汽车发动机曲轴终锻模的设计及仿真_毕业设计论文

西安广播电视大学毕业设计论文题目汽车发动机曲轴终锻模的设计及仿真专业11春机械制造及其自动化时间2013年05月摘要在科技突飞猛进的21世纪，越来越多的先进制造方法应用于传统加工工艺中，为机械领域的发展提供了新的方向。本文主要阐述了锻造模具的数控加工及其发展趋势，并简单介绍了锻造的生产过程以及发展方向。本文重点介绍了汽车发动机曲轴终锻模具的设计制造方法，以及各种软件在曲轴终锻模具设计和加工中的应用。首先利用CATIA软件对曲轴零件、锻件、锻造模块等进行实体建模，然后利用UG软件对模具型腔进行数控加工仿真，最后在AUTOCAD软件中生成曲轴二维零件图，锻件图，模块图和装配图。而对曲轴模腔的实体建模过程以及模腔的数控加工仿真过程做出的重点叙述，说明了CAD/CAM在现代制造业中的应用。关键词发动机曲轴终锻模数控加工仿真ABSTRACTINTHE21STCENTURYOFTHETECHNOLOGICALADVANCES,MOREANDMOREADVANCEDMANUFACTURINGMETHODSUSEDINTRADITIONALPROCESSINGTECHNOLOGYFORTHEDEVELOPMENTOFMACHINERYPROVIDESANEWDIRECTIONTHISARTICLEFOCUSESONTHEFORGINGDIEMACHININGANDTRENDS,ANDBRIEFLYDESCRIBESTHEFORGINGOFTHEPRODUCTIONPROCESSANDDEVELOPMENTTHISARTICLEFOCUSESONTHEAUTOMOBILEENGINECRANKSHAFTFORGINGDIEDESIGNANDMANUFACTUREOFTHEFINALAPPROACH,ANDAVARIETYOFSOFTWAREENDOFTHECRANKSHAFTFORGINGDIEDESIGNANDPROCESSINGOFTHEAPPLICATIONFIRSTLY,FORGINGANDCATIASOFTWAREMODELINGMODULE,ANDTHENTHEMOLDCAVITYUSINGUGSOFTWAREFORNCMACHININGSIMULATION,THELASTINTHEAUTOCADSOFTWARETOGENERATETWODIMENSIONALPARTSANDASSEMBLYDRAWINGSANDSOONWHILETHECRANKSHAFTBORECAVITYMOLDANDMOLDTHEPHYSICALMODELINGSIMULATIONPROCESSCHAMBERPROCESSINGTIMEANDSPACETOMAKETHEFOCUSOFNARRATION,DESCRIPTIONOFTHECAD/CAMAPPLICATIONINMODERNMANUFACTURINGKEYWORDSENGINECRANKSHAFTFINISHFORGINGDIENCMACHININGSIMULATION目录摘要IABSTRACTII目录I第1章绪论111概述112国内外曲轴加工技术的现状及发展1121国内外曲轴加工技术的现状1122国内外曲轴加工技术展望313本课题研究的目的意义4第2章曲轴设计521曲轴的工作条件和材料的选择5211曲轴的工作条件和设计要求5212曲轴的材料6213曲轴强化的方法622曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计6221主要尺寸的确定7122曲轴两端设计8第3章曲轴终锻模设计1031制定锻件图1032计算锻件的主要参数11321设备选定11322终锻模膛设计1233曲轴的实体建模13331曲轴的锻件实体建模13332曲轴模块实体建模1534模具装配所需的其它零件的结构设计和实体建模15341上模架15342下模架17343垫板18344前压板19345后挡板20346导向装置20347顶杆2335实体建模装配24第4章曲轴模膛数控加工仿真2541终锻模模膛数控加工2542生成G代码及刀具路径后处理28结论32参考文献33致谢34第1章绪论11概述曲轴，引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下往复运动变成循环旋转运动。