橢圓輥制模具的設(shè)計(jì)與模擬【開(kāi)題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　橢圓輥制模具設(shè)計(jì)與模擬</p><p>　　一、選題的背景與意義</p><p>　　輥鍛做為一種先進(jìn)的塑性成形工藝方法，由于其據(jù)有高效、節(jié)材以及鍛件制品精度高、模具壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。

2、對(duì)于模具設(shè)計(jì)也由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段向理論計(jì)算和計(jì)算器輔助設(shè)計(jì)方向發(fā)展，技術(shù)廣泛用于制模業(yè)，使模具結(jié)構(gòu)更趨科學(xué)合理，大大提高了模具加工精度，縮短了模具設(shè)計(jì)加工周期，減少了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間。</p><p>　　本文對(duì)于橢圓模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行數(shù)字化處理，使其適應(yīng)于數(shù)控加工。為橢圓模具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供參考。</p><p>　　二、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問(wèn)題</p><p>　　

3、2.1研究的基本內(nèi)容</p><p>　　1、了解各種輥制模具的相關(guān)背景知識(shí)；</p><p>　　2、設(shè)計(jì)一種橢圓輥制模具，并對(duì)其軌線進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算；</p><p>　　3、能夠在matlab中對(duì)計(jì)算的軌線進(jìn)行再現(xiàn)；</p><p>　　4、驗(yàn)證和確認(rèn)軌線的正確性；</p><p>　　2.2擬解決的主要問(wèn)題<

4、;/p><p>　　橢圓型模具的內(nèi)外輪廓的軌線因滿足的要求及對(duì)其數(shù)學(xué)計(jì)算。</p><p>　　三、研究的方法與技術(shù)路線</p><p>　　研究方法：用數(shù)學(xué)及相關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識(shí)對(duì)橢圓輥制模具的軌線進(jìn)行設(shè)計(jì)并計(jì)算，并通過(guò)matlab對(duì)其進(jìn)行模擬。驗(yàn)證軌線的正確性。</p><p>　　課題的技術(shù)路線如下:</p><p>　

5、　四、研究的總體安排與進(jìn)度</p><p>　　了解各種輥制模具的相關(guān)背景知識(shí)（2周）；</p><p>　　設(shè)計(jì)一種橢圓輥制模具，并對(duì)其軌線進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算（4周）；</p><p>　　能夠在matlab中對(duì)計(jì)算的軌線進(jìn)行再現(xiàn)（4周）；</p><p>　　驗(yàn)證和確認(rèn)軌線的正確性（1周）；</p><p>　　整理、

6、撰寫畢業(yè)論文（2周）。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]田平,彭成允,鄒強(qiáng).大變截面連桿輥鍛制坯工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].精密成形工程,2010,2(2):65-68.</p><p>　　[2]王金呂,王高潮.汽車前軸精制坯輥鍛工藝及模具設(shè)計(jì)[J].模具制造,2005 ,(9).</p>&

7、lt;p>　　[3]王學(xué)林.鍛造圓鋼成型模具的改進(jìn)[J].現(xiàn)代冶金,2009,37(2).</p><p>　　[4]Zhong-Yi Cai. Precision design of roll-forging die and its application in the forming of automobile front axles[J]. Journal of Materials Processin

8、g Technology, 2005,168:95-101.</p><p>　　[5]M. Kazeminezhad, A. Karimi Taheri. A theoretical and experimental investigation on wire flat rolling process using deformation pattern[J]. Materials and Design,2005

9、,26:99-103.</p><p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　橢圓輥制模具設(shè)計(jì)與模擬</p><p>　　摘要: 本文主要介紹了輥制模具的相關(guān)結(jié)構(gòu)知識(shí)，并設(shè)計(jì)一種橢圓輥制模具，使其可以將薄板輥制橢圓形狀。對(duì)其軌線進(jìn)行分析計(jì)算，使輥輪與橢圓之間

10、的間隙始終保持定值，得出解析式，并通過(guò)matlab進(jìn)行模擬進(jìn)行校驗(yàn)，使其適合數(shù)控機(jī)床加工，滿足模具的設(shè)計(jì)需要。</p><p>　　關(guān)鍵字: 輥制 模具設(shè)計(jì) 模擬</p><p><b>　　1、前言：</b></p><p><b>　　課題簡(jiǎn)介：</b></p><p>　　模具設(shè)計(jì)已由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)

11、階段向理論計(jì)算和計(jì)算器輔助設(shè)計(jì)方向發(fā)展，技術(shù)廣泛用于制模業(yè)，使模具結(jié)構(gòu)更趨科學(xué)合理，大大提高了模具加工精度，縮短了模具設(shè)計(jì)加工周期，減少了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間?；谶@種發(fā)展趨勢(shì)，在此設(shè)計(jì)一種與單輥組合橢圓模具，便于一次性加工出橢圓形的金屬件。并通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，校驗(yàn)其可行性。</p><p><b>　　輥鍛的介紹：</b></p><p>　　輥鍛（roll forging）

12、是回轉(zhuǎn)鍛造（rotary forging）的一種.</p><p>　　這是近幾十年將縱向軋制引入鍛造業(yè)并經(jīng)不斷發(fā)展形成鍛造新工藝，屬于回旋壓縮成形類的范疇。它比模鍛具有更高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性，其特點(diǎn)為，所需工作載荷較小，生產(chǎn)效率高，材料消耗少，質(zhì)量?jī)?yōu)越，勞動(dòng)條件好。</p><p>　　輥鍛是材料在一對(duì)反向旋轉(zhuǎn)模具的作用下產(chǎn)生塑性變形得到所需鍛件或鍛坯的塑性成形工藝。它是成形軋制(縱軋)的

13、一種特殊形式。輥鍛變形原理如圖（1）所示。輥鍛變形是復(fù)雜的三維變形。大部分變形材料沿著長(zhǎng)度方向流動(dòng)使坯料長(zhǎng)度增加，少部分材料橫向流動(dòng)使坯料寬度增加。輥鍛過(guò)程中坯料根截面面積不斷減小。輥鍛適用于軸類件拔長(zhǎng)，板坯輾片及沿長(zhǎng)度方向分配材料等變形過(guò)程。</p><p>　　圖（1）輥鍛變形原理</p><p>　　輥鍛可用于生產(chǎn)連桿﹑麻花鉆頭﹑扳手﹑道釘﹑鋤﹑鎬和透平葉片等。輥鍛工藝?yán)密堉瞥尚卧?/p>

14、理逐步地使毛坯變形﹐與普通模鍛相比﹐具有設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單﹑生產(chǎn)平穩(wěn)﹑振動(dòng)和噪音小﹐便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化﹑生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　2、研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　學(xué)者戴如吉, 王小飛[1]采用2道次體積分配輥鍛模具和一次頭部壓形模具,得到拉桿鍛件的坯料形狀與尺寸。成功地解決了輥鍛道次的確定和型槽系的選擇,模具設(shè)計(jì)等問(wèn)題。</p>

15、<p>　　學(xué)者李錦，汪莉，袁文生[2]應(yīng)用VC++作為開(kāi)發(fā)工具，在MFC環(huán)境下，開(kāi)發(fā)了一套較完善的輥鍛模具設(shè)計(jì)軟件。該軟件可實(shí)現(xiàn)方便的輥鍛零件輸入、工藝分析計(jì)算、二維工程圖的輸出等功能。利用該設(shè)計(jì)軟件，可極大的提高輥鍛模具設(shè)計(jì)效率、縮短模具開(kāi)發(fā)周期，降低模具開(kāi)發(fā)成本，另外也為研究輥鍛工藝提供了有力手段，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　學(xué)者田平，彭成允，鄒強(qiáng)[3]通過(guò)嚴(yán)密的理論計(jì)算和專業(yè)C

