基于ADAMS数控旋锻机锻模机构的分析

关键词：数控旋锻机；锻模机构；ＡＤＭＡＳ；模拟仿真；冲击力
中圈分类号：ＴＧ３１５．Ｙ２
． 文献标识码：Ａ
文章编号：１００１．３８１４（２０１ １）ｏｌ－０１８５－０３
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｆｏｒｇｉｎｇ Ｄｉｅ Ｂｏｄｙ ｏｆ ＣＮＣ Ｓｗａｇｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤＭＡＳ
ＺＥＮＧ Ｓｈａｎｑｉ．ＺＨＡＮＧ Ｈｕｉ，ＤＩＮＧ Ｙｉ
上半月出版
Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·ｗｅｌｄｉｎｇｉ金属铸锻焊技术
基于ＡＤＡＭＳ数控旋锻机锻模机构的分析
曾珊琪。张慧，丁毅 （陕西科技大学机电工程学院，陕西西安７ｌ００２１）
摘要：运用Ｐｒｏ／Ｅ软件对锻模机构实体建模。利用ＡＤＡＭＳ对锻模机构的工作状态进行模拟仿真．验证机构模型 在实际１＝作中是否干涉。并与锻模机构冲击力的计算结果进行比较。验证计算结果的正确。通过输出的锻模机构冲击力 曲线图及其速度、加速度曲线确定其最佳工作参数。在确定锻模机构冲击载荷的条件下。验证所求的冲击力能否满足制 件成形性能的要求并不会使制件压溃。达到满足旋锻机的没计要求。
图２锻模结构
Ｆｉｇ．２ Ｆｏｒｇｉｎｇ ｄｉｅ ｂｏｄｙ
图３简化后的模型 Ｆｉｇ．３ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｍｏｄｅｌ
２．２ ＡＤＡＭＳ中建立动力学模型 导人模型：将Ｐｒｏ／Ｅ中建好的模型导入ＡＤＡＭＳ
中。定义锻模机构部件为刚体，设置锻模机构中各 零件的密度、工作网格及重力。
约束建模：为了真实模拟锻模机构的运动规律．
１８６
万方数据
时间／ｓ 图５锤头对工件的冲击力 Ｆｉｇ．５ Ｈａｍｍｅｒ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｐａｒｔｓ
Ｈｏｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０ １ １，Ｖ０１．４０，Ｎｏ．１
上半月出版
譬
量
蟊
制
糕◆ｉ＇，１５０ｒ／ｍｉｎ／＇，时间／ｓ 图６锤头的冲击速度曲线 Ｆｉｇ．６ Ｈａｍｍｅｒ ｉｍｐａｃｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃＲｒｖｅ
ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｎｏｔ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｐａｒｔｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＮＣ ｓｗａｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ；ｆｏｒｇｉｎｇ ｄｉｅ ｂｏｄｙ；ＡＤＭＡＳ；ａｎａｌｏｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｉｍｐａｃｔ ｆｏｒｃｅ
旋转锻造具有其他成形工艺无可比拟的优越 性，如节省材料、锻造效率高、变形温降小、适合高合 金难变形材料的锻造、可实现全截面细晶锻造等。 数控旋锻机在传统的旋转锻造技术上进行了发展． 不但进一步提高了生产效率、成形精度，而且通过数 控技术实现了全截面的变截面加工连续成形。使汽 车、五金及眼镜等行业的变截面杆类零件的加工工 艺得到显著改进，零件结构的力学性能明显提高【ｌ－２１。
需要给各部件相应的约束。具体是：转盘与大地之间 建立固定副；压辊与大地之间建立旋转副；锤头与转 盘之间的移动副：固定块与转盘间的固定副；锤头与 压辊之间的点一曲线副。
创建驱动：建立压辊与大地之间的旋转驱动以 及锤头与转盘之间的移动驱动。转盘与大地制件的 旋转驱动值分别设为１０００、１５００ ｒ／ｍｉｎ。
算冲击力的大小。以冲击动荷载因数＆乘以静荷载
Ｐ。就可得到冲击时的最大冲击荷载乃嗍。
即：Ｆｄ＝ＰｘＫｄ＝（ｒｎｇ－ｍｇ］）ｘ（１＋ｙ广１—＋了导订了一）
（１）
Ｔ
ｋ．Ｊ ｔ
式中：Ｐ为锤头在ｈ高度处的静荷载；＆为冲击动荷
《热加工工艺》２０１１年第４０卷第１期
１８５
万方数据
金属铸锻焊技术｜Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ
１锻模冲击力的计算
收稿日期：２０１０－０９．１９ 作者简介：曾珊琪（１９５４一），女，浙江嘉兴人，教授，硕上生导师，主要研究
