導(dǎo)語：如何才能寫好一篇粉末冶金模具設(shè)計(jì)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵字】有限元；閥板；模具設(shè)計(jì)；粉末冶金

1 引 言

閥板是安裝在壓縮機(jī)氣缸上控制氣體進(jìn)出的重要部件，它與氣閥片一起控制著壓縮機(jī)的吸氣、壓縮、排氣、和膨脹四個(gè)過程。閥板上氣閥片安裝部位的尺寸形位公差，影響著壓縮機(jī)工作過程的泄露量，對(duì)壓縮機(jī)節(jié)能及噪音都有著重大的影響。因此為提高閥板生產(chǎn)精度而進(jìn)行研究，對(duì)壓縮機(jī)工作中節(jié)約能源、降低使用成本等都有重要的意義。粉末冶金成形技術(shù)是一種節(jié)材、省能、投資少、見效快，而且適合大批量生產(chǎn)的少無切削、高效金屬成形工藝。

長期以來，成形工藝的模具的設(shè)計(jì)以及工藝過程分析注意的依據(jù)是積累的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和傳統(tǒng)理論。但由于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的非確定性，以及傳統(tǒng)理論對(duì)變形條件和變形過程進(jìn)行了簡化，因此，對(duì)復(fù)雜的模具設(shè)計(jì)往往不容易獲得滿意的結(jié)果，使得調(diào)試模具的時(shí)間長，次數(shù)多。通常情況下，為了保證工藝和模具的可靠與安全，多采用保守的設(shè)計(jì)方案，造成工序的增多，模具結(jié)構(gòu)尺寸的加大，甚至還達(dá)不到設(shè)計(jì)的精度要求。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和七十年代有限元理論的發(fā)展，許多成形過程中很難求解的為題可以用有限元方法求解。通過建模和合適的邊界條件的確定，有限元數(shù)值模擬技術(shù)可以很直觀地得到成形過程中模具受力、模具失效情況、模具變形趨勢。這些重要數(shù)據(jù)的獲得，對(duì)合理的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著重要的指導(dǎo)意義。

2 實(shí)例分析

以下結(jié)合實(shí)例，介紹Solidworks Simulation有限元分析在改善模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。如圖是一款壓縮機(jī)閥板的圖紙。閥板粉末冶金件通過成形模具在高壓下，對(duì)金屬粉末進(jìn)行壓制，再經(jīng)過燒結(jié)、整形、表面處理制成。排氣閥與閥片安裝面N面高度差0.05～0.10mm，閥面平行度0.02。為保證閥面線精度，成形時(shí)需控制高度差及平行度基準(zhǔn)面N面的平行度，以確保精整時(shí)整個(gè)閥面有相同的精整余量。

成形閥面模具三維圖。

由于成形模具面型高度及形狀不同，導(dǎo)致成形各面密度不同，壓制壓力不同，導(dǎo)致成形時(shí)模具變形不一致，影響產(chǎn)品精度。通常情況下，需要等模具完成，成形出產(chǎn)品后才能對(duì)模具作進(jìn)一步的改善，這樣導(dǎo)致產(chǎn)品試制周期長。為了提高模具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，縮短產(chǎn)品試制周期，模具設(shè)計(jì)階段，我們可利用SolidworksSimulation進(jìn)行有限元分析，優(yōu)化模具設(shè)計(jì)。

3 有限元分析過程

（1）首先，對(duì)模具數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡化，添加約束條件。模具面型復(fù)雜，且有限元分析中，小倒角圓角不利于分析，將小圓角、倒角簡化，較小的斜面簡化成直面，易于加載壓力條件。

（2）根據(jù)成形產(chǎn)品各面的密度分布，參考赫格納斯AHC100.29 +0.6%P11壓力與密度關(guān)系圖，確定成形壓力。

赫格納斯AHC100.29+0.6%P11數(shù)據(jù)

假設(shè)粉料松裝密度為3.0g/cm3，模具各區(qū)域面型受力如下。

區(qū)域 壓縮比 成形密度（g/cm3） 壓力壓強(qiáng)(MPa)

① 2.22 6.65 380

② 2.44 7.3 750

③ 1.76 5.26 220

④ 1.82 5.47 240

⑤ 2.116 6.35 320

（3）按區(qū)域添加受力條件后，模具模擬變形如下圖。

可看出，由于區(qū)域③密度高，壓制壓力大，模沖變形大，導(dǎo)致產(chǎn)品成形出來后N面平行度大，一邊高一邊低，兩邊高度差0.03～0.04mm，這樣會(huì)導(dǎo)致精整時(shí)各部位精整余量不一致，導(dǎo)致精整后該面平行度不好，難以控制閥口到N面的高度差0.05～0.10mm，必須將N面變形量差控制在0.02mm以內(nèi)。

（4）改善的方法有兩種，一是將面型做成斜面，補(bǔ)償模具變形量：二是在模沖上增加彈性平衡孔，使得模具兩側(cè)變形量增大，從而減少N面變形差異。由于N面較平整，改斜電極是比較方便的做法，而且模具變形小的地方在兩側(cè)，若增加彈性平衡孔會(huì)導(dǎo)致模具易變形，所以采取將面型做成斜面的方法。成形產(chǎn)品N面平行度控制在0.02mm以內(nèi)，精整后可保證閥口到N面高度差0.05～0.10mm。通過有限元分析，改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)，控制模具壓制變形，從而改善產(chǎn)品N面平行度，使得高度差能夠滿足客戶要求。

4 結(jié)語

隨著競爭的日益加劇，低成本、高質(zhì)量和高效率是制造業(yè)所追求的目標(biāo)。在粉末冶金行業(yè)中，要提高競爭力，就必須提高設(shè)計(jì)效率、降低制造成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量，必須對(duì)生產(chǎn)過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。由于粉末冶金壓制成形過程中，模具變形是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法很難滿足精度要求。運(yùn)用有限元分析，不僅可以模擬模具的受力狀態(tài)。更重要的是，在模具設(shè)計(jì)階段，就可以預(yù)估成形件壓制方向尺寸精度，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，減少燒結(jié)風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品精度。隨著計(jì)算機(jī)及有限元理論的不斷發(fā)展和完善，基于有限元分析的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在粉末冶金成形模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用將越來越廣泛，這是一種必然趨勢。

參考文獻(xiàn)

[1]申小平.空氣壓縮機(jī)用粉末冶金閥板模具設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].粉末冶金工業(yè),1998(03).

[2]杜貴江,趙彥啟,李榮洪.壓縮機(jī)閥板精沖復(fù)合成形工藝的研究[J].壓力加工,2003(03).

篇2

關(guān)鍵詞 壓制成形，流變學(xué)，CAE優(yōu)化分析

1前 言

計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）是利用計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要工具。對(duì)于陶瓷墻地磚模具領(lǐng)域，CAE技術(shù)的應(yīng)用尚未見相關(guān)報(bào)導(dǎo)。結(jié)合目前陶瓷墻地磚模具技術(shù)比較落后的現(xiàn)狀，利用CAE技術(shù)對(duì)陶瓷墻地磚模具設(shè)計(jì)及其粉料壓制成形機(jī)理，以及墻地磚產(chǎn)品綜合力學(xué)性能等方面展開研究，可揭示模具設(shè)計(jì)過程中模具的受載特性、運(yùn)動(dòng)特性及其與粉料壓制成形的相互影響，從而獲得陶瓷墻地磚模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。CAE技術(shù)為陶瓷墻地磚模具的設(shè)計(jì)提供了虛擬的設(shè)計(jì)平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員可以提前對(duì)設(shè)計(jì)過程中模具存在的缺陷進(jìn)行修改并提出優(yōu)化方案，縮短了設(shè)計(jì)周期，減少了模具生產(chǎn)成本，并提高了陶瓷墻地磚模具及磚坯的質(zhì)量。