16、AE模擬，采用先進(jìn)的工藝技術(shù)，能夠制定優(yōu)越的工藝方案。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，各種型號(hào)連桿的數(shù)量日益增多。為了降低成本及提高質(zhì)量，采用先進(jìn)的制坯——成形輥制技術(shù)是一項(xiàng)行之有效地新途徑。</p><p>　　學(xué)者王金呂,王高潮[4]根據(jù)汽車前軸鍛件的特點(diǎn)、技術(shù)條件與要求，分析了前軸輥鍛工藝的難點(diǎn)，包括確定輥鍛件圖，選擇毛坯尺寸，確定輥鍛，典型截面特征孔型設(shè)計(jì)，計(jì)算前滑量并分析其對(duì)鍛件長(zhǎng)度的影響。并以NHR前軸為例，進(jìn)行

17、了精密輥鍛制坯工藝及模具設(shè)計(jì)的研究，設(shè)計(jì)出前軸制坯輥鍛、預(yù)成型輥鍛和終成型輥鍛模具。</p><p>　　學(xué)者向延平[5]采用750kg空氣錘自由鍛精確制坯、1000t摩擦壓力機(jī)模鍛、(300t摩擦壓力機(jī)熱切邊、100t油壓機(jī)熱沖孔、冷校正等組成生產(chǎn)線；在模具的設(shè)計(jì)和制坯鍛造上，采用一些技巧，低成本開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)重型汽車制動(dòng)板大型復(fù)雜模鍛件的鍛造生產(chǎn)工藝方法。</p><p>　　學(xué)者王學(xué)林[

18、6]根據(jù)鍛造圓鋼成型模具的作用機(jī)理, 對(duì)造成模具損壞、影響產(chǎn)品質(zhì)量的原因進(jìn)行分析，并且提出對(duì)成型模具進(jìn)行改進(jìn)。實(shí)現(xiàn)模具斷裂、柱銷彈簧損壞現(xiàn)象大大降低,鍛圓的表面質(zhì)量顯著提高。</p><p>　　學(xué)者唐余勇,張茂森[7]針對(duì)批量生產(chǎn)橢圓回轉(zhuǎn)曲面精密模具的數(shù)控加工問(wèn)題,給出了用平頭銑刀三軸聯(lián)動(dòng)的加工方案和縝密的數(shù)學(xué)分析以及嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明,并給出了工具參數(shù),加工行距以及加工數(shù)控進(jìn)給量的整套計(jì)算模型,并用實(shí)例驗(yàn)證了方案

19、的可行性和模型的可靠性,為此類精密橢圓回轉(zhuǎn)面批量生產(chǎn)的模具的制造提供了全面的參考。</p><p>　　還有很多學(xué)者對(duì)輥制模具進(jìn)行了相關(guān)的研究，他們是Zhong-Yi Cai[8], M. Kazeminezhad, A. Karimi Taheri[9],趙麗娟 ,邵欣 ,劉杰 ,張佐[10],易興斌,李瑞華[11],李發(fā)澤,胡鋼墩,劉大銘[12], 郭轉(zhuǎn)林,張宏強(qiáng),劉戰(zhàn)英[13], 張殿華,王鵬飛,王軍生,劉

20、佳偉[14], 孫薊泉　王向榮[15], 張建平,張紅,偉韓軍[16], 楊金嶺[17], 郭陽(yáng)春[18]等。他們的研究成果對(duì)本文提供了很多的參考意義。</p><p><b>　?。?、小結(jié)</b></p><p>　　綜上所述，輥鍛做為一種先進(jìn)的塑性成形工藝方法，由于其據(jù)有高效、節(jié)材以及鍛件制品精度高、模具壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。特別是隨著近幾年我國(guó)制造

21、業(yè)的迅速發(fā)展，輥鍛技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越普遍。</p><p>　　而對(duì)于橢圓型的板坯，通常的輥鍛機(jī)很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。因此需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。因此本課題的研究意義在于設(shè)計(jì)一類輥鍛類模具，來(lái)改進(jìn)橢圓類板坯生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而設(shè)計(jì)的結(jié)果用數(shù)學(xué)建模的方式進(jìn)行反復(fù)校驗(yàn)，以得到合理的結(jié)果。</p><p>　　另外，對(duì)于模具設(shè)計(jì)已由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段向理論計(jì)算和計(jì)算器輔助設(shè)計(jì)方向發(fā)展，技術(shù)廣泛用于制模業(yè)，使

22、模具結(jié)構(gòu)更趨科學(xué)合理，大大提高了模具加工精度，縮短了模具設(shè)計(jì)加工周期，減少了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間。因此，對(duì)于橢圓模具的設(shè)計(jì)也要趨于數(shù)字化，要使其適應(yīng)于數(shù)控加工。適應(yīng)數(shù)控加工的前提是將模具的各個(gè)形狀特性數(shù)字化。這就需要對(duì)模具的工作特性以及其因具有形狀特性進(jìn)行數(shù)字化處理。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]戴如吉, 王小飛．拉桿鍛件的輥鍛制坯

23、工藝研究與開(kāi)發(fā)[J]．精密成形工程.2010,2(3):53~56．</p><p>　　[2]李錦，汪莉，袁文生．MFC環(huán)境下輥鍛模具軟件開(kāi)發(fā)[J]．CMET鍛壓裝備與制造技術(shù)．2005,(5)．</p><p>　　[3]田平，彭成允，鄒強(qiáng)．大變截面連桿輥鍛制坯工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J]．2010,2(3):65~68．</p><p>　　[4]王金呂,王高潮．汽

24、車前軸精制坯輥鍛工藝及模具設(shè)計(jì)[J]．模具制造.2005．(9)．</p><p>　　[5]向延平.汽車制動(dòng)板的鍛造工藝與模具[J]．機(jī)械工人.2008,(9)．</p><p>　　[6]王學(xué)林.鍛造圓鋼成型模具的改進(jìn)[J]．現(xiàn)代冶金.2009,37(2)．</p><p>　　[7]唐余勇,張茂森.橢圓回轉(zhuǎn)面模具制造三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工模型研究[J]．黑龍江大學(xué)自

25、然科學(xué)學(xué)報(bào).2005,22(3)．</p><p>　　[8]Zhong-Yi Cai. Precision design of roll-forging die and its application in the forming of automobile front axles[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2005,168:95~101．&

26、lt;/p><p>　　[9]M. Kazeminezhad, A. Karimi Taheri. A theoretical and experimental investigation on wire flat rolling process using deformation pattern[J]. Materials and Design,2005,26:99~103．</p><p>

27、;　　[10]趙麗娟,邵欣,劉杰,張佐．彎輥系統(tǒng)在四輥軋機(jī)輥縫控制中的應(yīng)用研究[J]．現(xiàn)代制造工程．2006,(11):71~73．</p><p>　　[11]易興斌,李瑞華．兩輥錐形輥穿孔機(jī)的特點(diǎn)和軋制壓力計(jì)算[J]．鋼鐵技術(shù).2010,(1):32-36．</p><p>　　[12]李發(fā)澤,胡鋼墩,劉大銘．兩輥壓延機(jī)厚度模糊PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[J]．寧夏大學(xué)學(xué)報(bào)．2010,3

