第10章_鍛模設(shè)計(jì)

1、模具UG NX設(shè)計(jì)王高潮 教授南昌航空大學(xué)材料學(xué)院2007.5.第十章第十章 鍛模設(shè)計(jì)鍛模設(shè)計(jì)n鍛件造型是實(shí)體建模中最為復(fù)雜的。使用CAD構(gòu)建零件時(shí)，不管是什么樣的零件，它的特征決定了使用什么樣的建模工具。鍛件特征包括：拔模、分模線、倒圓、加強(qiáng)肋等。本章將介紹鍛件和鍛模的UG NX設(shè)計(jì)建模過程。第一節(jié)第一節(jié) UG NX拔模特征操作拔模特征操作nUG NX的拔模特征操作包括拔錐(Taper)和體拔錐(Body Taper)。拔模特征操作可以將實(shí)體上的面或邊生成錐角，常用于鍛件的拔模斜度處理。用戶可以選擇一個(gè)或多個(gè)要修改的面、邊或個(gè)別特征。但是，它們必須都是同一實(shí)體的一部分。 1拔錐（拔錐（Tap

2、er）n拔錐特性操作相對于指定的矢量和可選項(xiàng)的點(diǎn)，施加錐度到表面或邊緣。單擊該選項(xiàng)圖標(biāo)，彈出【錐角】對話框，如圖10-1所示。n錐角操作有四種方式：n面拔模、邊拔模、相切面拔模和分割線拔模。圖10-1 【錐角】對話框(1) 面拔模面拔模n拔模選擇的表面如圖10-2所示，參考點(diǎn)的位置決定拔?；鶞?zhǔn)平面，拔?；鶞?zhǔn)平面與拔模的矢量方向相垂直，在該基準(zhǔn)面的位置面的大小不發(fā)生變化。n面拔模操作：面拔模操作：n選擇拔模面選擇拔模面n定義拔模方向定義拔模方向n定義拔?；鶞?zhǔn)平面的參考點(diǎn)定義拔模基準(zhǔn)平面的參考點(diǎn)n設(shè)置拔模角度等參數(shù)設(shè)置拔模角度等參數(shù)確定。確定。圖10-2 面拔模(2) 邊拔模邊拔模n用一指定角度，

3、沿一選擇的邊緣組進(jìn)行拔模。與面拔模類似，只是選擇對象改成了邊，這樣可以應(yīng)用于選擇邊不在與拔模方向矢量相垂直的平面上的情況。n從邊拔模操作：n選擇要生成錐角的邊n指定拔模方向n輸入拔模角確定。(3) 相切面拔模相切面拔模n通過指定的拔模角，拔錐相切于選擇表面的所有面，如圖10-3所示。拔模角是用來決定等斜線的，它用作參考對象。拔模面的離開方向矢量側(cè)建立。利用相切面拔模，不能從一實(shí)體減去材料，你只能添加材料。n相切面拔模操作：n選擇要拔模的相切面組n指定拔模方向n指定拔模角度確定。圖10-3相切面拔模(4) 分割線拔模分割線拔模n從參考點(diǎn)開始以一定的拔模角沿指定的分割線產(chǎn)生拔模特征。參考點(diǎn)決定拔模

4、表面的起點(diǎn)，分割線拔模沿分割線建立正交于拔模方向的掃描面。如圖10-4所示(4) 分割線拔模分割線拔模(續(xù)續(xù))n分割線必須選擇實(shí)體的邊，如果需要在單一的表面進(jìn)行拔錐，應(yīng)該建立分割邊界，方法為首先在要拔錐的表面繪制曲線，如圖10-4所示，再使用【特征操作(Feature Opration)】【分割面(Subdivided Face)】命令分割表面而形成邊界。圖10-4分割線拔模2體拔模（體拔模（Body Taper）n體拔模特性操作主要用于構(gòu)造支持鍛件、鑄件和注塑件的錐度。功能包括：在分模面雙側(cè)拔模（匹配或不匹配），自動添加材料到欠切削區(qū)。單擊圖標(biāo)菜單，彈出【體拔?！繉υ捒颍鐖D10-5所示。n

5、體拔模操作有三種方式：n雙側(cè)拔模；n拔錐角并充填一欠切削區(qū)；n最高參考點(diǎn)拔模。圖10-5 【體拔模】對話框(1) 雙側(cè)拔模雙側(cè)拔模n在分模面或基準(zhǔn)面兩側(cè)創(chuàng)建雙側(cè)拔模，材料是添加到體上而不是從體上減去。如圖10-6 a)所示斜置的一個(gè)圓柱體，沿分模雙側(cè)拔模，在體拔模對話框中采用匹配拔模選項(xiàng)的雙側(cè)拔模效果如圖10-6 b)所示，這種情況可以滿足模具設(shè)計(jì)的要求。如果不采用匹配拔模選項(xiàng)，則達(dá)不到應(yīng)有的效果（見圖10-6 c)）。圖10-6 雙側(cè)拔模雙側(cè)拔模特征操作：雙側(cè)拔模特征操作： n選擇邊緣拔模方式n選擇分模面n定義拔模方向n定義在分模面上方的環(huán)形輪廓線n定義在分模面下方環(huán)形輪廓線n設(shè)置拔模角度、

