经典硕士毕业论文5篇

本文是一篇硕士论文，硕士论文应当具有一定的理论深度和更高的学术水平，更加强调作者思想观点的独创性，以及研究成果应具备更强的实用价值和更高的科学价值。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇硕士论文，供大家参考。

 

 

第1章 绪论

 

1.1 课题的背景及研究意义

能源问题是世界共同的问题，在世界经济的不断发展过程中，消耗的化石能源也越来越多，从而能源紧张和环境污染问题也变得越来越严重。中国在改革开放以后，中国经济一直在高速地增长，在未来一段时间之内也会继续保持下去，从而消耗的能源也会更多。在我国社会能耗组成部分中，建筑能耗一直占有举足轻重的地位，约占总能耗的四分之一，并且所占的比重还在增加，成为最主要的用能领域，因此节能减排变得尤为重要。资料显示，建筑物用能当中，其中制冷、供暖及热水供应占建筑能耗的 50%左右。空调节能节电是当今社会发展的必然。在我国电力消耗结构中，空调用电增长是最迅速的，因此在一定程度上造成了用电紧张。在建筑能耗中，中央空调系统所占的比重也比较大，所以中央空调系统的节能降耗技术的要求已经迫在眉睫，它是关系到我国发展循环经济的关键问题之一。据统计，中央空调系统中，主要消耗能量的单个部件例如阀门，动力设备等的节能潜力已经被很大程度上的挖掘。以水泵为例，在现有基础上想要提升哪怕1%的水泵效率都是十分困难的事情，然而即使实现了，所产生的节能效益也非常有限。面对如此大的空调能耗，想要进一步的节省能量消耗，就必须要从系统整体的节能控制方面出发。而传统空调的节能技术和控制手段存在如下的局限与不足，并非理想状态：

（1）空调系统设计之初不可能精确估计每个空调区间的冷热负荷及新风量；

（2）空气处理设备、冷热源、风机水泵等样本数据提供的能力不会正好等于需要的数据，从而造成容量偏大；

（3）空调各种系统的划分是在设计规范的约束下，凭设计师的经验及投资方的经济能力来划分与组建的，有许多先天不足；

（4）运行之中都没能准确平衡负荷需求，使空调系统的供冷（热）量大大超过实际负荷需求；

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1.2 国内外研究现状和发展趋势

中央空调系统是一个设备较多，系统复杂的综合系统。中央空调系统的节能技术主要用来节约自然资源，保护环境，满足人们的健康、舒适的生活的。常见的节能方法如下[1]：

（1）建筑围护结构的节能。建筑围护节能主要表现在建筑的平面、朝向、窗户结构和材料、遮阳方式等方面上。围护结构是影响空调负荷最主要的因素，也是空调系统节能的基础。

（2）夜间电力的应用和移峰蓄热措施。从 60 年代的发展起来的水蓄冷技术到 80 年代开始兴起的冰蓄冷技术等，都对空调的节能起到一定的作用。其次还有建筑结构蓄热(冷)。

（3）自然能直接利用。地球的可再生能源，如太阳能、井水、河水等地下水，以及蒸发冷却技术都可以在空调系统达到节能的目的。

（4）空调节能技术的应用。20 世纪初，在空调系统中有着许多的节能技术，比如变风量技术，变水量技术，热回收技术，水蓄冷和冰蓄冷技术，空气源热泵技术等。现在许多先进的节能技术也是以此为基础发展起来的[2]~[3]。

（5）空调装置输送系统的节能。比如大温差系统，加大循环水的温差，减少水系统的流量，来减少输送能耗等。

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第 2 章 中央空调系统的设备能耗模型

 

2.1 冷水机组模型

冷水机组是中央空调系统的最常见冷源，是中央空调系统中能耗最大的设备，因此，建立准确的冷水机组模型，以及对其进行良好的节能控制是非常重要的。冷水机组在实际运行过程中，很大部分情况运行都是处于部分负荷状态，因此在研究冷水机组的性能时，先要研究机组在部分负荷下的性能以及和中央空调系统其它设备的联系，这对于挖掘中央空调系统的节能潜力是很重要的。要建立冷水机组的模型，首先要确定冷水机组性能的影响因素，而空调系统的动态负荷和冷却塔的冷却效果则直接影响冷水机组的性能。室外气象参数、室内人员密度、设备开启状态等变化都能使空调系统负荷发生变化，也对冷水机组的性能产生影响。本节对冷水机组能耗进行分析，选取与冷水机组性能有关的主要参数，分别是冷冻水温、冷却水温、冷冻水量、冷却水量和空调负荷。这些参数对冷水机组的影响都不一样，一般只有选择合适的冷冻水温度、流量，冷却水温度、流量，可以使得中央空调在运行时能耗较低。本文建立的冷水机组的数学模型为性能曲线模型，因为冷水机组的能耗原理与参数之间的关系比较复杂。而性能曲线的特点是不需要研究复杂冷水机组的原理，只需要根据历史数据进行数据拟合，性能曲线不需要进行训练且易于优化计算。本文所用冷水机组性能曲线有三条组成，分别是：制冷能力曲线；EIR 与运行状态关系曲线；EIR 与部分负荷率关系曲线[32]。