2陶瓷墻地磚粉料壓制的成形機(jī)理

2.1 陶瓷墻地磚壓制成形的過程

墻地磚坯體致密度和強(qiáng)度的提高是由于陶瓷粉料在適宜的成形壓力作用下發(fā)生了以下變化：（1）固體顆粒的塑性變形和彈性變形；（2）固體顆?；ハ嘁平涂繑n；（3）氣體和水份在顆粒間隙中的移動(dòng)；（4）氣體受壓后，有一部分溶解在水份中，其余部分經(jīng)壓模、底模與?？虻目p隙逸出。由此可見，墻地磚坯體的壓制成形過程實(shí)質(zhì)上是陶瓷粉料各組分互相移動(dòng)、變形，迫使孔隙率減少和坯體結(jié)構(gòu)致密化的過程。

2.2 陶瓷墻地磚粉料壓制成形機(jī)理的基本假設(shè)

墻地磚因形狀簡單，通常采用單向壓制成形的工藝，如圖1所示。坯體的受力分析如圖2a所示，坯體在成形壓力Py，側(cè)壓力Pc，底模反力Pm及摩擦力Pf的作用下保持平衡。由于在墻地磚坯體的壓制過程中，陶瓷粉料中的顆粒在互相移動(dòng)、靠攏以致壓實(shí)成形的過程中需要克服摩擦阻力等，由此可見側(cè)壓力Pc沿壓坯高度方向逐漸減弱至最底層；同時(shí)因坯體與模壁之間存在摩擦力的作用，致使底模反力Pm小于成形壓力Py。但因墻地磚的厚度尺寸通常較小，并忽略摩擦力Pf的作用，致使底模反力Pm小于成形壓力Py。

我們可近似地認(rèn)為側(cè)壓力Pc沿壓坯高度方向均勻分布，且底模反力Pm與成形壓力Py近似相等，那么可得理想狀態(tài)下坯體的受力分析示意（如圖2b所示）。如果再進(jìn)一步將分布力簡化為集中力，可得坯體的受力分析示意圖（如圖2c所示）。顯然它是建立在基本假設(shè)基礎(chǔ)上的：（1）假設(shè)坯體為一剛性整體；（2）假設(shè)坯體在壓制成形時(shí)，坯體與模腔內(nèi)壁等產(chǎn)生的摩擦力忽略不計(jì)；（3）假設(shè)側(cè)壓力Pc沿壓坯高度方向均勻分布。

2.3 成形壓力對(duì)坯體壓制成形過程的影響

當(dāng)作用于陶瓷粉料上的成形壓力大于固體顆粒的變形阻力、受壓氣體的變形阻力、固體顆粒之間的摩擦力及陶瓷粉料與模腔內(nèi)表面的摩擦阻力時(shí)，固體顆粒就開始移動(dòng)、變形，并互相靠近，結(jié)果迫使陶瓷粉料壓實(shí)成形。其具體過程就是靠近壓模上表面的陶瓷粉料層最先被壓實(shí)，當(dāng)這個(gè)陶瓷粉料層的顆?；ハ嗫拷鼤r(shí)，顆粒間的摩擦阻力就急劇地增大。此時(shí)，要使坯體壓得更實(shí)就必須施加更大的成形壓力，此成形壓力同時(shí)還通過壓模上表面的粉料層依次傳遞到鄰近的粉料層上，直至最低層，由于成形壓力在粉料層之間不斷傳遞的過程中，有一部分消耗于克服顆粒變形、顆粒之間及顆粒與模腔內(nèi)表面的摩擦損失上，所以離壓模上表面越遠(yuǎn)，粉料層受到的成形壓力越小，結(jié)構(gòu)越疏松、致密度越低。

當(dāng)成形壓力與上述各種變形阻力及摩擦力相等時(shí)，陶瓷粉料的壓制成形過程就處于相對(duì)平衡狀態(tài)，坯體結(jié)構(gòu)不再致密化，因此過大地增大成形壓力，并不能使坯體變得更緊密或使坯體的強(qiáng)度更高。各種陶瓷粉料依其物理化學(xué)性質(zhì)的差異，各有其最適宜的成形壓力。這個(gè)成形壓力既能保證坯體所要求的致密度和強(qiáng)度，又不會(huì)使坯體產(chǎn)生壓制裂紋等缺陷。

3陶瓷墻地磚粉料壓制成形過程的CAE優(yōu)化分析研究

3.1 陶瓷墻地磚粉料壓制成形過程數(shù)學(xué)模型的建立

陶瓷粉料壓制成形是靠強(qiáng)大的壓力使含有一定粘性顆粒的粉料在模具內(nèi)產(chǎn)生流動(dòng)、變形，最終壓成致密的坯體。所以，陶瓷粉料的性能與其壓制行為的關(guān)系（如粉料流動(dòng)的快慢、變形的難易、作用力和變形力之間的關(guān)系等）成為壓制成形過程中的關(guān)鍵因素。因此，用流變學(xué)的理論來建立粉料的流變模型和壓制方程對(duì)于研究陶瓷粉料壓制行為規(guī)律有重要的指導(dǎo)意義。

如圖3所示，在剛模中粉料的表面施加壓力σΔ(t)，Δ(t)是單位階躍函數(shù)。

假設(shè)剛模壁與粉料間不發(fā)生剪切應(yīng)力，則在忽略重力時(shí)粉料間不發(fā)生剪切應(yīng)力，此時(shí)粉料中各點(diǎn)x方向的正應(yīng)力σx均為σΔ(t)，為方便起見，以壓應(yīng)力為正，且σy＝σx，由于剛模的限制，y和z方向應(yīng)變?chǔ)舮=εx=0，只有x方向的應(yīng)變?chǔ)舩，那要求解的未知數(shù)就是橫向力σy 和豎向應(yīng)變?chǔ)舩 。

以Tσ、Tε分別代表應(yīng)力、應(yīng)變張量，用上標(biāo)O，d分別代表球張量和偏張量，

應(yīng)力張量為：Tσ=TσO+Tσd(1)

應(yīng)變張量：Tε=Tε0+ Tεd(2)

對(duì)于滿足流變模型的各種粉料，應(yīng)力球張量和應(yīng)變球張量之間的關(guān)系可以認(rèn)為是線彈性的，則有：

TσO=3EvTε0(3)

式中：

Ev――積彈性模量

應(yīng)力偏張量與應(yīng)變偏張量之間的關(guān)系，隨著粉料的性質(zhì)以及模型而異。借助粉末冶金技術(shù)，非線性K體比較接近粉體變形的實(shí)際情況，并且容易進(jìn)行數(shù)學(xué)處理。非線性K體是由Hooke體（簡稱H體）與Newton體（簡稱N體）并聯(lián)組成的。經(jīng)過對(duì)H體與N體不同組合的數(shù)學(xué)模型的研究與對(duì)比，發(fā)現(xiàn)當(dāng)非線性K體與非線性H體并聯(lián)，所建立的數(shù)學(xué)模型就比較符合粉料壓制機(jī)理。 依圖4所示模型，其數(shù)學(xué)模型為：

式中：

σ＝σ1+σy

σ1＝σ2＝σ3(4)

ε＝ε1＝εx

εx=ε2+ε3

又

式中：

――應(yīng)力對(duì)時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)

變換整理得：

式中：

M1，M2，M3，τ――與彈性有關(guān)的常數(shù)

m1 ，m3，K――指數(shù)常數(shù)

――應(yīng)變對(duì)時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)

圖4所示的模型具有普遍性，可以較全面研究非線性粉料在壓制成形過程中的流變行為，從而為陶瓷墻地磚模具設(shè)計(jì)及加工過程中工藝參數(shù)的選定提供了依據(jù)。

3.2 陶瓷墻地磚粉料壓制成形過程CAE優(yōu)化分析的探索研究

在對(duì)陶瓷墻地磚粉料壓制成形機(jī)理全面分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮墻地磚模具結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)要求以及原材料的性質(zhì)、配方等因素，借助冶金技術(shù)中粉料在壓制成形中的流變模型建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，繼而采用華中科技大學(xué)國家模具重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的HSCAE（華塑CAE）軟件進(jìn)行優(yōu)化及動(dòng)態(tài)模擬分析，從而改變了過去那種單靠人為經(jīng)驗(yàn)來制定粉料壓制成形的加工工藝，以及設(shè)計(jì)相應(yīng)模具尺寸需要多次試模、反復(fù)修改，才能最后設(shè)計(jì)定型和制造模具的方法。