6、匹配選項(xiàng)等參數(shù)n規(guī)定拔模是等斜線還是真實(shí)拔模n確定。(2) 欠切削區(qū)拔模欠切削區(qū)拔模n欠切削區(qū)拔模是單側(cè)的，并用材料充填欠切削區(qū)。如圖10-7所示，從圓柱形凸臺拔模到下底平板并填充在凸臺下的欠切削區(qū)。圖10-7 欠切削區(qū)拔模欠切削區(qū)拔模特征操作：欠切削區(qū)拔模特征操作：n選擇面拔模方式n選擇拔模所到的底面n定義拔模方向n規(guī)定要被拔模的表面n設(shè)置拔模角度等參數(shù)n規(guī)定拔模是等斜線還是真實(shí)拔模n確定。第二節(jié)第二節(jié) 鍛件設(shè)計(jì)鍛件設(shè)計(jì)n鍛件是在零件的基礎(chǔ)上添加余量、余塊、拔模斜度、圓角、沖孔連皮等形成的。n余量在鍛件的機(jī)械加工表面添加，可以采用拉伸面特征方法。n余塊可以通過刪除孔、槽等特征形成。n拔模斜度

7、采用上節(jié)的錐度命令。n圓角和沖孔連皮等則可以通過UG NX相關(guān)的特征操作來完成。實(shí)例：連桿鍛件設(shè)計(jì)。實(shí)例：連桿鍛件設(shè)計(jì)。n如圖10-8所示的連桿零件，在此基礎(chǔ)上完成鍛件設(shè)計(jì)。圖10-8 連桿零件三維模型該連桿零件的詳細(xì)工程圖紙如圖該連桿零件的詳細(xì)工程圖紙如圖10-9所示所示n讀者可以參照圖中尺寸進(jìn)行連桿零件的三維實(shí)體造型，創(chuàng)建連桿零件文件“Ex_Connecting_rod.prt”圖10-9 連桿零件二維工程圖具體造型步驟具體造型步驟:n可以采用整體造型方法，用毛坯輪廓一次拉伸到實(shí)際高度，然后再進(jìn)行其它粗加工和精加工的特征操作。n也可以根據(jù)連桿零件的上下對稱性，先完成上半部分的的造型，再用鏡

8、像的辦法完成整體造型。n后一種方法簡稱對稱造型方法，使用這種方法更方便快捷。鍛件設(shè)計(jì)的特征造型：鍛件設(shè)計(jì)的特征造型：n創(chuàng)建連桿鍛件文件。打開“Ex_Connecting_rod.prt”文件，另存為連桿鍛件文件“Ex_Connecting_rod_forging.prt”。鍛件設(shè)計(jì)的具體造型步驟鍛件設(shè)計(jì)的具體造型步驟:n刪除孔和槽特征以添加余塊。n該連桿小頭部分的孔直徑太小無法鍛造，應(yīng)添加余塊。此外，大頭部分的環(huán)形槽和螺釘孔也應(yīng)作為余塊處理。n拉伸特征添加余量。n該連桿的大頭和小頭部分的上下表面，以及大頭部分的圓孔需要進(jìn)行機(jī)械加工，因此應(yīng)該添加余量(本例分別設(shè)定為：大頭1.5mm，小頭2mm)

9、。n拔模斜度設(shè)計(jì)。n連桿側(cè)邊的所有面都應(yīng)該設(shè)計(jì)拔模斜度(本例分別設(shè)定為:外斜度7，內(nèi)斜度10)。n沖孔連皮設(shè)計(jì)。n在連桿大頭部分的中心孔處應(yīng)該設(shè)計(jì)沖孔連皮(本例分別設(shè)定為：連皮厚度3mm，圓角半徑R3)。n添加圓角。n最后在連桿鍛件的所有尖角處分別添加內(nèi)外圓角(本例分別設(shè)定為：內(nèi)圓角半徑設(shè)為2mm，外圓角半徑設(shè)為1mm)。保存文件保存文件“Ex_Connecting_rod_forging.prt”。n設(shè)計(jì)好的連桿鍛件如圖10-10所示。圖10-10連桿鍛件圖注意注意:n 如果連桿零件的建模是采用整體造型方法的，可以先切除下半部分；n如果連桿零件采用的是對稱造型方法，可以先刪除鏡像生成的下半部