28、1(2):152~154．</p><p>　　[13]郭轉(zhuǎn)林,張宏強(qiáng),劉戰(zhàn)英．立輥調(diào)寬控制鋼板平面形狀控制的模擬研究[J]．河北理工大學(xué)學(xué)報(bào)．2009,31(3):45~48．</p><p>　　[14]張殿華,王鵬飛,王軍生,劉佳偉．UCM軋機(jī)中間輥橫移控制模型與應(yīng)用[J]．鋼鐵．2010,45(2):53~57．</p><p>　　[15]孫薊泉,王向榮．

29、板帶軋機(jī)輥縫影響因素與板形的關(guān)系[J]．鞍鋼技術(shù)．2007,(3):1~5．</p><p>　　[16]張建平,張紅,偉韓軍．板形輥在鋁箔板形控制中的應(yīng)用[J]．中國(guó)西部科技．2009,8(15)．</p><p>　　[17]楊金嶺．基于UG NX 的鍛造模具設(shè)計(jì)和制造技術(shù)[J]．模具技術(shù)．2008,(5):49~51．</p><p>　　[18] 郭陽(yáng)春．橢

30、圓截面異形軸專用模具[J]．金屬加工．2010,(12):57．</p><p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　橢圓輥制模具的設(shè)計(jì)與模擬</p><p><b>　　摘 要</b></p>

31、<p>　　對(duì)于模具設(shè)計(jì)已由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段向理論計(jì)算和計(jì)算器輔助設(shè)計(jì)方向發(fā)展，技術(shù)廣泛用于制模業(yè)，使模具結(jié)構(gòu)更趨科學(xué)合理，大大提高了模具加工精度，縮短了模具設(shè)計(jì)加工周期，減少了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間。因此，對(duì)于橢圓模具的設(shè)計(jì)也要趨于數(shù)字化，要使其適應(yīng)于數(shù)控加工?；诖四康模疚拈_(kāi)始展開(kāi)研究。</p><p>　　本文主要研究的是橢圓型輥制模具的設(shè)計(jì)過(guò)程。首先，本文介紹了輥鍛的相關(guān)特點(diǎn)以及本文的設(shè)計(jì)思路。其次，本文

32、在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)模具進(jìn)行幾何關(guān)系的分析與計(jì)算，從而驗(yàn)證模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性?；诒疚脑O(shè)計(jì)的模具加工采用的是輥鍛模式，故其外輪廓是標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形狀。本文先分析當(dāng)內(nèi)部的軌跡槽同樣也是橢圓的情況下，模具的工作狀況，它在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)使外圓柱與橢圓模具的輪廓發(fā)生干涉。故內(nèi)部的軌跡槽不能是橢圓，于是，進(jìn)行內(nèi)部軌跡槽的設(shè)計(jì)與研究。研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的軌跡槽需要根據(jù)工作情況來(lái)確定其形狀，即為非標(biāo)準(zhǔn)的圖形。最后，運(yùn)用Matlab軟件畫出相對(duì)精確地模具工作的各

33、個(gè)關(guān)鍵曲線軌跡，運(yùn)用VB軟件繪圖，并從中調(diào)出相關(guān)的軌跡參數(shù)，方便用戶的數(shù)控設(shè)計(jì)。同時(shí)模擬模具加工的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，展示出設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)和工作狀況。</p><p>　　關(guān)鍵詞：模具設(shè)計(jì)；matlab模擬；VB編程；橢圓模具。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Abstract：Mold design has b

34、een changed from experience design to the stage of theoretical calculations and computer-aided design direction, technology has been widely used in tooling industry, make the mold structure more scientific and rational.

35、So the oval mold design should tends to digital, to make it suitable for CNC machining. Now, here is the research.</p><p>　　This paper is the study of elliptic die roll system design process. First, this pap

36、er describes the relevant characteristics of roll forging and design ideas. Secondly, In this paper, based on the preliminary design of the mold geometry analysis and calculations, which verifies the rationality of die s

37、tructure design. As this design uses a mold roll forging mode, so its external contour is a standard oval shape. This paper analyzes the trajectory of tank when the internal situation is also ellip</p><p>　　

38、Keyword：Mold Design；matlab simulation；VB Programming；Oval Die</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘 要8</b></p><p>　　Abstract10</p><p><b>　　目

39、　錄10</b></p><p><b>　　1緒論13</b></p><p>　　1.1背景及意義13</p><p>　　1.1.1輥制模具的介紹13</p><p>　　1.1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14</p><p>　　1.1.3應(yīng)用的軟件介紹15</p&g

40、t;<p>　　1.1.4設(shè)計(jì)的意義16</p><p>　　1.2研究的基本內(nèi)容17</p><p>　　1.2.1研究方法和技術(shù)路線 17</p><p>　　2設(shè)計(jì)與計(jì)算19</p><p>　　2.1模具設(shè)計(jì)19</p><p>　　2.1.1零件的要求19</p>&

41、lt;p>　　2.1.2加工方式的選擇19</p><p>　　2.1.3模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20</p><p>　　2.1.4模型介紹與分析21</p><p>　　2.2模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析23</p><p>　　2.2.1模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23</p><p>　　2.2.2幾何關(guān)系分析24</p&

42、gt;<p>　　2.2.3計(jì)算方案25</p><p><b>　　2.3計(jì)算26</b></p><p>　　2.3.1外圓柱圓心軌跡的計(jì)算26</p><p>　　2.3.2內(nèi)圓柱圓心軌跡的計(jì)算27</p><p>　　2.3.3內(nèi)部軌跡槽的計(jì)算27</p><p>

43、　　2.3.4計(jì)算小結(jié)28</p><p>　　3模具軟件的編輯30</p><p>　　3.1 VB軟件設(shè)計(jì)30</p><p>　　3.1.1 VB軟件的特點(diǎn)30</p><p>　　3.1.2軟件設(shè)計(jì)31</p><p>　　3.2模具模擬33</p><p>　　4結(jié)論與

44、展望35</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　附錄37</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　背景及意義<

45、;/b></p><p>　　輥鍛是一種先進(jìn)的塑性成形工藝，由于其據(jù)有高效、節(jié)材以及鍛件制品精度高、模具壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。對(duì)于模具設(shè)計(jì)也由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段向理論計(jì)算和計(jì)算器輔助設(shè)計(jì)方向發(fā)展，技術(shù)廣泛用于制模業(yè)，使模具結(jié)構(gòu)更趨科學(xué)合理，大大提高了模具加工精度，縮短了模具設(shè)計(jì)加工周期，減少了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間。</p><p>　　本文主要是設(shè)計(jì)模具并對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，使其適應(yīng)于

46、數(shù)控加工。為橢圓模具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供參考。</p><p><b>　　輥制模具的介紹</b></p><p>　　輥鍛（roll forging）是回轉(zhuǎn)鍛造（rotary forging）的一種.</p><p>　　這是近幾十年將縱向軋制引入鍛造業(yè)并經(jīng)不斷發(fā)展形成鍛造新工藝，屬于回旋壓縮成形類的范疇。它比模鍛具有更高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性，其特點(diǎn)