利用CAE技術(shù)對(duì)陶瓷墻地磚粉料壓制成形過程進(jìn)行仿真模擬，并在此基礎(chǔ)上，提高模具的設(shè)計(jì)的效率，優(yōu)化模具設(shè)計(jì)以及制造工藝。在后期的研究工作中，其工作重點(diǎn)將放在對(duì)粉料壓制成形過程的仿真模擬，并結(jié)合陶瓷墻地磚實(shí)際生產(chǎn)情況及存在的問題，對(duì)現(xiàn)有的墻地磚模具進(jìn)行CAE優(yōu)化分析，并提出模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從而有效地提高墻地磚在壓制成形過程中的綜合性能。

4總結(jié)

陶瓷墻地磚粉料壓制成形過程中的應(yīng)力與應(yīng)變是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，由于在這個(gè)過程中，陶瓷墻地磚粉料的變形及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)滿足粉末冶金技術(shù)中流變模型的條件，因此，在此課題中，筆者大膽借助粉料運(yùn)動(dòng)的流變模型建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，為后面的CAE優(yōu)化分析提供了有利的分析依據(jù)。CAE技術(shù)充分結(jié)合了陶瓷墻地磚的生產(chǎn)現(xiàn)狀及工藝要求，在后期的研究工作中將逐步展開粉料壓制成形過程的模擬仿真，并對(duì)墻地磚模具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高墻地磚的綜合性能。

參考文獻(xiàn)

1 向衛(wèi)兵．陶瓷墻地磚模具類型與分析[J]．佛山陶瓷，2008，3

2 孫德亮．墻地磚常見缺陷分析[J]．現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，1998，3

3 王艷春．陶瓷墻地磚模具的設(shè)計(jì)［J］．佛山陶瓷，2006，7

4 黃培云．粉末冶金基礎(chǔ)理論與新技術(shù)［M］．中南工業(yè)大學(xué)出版社，1987

5 王忠輝．陶瓷墻地磚在壓制過程中缺陷的成因分析及預(yù)防措施[J]．中國建材裝備，1998，4

篇3

[關(guān)鍵詞]任務(wù)和要求 教學(xué)中注意的問題 建議

[中圖分類號(hào)]G71 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1006-5962（2013）07（a）-0040-01

1.模具設(shè)計(jì)的一般步驟

（1）選定精整方式及精整模具尺寸，由精整余量燒結(jié)件尺寸；（2）由燒結(jié)材料的燒結(jié)收縮率壓坯尺寸；（3）由壓坯尺寸成形模具尺寸

1）成形：假設(shè)粉末冶金制品的形狀如下圖所示，當(dāng)粉末在模具中成形時(shí)，加壓后將會(huì)使陰模與第一下模沖產(chǎn)生徑向應(yīng)變。待壓坯由模具中脫出時(shí)，內(nèi)應(yīng)力得以釋放，徑向產(chǎn)生膨脹，表現(xiàn)為壓制回彈。

為減小壓制回彈，可以選用硬質(zhì)合金來提高陰模剛性。成形后的壓坯C部分比B部分回彈要大，主要是因?yàn)镃部分成形時(shí)主要與模沖接觸，而模沖因受形狀的制約，無法用提高陰模剛性的辦法來提高模沖的剛性。

2）燒結(jié)：燒結(jié)收縮量：壓坯經(jīng)過燒結(jié)后，一般會(huì)產(chǎn)生尺寸變化，或收縮或膨脹，統(tǒng)稱為燒結(jié)收縮量。

對(duì)燒結(jié)收縮量的影響因素：

（1）壓坯的化學(xué)成份：含Cu壓坯一般會(huì)產(chǎn)生明顯膨脹，加入P，Ni等元素會(huì)產(chǎn)生收縮。（2）燒結(jié)溫度：溫度越高，收縮越明顯（3）壓坯密度：成分相同時(shí)，密度越低收縮越大（4）燒結(jié)氣氛

3）精整：精整時(shí)徑向與高度方向尺寸的變化有所不同：

徑向：尺寸會(huì)產(chǎn)生回彈，且回彈在壓力增高時(shí)加大

高度：尺寸隨施加與制品的壓力不同而不同。

二者之間具有相互關(guān)系。

故在確定燒結(jié)制品尺寸和壓坯尺寸時(shí)，必須清楚：當(dāng)施加必要的壓力進(jìn)行精整時(shí)，高度方向的變形量是多少。

精整（復(fù)壓）時(shí)壓坯高度方向的尺寸變化和模具的變形

三種精整方式：1）箍外徑，脹內(nèi)徑：燒結(jié)件外徑比精整陰模內(nèi)徑尺寸大，燒結(jié)件內(nèi)徑比芯棒直徑尺寸小。

2）外箍內(nèi)：將燒結(jié)件裝于模具內(nèi)，用上下模沖加壓，使燒結(jié)件與模具密切接觸。

3）內(nèi)脹外：將燒結(jié)件裝于陰模內(nèi)，然后使芯棒通過燒結(jié)件內(nèi)孔。

2.教學(xué)中應(yīng)該注意的問題

（1）對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、材料、力學(xué)、公差基本理論這些基礎(chǔ)學(xué)科理解的不透徹，掌握的理論知識(shí)不牢固。

模具設(shè)計(jì)課程包括的主要課程有機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、材料、力學(xué)、公差等基礎(chǔ)課程，要想讓學(xué)生掌握好牢固的基礎(chǔ)知識(shí)，必須在這幾門基礎(chǔ)課程之上下功夫，只有深刻領(lǐng)會(huì)了其中的意思，鉆研自己不會(huì)的，真正的領(lǐng)悟其中的內(nèi)涵，學(xué)生才能理解的透徹，掌握的牢固。

所以教師在課程教學(xué)的過程中，要培養(yǎng)學(xué)生的興趣，只有調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，在課堂之前預(yù)習(xí)一些相關(guān)內(nèi)容，帶著問題去聽課，在教師教課的時(shí)候更加專心的聽講，遇到不會(huì)的會(huì)及時(shí)的問教師或者是課下自己去圖書館找尋相關(guān)材料，帶著“為什么”的精神去探索和發(fā)現(xiàn)，在知識(shí)的海洋里自由航行。這樣不僅掌握了基本的理論知識(shí)，還能繼續(xù)探索未知領(lǐng)域，開拓新的知識(shí)，創(chuàng)造奇跡。

（2）對(duì)于模具設(shè)計(jì)這門課程，要與時(shí)俱進(jìn)，而且一些加工、安裝及其拆卸過程都需要相當(dāng)專業(yè)的教師，來進(jìn)行相關(guān)指導(dǎo)。

模具設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，對(duì)于除了基本理論知識(shí)之外，還有模具的一些加工、安裝及其拆卸過程，都要與時(shí)俱進(jìn)，所以在這方面要找相當(dāng)專業(yè)的教師，進(jìn)行相關(guān)的講述，在學(xué)生掌握基本的理論知識(shí)的前提之下，再在專業(yè)教師的指導(dǎo)下，經(jīng)過這樣的實(shí)踐，學(xué)生的動(dòng)手能力會(huì)增加的非?？?。

其實(shí)一些中等職業(yè)學(xué)?？梢院鸵恍┕竞献?，引進(jìn)公司的一些先進(jìn)的技術(shù)和專業(yè)技術(shù)人員，也就是所謂的校企合作，這樣不僅引進(jìn)了專業(yè)技術(shù)，學(xué)校建設(shè)資金，還能讓學(xué)生增強(qiáng)施加能力，增加實(shí)地學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

（3）模具設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐能力相當(dāng)強(qiáng)的學(xué)科，理論加實(shí)踐共同相結(jié)合，是非常必要的。

