（机械设计及理论专业论文）刮板锻模桥部参数设计的研究.pdf

摘要 对手开式模锻，丑前嚣内、国外隧无理论分析法确定毛边穑桥都 尺寸，常用吨位法及经验公式进行设计计算桥部尺寸，归纳起来均为 经验塑耱半经验垄设计，蓠者没有数学模型作指导，后裔数学模型不 完善。因此在锻模设计时，选择锻摸桥部参数对于特定的模锻件，无 论采用任一种方法，都存在一定的尚限性，选择的桥部参数在实际生 产时就省可能产生吻合性不好，造成模具的摸槽和挢都过早疲劳损 坏，降低模具寿命。本文针对刮板锻模桥部参数设计，以福格特伦德 ( v o g t l a n d e r ) 诗算法为基础，以理论分鸢亍为依据，以实验实践验证豹 方法对福格特伦德( v 0 9 t l a n d e r ) 计算法以系数补偿法进行修正和改 进，确保刮板锻模设计薄，选择的桥部参数吻合性好，提高刮投锻模 的模具寿命。 关键词：开式模锻刮板锻模桥部飞边模具寿命 a b s t r a c t i np e r s e n t ，t h e r ea r em a n yk i n d so f t h eb r i d g es i z ed e s i g n m e t h o d 8o ft h ef o r g i n gd i ei nd o m e s t i ca n da b r o a d ，b u tt h e ya r e e x p e r i m e n t a l a n dh a l f e x p e r i m e n t a t t h e f o r m e rh a sn o m a t h a t i c a lm o d e l ，t h el a t e r sm a t h a t i c a lm o d e i is n 。tp e r l e c t i t i s n tp e r f e c to ns p e c i f i cd i ef o r g i n g s ，b e c a u s et h es e r v i c el i f e o ff o r g i n gd i ei s n th i g h e r 。a c c o r d i n gt op r e s e n ts i t u a t i o n ，t h i s t h e s i sisb a s e do nt h e o r yo ff o r g i n gd i ea n dv o g t i a n d e r 。sd e s i g n m e t h o d ，i m p r o v e sv o g t t a n d e r sd e s i g nm e t h o d ，t od e s i g nb r i d g eo f g u a b a nd i ef o r g i n g s ，i n o r d e rt oi m p r o v i n gs e r v i e el i f e o f f o r g i n gd i e k e y w o r d s ：o p e nd i ef o r g i n gf l i g h tb a r f o r g i n gd i eb r i d g e f l a s ht h es e r v i c ei i f e o ff o r g i n gd i e 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 1 绪论 1 1 引言 煤炭是我国的主要化石能源。在探明的化石能源储量中煤炭占 9 4 3 ，石油天然气仅占5 7 ，“缺油、少气、富煤”是我国的 基本国情。在能源消费结构中，煤炭长期以来一直维持7 0 左右的比 例，煤炭在我国2 1 世纪能源总消费结构中仍将占居主导地位。 我国经济的快速增长及其高耗能性使其对能源需求快速增长，使 得煤炭消费量大幅增长。再者国家对于煤矿安全生产工作加大力度， 加大对煤矿安全设施的投入，提高安全生产技术水平。煤炭行业的快 速发展和煤炭安全改造力度的加大，为煤机装备制造业的发展提供了 宝贵的发展空间。 从未来的产品市场来看，由于现在国内在建和新建的矿井规模达 到4 亿吨左右，技术改造的项目也近亿吨，对采煤设备的需求将持续 保持高速增长的态势。特别是综合采掘设备的需求将会成倍增长，其 市场规模预计在6 0 亿1 0 0 亿元。受动力和冶金精煤的需求拉动，原 煤的入选率不断提高，预计未来三年的入选率将从目前的4 0 提高到 5 0 以上，其市场规模将达到7 0 亿8 0 亿元。采煤机、掘进机、刮板 机、液压支架在综合采掘设备俗称三机一架。西北奔牛实业集团有限 公司是国内生产刮板输送机的骨干企业，市场占有率约为3 0 ，仅次 于张家口煤机公司。 刮板机上重要零件一一刮板是模锻件。目前，在公司生产的刮板 机上使用的刮板品种有十几个，年产十几万件。如何提高模具寿命， 进而提高生产效率，降低生产成本，一直是我们关心的问题。 1 2 模锻发展的概况 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文! 模锻是现代化锻造技术中高速发展的一个门类，其标志是采用成 型工具即锻模及能够提供巨大力量和能量并使模具精确导向的机械。 