10、分。n然后在上半部分完成上述特征造型后，再通過鏡像生成下半部分。n上述建模步驟只是大概的順序，具體建模步驟應(yīng)根據(jù)UG NX特征建模的實(shí)際過程和要求進(jìn)行調(diào)整。第三節(jié)第三節(jié) 終鍛型槽設(shè)計(jì)終鍛型槽設(shè)計(jì)n終鍛型槽設(shè)計(jì)是以熱鍛件為依據(jù)，通過模塊與鍛件的布爾差運(yùn)算形成型腔，再添加飛邊槽和鉗口。n首先設(shè)計(jì)模塊。n仍然以上述連桿鍛模為例，假定采用熱模鍛壓力機(jī)模鍛。首先應(yīng)對冷鍛件加放收縮率，假定取1.2%，則熱鍛件的體積應(yīng)是冷鍛件的1.0123=1.0364倍。在在UG NX中分析計(jì)算圖中分析計(jì)算圖10-10所示的連桿鍛所示的連桿鍛件圖的體積的方法為：件圖的體積的方法為：n點(diǎn)擊【分析(L)】【質(zhì)量屬性(P)】命

11、令n選擇連桿鍛件實(shí)體，信息欄中顯示連桿冷鍛件的體積值：nV冷鍛件=161264 mm3。連桿熱鍛件的生成方法為：連桿熱鍛件的生成方法為：n打開“Ex_Connecting_rod_forging.prt”文件，另存為連桿熱鍛件文件“Ex_Connecting_rod_hot_forging.prt”。n選擇【插入(S)】【偏置/比例(O)】【比例(S)】命令，選用均勻比例因子1.012。操作結(jié)束即可獲得熱鍛件三維實(shí)體模型。n再用上述質(zhì)量屬性方法獲得連桿熱鍛件的體積值：V熱鍛件=167139 mm3。n保存文件“Ex_Connecting_rod_hot_forging.prt”。連桿熱鍛件如圖

12、所示終鍛型槽設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟終鍛型槽設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟: (1) 型腔設(shè)計(jì)n首先生成連桿終鍛下模塊文件“Ex_Connecting_rod_forging_die_ down.prt”。n鍛模模塊選擇兩端帶斜度(10)的a型鑲塊結(jié)構(gòu)，模塊的尺寸為450260100mm3。n用【長方體(Block)】特征操作生成下模塊時(shí)，定位坐標(biāo)應(yīng)為（-155,-130,-101）。以下模為例，采用布爾差運(yùn)算生成型腔。以下模為例，采用布爾差運(yùn)算生成型腔。n由于熱模鍛壓力機(jī)閉合時(shí)，上模塊和下模塊有間隙（等于飛邊橋部高度h=2mm）。調(diào)入文件“Ex_Connecting_rod_hot_forging.prt

13、”進(jìn)行求差操作，在模塊（目標(biāo)體）與熱鍛件（工具體）定位時(shí)，鍛件的分模線應(yīng)高出1/2h=1mm。n注意到連桿鍛件圖的坐標(biāo)原點(diǎn)位于連桿大頭部分的圓心處，按照型腔位于模塊中央的原則，連桿鍛模下模型腔設(shè)計(jì)的效果圖見圖10-11所示。保存文件“Ex_Connecting_rod_forging_die_down.prt”。n圖10-11連桿鍛模下模型槽設(shè)計(jì)圖(2) 飛邊槽設(shè)計(jì)飛邊槽設(shè)計(jì)n采用II型熱模鍛壓力機(jī)飛邊槽(見圖10-12)，飛邊橋部在上模。n飛邊槽參數(shù)：nh=2mm, r =1mm, b=6mm, b1=28mm,h1=6mm,R=4mm,R1=5mm。n飛邊槽面積為199.4mm2。圖10-

14、12飛邊槽尺寸和面積由于本連桿鍛件上下對稱，可以在上述下模型腔由于本連桿鍛件上下對稱，可以在上述下模型腔設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上添加飛邊槽形成上模。設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上添加飛邊槽形成上模。n打開下模塊文件 n“Ex_Connecting_rod_forging_die_down.prt”,n另存為上模塊文件n“Ex_Connecting_ rod_forging_die_up.prt”。n采用帶偏置的拉伸特征造型可以很方便地形成橋部和倉部，拉伸特征操作的編輯參數(shù)為：n起始距離：-5；終止距離：0；n第一偏置：6；第二偏置：34。n執(zhí)行布爾差運(yùn)算。n添加圓角r、R和R1完成飛邊槽橋部和倉部的造型。上模設(shè)計(jì)的效果見圖

15、上模設(shè)計(jì)的效果見圖10-13。n保存上模塊文件n“Ex_Connecting_ rod_forging_die_up.prt”。圖10-13連桿鍛模上模型槽設(shè)計(jì)圖 (3) 鉗口設(shè)計(jì)鉗口設(shè)計(jì)n鉗口用來容納夾持坯料的夾鉗和便于從型槽中取出鍛件。另一個(gè)作用是作為澆注檢驗(yàn)用的鉛或鹽樣件的澆口。n本例連桿鍛件在熱模鍛壓力機(jī)上鍛造，鉗口的作用主要為樣件的澆口。因此可以采用小尺寸的特殊鉗口。n鉗口寬度取50mm，深度取5mm，鉗口斜度和坡度均取10；鉗口頸尺寸取82.5mm2。打開下模塊文件文件打開下模塊文件文件“Ex_Connecting_rod_forging_die_down.prt”。n另存為帶鉗口

