4）應(yīng)有利于鍛出零件的非加工表面，對(duì)加工表面也應(yīng)盡量減少鍛件凹槽和孔等的機(jī)械加工余量；
（5）有利于鍛件切邊時(shí)的定位和切邊。
本設(shè)計(jì)中的零件，根據(jù)其形狀特征，結(jié)合以上分模原則，采用上下不對(duì)稱的曲線分模，這也是該零件的獨(dú)特之處。
彎曲分模線FM
相應(yīng)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(jī)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(huì)氧化、脫碳、粗糙不平。鍛件上需要機(jī)械加工的部位，都應(yīng)有加工余量。對(duì)重要承力件因檢驗(yàn)或機(jī)械加工定位需要，還應(yīng)給予必要的工藝余塊。加工余量主要由鍛件質(zhì)量、制件機(jī)加工精度和鍛件復(fù)雜程度查表確定。
2.2.2.1.1估算鍛件質(zhì)量
預(yù)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=0.43Kg
2.2.2.1.2加工精度
鍛件的精度等級(jí)可分為：普通級(jí)（用于粗鍛或普通模鍛工藝鍛壓）、半精密級(jí)（用于普通模鍛或半精鍛工藝鍛壓）、精密級(jí)（用于精鍛工藝鍛壓）。
一般情況下,表面粗糙度Ra小于1.6μm需要精加工,其加工余量要適當(dāng)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(jí)（用于粗鍛或普通模鍛工藝鍛壓）。
2.2.2.1.3計(jì)算鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù)S
鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)S是鍛件質(zhì)量Mf與相應(yīng)的鍛件外廓包容體質(zhì)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(jù)S值的大小，鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)分為4級(jí)：
S1級(jí)（簡(jiǎn)單）： 0.63〈 S〈 1
S2級(jí)（一般）： 0.32〈 S〈 0.63
S3級(jí)（較復(fù)雜）：0.16〈 S〈 0.32
S4級(jí)（復(fù)雜）： 0〈 S〈 0.16
該零件外廓包容體為長(zhǎng)方體,長(zhǎng)為84.5mm寬為40.9mm, 高為21.7mm。
計(jì)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(jù)公式：S = Vd / Vb =54580.24 mm3 / 74996.29mm3 = 0.73
因?yàn)?.63<0.73<1
所以該零件的形狀復(fù)雜系數(shù)為 S1，其復(fù)雜程度為簡(jiǎn)單。
2.2.2.1.4 模鍛件的加工余量的構(gòu)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(cuò)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)表格。
查參考文獻(xiàn)[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(guān)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(dòng)、模膛磨損及上下模運(yùn)動(dòng)誤差都會(huì)導(dǎo)致鍛件尺寸出現(xiàn)偏差。模鍛件公差主要由鍛件質(zhì)量M、鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)S、材質(zhì)系數(shù)M和分模面形狀決定，同時(shí)還要考慮鍛造工藝、鍛造設(shè)備和加熱方法等。
2.2.2.2.1材質(zhì)系數(shù)M
材質(zhì)系數(shù)按鍛壓的難易程度劃分等級(jí)，材質(zhì)系數(shù)分為四類：（可鍛性依次降低：優(yōu)、良、一般、差 ），材質(zhì)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?yàn)樵摿慵牧蠟?5#熱軋鋼，故此材質(zhì)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(cè)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(nèi)模斜度之分。鍛件在冷縮時(shí)趨向離開模壁的部分為外模鍛斜度，用α表示；反之為內(nèi)模鍛斜度，用β表示。模鍛錘、鍛壓機(jī)和螺旋壓力機(jī)上鍛件的外模鍛斜度α，按鍛件各部分的高度H與寬度B以及長(zhǎng)度L與寬度B的比值H/B、L/B確定，數(shù)值查看參考文獻(xiàn)[1]。內(nèi)模鍛斜度β按外模鍛斜度α值加大2°或3°（15°除外）。 當(dāng)模鍛設(shè)備具有頂料機(jī)構(gòu)時(shí)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(biāo)準(zhǔn)刀具，模鍛斜度可按下列數(shù)值選用：0°15′,0°30′， 10，1030′，20，30，50，70，100，120，150 ，由查參考文獻(xiàn)[1]表5-8，L/B=1；H/B<1，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(dòng)和充滿型槽，提高鍛件質(zhì)量并延長(zhǎng)鍛模的壽命，模鍛件上所有的轉(zhuǎn)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(nèi)圓角，在制件公差允許條件下圓角半徑應(yīng)盡可能大。