47、為，所需工作載荷較小，生產(chǎn)效率高，材料消耗少，質(zhì)量?jī)?yōu)越，勞動(dòng)條件好。</p><p>　　1-上鍛輥，2-輥鍛上模，3-毛坯，4-輥鍛下模，5-下鍛輥</p><p>　　圖1-1輥鍛變形原理</p><p>　　輥鍛是材料在一對(duì)反向旋轉(zhuǎn)模具的作用下產(chǎn)生塑性變形得到所需鍛件或鍛坯的塑性成形工藝。它是成形軋制的一種特殊形式。輥鍛變形原理如圖（1-1）所示。輥鍛變形是復(fù)

48、雜的三維變形。大部分變形材料沿著長(zhǎng)度方向流動(dòng)使坯料長(zhǎng)度增加，少部分材料橫向流動(dòng)使坯料寬度增加。輥鍛過(guò)程中坯料根截面面積不斷減小。輥鍛適用于軸類件拔長(zhǎng)，板坯輾片及沿長(zhǎng)度方向分配材料等變形過(guò)程。</p><p>　　輥鍛可用于生產(chǎn)連桿﹑麻花鉆頭﹑扳手﹑道釘﹑鋤﹑鎬和透平葉片等。輥鍛工藝?yán)密堉瞥尚卧碇鸩降厥姑髯冃惟o與普通模鍛相比﹐具有設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單﹑生產(chǎn)平穩(wěn)﹑振動(dòng)和噪音小﹐便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化﹑生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)<

49、/p><p><b>　　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　學(xué)者戴如吉, 王小飛[1]采用2道次體積分配輥鍛模具和一次頭部壓形模具，得到拉桿鍛件的坯料形狀與尺寸。成功地解決了輥鍛道次的確定和型槽系的選擇，模具設(shè)計(jì)等問(wèn)題。</p><p>　　學(xué)者李錦，汪莉，袁文生[2]應(yīng)用VC++作為開(kāi)發(fā)工具，在MFC環(huán)境下，開(kāi)發(fā)了一套較完善的輥鍛模具設(shè)

50、計(jì)軟件。該軟件可實(shí)現(xiàn)方便的輥鍛零件輸入、工藝分析計(jì)算、二維工程圖的輸出等功能。利用該設(shè)計(jì)軟件，可極大的提高輥鍛模具設(shè)計(jì)效率、縮短模具開(kāi)發(fā)周期，降低模具開(kāi)發(fā)成本，另外也為研究輥鍛工藝提供了有力手段，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　學(xué)者田平，彭成允，鄒強(qiáng)[3]通過(guò)嚴(yán)密的理論計(jì)算和專業(yè)CAE模擬，采用先進(jìn)的工藝技術(shù)，能夠制定優(yōu)越的工藝方案。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，各種型號(hào)連桿的數(shù)量日益增多。為了降低成本及提高

51、質(zhì)量，采用先進(jìn)的制坯——成形輥制技術(shù)是一項(xiàng)行之有效地新途徑。</p><p>　　學(xué)者王金呂，王高潮[4]根據(jù)汽車前軸鍛件的特點(diǎn)、技術(shù)條件與要求，分析了前軸輥鍛工藝的難點(diǎn)，包括確定輥鍛件圖，選擇毛坯尺寸，確定輥鍛，典型截面特征孔型設(shè)計(jì)，計(jì)算前滑量并分析其對(duì)鍛件長(zhǎng)度的影響。并以NHR前軸為例，進(jìn)行了精密輥鍛制坯工藝及模具設(shè)計(jì)的研究，設(shè)計(jì)出前軸制坯輥鍛、預(yù)成型輥鍛和終成型輥鍛模具。</p><p&

52、gt;　　學(xué)者向延平[5]采用750kg空氣錘自由鍛精確制坯、1000t摩擦壓力機(jī)模鍛、(300t摩擦壓力機(jī)熱切邊、100t油壓機(jī)熱沖孔、冷校正等組成生產(chǎn)線；在模具的設(shè)計(jì)和制坯鍛造上，采用一些技巧，低成本開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)重型汽車制動(dòng)板大型復(fù)雜模鍛件的鍛造生產(chǎn)工藝方法。</p><p>　　學(xué)者王學(xué)林[6]根據(jù)鍛造圓鋼成型模具的作用機(jī)理, 對(duì)造成模具損壞、影響產(chǎn)品質(zhì)量的原因進(jìn)行分析，并且提出對(duì)成型模具進(jìn)行改進(jìn)。實(shí)現(xiàn)模具斷

53、裂、柱銷彈簧損壞現(xiàn)象大大降低，鍛圓的表面質(zhì)量顯著提高。</p><p>　　學(xué)者唐余勇，張茂森[7]針對(duì)批量生產(chǎn)橢圓回轉(zhuǎn)曲面精密模具的數(shù)控加工問(wèn)題，給出了用平頭銑刀三軸聯(lián)動(dòng)的加工方案和縝密的數(shù)學(xué)分析以及嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明，并給出了工具參數(shù)，加工行距以及加工數(shù)控進(jìn)給量的整套計(jì)算模型，并用實(shí)例驗(yàn)證了方案的可行性和模型的可靠性，為此類精密橢圓回轉(zhuǎn)面批量生產(chǎn)的模具的制造提供了全面的參考。</p><p&g

54、t;　　還有很多學(xué)者對(duì)輥制模具進(jìn)行了相關(guān)的研究，他們是Zhong-Yi Cai[8], M. Kazeminezhad, A. Karimi Taheri[9],趙麗娟，邵欣，劉杰，張佐[10]，易興斌，李瑞華[11]，李發(fā)澤，胡鋼墩，劉大銘[12]，郭轉(zhuǎn)林，張宏強(qiáng)，劉戰(zhàn)英[13]，張殿華，王鵬飛，王軍生，劉佳偉[14]，孫薊泉，王向榮[15]，張建平，張紅，偉韓軍[16]，楊金嶺[17]， 郭陽(yáng)春[18]等。他們的研究成果對(duì)本文提供了

55、很多的參考意義。</p><p>　　綜上所述，輥鍛作為一種先進(jìn)的塑性成形工藝方法，由于其據(jù)有高效、節(jié)材以及鍛件制品精度高、模具壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。特別是隨著近幾年我國(guó)制造業(yè)的迅速發(fā)展，輥鍛技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越普遍。</p><p>　　而對(duì)于橢圓型的板坯，通常的輥鍛機(jī)很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。因此需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。因此本課題的研究意義在于設(shè)計(jì)一類輥鍛類模具，來(lái)改進(jìn)橢圓類板坯生產(chǎn)

56、的自動(dòng)化程度。而設(shè)計(jì)的結(jié)果用數(shù)學(xué)建模的方式進(jìn)行反復(fù)校驗(yàn)，以便進(jìn)行數(shù)控加工。</p><p><b>　　應(yīng)用的軟件介紹</b></p><p>　　首先，應(yīng)用的是matlab軟件。MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能

57、集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平?！?</p><p>　　MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和

58、數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。</p><p>　　MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟

59、件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛(ài)好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。</p><p>　　其次，應(yīng)用的是VB6.0軟件。VB的程序是一種基于窗體的可視化組件安排的聯(lián)合，并且增加代碼來(lái)指定組建的屬性和方法。因?yàn)槟J(rèn)的屬性和方法已經(jīng)有一部分定義在