16、模塊文件n“Ex_Connecting_ rod_forging_die.prt”。n可采用帶錐度的拉伸特征操作生成鉗口。n首先在連桿大頭倉部處（距大頭端部24mm）繪制50mm寬、5mm深，并帶45斜邊的草圖，然后依此草圖作拉伸特征操作。拉伸特征操作的參數(shù)為：拉伸特征操作的參數(shù)為：n起始距離：0；終止距離：150；錐度：-10。執(zhí)行布爾差運(yùn)算。n然后在鉗口槽底添加R5的圓角，在鉗口與飛邊槽倉部交接處添加R2.5的圓角。n鉗口頸可采用拉伸特征或腔體特征操作生成。n腔體特征操作的參數(shù)為：n長度：40；寬度：8；深度：2.5；拔模角：20,執(zhí)行布爾差運(yùn)算。最后完成的終鍛下模造型設(shè)計(jì)如圖最后完成的終

17、鍛下模造型設(shè)計(jì)如圖10-14所示。所示。保存文件“Ex_Connecting_rod_forging_die.prt”。圖10-14 連桿鍛模下模鉗口和型槽設(shè)計(jì)圖第四節(jié)第四節(jié) 預(yù)鍛型槽設(shè)計(jì)預(yù)鍛型槽設(shè)計(jì)n預(yù)鍛型槽是以終鍛型槽或熱鍛件圖為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)的原則是經(jīng)預(yù)鍛型槽成形的坯料，在終鍛型槽中最終成形時(shí)，金屬變形均勻，充填性好，產(chǎn)生的飛邊最小。n為此，結(jié)合連桿鍛造實(shí)例，須具體考慮如下問題：1. 預(yù)鍛型槽的寬與高預(yù)鍛型槽的寬與高n連桿鍛件當(dāng)預(yù)鍛后在終鍛型槽中應(yīng)以鐓粗方式成形，取預(yù)鍛型槽的高度尺寸比終鍛型槽大5mm，寬度則比終鍛型槽小2mm，橫截面面積比終鍛型槽大3%。n按照上述原則，在UG NX中

18、設(shè)計(jì)預(yù)鍛型槽，可采用以下步驟進(jìn)行：(1) 首先計(jì)算預(yù)鍛件的體積首先計(jì)算預(yù)鍛件的體積V預(yù)鍛件預(yù)鍛件nV預(yù)鍛件=V熱鍛件+V飛邊n式中：V預(yù)鍛件預(yù)鍛件的體積；V熱鍛件=熱鍛件的體積；V飛邊飛邊所占的體積。nV飛邊的根據(jù)下式計(jì)算：nV飛邊= KF飛邊槽L輪廓n式中：K飛邊槽充滿系數(shù)，本例取0.3；nF飛邊槽飛邊槽面積，參見圖10-8，為199mm2；nL輪廓鍛件在終鍛型槽投影的外輪廓的周長，n在熱鍛件工程圖中用UG NX【分析】【弧長】命令計(jì)算得出L輪廓為598mm。因此，因此，nV飛邊=0.3199598=35701mm3。nV熱鍛件運(yùn)用UG NX 【分析】【質(zhì)量屬性】命令計(jì)算熱鍛件的體積為167

19、139mm3。n最后計(jì)算得出： nV預(yù)鍛件=V鍛件+V飛邊=167139+35701=202840mm3(2) 比例因子的確定比例因子的確定nA.高度方向的比例因子:n預(yù)鍛型槽的高度尺寸比終鍛型槽大5mm，熱鍛件大頭部分的高度為20.24mm，則預(yù)鍛型槽高度為25.24mm，由此，高度方向的比例因子應(yīng)是25.24/20.24=1.25。B.寬度方向的比例因子n終鍛型槽的平均寬度的確定方法：n首先計(jì)算熱鍛件在終鍛型槽上的投影面積。可以通過UG NX的【分析】【面屬性】命令分析終鍛型槽承擊面的面積為97180 mm2，再計(jì)算分模面的面積為1079002，兩者相減獲得熱鍛件在終鍛型槽上的投影面積為1

20、0720 mm2，熱鍛件的長度為235mm，兩者相除獲得終鍛型槽的平均寬度為45.6mmn預(yù)鍛型槽的寬度比終鍛型槽小2mm，則預(yù)鍛件的平均寬度為43.6mm。因此，寬度方向的比例因子應(yīng)是43.6/45.6=0.956。C.長度方向的比例因子長度方向的比例因子n為了終鍛時(shí)便于預(yù)鍛件放入終鍛型槽，預(yù)鍛型槽的長度方向也取 比終鍛型槽短2mm，連桿熱鍛件長度為235mm，預(yù)鍛件長度應(yīng)為233mm，因此，長度方向的比例因子應(yīng)是233/235=0.991。(3) 預(yù)鍛件的的生成預(yù)鍛件的的生成n打開連桿熱鍛件文件n“Ex_Connecting_rod_hot_forging.prt”，n另存為連桿預(yù)鍛件文件