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2.2 循环水泵模型

水泵是空调水系统使用最广泛的动力设备，在中央空调系统中水泵的能耗占空调总能耗的15%左右，为中央空调系统的耗能重要组成部分之一。实际工程中，大多数空调水系统为定流量的，当空调负荷变化时，水泵的水流量一般不变，根据负荷和流量温差的关系，冷冻水或冷却水的供回水温差变小，形成“大流量小温差”的现象，造成能源的大量浪费。随着科学技术的发展和能源价格的提高，在中央空调系统中，变频水泵也逐渐多了起来，一般来说变流量系统较定流量系统在能耗方面减少很多。而且变流量系统的变流量方式和控制方法也很多，传统的控制方法的原理是保持温差不变，让负荷随流量变化而变化，使水泵能耗随着部分负荷得到相应的减少，而流量的变化在冷水机组流量容许的变化范围内。从图中可以看出，当水泵的转数一定时，要想调节水泵的流量，一般通过调节阀门的开度来调节流量，但这种调节方法不节能，水泵的功率变化很小，不能有效的减少流体的输送能耗而达到节能的目的。而变速调节改变了水泵的转数，从而改变了泵的性能曲线，减少了水泵的能耗，最终达到节能的目的。当一台水泵的转数发生变化的时候，其性能曲线也同时改变，由泵的相似原理和相似定律可知，在雷偌自模区内，不同转数下的时候，同一泵的流体流动是相似的，其性能曲线是相似的。

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第 3 章 中央空调节能原理和控制策略的研究..........31

3.1 变流量节能技术的介绍 ......... 31

3.2 冷水机组的节能 ..... 33

3.3 冷冻水系统的节能 ......... 36

3.4 冷却水系统的节能 ......... 39

3.5 风系统变流量的节能 ..... 44

3.6 中央空调系统变流量的节能 ......... 44

3.7 本章小结 ......... 45

第 4 章 中央空调系统的仿真模拟......46

4.1 Simulink 的介绍....... 46

4.2 冷水机组仿真模块 ......... 47

4.3 冷冻水系统仿真模块 ..... 49

4.4 冷却水系统仿真模块 ..... 50

4.5 风系统仿真模块 ..... 52

4.6 中央空调系统全局仿真模块 ......... 52

4.7 本章小结 ......... 55

第 5 章 中央空调的智能控制方法......56

5.1 常规 PID 控制 ......... 56

5.2 模糊 PID 控制 ......... 57

5.3 自适应模糊 PID 控制 ..... 59

5.4 本章小结 ......... 60

 

第 5 章 中央空调的智能控制方法

 

5.1 常规 PID 控制

PID 控制技术是传统的控制技术，在控制领域占有很大的位置，由于技术的原因，那些复杂的算法难用于实际工程，而 PID 算法运算效率高，存储空间小。但是 PID 控制一般适用于简单的系统，比如线性系统等。对于一个控制系统，当对象的模型确定的时候，PID 控制器是一组特定的优化参数使系统达到最佳的运行状态。中央空调系统为复杂的多变系统，而固定参数的 PID 控制器的控制结果不一定是最优的了。还有，PID 控制器由于本身的控制特性，主要调节反馈信号，对控制对象的依赖性很小。而中央空调系统非常复杂，信号有反馈信号，还有前馈信号等，导致 PID 控制器对复杂的中央空调系统的控制效果不是很理想，比如变流量空调系统等。因此，模糊控制器应运而生，国内外学者也对模糊进行了研究，但是，在中央空调系统中，如何运用好模糊 PID控制方法，也是空调系统控制技术的研究热点之一。

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结论

 

建立中央空调能耗模型的目的，就是了解系统设备的能耗的影响因素，找出比较好的控制方法，使中央空调系统运行能耗最低，本文的主要研究内容和研究成果有：

（1）运用理论分析与辨识分析相结合的方法，根据影响设备能耗的变量，以及 MATLAB 完全回归的方法，分别建立了中央空调冷水机组能耗模型，冷却水泵能耗模型，冷冻水泵能耗模型，冷却塔能耗模型，空调机组能耗模型，风机盘管能耗模型和锅炉能耗模型。并对各个模型进行了实验验证分析，求得模型系数，比如冷水机组的能耗与冷冻水出水温度、冷却水进水温度和负荷有关，冷冻水出水温度的升高以及冷却水进水温度的降低，都会使冷水机组的 COP 升高。水泵在变频情况下，水泵的能耗随流量的减少而减少。冷却塔的能耗也与流量成二次多项式的关系，在一定范围内，其能耗随流量的减少而减少。

