【摘要】在建立资源节约型社会的倡导下和制造业激烈竞争的市场经济环境下;三维建模技术、高速切削技术、三维有限元数值模拟技术，在锻造行业将缔造举足轻重的影响力。这三项技术在新产品开发、老产品的改造过程中的作用愈加明显。有力地提高了开发和改进工作的效率、节约了开发和制造的成本，提升了企业在市场竞争中的综合实力。是先进制造技术的趋势之一。随着先进制造技术被列为国家中长期发展规划，这三项技术将引领我们行业步入绿色锻造时代。

　　【关键词】三维建模、高速切削、有限元模拟;

　　一、概述

　　1、三维建模技术：在激烈的市场竞争中，产品的研发设计能力、工艺创新水平至关重要， CAD作为研发、设计的工具正由传统的2D向3D方向发展即三维建模技术。它不仅限于工程图的绘制，随着目前三维工程软件的日趋成熟完善。它为我们提供了清晰、逼真的立体图形极有利帮助我们进行结构的优化和设计方案的决策。工程图模块使我们很轻松、快速的基于优化好的三维图生成工程图。装配、运动仿真模块进一步全面检验所设计的产品是否符合要求。使用三维设计技术更能反映实际产品的设计、制造过程，对设计中可能出现的问题作出预测和改进，提高企业的研发能力进而提升了市场竞争能力;

　　2、有限元数值模拟技术：随着计算机技术的迅速发展和有限元模拟技术的日益成熟，有限元数值模拟分析技术在金属塑性成型生产中得到广泛的应用。通过在计算机上模拟冷、热、温锻的成型过程，不仅缩短了模具和新产品开发的周期，降低了生产成本和现场工艺试验的成本。提高了企业的市场竞争能力，而且推动了模具现代制造业的发展。

　　3、高速切削技术(HSM)是先进制造技术的发展趋势之一，不仅具有切削高效率而且具备加工高精度;另有，其在淬硬钢的加工方面也已非常成熟。它的实现手段是由电主轴提供的高转速，可达到几万转甚至几十万转，直线导轨和高精度滚珠丝杠所构成的传动系统，以及刀具的快速发展如陶瓷刀具、涂层刀具等，HSK刀柄特有结构设计确保了高速状态下刀具的安全和加工精度。它快切削、轻切削的加工方式可得到近似磨削的表面质量，避免了抛光工序带来的诸如精度损失、效率低等一系列不足。切削力的减小、切削热的降低极大的降低了切削变形。干切削、准干切削的冷却润滑方式实现了降低成本、节约资源、环保。随着机床冷却系统、计算机系统的发展和进步使高速切削设备的稳定性和精度得以保证。有人提出模具制造的发展进步是效益放大器，因而制模技术在一个企业中至关重要，作为被誉为第三代制模技术的高速加工技术备受关注;

　　二、应用

　　下面以汽车差速器齿轮开发过程为例：传统的开发方式，要经过十几个环节才能形成锻坯。而其中有许多不可控的因素，产品的设计很难达到理想的状态;将这些先进技术应用于开发过程流程如下：

　　当接到开发通知，得到客户图纸后。我们按以上的流程进行开发工作：

　　1、首先，根据图纸建立三维主模型：

　　主模型的数据严格按用户的图纸参数生成，所有的几何尺寸、应用的齿轮参数必须与客户图纸一致、且对生成的主模型依照客户图纸逐一检验。以确保其作为设计的基础正确无误。

　　2、接下来我们应用PRO/E软件进行运动仿真：目的在于通过齿轮的啮合运动分析：1、齿形是否正确;2、装配位置、侧隙是否和理。同时校验主模型的生成过程是否存在问题;我们通过对所开发的这一对锥齿轮按标准安装距装配，轴交角为90°;而后正确进行运动机构的设置，设置完成即可进行机构分析和干涉检测。

　　在检测中我们发现齿轮在啮合运动中有干涉现象。图中绿色现框中的两个红色小区域为干涉位置。由此我们可以判断主模型或装配有问题，经复检排查是由于客户提供的图纸(齿轮参数)出现一处笔误从而导致主模型不正确。输入更改后的参数，进行模拟我们看到两齿轮的啮合正常。

　　通过啮合运动的干涉检测我们全方面的验证了作为设计基础的主模型的正确性。

　　3、开模

　　依据主模型开模，在模具的型腔和冲头的设计中须考虑诸如热锻的收缩率、机加工余量等。另外根据所采用的锻造工艺设计出飞边槽、应力圈等。这种基于三维模型的开模方即简化了设计过程而且减少了设计失误。可以准确无误的将设计者的构思清晰的展示出来;有不合理之处改方便、迅速。

　　4、有限元锻造模拟：

　　将开模得到的上下模和通过计算得到的坯料导入到有限元模拟软件中。为了加快计算速度和便于观察取模具和坯料的四分之一进行模拟。设置材料信息、成型条件信息、进行网格划分、边界设置等工作完成后，计算机进行模拟计算;在模拟结果中我们发现模具的飞边槽设计不理想，不利于产品的成型。

　　将位置调整后得到产品很理想，在同样模腔充满后还有减料的空间。

　　经调整后得到产品如下：

　　达到了预期的设计要求。这样我们把以往需要现场试验的过程用有限元模拟的方式实现了。设计开发的效率提高一倍甚至几倍，节约了现场试验的成本。

　　5、出工程图：

　　在主模型的基础上创建工程图是很方便的，我们可以根据自己的需要设计个性化的模板，调取后基于主模型生成工程图，其中主模型生成的工程图作为文本文档存档，开模后的上下模形成的工程图直接用于模具毛坯的制备及加工检验需要。

　　6、生成加工程序：

　　基于上面得到的齿形模具，在UG、PRO/E等软件的加工模块中或转换到专业的加工软件中进行NC加工程序的编制，

　　7、高速切削齿形模：

　　随着模具制造业的发展，作为先进制模技术之一的高速切削技术的应用愈来愈成熟。将热处理后准备好的模具毛坯利用上面生成的数控程序在高速铣削中心粗、精加工齿形模，传统的加工方式要经过电极制作-电加工-抛光等几道工序，采用高速切削加工技术后只需一道铣削工序即可;加工时间由20-30小时变为5-8小时;表面质量几乎可达磨削状态;由于不需要手工抛光且没有重复装夹带来的累计综合误差，其形位精度得到最大限度的保证;这里我们采用油雾润滑冷却方式由压缩空气将油液雾化实现了降低成本、环保。

　　8、锻造加工

　　经过以上一系列的检测、分析、结合生产实际的有限元模拟过程，使我们得到一系列优化的数据，如果我们的操作正确、模拟中所输入的材料、模具、成型条件等信息及设置与生产实际的工况一致，那么它将为您呈现一个近乎完美的产品。

　　三、小结

　　综上所述，在我们锻造领域，三维造型技术、有限元数值模拟技术将使我们的设计、开发过程更加连贯、顺畅。直观的视图效果和强大的检测、分析功能最大限度的减少设计失误、并为设计方案的优化和决策提供了可靠的支持、减少了传统开发试验方式所带来的资金和时间的浪费。高速切削技术近几年在模具制造业异军突起，在淬硬钢模具的型腔加工中它高效、环保、节能和高精度、高表面质量的特点使其倍受青睐。他们的结合更使我们的锻造设计进入一个崭新的时代，在市场竞争异常激烈和倡导低碳、环保、节能的当今社会，这三项技术的应用将为我们的锻造行业带来新的生机，为实现绿色锻造提供强有力的技术支持。