【摘要】在建立資源節(jié)約型社會(huì)的倡導(dǎo)下和制造業(yè)激烈競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下;三維建模技術(shù)、高速切削技術(shù)、三維有限元數(shù)值模擬技術(shù)，在鍛造行業(yè)將締造舉足輕重的影響力。這三項(xiàng)技術(shù)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、老產(chǎn)品的改造過(guò)程中的作用愈加明顯。有力地提高了開(kāi)發(fā)和改進(jìn)工作的效率、節(jié)約了開(kāi)發(fā)和制造的成本，提升了企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的綜合實(shí)力。是先進(jìn)制造技術(shù)的趨勢(shì)之一。隨著先進(jìn)制造技術(shù)被列為國(guó)家中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，這三項(xiàng)技術(shù)將引領(lǐng)我們行業(yè)步入綠色鍛造時(shí)代。

　　【關(guān)鍵詞】三維建模、高速切削、有限元模擬;

　　一、概述

　　1、三維建模技術(shù)：在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)能力、工藝創(chuàng)新水平至關(guān)重要， CAD作為研發(fā)、設(shè)計(jì)的工具正由傳統(tǒng)的2D向3D方向發(fā)展即三維建模技術(shù)。它不僅限于工程圖的繪制，隨著目前三維工程軟件的日趨成熟完善。它為我們提供了清晰、逼真的立體圖形極有利幫助我們進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)方案的決策。工程圖模塊使我們很輕松、快速的基于優(yōu)化好的三維圖生成工程圖。裝配、運(yùn)動(dòng)仿真模塊進(jìn)一步全面檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否符合要求。使用三維設(shè)計(jì)技術(shù)更能反映實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程，對(duì)設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題作出預(yù)測(cè)和改進(jìn)，提高企業(yè)的研發(fā)能力進(jìn)而提升了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力;

　　2、有限元數(shù)值模擬技術(shù)：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和有限元模擬技術(shù)的日益成熟，有限元數(shù)值模擬分析技術(shù)在金屬塑性成型生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。通過(guò)在計(jì)算機(jī)上模擬冷、熱、溫鍛的成型過(guò)程，不僅縮短了模具和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期，降低了生產(chǎn)成本和現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)的成本。提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，而且推動(dòng)了模具現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。

　　3、高速切削技術(shù)(HSM)是先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一，不僅具有切削高效率而且具備加工高精度;另有，其在淬硬鋼的加工方面也已非常成熟。它的實(shí)現(xiàn)手段是由電主軸提供的高轉(zhuǎn)速，可達(dá)到幾萬(wàn)轉(zhuǎn)甚至幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)，直線導(dǎo)軌和高精度滾珠絲杠所構(gòu)成的傳動(dòng)系統(tǒng)，以及刀具的快速發(fā)展如陶瓷刀具、涂層刀具等，HSK刀柄特有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確保了高速狀態(tài)下刀具的安全和加工精度。它快切削、輕切削的加工方式可得到近似磨削的表面質(zhì)量，避免了拋光工序帶來(lái)的諸如精度損失、效率低等一系列不足。切削力的減小、切削熱的降低極大的降低了切削變形。干切削、準(zhǔn)干切削的冷卻潤(rùn)滑方式實(shí)現(xiàn)了降低成本、節(jié)約資源、環(huán)保。隨著機(jī)床冷卻系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步使高速切削設(shè)備的穩(wěn)定性和精度得以保證。有人提出模具制造的發(fā)展進(jìn)步是效益放大器，因而制模技術(shù)在一個(gè)企業(yè)中至關(guān)重要，作為被譽(yù)為第三代制模技術(shù)的高速加工技術(shù)備受關(guān)注;

　　二、應(yīng)用

　　下面以汽車差速器齒輪開(kāi)發(fā)過(guò)程為例：傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方式，要經(jīng)過(guò)十幾個(gè)環(huán)節(jié)才能形成鍛坯。而其中有許多不可控的因素，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)很難達(dá)到理想的狀態(tài);將這些先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于開(kāi)發(fā)過(guò)程流程如下：

　　當(dāng)接到開(kāi)發(fā)通知，得到客戶圖紙后。我們按以上的流程進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作：

　　1、首先，根據(jù)圖紙建立三維主模型：

　　主模型的數(shù)據(jù)嚴(yán)格按用戶的圖紙參數(shù)生成，所有的幾何尺寸、應(yīng)用的齒輪參數(shù)必須與客戶圖紙一致、且對(duì)生成的主模型依照客戶圖紙逐一檢驗(yàn)。以確保其作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)正確無(wú)誤。

　　2、接下來(lái)我們應(yīng)用PRO/E軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真：目的在于通過(guò)齒輪的嚙合運(yùn)動(dòng)分析：1、齒形是否正確;2、裝配位置、側(cè)隙是否和理。同時(shí)校驗(yàn)主模型的生成過(guò)程是否存在問(wèn)題;我們通過(guò)對(duì)所開(kāi)發(fā)的這一對(duì)錐齒輪按標(biāo)準(zhǔn)安裝距裝配，軸交角為90°;而后正確進(jìn)行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)置，設(shè)置完成即可進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析和干涉檢測(cè)。