（2）根据建立的各个设备能耗模型，和空调新技术的变流量节能的方法，提出合理的控制方法，比较各个方法的优缺点。分析了常见的几种冷水机组的调节方法，合理运用台数以及变流量的方法，使冷水机组的 COP 最大，节能的潜力达到最大。对于冷冻水系统采用温差控制，系统的流量随时跟随负荷，使冷冻水达到最大的节能。将冷却水变流量调节与冷却塔风机变频控制联合使用时冷却塔既可以保证机组的冷却水进水温度，而冷却水的变流量调节，不管是定温差控制法还是冷凝温度控制法，都可以保证冷却水的进出口温度不变，消除了冷却水系统定温差控制和冷凝温度控制法冷却水出水温度不能保证的问题，实现了水泵和风机的最大节能潜力，减少了冷却水系统的能耗。风量调节的原理就是，风量能够跟随负荷的变化而变化，从而达到节能。最后提出了中央空调系统整体节能的变流量控制方案。

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参考文献（略）

 

 

1 绪论

 

1.1 引言

齿轮是机械传动系统中的重要传动零件，同样齿轮机构也是机械传动中最主要的一类，不仅用来传递运动，而且还要传递动力[1]。与其他传动机构相比，其主要优点是：传动准确，机械效率高，寿命长，工作安全，可靠高，适用范围大[2]。随着现代生产和科技的不断发展，齿轮传动大量应用于高速、重载等复杂工况的场合，这些对齿轮的强度提出了更高的要求，而衡量强度的实际工程手段通常是通过应力应变的测量来评估强度设计的可靠性和安全性。

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1.2 课题研究的背景及意义

 

1.2.1 课题研究的背景

随着机械行业的高速发展与前进，对齿轮传动发出了极大的挑战，要求在重载和极端环境还能较为可靠地传递扭矩与运动，这样无疑就对齿轮弯曲强度提出了越来越高的要求，而在轮齿形状发生变化的齿轮过渡曲线处极易产生应力集中现象，这样势必会直接对齿轮的循环寿命和承受载荷能力有着很大的影响。针对车辆传动齿轮设计与测试存在的可靠性不足的问题，开展齿轮分析与测试一体化研究是很有必要的，也对了解轮齿应力与变形的分布特点和变化规律具有重要的作用。在实际工程应用中，齿轮的工况相对比较复杂交错，齿轮的工作环境也比较糟糕，在以上种种条件下，各种失效会频繁出现在齿轮上，而齿轮的失效形式不是单一的，一般分为轮齿折断、工作齿面磨损、胶合和点蚀等。许多实践检验证明，轮齿折断是最主要破坏失效形式之一。这是因为轮齿在受到载荷时，齿轮最大弯曲应力通常出现在齿根处，当轮齿受到载荷循环作用之后，会有微小裂纹在齿根处逐渐产生并慢慢扩大，最终导致轮齿疲劳折断[3]。

 

1.2.2 课题研究的意义

随着机械工业的不断腾飞，对齿轮传动有着越来越高的要求以满足重量轻、寿命长和性能高的要求。而且随着市场竞争压力日益增大，这就要求企业能高效率地提供高质量的产品。随着计算机的飞速发展，计算机技术与实验相结合的方式是一种必然的趋势，这样可以减少不必要的实验环节，可以大大降低研发成本，缩短产品从研发到生产的周期，大大地提高工作效率，这对工业实际生产有着重大的指导意义。应用有限元理论与技术对齿轮进行分析与计算已经成为齿轮设计与评价的非常重要根据。由于结构仿真具有成本低和精度高的特点，现在正成为齿轮强度和测量方向研究的热点，一直有大量的学者在做这方面的研究，并取得了不少的成果。在设计开始之初，技术人员运用有限元技术进行优化设计，这一过程将极大缩短了研制周期，同时还可以降低生产成本，同时也避免了使用昂贵的产品余量设计，这种理念被广泛应用于航空、航天、车辆、仪器仪表、航海等机械工程领域。

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2 基于嵌入模式的齿轮结构设计

 

2.1 齿轮参数化建模

UG 是当今世界最先进的 CAD/CAE/CAM 软件，在机械设计应用中有着重要地位，它采用了模块方式，可以分别进行零件制作、装配设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。UG 直接采用统一的数据库、矢量化和关联性处理等技术，大大节省了零件设计时间，从而提高了工作效率。其内容涵盖了产品从设计、动态模拟与仿真到生产加工成形的全过程,功能完备强大，应用范围涉及汽车、数控加工、电子等诸多领域，是现今主流三维实体造型软件之一。利用UG软件的公式编辑器输入渐开线方程表达式及参数（如图2.2所示），并生成其中一条渐开线（如图2.3所示）；然后通过镜像复制生成另外一条对称的渐开线；最后，画出齿顶圆、齿根圆以及齿根圆角等曲线，通过连接直线、修剪、拉伸功能生成单个轮齿和全齿，如图2.4的（a）和（b）所示，为接下网格划分以及有限元计算提供三维实体模型。