21、n“Ex_Connecting_rod_preforging.prt”。n采用UG NX比例特征操作n長、寬、高三個(gè)方向的比例因子分別取0.991、0.956和1.25，對熱鍛件模型進(jìn)行UG NX比例特征操作，可獲得的預(yù)鍛件UG NX三維特征模型。n保存文件:“Ex_Connecting_rod_preforging.prt”。體積校核體積校核n運(yùn)用UG NX【分析】【質(zhì)量屬性】命令計(jì)算預(yù)鍛件UG NX三維特征模型的體積為：nV預(yù)鍛件模型=197934mm3 n而上述計(jì)算的包括終鍛飛邊體積的預(yù)鍛件體積為：n V預(yù)鍛件= 202840mm3比較預(yù)鍛件三維特征模型的體積比較預(yù)鍛件三維特征模型的體積

22、V預(yù)鍛件模型預(yù)鍛件模型和上述和上述包括終鍛飛邊體積的預(yù)鍛件的計(jì)算體積包括終鍛飛邊體積的預(yù)鍛件的計(jì)算體積V預(yù)鍛件預(yù)鍛件n如果兩者相當(dāng)，則預(yù)鍛型槽無須設(shè)計(jì)飛邊槽倉部；n如果V預(yù)鍛件明顯小于V預(yù)鍛件模型，則說明上述預(yù)鍛型槽設(shè)計(jì)過大，即上述長、寬、高三個(gè)方向的比例因子設(shè)計(jì)不合理，應(yīng)調(diào)整預(yù)鍛件的長、寬、高尺寸，重新設(shè)計(jì)長、寬、高度方向的比例因子；n如果V預(yù)鍛件明顯大于V預(yù)鍛件模型，則必須設(shè)計(jì)飛邊槽倉部。本例兩者的差值為：本例兩者的差值為：nV=V預(yù)鍛件 V預(yù)鍛件模型=202840197934= 4906mm3nV是預(yù)鍛時(shí)向飛邊槽充填的金屬體積。n計(jì)算預(yù)鍛件在分模面上投影輪廓周長L預(yù)鍛件為n587mm，n

23、則預(yù)鍛時(shí)流向飛邊的金屬截面積為n4906/587=8.4mm2，只占飛邊槽截面積的4.2%。n故可以不設(shè)計(jì)飛邊槽倉部，必要時(shí)可以微調(diào)預(yù)鍛件的長、寬、高尺寸。(5) 參照終鍛型槽設(shè)計(jì)方法在參照終鍛型槽設(shè)計(jì)方法在UG NX中生成預(yù)鍛型槽。中生成預(yù)鍛型槽。n首先生成連桿預(yù)鍛下模塊文件n“Ex_Connecting_preforging_die_ down.prt”。n選取與終鍛型槽同樣大小模塊；然后將預(yù)鍛模塊與預(yù)鍛件模型進(jìn)行布爾差運(yùn)算，生成預(yù)鍛型腔；n加大在型槽分模面轉(zhuǎn)角處的圓弧和型槽內(nèi)的圓角半徑，本例修正增加值為2mm，因此圓角半徑取R3，其目的是減小金屬流動阻力；n由于本例中飛邊較小，可以不設(shè)置

24、鉗口；必要時(shí)設(shè)置飛邊槽。本例連桿鍛件的預(yù)鍛型槽下模最后設(shè)計(jì)結(jié)本例連桿鍛件的預(yù)鍛型槽下模最后設(shè)計(jì)結(jié)果如圖果如圖10-15所示。所示。圖10-15 連桿預(yù)鍛模下模型槽設(shè)計(jì)圖保存文件“Ex_Connecting_preforging_die_ down.prt”。n注意：由于加大型槽分模面轉(zhuǎn)角處和型槽內(nèi)的圓角半徑，使得預(yù)鍛型槽體積增大，如果增大的體積與V相當(dāng)，則不再需要設(shè)計(jì)預(yù)鍛飛邊槽倉部。第五節(jié)第五節(jié) 制坯型槽設(shè)計(jì)制坯型槽設(shè)計(jì)n制坯型槽設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是計(jì)算毛坯圖，因此，制坯型槽設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是計(jì)算毛坯圖。本節(jié)主要介紹計(jì)算毛坯設(shè)計(jì)方法和步驟。計(jì)算毛坯圖的設(shè)計(jì)方法n計(jì)算毛坯圖的設(shè)計(jì)依據(jù)是熱鍛件圖。n在熱

