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畢業(yè)設計（論文）
題 目：CAD/CAM技術在摩托車護片鍛模設計中的應用
學 院： 南昌航空大學科技學院
專業(yè)名稱： 機械設計制造及其自動化
班級學號： 078105239
學生姓名： 呂江偉
指導教師： 姚坤弟
二〇一一年六 月
畢業(yè)設計（論文）任務書
I、畢業(yè)設計(論文)題目：
CAD/CAM技術在摩托車護片鍛模設計中的應用
II、畢 業(yè)設計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設計技術要求：
設計原始資料：摩托車護片零件一個，F(xiàn)ANUC-6M系統(tǒng)說明書；
設計技術要求：
1.設計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原文；
3.利用三維造型軟件對模具型面進行CAD造型及生成數(shù)控加工程序；
4.能夠進行刀具軌跡仿真模擬加工；
5.要求圖紙設計規(guī)范，符合制圖標準；
6.要求畢業(yè)論文敘述條理清楚，設計計算正確，論文格式規(guī)范。
III、畢 業(yè)設計(論文)工作內(nèi)容及完成時間：
1.查閱相關資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報告
第1周—第2周
2.設計并繪制摩托車護片鍛件圖 第3周
3.設計并繪制模具凸模、凹模零件圖 第4周—第7周
4.設計并繪制摩托車護片鍛模裝配圖 第8周—第10周
5.熟練掌握三維造型軟件的應用并進行曲面造型設計 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.編寫設計計算說明書（畢業(yè)論文）一份 第15周
8. 畢業(yè)設計審查、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模具設計. 北京:冶金工業(yè)出版社，2006.
[2].嚴烈主編. Mastercam 8模具設計制造. 北京:冶金工業(yè)出版社，2004.
[3].彭建聲主編. 模具技術問答. 北京: 機械工業(yè)出版社，2003
[4].伊啟中主編. 模具CAD/CAM . 北京:機械工業(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
航空與機械工程 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè)類 0781052 班
學生（簽名）：
填寫日期： 2011 年 03 月 11 日
指導教師（簽名）：
助理指導教師(并指出所負責的部分)：
機械設計制造及其自動化 系主任（簽名）：
附注:任務書應該附在已完成的畢業(yè)設計說明書首頁。
畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目 CAD/CAM技術在摩托車護片鍛模設計中的應用
專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化
班 級 學 號 078105239
學 生 姓 名 呂江偉
指 導 教 師 姚坤弟
填 表 日 期 2011 年 03 月 11 日
說 明
開題報告應結合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）、研究內(nèi)容及實驗方案、目標、主要特色及工作進度、參考文獻等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當修改。但每個專業(yè)填寫內(nèi)容應保持一致
一、選題的依據(jù)及意義：
CAD/CAM技術可以應用在許多領域，機械制造是最早也是最廣泛應用CAD/CAM技術的領域，在現(xiàn)代機械制造業(yè)中,模具工業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟中的基礎工業(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,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。模具制造能力的強弱和模具制造水平的高低,已經(jīng)成為衡量一個國家機械制造技術水平的重要標志之一,直接影響著國民經(jīng)濟中許多行業(yè)的發(fā)展，決定著一個國家制造業(yè)的國際競爭力。模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分別發(fā)展的基礎上發(fā)展起來的,它是計算機技術在模具生產(chǎn)中綜合應用的一個新的飛躍。CAD/CAM技術的迅猛發(fā)展,軟件、硬件水平的進一步完善,為模具工業(yè)提供了強有力的技術支持,為企業(yè)的產(chǎn)品設計、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)絡化的最優(yōu)選擇。
二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：
模具CAD/CAM技術，是以計算機軟、硬件技術的發(fā)展為基礎的、面向產(chǎn)品設計與生產(chǎn)的、綜合性的應用技術。模具的設計過程經(jīng)歷了由傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計、CAD/CAM輔助設計、人工智能專家系統(tǒng)的引入和知識集成技術的應用等發(fā)展階段。
隨著工業(yè)技術的發(fā)展，產(chǎn)品對模具的要求越來越高，傳統(tǒng)的模具加工方法已無法適應需求，因此先進的工業(yè)國家對模具CAD/CAM技術的開發(fā)應用十分重視。早在50年代末期一些飛機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)，且應用于模具設計和制造。
模具CAD/CAM技術發(fā)展很快，應用范圍也日益擴大。在國外，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技術在我國的發(fā)展開始于70年代末期，發(fā)展也很迅速。先后通過國家有關部門鑒定的有華中理工大學開發(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)；北京機電研究院、上海交通大學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)的注射模流動模擬軟件MDF等，這些CAD/CAM系統(tǒng)的研發(fā)促進了國內(nèi)模具行業(yè)的快速發(fā)展。
經(jīng)過這十幾年的發(fā)展，我國模具CAD/CAM軟件的開發(fā)水平也逐漸接近國外先進水平。在政府的大力支持下先后出現(xiàn)了一批先進的模具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)及應用人才。但總的來說，我國目前模具CAD/CAM軟件不管是從產(chǎn)品開發(fā)水平還是從商品化、市場化程度都與發(fā)達國家有不小的差距。??