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2.2 基于渐开线齿轮的嵌入方式与参数

本文主要在齿根处或附近采用开槽和开孔的方式嵌入传感器，完成基于渐开线齿轮的嵌入式测量，然而嵌入的尺寸和参数要根据后续强度分析得出的最优化结果来确定，但是开槽或打孔的具体尺寸还需要根据实验条件来确定，孔或槽开的越小越好，但是太小给嵌入传感器带来极大的困难，所以后续工作就是通过有限元分析及实验验证将影响控制在允许的范围内。开槽嵌入方式是指用直径较小的铣刀铣出方槽，在槽内布置一定的测点，而打孔嵌入方式是指用钻头钻出小孔，然后铣平孔底，在将传感器嵌入其中。根据下文介绍的实验设备以及可以获得的传感器，大致将嵌入轴向尺寸在 0～5mm范围内，嵌入深度为 0～5mm，具体见第 5 章 5.3 节。2.3 嵌入模式的齿轮数字装配与运动仿真本文中为了保证分析齿轮应力的可靠，采用准确模拟齿轮真实的运动状态，根据齿轮副的啮合装配关系将齿轮装配并进行运动仿真，验证了所建齿轮模型的准确性，为后续强度分析奠定了基础。在齿轮啮合传动的过程中渐开线作为齿轮的齿廓能够保证定传动比传动，并且齿廓之间的正压力方向不变，同时渐开线齿轮传动具有可分性，所以渐开线齿轮在机械工程中被广泛的使用。而齿轮参数化可以显著提高不同齿轮运动与结构分析的效率。

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3 不同模式的齿轮强度有限元分析 ......... 14

3.1 嵌入模式的齿轮弯曲强度分析 ......... 14

3.2 嵌入模式的齿轮接触分析 .......... 24

3.2.1 开槽对齿轮强度的影响 .......... 26

3.2.2 开孔对齿轮强度的影响 .......... 27

3.3 本章小结.......... 28

4 基于神经网络的齿轮弯曲应力预测 ..... 30

4.1 神经网络理论概述........ 30

4.2 MATLAB 与神经网络.... 31

4.3 神经网络在嵌入模式的齿轮弯曲应力测量中的应用 ........ 32

4.4 本章小结.......... 35

5 基于有限元结果的传感器嵌入测量实验 .... 37

5.1 弯曲应力测量方法的选择 .......... 37

5.2 传感器的选择......... 38

5.3 齿轮嵌入测量实验........ 40

5.4 本章小结.......... 43

 

5 基于有限元结果的传感器嵌入测量实验

 

5.1 弯曲应力测量方法的选择

电测法有电阻、电容、电感等多种应变测量方法。其中以电阻应变片工程应用最广。电阻应变测量方法是用电阻应变片测定被测体表面的应变，再根据应变—应力关系换算确定被测体表面的应力大小。该方法可用来测量试件表面的应变，它有较高的灵敏度和准确的测量精度。它可以用于现场测定和模拟测定，现场测定是完全在实际生产情况下测量，数据完全反映了构件应力分布的实际情况和规律。由于电阻应变片具有体积小、质量轻、价格便宜等优点，因此电阻应变测量方法已成为应用最为广泛的一种方法。该法的主要缺点是：一片应变片只能测量一个测点在一个方向的应变，不能实现全域性的测量。机械测量法[4]该方法是利用引伸计测定被测件的变形，得到在载荷作用下的应变大小。由于变形都较小，要经过放大后才能指示。常用的放大机构有杠杆和齿轮 2 种，前者称为杠杆引伸计，后者称为表式引伸计，该 2 种引伸计统称为机械式引伸计。由于机械式引伸计体积大、质量较大、使用不方便，所以已逐步被其他方法所取代。迄今为止，在具有计算机辅助测试功能的试验机上，已广泛使用电阻应变式引伸计，测力系统也已全部使用电阻应变式传感器，使测试过程智能化、自动化。

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结论

 

本论文采用在齿轮上开槽或打孔嵌入微传感器模块的方式实现应力测量，首先，确定建立不同嵌入模式的齿轮三维实体模型所需要的参数，基于 UG 软件对齿轮进行参数化建模并进行装配以及运动仿真，验证所建的齿轮的准确性，运用 ANSYS 软件对不同模式下的齿轮模型进行有限元分析，获取齿轮的应力分布以及最大应力，得到开槽、开孔对齿轮强度影响的变化规律，从而确定最优的结果，这为齿轮的结构设计提供了依据。然后基于 MATLAB 采用神经网络预测齿轮弯曲应力并进行训练，寻找输入量与输出量之间的非线性关系。最后，通过对齿轮进行嵌入测量实验，得出应力测量结果，再结合有限元结果，验证有限元仿真和预测仿真的正确性，为齿轮强度实际评估提供了一定的参考价值。经理论分析和实验验证，得出以下结论：