按锻模结构分，模锻分开式模锻和闭式模锻两种。开式模锻的锻模上 带飞边槽，而闭式模锻的锻模上则没有飞边槽。开式模锻最早出现在 1 8 世纪末叶，在1 9 世纪的一百年中，模锻的主要组成部分一一金属 的带模槽的锻模以及锻锤彼此联系、共同发展，奠定了模锻技术的基 础。1 9 世纪和2 0 世纪之交，在汽车制造业、飞机制造业发展的推动 下，蒸气模锻锤、压缩空气模锻锤、现代机械式的和液压驱动式的模 锻设备的出现成为系统地确立模锻的科学理论、开发模具钢和现代模 具制造技术的前提条件。 模锻的基本理论是互相依存、互相影响的几何学、塑性力学、热 力学、和材料力学上各种量的组合，变形过程正是建立在作为基本结 构的这一量的组合基础上，是利用金属的塑性在外力和锻模的作用下 使金属成型的一种加工方法。在开式模锻的成型研究中，锻模设计时， 设计和计算桥部尺寸是十分重要的。 1 3 课题的提出 目前，我国经济的快速增长及其高耗能性使其对能源需求快速增 长，使得煤炭消费量大幅增长，促进对采煤设备的需求量。采煤机、 掘进机、刮板机、液压支架在综合采掘设备俗称三机一架。西北奔牛 实业集团有限公司是国内生产刮板输送机的骨干企业，市场占有率约 为3 0 ，仅次于张家口煤机公司。 刮板机上重要零件之一一一刮板是模锻件。目前，在公司生产的 刮板机上使用的刮板品种有十几个，年产十几万件，而且产量逐年上 升。为了适应市场的需求，满足锻件需求的多样化，增加锻造生产的 柔性，以适应多品种、小批量“准时生产”要求，是我锻造企业面临 的一个问题。实践证明提高锤锻模具的寿命，增加单位锻模模锻件产 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 ! 量，是提高生产效率，增加锻造生产的柔性，满足多品种、小批量“准 时生产”要求的有效办法之一，同时降低了生产成本。 在各种刮板模锻件( 开式模锻) 生产过程中，我们发现总是由于 锻模桥部过早翻翘而不得不停止生产。模具的桥部参数选择，目前国 内外由于尚无理论分析法确定毛边槽尺寸，依然采用吨位法和经验计 算公式选择和计算桥部尺寸。各种文献上记载的经验计算公式有前苏 联、东德、西德、捷克等五种方法。首先由于锤锻模锻工艺受到锻件 形状、设备、加热方式、锻造温度、材料等多重因素的影响，选择模 具桥部参数不可避免地存在个人经验数据；其次，这些公式也是根据 纯粹的经验方法确定一些量的相互关系，将初始量和目标量在测量的 基础上直接联系起来而得到的。因此，对于特定的模锻件，任一种方 法，存在一定的局限性，选择的桥部参数在实际生产时就有可能产生 吻合性不好，造成模具的模槽和桥部过早疲劳损坏；有的造成材料浪 费，增加锻件成本。 公司在几十年的刮板模锻件的设计、生产过程中，最初在选择、 计算锻模桥部形式和尺寸时，习惯采用a h 6p 1 0a h0b ( 布留哈诺夫) 计算法、v 0 9 t l a n d e r ( 福格特伦德) 计算法和吨位法，实际效果均不理 想，单位锻模生产锻件数8 0 0 一一1 0 0 0 件，加之模具制造周期长，很 难满足对各种刮板锻件的需求。这就给我们提出一个问题一一研究刮 板模锻件锻模桥部的通用的、合理的计算方法，选择合适的桥部参数， 以提高锻模的使用寿命，满足生产需求，降低成本。 基于以上情况，本课题将针对刮板锻模桥部参数设计，以福格特 伦德( v o g t l a n d e r ) 计算法为基础，以理论分析为依据，以实验实践验 证的方法对福格特伦德( v o g t l a n d e r ) 计算法以系数补偿法进行修正 和改进，确保刮板锻模设计时，选择的桥部参数吻合性好，提高刮板 锻模的模具寿命。 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 2 模锻的基本理论 2 1 影响模锻成型的因素 2 1 1 时间因素 4 表征模锻过程的时间量一生产一个锻件的总时间、锤头往返时 间、接触时间、加压接触时间首先决定了工件的温度，从而间接 地决定应力、压力及模具的受热状况即模具寿命。在加热接触时间内， 传给锻模的热量最大，因为此时的传热系数比锻件仅在自重下放着时 要大3 0 4 0 倍。不过，决定锻模温度的不仅是一次锤击的加压接触 时间，而且是在单位时间内加压接触时间的总和，也即单位时间内的 锤击次数。至于影响锻模冷却的因素，除了加压接触时间外，还有将 锻件从加热炉中取出到最近一次锤击开始之间的时间间隔，因为这段 时间比加压接触时间要长十次方这么一个倍数，虽然传热系数较小， 但热量散失却是很大。 生产一个锻件的总时问是从一个锻造过程开始到下一个锻造 过程开始之间的时间间隔。锻锤锻造时，锻件在模槽内一般要锤击多 次，这段时间主要取决于锻件的大小和种类、工件的始锻温度、流动 应力等，因此对于这个时间几乎无法给出普遍适用的数值。 锤头往返时间是连续两次行程或锤击之间的时间间隔。但应区 分的是对不同的模槽锤击：预锻和终锻，还是对同一模槽连续锤击。 前者的锤头往返时间就象生产一个锻件的总时间那样，取决于锻件的 大小和种类、工件的始锻温度、流动应力等。后者的锤头往返时间则 是由设备的控制装置决定的。 接触时间工件与锻模的接触时间包括变形前的锻件搁置时 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 ! 