隨著市場的國際化，競爭將愈演愈烈，短周期、高質(zhì)量、長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技術全面深入地應用于模具行業(yè)中，同時與并行工程、精益生產(chǎn)、敏捷制造等多種生產(chǎn)模式的結合日益密切，最終使模具行業(yè)發(fā)生重大變革。具體表現(xiàn)出以下幾個發(fā)展趨勢：
1)標準化 CAD/CAM系統(tǒng)可建立標準零件數(shù)據(jù)庫,非標準零件數(shù)據(jù)庫和模具參數(shù)數(shù)據(jù)庫。標準零件庫中的零件在CAD設計中可以隨時調(diào)用,并采用GT(成組技術)生產(chǎn)。非標準零件庫中存放的零件,雖然與設計所需結構不盡相同,但利用系統(tǒng)自身的建模技術可以方便地進行修改,從而加快設計過程,典型模具結構庫是在參數(shù)化設計的基礎上實現(xiàn)的,按用戶要求對相似模具結構進行修改,即可生成所需要的結構。
2)集成化技術 現(xiàn)代模具設計制造系統(tǒng)不僅應強調(diào)信息的集成,更應該強調(diào)技術、人和管理的集成。在開發(fā)模具制造系統(tǒng)時強調(diào)“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作機制集成及人員集成,這更適合未來制造系統(tǒng)的需求。
3)智能化技術 應用人工智能技術實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期(包括產(chǎn)品設計、制造、使用)各個環(huán)節(jié)的智能化,實現(xiàn)生產(chǎn)過程(包括組織、管理、計劃、調(diào)度、控制等)各個環(huán)節(jié)的智能化,以及模具設備的智能化,也要實現(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)絡技術的應用 網(wǎng)絡技術包括硬件與軟件的集成實現(xiàn),各種通訊協(xié)議及制造自動化協(xié)議,信息通訊接口,系統(tǒng)操作控制策略等,是實現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎。目前早已出現(xiàn)了通過Internet實現(xiàn)跨國界模具設計的成功例子。
5)多學科多功能綜合產(chǎn)品設計技術 未來產(chǎn)品的開發(fā)設計不僅用到機械科學的理論與知識,而且還用到電磁學、光學、控制理論等知識。產(chǎn)品的開發(fā)要進行多目標全性能的優(yōu)化設計,以追求模具產(chǎn)品動靜態(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)逆向工程技術的應用 在許多情況下,一些產(chǎn)品并非來自設計概念,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)品圖樣的條件下進行模具的設計和制造以便制造出產(chǎn)品。此時需要通過實物的測量,然后利用測量數(shù)據(jù)進行實物的CAD幾何模型的重新構造,這種過程就是逆向工程RE(ReverseEngineering)。逆向工程能夠縮短從設計到制造的周期,是幫助設計者實現(xiàn)并行工程等現(xiàn)代設計概念的一種強有力的工具,目前在工程上正得到越來越廣泛的應用。
7)快速成形技術 快速成形制造技術RPM(RapidPrototyping&Manufacturing)是基于層制造原理,迅速制造出產(chǎn)品原型,而與零件的幾何復雜程度絲毫無關,尤其在具有復雜曲面形狀的產(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計評估、裝配校驗、功能試驗,而且還可以通過形狀復制快速經(jīng)濟地制造出產(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)模具制造的費時、高成本的NC加工,因而RPM技術在模具制造中日益發(fā)揮著重要的作用。
三、研究內(nèi)容及實驗方案：
研究內(nèi)容：
1) 對摩托車護片鍛件進行工藝成型過程分析。
2) 根據(jù)摩托車護片零件圖結合鍛模設計的相關知識設計護片鍛模，并繪制模具零件圖及裝配圖。
3) 利用Mastercam軟件對護片鍛模的凸模和凹模進行曲面造型、模擬加工，并通過后處理生成數(shù)控加工程序。
實驗方案：
根據(jù)設計要求對零件進行三維造型并用計算機設計和模擬。
四、目標、主要特色及工作進度
目標：
設計摩托車護片模具，利用Mastercam軟件進行模具曲面造型并生成型面數(shù)控加工程序。
1) 摩托車護片零件圖紙一份，F(xiàn)ANUC—6M系統(tǒng)說明書；
2) 根據(jù)護片零件圖設計并繪制摩托車護片模具零件圖；
3) 利用Mastercam軟件對模具型面進行CAD造型及生成數(shù)控加工程序；
4) 能夠進行刀具軌跡仿真模擬加工，圖紙繪制符合制圖標準，畢業(yè)設計論文書寫符合規(guī)范。
主要特色：
1) CAD/CAM可以提高模具設計和制造水平，從而提高模具質(zhì)量。
2) 節(jié)省時間，提高效率。
3) 較大幅度降低成本。
4) 將技術人員從復雜的計算、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。
工作進度：
1.查閱資料，英文資料翻譯（6000字符），撰寫開題報告 2周
2.設計并繪制摩托車護片鍛件圖 1周
3.設計并繪制模具凸模、凹模零件圖 4周
4.設計并繪制摩托車護片鍛模裝配圖 3周
5.熟練掌握Mastercam軟件的應用并進行曲面造型設計 3周
6.利用Mastercam軟件生成模具型面數(shù)控加工程序 1周
7.編寫設計計算說明書（畢業(yè)論文）一份 1周
8.畢業(yè)設計審查、畢業(yè)答辯 2周
五、參考文獻
[1].蔡冬根主編. Mastercam9.1模具設計. 北京:冶金工業(yè)出版社，2006.
[2].嚴烈主編. Mastercam 8模具設計制造. 北京:冶金工業(yè)出版社，2004.
[3].彭建聲主編. 模具技術問答. 北京: 機械工業(yè)出版社，2003
[4].伊啟中主編. 模具CAD/CAM . 北京:機械工業(yè)出版社，2001.