方向：材料工程及先进制造技术：电话：１３５７１０２８１４４； Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｅｎｇｓｑ＠ｓｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃａ
锻模机构设计的主要技术参数。加工范围： 西６～１２ｍｍ的棒料；加工精度：０．０１ ｍｍ。锤头的设 计结构和尺寸如图１所示。
ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｆｏｒ＃ｎｇ ｄｉｅ ｂｏｄｙ Ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ＡＤＡＭＳ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｗｏｒｋ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｓｕｃｈ ａｓ ｗｈｅｔｈｅｒ ｔｈｅｒｅ
鎏儿黧融节尊书纠
《热加工工艺》２０１１年第４０卷第ｌ期
万方数据
Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ｜金属铸锻焊技术
Ｔａｂ．１ 抗压强度 ａｒｂ／ＭＰａ
裹１ ＴＣＩ合金的主要力学性能 Ｍａｉｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＴＣｌ ａｌｌｏｙ
屈服强度 Ｏ＂Ｉ／ＭＰａ
冲击值
ｗａｓ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，Ｗａｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｆｏｒｃｅ ｉｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ Ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｕｒｖｅｓ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｇｉｎｇ ｄｉｅ ｂｏｄｙ，ｉｍｐａｃｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｇｉｎｇ ｄｉｅ ｂｏｄｙ ｗｅｒｅ ｆｉｘｅｄ．Ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｌｄｉｎｇ ｐａｒｔｓ ｗｅｒｅ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｏ ｍｅｅｔ
图ｌ锤头的结构 Ｆｉｇ．１ Ｈａｍｍｅｒｈｅａｄ ｓｔｒ百度文库ｃｔｕｒｅ
·计算锻模机构冲击力的目的是验证在主轴的旋
转速度范围内。所产生的冲击力是否大于制件的屈
服强度．使其产生塑性变形，且小于其抗压强度，不
会导致制件断裂。制件通过锤头对其产生的冲击力成
形。在实际中．任一被冲击物都町简化为一个弹簧。
当锻锤与锻件接触撞击时。可采用能量法来估
伸长率（％） 收缩率（％） ／（ｖａ·锄’
５８８
５ｌｌ
１５
３０
４４．１
ｐ２丁２丽２））７删ａ 骆付２－ｌ １３．０４ｍｍ２
ｐ＝丁Ｆ＝篇等＝５５７砌ａ
（６） （【７７）Ｊ
式中：ｒ为毛坯的半径（ｍｍ）；Ｆ为锤头对制件的冲击
力㈣。
从结果可知，当主轴转速为１０００ ｒ／ｍｉｎ时．锤头
对制件的冲击强度大于其屈服强度。所以能够使制 件产生塑性变形，完成制件的成形。
参考文献：
【ｌ】 孙令强．精锻成形技术的现状及其发展【Ｊ】．模具制造．２００２．３ （８）：７－１０．
【２】 赵升吨，张玉亭．旋锻技术的研究现状及其应用阴．锻压装备 与制造技术．２０１０，（２）：２１．２５．
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【４】 杨杰章，糜若虚．材料与设计【Ｍ】．北京：北京机械工业出版 社．１９９０．２２６－２２９．．
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２００５．１５６－１６５．
【６】 中国航空材料手册编辑委员会． 中国航空材料手册：第三卷
ｉｓ］．北京：中国标准出版社．２００２．田
基于ADAMS数控旋锻机锻模机构的分析
（５）
Ｖ
口ｔ
将式（２）和（５）带入式（１）可得： 乃＝‰ｘ Ｐ＝３．３９×１ ０４ｘ１．９７＝６７０６０Ｎ
所以锤头对制件的最大冲击力为６７０６０Ｎ。
２基于ＡＤＡＭＳ锻模机构的动力学分析
２．１ Ｐｍ／Ｅ中建立几何模型及装配 用Ｐｒｏ／Ｅ建立锻模机构模型，如图２所示。对锻