60、了組件內(nèi)，所以程序員不用寫多少代碼就可以完成一個(gè)簡(jiǎn)單的程序。過(guò)去的版本里面VB程序的性能問(wèn)題一直被放在了桌面上，但是隨著計(jì)算機(jī)速度的飛速增加，關(guān)于性能的爭(zhēng)論已經(jīng)越來(lái)越少。</p><p>　　窗體控件的增加和改變可以用拖放技術(shù)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)排列滿控件的工具箱用來(lái)使用可用控件（比如文本框或者按鈕）。每個(gè)控件都有自己的屬性和事件。默認(rèn)的屬性值會(huì)在控件創(chuàng)建的時(shí)候提供，但是程序員也可以進(jìn)行更改。很多的屬性值可以在運(yùn)行時(shí)候隨著

61、用戶的動(dòng)作和修改進(jìn)行改動(dòng)，這樣就形成了一個(gè)動(dòng)態(tài)的程序。在文本框中的文字改變事件中加入相應(yīng)的代碼，程序就能夠在文字輸入的時(shí)候自動(dòng)翻譯或者阻止某些字符的輸入。 </p><p>　　VB的程序可以包含一個(gè)或多個(gè)窗體，或者是一個(gè)主窗體和多個(gè)子窗體，類似于操作系統(tǒng)的樣子。有很少功能的對(duì)話框窗口（比如沒(méi)有最大化和最小化按鈕的窗體）可以用來(lái)提供彈出功能。 </p><p>　　VB的組件既可以擁有用戶

62、界面，也可以沒(méi)有。這樣一來(lái)服務(wù)器端程序就可以處理增加的模塊。 </p><p>　　VB使用引用計(jì)數(shù)的方法來(lái)進(jìn)行垃圾收集，這個(gè)方法中包含有大量的對(duì)象，提供基本的面向?qū)ο笾С?。因?yàn)樵絹?lái)越多組建的出現(xiàn)，程序員可以選用自己需要的擴(kuò)展庫(kù)。和有些語(yǔ)言不一樣，VB對(duì)大小寫不敏感，但是能自動(dòng)轉(zhuǎn)換關(guān)鍵詞到標(biāo)準(zhǔn)的大小寫狀態(tài)，以及強(qiáng)制使得符號(hào)表入口的實(shí)體的變量名稱遵循書寫規(guī)則。默認(rèn)情況下字符串的比較是對(duì)大小寫敏感的，但是可以關(guān)閉這個(gè)

63、功能。 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)的意義</b></p><p>　　輥鍛作為一種先進(jìn)的塑性成形工藝方法，由于其據(jù)有高效、節(jié)材以及鍛件制品精度高、模具壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。特別是隨著近幾年我國(guó)制造業(yè)的迅速發(fā)展，輥鍛技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越普遍。</p><p>　　對(duì)于模具設(shè)計(jì)已由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段向理論計(jì)算和計(jì)算器輔助設(shè)計(jì)方向發(fā)展，

64、技術(shù)廣泛用于制模業(yè)，使模具結(jié)構(gòu)更趨科學(xué)合理，大大提高了模具加工精度，縮短了模具設(shè)計(jì)加工周期，減少了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間。因此，對(duì)于橢圓模具的設(shè)計(jì)也要趨于數(shù)字化，要使其適應(yīng)于數(shù)控加工。適應(yīng)數(shù)控加工的前提是將模具的各個(gè)形狀特性數(shù)字化。這就需要對(duì)模具的工作特性以及其因具有形狀特性進(jìn)行數(shù)字化處理。本文將非標(biāo)準(zhǔn)的橢圓輥制模具的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行數(shù)字化處理，以便使用數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)。</p><p><b>　　研究的基本內(nèi)容<

65、;/b></p><p>　　本課題研究的對(duì)象主要是厚度在5mm以下的橢圓套板，如下圖1-2、圖1-3所示。</p><p>　　圖1-2 橢圓零件　　　　　　　　　圖1-3 橢圓零件的零件圖</p><p>　　本論文主要介紹了一下幾點(diǎn)：</p><p>　　1、介紹了輥制模具的特點(diǎn)；</p><p>　　2、

66、設(shè)計(jì)一種橢圓輥制模具，并對(duì)其軌線進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算；</p><p>　　3、能夠在matlab中對(duì)計(jì)算的軌線進(jìn)行再現(xiàn)；</p><p>　　4、運(yùn)用VB編寫成軟件，方便用戶使用；</p><p>　　5、驗(yàn)證和確認(rèn)軌線的正確性；</p><p><b>　　研究方法和技術(shù)路線</b></p><p>

67、;　　研究方法：用數(shù)學(xué)及相關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識(shí)對(duì)橢圓輥制模具的軌線進(jìn)行設(shè)計(jì)并計(jì)算，并通過(guò)matlab對(duì)其進(jìn)行模擬。驗(yàn)證軌線的正確性，編寫軟件再導(dǎo)出相關(guān)參數(shù)方便客戶使用。</p><p><b>　　技術(shù)路線圖如下：</b></p><p>　　圖1-4 技術(shù)路線圖</p><p><b>　　設(shè)計(jì)與計(jì)算</b></p>

68、;<p><b>　　模具設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　零件的要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)的零件類型為薄板類零件，其截面為橢圓環(huán)形。大環(huán)尺寸參數(shù)為：橢圓長(zhǎng)軸半徑163mm，短軸半徑123mm，厚度為3mm。</p><p><b>　　圖2-1 零件圖</b><

69、;/p><p><b>　　加工方式的選擇</b></p><p>　　毛坯選用低碳鋼板，采用塑性材料的加工方式——鍛壓成型。</p><p>　　滾壓成型工藝主要是靠材料的塑性移動(dòng)滾壓加工成各種形狀復(fù)雜的軸桿、閥門芯和特殊緊固件等產(chǎn)品。滾壓變形是線接觸，連續(xù)逐步地進(jìn)行，所需變形力較小，一個(gè)行程可生產(chǎn)一個(gè)或幾個(gè)工件。滾壓成型工藝和切削、磨削工藝相比

70、，它不僅生產(chǎn)效率高、節(jié)約材料，而且產(chǎn)品強(qiáng)度高、質(zhì)量穩(wěn)定，這種工藝特別適于加工的特長(zhǎng)短難于切削的工件，尤其對(duì)年產(chǎn)上百萬(wàn)件大批量的產(chǎn)品，采用滾壓成型工藝最為有利，經(jīng)濟(jì)效益也最為可觀。</p><p>　　滾壓成型的工作原理是一個(gè)活動(dòng)絲板同一個(gè)固定絲板作相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的的過(guò)程。滾壓成型是把絲板上不同的結(jié)構(gòu)形狀滾壓在工件上。根據(jù)需要可滾壓出各種螺紋、凸環(huán)、滾花、端部倒角和深淺寬窄不一的溝槽以及其它需要的形狀。 </p

71、><p><b>　　模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖2-2 模具示意圖</p><p>　　軌跡槽，2-橢圓模具外輪廓，3-卡板槽，4-內(nèi)圓柱，</p><p>　　5-外圓柱，6-固定桿，7-滑塊，8-板料</p><p>　　圖2-3 模具的截面圖</p><p&

72、gt;　　模具2不具有平動(dòng)能力，只能繞著轉(zhuǎn)軸O進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)圓柱、外圓柱固定在固定桿6上，同時(shí)可以進(jìn)行自轉(zhuǎn)。固定桿6上套了一個(gè)滑塊7（滑塊7是固定的）固定桿在滑塊7的限制下，只能在水平方向上進(jìn)行來(lái)回滑動(dòng)?？ò宀?用來(lái)將板料固定在模具表面，確保能生產(chǎn)出模具設(shè)計(jì)的零件。</p><p>　　工作時(shí)，板料一端固定在卡板槽3，使板料能夠緊緊地貼在模具表面上。模具2繞著軸O逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，于此同時(shí)，內(nèi)圓柱4和外圓柱5在軌跡槽1和