它是发动机上的一个重要的机件，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位主轴颈，连杆颈，（还有其它）。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑。曲轴的旋转是发动机的动力源，也是整个机械系统的源动力。12国内外曲轴加工技术的现状及发展摘要曲轴是内燃机发动机中的关键零件之一，其是内燃机中最难加工的工件之一。介绍了国内外的曲轴在生产制造环节中的强化工艺和机械加工技术现状，先进的生产设备，并对未来制造技术的发展提出了展望。关键词曲轴、加工技术、强化工艺、机械加工。引言曲轴是内燃发动机中的关键零件之一，也是内燃机中最难加工的工件之一。曲轴在发动机中是将活塞连杆的往复运动变为旋转运动，其在工作过程中会不断承受很大的弯曲应力和扭转应力，且受力情况异常复杂。所以对曲轴的抗拉强度、刚度、耐磨性、耐疲劳性以及冲击韧性等都提出了更高的要求。曲轴的主要失效形式是轴颈磨损和疲劳断裂，因此对曲轴在生产制造环节强化工艺技术和机械加工技术同样都有着更高的要求。121国内外曲轴加工技术的现状目前车用发动机曲轴材质主要有球墨铸铁和钢两类。由于球墨铸铁曲轴成本只有调质钢曲轴成本的1/3左右，且球墨铸铁的切削性能良好，可获得较理想的结构形状，并且和钢质曲轴一样可以进行各种热处理和表面强化处理来提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性。所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛应用。据统计数据显示，车用发动机曲轴采用球墨铸铁材质的比例在美国为90，英国为85，日本为60，此外，德国、比利时等国家也已经大批量采用。国内采用球墨铸铁曲轴的趋势则更加明显，中小型功率柴油机曲轴85以上采用球墨铸铁，而功率在160KW以上的发动机曲轴多采用锻钢曲轴。曲轴的强化工艺技术目前国内外曲轴常见的强化工艺大致有如下几种氮化处理。氮化能提高曲轴疲劳强度的2060。喷丸处理。曲轴经喷丸处理后能提高疲劳强度2040。圆角与轴颈同时感应淬火处理。该强化方式应用于球墨铸铁曲轴时，能提高疲劳强度20，而应用于碳素结构钢曲轴时，则能提高L00以上。圆角滚压处理球。墨铸铁曲轴经圆角该压后寿命可提高120300，碳素结构钢曲轴经圆角液压后寿命可提高70150。曲轴圆角滚压强化工艺主要包括曲轴圆角滚压和曲轴滚压校正两部分。在滚压过程中，由伺服传动系统控制曲轴旋转的转速和旋转角度，同时由液压伺服控制系统控制液压过程的压力负载，使每个主轴颈和连杆颈依次完成整个滚压过程。对弯曲曲轴的校直处理首先要检测曲轴的弯曲变形数据即弯曲度的大小和相位方向，然后用摆差传感器检测各主轴颈处的摆差，继而由专家系统数据库对摆差数据进行分析处理并给出校直方案，即给出在某几个主轴颈或连杆颈上的再施压方案，从而利用此施压方案重新按压产生新的变形来消除曲轴的弯曲。国外应用的圆角滚压技术已相当先进，可一次完成对所有圆角的滚压，且可做到主轴颈与连杆轴颈圆角的压力不同，同一连杆轴颈圆角在不同方向上的压力也可不同。这样可经济地达到最佳的滚压效果，最大限度地提高曲轴的抗疲劳强度。经德国赫根塞特（HEGENSCHEID）公司定，球膜铸铁曲轴经滚压后寿命可增至100280。复合强化处理。它是指应用多种强化工艺对曲轴进行强化处理，球墨铸铁曲轴采用圆角该滚压工艺与离子氮化工艺结合使用，可使整个曲轴的抗疲劳强度提高130以上。曲轴的机械加工技术曲轴主轴颈和连杆轴颈的粗加工、半精加工工艺和精加工工艺，大体分为以下几种传统的曲轴主轴颈及连杆轴颈的多刀车削工艺。生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序的质量稳定性差，容易产生较大的内应力，难以达到合理的加工余量。一般精加工采用曲轴磨床，通常靠手工操作，加工质量不稳定，尺寸的一致性差。