[5].郭肇強主編.Mastercam V10塑料注射模具制造實例.北京:機械工業(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
學士學位論文原創(chuàng)性聲明
本人聲明，所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立完成的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(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位申請的論文或成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。
作者簽名： 日期：
學位論文版權使用授權書
本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權南昌航空大學科技學院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。
作者簽名： 日期：
導師簽名： 日期：
CAD/CAM技術在摩托車護片鍛模設計中的應用
學生姓名: 呂江偉 班級: 0781052
指導老師: 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)的設計制造方法是工程圖、模線、樣板、標準樣件等工作方式，生產(chǎn)準備的周期長，制造精度低，生產(chǎn)效率也是低下。隨著計算機技術在模具制造業(yè)中應用的不斷發(fā)展，數(shù)控加工能力得到了大大提高，模具的設計與制造技術達到了空前的發(fā)展。模具CAD/CAM技術已成為模具行業(yè)革命化的標志。適應CAD/CAM技術的發(fā)展，改變傳統(tǒng)的設計與制造方法是模具制造業(yè)的發(fā)展的方向.
本設計是CAD/CAM技術在鍛模曲面加工中的應用。包括兩大部分：一是摩托車護片模具的設計；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功能進行摩托車護片模具的實體造型，利用CAM功能進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CAD/CAM技術在模具制造業(yè)中應用的重要性的認識。
關鍵詞： CAD/CAM技術 實體造型 仿真加工
指導老師簽名：
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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 (1)
1.3 本課題研究內(nèi)容 (2)
2 摩托車護片模具的設計
2.1零件結構和工藝分析 (3)
2.1.1 零件結構分析 (3)
2.1.2 零件工藝分析 (3)
2.1.3 鍛模設計方案的確定 (4)
2.2 鍛件圖的設計和繪制 (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 計算鍛件的形狀復雜系數(shù)S (7)
2.2.2.1.4 模鍛件的加工余量的構成 (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 沖孔連皮設計 (10)
2.2.6 繪制鍛件圖的技術條件 (10)
2.3 終鍛模膛設計 (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 確定模鍛設備噸 (13)
2.3.2.1 熱模鍛曲柄壓力機模鍛工藝特點 (13)
2.3.2.2 計算鍛件的主要參數(shù) (13)
2.3.2.3 曲柄壓力機噸位選擇 (13)
2.3.2.4 飛邊槽的設計 (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 機鍛模結構設計 (18)
2.5.1 模架結構型式 (18)
2.5.2 模架設計 (18)
2.5.3 鍛?？傮w結構 (19)
2.5.4 機鍛模的閉合高度 (20)
2.5.5 鑲塊設計 (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 頂料裝置設計 (22)
2.5.7 導向裝置設計 (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 論 (46)
參考文獻 (47)
致 謝 (48)
南昌航空大學科技學院學士學位論文
CAD/CAM技術在摩托車護片鍛模設計中的應用
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技術是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關鍵技術，它以計算機軟件的形式為用戶提供一種有效的輔助工具，使工程技術人員能借助計算機對產(chǎn)品、模具、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進行設計和優(yōu)化，從而顯著縮短模具設計與制造周期，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，主要應用于制造業(yè)和加工業(yè)。它是和沖壓、鍛造、鑄造成形機械，同時和塑料、橡膠、陶瓷等非金屬材料制品成型加工用的成形機械相配套，作為成形工具來使用的。模具一般分為兩個部分：動模和定模，或凸摸和凹模，它們可分可合。分開時裝入坯料或取出制件，合攏時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用。
1.1.2模具CAD/CAM的研究意義
隨著功能強大的專業(yè)軟件和高效集成制造設備的出現(xiàn)，模具CAD/CAM能實現(xiàn)制造和裝配的設計、成形過程的模擬和數(shù)控加工過程的仿真，還可以對模具可制造性進行評價，使模具設計與制造一體化、智能化。此次設計是鍛模的設計及應用。鍛模是模鍛時使坯料成形而獲得鍛件的模具。鍛模的設計方法和生產(chǎn)實際是緊密相關的。將金屬坯料加熱使其具有較高的塑性，然后放在鍛造設備上，利用通用工具或?qū)Ｓ媚＞邔ζ涫┘訅毫Γ仁蛊浒l(fā)生塑性變形并流動，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。而鍛模設計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沖擊或重負載的沖壓下，在使用過程中常處于急冷、急熱和冷熱交變狀態(tài)，因此模具材料應具有很高的強度、韌性和耐磨性。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分別發(fā)展的基礎上發(fā)展起來的，它是計算機技術在模具生產(chǎn)中綜合應用的一個新的飛躍。模具CAD/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關鍵技術，是一項高科技、高效益的系統(tǒng)工種。它以計算機軟件的形式，為用戶提供一種有效的輔助工具，使工種技術人員能借助于計算機對產(chǎn)品、模具結構、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進行設計和優(yōu)化。