（1） 內(nèi)圓角半徑r
模膛內(nèi)凹處的圓角半徑r稱為內(nèi)圓角半徑，內(nèi)圓角通常用以連接腹板、凹槽底與其相臨之側(cè)壁。它與鍛件上的外圓角半徑相呼應(yīng)。r太小，會(huì)使鍛件成形困難，導(dǎo)致鍛模因應(yīng)力集中開裂。一般情況下r取值按下式確定：
r = 余量 + α
式中 α—— 零件上相應(yīng)處圓角半徑或倒角
r值也可按參考文獻(xiàn)[1]表5-9取值。
（2）外圓角半徑R
模膛內(nèi)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(tái)的側(cè)面與頂面的相交處。它與鍛件上的內(nèi)圓角半經(jīng)相呼應(yīng)，R太小,會(huì)使脫模困難,還會(huì)造成模鍛時(shí)金屬流動(dòng)形成的纖維被割斷甚至產(chǎn)生折疊。一般情況下R值按下式確定:
R = （1.5～2.5）r
也可按參考文獻(xiàn)[1]表5-10確定。
為了便于模具制造時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)刀具，圓角半經(jīng)應(yīng)按下列標(biāo)準(zhǔn)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(jié)合零件圖，本設(shè)計(jì)中取外圓角半徑r=5mm；內(nèi)圓角半徑R=3；未注圓角半徑為r=1mm。
2.2.5沖孔連皮的設(shè)計(jì)
零件的透孔在終鍛型槽內(nèi)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?yàn)橐獙⒖變?nèi)的金屬全部排除不但很困難，而且使型槽內(nèi)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(shè)計(jì)鍛件圖時(shí)，根據(jù)不同情況，有三種方式來處理零件上的透孔：
（1）留實(shí)心余塊
當(dāng)模鍛件上的沖孔直徑小于25～30mm時(shí)，型槽凸起部分的沖頭，強(qiáng)度很難保證，且容易磨損，這時(shí)孔不必鍛出而留實(shí)心余塊，待以后切削加工。
（2）盲孔（壓窩）
當(dāng)鍛件高度h大于孔徑d的70%（h/d＞1。7）時(shí)，或當(dāng)h/d≥1，且
d≤40時(shí)，一般設(shè)計(jì)成兩邊帶有盲孔的鍛件，模鍛生產(chǎn)中不沖穿，待以后切削加工。盲孔深度h1≤0.5～0.8d，孔底部作成半球形的壓窩。
（3）沖孔連皮
根據(jù)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(cāng)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(shí)心余塊即可，也即是在型槽設(shè)計(jì)時(shí)該部位無須設(shè)計(jì)沖頭。
2.2.6繪制鍛件圖的技術(shù)條件
在鍛件圖上有許多要求，一般列入技術(shù)條件中，它同樣是檢驗(yàn)鍛件的依據(jù)。技術(shù)條件的主要內(nèi)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(cuò)移、翹曲量和殘余毛邊的大小；
（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(yàn)，如對(duì)重要鍛件所要求的宏觀纖維方向、金相組織、機(jī)械性能等要求；
（8）鍛件的類別及試驗(yàn)項(xiàng)目的取樣部位和方向等。
根據(jù)以上內(nèi)容結(jié)合此零件圖要求得出鍛件圖上應(yīng)標(biāo)明的技術(shù)條件如下：
（1）圖上未標(biāo)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(biāo)注的圓角半徑R=1mm。
根據(jù)余量和公差繪制鍛件圖如圖2-5示：
圖2-5 摩托車護(hù)片鍛件圖
2.3終鍛模膛設(shè)計(jì)
2.3.1 熱鍛件圖
2.3.1.1 收縮率
終鍛模膛應(yīng)根據(jù)比鍛件圖尺寸放大了一個(gè)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(yù)熱溫度。終鍛模膛易磨損處，在制造時(shí)，應(yīng)在鍛件下偏差范圍內(nèi)，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(yīng)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(yàn)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(chǔ)上加放收縮率