73、滑塊7的限制下做水平方向上的平動(dòng)。板料在模具外輪廓2和外圓柱5的擠壓下，緊緊地貼在了模具上。工作一周后能生產(chǎn)出預(yù)定的零件。</p><p><b>　　模型介紹與分析</b></p><p>　　首先，模具要求是適用于生產(chǎn)橢圓套。由于模具的目標(biāo)零件是橢圓型的截面，且模具的外輪廓也是橢圓型的截面，因此我首先嘗試一下將軌跡槽設(shè)計(jì)成橢圓形。下面我們做個(gè)試驗(yàn)。當(dāng)軌跡槽1為橢圓

74、時(shí)，根據(jù)各個(gè)初始條件，模具在運(yùn)行過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)干涉，從而導(dǎo)致模具卡死現(xiàn)象，如下圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 干涉現(xiàn)象分析</p><p>　　由圖可知，當(dāng)外圓柱5滾動(dòng)到x的位置的時(shí)候，模具表面與外圓柱5就開(kāi)始接觸，之后就發(fā)生干涉。這在實(shí)際的工作中表現(xiàn)出來(lái)就是出現(xiàn)機(jī)器卡死現(xiàn)象。</p><p>　　顯然，當(dāng)內(nèi)部的軌跡槽也是橢圓的時(shí)，模具是無(wú)法正常工作的

75、。因此，內(nèi)部的軌跡槽必須要加以修改。</p><p>　　然后，試著來(lái)分析一下，在不同參數(shù)的橢圓模具下，干涉情況會(huì)有什么樣的變化。</p><p>　　當(dāng)長(zhǎng)軸/短軸（a/b）=1時(shí)，干涉現(xiàn)象就會(huì)消失。</p><p><b>　　圖2-5</b></p><p>　　圖2-6 當(dāng)長(zhǎng)軸/短軸（a/b）=1.1時(shí) 圖

76、2-7 當(dāng)長(zhǎng)軸/短軸（a/b）=1.2時(shí)</p><p>　　圖2-8 當(dāng)長(zhǎng)軸/短軸（a/b）=1.3時(shí) 圖2-9 當(dāng)長(zhǎng)軸/短軸（a/b）=1.4時(shí)</p><p>　　圖2-10 當(dāng)長(zhǎng)軸/短軸（a/b）=1.5時(shí)</p><p>　　從上述分析，可以看出，當(dāng)長(zhǎng)軸與短軸的比值越大時(shí)干涉現(xiàn)象越明顯。因此要對(duì)內(nèi)部的軌跡進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)與計(jì)算。</p>

77、<p>　　最后，根據(jù)零件的尺寸形狀要求，確定易知的零件尺寸。設(shè)計(jì)模具的尺寸初定為：橢圓長(zhǎng)軸半徑a=160mm，短軸半徑b=120mm，外圓柱截面半徑R=40mm，內(nèi)圓柱截面半徑r=5mm，內(nèi)外圓柱圓心距d=60mm。</p><p><b>　　模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析</b></p><p><b>　　模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></

78、p><p>　　根據(jù)模具的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)模具的工作過(guò)程如圖2-11所示。</p><p>　　軌跡槽，2-橢圓模具外輪廓，3-卡板槽，4-內(nèi)圓柱，</p><p>　　5-外圓柱，6-固定桿，7-滑塊，8-板料。</p><p>　　圖2-11 模具橫向截面圖</p><p>　　轉(zhuǎn)軸O、內(nèi)圓柱4的圓心和外圓柱5的圓心始終

79、保持在同一水平線上。模具2不具有平動(dòng)能力，只能繞著轉(zhuǎn)軸O進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)圓柱、外圓柱固定在固定桿6上，同時(shí)可以進(jìn)行自轉(zhuǎn)。固定桿6上套了一個(gè)滑塊7（滑塊7是固定的）固定桿在滑塊7的限制下，只能在水平方向上進(jìn)行來(lái)回滑動(dòng)。卡板槽3用來(lái)將板料固定在模具表面，確保能生產(chǎn)出模具設(shè)計(jì)的零件。</p><p>　　工作時(shí)，板料一端固定在卡板槽3，使板料能夠緊緊地貼在模具表面上。模具2繞著軸O逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，于此同時(shí)，內(nèi)圓柱4和外圓柱5在

80、軌跡槽1和滑塊7的限制下做水平方向上的平動(dòng)。板料在模具外輪廓2和外圓柱5的擠壓下，緊緊地貼在了模具上。工作一周后能生產(chǎn)出預(yù)定的零件。</p><p>　　AK為模具外表面在K點(diǎn)處的法線，R1為AK的距離，</p><p>　　α為AK與水平線的夾角，β為AO的與水平線的夾角。</p><p>　　圖2-12 工作過(guò)程分析</p><p>　　

81、由于上述分析可知，如果內(nèi)部的軌跡槽是標(biāo)準(zhǔn)的橢圓，則當(dāng)橢圓模具由B位置轉(zhuǎn)到A位置的過(guò)程中，AK的距離R1不斷地在減小。即毛坯會(huì)受到擠壓，最終導(dǎo)致機(jī)器卡死，如圖2-12所示。因此，為了使機(jī)器能正常的工作并且順利的加工出零件，應(yīng)該始終保證R1=R+板的厚度。而保證R1的關(guān)鍵在于軌跡槽1（它是一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)的圖形），接下來(lái)就是需要對(duì)軌跡槽1進(jìn)行分析與計(jì)算。</p><p><b>　　幾何關(guān)系分析</b>

82、;</p><p>　　AK為模具外表面在K點(diǎn)處的法線，R1為AK的距離，</p><p>　　α為AK與水平線的夾角，β為AO的與水平線的夾角。</p><p>　　圖2-13 模具正常工作時(shí)的截面圖</p><p>　　截取模具加工零件時(shí)的一個(gè)工作狀況，如圖16所示。為保證零件的板厚始終為1mm，故AK的距離R1應(yīng)該等于外圓柱半徑加1mm

83、。由橢圓的性質(zhì)可知，只有橢圓與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)處的法線才會(huì)過(guò)坐標(biāo)中心O。因此，當(dāng)模具工作到圖示位置時(shí)，AK與OA必定會(huì)形成一定的角度，且角度是隨工作的位置的改變而改變的。當(dāng)運(yùn)動(dòng)到坐標(biāo)軸上時(shí)，他們才會(huì)重合。</p><p>　　同理，對(duì)于內(nèi)部的軌跡槽與內(nèi)圓柱也有同樣的關(guān)系，即OC與CH僅在運(yùn)動(dòng)到坐標(biāo)上時(shí)才會(huì)重合，在圖示位置，他們就會(huì)形成一定的角度。同樣，角度是隨著工作位置的改變而改變。這樣一來(lái)，內(nèi)外圓柱圓心的軌跡就無(wú)法

84、輕易得出，而且軌跡槽的運(yùn)動(dòng)軌跡又與內(nèi)圓柱的圓心軌跡息息相關(guān)。這在計(jì)算軌跡槽的過(guò)程中又增加了一定的難度。</p><p><b>　　計(jì)算方案</b></p><p>　　上述的問(wèn)題中，橢圓模具的外形尺寸都是已知的，或者可以輕松地計(jì)算得出。如橢圓模具的外輪廓的幾何尺寸是已知的，用極坐標(biāo)表示為： 。由2.2.1的分析可知，外圓柱圓心的軌跡（XA，YA）可以通過(guò)（x，y