老式生产线的主要特点是普通设备多，导致产品生产周期长、场地占用面积大，且完全是靠多台设备分解工序和余量来提高生产效率。数控车削工艺。数控车削设备价格相对便宜，不需要复杂的刀具，但只适合小批量生产。数控内铣铣削工艺。内铣设备价格较高，刀具费用也很高，但适合大批量生产。数控车拉、数控车车拉工艺。其突出优点是可对宽轴径进行分层加工，切削效率高，加工质量好，但车拉刀具结构复杂，技术含量高，并且长期依靠进口，好处是可集车车拉工艺加工连杆轴颈要两道工序于一起。CNC高速外铣工艺。数控高速外铣是20世纪90年代新兴起来的一种新型加工工艺，其适用范围广，特别双刀盘数控高速外铣以其加工效率高、加工质量稳定、自动化水平高，已成为当前是曲轴主轴颈和连杆轴颈粗加工的发展方向。就比较而言，CNC车车拉工艺加工连杆轴颈要二道工序，CNC高速外铣只要一道工序就能完成，切削速度高（目前最高可达350M/MIN）、切削时间较短、工序循环时间较短、切削力较小、工件温升较低、刀具寿命高、换刀次数少、加工精度更高、柔性更好。如德国BOEHRINGER公司专为汽车发动机曲轴设计制造的柔性的高速随动数控外铣床VDF315OM4型，该设备应用工件回转和铣刀进给伺服连动控制技术，可以一次装夹不改变曲轴回转中心随动跟踪铣削曲轴的连杆轴颈。其采用一体化复合材料结构床身，工件两端电子同步旋转驱动，具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特点；使用SIEMENS840DCNC控制系统，设备操作说明书在人机界面上，通过输入零件的基本参数即可自动生成加工程序，可以加工长度450700MM、回转直径在380MM以内的各种曲轴，连杆轴颈直径误差仅为002MM。数控曲轴磨削工艺。精加工使用数控磨床，采用静压主轴、静压导轨、静压进给丝杠（砂轮头架）和线性光栅死循环控制等控制装置，使各尺寸公差及形位公差得到可靠的保证，精加工还广泛使用数控砂带抛光机进行超精加工，经超精加工后的曲轴轴颈表面粗糙度至少提高一级精度。如GF70MT曲轴磨床是日本TOYADA工机开发生产的专用曲轴磨床，是为了满足多品种、低成本、高精度、大批量生产需要而设计的数控曲轴磨床。该磨床应用工件回转和砂轮进给伺服联动控制技术，可以一次装夹而不改变曲轴回转中心即可完成所有轴颈的磨削，包括随动跟踪磨削连杆轴颈；采用静压主轴、静压导轨、静压进给丝杠（砂轮头架）和线性光栅死循环控制，使用TOYADA工机生产的GC50CNC控制系统，磨削轴颈圆度精度可达到0002MM；采用CBN砂轮，磨削线速度高达120M/S，配双砂轮头架，磨削效率极高。122国内外曲轴加工技术展望美国、德国、日本等汽车工业发达国家都致力于开发绿色环保、高性能发动机，目前各个厂家采用发动机增压、扩缸及提高转速来提高功率的方法，使得曲轴各轴颈要在很高的比压下高速转动，发动机正向着增压、增压中冷、大功率、高可靠性、低排放方向发展。曲轴作为发动机的心脏，正面临着安全性和可靠性的严峻挑战，传统材料和制造工艺已无法满足其功能要求，市场对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。世界汽车工业发达国家对曲轴的加工十分重视，并不断改进曲轴加工工艺。随着WTO的加入，国内曲轴生产厂家已经意识到形势的紧迫性，引进了为数不少的先进设备和技术，以期提高产品的整体竞争力，使得曲轴的制造技术水准有了大幅提高，特别是近5年来发展更为迅猛。目前国内轿车曲轴生产线多为高速柔性生产线FTL（FLEXIBLETRANSFERLINE），这种生产线的特点是不仅可以加工同系列曲轴，而且还可加工变型产品、换代产品和新产品，真正具备柔性意义。为进一步提高高速柔性生产线的生产效率，更快的适应市场，FTL未来发展是敏捷柔性生产线AFTL（AGILEFLEXIBLETRANSFERLINE）。其主要目的是满足市场变化的需求。不但满足当前产品的要求，还应考虑未来市场需求。满足生产方式的需求。能满足现代发动机“多品种、大中批量、高效率、低成本”的生产需求。符合“精益生产”的原则。杜绝浪费，用最少投资、最大回报谋取利润。