公式L =l（1+δ﹪）
式中：
L —— 熱鍛件圖基本尺寸(mm)；
l —— 冷鍛件圖上相應(yīng)基本尺寸(mm)；
δ —— 終鍛溫度下金屬的收縮率，鋼為1.2%～1.5%。
對(duì)于無坐標(biāo)中心的圓角半徑，不放收縮率。對(duì)薄而寬或細(xì)而長(zhǎng)的鍛件，由于在鍛模中先冷卻，收縮率應(yīng)當(dāng)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(nèi)孔，要在熱鍛件圖上繪出連皮形狀并標(biāo)明尺寸。在熱鍛件圖上不繪出制件輪廓線，也不標(biāo)注鍛件公差，除此以外還要注意以下幾點(diǎn)：
1) 熱鍛件圖高度尺寸從分模面標(biāo)注起，便于鍛模制造和檢驗(yàn)。
2) 在終鍛模膛易磨損處，可在鍛件負(fù)公差范圍內(nèi)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(dāng)增大尺寸,以避免鍛件缺陷。
4) 當(dāng)鍛錘噸位不夠易產(chǎn)生模鍛不足時(shí),熱鍛件圖上高度尺寸應(yīng)適當(dāng)減少；當(dāng)鍛錘噸位偏大鍛模承擊面可能壓陷時(shí)，熱鍛件圖上高度尺寸應(yīng)適當(dāng)增大。無論是減少或增大高度尺寸，都應(yīng)限制在鍛件尺寸公差范圍內(nèi)。
5) 鍛件上某些部分在切邊或沖連皮時(shí)會(huì)產(chǎn)生拉陷變形，熱鍛件圖上應(yīng)考慮彌補(bǔ)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(diǎn)多槽、多圓角，結(jié)合鍛件圖，繪制熱鍛件圖如圖2-6。
圖2-6摩托車護(hù)片熱鍛件圖
2.3.2確定模鍛設(shè)備噸位
模鍛設(shè)備的選擇包括設(shè)備類型的選擇和設(shè)備能力的選擇。正確選擇模鍛設(shè)備必須具備工藝和設(shè)備兩方面的知識(shí)。同時(shí)還要注意市場(chǎng)動(dòng)向，技術(shù)發(fā)展，資金和管理能力，以及對(duì)環(huán)保、勞保等方面的影響。
模鍛設(shè)備噸位選擇恰當(dāng)，既能獲得優(yōu)質(zhì)鍛件，又能節(jié)省能量，保證正常生產(chǎn)，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(jī)模鍛工藝特點(diǎn)
曲柄壓力機(jī)模鍛工藝特點(diǎn)如下：
（1）鍛件精度較錘上模鍛精度高；
（2）曲柄壓力機(jī)上模鍛件內(nèi)部變形深透而均勻，流線分布也均勻、合理，保證了力學(xué)性能均勻一致；
（3）曲柄壓力機(jī)上的模鍛，容易產(chǎn)生大毛邊，金屬?zèng)_填上下模差異不大；
（4）曲柄壓力機(jī)模鍛具有靜壓力的特性，金屬在型槽內(nèi)流動(dòng)較緩慢，這對(duì)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(jī)模鍛時(shí)，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(zhǎng)。又由于實(shí)現(xiàn)組合式模具，便于制造、修理和更換，其材料和加工費(fèi)也隨之下降。
2.3.2.2計(jì)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(zhǎng)度L
L d = 256mm
（3）鍛件體積V
V d = 54580.24 mm3
（4）鍛件質(zhì)量m d
m d = 0.43Kg
2.3.2.3曲柄壓力機(jī)噸位選擇
熱模鍛壓力機(jī)的噸位應(yīng)根據(jù)鍛件在終鍛時(shí)的最大變形力來確定。為避免因過載而導(dǎo)致悶車現(xiàn)象的產(chǎn)生，壓力機(jī)的使用噸位應(yīng)控制在公稱壓力的80%以下。
關(guān)于模鍛變形力的計(jì)算，盡管有不少理論計(jì)算方法，但因模鍛過程是一個(gè)短暫的動(dòng)態(tài)變化過程，受到諸多因素的制約，要獲得準(zhǔn)確的理論是很困難的。因此，生產(chǎn)中，為方便起見，多用經(jīng)驗(yàn)公式或近似解的理論公式確定設(shè)備噸位。有時(shí)，甚至采用更為簡(jiǎn)易的方法，即參照類似鍛件的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，通過類比來選擇設(shè)備噸位。
本設(shè)計(jì)采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算選擇。
經(jīng)驗(yàn)公式：
P = (64～73) KF鍛
式中：
P —— 模鍛所需壓力(kN)；
K —— 鋼種系數(shù)（kN/cm2），一般可取0.9～1.25，高強(qiáng)度鋼
應(yīng)取上限；
F鍛 —— 包括毛邊橋部在內(nèi)的鍛件水平投影面積（cm2）。
注：式中系數(shù)對(duì)于形狀簡(jiǎn)單，圓角較大的鍛件可取下限，反之對(duì)于形狀復(fù)雜，薄壁高筋及圓角較小的鍛件應(yīng)取上限。