间、加压接触时间以及变形后的锻件搁置时间( 这个时间仅适用于下 模) 。变形时间是指从锻模开始受力直到互相接触的时间，也既直到 分模面不碰情况下模锻变形终止的时间。锻模接触时间是指锻模开始 接触到锻模受力结束的时间。卸载时间为卸载过程所需要的时间。 加压接触时间取决于设备与锻件的变形量。这段时间是加载时 间与卸载时间之和，或变形时间和锻模接触时间之和。除了冲击之外， 变形时间既占加载时间也占加压接触时间的绝大部分，因此可以假设 变形时间约等于加压接触时间。锻锤模锻时，锻模速度与变形量之间 的关系呈抛物线状，变形时间可由下式得出： t 生吐要兰业1 2 - 1 ) t 百一互石 式中：h - - - t 件厚度变形量，m m7 v o - - - 冲击速度，m s 。 冲击时间取决于冲击速度和冲击力的大小。冲击力愈大，冲击 时问就愈短，加载时间和卸载时间在冲击时接近相等。在锻锤上锻造 时，冲击速度随着工件起始高度减小而增加的很少，因此，冲击速度 可作为模具速度的一个特性值。锻锤的冲击速度一般为4 6 m s ，变形 时间一般为5 一1 5 m s ，冲击时间一般为l 一2 m s 。 2 1 2 模具速度与变形速度 模具速度v 变形时，上下模的相对运动速度由于影响着加 压接触时间和应变速率而十分重要。模具速度取决于锻锤的驱动装置 的性能以及锻件的变形抗力。由于锻锤模锻时下模不动，模具速度等 于锻锤的锤头的运动速度。模具速度与变形量之间的的关系曲线近似 抛物线： 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 v w v o 1 其中：h o - - - 工件的原始高度或中间坯料的起始高度，m m ； h 工件瞬时高度，m m ； h 。工件最后高度，m m 。 ( 2 - 2 ) 6 应变速率v 1 是决定锻造温度下的流动应力的一个因素。等于模 具速度与工件的瞬时高度之比，由( 2 - 2 ) 式可近似得到锻锤的应变 速率： v 1 寺 v 0 一 h ( 2 - 3 ) 由公式可得出应变速率是随着变形量和变形程度的变化而变化的，因 此必须考虑根据什么应变速率来选择流动应力。 2 1 3 温度 工件温度 工件温度在极大程度上决定着工件的流动应力与变形能力。 一个模锻件，它在锻造前、锻造过程中和锻造以后，其瞬间温度 和局部温度值都不是恒定的。由于下列原因而存在着一个不稳定的温 度场： a ) 锻件在炉中加热不均匀。 b ) 锻件在搬运过程中由于热辐射以及搁在下模上时由于热传导 所引起的热量损失。 c ) 变形时通过锻模的热损失；由于锻模与工件之间在加压时几乎 完全接触，平均传导系数比在搁置时增加极大。 d ) 由于摩擦功转换而增加的热量。 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文一7 e ) 由于变形功转换而增加的热量，其值视锻件形状变化程度大小 而定。 f ) 锤头返回阶段中由于热传导所引起的损失。 在多个模槽锻造是b ) 至f ) 这几个过程在每个模槽内都是重复发生的。 在连续锻打的情况下，由于锻件内部的热传导引起温度补偿，很难计 算锻件的温度分布。它取决与锻件的导热系数，从而不同材料的锻件 便有不同的温度分布。对于锻件内部的温度场，原则上可通过将锻件 的一个截面划上网格线进行近似的数学计算，各项计算分别为： 因摩擦而获得的热量 锻件一个单元面积上因锻件与锻模之间的摩擦而导致的温升， 计算公式如下： t - _ 糕( 2 - 4 ， 式中：t 。锻模飞边温度。 m 。摩擦系数； k 广一流动应力； a - - - 单元截面积； at - - - 单元截面积的温度： v 单元体积； c 。锻件材料比热； p 锻件材料密度： c - - - 锻模刚度； p 锻模材料密度。 变形功转化的能量为：计算公式如下： t - 0 9 垦二坐旦( 2 5 ) csps 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 式中：k w m 平均变形功： ah - - - 瞬时变形量； 8 工件内部的传热：平面传热的微分方程式如下： 酉a t ：六 ( 器) r k z - o )酉2 i 石+ 【否卜 ， 式中：t 一工件温度： t 一时间因素； x - - - - - - 变形量； c 锻件材料比热； 锻件材料传导率； p 锻件材料密度。 锻件对锻模的热传导： 从工件传导到较冷的锻模上的热量与接触面积、传热系数及工件 与模具之间的温差里线性关系。一个体积较小的物体，其平均温度的 下降速度大于体积较大的物体。 因此，一个锻件在变形过程终止时的温度分布取决于它的热力学 性质、中间搁层、锻件和锻模的起始温度、摩擦功和变形功所转化的 热量以及材料质点的运动所引起的热量传递。 2 1 4 摩擦 锤锻模锻时，金属与模具型槽表面具有强烈的相对运动，在整个 变形过程中，无论在某一瞬间的摩擦面上，摩擦系数总是随时间的变 化而变化着的。它取决于下列三种影响因素： i ) 工件与模具之间的搁层( 氧化皮与润滑剂) 。 