由于发动机曲轴自身结构的特殊性，曲轴AFTL应具备以下特点由高速加工中心和高效专用机床（含少量组合机床）组成。按工艺流程排列机床并由自动输送装置连接，采用柔性夹具和高效专用刀具生产。为防止关键工序设备故障造成全线停产，可增设平行设备增补，亦能满足大批量生产的需要。13本课题研究的目的意义发动机曲轴的加工质量对发动机的功效尤为重要，曲轴是发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，是发动机的心脏，它需要承受活塞通过连杆传来的力，将活塞的往复运动变为旋转运动，并将这一旋转运动传递给其它部分，其工作是的受力情况非常复杂，在发动机各个部件中最难以保证加工质量。由于曲轴工作条件恶劣，因此对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。锻造作为金属加工的主要方法和手段之一。在国民经济中占有举足轻重的地位，是装备制造业，特别是机械、汽车行业，以及军工、航空航天工业中不可或缺的主要加工工艺。随着经济结构调整的不断深化，特别是作为支柱产业的汽车制造业的大发展，为我国的锻造业营造了非常好的机会，近几年在设备制造技术和加工技术上都有了很大的进展，行业的竞争力得到提升，某些方面的技术水准已进入世界先进行列。锻造的目的是使坯料成形及控制其内部组织性能达到所需几何形状、尺寸以及质量的锻件。曲轴经过锻造，质量大大提高，使用寿命和整机的可靠性也大大提升。作为发动机的心脏曲轴，可以使发动机的功效尽可能发挥到最好。第2章曲轴设计曲轴是发动机中最重要的机件之一。它的尺寸参数在很大程度上不仅影响着发动机的整体尺寸和重量，而且也在很大程度上影响着发动机的可靠性与寿命。曲轴的破坏事故可能引起发动机其它零件的严重损坏，在发动机的结构改进中，曲轴的改进也占有重要地位。随着内燃机的发展与强化，曲轴的工作条件越来越恶劣了。因此，曲轴的强度和刚度问题就变得更加严重了。在设计曲轴时，必须正确选择曲轴的尺寸参数、结构型式、材料与工艺，以求获得经济最合理的效果。21曲轴的工作条件和材料的选择211曲轴的工作条件和设计要求曲轴是在不断周期性变化的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩共同作用下工作的，从而使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力状态；对内不平衡的发动机曲轴还承受内弯矩和剪力；未采取扭转振动减振措施使曲轴还可能作用着幅值较大的扭转振动弹性力矩。这些载荷都是交变性的，可能引起曲轴疲劳失效。实践表明，弯曲载荷具有决定性作用，弯曲疲劳失效是主要破坏形式。因此曲轴结构强度的研究重点是弯曲疲劳强度，曲轴设计上要致力于提高曲轴的疲劳强度。曲轴形状复杂，应力集中现象相当严重，特别在连杆轴颈与曲柄臂的过渡圆角处和润滑油孔出口附近的应力集中尤为突出。通常的曲轴断裂、疲劳裂纹都始于过渡圆角和油孔处。图11表明了曲轴弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏的情况。弯曲疲劳裂缝从轴颈根部表面的圆角处发展到曲柄上，基本上成450折断曲柄；扭转疲劳破坏通常是从机械加工不良的油孔边缘开始，约成450剪断曲柄销。所以，在设计曲轴时，要特别注意设法缓和应力集中现象，强化应力集中部位。曲轴各轴颈在很高的比压下，以很大的相对速度在轴承中发生滑动摩擦。这些轴承在实际变工况运转条件下并不总能保证为液体摩擦，尤其当润滑油不洁净时，轴颈表面遭到强烈的磨料磨损，使得曲轴的实际使用寿命大大降低。所以，设计时，要使其各摩擦表面耐磨，并匹配好适当材料的轴瓦。曲轴是曲柄连杆机构中的中心环节，其刚度亦很重要。如果曲轴弯曲刚度不足，则可能发生较剧烈的弯曲振动，使活塞连杆和轴承的工作条件大为恶化，图21曲轴的疲劳破坏A）弯曲疲劳破坏B）扭转疲劳破坏影响这些零件的工作可靠性和耐久性，甚至使曲轴箱局部应力过大而开裂。曲轴的扭转刚度差，则可能在工作转速范围内产生强烈的扭转振动。轻则引起噪音，加速曲柄上齿轮等传动件的磨损；重则使曲轴断裂。