本設(shè)計(jì)中，鋼種系數(shù)選1，包括毛邊橋部在內(nèi)的鍛件水平投影面積為 ：
F鍛 = F d + Fq = 3101.15 + 71.4X2 = 3243.95 mm2
計(jì)算鍛壓力為
P = （64?73）*1 *3243.95* 10-4 =20.76～23.68kN
所以結(jié)合壓力機(jī)的使用噸位應(yīng)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(jī)。
2.3.2.4 飛邊槽的設(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)飛邊槽，其形式和尺寸對(duì)鍛件質(zhì)量影響很大。曲柄壓力機(jī)模鍛飛邊槽有以下三種形式：Ⅰ型 ，Ⅱ型，Ⅲ型。
Ⅰ 型 Ⅱ 型
Ⅲ 型
圖2-7毛邊槽結(jié)構(gòu)形式
在曲柄壓力機(jī)上模鍛時(shí)，飛邊的阻力作用相對(duì)減小，飛邊槽主要是排泄和容納多余金屬。本設(shè)計(jì)選用形式Ⅲ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(shè)計(jì)飛邊槽目前有計(jì)算法和噸位法兩種方法，本設(shè)計(jì)選擇噸位法。
表2-1飛邊槽尺寸
鍛壓機(jī)噸位（kN）
h/mm
b/mm
h1/mm
r/mm
R1/mm
～6 300
10 000
16 000
20 000
25 000
31 500～40 000
1.0～1.5
1.5～2.0
2.0～2.5
2.5～3.0
2.5～3.0
3.5～4.0
4～5
4～6
5～6
6
6
6～8
5
6
6
6～8
6～8
8
15
15
20
20
20
25
0.5～1.0
1.0～1.5
1.5～2.0
2.0～3.0
3.0
3.5～4.0
由前面的計(jì)算鍛壓機(jī)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(dāng)?shù)姆糯笈c縮小。當(dāng)飛邊槽倉(cāng)部至模塊邊緣的距離小于20～25mm時(shí)，可將倉(cāng)部直接開通至模塊邊緣。本設(shè)計(jì)采用開通的倉(cāng)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(shí)，已指出該鍛件的模具型槽設(shè)計(jì)無須預(yù)鍛型槽和制坯型槽，也就是說無須預(yù)鍛工步和制坯工步，關(guān)于為什么不需要制坯工步，具體分析和證明過程如下：
長(zhǎng)軸類鍛件終鍛前，一般要將等截面的原材料沿軸向預(yù)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(yīng)截面積，以保證終鍛時(shí)，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(jì)算的坯料，通常稱為計(jì)算毛坯。那么表示計(jì)算毛坯的計(jì)算毛坯截面圖和計(jì)算毛坯直徑圖合稱為為計(jì)算毛坯圖。
計(jì)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(jì)算毛坯圖的形狀，其制坯難易程度可用以下系數(shù)來衡量：
α = d最大 /d均
β = L件 /d均
K = （d拐 – d最小）/ L桿
G = 鍛件重量
式中：
α —— 金屬流入頭部的系數(shù)；
β —— 金屬軸向流動(dòng)系數(shù)；
K —— 桿部錐度系數(shù)；
d最大 —— 計(jì)算毛坯的最大直徑；
d最小 —— 計(jì)算毛坯的最小直徑；
d拐 —— 桿部與頭部轉(zhuǎn)接處的直徑，即拐點(diǎn)處的直徑，可按計(jì)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(jì)算毛坯桿部長(zhǎng)度；
V桿 —— 計(jì)算毛坯桿部體積。
以上四個(gè)參數(shù)，稱為繁重系數(shù)。其具體含意為：α表明流到頭部金屬的量，α值愈大，頭部需要積聚的金屬體積愈大；β表明金屬軸向流動(dòng)的路程，β值愈大，流動(dòng)的路程愈長(zhǎng)；K表明桿部錐度的大小，K愈大，說明桿部?jī)啥私饘倭康牟钪涤螅诲懠亓縂愈大，制坯時(shí)需要轉(zhuǎn)移的金屬量愈多。
以上述繁重系數(shù)為依據(jù)，對(duì)照從生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)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(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件、鍛件形狀的復(fù)雜程度及生產(chǎn)批量進(jìn)行綜合分析，必要時(shí)可作出修改。
圖2-8 長(zhǎng)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(zhǎng)制坯；
拔-閉滾 —— 當(dāng)K 〉0.05時(shí)，宜用拔長(zhǎng)加上閉式滾壓制坯；
拔-開滾 —— 當(dāng)0.02〈 K〈 0.05時(shí)，宜用拔長(zhǎng)加上開式滾壓制坯；
拔-卡 —— 當(dāng)K〈 0.02時(shí)，可用拔長(zhǎng)加上卡壓制坯。