2 ) 摩擦面的性质( 粗糙度、接触区内的材料状态) 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 1 3 ) 状态参量( 如温度等) 锤锻模锻时，摩擦力在整个变形过程中的不利影响：增加变形力； 使金属充填模槽困难；引起金属变形不均匀，导致锻件内部组织变坏， 甚至引起锻件出现裂纹；锻件脱模困难。 2 1 5 流动应力 金属的流动应力k r 与金属材料本身有关外，在锻锤模锻过程中还 与变形程度、应变速率、温度有关。在模锻成型过程中。金属的流动 方向遵循“最小阻力定律”。在一些文献上给出了一些通过实验而获 得的金属材料的流动应力。 2 1 6 锻件形状 锻件的形状在成型过程中，主要对金属的流动应力、变形抗力和 变形功产生影响。通用的方法是根据锻件的特征，把形状相似的锻件 分别归类。 在对锻件形状的定量分析时，通用的方法是：锻件质量m 。与包 容体质量m h 一一既可以包容锻件的最小矩形体或圆柱体的质量之比 构成一个形状复杂程度系数： s = 蠢( 2 _ 7 ) 这种形状复杂系数分为四级：0 s 0 1 6 ；0 1 6 s 0 3 2 ；o 3 2 s 0 6 3 ：0 6 3 s 1 。 2 2 模锻时的运动状态 模锻的目的是从简单的原始形状出发，通过塑性变形，即材料在 应力或压力作用下的相对位移来得到与规定的成品形状和尺寸相符 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 竺 且没有缺陷的模锻件。因此，要完整地描述这一变形过程就必须给出 作用于材料的应力或压力及其所产生的运动状态和变形状态。 模锻分开式模锻和闭式锻，既有飞边模锻和无飞边模锻。国外分 析开式模锻时，将整个模锻变形过程从时间上分为5 个阶段： 1 ) 自由镦租 2 ) 成型镦粗 3 ) 镦粗、材料在模槽中升高和形成飞边 4 ) 充满型槽和形成飞边 5 ) 锻靠 国内西北工业大学张志文主编的锻造工艺学分析开式模锻时，将 整个模锻变形过程从时间上分为4 个阶段，即将上述1 ) 、2 ) 两个阶 段合并为自由变形或镦粗变形过程。各阶段如下： 1 ) 自由镦粗或成型镦粗 2 ) 镦租、材料在模槽中升高和形成飞边 3 ) 充满型槽和形成飞边 4 ) 锻靠 开式模锻，金属的流动方向取决于模槽的形状、原始坯料或中间 坯料的形状和尺寸、飞边槽的尺寸和位置以及模槽壁上和飞边槽桥部 中的摩擦。但是，国内外学者在研究开式模锻理论时强调在型腔充满 阶段，金属同时向型腔深处和毛边槽等两个方向流动。这种向两个不 同方向同时流动的过程，一直持续到终锻型槽中最后被充满的那个型 腔完全充满时为止。终锻型槽中的不同型腔是先后被充满的。最后被 充满的那个型腔是最难充满型腔。锻件上与最难充满型腔对应的部位 叫做锻件的最难成形部位。该部位在成形时间和成形力学条件上，代 表了整个锻件的模锻成形特征。这就允许将型腔充满阶段的流动过 程，看作是金属向最难充满型腔和毛边槽两个方向流动的过程。这种 简化，在型腔充满过程中的最后阶段是准确符合实际情况的。 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文旦 当变形金属同时向两个不同方向流动时必然存在分流面。在型腔 充满过程中，分流面在终锻型槽中的位置是不断变化的。分流面以内 的金属流向型腔；分流面以外的金属流向毛边槽。分流面位置的变化 正好反映了金属向两个不同方向的流动阻力的变化。随上、下模块的 靠近，毛边阻力增大，分流面向远离锻件中心的方向移动，流入型腔 的金属增多，型腔充满速度加快。这种加速充满的过程一直持续到最 难充满型腔的主体充满为止。流入型腔的金属端部星球形，当此球形 端部与型腔底面接触之时，就是型腔主体充满之时。随后便是型腔角 部充满过程。最难充满型腔主体充满之时，就是分流面离毛边槽最近 之时。在最难充满型腔角部充满过程中，分流面从最外位置移向锻件 中心。当分流面移到锻件中心时，最难充满型腔角部完全充满，此时 便是型腔充满阶段结束、锻靠阶段开始之时。锻靠过程中金属全部流 向毛边槽。根据分流面位置的上述变化特征，可将型腔充满阶段分为 两个小阶段：分流面外移的过程为第一小阶段，这是最难充满型腔主 体充满阶段；分流面从最外位置移向锻件中心的过程为第二小阶段， 这是最难充满型腔角部充满过程。 仁 r l 一一一 一一l f f 歹啕 k 户 4 0b b i skb b is b b is l l0 63 ll1 5 61 85 2 6 2 06 182 27 4 20 83l1 51 562 06 972 27 792 58 8 31 03l1 5272 28 082 59 11 02 81 0 4 41 63 11 5282 21 0 292 51 1 31 13 01 5 5 52 o 4 1 522 59 2 51 3 6 1 0 2 81 5 3 1 2 3 21 7 7 63 o51 522 51 02 8 2 0 l 1 23 2 2 3 3 143 8 2 7 8 74 0622 531 13 02 6 81 43 83 4 41 64 23 8 5 85 o722 531 23 23 4 31 54 04 3 41 84 65 0 6 96 082 533 51 33 54 3 51 64 25 3 02 05 06 4 2 1 07 0 1 0 33 5 4 1 43 86 0 11 84 6 7 4 5 2 25 5 9 0 3 1 l8 01 233 541 54 07 6 82 05 09 8 82 56 01 2 0 以适应公司多品种、小批量“准时生产”要求，是我锻造企业面临的 一个问题。 