模具設(shè)計(jì)課程是最終會(huì)落到實(shí)踐生活中的，所以我們要在注重學(xué)生理論知識(shí)的前提之下，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力，所以一定要加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)。

在課堂上教師主要的任務(wù)就是向?qū)W生傳授基本的理論知識(shí)，讓學(xué)生明白其中的基本原理，知其原因，然后才能更好的解決問題。理論知識(shí)是構(gòu)成模具設(shè)計(jì)課程的重要支架，只有掌握了基本的骨架，然后在通過實(shí)踐操作，學(xué)生就會(huì)很好的操作模具的基本操作，進(jìn)而逐漸的深化，掌握專業(yè)技術(shù)。

3.幾點(diǎn)建議

（1）教師盡最大方法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生的興趣不斷提升：

教師以往的教學(xué)手段和方法就是在課堂上滔滔不絕的陳述，將課本上的理論知識(shí)進(jìn)行滿堂灌，不管學(xué)生能吸收還是不能吸收，大多數(shù)采取單純的板書教學(xué)，新時(shí)代，計(jì)算機(jī)不斷普及，計(jì)算機(jī)計(jì)算、編程能力也被越來越多的發(fā)揮到其他領(lǐng)域，所以我們教師也要與時(shí)俱進(jìn)，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的好處，將計(jì)算的編程技術(shù)學(xué)到精湛的水平，將它的作用發(fā)揮的淋漓盡致。

（2）增強(qiáng)校企合作，增加學(xué)生實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)

中等職業(yè)學(xué)校和企業(yè)的合作，不僅能夠引入資金支持，技術(shù)支持和專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)，還能增加學(xué)生實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)，所以我們要加大校企合作的力度，多多和一些企業(yè)進(jìn)行合作，最大限度的與時(shí)俱進(jìn)，在不斷變化的社會(huì)，始終站在先進(jìn)的前端。

（3）鼓勵(lì)學(xué)生參加一些模具設(shè)計(jì)的活動(dòng)

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【關(guān)鍵字】模具；CAD/CAM技術(shù)；應(yīng)用

模具行業(yè)發(fā)展至今，已成為機(jī)械制造業(yè)中的重要門類。模具制造技術(shù)在輕工、電子、汽車、航空和航天等行業(yè)中更具有舉足輕重的地位和作用，這些行業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)一些新產(chǎn)品甚至很大程度上需要依靠模具的設(shè)計(jì)和制造才能完成。而模具行業(yè)的發(fā)展離不開CAD/CAM技術(shù)的支持和推動(dòng)，正是過去20年多來CAD/CAM技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了縮短模具生產(chǎn)周期、提高模具設(shè)計(jì)水平、改進(jìn)模具質(zhì)量、降低模具生產(chǎn)成本以及增進(jìn)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度的效果。但是在看到模具行業(yè)取得巨大成就的同時(shí)，卻不應(yīng)該漠視所存在的問題。CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用層次還比較低，僅僅達(dá)到可以利用CAD/CAM技術(shù)把產(chǎn)品制造出來，而CAD/CAM技術(shù)的巨大潛能遠(yuǎn)未挖掘和得到充分應(yīng)用，直白地講就是CAD/CAM模具技術(shù)的應(yīng)用解決了“能與不能”的問題，但還沒到“好與不好”的層次[1]。有鑒于此，筆者探討和分析了模具行業(yè)CAD/CAM技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成、實(shí)現(xiàn)方法及應(yīng)用。

1.CAD/CAM技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)方法

1.1CAD/CAM技術(shù)概述

CAD/CAM是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）/計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）的簡稱，意即采用計(jì)算機(jī)為主要技術(shù)手段來處理各種數(shù)字信息和圖形信息，以達(dá)到輔助完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的目的。模具CAD/CAM技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為輔助工具進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)和制造并實(shí)現(xiàn)其一體化的技術(shù)。

1.2模具CAD/CAM系統(tǒng)構(gòu)成

模具CAD/CAM系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)所構(gòu)成，如圖1所示[2]。計(jì)算機(jī)可采用大、中、小型機(jī)和微機(jī)，目前大多數(shù)的CAD/CAM系統(tǒng)軟件都已能在微機(jī)上運(yùn)行。外部設(shè)備包括輸入設(shè)備（鼠標(biāo)、鍵盤、數(shù)字化儀器等）、輸出設(shè)備（繪圖儀、打印機(jī)、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)測試裝置等）。系統(tǒng)軟件主要是操作系統(tǒng)，常用的有微軟Windows系統(tǒng)、UNIX系統(tǒng)（工作站系統(tǒng)）等。支撐軟件是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM功能的通用軟件，目前常用的軟件有UG NX、Pro/E、CATIA、SolidWorks、Cimatron、MasterCAM等。應(yīng)用軟件主要指完成特定目的的軟件，如沖裁模設(shè)計(jì)程序、線切割自動(dòng)編程軟件等。

1.3CAD/CAM技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法

CAD/CAM的實(shí)現(xiàn)過程如圖2所示。由圖可見，CAD及CAM均有廣義與狹義之分，一般所稱CAD/CAM為CAD設(shè)計(jì)和狹義的CAM。

CAD/CAM工作過程如下：

⑴零件圖樣分析。通過分析零件的尺寸、加工工藝等，決定造型及編程加工的方法。

⑵零件造型。通過人機(jī)交互方式，利用線條、曲面、實(shí)體等造型方法形成零件的立體圖形；或者利用三維掃描儀測量零件的形體表面，處理后進(jìn)行曲面造型。

⑶模具設(shè)計(jì)。分析模具的結(jié)構(gòu)與分型面，繪制模坯圖形及其分型面，分割模具后得到模具零件。

⑷加工工藝分析。根據(jù)零件特征選擇加工方法、刀具類型、加工順序以及得到工藝參數(shù)的過程。

⑸形成刀具路徑和加工程序。選擇切入方式和走刀方式，系統(tǒng)經(jīng)過處理生成走刀路線和刀具位置數(shù)據(jù)并存入刀位文件中，同時(shí)在屏幕上顯示出刀具軌跡。刀位文件經(jīng)過模擬仿真加工驗(yàn)證，修改干涉或過切等問題，再經(jīng)優(yōu)化得到所需的工藝方案。由于不同的機(jī)床所需的文件格式不同，一般須經(jīng)后置處理形成符合數(shù)控加工格式要求的加工程序（NC代碼文件）。

⑹進(jìn)行加工。將加工程序輸入到數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。

2.CAD/CAM技術(shù)在模具行業(yè)中的應(yīng)用

2.1模具CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用概述

各行各業(yè)所使用的模具種類很多，按照模具成型的材料，可將其分為金屬成型模具和非金屬成型模具兩大類。金屬成型模具根據(jù)成型方法又可再分為金屬板材成型模具和金屬體積成型模具，前者如沖壓模；后者如鍛造模、壓鑄模、鑄造模、粉末冶金模等。非金屬成型模具有塑料注射模、擠塑模、壓縮模、橡膠模等。這些模具應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的方法大致上都如前面所介紹那樣。目前模具行業(yè)使用比較普遍的方法有：⑴采用UG NX設(shè)計(jì)和編制加工程序；⑵利用Pro/E進(jìn)行三維零件和模具的設(shè)計(jì)，采用MasterCAM 或Cimatron編制加工工藝、刀具路徑和生成NC文件；⑶航空、汽車行業(yè)多采用CATIA進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工。下面簡要介紹前面兩種方法的應(yīng)用。

2.2UG NX在模具CAD/CAM技術(shù)中的應(yīng)用

UG NX是美國UGS公司出品的大型CAD/CAM軟件，目前最新版本為NX 8.5。以某機(jī)車軸箱體鑄造模具[3]為例進(jìn)行說明。經(jīng)分析產(chǎn)品的三維實(shí)體模型，進(jìn)行三維鑄造工藝設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括機(jī)車軸箱體澆口、冒口、砂芯和分型面的設(shè)計(jì)。然后進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，模具分為上、下兩部分及芯盒。輸入工藝參數(shù)并優(yōu)化加工工藝，形成刀位文件，再經(jīng)模擬仿真加工驗(yàn)證，利用后處理軟件進(jìn)行后置處理，最終形成可被數(shù)控機(jī)床識(shí)別的NC文件。