模具CAD/CAM的發(fā)展狀況符合通用CAD/CAM 軟件的發(fā)展進程。目前通用CAD/CAM 軟件的發(fā)展現(xiàn)狀如下:CAD技術經(jīng)歷了二維平面圖形設計，交互式圖形設計、三維線框模型設計、三維實體造型設計、自由曲面造型設計、參數(shù)化設計、特征造型設計等發(fā)展過程。近年來又出現(xiàn)了許多先進技術，如變量化技術、虛擬產(chǎn)品建模技術等。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，智能化、協(xié)同化、集成化成為技術新的發(fā)展特點，使CAD技術得以更廣泛的應用，發(fā)展成為支持協(xié)同設計、異地設計和信息共享的網(wǎng)絡CAD。
我國?CAD/CAM的研究應用與工業(yè)發(fā)達國家相比還有較大差距，主要表現(xiàn)在：（1）CAD/CAM的應用集成化程度較低，很多企業(yè)的應用仍停留在繪圖、NC編程等單項技術的應用上。（2）CAD/CAM系統(tǒng)的軟、硬件均依靠進口，自主版權的軟件較少。（3）缺少設備和技術力量，有些企業(yè)盡管引進CAD/CAM系統(tǒng)，但其功能沒能充分發(fā)揮。
1.3 本課題研究內(nèi)容
此次設計是Mastercam軟件在摩托車護片型面加工中的應用，它包括兩部分內(nèi)容，即：一是摩托車護片模具的設計，二是摩托車護片模具型面的仿真加工。這是CAD/CAM技術在鍛模生產(chǎn)中的應用實例。摩托車護片是摩托車前部用于穿接電纜的零件，起保護作用，它的作用決定了它的結構特征，通孔多槽，相應的模具設計雖然簡單，但是比較精湛。摩托車護片型面的加工，因為Mastercam軟件的應用，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和不當之處，敬請老師批評指正。
2 摩托車護片模具的設計
2.1零件結構和工藝分析
2.1.1零件結構分析
圖2-1 摩托車護片零件圖
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，起保護作用，在整個摩托車構造中起著至關重要的作用，所以其中部都是槽，并且穿透整個零件，光從其形狀上看，該零件體積小，只是一個有著多個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)省加工時間，降低成本。同時，材料通過鍛造，可以使其內(nèi)部組織細密，碳化物分布和流線分布合理，從而能達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、預鍛模、終鍛模、彎曲模等。通常鍛模是按鍛造設備來區(qū)分，可分為胎模、錘鍛模、機鍛模、平鍛模、輥鍛模等。
模鍛件是完全在鍛模型槽中進行鍛壓成形的鍛件，各種各樣的鍛模是為了滿足各種各樣模鍛件的需要。結合本設計中的零件特征和要求及相關標準，該零件為普通模鍛件，并且為長形鍛件中的一類。
摩托車護片一般為批量生產(chǎn)，根據(jù)其結構特點和要求及各種分類標準，本設計采用開式單型槽熱模鍛，并且選用熱鍛模曲柄壓力機進行模鍛。
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，本設計的目標之一即鍛模型槽設計(鍛模設計)可以進行了。
2.1.3鍛模設計方案的確定
通過以上的零件結構和工藝的分析，選擇此鍛模方式來設計該零件的模具設計。鍛模設計的一般步驟大致如下：
1) 設計鍛件圖。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，設計沖孔連皮。繪出鍛件圖后計算鍛件基本參數(shù)：在垂直于鍛壓力平面上的投影面積A`，分模面周邊長度L0，鍛件體積V0和鍛件質(zhì)量m0。
2) 設計終鍛模膛。在鍛件圖基礎上根據(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。然后設計鉗口和飛邊槽，有預鍛工步時還需設計預鍛模膛。
3) 確定模鍛設備噸位。按終鍛工步計算鍛壓力，確定模鍛設備類型的噸位并校核飛邊槽設計；重新計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）后的總體積V和鍛件總質(zhì)量M。
4) 設計制坯模膛。圓盤類鍛件比較簡單，長軸類鍛件還要繪制計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度。
6) 繪出鍛模裝配總圖，給出鍛模技術條件，再繪制鍛模零件圖。
對于本設計中的零件，因其結構比較簡單，只要在鍛模型槽中一次鍛壓成形即可，也即是只要一個終鍛工步，而無須預鍛工步和制坯工步，所以型槽的設計也只要終鍛型槽即可。
那么本設計的過程如下：
1) 設計并繪制鍛件圖；
2) 設計終鍛型槽；
3) 確定模鍛設備噸位；
4) 鍛模結構設計；
5) 繪出鍛模裝配總圖，給出鍛模技術條件，并繪制鍛模零件圖。
2.2鍛件圖的設計和繪制
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。冷鍛件圖供鍛件檢驗和生產(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計。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)過機械加工的表面，在鍛件上則應留出相應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，摩托車護片的特征為薄壁多槽、多圓角，且精度要求不高。所以在設計鍛件圖時，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、最基本的結構要素。
確定分模面的原則：1)容易脫模 2)成型良好 3)平衡側壓力 4)保證承力面強度 5)便于檢查錯移 6)簡化鍛模制造。
根據(jù)零件形狀的特點和鍛造工藝的需求，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 由兩個或兩個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上，對于開式模鍛確定分模線位置時還應考慮以下幾個因素：
（1）在鍛件的高度方向上選擇分模位置時，應盡量選取中間部位，這樣能確保鍛件自由出模，對金屬沖填型槽也有利，同時還便于發(fā)現(xiàn)錯?，F(xiàn)象；
（2）有利于鍛件獲得理想的流線方向；
（3）對于盤類鍛件（ H≤ D ） ，應取徑向分模，而不宜取軸向分模；
（4）應有利于鍛出零件的非加工表面，對加工表面也應盡量減少鍛件凹槽和孔等的機械加工余量；