85、）的坐標(biāo)求得，進(jìn)而可以利用軌跡（XA，YA）來(lái)求內(nèi)圓柱的圓心軌跡（XC，YC）。但是，軌跡槽卻沒(méi)有給出明確的幾何關(guān)系。因此，解決上述難點(diǎn)的關(guān)鍵在于如何計(jì)算內(nèi)出模具內(nèi)部的軌跡槽1的幾何尺寸。</p><p>　　觀察模具的工作過(guò)程，軌跡槽其實(shí)就是內(nèi)圓柱的所掃過(guò)的痕跡，如圖2-14所示。因此，內(nèi)圓柱與軌跡槽必定相切。于是關(guān)鍵就在于求內(nèi)圓柱與軌跡槽的切點(diǎn)。</p><p>　　圖2-14　軌跡槽

86、分析</p><p>　　在此，運(yùn)用微積分的原理，將軌跡槽微分，求出每一處微分區(qū)間的斜率。在依據(jù)這斜率求出軌跡槽的軌跡。（斜率的求法：微分點(diǎn)與前一點(diǎn)構(gòu)成的斜率和微分點(diǎn)與后一點(diǎn)構(gòu)成的斜率的平均值，來(lái)近似等于該微分點(diǎn)的斜率。）</p><p>　　在matlab中繪制非標(biāo)準(zhǔn)型的圖案，本文采用的是四個(gè)象限單獨(dú)繪制。由于在計(jì)算過(guò)程中有微分近似，因此，在繪制中采用步進(jìn)的方法，逐個(gè)描繪出各個(gè)點(diǎn)的位置。

87、最后繪制出模具的整體圖像。</p><p><b>　　計(jì)算</b></p><p>　　外圓柱圓心軌跡的計(jì)算</p><p>　　圖2-15 外圓柱圓心</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，圓A與橢圓表面始終要保持一個(gè)毫米的距離，即R1=R+1=41mm。線段AB為橢圓的法線，故有幾何關(guān)系可以得到，線段AB的斜率 \*

88、 MERGEFORMAT Kn=asin /(bcos )，即 。故由B點(diǎn)軌跡即可求得A點(diǎn)的軌跡為：</p><p>　　\* MERGEFORMAT </p><p>　　內(nèi)圓柱圓心軌跡的計(jì)算</p><p>　　由于外圓圓心A、內(nèi)圓圓心C以及坐標(biāo)原點(diǎn)O三點(diǎn)是在一條直線上的，如圖2-16所示。故此可得：</p><p>　　圖2-16 內(nèi)

89、圓柱圓心</p><p>　　直線AC的距離為d，解得C的坐標(biāo)為：</p><p><b>　　內(nèi)部軌跡槽的計(jì)算</b></p><p>　　圖2-17 軌跡槽的計(jì)算</p><p>　　由于直接計(jì)算內(nèi)部的近似橢圓軌跡G比較復(fù)雜，故采用近似的方法來(lái)計(jì)算。</p><p>　　畫橢圓的方法是采用步進(jìn)

90、畫點(diǎn)的方法逐個(gè)畫出來(lái)的，只要每一次的進(jìn)給量足夠小，那么近似值的誤差即可忽略不計(jì)。設(shè)D、E、F分別為軌跡L上相鄰的三個(gè)點(diǎn)，如圖2-17所示。用ED、FD的斜率平均值來(lái)近似為D點(diǎn)的切線斜率。由此可以由C點(diǎn)的軌跡求得軌跡G。計(jì)算過(guò)程如下：</p><p>　　內(nèi)軌跡槽的大圓軌跡G：</p><p>　　同理內(nèi)軌跡槽的小圓軌跡H：</p><p><b>　　計(jì)算

91、小結(jié)</b></p><p>　　依據(jù)上述計(jì)算式子，可以在坐標(biāo)系的第一象限中得出模具的幾條重要的曲線的軌跡。把他們?cè)趍atlab中繪制圖形如下（程序見(jiàn)附錄）。最外面的是外圓柱圓心的軌跡，第二層是模具的外輪廓軌跡，里面的則是軌跡槽和內(nèi)圓柱的截面。</p><p>　　圖2-18 matlab繪制部分圖樣</p><p>　　同理，可以計(jì)算出另外三個(gè)象限的公

92、式，即可以得出完整的模具運(yùn)行軌跡。把他們?cè)趍atlab中繪圖，如下圖所示：</p><p>　　圖2-19 matlab分析圖</p><p>　　根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，在matlab中繪制出的圖像顯示（圖中外圍的圓是指外圓柱在不同時(shí)刻留下的軌跡）。在模具運(yùn)行過(guò)程中，外圓柱始終與模具表面保持著固定的距離。這與起初設(shè)計(jì)的目的相符合。</p><p><b>　

93、　模具的軟件的編輯</b></p><p><b>　　VB軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由于本文所設(shè)計(jì)的模具是為了方便用戶進(jìn)行實(shí)際的生產(chǎn)使用，因此，考慮到用戶方便使用的情況下，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件。方便其獲取模具的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　VB軟件的特點(diǎn)</b></p>&l

94、t;p>　　1．面向?qū)ο?。VB采用了面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想，它基本思路是把復(fù)雜的設(shè)計(jì)問(wèn)題分解為多個(gè)能夠完成獨(dú)立功能且相對(duì)簡(jiǎn)單的對(duì)象集合。所謂“對(duì)象”就是個(gè)可操作實(shí)體如窗體、窗體中命令按鈕、標(biāo)簽、文本框等，面向?qū)ο缶幊叹褪侵赋绦騿T可根據(jù)界面設(shè)計(jì)要求，直接在界面上設(shè)計(jì)出窗口、菜單、按鈕等類型對(duì)象并為每個(gè)對(duì)象設(shè)置屬性。</p><p>　　2．事件驅(qū)動(dòng)。在Windows環(huán)境下是以事件驅(qū)動(dòng)方式運(yùn)行每個(gè)對(duì)象的都能響應(yīng)多個(gè)區(qū)

95、別事件，每個(gè)事件都能驅(qū)動(dòng)段代碼事件過(guò)程，該代碼決定了對(duì)象功能。通常稱這種機(jī)制為事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制。可由用戶操作觸發(fā)，也可以由系統(tǒng)或應(yīng)用觸發(fā)例如單擊個(gè)命令按鈕就觸發(fā)了按鈕Click(單擊)事件，該事件中代碼就會(huì)被執(zhí)行，若用戶未進(jìn)行任何操作(未觸發(fā)事件)，則就處于等待狀態(tài)整個(gè)應(yīng)用就是由彼此獨(dú)立事件過(guò)程構(gòu)成。</p><p>　　3．軟件Software集成式開(kāi)發(fā)。VB為編程提供了個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中編程者可設(shè)

96、計(jì)界面、編寫代碼、調(diào)試直至把應(yīng)用編譯成可在Windows中運(yùn)行的可執(zhí)行文件，并為它生成安裝VB集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，為編程者提供了很大方便。</p><p>　　4．強(qiáng)大數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)功能。VB利用數(shù)據(jù)Control控件可以訪問(wèn)多種數(shù)據(jù)庫(kù)。VB6.0提供ADOControl控件，不但可以用最少代碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)操作和控制，也可以取代DataControl控件和RDOControl控件。</p><p>　