利用UG NX對(duì)上、下模具及芯盒進(jìn)行編程時(shí)，先選用加工模塊，并創(chuàng)建刀具庫、加工方法，選擇加工類型及設(shè)置加工參數(shù)，軟件即可生成刀具位置源文件。采用UG/PostBuilder進(jìn)行后置處理。將NC文件輸入5軸數(shù)控加工中心即可加工出模具來。模具設(shè)計(jì)加工過程如圖3所示。

2.3Pro/E和MasterCAM在模具CAD/CAM技術(shù)中的應(yīng)用

Pro/ENGINEER是美國PTC公司開發(fā)的CAD/CAM軟件，采用全相關(guān)性參數(shù)和單一數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)，目前最新版本為Pro/E 5.0。Pro/E的設(shè)計(jì)方法非常符合工程人員的設(shè)計(jì)思維習(xí)慣，所以深受設(shè)計(jì)人員喜愛。Pro/E也具有很強(qiáng)的CAM能力，可以編程生成NC程序文件，但參數(shù)設(shè)置較繁。MasterCAM是美國CNC Software公司出品的CAD/CAM軟件，對(duì)硬件要求低，CAM功能適應(yīng)性很強(qiáng)，但CAD功能較弱，所以采用Pro/E設(shè)計(jì)結(jié)合MasterCAM進(jìn)行數(shù)控加工成為很好的選擇[4]。其操作過程是：先用Pro/E建模，對(duì)零件進(jìn)行造型。利用Pro/E加工模塊進(jìn)行分模，生成上、下模腔，仿真驗(yàn)證后將其存為iges格式文件。然后MasterCAM讀取該文件，調(diào)整坐標(biāo)系后選擇加工方法、編制刀具路徑等，處理后形成加工刀跡。經(jīng)仿真及調(diào)整后生成NC加工代碼。

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關(guān)鍵詞：鎖具；板金；模具；材料

一、鎖具鈑金的設(shè)計(jì)要求

1.1鎖具鈑金模具材料的使用性能①強(qiáng)度。強(qiáng)度是表征材料變形抗力和斷裂抗力的性能指標(biāo)。冷作鎖具鈑金模具的設(shè)計(jì)和使用，必須保證其具有足夠的強(qiáng)度，以防止鎖具鈑金模具的變形、破裂和折斷。高強(qiáng)度的獲得，主要通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?。②硬度。鎖具鈑金模具零件硬度的高低，對(duì)鎖具鈑金模具的使用壽命影響很大，因此也是鎖具鈑金模具設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。③韌性。韌性是材料在沖擊載荷作用下抵抗產(chǎn)生裂紋的一個(gè)特性，是鎖具鈑金模具鋼的一種重要性能指標(biāo)。對(duì)韌性的具體要求，應(yīng)根據(jù)鎖具鈑金模具的工作條件考慮。對(duì)沖擊載荷較大，受偏心彎曲載荷或應(yīng)力集中等的鎖具鈑金模具，都需要足夠的韌性。④耐磨性。耐磨性除影響鎖具鈑金模具壽命外，還影響產(chǎn)品的尺寸精度和表面粗糙度。一般鎖具鈑金模具材料的硬度要求，應(yīng)高于坯料硬度的30％～50％，鎖具鈑金模具材料的金相組織要求，為基體上分布著細(xì)小、彌散的細(xì)顆粒狀碳化物的下貝氏體或回火馬氏體。⑤抗疲勞性?？蛊诹κ欠从巢牧显诮蛔冚d荷作用下，抵抗疲勞破壞的性能指標(biāo)。根據(jù)不同的應(yīng)用場合，分為疲勞強(qiáng)度、疲勞裂紋萌生力、疲勞裂紋擴(kuò)展抗力、小能量多沖抗力等。⑥熱穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性表示鎖具鈑金模具在使用過程中，工作部位因受熱而保持組織和性能穩(wěn)定的能力。對(duì)于高速?zèng)_裁或劇烈摩擦磨損的冷作鎖具鈑金模具，宜選擇一些具有二次硬化能力的高合金鋼。

1.2鎖具鈑金模具材料的工藝性能①鍛造工藝性能。②切削加工工藝性能。③熱處理工藝性能。熱處理工藝的好壞，對(duì)鎖具鈑金模具質(zhì)量有較大影響。一般要求熱處理變形小，淬火溫度范圍寬，過熱敏感性小，脫碳敏感性低，特別要有較大的淬硬性和淬透性。淬硬性，保證了鎖具鈑金模具的硬度和耐磨性；淬透性，保證了大尺寸模具的強(qiáng)韌性及斷面性能的均勻性。

二、鎖具鈑金模具材料的種類及特性

2.1碳素工具鋼碳素工具鋼的含碳量在0.7%~1.3%范圍內(nèi)，價(jià)格便宜，原材料來源方便，加工性能好，熱處理后可以得到高硬度和高耐磨性，用于制作尺寸不大、形狀簡單、受輕負(fù)荷的鎖具鈑金模具零件。T10A是最常用的鋼材，是性能較好的代表性碳素工具鋼，耐磨性也較高，經(jīng)適當(dāng)熱處理可得到較高強(qiáng)度和一定韌性，合適制作要求耐磨性較高而承受沖擊載荷較小的鎖具鈑金模具。T8A淬透性、韌性等均優(yōu)于T10A，耐磨性也較高，適合制作小型拉伸、擠壓模。

2.2低合金工具鋼低合金工具鋼，是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入了適量的合金元素。這樣可以降低淬火冷卻速度，減少熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，減少淬火變形及開裂傾向，鋼的淬透性也明顯提高。用于制造鎖具鈑金模具的低合金鋼有CrWMn、9Mn2V、9SiCr、9CrWMn、9Mn27CrSiMnMoV(代號(hào)CH-1)、6CrNiMnSiMoV(代號(hào)GD)等。

2.3高碳高鉻冷作鎖具鈑金模具鋼高碳高鉻冷作鎖具鈑金模具鋼包括Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代號(hào)D2），具有高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性、易淬透、穩(wěn)定性高、抗壓強(qiáng)度高及淬火變形小等優(yōu)點(diǎn)。高碳高鉻鋼經(jīng)鍛造后的毛坯硬度較高（大約在550HB左右），內(nèi)應(yīng)力較大，在室溫下長期停留會(huì)發(fā)生開裂報(bào)廢，為消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能，必須進(jìn)行退火處理。

2.4高速鋼高速鋼具有很高的硬度、抗壓強(qiáng)度和耐磨性，采用低溫淬火、快速加熱等工藝措施，可以有效地改善其韌性。因此，高速鋼越來越多地應(yīng)用于要求重載荷、高壽命的冷作鎖具鈑金模具。鎢鉬系高速鋼，因其含碳化物分布較均勻，顆粒細(xì)小其抗彎強(qiáng)度與塑性、沖擊韌性等都相對(duì)較高，而硬度與二次硬化能力都得以保持。

2.5硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金具有高的硬度、高的抗壓強(qiáng)度和高的耐磨性，所以用其制作的鎖具鈑金模具堅(jiān)固耐用，且制品表面質(zhì)量好，故適用于大批量生產(chǎn)，主要用來制作多工位級(jí)進(jìn)模，大直徑拉深凹模鑲塊。缺點(diǎn)是脆性大，加工困難，不能鍛造及熱處理，且成本高，致使其應(yīng)用受限制。

2.6鋼結(jié)硬質(zhì)合金鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以難熔金屬碳化物為硬質(zhì)相，以合金為粘結(jié)劑，用粉末冶金方法生產(chǎn)的一種新型鎖具鈑金模具材料，具有硬質(zhì)合金的高硬度、高耐磨性和高抗壓強(qiáng)度，又具有鋼的可加工性和熱處理性。