长期的实践证明，在刮板锻模的设计时，选择桥部参数采用福格特伦 德( v 0 9 t l a n d e r ) 计算法，锻模的寿命即刮板锻模桥部的寿命较其它方 法效果好见表4 - 3 。因此在研究刮板锻模桥部参数时，以福格特伦德 ( v 0 9 t l a n d e r ) 计算法为基础，以理论分析为依据，以实验实践验证的 方法对福格特伦德( v 0 9 t l a n d e r ) 计算法以系数补偿法进行修正和改 进在刮板锻模的设计时，选择的桥部参数达到最优，保证刮板锻模的 寿命满足公司生产经营的需要。 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 表4 3 2 2 寿命项目布留哈诺夫福格特伦德( v o i 吨位法( a h bp9 t l a n d e r ) 计算 j l oxahob ) 法 计算法 b n 一6 3 08 0 0 一一l 0 0 01 0 0 0 一一1 2 0 01 2 0 0 一一1 4 0 0 b n 一7 3 07 0 0 一一9 0 08 5 0 一一11 0 01 0 0 0 一1 2 0 0 b n 一7 6 47 5 0 - - 9 5 09 0 0 一一l1 5 01 0 0 0 一一1 2 0 0 备注：b n - 6 3 0 、b n - 7 3 0 、b n - 7 6 4 为刮板代号。 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 5 刮板模锻件桥部尺寸的优化数学模型( 系数补偿法) 5 1 建立新数学模型的基本思想 在分析开式模锻的运动状态时，开式模锻型腔充满阶段的金属流动 特征准确反映了锻件模锻成形的力学条件，此时在锻件的一个截面上 存在三种应力：流动应力( kr ) 、飞边槽桥部到模槽的过渡部位上的 应力( 飞边槽桥部的最大压应力o 。6 。) 以及模槽中心的应力o 。b 。，。 根据飞边槽桥部的法向压应力按西贝尔( s i e b e l ) 公式计算： o ：g = 一k 。( 1 + 2u )( 2 - 8 ) n g 。：。= 一k ，( 1 + 2u 詈) ( 2 - 9 ) 显然，在开式模锻的最后阶段，飞边槽桥部的法向压应力o ；g 及最大 压应力o 。g 。，与桥部尺寸h 、b 的关系是：在桥部高度h 不变的情况下， o ：g 、o 。g 。，随着桥部宽度b 的增大而增大：在桥部宽度b 不变的情况下， oz g 、o ；g 。随着桥部高度h 的增大而降低。 同样，按西贝尔( s i e b e i ) 的计算公式： 赔k f ( 1 + 警( 2 - i i ) 把式( 2 1 1 ) 代入式( 2 1 0 ) 得： 。= f = k f ( 1 + 豢a ( 2 1 2 ) 可以得出变形力与变形抗力与桥部尺寸存在同样的关系。 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 丝 显然，在开式模锻过程中，桥部参数即桥部高度和桥部宽度尺寸对锻 件成形和模具寿命起着制关重要的作用。在满足锻件成形的前提下，选择 适益的桥部高度和桥部宽度尺寸完全可以提高模具寿命。根据西贝尔 ( s i e b e l ) 关于飞边槽桥部的法向压应力和变形力与变形抗力与桥部尺 寸的关系理论公式，可以得出以下结论：在桥部高度h 不变的情况下， 飞边槽桥部的压应力0z g 飞边槽桥部的最大压应力0 ：g 。，、模槽中心 的应力0 ：b 。，、变形抗力k ，随桥部宽度b 的减小而减小。在桥部宽度 b 不变的情况下，飞边槽桥部的压应力0 ：g 、飞边槽桥部的最大压应力 0 ；g 。、模槽中心的应力0 ：b 。、变形抗力k 随桥部高度h 的增大而 减小。 从模槽强度和桥部强度的角度考虑，减小桥部宽度必然降低模槽 强度和桥部强度，对提高锻模寿命不利。显然采用保持桥部宽度b 不 变的情况下，增大桥部高度h ，以减小飞边槽桥部的压应力0 瓜飞边 槽桥部的最大压应力0 。g 。、模槽中心的应力0 ：b 。及变形抗力k ， 达到提高模具寿命。研究刮板类模锻件锻模桥部参数正是出于这种目 的。 5 2 数学模型的建立 公司生产的刮板类锻件，品种达十几种之多，各种刮板虽然尺寸 大小、几何形状有所不同，但基本形式一样，见图。它们的共同特点 均属于长轴类锻件，并且截面尺寸相差很大，属于形状复杂和坯料体 积难免偏多的锻件，因此在设计锻模时，飞边槽类型采用型式，见 图。 在论文的开始，提到对于开式模锻，目前尚无理论分析法确定毛边槽 尺寸，常用吨位法及经验公式进行设计计算桥部尺寸，因此在选择桥 部参数时对于特定的模锻件，无论采用五种方法中任一种方法，都存 在一定的局限性，选择的桥部参数在实际生产时就有可能产生吻合性 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文一2 5 不好，造成模具的模槽和桥部过早疲劳损坏，降低模具寿命。