（5）有利于鍛件切邊時的定位和切邊。
本設計中的零件，根據(jù)其形狀特征，結合以上分模原則，采用上下不對稱的曲線分模，這也是該零件的獨特之處。
彎曲分模線FM
相應的曲面為分模面，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，鍛件表面會氧化、脫碳、粗糙不平。鍛件上需要機械加工的部位，都應有加工余量。對重要承力件因檢驗或機械加工定位需要，還應給予必要的工藝余塊。加工余量主要由鍛件質(zhì)量、制件機加工精度和鍛件復雜程度查表確定。
2.2.2.1.1估算鍛件質(zhì)量
預選加工余量為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
鍛件的精度等級可分為：普通級（用于粗鍛或普通模鍛工藝鍛壓）、半精密級（用于普通模鍛或半精鍛工藝鍛壓）、精密級（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（用于粗鍛或普通模鍛工藝鍛壓）。
2.2.2.1.3計算鍛件的形狀復雜系數(shù)S
鍛件形狀復雜系數(shù)S是鍛件質(zhì)量Mf與相應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，鍛件形狀復雜系數(shù)分為4級：
S1級（簡單）： 0.63〈 S〈 1
S2級（一般）： 0.32〈 S〈 0.63
S3級（較復雜）：0.16〈 S〈 0.32
S4級（復雜）： 0〈 S〈 0.16
該零件外廓包容體為長方體,長為84.5mm寬為40.9mm, 高為21.7mm。
計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
因為0.63<0.73<1
所以該零件的形狀復雜系數(shù)為 S1，其復雜程度為簡單。
2.2.2.1.4 模鍛件的加工余量的構成
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標準表格。
查參考文獻[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、模膛磨損及上下模運動誤差都會導致鍛件尺寸出現(xiàn)偏差。模鍛件公差主要由鍛件質(zhì)量M、鍛件形狀復雜系數(shù)S、材質(zhì)系數(shù)M和分模面形狀決定，同時還要考慮鍛造工藝、鍛造設備和加熱方法等。
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，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。
因為該零件材料為35#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、鍛壓機和螺旋壓力機上鍛件的外模鍛斜度α，按鍛件各部分的高度H與寬度B以及長度L與寬度B的比值H/B、L/B確定，數(shù)值查看參考文獻[1]。內(nèi)模鍛斜度β按外模鍛斜度α值加大2°或3°（15°除外）。 當模鍛設備具有頂料機構時外模斜度可縮小2°或3°，但一般不宜小于3°。
為了便于模具制造，采用標準刀具，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[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和充滿型槽，提高鍛件質(zhì)量并延長鍛模的壽命，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壁。它與鍛件上的外圓角半徑相呼應。r太小，會使鍛件成形困難，導致鍛模因應力集中開裂。一般情況下r取值按下式確定：
r = 余量 + α
式中 α—— 零件上相應處圓角半徑或倒角
r值也可按參考文獻[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的側面與頂面的相交處。它與鍛件上的內(nèi)圓角半經(jīng)相呼應，R太小,會使脫模困難,還會造成模鍛時金屬流動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[1]表5-10確定。
為了便于模具制造時采用標準刀具，圓角半經(jīng)應按下列標準值選定：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，結合零件圖，本設計中取外圓角半徑r=5mm；內(nèi)圓角半徑R=3；未注圓角半徑為r=1mm。
2.2.5沖孔連皮的設計
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。這是因為要將孔內(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。
設計鍛件圖時，根據(jù)不同情況，有三種方式來處理零件上的透孔：
（1）留實心余塊
當模鍛件上的沖孔直徑小于25～30mm時，型槽凸起部分的沖頭，強度很難保證，且容易磨損，這時孔不必鍛出而留實心余塊，待以后切削加工。
（2）盲孔（壓窩）
當鍛件高度h大于孔徑d的70%（h/d＞1。7）時，或當h/d≥1，且
d≤40時，一般設計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心余塊即可，也即是在型槽設計時該部位無須設計沖頭。
2.2.6繪制鍛件圖的技術條件
在鍛件圖上有許多要求，一般列入技術條件中，它同樣是檢驗鍛件的依據(jù)。技術條件的主要內(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）允許錯移、翹曲量和殘余毛邊的大??；
（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，如對重要鍛件所要求的宏觀纖維方向、金相組織、機械性能等要求；
（8）鍛件的類別及試驗項目的取樣部位和方向等。
根據(jù)以上內(nèi)容結合此零件圖要求得出鍛件圖上應標明的技術條件如下：
（1）圖上未標注的模鍛斜度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 摩托車護片鍛件圖
2.3終鍛模膛設計
2.3.1 熱鍛件圖
2.3.1.1 收縮率
終鍛模膛應根據(jù)比鍛件圖尺寸放大了一個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熱溫度。終鍛模膛易磨損處，在制造時，應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 —— 冷鍛件圖上相應基本尺寸(mm)；
δ —— 終鍛溫度下金屬的收縮率，鋼為1.2%～1.5%。
對于無坐標中心的圓角半徑，不放收縮率。對薄而寬或細而長的鍛件，由于在鍛模中先冷卻，收縮率應當取下限。
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明尺寸。在熱鍛件圖上不繪出制件輪廓線，也不標注鍛件公差，除此以外還要注意以下幾點：