三、鎖具鈑金模具材料的選用

鎖具鈑金模具材料的選用，不僅關(guān)系到鎖具鈑金模具的使用壽命，而且也直接影響到鎖具鈑金模具的制造成本，因此是鎖具鈑金模具設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作。在沖壓過程中，選擇鎖具鈑金模具材料應(yīng)遵循如下原則：①根據(jù)鎖具鈑金模具種類及其工作條件，選用材料要滿足使用要求，應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐沖擊、耐疲勞性等；②根據(jù)沖壓材料和沖壓件生產(chǎn)批量選用材料；③滿足加工要求，應(yīng)具有良好的加工工藝性能，便于切削加工，淬透性好、熱處理變形??；④滿足經(jīng)濟(jì)性的要求。

四、總結(jié)

影響鎖具鈑金模具使用壽命的重要因素是和材料的化學(xué)成分及其材料的強(qiáng)度、韌性、耐磨性、熱穩(wěn)定性等有關(guān)，因而，應(yīng)力求按照鎖具鈑金模具的服役條件、性能要求與實(shí)際生產(chǎn)需要，合理選擇高質(zhì)量的鋼材并實(shí)施熱處理工藝，提高鎖具鈑金模具的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]康俊遠(yuǎn).鎖具鈑金模具工程材料[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2008．

[2]張清輝.鎖具鈑金模具材料及表面處理[M].北京:電子工業(yè)出版社，2005.

[3]曾珊琪，丁毅.鎖具鈑金模具壽命與失效[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005．

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關(guān)鍵詞：纖維織物；布風(fēng)系統(tǒng)；精密車間；應(yīng)用分析

中圖分類號(hào)：TU831

1 精密模具車間內(nèi)溫度環(huán)境因素的影響

當(dāng)前模具制造已發(fā)展至采用光機(jī)電相結(jié)合的數(shù)控電火花成形、數(shù)控電火花線切割以及各種特殊加工技術(shù)相結(jié)合的高度，例如電鑄成形、粉末冶金成形、精密鑄造成形及激光加工等。目前慢走絲線切割和電火花放電加工精度可達(dá)到1.5μm，加工表面粗糙度可達(dá)到0.004μm，完全可以滿足當(dāng)前注塑制品的精度要求。然而，在模具機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)在各種因素的影響下，常產(chǎn)生復(fù)雜的變形，破壞了工藝系統(tǒng)間的相對(duì)位置精度，造成了加工誤差。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在某些精密加工中，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40%～70%。熱變形不僅降低了系統(tǒng)的加工精度，而且還影響了加工效率的提高。

引起工藝系統(tǒng)熱變形的熱源大致可分為兩類：內(nèi)部熱源和外部熱源。內(nèi)部熱源包括切削熱和摩擦熱；外部熱源包括環(huán)境溫度和輻射熱。外部熱源對(duì)模具加工精度的影響主要表現(xiàn)為：環(huán)境溫度的變化和室內(nèi)各部分的溫差，將使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形，從而影響工件的加工精度和測量精度。首先，溫度變化會(huì)影響設(shè)備的精度。例如，一臺(tái)鏜床在20℃進(jìn)行檢驗(yàn)精度完全符合標(biāo)準(zhǔn)，但在-10℃和35℃時(shí)會(huì)有許多檢驗(yàn)項(xiàng)目超標(biāo)，這主要是因?yàn)榇采龛T件在-10℃會(huì)有中凹變形，而在35℃時(shí)會(huì)有中凸變形，最大翹曲量可達(dá)7～11μm。其次，環(huán)境溫度分布不均勻也會(huì)影響設(shè)備精度。例如，安裝在風(fēng)口附近的機(jī)床，機(jī)床相對(duì)兩面產(chǎn)生10℃以上溫差，變形可達(dá)0.14mm/m。此外除了影響機(jī)床的幾何精度，溫度還會(huì)影響工件的加工精度。

因此，在加工或測量精密模具組件時(shí)，控制室溫的變化——環(huán)境溫度精度的控制以及環(huán)境溫度場均勻度的控制顯得尤為重要。

2 纖維織物布風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

纖維織物空氣分布系統(tǒng)是一種由特殊纖維織成的柔性空氣分布系統(tǒng)即索斯系統(tǒng)，是替代傳統(tǒng)送風(fēng)管、風(fēng)閥、散流器、絕熱材料等的一種送出風(fēng)末端系統(tǒng)。它是主要靠纖維滲透和噴孔射流的獨(dú)特出風(fēng)模式能均勻線式送風(fēng)的送出風(fēng)末端系統(tǒng)。

噴孔射流送風(fēng)方式的風(fēng)管采用無滲透性纖維布制成，通過在特定角度上開設(shè)的孔口向室內(nèi)送風(fēng)，送風(fēng)速度可達(dá)15m/s?；诨旌纤惋L(fēng)原理，高速氣流從噴孔噴出后，送風(fēng)氣流帶動(dòng)周圍空氣流動(dòng)，直到與其充分混合，送入工作區(qū)域。室內(nèi)空間按氣流流速可分為高速噴射區(qū)、減速區(qū)和低速回流區(qū)三部分，如圖1所示。氣流射程根據(jù)空間內(nèi)溫度、氣流流速的實(shí)際要求精確計(jì)算而確定；工作區(qū)一般設(shè)在低速回流區(qū)域。

在較大空間里，通常比較難維持室內(nèi)溫度場的均衡性。特別是在供暖的情況下，氣流組織狀況更加糟糕，因?yàn)樗统龅臍饬鞅确块g空氣輕，熱空氣有在天花板下方聚集的傾向。在此情況下，房間某些區(qū)域會(huì)產(chǎn)生滯流，空氣品質(zhì)降低以及由于缺少熱空氣的送入而產(chǎn)生不舒適感。為解決這一問題，傳統(tǒng)空調(diào)做法是提高送風(fēng)溫度或送風(fēng)速度，將熱風(fēng)直接高速吹向室內(nèi)工作區(qū)域。然而這也是不可取的，因?yàn)橹苯訉犸L(fēng)吹向工作區(qū)域的做法很難保證工作區(qū)域不會(huì)有吹風(fēng)感產(chǎn)生，另外對(duì)溫度場均勻性有要求的工藝設(shè)備也會(huì)因溫度場的不均勻性及過大風(fēng)速而產(chǎn)生加工誤差。

圖2顯示了纖維織物噴射送風(fēng)系統(tǒng)和傳統(tǒng)金屬風(fēng)管送風(fēng)系統(tǒng)在采暖模式和制冷模式下溫度場的溫度分布情況。纖維織物布風(fēng)系統(tǒng)噴射式送風(fēng)方式基于混合通風(fēng)的原理，利用噴孔高速噴出的送風(fēng)氣流帶動(dòng)周圍空氣向某一區(qū)域流動(dòng)，然后推動(dòng)室內(nèi)空氣充分混合。其特點(diǎn)是在工作區(qū)域之外的送風(fēng)速度很高，這引起室內(nèi)空氣隨著送風(fēng)氣流運(yùn)動(dòng)。開始的時(shí)候，送風(fēng)保持在較高的風(fēng)速，有利于能力的傳遞；隨著室內(nèi)空氣混合程度的增加，送風(fēng)風(fēng)速隨之減小，直到到達(dá)工作區(qū)域減到工作區(qū)域風(fēng)速要求。其與傳統(tǒng)空調(diào)送風(fēng)方式比較具有軸心速度衰減更慢，溫度分層更加明顯，減少擴(kuò)散系統(tǒng)中的冷/熱不均勻點(diǎn)，對(duì)能量利用效率更高。

另外纖維織物布風(fēng)系統(tǒng)通過整個(gè)管壁的纖維縫隙或均勻分布的經(jīng)過專業(yè)設(shè)計(jì)的多排小孔出風(fēng)，空氣分布每點(diǎn)均勻一致，實(shí)現(xiàn)真正理想的整體均勻送風(fēng)。