显然， 对于刮板类锻件存在同样的问题。长期生产实践证明及对比，对于刮 板类锻件采用福格特伦德( v 0 9 t l a n d e r ) 计算法所选择的锻模桥部参 图5 - 1刮板锻模桥部结构 数锻模的寿命即刮板锻模桥部的寿命较其它方法效果好。福格特伦德 ( v 0 9 t l a n d e r ) 计算法： h = o 016 d n ( 4 - 2 ) b6 3 h 式中：d n - - - 锻件最大直径或最大宽度，m m 。 针对刮板类模锻件桥部参数的研究，在基本思想的基础上，对福格特 伦德( y 0 9 t l a n d e r ) 计算法进行修正和改进，在满足锻件成型的前提下 得到适宜的、通用的刮板类模锻件桥部参数的计算方法，达到进一步 提高模具寿命的目的。 经过几年的努力，通过不断的调整和实验、总结，针对刮板类模 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 锻件桥部参数得到以下计算方法： h = 0 018 d n + k l ( 5 - 1 ) b = ( 按吨位法选取) + k ：( 5 - 2 ) 式中：d n - - - 锻件最大直径或最大宽度，m m ： k 。修正系数，k 。= 0 0 6 。当设备吨位大于等于锻件的实际 需要吨位时，k l _ o ：锻件的实际需要吨位每超过设备能力1 吨 时，k t - o 3 0 5 ；最大不能超过4 吨。 k2 - 一修正系数，k 2 一2 0 。设备能力大于等于锻件实际需要吨 位时b = 1 2 1 4 ；当设备能力小于锻件实际需要吨位时，k ：= 一2 。 5 3 评价 ( 1 ) 理论上的分析 按照吨位法：布留哈诺夫( a h bp1 0xahob ) 计算法， 公式( 4 1 ) ；福格特伦德( v 0 9 t l a n d e r ) 计算法，公式( 4 - 2 ) ：以及新 的计算法，公式( 5 - 1 ) 分别选取和计算刮板b n 6 3 0 、b n 7 3 0 、b n 7 6 4 的锻模桥部高度h 、桥部宽度b ，其结果如表5 一l 所示： 表5 1不同计算方法所得到的h 、b 数值项目布留哈诺夫福格特伦德 蕊 吨位法( a h bp ( v o g t1a n d e r新计算方 l oxahob ) ) 计算法 法 计算法 hbhbhbhb b n - 6 3 01 51 41 6 81 41 7 6i o 61 9 81 2 b n - 7 3 021 41 7 2 1 4 1 7 61 0 62 2 81 2 b n - 7 6 4 21 41 8 91 62 0 81 1 5 2 6 4 1 2 备注：b n 一6 3 0 、b n 一7 3 0 、b n 一7 6 4 为刮板代号。 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文望 可以看出，刮板锻模桥部参数新的计算方法符合开式模锻的应力状 态，计算结果同基本思想相符。 ( 2 ) 实践验证 在整个实验验证过程中，通过对b n 一6 3 0 、b n - 7 3 0 、b n 一7 6 4 刮 板锻模桥部设计参数，按照新的计算法设计的h 、b ，得到良好的效果， 锻模寿命均有显著提高，单位锻模生产的锻件数提高3 0 左右，见表 5 2 。 表5 2 寿命项目布留哈诺夫福格特伦德 、 吨位法 ( a h b ( v o g t 1a n d e r新计算方 p1 0xah) 计算法 法 ob ) 计算法 b n - 6 3 08 0 0 1 0 0 01 0 0 0 一一1 2 0 01 2 0 0 一一1 4 0 018 0 0 2 0 0 0 b n 一7 3 07 0 0 一一9 0 08 5 0 一一11 0 01 0 0 0 一一1 2 0 01 6 0 0 1 7 0 0 b n 一7 6 47 5 0 一一9 5 09 0 0 一一l1 5 0 1 0 0 0 一一1 2 0 01 6 0 0 一1 7 0 0 备注：b n 一6 3 0 、b n - 7 3 0 、b n 一7 6 4 为刮板代号。 ( 3 ) 通用性及可靠性验证 将新的计算方法应用到公司其它几种刮板锻模设计，计算所取的桥 部参数h 、b ，通过实践验证，锻模寿命均提高2 5 一3 0 左右，见表5 3 。 表5 - 3 寿命项目布留哈诺夫福格特伦 吨位法( a h b德新计算方 pdxah ( v o g t l a n d 法 名称n ob ) 计算法 e r ) 计算法 b n 一1 0 71 2 0 0 1 0 0 0 一一1 2 0 0 1 2 0 0 一一1 4 0 0 1 6 0 0 1 8 0 0 b n 一1 1 71 1 0 01 0 0 0 一一1 2 0 01 2 0 0 一1 4 0 01 6 0 0 b n - 5 41 2 0 01 2 0 0 一一1 4 0 01 6 0 018 0 0 - 2 0 0 0 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 垄 备注：b n - 1 0 7 、b n - 1 1 7 、b n 一5 4 为刮板代号。 