（1）三维软件所建的齿轮装配后的运行状态满足要求。

（2）开孔或开槽都改变了齿轮的应力分布，并且开孔或开槽处不同程度地出现了应力集中，不论开孔还是开槽，深度对其强度影响都较大。

（3）相同载荷下，孔径不变，齿根最大弯曲应力随着孔深尺寸变大呈递增趋势，而且变化较大，在一定程度上，说明孔深对齿根弯曲应力影响较大；相同载荷下，孔深不变，齿根最大弯曲应力随着孔径尺寸变大呈递增趋势，但变化相对平缓。当孔深达到2 mm 时，再加大孔深，其应力变化不太大，为了将齿轮的嵌入操作对其最大弯曲应力降低到较小且破坏最小的范围内，在实验阶段选用最优嵌入尺寸进行实验验证，所以选孔深为 2 mm；而孔径对弯曲应力影响相对较小，考虑到孔径越小贴片困难的因素，综合这两点孔径选较大的值，最终选孔径为 5 mm 进行实验验证。

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参考文献（略）

 

 

第 1 章 绪论

 

1.1 研究背景及意义

随着时代的发展，车辆传动系统正朝着“高功率密度、智能化、模块化”方向发展，对传动系统中关键结构件提出了功能高度集成、结构复杂、性能指标高的要求，这不仅对材料、结构等提出了更高的要求，对工艺设计也提出了严峻的挑战。因此，影响关键件加工精度的工艺因素越来越受到重视，特别是影响高精度弱刚度结构件加工变形的残余应力因素逐渐突出。在车辆传动系统中，弱刚度零件占有相当大的比例，如行星架、齿圈、外轮毂等。这些零件因空间约束和工作使命的特殊要求，结构上采用薄壁设计，且加工精度要求高，属于高精度弱刚度结构件，其共同特点是刚度弱，在切削加工中，工件受残余应力、振动、装夹方式等因素影响，易变形，影响加工精度和加工效率。其中外轮毂壁厚相对于直径比大于 30，结合面大，加工完成后直径为φ499，壁厚仅为 3.5mm，而且此处精度要求高，上偏差为 0.022，粗糙度要求为 1.6，属于典型的高精度弱刚度结构件。图 1.1 为外轮毂止口处切削加工前后的尺寸，切削前壁厚为 9mm，切削加工完成后壁厚为 3.5mm，切削去除量为 5.5mm，去除量占壁厚的 61%，切削加工过程中产生的残余应力对其变形影响较大。切削加工过程中多种因素会对弱刚度结构件的加工尺寸精度产生影响，比如残余应力、切削力和切削热等。在去除量大而且壁厚薄的情况下，切削过程中热—力耦合作用下产生的残余应力的释放对尺寸精度的影响更为明显。对切削加工过程中残余应力的分布规律进行研究，为工艺设计提供指导，从控制加工残余应力分布角度实现主动控制加工变形具有重要意义。

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1.2 残余应力对加工变形影响研究现状

残余应力对构件变形的影响主要包括两个方面：一是零件抵抗动静载荷的变形能力；二是载荷卸载后变形的恢复能力[1]。在切削加工的过程中，随着被切削材料的去除，切削层中的残余应力被逐渐释放，零件自身的刚度也发生了变化，原始的自平衡状态被破坏，零件只有通过变形来达到新的平衡状态，这是残余应力对切削加工变形影响的基本机理[2]。Henriksen[3]是最早研究切削加工残余应力的人之一，他利用直角切削实验证明了残余应力是由机械因素和切削热导致的，但机械因素的影响是可控制的。1995 年，Shin[4]在推导了轧制钢板加工过程中残余应力的分布与工件变形曲率的函数关系，并利用有限元和实验方法研究了切削加工过程中残余应力的重新分布和对加工变形的影响，指出存在最合适的切削去除率使残余应力导致的加工变形最小。之后，唐志涛[5]在此基础上，又研究了单独引入切削加工产生的残余拉压应力和剪切应力对加工变形的影响。董辉跃[6]利用有限元模拟了单向初始残余应力和双向初始残余应力对加工变形的影响，得出两者对加工变形的影响有很大不同，但剩余残余应力的中性面的位置十分相似。王立涛[7]对存在初始残余应力的毛坯工件分别进行粗加工到半精加工及在粗加工后安排去应力加工工序两种工艺规划的加工有限元仿真，得到零件在两种工序安排情况下的残余应力分布和加工变形，结果表明安排去应力加工工序可以减小残余应力引起的加工变形。韩丽丽[2]对工件单独由初始残余应力引起的加工变形及初始残余应力和加工残余应力耦合引起的加工变形进行了仿真对比，分析得到两种情况下的工件的加工变形基本相同。浙江大学的黄志刚[8]按照“力平衡，力矩平衡”的原则求出各层对应的平均应力，然后在有限元软件 ABAQUS 中将应力施加到各层上，通过建立的切削加工有限元模型分析了初始残余应力和框体类零件加工顺序对加工变形的影响。王兆峻[9]用 MSC.Marc 有限元软件仿真分析了铝合金预拉伸板材料去除过程中的加工变形，指出残余应力的释放与重分布是薄壁零件加工变形的主要原因。