3 纖維織物布風(fēng)系統(tǒng)在精密模具車間的實(shí)際應(yīng)用

天津海潤鴻泰精密模具制造有限公司主要業(yè)務(wù)范圍為電子、汽車、化妝品、醫(yī)療用品等塑料件的模具設(shè)計(jì)、模具制作、產(chǎn)品設(shè)計(jì)及注塑成型、組裝、表面處理。總建筑面積31185.5平方米，生產(chǎn)車間21488.9平米，其中精密模具加工車間長64米，寬36米，高8米，面積2300平方米，車間內(nèi)擁有牧野加工中心、電火花機(jī)、慢線切割機(jī)等高精度模具加工設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)0.003mm級(jí)別精度加工，因此對(duì)溫度控制，溫度場均勻度要求都比較高，傳統(tǒng)金屬風(fēng)管系統(tǒng)送風(fēng)方式不僅重量大，增加鋼結(jié)構(gòu)廠房承重，而且散流器點(diǎn)式送風(fēng)方式不均勻溫度場將造成加工設(shè)備較大的形變而產(chǎn)生加工誤差，這都增加了加工設(shè)備調(diào)試工作量及加工成本。如果采用頂板孔板送風(fēng)不但投資巨大，而且也影響模具車間天車的運(yùn)行，事實(shí)證明是不可行的。

而纖維織物布風(fēng)系統(tǒng)采用永久阻燃纖維織物制成，不僅擁有阻燃防火、重量輕、安裝快捷簡便等特點(diǎn)，而且可以采用噴射混合通風(fēng)原理的送風(fēng)方式，軸心速度衰減慢，溫度分層明顯，不但可以有效傳遞熱量，使工作區(qū)域位于低速回流區(qū)，滿足風(fēng)速工藝要求，而且溫度場更加均勻。

精密模具加工車間長64米，寬24米，高8米，設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷340KW，總風(fēng)量45000m3/h，夏季送風(fēng)溫度15℃，室內(nèi)控制溫度25±1℃。采用三條風(fēng)管系統(tǒng)，風(fēng)管直徑813mm，風(fēng)管長度56m，風(fēng)管間跨距10m。送風(fēng)系統(tǒng)布置圖如圖3所示。

車間內(nèi)高度方向上溫度場模擬情況如圖4所示。通過對(duì)該模具加工車間的溫度測量，距地面3m高處，氣流面平均溫度24.9℃。最高氣流溫度25.6℃，最低氣流溫度24.7℃，最大溫度差0.9℃，而且在模具加工設(shè)備布置區(qū)域，溫度差更小。

4 結(jié)論

纖維織物布風(fēng)系統(tǒng)噴射混合通風(fēng)原理，以較大的出風(fēng)速度以獲得較好的空氣混合效果，溫度分層更加明顯，保證工作區(qū)域的溫度均勻性要求；同時(shí)噴射布風(fēng)方式，氣流軸心速度衰減較慢，保證了氣流的有效射程，從而保證了工作區(qū)域溫度的控制精度，對(duì)能量利用效率更高。在模具車間的實(shí)際運(yùn)行效果也驗(yàn)證了纖維織物布風(fēng)系統(tǒng)精確的溫度控制，均勻的溫度場，為精密模具的制造提供了必要的外部溫度環(huán)境保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐仁奎，許艷英.注塑模具技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].科技風(fēng)，2010，12.

[2]陳露，郝學(xué)軍，任毅.高大空間建筑不同送風(fēng)形式氣流組織研究[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，4.

[3]杜肯索斯（上海）空氣分布系統(tǒng)有限公司.氣流組織形式研究及出風(fēng)模式選型[R].

篇7

關(guān)鍵詞：曲軸；全纖維；鍛壓工藝

中圖分類號(hào)：TS913文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言

鍛壓這是制造業(yè)之中金屬成形和加工的一種十分重要的生產(chǎn)手段，其不僅僅可以賦予產(chǎn)品一定的結(jié)構(gòu)形狀，而且能直接起到改善和提高產(chǎn)品組織性能的作用。隨著科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)化程度的提高，而鍛壓技術(shù)也獲得一定程度的進(jìn)步以及更新，當(dāng)前不僅僅可以在常規(guī)金屬材料加工之中有著十分重要的作用，同時(shí)其也可以在種種高合金鋼、稀有金屬合金、粉末冶金等等特種材料同產(chǎn)品的生產(chǎn)之中發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用。

1、曲軸概述

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中重要的旋轉(zhuǎn)件，主要功能是把各個(gè)活塞組件傳來的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輛行駛；與此同時(shí)，還要驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)及其他輔助設(shè)備和電氣裝置。由于氣缸內(nèi)的壓力作用是連續(xù)的，曲軸所受扭轉(zhuǎn)則是波動(dòng)的，因此旋轉(zhuǎn)中伴隨有較為激烈的振動(dòng)。因此曲軸在工作中除了正常磨損外，還會(huì)出現(xiàn)其他一些損傷，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。

全纖維曲軸是將一根圓形鋼棒，放在一套專用的模具內(nèi)擠壓而成。由于這種曲軸具有連續(xù)不斷的金屬纖維，大大提高了它的抗沖擊和耐疲勞性能，延長了使用壽命，并可節(jié)約一半左右的鋼材，減少70%加工時(shí)間。

曲軸的全纖維鍛壓工藝最初是由法國R.Raede-err研究成功的，近十余年來已有許多國家先后引進(jìn)此項(xiàng)新技術(shù)并予以采用。它是目前一種先進(jìn)的曲軸鍛造工藝方法。全纖維鍛壓工藝是利用曲軸本身的形狀特點(diǎn)，在專用的模具內(nèi)，借助墩粗和彎曲的聯(lián)合工序，將一根加熱了的圓形坯料分拐進(jìn)行鍛壓。成形過程可用下面示意圖(圖1)來說明

圖1曲拐成形過程示意圖

2、曲軸的全纖維鍛壓工藝簡介

2.1、全纖維鍛造工藝模具設(shè)計(jì)

以18×64mm曲軸為例，可以看出，除了耳板兩端螺栓孔之外，其余表面皆為凈鍛表面。拔長型槽設(shè)計(jì)(計(jì)算從略)。拔長坎部高度a=22mm，長度c=30mm，寬度B=60mm，深度h=30mm.(2)滾擠型槽設(shè)計(jì)。滾擠型槽高度計(jì)算如表2所示。滾擠型槽鉗口部分尺寸:n=0.2d坯+6=12mm；m=(1～2)n=24mm、取m=25mm；R=0.1d坯+6=9mm、取R=10mm；寬度B=60mm.。切斷型槽使用后切刀，其可以布排在鍛模左后方，15°斜排。為了確保鍛造之時(shí)錯(cuò)移量最小，其可以較為便捷安全操作，同時(shí)也可以盡量節(jié)省鍛模材料。因?yàn)檫B接環(huán)材料其實(shí)20MnVB鋼，而其工藝性能比較好，形狀簡單是對(duì)稱彎曲形，也可以大批量生產(chǎn)，為了可以便于操作，方便模具制造，不斷提升生產(chǎn)效率，因?yàn)槭褂梅珠_式擺動(dòng)凹模結(jié)構(gòu)彎曲模，

2.2、全纖維鍛壓工藝鍛成的曲軸的優(yōu)勢

采用全纖維鍛壓工藝鍛成的曲軸,與普通自由鍛造曲軸相比主要有下面兩大優(yōu)點(diǎn):1.曲軸的機(jī)械性能特別是耐疲勞和耐沖擊性能得到改善。這是由于金屬纖維連續(xù)不斷、鋼錠中心部分與曲軸中心基本一致、加工后不外露以及可用較小鋼錠進(jìn)行鍛壓等特點(diǎn)所致；機(jī)械加工余量小,節(jié)約了大量的材料和加工工時(shí)。這主要是山于曲拐能用鍛造方法成形。此外,還具有廢品少、生產(chǎn)率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)。它適合于具有一定批量的中、大型曲軸鍛造,很多國家用來鍛造內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)、船用發(fā)動(dòng)機(jī)等曲軸。