25、鍛件圖三維模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用UG NX 的裁剪（R）菜單中的修整（Trim）命令獲取熱鍛件的橫截面；n再運(yùn)用質(zhì)量屬性（P）菜單中的面積（A）命令獲取橫截面積；n然后加上飛邊槽充填面積便是計(jì)算毛坯截面積。n根據(jù)計(jì)算毛坯截面積可以導(dǎo)出計(jì)算毛坯半徑值，由此可以作出截面位置（X坐標(biāo)值）和計(jì)算毛坯半徑值（Y坐標(biāo)值）的樣條曲線。n最后運(yùn)用UG NX的設(shè)計(jì)特征（E）菜單中的回轉(zhuǎn)拉伸（R）特征操作獲得計(jì)算毛坯直徑圖。具體步驟如下：具體步驟如下：n1打開連桿熱鍛件三維實(shí)體模型文件“Ex_Connecting_rod_hot_forging.prt” ，如圖10-16所示。n調(diào)整坐標(biāo)系的方向，使鍛件的軸線為X軸方

26、向，坐標(biāo)原點(diǎn)位于鍛件左端部，如圖10-17所示。 n圖10-16 計(jì)算毛坯圖的設(shè)計(jì)依據(jù)熱鍛件圖圖10-17 調(diào)整鍛件圖的坐標(biāo)系2定義連桿截面位置尺寸。定義連桿截面位置尺寸。n首先按10mm均勻分隔，然后在面積突變處、最大截面處和最小截面處添加截面位置。設(shè)計(jì)如表10-1所示的計(jì)算毛坯數(shù)據(jù)表。表表10-1 計(jì)算毛坯數(shù)據(jù)表計(jì)算毛坯數(shù)據(jù)表序號序號12345678910111213位置位置/mm08.86102024.328304046.850606570F截面截面/mm207157521177136418251753126712141225144818251295F飛充飛充/mm21191191191

27、19119119119119119119119119119F計(jì)計(jì)/mm21198348711296148319441872138613331344156719441414R計(jì)計(jì)/mm26.216.316.720.321.824.924.421.020.620.722.424.921.2表表10-1 計(jì)算毛坯數(shù)據(jù)表計(jì)算毛坯數(shù)據(jù)表(續(xù)續(xù))序號序號14151617181920212223242526位置位置/mm8090100120140160180200210216220230236F截面截面/mm29814023653363193022855058759208986120F飛充飛充/mm2119

28、119119119119119119119119119119119119F計(jì)計(jì)/mm2110052148445543842140462499410391017731119R計(jì)計(jì)/mm218.712.91212.111.811.6111417.818.21815.36.23鍛件截面的獲取與面積的計(jì)算。鍛件截面的獲取與面積的計(jì)算。n首先在連桿大頭左端建立一個(gè)ZC-ZY的基準(zhǔn)面，然后執(zhí)行修整體（Trim）命令（見圖10-18 a)），在選擇連桿實(shí)體后，要定義截平面的方向和位置，先選擇ZC-ZY的基準(zhǔn)面，再選擇修剪方向反向，然后在基準(zhǔn)面偏置對話框中輸入坐標(biāo)參數(shù)。圖10-18 a)例如選取表例如選取表1

29、0-1中序號中序號8的位置坐標(biāo)值的位置坐標(biāo)值46.8mm，獲取的鍛件截面圖如圖獲取的鍛件截面圖如圖10-18 b)所示。所示。b) 46.8mm處的鍛件截面圖圖10-18 裁剪鍛件的截面圖計(jì)算截面面積計(jì)算截面面積n在“分析”工具欄中執(zhí)行“面屬性（F）”命令。在“選擇意向”對話框中選擇“單個(gè)面”為過濾器，如圖10-19 a)所示。鼠標(biāo)選取鍛件截面，在快捷菜單中會立即顯示所選截面面積值的結(jié)果數(shù)據(jù)為1214mm2，如圖10-19 b)所示。將面積數(shù)據(jù)填入表10-1中對應(yīng)位置的F截面所在行中。圖10-19計(jì)算截面面積na) 面積選擇對話框 b) 面積分析計(jì)算結(jié)果4獲取其它截面的面積獲取其它截面的面積n

30、依次按照表10-1中的位置數(shù)據(jù)，重復(fù)上述步驟，分別獲取其它截面的面積，并填入表中，最后獲得的鍛件截面面積數(shù)據(jù)如表10-1中的第3行數(shù)據(jù)F截面所示。5計(jì)算毛坯截面積計(jì)算毛坯截面積n計(jì)算毛坯截面積等于上述熱鍛件圖截面積加上飛邊槽充填面積。充填系數(shù)取0.3，飛邊槽截面積F飛為199mm2，則計(jì)算毛坯截面積的公式為：nF計(jì)=F截面+2F飛充n而：2F飛充=2F飛=20.3199=119mm2n將該數(shù)據(jù)填入表10-1中“2F飛充”所對應(yīng)的第4行中。然后依次計(jì)算F計(jì)，數(shù)據(jù)填入表10-1中“F計(jì)”所對應(yīng)的第5行中。6換算計(jì)算毛坯半徑值。換算計(jì)算毛坯半徑值。n計(jì)算毛坯半徑R計(jì)的計(jì)算公式如下：n根據(jù)表中F計(jì)的數(shù)