通過計(jì)算本鍛件的相關(guān)系數(shù)，由以上的分析過程查圖表得，本設(shè)計(jì)無須制坯工步，直接模鍛成形即可。
2.4.2 確定毛坯尺寸
關(guān)于坯料，采用GB702-72熱扎方鋼。其截面積和長(zhǎng)度確定如下：
坯料截面面積： F坯 = （1.02～1.05）F均
坯料截面尺寸： A坯 =
坯料長(zhǎng)度： L坯 =V坯/ F坯
代入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)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(zhǎng)度： L坯 = 72858.64 / 810.54≈90 mm
（V坯=Vd+Vq=54580.24+18278.4=72858.64mm3）
2.5機(jī)鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.5.1 模架結(jié)構(gòu)型式
模架是用做緊固模塊并傳遞鍛壓機(jī)頂料運(yùn)動(dòng)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(jī)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(dǎo)向裝置和緊固裝置組成。把鍛件從模膛中推出的機(jī)構(gòu)稱為推出器。用以保證上下模工作時(shí)互相對(duì)正的裝置稱為導(dǎo)向裝置，機(jī)鍛模導(dǎo)向裝置一般由導(dǎo)柱導(dǎo)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(diǎn)如下：
1) 定位準(zhǔn)確，緊固牢靠，是熱模鍛壓力機(jī)的典型結(jié)構(gòu)。
2) 適用于鍛件產(chǎn)量大，要求精度高，品種不太多的生產(chǎn)場(chǎng)合。
鍵式模架的特點(diǎn)如下：
1) 結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，模架安裝、更換、調(diào)整比較方便。
2) 鍵式模架適用于生產(chǎn)量大，模具更換不很頻繁的情況。
綜合上面的考慮，本次設(shè)計(jì)用的是熱模鍛曲柄壓力機(jī)，因此選用窩座式模架。
2．5．2 模架設(shè)計(jì)
1) 根據(jù)鍛件圖計(jì)算鍛壓力確定鍛壓機(jī)噸位和型號(hào)。根據(jù)鍛件模架生產(chǎn)品種、生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)方式確定模架結(jié)構(gòu)型式。
2) 根據(jù)鍛壓機(jī)安模空間尺寸及封閉高度調(diào)節(jié)量確定模架封閉高度及寬度和長(zhǎng)度。通用模架可根據(jù)壓機(jī)噸位及鍛件變形工步數(shù)查有關(guān)資料確定。
3) 根據(jù)鍛壓機(jī)推料機(jī)構(gòu)和布置和推料行程設(shè)計(jì)模架內(nèi)出料器，確定推桿數(shù)量、推桿位置及推桿長(zhǎng)度等。
4) 根據(jù)模塊尺寸及操作方式確定模架內(nèi)模塊布置及相互距離。
5) 根據(jù)鍛壓機(jī)噸位及鍛件尺寸設(shè)計(jì)導(dǎo)向裝置。
2．5．3鍛?？傮w結(jié)構(gòu)
曲柄壓力機(jī)滑塊速度低，工作平穩(wěn)，裝有頂出裝置，模鍛時(shí)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(jī)用組合鍛模結(jié)構(gòu)根據(jù)工位數(shù)、鑲塊緊固方式和鑲塊形狀可分為5種形式，即：?jiǎn)喂の痪匦舞倝K斜楔緊固結(jié)構(gòu)、雙工位矩形鑲塊壓板緊固結(jié)構(gòu)、三工位圓形鑲塊壓板緊固結(jié)構(gòu)、三工位圓形鑲塊壓環(huán)或鋼珠止動(dòng)螺釘緊固結(jié)構(gòu)和四工位矩形鑲塊十字鍵槽與平槽定位結(jié)構(gòu)。
圓形鑲塊具有便于加工及節(jié)省模具材料等優(yōu)點(diǎn)，主要適用于形狀簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)體鍛件。因不能調(diào)節(jié)水平方向的錯(cuò)移，因此逐漸少用。矩形鑲塊調(diào)整方便，適于任何形狀的鍛件。故本設(shè)計(jì)采用單工位矩形鑲塊斜楔緊固結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：
(1) 鍛?？梢圆捎媒M合結(jié)構(gòu)。
(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(tái)上。
(3) 鍛模內(nèi)設(shè)有下頂出裝置。
(4) 多為單腔鍛模。
(5) 多設(shè)有導(dǎo)向裝置。
見圖2-9所示:
圖2-9 鍛模總體結(jié)構(gòu)
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(dǎo)向裝置,8—緊固壓板
2．5．4 機(jī)鍛模的閉合高度