2.3、鐓鍛工藝過程典型階段

坯料的外形變化曲軸成型過程中,其塑性流動(dòng)大致能分為三個(gè)不同區(qū)域,即曲柄、主軸徑和曲柄銷區(qū)。曲柄銷區(qū)受上下沖頭的夾緊作用,隨沖頭向下運(yùn)動(dòng),基本上為無變形的剛體運(yùn)動(dòng),而主軸徑區(qū)也由于曲柄成型模塊的夾緊作用,做水平剛體運(yùn)動(dòng)。曲柄區(qū)則是兩剛性區(qū)間的過度去,其速度模式完全受該兩區(qū)域運(yùn)動(dòng)的影響,在靠近曲柄銷的材料以向下運(yùn)動(dòng)為主,并且自上向下逐漸加強(qiáng);主軸徑附近的材料自于該區(qū)的運(yùn)動(dòng)類似,并且從上往下逐漸減弱;曲柄中間區(qū)域的材料受曲柄銷和主軸徑運(yùn)動(dòng)的復(fù)合作用。隨著變形過程的進(jìn)行,曲柄銷與主軸徑逐漸形成偏心,而曲柄區(qū)域則被鐓粗。曲柄區(qū)域的塑性流動(dòng)能從圖2清楚看出,由于兩鐓粗端的摩擦約束作用,曲柄部分各橫截面的x向運(yùn)動(dòng)以中截面B-B為最大,但對(duì)于整個(gè)曲柄區(qū)沿y向下運(yùn)動(dòng)明顯占優(yōu),這樣截面由初始圓形逐漸變?yōu)闄E圓。B-B截面的水平鐓粗效果最大,到第594步,在該截面處首先與模腔發(fā)生接觸,至此曲軸的成型過程以此時(shí)為標(biāo)志分為自由成形和限制成形兩個(gè)階段。從圖2看出當(dāng)曲柄中截面與模腔發(fā)生接觸時(shí),由于接觸部位的約束作用,使得該截面的塑性流動(dòng)分為上下兩部分,上部的材料向上流動(dòng)明顯加大,而下部的向下流動(dòng)略有增加,但是因?yàn)椴牧舷蛳逻\(yùn)動(dòng)速度比向上運(yùn)動(dòng)要快得多,所以模具的下腔首先充滿。同時(shí),由于此時(shí)曲柄銷與主軸徑之間的偏心也較大,曲柄部分的材料受曲柄銷與主軸徑運(yùn)動(dòng)的影響也越來越小,開始向尚未充滿的區(qū)域流動(dòng),直至變形過程結(jié)束。

圖2不同階段的A-A,B-B,C-C截面網(wǎng)格圖和縱向剖面網(wǎng)格圖

2.4、高溫結(jié)構(gòu)材料的鍛壓

加工鈦鋁合金因具有低密度、高剛性及良好的高溫強(qiáng)度、抗蠕變和抗氧化能力等特點(diǎn)而作為高溫結(jié)構(gòu)材料已得到廣泛應(yīng)用,且近年來不斷開發(fā)出新的品種。鍛壓加工在提高此類材料性能方面發(fā)揮著重要的作用,如對(duì)Ti-10V-2Fe-3Al,可通過在其α+β區(qū)進(jìn)行50%的鍛壓形變和適當(dāng)?shù)臒崽幚?使原β相粒子沿鍛壓延伸的縱向伸長,而初生的α相則均勻分布,從而使合金實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度和韌性的有效組合;對(duì)含Nb8.5%且具雙相組織(DP)的TANB合金(Ti-45Al-8.5Nb-0.3W-0.3B-0.05Y)和TANM合金(Ti-45Al-8.5Nb-0.3Mo-0.05Y),經(jīng)1 280℃/2 h保溫處理后進(jìn)行變形量約為78%的鍛壓加工,由于Nb原子的固溶強(qiáng)化及高溫穩(wěn)定性的發(fā)揮,其室溫和高溫強(qiáng)度均明顯高于普通鈦鋁合金。又如對(duì)在含少量Mo、V及Ti的基礎(chǔ)上再添加微量Nb所形成的第三代微合金鋼,可通過一定的模鍛工藝及隨后的迅速冷卻而獲得細(xì)晶組織,其間氰化鈮的彌散沉積取代了模鍛過程中鋼的再結(jié)晶,而快速冷卻則有利于均布碳化物的馬氏體結(jié)構(gòu)的形成。目前,瑞典的沃爾沃汽車公司生產(chǎn)的模鍛件已有50%采用這種微合金鋼。

2.4、滑座和底座

材料均為55號(hào)鑄鋼，滑座每只重4噸，底座重4.5噸。左、右滑座在上壓模斜面的作用下，沿著底座上的導(dǎo)軌向中間移動(dòng)，產(chǎn)生水平壓力，對(duì)坯料進(jìn)行徽粗。上壓模和滑座間，滑座和底座間的接觸面，是高壓下的滑動(dòng)面，在材料和制作上要求較高。在上壓模和滑座之間先采用球鐵和45號(hào)鋼作為摩擦面，因材料太軟都傷很大，以致于受力不均，發(fā)生過滑座和底座導(dǎo)軌咬合不能滑動(dòng)的現(xiàn)象丫后來一律采用55號(hào)鑄鋼，刮傷現(xiàn)象大大減輕?；屯磽?dān)導(dǎo)軌也同樣一律采用55號(hào)鑄鋼，情況良好。

2.5、坯料的加熱

在專用的加熱爐中分段加熱，加熱一次壓一個(gè)曲拐。在專用的加熱爐中分段加熱，加熱一次壓一個(gè)曲拐。入和取出。燃料為柴油，油泵壓力1.6公斤/厘米2，壓縮空氣通過減壓閥后噴出，壓力為2公斤/厘米2。油壓和風(fēng)壓均可調(diào)節(jié)。耗油量每小時(shí)約巧公斤。坯料采用快速加熱法，從室溫加熱到鍛造溫度(1250℃)需45分鐘。

2.6、吊具

坯料是由吊具來操縱的，坯料一端放入吊具孔內(nèi)，用螺釘固緊，吊具上有三個(gè)互成120“的吊環(huán)，通過吊鉤吊在橫架上的一端，橫架的另一端掛一吊鉤，吊住坯料，其部位視實(shí)際情況而定，只要使坯料處于水平和不妨礙操作。橫架吊在天車上。吊具上三個(gè)互成120。的吊孔是為了使被吊的坯料在入模內(nèi)前處于比較正確的位置以便于操作。

2.7、校驗(yàn)

由于坯料長而重(坯料長4059毫米，鍛好后長2442毫米，重700多公斤)；工藝上是局部加熱，分段多次鍛造；再加上吊運(yùn)和鍛壓時(shí)的一些因素，因此鍛件有彎曲。據(jù)測量，主軸頸彎曲最大有7到8毫米，所以需要校直。校直工序是把鍛件加熱到700oC左右，在校直模中對(duì)主軸頸進(jìn)行校直。校直模如圖12所示。下模放在水壓機(jī)工作臺(tái)上，上模由天車吊起進(jìn)行局部校直。

3、結(jié)語

全纖維鍛造工藝合理控制流線分布，使纖維分布與應(yīng)力方向一致，加工過程中盡量不切斷流線，使連接環(huán)以全纖維狀態(tài)承受工作載荷從而大大提高使用壽命。該工藝已得到工廠應(yīng)用驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1]王紀(jì)武,劉莊,王本一,石偉.曲軸全纖維成形的三維有限變形彈塑性有限元模擬[J].大型鑄鍛件,1998,03:6-9+35.

[2]何文武,張學(xué)忠,劉建生,郭會(huì)光,盧志永.大型全纖維曲軸的鐓鍛成形工藝研究[J].大型鑄鍛件,2008,03:1-3.