模机构的运动过程分析后。发现在不影响结果的前 提下可对机构作出下列简化：将压块、楔块、锤头以 整体形式建模；１２个压辊以整体形式建模；压辊的 截面形状可设计成压块在压辊上运动的轨迹的形 状。简化后的模型如图３所示。
旋锻机的锻模机构主要由压块、锤头、楔块、固 定块、转盘及压辊等组成。旋锻机工作时。锤头在一 压辊的作用下产生冲击力。从而完成制件的一次锻 打，锤头在离心力的作用下回到两压辊之间的位置。 然后在下一压辊的作用下，再对制件进行锻打，这样 以高的频率重复进行，直至将制件锻压成形。本文 依据模拟仿真分析对锻模机构进行了分析。
２０１１年１月
载因数；肘为锤头的质量ｉ厂为锤头的动摩擦系数，取
Ｏ．４；口。为制件的静变形；∥为冲击系统的冲击高度。
锤头对制件的静荷载Ｐ为
Ｐ＝ｍｇ－ｍｇｆ＝ｍｇ（１－ｆ）＝ｐｖｏ－ｆ）＝１．９７ Ｎ
（２）
式中：Ｐ为４５钢的密度：Ｖ锤头的体积。
在实际计算中，可将锤头简化为矩形截面，锤头
的规格为０．０３ｍｘ０．０２ｍｘＯ．０２５ｎｌ。
创建碰撞力：定义锤头与制件之间的碰撞力，主 要是建立锤头对制件的冲击力。 ２．３仿真分析及结果输出
使用ＡＤＡＭＳ／ＰｏｓｔＰｒｏｃｅｓｓｏｒ进行动力学分析。 图４为锤头的运动曲线。可看出，锤头运动的最大 高度为６ ｍｍ。
时同／Ｓ 图４锤头的运动曲线 Ｆｉｇ．４ Ｈａｍｍｅｒ ｓｐｏｒｔｓ ｃｕｒｖｅ
（２）主轴转速为１５００ ｒ／ｒａｉｎ锤头对制件的锻打 力为６７０００Ｎ，则锤头对制件的冲击强度为
ｐ＝手＝嚣鲁＝５６２ ＭＰａ
（８）
从结果可知，当主轴转速为１５００ ｒ／ｍｉｎ时．锤头
对制件的冲击强度大于其屈服强度。所以也能够使 制件产生塑性变形，完成制件的成形。
只有当锤头对制件的冲击强度大于屈服强度． 才能使制件产生塑性变形，由上述分析知，锤头在转 速范围内对制件的冲击强度均大于制件的屈服强 度，所以，在这个转速范围内，可成形ＴＣｌ金属制件。
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
曾珊琪， 张慧， 丁毅， ZENG Shanqi， ZHANG Hui， DING Yi 陕西科技大学,机电工程学院,陕西,西安,710021
热加工工艺 HOT WORKING TECHNOLOGY 2011,40(1)
参考文献(6条)
1.《中国航空材料手册》编辑委员会 中国航空材料手册 2002 2.杨杰章;糜若虚 材料与设计 1990 3.张新占 材料力学 2005
主轴的转速在１０００～１５００ ｒ／ｍｉｎ旋转．所以只 需分析锻模机构在这两个转速下的冲击力曲线图。 图５、图６、图７分别为卡盘转速为１０００ ｒ／ｍｉｎ和 １５００ｒ／ｍｉｎ时。锤头对制件的冲击力曲线图、锤头的 速度曲线、加速度曲线。从图５可看出，在碰撞过程 中。从开始到结束，锤头的冲击力逐渐变化。在碰撞 开始，锤头对制件的冲击力逐渐增大，当曲线升至最 高点时。冲击力最大，在降程曲线的突变位置。表示 冲击完成。冲击完成后，锤头开始离开制件。但由于 锤头对制件冲击时，使制件产生了一定的弹性变形． 所以在冲击完成后，锤头和制件之间还有接触力。并
４结论
使用能量法估算锻模机构的最大冲击力．再利 用多体系统动力学分析软件ＡＤＡＭＳ对锻模机构 的工作状态进行模拟仿真。输出曲线．得到不同转速 下的最大冲击力。对比理论计算结果和计算机模拟仿 真结果，可知仿真结果数据可靠。以眼镜腿为例，证明 所设计的数控设备中锻模机构对制件的锻打力能满 足制件的成形性能，且不会超过制件的抗压强度。
Ｍ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｏａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ＂ａｎ ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｎｅ ｄｉｅ ｂｏｄｙ ｏｆ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｓｅｔ ｕｐ ｂｙ
所以锤头的惯性矩，为
，－等＝５．７ ｘ １０４ｍ４
（３）
１‘
制件在静荷载Ｐ的作用下，制件的静变形口。为
Ｄ１３
口ｌ＝ｊ！一＝１．０４ ｘ１０。１１ ｍ “ｌ－４８Ｅ／一１’
（、４１）７
式中：Ｅ为４５钢的弹性模量；，为锤头的惯性矩。
所以冲击动荷载因数‰为：
厂—■ｉ西一
ｊ匕＝１＋、／１＋兰！！一＝３．３９×１０４
4.胡妍;曾珊琪 旋锻机模头的运动分析[期刊论文]-机械设计与制造 2009(04) 5.赵升吨;张玉亭 旋锻技术的研究现状及其应用[期刊论文]-锻压装备与制造技术 2010(02) 6.孙令强 精锻成形技术的现状及其发展[期刊论文]-模具制造 2002(08)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_rjggy201101062.aspx