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第 2 章 加工残余应力的预测模型

 

2.1 残余应力的产生机理

从图中可以看出，已加工表面成形前受到刀尖的挤压，发生 Δa 的变形，工件材料发生压缩的塑性变形，刀具后刀面与已加工表面发生挤压和摩擦作用，工件材料继续发生拉伸塑性变形，刀具经过以后，已加工表面和理想加工表面之间的距离为 Δh。切削加工完成后，工件内部材料发生弹性变形，工件表层材料发生的塑性变形不可恢复，这是机械作用导致的不均匀变形产生的残余应力。切削加工过程中除了刀具的机械作用，工件材料的塑性变形和刀具与工件的摩擦作用在工件表面产生较高的温度，而里层的温度较低，形成的不均匀温度场会导致热应力的产生。当热应力超过了材料的屈服极限，工件表层材料发生塑性变形，内部材料的弹性变形恢复，就产生了残余应力。在切削过程中，切削力载荷和切削热载荷对工件的影响是一个相互耦合的过程，切削力载荷增大会通过塑性变形和摩擦产生更多的切削热，切削热会导致工件温度升高产生材料软化效应，同样切削条件下又会降低切削力载荷，在它们的共同作用下材料发生了不均匀的热—弹塑性变形，产生了残余应力，其过程如图 2.2 所示。

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2.2 材料本构模型

切削过程是材料发生高应变、高应变率、高温度的过程，在这个过程中材料产生热软化和应变率强化两种效应，切削残余应力的分布与材料的这两种行为密切相关，因此，建立材料的本构模型来描述材料变形过程中的动态力学性能至关重要。当前常用的塑性材料本构模型有：Bodner-Paton、Follansbee-Kocks、Johnson-Cook、Zerrilli-Armstrong 等模型，而只有 Johnson-Cook 模型描述材料高应变速率下热粘塑性变形行为。Johnson—Cook 模型[41]能够反映材料在高应变速率下表现出的应变强化、应变速率硬化和热软化效应，采用滑移线场理论建立切削力模型。滑移线场理论可以较好的描述剪切区切屑的流动状态，可以同时满足应力平衡和切屑流动的速度要求[42]，能为研究切削参数和残余应力之间的关系服务。1951 年 Lee EH 和 Shaffer B W[43]将滑移线场理论应用到切削加工研究中，求解出了切削加工过程中的切削力等参数。之后很多学者对滑移线场理论模型进行了研究，但都没有考虑到切削过程的大变形、高应变率等特点，直到 Oxley提出切削过程的平行直边剪切带模型[44]，如图 2.4 所示。在此模型中，切屑在与前刀面的接触面上所受到的力为滑动摩擦力 F 和压力 N、剪切区受到的力为剪切力 FS和压力 FN、工件在与刀具的接触面上所受到的力为摩擦力 FC和压力 FT。

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第 3 章 外轮毂加工残余应力的仿真分析......23

3.1 有限元仿真分析步骤 .... 23

3.1.1 有限元分析步骤 ........ 23

3.1.2 热—弹塑性有限元控制方程 ......... 24

3.2 有限元仿真模型建立 .... 26

3.3 正交切削加工残余应力的模拟结果分析 ....... 34

3.3.1 不同切削深度对残余应力的影响 ........ 35

3.3.2 不同切削速度对残余应力的影响 ........ 35

3.4 本章总结 .......... 36

第 4 章 外轮毂加工残余应力实验....37

4.1 切削加工实验 ......... 37

4.2 残余应力测量 ......... 38

4.3 残余应力实验结果分析 ....... 40

4.4 本章总结 .......... 43

第 5 章 残余应力对外轮毂加工变形的影响.........45

5.1 有限元模型的建立 ........ 45

5.2 残余应力的仿真结果与实验对比 ..... 48

5.3 加工变形的仿真结果分析 .......... 49

5.4 切削参数的优选 ...... 52

5.5 本章总结 .......... 54

 

第 5 章 残余应力对外轮毂加工变形的影响

 

