摘 要

吊环成形在机械生产以及重工业方面有着相当广泛的应用，其成形工艺和模具结构都比较典型。本文通过对吊环成形件模具生产的生产经验的总结和分析，利用了相关软件来模拟和优化吊环生产工艺。本文在Windows环境下，首先用UG进行三维辅助设计，AutoCAD进行二维图形处理，并且在预成形前用了有限元方法模拟坯料在模腔中的变形过程。

论文主要研究了锻造吊环的工艺流程，作为一个比较典型的回转体锻件，主要的工艺过程为制坯、检查坯料、加热坯料、坯料镦粗，坯料的弯曲变形，修边和切除冲孔连皮。工艺过程的每一步都会为接下来的工作做准备，例如镦粗会大大减少坯料弯曲时所需要的力。确定了基本的工艺过程后，便开始开模过程即UG建模。首先确定的是压力机的规格，确定的依据是根据坯料的复杂程度以及坯料的水平投影面积来估算的，大约是16000KN左右，所以确定压力机为16000KN。根据压力机的规格来确定上、下模座的尺寸，然后依次确定飞边槽、模块等其他零件的尺寸。最终在装配的环境下来将各个零件装配到一起。但是为了检验我的设计是否能够顺利地制造出吊环，要利用DEFORM来对坯料的镦粗及弯曲过程进行模拟。在软件中设置好基本数据后，我们观察了最终得到的锻件是否接近成品，问题主要是金属先充满了飞边，而未能充满上、下模镗，具体的解决方法大概思路是适当增加坯料的直径。

吊环成形件模具利用UG进行辅助设计是电脑技术发展的必然结果，适应于各种规模的企业，而且随着技术的发展未来将会有更多的辅助软件来帮助计算机模拟模锻，这为生产大大地减少成本，增加了企业的竞争力。

关键词：吊环；模具；UG；CAD；锻模；工艺；数值模拟

Abstract

The ring forming is widely used in mechanical production and heavy industry, and its forming process and die structure are typical. Based on the summary and analysis of the production experience of the die of the ring forming parts, the related software is used to simulate and optimize the production technology of the Rings. In this paper, we first use UG to do three-dimensional assistant design, AutoCAD to do two-dimensional graphics processing, and before the pre-forming, the finite element method is used to simulate the deformation process of billet in the cavity.

This paper mainly studies the process of forging the rings, as a typical rotary forging, the main process for the billet, inspection blanks, heating blanks, blank upsetting, bending deformation of blanks, trimming and cutting punching skin. Each step of the process prepares for the next work, such as upsetting, which greatly reduces the force needed to bend the billet. After the basic process is determined, the process of opening the mold is modeled by UG. First of all, determine the pressure machine specifications, based on the complexity of the billet and the level of the billet projection area to estimate, about 16000KN, so determine the pressure machine for 16000KN. According to the specifications of the press to determine the size of the upper and lower die seat, and then determine the size of the flying edge slot, module and other parts in turn. Eventually assemble the parts together in an assembly environment. But in order to test whether my design can make the rings smoothly, we should use deform to simulate the upsetting and bending process of the billet. After setting up the basic data in the software, we observe whether the final forging is close to the finished product, the main problem is that the metal is filled with the flying edge first, but not full of the upper and lower die boring, the concrete solution is probably the appropriate increase in the diameter of the billet.

The design of the die with UG is the inevitable result of the development of computer technology, adapts to various scale enterprises, and with the development of technology there will be more auxiliary software to help the computer simulate the forging, which greatly reduces the cost and increases the competitiveness of the enterprise.