通过以上分析及实践验证，可得出新的桥部参数计算法针对公司 生产的各类刮板，在设计锻模桥部时所得的桥部参数是适宜的，可提 高各类刮板锻模的寿命2 5 左右。 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 结论 本论文利用开式模锻理论，针对公司生产的各种刮板模锻件，在 锻模设计时，对桥部参数的设计，在实践实验验证的基础上，对福格 特伦德( v 0 9 t l a n d e r ) 计算法进行修正和改进，得出以下结论： ( 1 ) 新的计算方法，针对刮板模锻件，所得的桥部参数吻合性 较好。 ( 2 ) 新的计算方法，针对刮板模锻件，具有通用性。 ( 3 ) 新的计算方法，针对刮板模锻件，完全达到了通过对桥部 参数的优化，提高锻模寿命的目的。 ( 4 ) 利用新的计算方法得到的桥部参数，使各种刮板锻模寿命 平均提高2 5 左右。 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 致谢 3 0 本论文在选题、研究和撰写的过程中，始终都得到了辽宁工程技 术大学指导老师段鹏文教授、宁夏天地奔牛集团有限公司指导老师黄 永刚高级工程师的悉心指导，宁夏天地奔牛集团有限公司锻造分厂技 术科的全体工程技术人员也给予了很大的帮助和支持，提出了宝贵的 意见和建议。在此对各位老师及同事表示衷心的感谢和深深的敬意。 感谢辽宁工程技术大学研究生部以及机械学院的全体教师几年 来对我的辛勤培养! 感谢宁夏天地奔牛集团有限公司各级领导对我的关心和支持! 感谢宁夏天地奔牛集团有限公司领导给予我再次深造的机会! 最后，感谢在百忙中参与评阅论文和参加答辩的专家评委l 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 参考文献 3 l 1 布留哈诺夫。烈别尔斯基模锻及模具设计北京：机械工业出版社，1 9 5 8 2 】l e eeh ，k o b a y a s h is n e ws 0 1 u t i o nt 0r i g i d - p l a s t i cd e f o r m a t i o n p r o b l e m su s i n gam e t h o d t r a n s ，a s m e ，j e n g r i n d 1 9 7 3 ，9 5 ：8 6 5 8 6 9 3 锻工手册编写组锻工手册北京：机械工业出版社，1 9 7 6 4 s c h o o f sa j ge ta 1 t r i q u a m e s h o s e r s g u i d e r e p o r t w e 7 8 - 0 1 e i n d h o v e nu n i v e r s i t y o f t e c h n o l o g y ，t h e n e t h e r l a n d s ，j a n 1 9 7 8 5 大型锻件的生产编写组大型锻件的生产北京：机械工业出版社， 1 9 7 8 6 吕炎，钱有济等关于切变形对金属组织和性能的影响及其机理的探讨 锻压工艺与设备论文集，1 9 7 8 ：1 4 0 1 5 0 7 张志文。锻造工艺学北京：机械工业出版社，1 9 8 3 8 张志文锻造工艺学北京：机械工业出版社，1 9 8 3 ：9 1 1 6 2 9 张志文，锻造工艺学北京：机械工业出版社，1 9 8 3 1 0 l osh a n e wm e s hg e n e r a t i o ns c h e m ef o ra r b i t r a r yp 1 a n a r d o m a i n s i n t j n u m e r m e t h e n g 1 9 8 5 ，2 1 ：1 4 0 3 1 4 2 6 1 1 汪大年金属塑性成形原理北京：机械工业出版社，1 9 8 6 ：4 1 2 杨振桓，陈锐清锻造工艺学西安：西北工业大学出版社，1 9 8 6 1 3 杨振恒锻造工艺学西安：西北工业大学出版社，1 9 8 6 1 4 1 0m 拉赫金，ar 拉赫斯德特机械制造中的热处理手册上海：上海 科学技术文献出版社，1 9 8 6 1 5 劳动人事部培训就业局锻工工艺学北京：劳动人事出版社，1 9 8 8 1 6 周纪华，管克智金属塑性变形阻力北京：机械工业出版社，1 9 8 9 ：2 2 2 3 2 2 2 6 1 7 drj 欧文曾国平，刘忠，徐家礼译塑性力学有限元一理论与应用北 1 8 1 9 京：兵器工业出版社，1 9 8 9 王孝培冲压手册( 第二版) 北京：机械工业出版社，1 9 9 0 ：4 6 1 姚若浩金属压力加工中的摩擦和润滑北京：冶金工业出版 社。