鍛壓機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，機(jī)鍛模閉合。這時(shí)上模座上端面到下模座下端面的距離H稱為機(jī)鍛模的閉合高度。
上下對(duì)稱的機(jī)鍛模，各部分高度尺寸應(yīng)符合下列三項(xiàng)要求
（1） H=A+0.75a
式中 H——鍛模閉合高度；
A——熱鍛模壓力機(jī)最小封閉高度；
a——熱模鍛壓力機(jī)封閉高度調(diào)節(jié)量。
（2） 2（h1+h2）=(0.60～0.65)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17.5﹪～20﹪，以保證修復(fù)量。
（3） h4=h飛
式中 h4——鍛模閉合時(shí)上、下模之間最小間隙；
h飛——飛邊槽橋部高度。
機(jī)鍛模閉合時(shí)必須保證h4，以補(bǔ)償各種誤差，防止悶車。
2.5.5 鑲塊設(shè)計(jì)
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 = （1～1.5）h ≥ 40mm
式中：
h ——模膛邊緣的深度。
模壁厚度與模膛形狀的關(guān)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(guān)系
通過分析鍛件圖本設(shè)計(jì)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(guān)。鑲塊模膛的底部厚度h1應(yīng)不小于（0.6～0.65）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(shí)，模膛底部厚度也應(yīng)符合上述條件，以便采用標(biāo)準(zhǔn)模板的墊板來補(bǔ)償翻新量。 鑲塊在閉合狀態(tài)時(shí)的總高度H模應(yīng)不大于（0.35～0.4）H。
圖2-11 鑲塊底部厚度與鑲塊高度的關(guān)系
鑲塊的具體尺寸見零件圖，為了使整體協(xié)調(diào)，局部尺寸可作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
2.5.5.3數(shù)據(jù)核算
為保證鑲塊工作的安全可靠性，必須對(duì)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(jī)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(shè)計(jì)是符合要求的，也是合理的。
2.5.6 頂料裝置設(shè)計(jì)
模架內(nèi)設(shè)有頂料裝置，用于傳遞熱鍛模壓力機(jī)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(jī)一般配有3～4個(gè)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(shè)計(jì)頂料裝置采用直接式。因?yàn)檫@種頂料機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。熱鍛模壓力機(jī)的頂桿直接推頂模架內(nèi)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(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)
導(dǎo)向裝置的作用：減少模具錯(cuò)移，提高鍛件精度，便于模具調(diào)整。導(dǎo)柱要有足夠的強(qiáng)度和剛度以承受模鍛過程中產(chǎn)生的錯(cuò)移力。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括導(dǎo)柱、導(dǎo)套和刮圈等零件。
材料：導(dǎo)柱應(yīng)具有較好的韌性和耐磨性，采用20Cr,滲碳淬火。
導(dǎo)套、襯套、刮圈和導(dǎo)柱做相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，為使運(yùn)動(dòng)性能好，不容易被咬合，導(dǎo)套材料和刮圈采用銅質(zhì)材料和青銅材料或黃銅。具體結(jié)構(gòu)見圖紙。
表2-3
導(dǎo)柱設(shè)計(jì)
序號(hào)
鍛模壓力機(jī)/MN
D
D1
L≥
f
R
d0
h
k
名義尺寸
偏差
名義尺寸
偏差
1
6.3
65
-0.020
65
+0.065
+0.045
100
10
5
M10
15
17
2
10
90
-0.023
90
+0.085
+0.060
140
15
6
M12
18
22
3
16
110
-0.023
110
+0.095
+0.070
170
20
8
M14
25
28
4
20
140
-0.027
140
+0.110
+0.080
220
20
10
M16
25
40
導(dǎo)柱的選用見上表，該熱鍛模壓力機(jī)的公稱壓力為10MN,具體裝配位置見圖紙。
表2-4
導(dǎo)套設(shè)計(jì)
序號(hào)
鍛模壓力機(jī)/MN
D
D1
L
l
a
b
c
f
r
標(biāo)稱尺寸
偏差
標(biāo)稱尺寸
偏差
1
6.3
65.2
+0.030
80
+0.055
+0.033
125
12
4
2
2
1
3
2
10
90.25
+0.035
110
+0.070
+0.045