Key Words：Rings; die; UG; CAD; forging die; process; numerical simulation

目 录

第1章 绪论 8

1.1 选题的目的及意义 8

1.2锻模成形的原理及特点 8

1.3国内外的研究现状及发展趋势 9

1.3.1国内的研究现状及发展趋势 9

1.3.2国外研究现状及发展趋势 10

1.4本文研究的主要内容 10

1.5本章小结 11

第2章 吊环锻件的热锻成形工艺 12

2.1模锻 12

2.1.1开式模锻 12

2.1.2闭式模锻 13

2.2锻造的生产工艺过程 13

2.3吊环成形过程中可能遇到的问题及预防 15

2.4吊环成形的优化 16

2.5本章小结 16

第3章 吊环的模锻成形 17

3.1模锻成形的介绍 17

3.2锻件的三维建模 17

3.2模具结构的设计 20

3.2.1飞边槽的确定 20

3.2.2顶杆的布置 21

3.3锻模结构的特点 22

3.3.1模架 22

3.3.2模块 23

3.3.3模架上的零件 24

3.4装配 27

3.5本章小结 29

第4章 吊环锻件成形的数值模拟 30

4.1前言 30

4.2刚塑性有限元法 30

4.3吊环成形的有限元模拟 30

4.4结果与分析 31

4.5本章小结 33

第5章 结论与展望 35

5.1结论 35

5.2展望 35

参考文献 36

致 谢 37

第1章 绪论

1.1 选题的目的及意义

随着人们生活水平的不断提高，人们对于金属产品的需求也越来越大，像汽车，门窗，等等。但是以往要加工这些金属件是非常困难的，因为要获得不同形状的金属产品需要把金属融化以后再想办法把铁水做成想要的形状，还有就是用吹风机把铁烧红了再砸，这种落后的生产方法比不能满足日渐增长的需求，因为生活需要形状更复杂的和更耐恶劣环境的金属，所以在这样的情况下各种各样的模具就应势而生了^[1]。用模具生产零件用很多种的生产方法，不同的方法适用于不同的生产环境，其中锻模生产适合大批量、快速生产。随着中国重工业的不断发展，在许多工厂和工地都会有起重机，所以吊环锻件的设计生产是人们目前所急需解决的问题。使用软件来模拟辅助生产，会大大的减少这一过程的时间，并且会降低生产成本，随着生活节奏的不断加快，使用电脑的模拟生产会满足不断变化的环境，从而能快速的更新生产。

1.2锻模成形的原理及特点

锻模是金属在热态和冷态下进行体积成形时所用到的各种模具的统称^[2]。如果变形时坯料的温度超过了金属本身的再结晶，这样的锻造工艺称之为热精锻。用来高温锻造的材料一般变形抗性较差、金属流动性强，就是因为如此，一些金属的价格就会比其他金属高，因为它们可以变成复杂的形状。但是因为强氧化作用，高温变形时会产生化学反应，导致工件的表面质量与尺寸精度较低。所以热精锻完成后会有比较专业的优化工作。热模锻过程通常有三个阶段：堆焊温度波动区域、附近堆焊温度梯度区域、基质温度平衡区域^[3]。吊环的形状虽然是回转体，但是其有着较大的法兰，而且用来制造吊环的金属强度都比较大，所以实际生产中都会用高温先将材料加热到可变形的程度。高温锻造常用的工艺方法为闭式模锻，但是因为在终锻前还要进行镦粗，闭式模锻的方法最后合模阶段的模具内力很大，对模具和设备会造成很大的破坏。实际生产中为了缓解这种情况常用的方法是用带有飞边的模锻来生产吊环，即在模具的分型面处加一个形状大小合适的飞边槽。在上、下模闭合前多余的金属会流进飞边槽内，这样的话就相当于吊环的生产还是闭式模锻，但是飞边槽的存在会减少模具内部压力，虽然最终要经过切边处理来去掉毛疵，但是就只有在分型面处会产生不光滑的表面，因此只要经过一些简单的后处理，就会提高表面的质量，而且还不影响吊环的工作面，所以这样的生产方式提高模具的使用寿命，节省了成本。一般在生产中，设计人员都会采用这样的方法，这样既可以获得形状复杂的零件，也保护了模具。

另一种锻造方法就是冷精锻^[4]。冷精锻是在室温下进行的精密锻造工艺。冷精锻成形过程中，因为实在室温下进行的，所以呢金属变形时需要很大的力来驱动，这些力主要是由压力机带动上、下模具产生的，所以这对模具有着很高的要求，而且在不可预知的情况下，模具很可能会被压力机压坏，即使这样也很难成形结构复杂的零件。吊环锻件虽然只是一个回转体，但其变形时金属的横向移动较大，所以一般不采用冷精锻。为了得到质量比较高的零件一般设计一些合理的飞边槽来辅助成形。