31、據(jù)依次計(jì)算R計(jì)，結(jié)果填入表10-1中“R計(jì)”所對應(yīng)的第6行中。計(jì)計(jì)FR13. 15 . 07生成計(jì)算毛坯直徑圖。生成計(jì)算毛坯直徑圖。n首先編輯樣條曲線的數(shù)據(jù)文件“Ex_Spline.dat”。文件格式和部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：n06.20n8.8616.30n1016.70n2020.30n24.321.80n2824.90n3024.40nn其中每一行為樣條曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)的X,Y,Z坐標(biāo)值，X,Y數(shù)據(jù)取自表10-1中的位置值和計(jì)算毛坯半徑值R計(jì)，數(shù)據(jù)之間用空格分隔。新建計(jì)算毛坯直徑圖文件新建計(jì)算毛坯直徑圖文件: “Ex_Preform_Configuration_D_dwg.prt”n執(zhí)行UG NX“曲線

32、”菜單的“樣條（S）”命令，在“樣條”對話框中選擇“通過點(diǎn)” 按鈕，如圖10-20 a)所示。接著在“通過點(diǎn)生成樣條”對話框中選取“文件中的點(diǎn)”按鈕（見圖10-20 b)）。a) 樣條曲線對話框 b) 通過文件中的點(diǎn)生成樣條曲線圖10-20樣條曲線對話框在文件游覽對話框中打開樣條曲線的數(shù)據(jù)文件“Ex_Spline.dat”，最后生成的樣條曲線如圖10-21所示。接著生成計(jì)算毛坯直徑圖：生成計(jì)算毛坯直徑圖：n圖10-21 計(jì)算毛坯直徑圖的樣條曲線n執(zhí)行回轉(zhuǎn)拉伸（R）特征操作，在回轉(zhuǎn)體對話框中選擇“曲線”選項(xiàng)，然后再選擇“軸和角”選項(xiàng)，軸選擇XC軸，起始角為0度，終點(diǎn)角度為360度。最后生成的計(jì)算

33、毛坯直徑圖的三維模型如圖10-22所示。圖10-22 計(jì)算毛坯直徑圖計(jì)算毛坯的體積計(jì)算毛坯的體積n接著運(yùn)用“分析”下拉菜單中的“質(zhì)量屬性（P）”命令可獲得計(jì)算毛坯的體積為194099mm3。n保存計(jì)算毛坯直徑圖文件“Ex_Preform_Configuration_D_dwg.prt”。 9計(jì)算毛坯直徑圖的修正計(jì)算毛坯直徑圖的修正。n為了便于金屬坯料充填鍛模型槽，應(yīng)該對計(jì)算毛坯直徑圖中大頭中部由于鍛件孔腔造成的凹部進(jìn)行修正，修正的原則是修正前后的計(jì)算毛坯直徑圖體積不變。修正的方法為調(diào)整凹部附近的樣條曲線控制點(diǎn)，然后查詢計(jì)算毛坯直徑圖體積與原值是否相當(dāng)。修正后的樣條曲線(可作為計(jì)算毛坯半徑R值曲

34、線)和計(jì)算毛坯直徑圖如圖10-23所示。其體積V毛坯為194102mm3。將計(jì)算毛坯直徑圖文件另存為將計(jì)算毛坯直徑圖文件另存為“Ex_Preform_Configuration_D_Modified.prt”。圖10-23 修改后的計(jì)算毛坯直徑圖10. 制坯工步選擇。首先計(jì)算相關(guān)參數(shù)：制坯工步選擇。首先計(jì)算相關(guān)參數(shù)：n(1)毛坯平均直徑：n式中：L計(jì)為計(jì)算毛坯的長度，本例中等于鍛件的長度。n(2)計(jì)算毛坯最大直徑dmax可以通過UG NX的信息查詢命令在修正后計(jì)算毛坯直徑圖中獲得為46.8mm。mmLVd4 .3223619410213. 11.13計(jì)毛坯均(3)繁重系數(shù)的計(jì)算：繁重系數(shù)的計(jì)算

35、：n 鍛件質(zhì)量G可以通過連桿鍛件的體積V冷鍛件=161264 mm3計(jì)算，或直接在UG NX軟件中查詢鍛件模型，可得G=1.26Kg。44. 14 .328 .46max均dd28. 7.432236均計(jì)dL選擇制坯工步選擇制坯工步n采用以上繁重系數(shù)查找鍛模設(shè)計(jì)手冊，并考慮該鍛件為雙頭一桿，可以對計(jì)算毛坯進(jìn)行簡化等情況，最后選用閉式滾擠為制坯工步。n由于熱模鍛壓力機(jī)上不能進(jìn)行滾擠制坯操作，因此可以采用輥鍛制坯，或者改在模鍛錘上進(jìn)行閉式滾擠制坯。n無論哪種方式制坯，都要以上述求得的計(jì)算毛坯直徑圖作為設(shè)計(jì)依據(jù)。下面以錘上模鍛為例說明采用UG NX軟件設(shè)計(jì)閉式滾擠型槽的方法。11坯料尺寸的確定坯料尺