5.1 有限元模型的建立

本章主要研究残余应力释放对加工变形的影响，考虑到外轮毂的整体尺寸相对于待加工的止口部分来说太大，而且切削加工产生的残余应力只存在于距已加工表面1mm 内。因此，要研究残余应力对止口部分加工变形的影响，需要对模型进行适当的简化，选取外轮毂的六分之一进行建模，这样既能真实的反映切削加工过程，又能提高有限元仿真的效率。刀具的几何模型则完全按照实际加工过程需要的刀具几何角度进行建模，外轮毂止口部分切削加工采用的是 90°主偏刀，刀具前角为 11°，后角为 2°。外轮毂的网格划分采用几何分解和节点连接两种方法。首先对外轮毂进行合理几何分解，使其能够用结构型网格进行离散。然后，对每一部分布置节点，对于需要详细研究的加工部位进行加密，对于不重要的部位可以布置的相对稀疏。考虑到切削加工过程是一个热力耦合的过程，单元类型选择选择 C3D8RT。由于忽略刀具对加工变形的影响，刀具的网格划分相对简单，采用四面体单元 C3D4T 对其进行网格划分。外轮毂和刀具的几何和网格模型如图 5.1 所示。

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结论

 

本文采用理论分析、有限元仿真和试验方法，研究了切削加工参数对外轮毂残余应力的影响规律，以及残余应力释放对外轮毂加工变形的影响，主要研究成果如下：

1）建立了残余应力预测模型。首先，根据切削加工过程中材料发生高应变、高应变率和高温的特点，采用实验方法建立了外轮毂材料 ZG32MnMo 的 Johnson-Cook流动应力模型，以描述切削加工过程中材料的应力应变关系。然后以此模型为基础，建立了切削加工过程的残余应力预测模型；

2）仿真分析了不同加工参数下外轮毂的残余应力分布。通过建立正交切削加工的有限元模型，用不同切削加工参数进行了切削加工仿真，得到了切削速度方向的残余应力沿工件深度方向的分布，分析得到了不同切削参数对残余应力的影响规律；

3）实验验证了外轮毂残余应力的分布及其与切削参数之间的关系。用不同切削加工参数对外轮毂的棒料毛坯进行切削加工，采用超声波残余应力测量仪对加工表面的残余应力进行了测量，得到了残余应力沿深度方向上的分布，分析了不同加工参数对残余应力的影响规律；

4）仿真分析了残余应力对外轮毂变形的影响。通过建立外轮毂止口部分的切削加工有限元模型，分析了不同切削参数情况下产生的残余应力在释放过程中对外轮毂加工变形的影响。根据此规律对切削加工外轮毂止口的切削参数进行了优化选择。

…………

参考文献（略）

 

 

第 1 章 绪论

 

1.1 研究背景

工业革命以来，制造企业竞争的焦点不断地在转移，从早期降低生产成本和劳动力的竞争，到 20 世纪 70 年代产品质量的竞争，再到 90 年代直至现在对市场响应速度的竞争。在 21 世纪，发展经济成为世界各国竞争的焦点以及社会发展的主要驱动力[1]。随着客户需求的日益个性化、多样化以及市场竞争的加剧，迫使产品向多品种变批量、短生命周期方向演进[2]。而制造系统由面向产品的生产转向面向客户的生产，由卖方市场转向买方市场，如何快速地响应市场的需求成为世界经济发展关注的焦点问题[3]。现代制造业中存在着两种主要典型的制造系统类型，其中一种是大规模专用制造系统（Dedicated Manufacturing System，DMS），另外一种是柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）。DMS 主要用于单一或少品种大批量的生产，单件生产成本低，生产效率高，但是该种制造系统几乎没有柔性，而 FMS 主要用于多品种、中小批量生产的制造系统，它的生产柔性大，初期投资成本及单件生产成本高，且生产率低下，系统的投资分布在系统的整个生命周期内，这类系统的投资风险比 DMS低[4]。制造企业为保持市场竞争力，他们应该具有能快速响应市场各种需求的能力，这些能力主要包括：1）能够响应生产需求的变批量生产能力；2）能够响应生产需求的可变生产功能；3）能够支持产品的新技术升级。传统的制造系统，包括 DMS 和 FMS显然都不能同时具备以上几种特性，而将 DMS 的高生产能力特性和 FMS 的高生产柔性结合起来的新型制造系统是我们迫切需要的，RMS 就是在这种背景下产生的[5]。1996 年首先由美国密歇根大学工程研究中心的 Koren 教授在美国国家科学基金会以及 25 家公司的资助下开展了相关研究，并在同年提出了 RMS 的概念，主要解决现代制造系统中的 3 个问题，即生产效率和生产柔性之间的矛盾、缩短制造系统构建周期并迅速满足需要的产量和质量、最大限度地利用现有资源重构制造系统。RMS 概念的提出引起了学术界、工业界及政府部门相关人士的高度重视，其中美国国家研究委员会在《2020 年制造挑战的设想》报告中将可重构制造技术列为应对未来制造业 6大挑战的 10 大关键技术之首[6]。

………

 