所以，设计时，应保证它有尽可能高的弯曲刚度和扭转刚度。由于曲轴受力复杂，几何断面形状比较特殊，在设计时，至今还没有一个能反映客观实际的理论公式可供通用。因此，目前曲轴的设计主要是依靠经验来设计。212曲轴的材料在结构设计和加工工艺正确合理的条件下，主要是材料强度决定着曲轴的体积、重量和寿命。因此，必须根据发动机的用途及强化强度，正确的选用曲轴材料，在保证曲轴有足够强度的前提下，尽可能采用一般材料。作为曲轴的材料，除了应具有优良的机械性能以外，还要求有高度的耐磨性，耐疲劳性和冲击韧性。同时也要使曲轴的加工容易和造价低廉。本设计选用的材料45钢；材料密度7850KG/M；3弹性模量16E11N/M；2强度应力极限600MPA；B屈服应力极限355MPA；S疲劳应力强度355MPA；1强化处理热处理、渗碳处理。213曲轴强化的方法提高曲轴的疲劳强度是设计人员必须努力解决的问题。为了提高曲轴的疲劳强度，可以采用一系列结构设计和工艺设计措施。在结构设计方面，可以采用以下措施1）提高曲柄销和曲轴主轴颈的重迭度。2）采用较大的圆角半径可以使圆角弯曲形状系数下降，从而提高弯曲强度。3）轴颈上设计卸载槽使应力分布更加均匀，而且沿轴颈和曲柄臂宽度的最大应力较小，还可能使轴颈到曲柄臂过渡圆角的半径增大。4）曲柄销的内卸载孔相对其几何轴线远离曲柄半径中心呈偏心布置使圆角处的弯曲应力降低，提高疲劳强度。5）增大曲柄臂的厚度和宽度。除了设计措施外，工艺方面利用特殊的机械加工方法、热处理或化学处理方法强化表面，以提高曲轴的疲劳强度。常用的表面强化工艺有以下几种1）圆角高频感应淬火；2）圆角滚压；3）氮化。22曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计221主要尺寸的确定主轴颈的直径D160MM，宽度L126MM；主轴颈轴端的直径D372MM，宽度L36MM；曲柄销的直径D245MM，宽度L226MM；曲柄销轴端的直径D457MM，宽度L46MM；形状如图22单节曲轴尺寸所示。图22单节曲轴尺寸曲柄臂的宽度L15MM，其形状如图23单节曲轴曲柄臂截面尺寸所示。曲柄臂的起模斜度为外模5，内模7；各处的倒角均为R2。图23单节曲轴曲柄臂截面尺寸122曲轴两端设计曲轴上带动辅助系统的驱动链轮（正时链轮）一般装在曲轴的前端，对多缸发动机而言往往把传动齿轮装在曲轴后端。消除扭转振动的减振器无疑应装在曲轴前端，因为这里的振幅最大。驱动齿轮装在前端采用键连接。曲轴后端设有法兰和加粗的轴颈，飞轮与后端用螺栓和定位销连接。且定位销的布置是不对称的或只有一个。具体尺寸和形状如图14曲轴前端、15曲轴后端所示（未画出定位销），未标注的圆角均为R2。图24曲轴前端图25曲轴后端最终得到的曲轴总长为L532MM，如图26曲轴零件实体图所示。具体的标注见曲轴零件图。图26曲轴零件实体图第3章曲轴终锻模设计热模锻压力机是自动化高效率生产模锻件的模锻设备，也是被广泛应用的模锻设备。热模锻压机是靠静压力使金属变形，因此，热模锻压机上的锻模成型规律是金属沿水平方向流动剧烈，向高度方向流动缓慢。预锻模膛设计的主要内容是绘制热锻件图和确定飞边槽尺寸，以下是整个设计过程。31制定锻件图1分模位置根据曲轴形状，很易确定上下对称的直线分模。2公差和加工余量曲轴材料为球墨铸铁，即材质系数为M2。形状复杂系数3级复杂系数S3。由锻造模具简明设计手册表55查得锻件形状复杂系数,250813MVMS其中M为锻件品质157KG；M1为锻件外廓包容体质量；V为锻件体积；V1为锻件外廓包容体体积。由于016，故形状复杂程度为S3。3205由锻造模具简明设计手册表518查得长度极限偏差值为50MM，宽度371极限偏差值为36MM，高度极限偏差值为32MM。4211由锻造模具简明设计手册表527，曲轴零件的表面粗糙度RA16UM,查得模锻件内外表面加工余量为厚度方向为2532MM，取3MM；水平方向为2735MM，取3MM。3模锻斜度零件图上的技术条件中已给出拔模斜度外模斜度为5，内模斜度为7。4圆角半径锻件各部分的圆角半径取为R2MM。