97、　5．支持對(duì)象鏈接和嵌入技術(shù)。VB核心是對(duì)對(duì)象鏈接和嵌入(OLE)技術(shù)的支持。它是利用OLE技術(shù)能夠開(kāi)發(fā)集聲音、圖像、動(dòng)畫、字處理、Web等對(duì)象于一體的功能強(qiáng)大的軟件。</p><p>　　6．多個(gè)應(yīng)用向?qū)?。VB提供了多種向?qū)В鐟?yīng)用向?qū)?、安裝向?qū)?、?shù)據(jù)對(duì)象向?qū)Ш蛿?shù)據(jù)窗體向?qū)АＭㄟ^(guò)它們可以快速地創(chuàng)建區(qū)別類型、區(qū)別功能應(yīng)用。</p><p>　　7．支持動(dòng)態(tài)交換、動(dòng)態(tài)鏈接技術(shù)。通過(guò)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交

98、換(DDE)編程技術(shù)，VB開(kāi)發(fā)應(yīng)用能和其他Windows應(yīng)用間建立數(shù)據(jù)通信，通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)在VB中可方便地用C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編寫，也可Windows應(yīng)用接口(．API)。</p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　鑒于VB軟件的特點(diǎn)，能夠滿足本課題的設(shè)計(jì)要求。因此，編寫軟件如下：</p><p>　　首先，確定需要設(shè)

99、定的參數(shù)個(gè)數(shù)，以及需要輸出地?cái)?shù)據(jù)是何種類型，在軟件中有幾種運(yùn)算方式（即需要幾個(gè)控制按鈕）等等。上一章已經(jīng)明確指出，本課題已知的參數(shù)有如下幾個(gè)：橢圓輪廓的長(zhǎng)軸半徑a，橢圓輪廓的短軸半徑b，外圓柱的截面半徑R，內(nèi)圓柱的截面半徑r，內(nèi)外圓柱圓心距d。</p><p>　　其次，本文主要是對(duì)橢圓輥制模具的內(nèi)部軌跡槽（非標(biāo)準(zhǔn)）的設(shè)計(jì)與計(jì)算，但由于本文說(shuō)明的需要，還對(duì)另一類軌跡槽（橢圓形）進(jìn)行分析比較。因此，在設(shè)計(jì)軟件的時(shí)候

100、需要有兩種計(jì)算的方式，即有兩個(gè)按鍵。</p><p>　　最后，考慮到用數(shù)據(jù)難以表達(dá)清楚本文所闡述的內(nèi)容，因此，設(shè)計(jì)的軟件輸出形式確定為圖形模式。軟件的操作頁(yè)面設(shè)計(jì)如下圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 VB編程的界面設(shè)計(jì)</p><p>　　然后，通過(guò)VB語(yǔ)言進(jìn)行程序編輯。在生成exe文件。（程序和文件見(jiàn)附錄） </p><p>

101、　　圖3-2 單擊“生成橢圓曲線”顯示圖</p><p>　　在進(jìn)行生成橢圓曲線運(yùn)算的時(shí)候，程序?qū)?huì)在C盤中自動(dòng)生成一個(gè)VBdata.txt的文件，里面記錄了模具外輪廓軌跡的坐標(biāo)參數(shù)，和內(nèi)部軌跡槽的坐標(biāo)參數(shù)。有了這些數(shù)據(jù)，用戶可以用于數(shù)控加工本課題設(shè)計(jì)的模具。</p><p>　　圖3-3 單擊“工作情況分析”顯示圖</p><p>　　上圖分析，當(dāng)內(nèi)部軌跡槽也是標(biāo)

102、準(zhǔn)的橢圓時(shí)，外圓柱便會(huì)在x處與橢圓的輪廓發(fā)生明顯的干涉現(xiàn)象。這個(gè)結(jié)果與本論文分析的一致。</p><p><b>　　模具模擬</b></p><p>　　在上述研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)ADMAS軟件模擬出三維模型。</p><p>　　首先，分析當(dāng)內(nèi)軌跡槽是橢圓時(shí)，它的工作狀況如下：</p><p>　　圖3-4 軌跡槽為橢

103、圓時(shí)的模擬圖</p><p>　　結(jié)果與本文的分析一致。當(dāng)工作到圖示圈出的位置時(shí)，外圓柱會(huì)向橢圓模具靠近而發(fā)生干涉現(xiàn)象，導(dǎo)致模具卡死。</p><p>　　其次，在依據(jù)本文設(shè)計(jì)的軌跡槽的軌跡進(jìn)行模擬。模擬結(jié)果如下：</p><p>　　圖3-5 軌跡槽為設(shè)計(jì)改進(jìn)后的模擬圖</p><p>　　可見(jiàn)，按照本文設(shè)計(jì)的軌跡而設(shè)計(jì)的模具，能夠滿足外圓

104、柱與橢圓外輪廓始終保持一定距離的要求。因而能夠正常的進(jìn)行生產(chǎn)工作。</p><p><b>　　結(jié)論與展望</b></p><p>　　本課題主要介紹了一類橢圓輥制模具的設(shè)計(jì)過(guò)程。本文是從以下幾個(gè)方面開(kāi)始敘述。</p><p>　　第一章，簡(jiǎn)要敘述了橢圓輥制模具設(shè)計(jì)的相關(guān)特點(diǎn)，介紹了目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，闡述了本課題的設(shè)計(jì)意義以及本課題的設(shè)計(jì)思

105、路。</p><p>　　第二章，通過(guò)幾何關(guān)系的分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先，分析當(dāng)內(nèi)部軌跡槽是橢圓條件下，模具會(huì)出現(xiàn)卡死現(xiàn)象的原因。并且分析了這種現(xiàn)象發(fā)生的程度與模具的長(zhǎng)軸與短軸的比值之間的關(guān)系。其次，為保證模具能夠滿足設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)內(nèi)部的軌跡槽進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。通過(guò)尋找?guī)缀侮P(guān)系，分析模具的設(shè)計(jì)要求。最終計(jì)算出該軌跡。</p><p>　　第三章，通過(guò)數(shù)學(xué)分析的結(jié)果，運(yùn)用matlab軟件進(jìn)行建模

106、分析，并且通過(guò)VB編程，編寫了一個(gè)方便客戶了解模具結(jié)構(gòu)的軟件，通過(guò)該軟件還可以導(dǎo)出模具中的重要部件的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，方便客戶進(jìn)行數(shù)控加工。</p><p>　　通過(guò)本次課題的研究，對(duì)于橢圓輥制模具的設(shè)計(jì)提供了一定的參考意見(jiàn)。在模具的非標(biāo)準(zhǔn)軌跡設(shè)計(jì)方面，提供了一種研究方法。同時(shí)，本文還編寫了VB軟件，并通過(guò)該軟件，能夠?qū)С瞿＞呱a(chǎn)需要的坐標(biāo)參數(shù)的數(shù)據(jù)，方便用戶理解與數(shù)控加工。</p><p>　　

107、在設(shè)計(jì)過(guò)程中，也遇到了許多問(wèn)題。起初在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，并不是很確定；在軟件的編輯上也比較吃力。但是在指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)下，本文的設(shè)計(jì)工作也順利的完成了。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　戴如吉,王小飛．拉桿鍛件的輥鍛制坯工藝研究與開(kāi)發(fā)[J]．精密成形工程.2010,2(3):53~56．</p><p>　　李錦，

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