36、寸的確定n用閉式滾擠制坯時(shí)：d坯=（1.051.2）d均n本連桿鍛件為兩頭一桿，取較小的系數(shù)，設(shè)為1.08，d均為32.4mm，則d坯為34.99mm，最后選定d坯為35mm。12閉式滾擠型槽設(shè)計(jì)閉式滾擠型槽設(shè)計(jì)n(1) 閉式滾擠型槽的寬度B按以下公式計(jì)算：n式中：F0坯料截面積，按d坯為35mm計(jì)算，F(xiàn)0應(yīng)為962mm2； hmin桿部最小高度，在UG NX環(huán)境中查詢上述計(jì)算毛坯半徑R值的樣條曲線可得Rmin為11.38mm，因此hmin為2Rmin等于22.76；所以求得型槽寬度B等于48.61。min015. 1hFB B值的校核值的校核nB值應(yīng)滿足公式：n1.1dmaxB1.7d坯，n

37、在UG NX環(huán)境中查得ndmax=46.85, n1.1dmax=51.5mm, n1.7d坯=59.5mm。n最后取B值為52mm.閉式滾擠型槽高度：閉式滾擠型槽高度：n滾擠型槽高度計(jì)算公式為nh桿=0.75d計(jì)；nh頭=1.1d計(jì)；nh拐=d計(jì)。n在實(shí)際設(shè)計(jì)中無需計(jì)算每點(diǎn)的型槽高度，只需分別計(jì)算頭部的hmax和桿部的hmin的R值，然后在UG NX軟件環(huán)境中，保證計(jì)算毛坯半徑R值的樣條曲線中對應(yīng)點(diǎn)的高度，其它點(diǎn)按便于金屬流動充型的原則進(jìn)行光順調(diào)整。本例計(jì)算毛坯圖中：n大頭部分：Rmax=23.4mm,n小頭部分Rmax=18.2mm ，n桿部Rmin=11.4mm。n因此滾擠型槽：n大頭部

38、分Rmax=25.8mm；n小頭部分Rmax=20.0mm ，n桿部Rmin=8.54mm。閉式滾擠型槽的高度母線閉式滾擠型槽的高度母線n在計(jì)算毛坯半徑R值的樣條曲線（文件“Ex_Preform_Configuration_D_Modified.prt”）的基礎(chǔ)上（圖10-24 a），維持拐點(diǎn)處的R值不變，按上述計(jì)算結(jié)果修改頭部和桿部三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的R值，其它控制點(diǎn)進(jìn)行光順處理。調(diào)整處理后的樣條曲線作為閉式滾擠型槽的高度母線，如圖10-24 b）所示。圖10-24 a）圖10-24 b）圖10-24 計(jì)算毛坯半徑曲線和閉式滾擠型槽高度母線將調(diào)整后的樣條曲線作為閉式滾擠型槽高度母線，文件另存為 “E

39、x_Edge_Rolling _H_Spline.prt”。圖10-24 b) 閉式滾擠型槽高度母線閉式滾擠型槽的生成：閉式滾擠型槽的生成：n進(jìn)一步完善閉式滾擠型槽的高度母線。在圖10-24 b)的基礎(chǔ)上，增加鉗口部分的高度母線。鉗口高度h鉗按公式h鉗=0.6d坯+6計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為h鉗=27mm，則鉗口半高為13.5mm。鉗口斜度為45，鉗口圓角R按公式R=(1.5-3)(Rmax- Rmin)，最后取R為25mm。n最后形成如圖10-25所示的閉式滾擠型槽高度母線。圖10-25 帶鉗口的閉式滾擠型槽高度母線將添加了鉗口的樣條曲線文件另存為將添加了鉗口的樣條曲線文件另存為 “Ex_ Edge

40、_Rolling _H_Spline_Modified.prt”。n閉式滾擠型槽的截面形狀按橢圓設(shè)計(jì)。n截面橢圓長軸徑即為型槽的寬度B，其值為52mm；n截面橢圓短軸半徑即為型槽的高度h，其值可以根據(jù)高度母線確定。n根據(jù)上述原則可以制訂閉式滾擠型槽的截面數(shù)據(jù)表如表10-2所示。表中的(x,y)值是用UG NX的“信息(I)”“點(diǎn)(P)”命令在圖10-25中的閉式滾擠型槽截面高度母線上采點(diǎn)獲得的。表表10-2 閉式滾擠型槽截面數(shù)據(jù)表閉式滾擠型槽截面數(shù)據(jù)表序號序號123456789101112131415位置位置(z)/mm-50-2.789.7745.379.090.0125154176194205216226236240短半軸短半軸(y)/mm50.113.517.025.818.112.910.28.569.8012.116.720.018.16.160.001長半軸長半軸(x)/mm50262626262626262