5技术条件1图上未标注的拔模斜度为外模斜度为5，内模斜度为7；2图上未标注的圆角半径2MM；3由锻造模具简明设计手册表518查得允许的错差公差为14MM；4由锻造模具简明设计手册表518查得允许的残留飞边公差为14MM；5允许的表面缺陷深度05MM；6锻件热处理调质；7锻件表面清理为了便于检查淬火裂纹，系用酸洗。6具体尺寸如图31单节曲轴锻件尺寸图所示图31单节曲轴锻件尺寸图最终的锻件图如图32曲轴锻件实体图所示图32曲轴锻件实体图32计算锻件的主要参数321设备选定工艺力计算PKFKN式中K锻件单位面积变形力（或称金属变形抗力系数）,KN/CM2F锻件投影面积，CM2曲轴锻件的投影面积F1364CM，K120KN/CM2所以，P1201364KN16368KN选择模锻设备根据计算结果，取热模锻压力机的规格为20000KN，即20MN。322终锻模膛设计热锻件图设计按照锻件尺寸增加15的收缩率绘制热锻件图，如图33曲轴热锻件图所示图33曲轴热锻件图飞边槽设计对形状比较复杂的锻件，为了较好地充满模膛而必须增大金属外流的阻力时，桥口的宽度B应比该表中的数据适当增大。飞边槽具体尺寸按锻造模具简明设计手册表86设备200000KN级选用，即H3MMB10MMB10MML40MMR115MMR22MM。模块结构曲轴模膛深度较深，最深处为525MM。而曲轴模膛尺寸精度要求高，磨损到一定程度就必须更换，最后采用梯形模块。长度和宽度的确定模块长度和宽度尺寸主要根据下列因素确定锻件的最大长度、宽度、模壁厚度、锁扣尺寸、模块的承压面积，以及模膛四周的壁厚等。模壁厚度S可按下列确定S（115）H40MM式中H为模膛最深处的深度。高度尺寸的确定模块高度尺寸主要根据模块底厚（T）、模膛深度以及模架闭合高度（H）等。S、T、H应满足如下条件T06065S2S03504H。最终取模块长度为800MM，宽度500MM，高度200MM。模块所承受的压应力应满足PF/A300MPA式中F为设备的名义压力（KN）；A为模块底面的有效承压面积（MM）2曲轴模块底面的有效承压面积A800500MM400000MM，F2000022KN，所以，模块所承受的压力为F20000KN/400000MM50MPA300MPA,满足条件。顶杆顶杆位置顶杆设在飞边槽上。顶杆结构顶杆工作是必须有导向，主要由顶杆和顶杆孔的公差配合来解决。顶料装置采用直接顶料装置。33曲轴的实体建模331曲轴的锻件实体建模草图的绘制从“开始”菜单进入零件设计环境。选择绘图平面进行草图绘制。对图形进行尺寸约束，如图34A、34B、34C图34A曲轴主轴颈尺寸图34B曲轴曲柄臂尺寸图34C曲轴连杆轴颈尺寸建成立体模型从草图设计环境返回零件设计环境。点击“拉伸”按钮进行拉伸。生成立体图，如图36单节曲轴锻件实体图图35单节曲轴锻件实体图经过镜像，阵列，圆角等方法得到曲轴的锻件图，如图32所示。332曲轴模块实体建模进行草图绘制，利用拉伸命令建立模块外形，如图36A所示。图36A未加工模腔的模块实体图进行布尔运算，得到模块的立体图，如36B所示。图36B模块实体图34模具装配所需的其它零件的结构设计和实体建模341上模架模架的作用与特点模架用于固定模块，承受并传递锻造过程中的全部负荷，传递热模锻压力机的顶料运动，是热模锻压力机锻模的最主要的部件。热模锻压力机锻模的模架质量大（一般整副模架重达112T，120000KN热模锻压力机重达50多吨），制造困难，因此必须重视模架的设计、制造和使用。对模架设计的基本要求模架的结构形式力求具有较大的通用性、万能性，适用多品种生产。模架应具有足够的强度、刚度，使设备在锻造过程中所引起的弹性变形，不致影响锻件高度的尺寸，为此，模架内各种承受锻造负荷的部件，包括上下模板在内，均应采用合金钢制造并进行适当的热处理。模架上所有的零件形状应尽可能地简单，以便于加工制造。模架内设置的顶料装置应可靠、耐用，以便于修理和更换。模架的结构应保证在安装、调整和更换模具时，不需要把模架从热模锻压力机上卸下来，以节省时间，减少工作量。模架上所有的紧固件位置，都要布排得当，使紧固时操作方便。模架上应设有起重孔或起重棒，使吊装时安全可靠。模架的结构形式模架的结构按照它和模块紧固的方式划分，一般有两种形式窝座式和十字键式。