170
15
5
2.5
3
2
4
3
16
110.25
+0.035
130
+0.085
+0.058
200
20
5
2.5
3
2
5
4
20
140.3
+0.040
160
+0.085
+0.058
230
25
6
3
3
2
5
導(dǎo)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(dāng)鍛件體積大、批量大、形狀復(fù)雜、變形量大、精度要求高時(shí),要選用好材料。
結(jié)合前面的分析，本設(shè)計(jì)的鍛造過程非常簡(jiǎn)單，一次定型，鍛壓力也不是太大，對(duì)模具沒有什么特殊的要求，所以對(duì)模具材料要求并不高，只要滿足鍛壓需求且經(jīng)濟(jì)即可。查閱文獻(xiàn)[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(fù)雜的問題，可以從以下四個(gè)方面采取措施提高壽命：
1) 合理設(shè)計(jì)鍛模；
2) 合理設(shè)計(jì)鍛件；
3) 合理設(shè)計(jì)鍛造工藝；
4) 合理使用和維修鍛模。
2.5.8.4模具設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注意以下問題：
1) 上凸模及下凸模的拔模斜度應(yīng)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(jié)構(gòu)，且凹模鑲套上要設(shè)計(jì)有定位臺(tái)階，以方便對(duì)模。
2．6鍛模圖的繪制
設(shè)計(jì)進(jìn)行到這里，所有的數(shù)據(jù)計(jì)算工作已完成，結(jié)合前面的計(jì)算分析，下面開始繪制鍛模零件圖。
因?yàn)樵摿慵Y(jié)構(gòu)的獨(dú)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(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)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(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效率的系統(tǒng)工程。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品對(duì)模具的要求越來越高。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與制造方法不能適應(yīng)工業(yè)產(chǎn)品及時(shí)更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具生產(chǎn)中的不斷應(yīng)用，模具設(shè)計(jì)和制造的效率和質(zhì)量大大提高了，成本也降低了。工程技術(shù)人員借助于計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品的性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展也很快，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)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(shù)是模具生產(chǎn)革命化的措施，是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)。
本設(shè)計(jì)中的摩托車護(hù)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(shù)的應(yīng)用。具體的仿真加工過程如下詳細(xì)分析。
3.2 Mastercam軟件介紹
Mastercam 是CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造）一體化軟件，它集二維繪圖、三維實(shí)體設(shè)計(jì)、曲面設(shè)計(jì)、體素拼合、數(shù)控編程、刀具路徑模擬及真實(shí)感模擬等功能與一身。
作為一個(gè)CAD/CAM集成軟件，Mastercam系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)（CAD）和加工（CAM） Mastercam 使用CAD在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行圖形設(shè)計(jì)，然后在CAM中編制刀具路徑（NCI），通過后處理轉(zhuǎn)換成NC程序，在傳送至數(shù)控機(jī)床，選用不同的刀具進(jìn)行加工。它能大大地節(jié)省設(shè)計(jì)和加工時(shí)間、降低產(chǎn)品成本，同時(shí)提高工作效率和加工精度，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，給開發(fā)新產(chǎn)品贏得寶貴時(shí)間，因而更加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