1) 熱鍛件圖高度尺寸從分模面標注起，便于鍛模制造和檢驗。
2) 在終鍛模膛易磨損處，可在鍛件負公差范圍內(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增大尺寸,以避免鍛件缺陷。
4) 當鍛錘噸位不夠易產(chǎn)生模鍛不足時,熱鍛件圖上高度尺寸應適當減少；當鍛錘噸位偏大鍛模承擊面可能壓陷時，熱鍛件圖上高度尺寸應適當增大。無論是減少或增大高度尺寸，都應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會產(chǎn)生拉陷變形，熱鍛件圖上應考慮彌補量。
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多槽、多圓角，結合鍛件圖，繪制熱鍛件圖如圖2-6。
圖2-6摩托車護片熱鍛件圖
2.3.2確定模鍛設備噸位
模鍛設備的選擇包括設備類型的選擇和設備能力的選擇。正確選擇模鍛設備必須具備工藝和設備兩方面的知識。同時還要注意市場動向，技術發(fā)展，資金和管理能力，以及對環(huán)保、勞保等方面的影響。
模鍛設備噸位選擇恰當，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熱模鍛曲柄壓力機模鍛工藝特點
曲柄壓力機模鍛工藝特點如下：
（1）鍛件精度較錘上模鍛精度高；
（2）曲柄壓力機上模鍛件內(nèi)部變形深透而均勻，流線分布也均勻、合理，保證了力學性能均勻一致；
（3）曲柄壓力機上的模鍛，容易產(chǎn)生大毛邊，金屬沖填上下模差異不大；
（4）曲柄壓力機模鍛具有靜壓力的特性，金屬在型槽內(nèi)流動較緩慢，這對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，曲柄壓力機模鍛時，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。又由于實現(xiàn)組合式模具，便于制造、修理和更換，其材料和加工費也隨之下降。
2.3.2.2計算鍛件的主要參數(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曲柄壓力機噸位選擇
熱模鍛壓力機的噸位應根據(jù)鍛件在終鍛時的最大變形力來確定。為避免因過載而導致悶車現(xiàn)象的產(chǎn)生，壓力機的使用噸位應控制在公稱壓力的80%以下。
關于模鍛變形力的計算，盡管有不少理論計算方法，但因模鍛過程是一個短暫的動態(tài)變化過程，受到諸多因素的制約，要獲得準確的理論是很困難的。因此，生產(chǎn)中，為方便起見，多用經(jīng)驗公式或近似解的理論公式確定設備噸位。有時，甚至采用更為簡易的方法，即參照類似鍛件的生產(chǎn)經(jīng)驗，通過類比來選擇設備噸位。
本設計采用經(jīng)驗公式計算選擇。
經(jīng)驗公式：
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，高強度鋼
應取上限；
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)對于形狀簡單，圓角較大的鍛件可取下限，反之對于形狀復雜，薄壁高筋及圓角較小的鍛件應取上限。
本設計中，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
計算鍛壓力為
P = （64?73）*1 *3243.95* 10-4 =20.76～23.68kN
所以結合壓力機的使用噸位應控制在公稱壓力的80%以下的原則，我選用公稱壓力為10000kN的曲柄壓力機。
2.3.2.4 飛邊槽的設計
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計飛邊槽，其形式和尺寸對鍛件質(zhì)量影響很大。曲柄壓力機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毛邊槽結構形式
在曲柄壓力機上模鍛時，飛邊的阻力作用相對減小，飛邊槽主要是排泄和容納多余金屬。本設計選用形式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。設計飛邊槽目前有計算法和噸位法兩種方法，本設計選擇噸位法。
表2-1飛邊槽尺寸
鍛壓機噸位（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
由前面的計算鍛壓機噸位為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?shù)姆糯笈c縮小。當飛邊槽倉部至模塊邊緣的距離小于20～25mm時，可將倉部直接開通至模塊邊緣。本設計采用開通的倉部。
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，已指出該鍛件的模具型槽設計無須預鍛型槽和制坯型槽，也就是說無須預鍛工步和制坯工步，關于為什么不需要制坯工步，具體分析和證明過程如下：
長軸類鍛件終鍛前，一般要將等截面的原材料沿軸向預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截面積，以保證終鍛時，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。按上述要求計算的坯料，通常稱為計算毛坯。那么表示計算毛坯的計算毛坯截面圖和計算毛坯直徑圖合稱為為計算毛坯圖。
計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 —— 金屬軸向流動系數(shù)；
K —— 桿部錐度系數(shù)；
d最大 —— 計算毛坯的最大直徑；
d最小 —— 計算毛坯的最小直徑；
d拐 —— 桿部與頭部轉(zhuǎn)接處的直徑，即拐點處的直徑，可按計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 —— 計算毛坯桿部長度；
V桿 —— 計算毛坯桿部體積。
以上四個參數(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表明金屬軸向流動的路程，β值愈大，流動的路程愈長；K表明桿部錐度的大小，K愈大，說明桿部兩端金屬量的差值愈大；鍛件重量G愈大，制坯時需要轉(zhuǎn)移的金屬量愈多。
以上述繁重系數(shù)為依據(jù)，對照從生產(chǎn)經(jīng)驗總結而成的圖表，如圖2-8示，可得出制坯工步的初步方案。是否采用此方案，應根據(jù)實際生產(chǎn)條件、鍛件形狀的復雜程度及生產(chǎn)批量進行綜合分析，必要時可作出修改。
圖2-8 長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 —— 需拔長制坯；
拔-閉滾 —— 當K 〉0.05時，宜用拔長加上閉式滾壓制坯；
拔-開滾 —— 當0.02〈 K〈 0.05時，宜用拔長加上開式滾壓制坯；