1 9 9 0 ：2 4 9 2 0 s e z e rl e v e n te ta 1 a u t o m a t i cq u a d r i l a t e r a l t r i a n g u t a rf r e e f o r m e s hg e n e r a t i o n f o r r e g i o n s i n t j n u m e r m e t h e n g 1 9 9 1 ，3 2 ：1 4 4 1 1 4 8 3 p 1 a n a r 2 1 汪凌云，刘静安计算金属成形力学及应用重庆：重庆大学出版社， 1 9 9 1 ：8 1 1 7 7 2 2 ssl a n k a ，rs r i n i v a s a n ，rv g r a n d h i ad e s i g na p p r o a c h i n t e r m e d i a t ed i es h a p e si np 1 a n es t r a i nf o r g i n g s j o u r n a l m a t e r i a l ss h a p i n gt e e h n 0 1 0 9 y ，1 9 9 1 。9 ：1 9 3 2 0 6 f o r o f 2 3 锻模设计手册编写组锻模设计手册北京：机械工业出版 社。1 9 9 1 ：2 1 5 2 2 6 2 4 jzz h ue t a 1 an e wa p p r o a c ht ot h ed e v e l o p m e n to fa u t o m a t i c e 2 s 2 6 q u a d r il a t e r a l e s h g e n e r a t i o n i n t j n u e r m e t h e n g 1 9 9 1 。3 2 ：8 4 9 8 6 6 郭会光苏联大锻件生产技术研究的新思路大型铸锻件，1 9 9 1 ( 1 ) sio h 。wtw u ，jpt a n g ，a v e d h a n a y a g a c a p a b i l i t i e s a n d a p p i i c a t i o n so ff e m c o d d e f o r m t h ep e r s p e c t i v eo ft h e d e v e l o p e r j o u r n a l o fm a t e r i a l sp r o c e s s i n g t e c h n 0 1 0 9 y ，1 9 9 1 ，2 7 ：2 5 4 2 2 7 l e eykf i n i t ee l a s t o p l a s t i cd e f o r m a t i o ni nm e t a lf o r m i n gp r o c e s s e s w i t hac o m p l e t e f o r m u l a t i o nf o rs l i d i n gf r i c - t i o n i n t e r n a t i o n a l5 0 u r n a lo fp l a s t i c i t y ，1 9 9 1 ( 7 ) ： 5 6 7 6 0 5 堑主三矍垫查盔堂三墨堡主兰垡重奎 2 8 吕炎等锻压成形理论与工艺机械工业出版杜，1 9 9 1 2 9 d y d u c hm 。h a b r a k e na m a n dc e s c o t t os a u t o m a t i ca d a p t i v e r e m e s h i n gf o rn u m e r i c a ls i m u l a t i o n o fm e t a lf o r m i n g c o m p u t e r m e t h o d si na p p l i e dm e c h a n ic sa n de n g in e e r i n g ，1 9 9 2 ，1 0 1 ：2 8 3 2 9 8 r 3 0 茹铮，余望等塑性加工摩擦学北京：科学出版社，1 9 9 2 3 1 csh a n ，rvg r a n d h i ，rs r i n i v a s a n o p t i m u md e s i g no ff o r g i n g p r o c e s s e su s i n gn o n l i n e a rp i n i t ee 1 e m e n ta n a l y s is a i a aj o u r n a l 1 9 9 3 ，3 1 ：7 7 4 7 8 1 3 2 gz h a o ，ew r i g h t ，rvg r a n d h i p r e f o r md e s i g ni nf o r g i n gp r o c e s s e s u s i n gn o n l i n e a rf i n i t ee 1 e m e n tm e t h o d t r a n s a c t i o n so fn a m r i s m e ， 1 9 9 4 2 2 ：1 7 2 4 3 3 s c i e n t i f i cf o r m i n gt e c h n o i o g yi n c d e f o r mu s e r sm a n u a l o h i o ， u s a 1 9 9 4 3 4 gz h a o ew r i g h t ，rvg r a n d h i f o r g i n gp r e f o r md e s i g nu s i n gt h e i n v e r s ed i ec o n t a c tt r a c k i n gm e