本設(shè)計(jì)采用的是Mastercam 8.0中文版軟件。
本設(shè)計(jì)的鍛模CAD/CAM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下：
圖3-1 鍛模CAD/CAM系統(tǒng)框圖
按照流程框圖，該部分鍛模仿真即先利用CAD進(jìn)行實(shí)體造型，然后利用CAM進(jìn)行刀具路徑的編制，通過后處理轉(zhuǎn)換成NC程序。
下面的設(shè)計(jì)步驟就是按該順序進(jìn)行的。
3.3上鑲塊模仿真
本設(shè)計(jì)的前一部分已經(jīng)畫出了所設(shè)計(jì)的鍛模的零件圖，故可以直接采用來進(jìn)行實(shí)體造型。具體過程如下：
3.3.1曲面造型
上鑲塊模的曲面造型根據(jù)其形體特征來設(shè)計(jì)分三大部分：一是擠出鑲體；二是構(gòu)造凸模；三是構(gòu)造凸緣。只要將這三部分實(shí)體結(jié)合為一體即為所要的上鑲塊模實(shí)體。
3.3.1.1鑲體的擠出
Mastercam 8.0中擠出實(shí)體功能，可以擠出平的串連曲線去創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)實(shí)體，切割一個(gè)現(xiàn)存物體，或弄凸一個(gè)現(xiàn)存物體，系統(tǒng)沿一條線性路徑使用一個(gè)指定方向，距離和其它參數(shù)進(jìn)一步定義結(jié)果，用操作曲線形狀擠出串連曲線。
創(chuàng)建該擠出實(shí)體的步驟：
(1) 在畫圖之前先設(shè)定構(gòu)圖面為俯視圖，視角也為俯視圖。在圖層1上工作，工作深度Z=0。
在主菜單中選“繪圖——矩形”命令，在繪圖區(qū)畫出長(zhǎng)126mm，寬90mm的矩形，且以原點(diǎn)為中心。
回上層功能表，選“倒圓角”命令，將矩形的四個(gè)角倒成半徑為20mm的圓角。
(2) 將圖形視角改為等軸側(cè)視圖。在主菜單中選“實(shí)體——擠出”命令，顯示“選擇擠出之串連圖素.1”菜單。
(3) 用鼠標(biāo)點(diǎn)取所畫的已倒好角的矩形，顯示“選擇擠出之串連圖素.2”菜單，圖形反白顯示，并顯示串連箭頭，然后選擇菜單中的“執(zhí)行”命令。
(4) 顯示“擠出之方向”菜單，在剛選好的串連曲線上，系統(tǒng)自動(dòng)顯示一個(gè)方向箭頭，指出了現(xiàn)在擠出的方向，剛好是所需要的方向（如果不是想要的方向可以在菜單中選擇“換向”命令，選擇需要的方向），選擇“執(zhí)行”命令，顯示“擠出實(shí)體之參數(shù)設(shè)定”對(duì)話框。
(5) 在“擠出實(shí)體之參數(shù)設(shè)定”對(duì)話框中，指出執(zhí)行擠出操作的類型。
選“產(chǎn)生主體”，是構(gòu)建一個(gè)新實(shí)體；
選“切割主體”，是從現(xiàn)存實(shí)體中刪除材料；
選“增加凸緣”，是增加材料至現(xiàn)在的物體上。
這里選“產(chǎn)生主體”，是因?yàn)橐獦?gòu)建新實(shí)體。按零件圖尺寸要求，延伸的距離為43.3mm。參數(shù)設(shè)定完點(diǎn)擊“確定”按鈕，擠出所需實(shí)體。
(6) 重新選擇“實(shí)體——擠出”命令，按相同的步驟選擇該實(shí)體中最初的倒角矩形，不同的是，在“擠出實(shí)體之參數(shù)設(shè)定”對(duì)話框中設(shè)定參數(shù)為“增加凸緣”，延伸的距離為1mm，且方向相反，點(diǎn)擊“確定”按鈕，擠出實(shí)體。
圖3-2 擠出的實(shí)體輪廓
3.3.1.2凸模的構(gòu)造
結(jié)合該凸模的結(jié)構(gòu)特征，采用旋轉(zhuǎn)法構(gòu)建該凸模實(shí)體。
旋轉(zhuǎn)功能可旋轉(zhuǎn)平的串連曲線去構(gòu)建成一個(gè)或多個(gè)新的實(shí)體，在現(xiàn)存的實(shí)體上進(jìn)行切割或在現(xiàn)存的實(shí)體上增加凸緣，系統(tǒng)使用曲線旋轉(zhuǎn)串連，繞一軸旋轉(zhuǎn)曲線，并使用給予的起始角和終止角以及其它參數(shù)，進(jìn)一步完成實(shí)體。
創(chuàng)建該旋轉(zhuǎn)實(shí)體的步驟：
(1) 在畫圖之前先設(shè)定構(gòu)圖平面為俯視圖，圖形視角也為俯視圖，并將
圖層1關(guān)閉，在圖層2上工作，且工作深度Z=0。
在主菜單中選擇“繪圖”命令，按零件圖尺寸在繪圖區(qū)畫出凸模的截面輪廓圖。 (2) 將圖形視角改為等軸側(cè)視圖。
在主菜單中選“實(shí)體——旋轉(zhuǎn)”命令，顯示“選取旋轉(zhuǎn)之串連圖素.1”菜單。
(3) 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊已畫好的凸模截面圖，顯示“選取旋轉(zhuǎn)之串連圖素.2”菜單，圖形反白顯示，并顯示串連箭頭，然后選擇菜單中的“執(zhí)行”命令。
(4) 選擇中心線為旋轉(zhuǎn)軸線，并顯示“旋轉(zhuǎn)實(shí)體”菜單，在被選軸線上自動(dòng)顯示一個(gè)方向箭頭，剛好是所需方向（若不是，可以在菜單中選擇“換向”命令），然后點(diǎn)取“執(zhí)行”命令，出現(xiàn)“旋轉(zhuǎn)實(shí)體”對(duì)話框。
(5) 在“旋轉(zhuǎn)