拔-卡 —— 當K〈 0.02時，可用拔長加上卡壓制坯。
通過計算本鍛件的相關系數(shù)，由以上的分析過程查圖表得，本設計無須制坯工步，直接模鍛成形即可。
2.4.2 確定毛坯尺寸
關于坯料，采用GB702-72熱扎方鋼。其截面積和長度確定如下：
坯料截面面積： F坯 = （1.02～1.05）F均
坯料截面尺寸： A坯 =
坯料長度： L坯 =V坯/ F坯
代入相關數(shù)據(jù)計算得：
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
坯料長度： L坯 = 72858.64 / 810.54≈90 mm
（V坯=Vd+Vq=54580.24+18278.4=72858.64mm3）
2.5機鍛模結構設計
2.5.1 模架結構型式
模架是用做緊固模塊并傳遞鍛壓機頂料運動的主要部件,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、導向裝置和緊固裝置組成。把鍛件從模膛中推出的機構稱為推出器。用以保證上下模工作時互相對正的裝置稱為導向裝置，機鍛模導向裝置一般由導柱導套組成。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如下：
1) 定位準確，緊固牢靠，是熱模鍛壓力機的典型結構。
2) 適用于鍛件產(chǎn)量大，要求精度高，品種不太多的生產(chǎn)場合。
鍵式模架的特點如下：
1) 結構比較簡單，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，本次設計用的是熱模鍛曲柄壓力機，因此選用窩座式模架。
2．5．2 模架設計
1) 根據(jù)鍛件圖計算鍛壓力確定鍛壓機噸位和型號。根據(jù)鍛件模架生產(chǎn)品種、生產(chǎn)綱領和生產(chǎn)方式確定模架結構型式。
2) 根據(jù)鍛壓機安?？臻g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度。通用模架可根據(jù)壓機噸位及鍛件變形工步數(shù)查有關資料確定。
3) 根據(jù)鍛壓機推料機構和布置和推料行程設計模架內(nèi)出料器，確定推桿數(shù)量、推桿位置及推桿長度等。
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)鍛壓機噸位及鍛件尺寸設計導向裝置。
2．5．3鍛?？傮w結構
曲柄壓力機滑塊速度低，工作平穩(wěn)，裝有頂出裝置，模鍛時上、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。
曲柄壓力機用組合鍛模結構根據(jù)工位數(shù)、鑲塊緊固方式和鑲塊形狀可分為5種形式，即：單工位矩形鑲塊斜楔緊固結構、雙工位矩形鑲塊壓板緊固結構、三工位圓形鑲塊壓板緊固結構、三工位圓形鑲塊壓環(huán)或鋼珠止動螺釘緊固結構和四工位矩形鑲塊十字鍵槽與平槽定位結構。
圓形鑲塊具有便于加工及節(jié)省模具材料等優(yōu)點，主要適用于形狀簡單的旋轉(zhuǎn)體鍛件。因不能調(diào)節(jié)水平方向的錯移，因此逐漸少用。矩形鑲塊調(diào)整方便，適于任何形狀的鍛件。故本設計采用單工位矩形鑲塊斜楔緊固結構。其結構特點如下：
(1) 鍛?？梢圆捎媒M合結構。
(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上。
(3) 鍛模內(nèi)設有下頂出裝置。
(4) 多為單腔鍛模。
(5) 多設有導向裝置。
見圖2-9所示:
圖2-9 鍛?？傮w結構
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—導向裝置,8—緊固壓板
2．5．4 機鍛模的閉合高度
鍛壓機滑塊運動到下止點時，機鍛模閉合。這時上模座上端面到下模座下端面的距離H稱為機鍛模的閉合高度。
上下對稱的機鍛模，各部分高度尺寸應符合下列三項要求
（1） H=A+0.75a
式中 H——鍛模閉合高度；
A——熱鍛模壓力機最小封閉高度；
a——熱模鍛壓力機封閉高度調(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﹪，以保證修復量。
（3） h4=h飛
式中 h4——鍛模閉合時上、下模之間最小間隙；
h飛——飛邊槽橋部高度。
機鍛模閉合時必須保證h4，以補償各種誤差，防止悶車。
2.5.5 鑲塊設計
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系
通過分析鍛件圖本設計選擇第一種，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。鑲塊模膛的底部厚度h1應不小于（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，模膛底部厚度也應符合上述條件，以便采用標準模板的墊板來補償翻新量。 鑲塊在閉合狀態(tài)時的總高度H模應不大于（0.35～0.4）H。
圖2-11 鑲塊底部厚度與鑲塊高度的關系
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?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，本設計是符合要求的，也是合理的。
2.5.6 頂料裝置設計
模架內(nèi)設有頂料裝置，用于傳遞熱鍛模壓力機頂桿的頂料力，頂料裝置的可靠與否直接影響鍛模的效果。熱鍛模壓力機一般配有3～4個頂桿。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。本設計頂料裝置采用直接式。因為這種頂料機構簡單可靠。熱鍛模壓力機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 導向裝置設計
導向裝置的作用：減少模具錯移，提高鍛件精度，便于模具調(diào)整。導柱要有足夠的強度和剛度以承受模鍛過程中產(chǎn)生的錯移力。
結構設計：包括導柱、導套和刮圈等零件。
材料：導柱應具有較好的韌性和耐磨性，采用20Cr,滲碳淬火。
導套、襯套、刮圈和導柱做相對的運動，為使運動性能好，不容易被咬合，導套材料和刮圈采用銅質(zhì)材料和青銅材料或黃銅。具體結構見圖紙。
表2-3
導柱設計
序號
鍛模壓力機/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
導柱的選用見上表，該熱鍛模壓力機的公稱壓力為10MN,具體裝配位置見圖紙。
表2-4
導套設計
序號
鍛模壓力機/MN
D
D1
L
l
a
b
c
f
r
標稱尺寸
偏差
標稱尺寸
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：當鍛件體積大、批量大、形狀復雜、變形量大、精度要求高時,要選用好材料。