本设计选用窝座式模架。窝座式模架的特点优点）定位准确，紧固牢靠，是热模锻压力机模架使用最广泛的典型结构。）模具的翻新次数较多。）适用于锻件产量大，要求精度高，品种不太多的生产场合。缺点）要有较强的模具制造能力和较高的制造精度。）通用性、万能性较小。不适用于生产多品种、小批量以及需要经常进行迂回生产的场合。）模具的安装和调整比较困难，锻件的精度很大程度上取决于模具的制造精度。经过草图设计，拉伸，钻孔（通孔、螺纹孔等），得到上模架，如图37A、37B所示。图37上模架正面图37B上模架反面342下模架经过草图设计，拉伸，钻孔（通孔、螺纹孔等），得到上模架实体图，如图38A、38B所示。图38A下模架正面图38B下模架反面343垫板经过草图设计，拉伸，钻孔（包括螺纹孔），得到垫板实体图，如图39A、39B所示。具体尺寸80050080MM。图39A垫板正面图39B垫板反面344前压板经过草图设计，钻螺纹孔，倒圆角得到前压板的三维实体图，如图310所示。长度L600MM。作用装配时定位模块。图310前压板345后挡板经过草图设计，钻螺纹孔，倒圆角得到后挡板的三维立体图，如图311所示。长度L400MM。作用装配时定位模块。图311后挡板346导向装置作用热模锻压力机模锻采用导向装置主要是为了较少模具错移，提高锻件精度，便于模具调整。导柱要有足够的强度和刚度以承受模锻过程中产生的错移力，导柱和导套之间应留有必要的间隙以补偿制造中的偏差、设备滑块和工作台面的不平行度、锻造过程中的自身受热膨胀等因素的影响。结构设计导向装置包括导柱、导套、盖板等零件。导柱和导套分别和上、下模座用过硬配合紧固。导柱和导套之间留有02505MM的间隙。确定导柱和导套长度尺寸的原则是当热模锻压力机的滑块在上止点时导柱扔在导套内的长度不小于导柱直径的115倍。材料导柱应该有较好的韧性和耐磨性，采用碳合金钢渗碳淬火，20CR。导套、油封等和导柱做相对滑动，为使运动性能好，不容易被咬合，导套采用20钢，其它的材料见装配图。导柱具体尺寸直径D140MM，长度L720MM。经过草图设计，拉伸，27倒角得到导柱立体图，如图312所示。图312导柱实体图导套具体尺寸外径D1160MM，内径D21403MM，长度854L230MM。经过草图设计，拉伸，倒角得到导套立体图，如图313所示。图313导套实体图盖板具体尺寸直径D163MM宽度L4MM。由草图设计，拉伸得到盖板的立体图，如314图所示。图314盖板实体图油封具体尺寸外径D1155MM，内径D2140MM。由草图设计，拉伸得到油封的立体图，如图315所示。图315油封油封端盖具体尺寸D140MM，D1170MM，D2200MM，D3130MM，高度H28MM，H14MM，有草图设计，拉伸，倒角，钻螺纹孔，得到油封端盖的三维实体图，如图316所示。图316油封端盖347顶杆本设计的顶杆位置在飞边上。设计这类顶杆应注意以下的问题锻件外侧的顶杆应布置在模锻时形成较大飞边的部位。如果飞边过小，顶杆将失去作用。锻件外侧的顶杆首先考虑定出的平稳。锻件外侧的顶杆必须能及时回到原始位置，不允许顶杆在模锻成形过程中露出飞边桥部。成形开始时如果顶杆不退回，金属迅速外流，将沿横向冲击顶杆使其弯曲变形，并使顶杆和顶杆孔的间隙偏向一侧，金属流入该间隙中，卡住顶杆使其失效。为此，顶出装置，特别是上模中的顶出装置中应设有复位弹簧，使顶杆顶件后退回原位。设置在孔内连皮上的顶杆模锻时受力较大，很容易产生弯曲变形而失效。因此，使用中应经常注意修复和更换。经过草图设计，拉伸，倒角得到顶杆的三维实体图，如下图所示。图317顶杆35实体建模装配点击“开始”菜单中的机械设计，然后选择装配件设计。点击（即现有组件）将所生成的各个零件导入装配图中，通过点击（即相合约束）和（即接触约束）还有（即偏移约束）来固定个零件间的相互位置。最终生成装配图如图318所示以及爆炸图如图319所示。图318曲轴终锻模设计装配图图319爆炸图第4章曲轴模膛数控加工仿真利用UG进行辅助编程是一个综合的过程。它涉及刀具运动轨迹、加工刀具类型、切削用量选择、加工参数选择和下刀方式等的选择，所有这些内容都反映在由加工刀具路径转化而成的数控加工代码中。