　　在檢測(cè)中我們發(fā)現(xiàn)齒輪在嚙合運(yùn)動(dòng)中有干涉現(xiàn)象。圖中綠色現(xiàn)框中的兩個(gè)紅色小區(qū)域?yàn)楦缮嫖恢?。由此我們可以判斷主模型或裝配有問(wèn)題，經(jīng)復(fù)檢排查是由于客戶提供的圖紙(齒輪參數(shù))出現(xiàn)一處筆誤從而導(dǎo)致主模型不正確。輸入更改后的參數(shù)，進(jìn)行模擬我們看到兩齒輪的嚙合正常。

　　通過(guò)嚙合運(yùn)動(dòng)的干涉檢測(cè)我們?nèi)矫娴尿?yàn)證了作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的主模型的正確性。

　　3、開(kāi)模

　　依據(jù)主模型開(kāi)模，在模具的型腔和沖頭的設(shè)計(jì)中須考慮諸如熱鍛的收縮率、機(jī)加工余量等。另外根據(jù)所采用的鍛造工藝設(shè)計(jì)出飛邊槽、應(yīng)力圈等。這種基于三維模型的開(kāi)模方即簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程而且減少了設(shè)計(jì)失誤?？梢詼?zhǔn)確無(wú)誤的將設(shè)計(jì)者的構(gòu)思清晰的展示出來(lái);有不合理之處改方便、迅速。

　　4、有限元鍛造模擬：

　　將開(kāi)模得到的上下模和通過(guò)計(jì)算得到的坯料導(dǎo)入到有限元模擬軟件中。為了加快計(jì)算速度和便于觀察取模具和坯料的四分之一進(jìn)行模擬。設(shè)置材料信息、成型條件信息、進(jìn)行網(wǎng)格劃分、邊界設(shè)置等工作完成后，計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算;在模擬結(jié)果中我們發(fā)現(xiàn)模具的飛邊槽設(shè)計(jì)不理想，不利于產(chǎn)品的成型。

　　將位置調(diào)整后得到產(chǎn)品很理想，在同樣模腔充滿后還有減料的空間。

　　經(jīng)調(diào)整后得到產(chǎn)品如下：

　　達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。這樣我們把以往需要現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的過(guò)程用有限元模擬的方式實(shí)現(xiàn)了。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的效率提高一倍甚至幾倍，節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的成本。

　　5、出工程圖：

　　在主模型的基礎(chǔ)上創(chuàng)建工程圖是很方便的，我們可以根據(jù)自己的需要設(shè)計(jì)個(gè)性化的模板，調(diào)取后基于主模型生成工程圖，其中主模型生成的工程圖作為文本文檔存檔，開(kāi)模后的上下模形成的工程圖直接用于模具毛坯的制備及加工檢驗(yàn)需要。

　　6、生成加工程序：

　　基于上面得到的齒形模具，在UG、PRO/E等軟件的加工模塊中或轉(zhuǎn)換到專業(yè)的加工軟件中進(jìn)行NC加工程序的編制，

　　7、高速切削齒形模：

　　隨著模具制造業(yè)的發(fā)展，作為先進(jìn)制模技術(shù)之一的高速切削技術(shù)的應(yīng)用愈來(lái)愈成熟。將熱處理后準(zhǔn)備好的模具毛坯利用上面生成的數(shù)控程序在高速銑削中心粗、精加工齒形模，傳統(tǒng)的加工方式要經(jīng)過(guò)電極制作-電加工-拋光等幾道工序，采用高速切削加工技術(shù)后只需一道銑削工序即可;加工時(shí)間由20-30小時(shí)變?yōu)?-8小時(shí);表面質(zhì)量幾乎可達(dá)磨削狀態(tài);由于不需要手工拋光且沒(méi)有重復(fù)裝夾帶來(lái)的累計(jì)綜合誤差，其形位精度得到最大限度的保證;這里我們采用油霧潤(rùn)滑冷卻方式由壓縮空氣將油液霧化實(shí)現(xiàn)了降低成本、環(huán)保。

　　8、鍛造加工

　　經(jīng)過(guò)以上一系列的檢測(cè)、分析、結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的有限元模擬過(guò)程，使我們得到一系列優(yōu)化的數(shù)據(jù)，如果我們的操作正確、模擬中所輸入的材料、模具、成型條件等信息及設(shè)置與生產(chǎn)實(shí)際的工況一致，那么它將為您呈現(xiàn)一個(gè)近乎完美的產(chǎn)品。

　　三、小結(jié)

　　綜上所述，在我們鍛造領(lǐng)域，三維造型技術(shù)、有限元數(shù)值模擬技術(shù)將使我們的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)過(guò)程更加連貫、順暢。直觀的視圖效果和強(qiáng)大的檢測(cè)、分析功能最大限度的減少設(shè)計(jì)失誤、并為設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和決策提供了可靠的支持、減少了傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)試驗(yàn)方式所帶來(lái)的資金和時(shí)間的浪費(fèi)。高速切削技術(shù)近幾年在模具制造業(yè)異軍突起，在淬硬鋼模具的型腔加工中它高效、環(huán)保、節(jié)能和高精度、高表面質(zhì)量的特點(diǎn)使其倍受青睞。他們的結(jié)合更使我們的鍛造設(shè)計(jì)進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈和倡導(dǎo)低碳、環(huán)保、節(jié)能的當(dāng)今社會(huì)，這三項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用將為我們的鍛造行業(yè)帶來(lái)新的生機(jī)，為實(shí)現(xiàn)綠色鍛造提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。