結合前面的分析，本設計的鍛造過程非常簡單，一次定型，鍛壓力也不是太大，對模具沒有什么特殊的要求，所以對模具材料要求并不高，只要滿足鍛壓需求且經(jīng)濟即可。查閱文獻[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、比較復雜的問題，可以從以下四個方面采取措施提高壽命：
1) 合理設計鍛模；
2) 合理設計鍛件；
3) 合理設計鍛造工藝；
4) 合理使用和維修鍛模。
2.5.8.4模具設計時還應注意以下問題：
1) 上凸模及下凸模的拔模斜度應足夠大，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) 鑲套結構，且凹模鑲套上要設計有定位臺階，以方便對模。
2．6鍛模圖的繪制
設計進行到這里，所有的數(shù)據(jù)計算工作已完成，結合前面的計算分析，下面開始繪制鍛模零件圖。
因為該零件結構的獨特性，采用曲線分模，而且只要一次鍛壓成形即可，所以鍛模的結構也非常簡單。現(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)方式的關鍵技術，是一項高科技、高效率的系統(tǒng)工程。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，產(chǎn)品對模具的要求越來越高。傳統(tǒng)的模具設計與制造方法不能適應工業(yè)產(chǎn)品及時更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求。隨著計算機技術在模具生產(chǎn)中的不斷應用，模具設計和制造的效率和質(zhì)量大大提高了，成本也降低了。工程技術人員借助于計算機對產(chǎn)品的性能、模具結構、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進行設計和優(yōu)化。模具CAD/CAM技術的發(fā)展也很快，應用范圍日益擴大。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技術是模具生產(chǎn)革命化的措施，是模具技術發(fā)展的一個顯著特點。
本設計中的摩托車護片模具，屬于鍛模模具，它的型面仿真加工也就是鍛模CAD/CAM技術的應用。具體的仿真加工過程如下詳細分析。
3.2 Mastercam軟件介紹
Mastercam 是CAD/CAM（計算機輔助設計和制造）一體化軟件，它集二維繪圖、三維實體設計、曲面設計、體素拼合、數(shù)控編程、刀具路徑模擬及真實感模擬等功能與一身。
作為一個CAD/CAM集成軟件，Mastercam系統(tǒng)包括設計（CAD）和加工（CAM） Mastercam 使用CAD在計算機中進行圖形設計，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)控機床，選用不同的刀具進行加工。它能大大地節(jié)省設計和加工時間、降低產(chǎn)品成本，同時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)品贏得寶貴時間，因而更加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
本設計采用的是Mastercam 8.0中文版軟件。
本設計的鍛模CAD/CAM系統(tǒng)結構框圖如下：
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進行實體造型，然后利用CAM進行刀具路徑的編制，通過后處理轉(zhuǎn)換成NC程序。
下面的設計步驟就是按該順序進行的。
3.3上鑲塊模仿真
本設計的前一部分已經(jīng)畫出了所設計的鍛模的零件圖，故可以直接采用來進行實體造型。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)其形體特征來設計分三大部分：一是擠出鑲體；二是構造凸模；三是構造凸緣。只要將這三部分實體結合為一體即為所要的上鑲塊模實體。
3.3.1.1鑲體的擠出
Mastercam 8.0中擠出實體功能，可以擠出平的串連曲線去創(chuàng)建一個或多個實體，切割一個現(xiàn)存物體，或弄凸一個現(xiàn)存物體，系統(tǒng)沿一條線性路徑使用一個指定方向，距離和其它參數(shù)進一步定義結果，用操作曲線形狀擠出串連曲線。
創(chuàng)建該擠出實體的步驟：
(1) 在畫圖之前先設定構圖面為俯視圖，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126mm，寬90mm的矩形，且以原點為中心。
回上層功能表，選“倒圓角”命令，將矩形的四個角倒成半徑為20mm的圓角。
(2) 將圖形視角改為等軸側視圖。在主菜單中選“實體——擠出”命令，顯示“選擇擠出之串連圖素.1”菜單。
(3) 用鼠標點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)自動顯示一個方向箭頭，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“擠出實體之參數(shù)設定”對話框。
(5) 在“擠出實體之參數(shù)設定”對話框中，指出執(zhí)行擠出操作的類型。
選“產(chǎn)生主體”，是構建一個新實體；
選“切割主體”，是從現(xiàn)存實體中刪除材料；
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”，是因為要構建新實體。按零件圖尺寸要求，延伸的距離為43.3mm。參數(shù)設定完點擊“確定”按鈕，擠出所需實體。
(6) 重新選擇“實體——擠出”命令，按相同的步驟選擇該實體中最初的倒角矩形，不同的是，在“擠出實體之參數(shù)設定”對話框中設定參數(shù)為“增加凸緣”，延伸的距離為1mm，且方向相反，點擊“確定”按鈕，擠出實體。
圖3-2 擠出的實體輪廓
3.3.1.2凸模的構造
結合該凸模的結構特征，采用旋轉(zhuǎn)法構建該凸模實體。
旋轉(zhuǎn)功能可旋轉(zhuǎn)平的串連曲線去構建成一個或多個新的實體，在現(xiàn)存的實體上進行切割或在現(xiàn)存的實體上增加凸緣，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)，進一步完成實體。
創(chuàng)建該旋轉(zhuǎn)實體的步驟：
(1) 在畫圖之前先設定構圖平面為俯視圖，圖形視角也為俯視圖，并將
圖層1關閉，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視圖。
在主菜單中選“實體——旋轉(zhuǎn)”命令，顯示“選取旋轉(zhuǎn)之串連圖素.1”菜單。
(3) 用鼠標點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)實體”菜單，在被選軸線上自動顯示一個方向箭頭，剛好是所需方向（若不是，可以在菜單中選擇“換向”命令），然后點取“執(zhí)行”命令，出現(xiàn)“旋轉(zhuǎn)實體”對話框。
(5) 在“旋轉(zhuǎn)