曲面加工刀具路径生成过程分为刀具参数设置、加工方式选用、粗精加工参数设置和后处理等步骤，这些参数设置的正确与否是保证零件尺寸精度、提高工效和降低成本的关键所在。41终锻模模膛数控加工UG中有粗加工和精加工两种方式，要根据具体情况和实际加工经验，合理选用加工方式，然后确定刀具形式、直径和加工材料等。粗加工刀路设计根据锻模的特点，经反复比较，选用型腔粗加工。此加工方法能快速除去大量的毛坯材料。选择刀具为立铣刀，加工方式为等距环切，为精加工预留025MM的加工余量。用立铣刀及等距环切方式加工，都是为了能在粗加工中，更多去除材料，提高加工效率。（1）模块飞边槽粗加工的刀具路径如图41、42所示图41飞边槽粗加工的路劲图42飞边槽数控加工的效果图（2）模块模膛的粗加工刀具路径如图43、44所示图43模膛的粗加工路径图44模膛数控加工的效果图3飞边槽桥部精加工刀具路径如图45、46所示图45飞边槽桥部精加工路径图46飞边槽桥部精加工的效果图4模膛精加工刀具路径如图47、48所示图47模膛精加工刀具路径图48模膛精加工效果图42生成G代码及刀具路径后处理对于刀具路径，机床是不能直接识别的。所以，加工方式选择好后，必须要进行后处理，也就是将刀具路径“翻译”成机床能够识别的数控代码。不同的机床能识别的数控代码不尽相同，所以不同的机床必须采用不同的后处理方式。将自动生成的数控代码，进行必要的校核处理后，就能输送给数控机床进行加工了，部分轨迹G代码如下。图41飞边槽平面区域粗加工数控代码N0010G40G17G90G70N0020G91G28Z00N0030T00M06N0040G0G90X82742Y00S0M03N0050G43Z7874H00N0060Z4724N0070G1Z3543F98M08N0080X78805N0090Y156034N0100G2Y156036I0059J00N8120Y104313N8130X34449N8140G2X301Y108661I00J4348N8150G1Y122423N8160X301N8170Y116579N8180X26163N8190Z0984N8200G0Z7874N8210M02图43模块模膛粗加工数控代码N0010G40G17G90G70N0020G91G28Z00N0030T00M06N0040G0G90X4353Y98096S0M03N0050G43Z7874H00N0060Z4728N0070G1Z3547F98M08N0080X2385N0090X2385N0100X2384Y96145N5380G2X13911Y61242Z20276I1678J0431K0464N5390G1Y62974N5400X7449N5410Y6122N5420X13911N5430Y59467N5440X7449N5450Z19094N5460G0Z7874N5470M02图45飞边槽桥部精加工数控代码N0010G40G17G90G70N0020G91G28Z00N0030T00M06N0040G0G90X1402Y30925S0M03N0050G43Z7874H00N0060Z4741N0070G1Z356F98M08N0080X0928Y30923N0090X0777Y28961N0100X0594Y28975N3250G2X29303Y30316I00J1407N3260G1Y3489N3270G2X30709Y36445I1481J0074N3280G1X31468N3290Y49775N3300X18702N3310G2X17295Y51274I0046J1453N3320G1Y52914N3330X15326N3340Z0591N3350G0Z7874N3360M02图47模膛精加工数控代码N0010G40G17G90G70N0020G91G28Z00N0030T00M06N0040G0G90X4744Y98485S0M03N0050G43Z7874H00N0060Z4728N0070G1Z3547F98M08N0080X2776N0090X2776N0100Y96527N25