1.2 国内外研究现状及存在问题

国外从 20 世纪 90 年代中期开展了有关 RMS 的研究，而我国从 1997 年起在国家自然科学基金和 863 计划基金等资助下对 RMS 的理论及方法进行了研究，取得了初步成功的应用[9]。也有一些学者将合弄的概念应用到制造系统的重构中，在理论研究方面取得了一些进展[10-14]。但是目前并没有形成关于 RMS 的完整清晰理论体系，相关理论和技术有待进一步研究。上文提到 RMS 的概念最早由美国密歇根大学的 Koren 教授提出，他在 1999 年国际生产工程研究学会年会上将 RMS 正式定义为：是为了响应客户或市场需求的变化，调整一个工件族内的生产能力和功能，为快速改变结构以及硬、软构件而设计的一种制造系统[7]，Koren 教授在定义中将加工对象限定在按成组分类的工件族内，强调了重构是为响应市场或客户需求的行为，即是由生产能力和生产功能的变化驱动的，同时要求使用可重构机床（Reconfigurable Machine Tool，RMT）进行重构。Koren 教授等[15]对 RMS 的研究可以分为三级：系统级重构（如图 1.1 所示[16]）；设备级重构（如图 1.2 所示[17]）；装夹和校准级重构。

……….

 

第 2 章 可重构制造系统理论研究

 

2.1 引言

可重构制造系统的理论和相关技术是进行 RMS 方法研究的基础，本章研究了RMS 的定义、特征和使能技术，对制造系统重构性的层次性进行了分析，并将 RMS与一些先进制造系统和传统制造系统进行比较，揭示了 RMS 的优越性，并阐述了制造系统重构的多尺度问题。

…….

 

2.2 可重构制造系统

制造系统可重构性的层次性决定了可给出具有不同内涵和外延的可重构制造系统定义。其中，在加工作业层，可重构制造系统是由调度控制软件及可重构设备等组成的可重构加工系统，可重构加工系统构成狭义 RMS；在企业层，RMS 是一种包括物流系统、产品、企业组织、控制系统重构、过程及加工系统等多方面的广义制造系统；在企业层以外，可重构制造系统是基于敏捷制造和计算机广域网络的快速响应制造系统。以上所有不同的 RMS 有相同的英文缩写，但内涵和范围却是不同的。目前学术界并没有准确的 RMS 定义，比较典型的两种定义如下。第一种是由 Koren 教授[7]在 1999 年在国际生产工程研究学会的年会上提出来的：可重构制造系统是为响应市场或客户需求的突然变化，迅速调整工件族内的生产能力和生产功能，首先为快速改变结构以及硬、软构件而设计的制造系统。第二种是罗振璧等[34]在 2000 年提出了新的 RMS 的定义：一种能按市场需求变化和系统规划与设计的规定，以重排（重新组态）、重复利用和更新系统组态或子系统的方式，实现低的重组成本，短的设计建造时间和斜升时间，高的质量和投资效益，快速调整制造过程、制造功能和制造生产能力的可变制造系统。这一定义将加工对象扩展到系统规划与设计的范围内，强调由生产过程、能力和功能的变化来驱动，并且将重构的层次由设备级扩展到系统级。“重构”与“重组”在英文中同属一词 Reconfiguration，目前学术界容易将这两词及相关词汇混用，如“可重构机床”与“可重组机床”，“可重构制造系统”与“可重组制造系统”等名称并不统一。

………..

 

第 3 章 基于遗传算法的机床加工功能均衡分布设计.......... 24

3.1 引言 ....... 24

3.2 机床加工功能分类 .... 24

3.3 面向加工功能的均衡分布的数学模型 ....... 25

3.4 基于遗传算法的加工功能均衡分布 .... 28 

3.5 实验结果和分析 ........ 313.6 ...... 35

第 4 章 面向加工功能均衡分布的 RMS 构形优化研究........ 36

4.1 引言 ....... 36

4.2 问题描述与数学模型 ....... 36

4.2.1 问题描述 ....... 36

4.2.2 数学模型 ....... 38

4.3 基于多指标的工件族生成方法 ..... 39

4.4 基于加工功能的改进禁忌搜索算法 .... 41

4.5 实验结果与分析 ........ 474.6 ...... 54

第 5 章 基于小波分析的重构时间与尺度的预测.... 55

5.1 引言 ....... 55

5.2 RMS 的多尺度构形预测问题......... 55

5.3 RMS 构形的动态性能指标...... 56

5.4 RMS 小波分析及预测模型构建..... 57 

5.5 实验分析 ...... 61

5.6 本章小结 ...... 65

 

第 5 章 基于小波分析的重构时间与尺度的预测

 

5.1 引言

在可重构制造系统的运行周期中，需要不断地对系统进行重构以适应市场需求的变化，这种重构可能是宏观尺度的车间级的重构，也有可能是微观尺度的机床级的重构，如何选择重构的尺度，以及在什么时间点对制造系统进行重构，是一个比较难以抉择的问题，而这两个问题关系到企业能否快速的改变生产功能和生产能力，以及最大限度地节约资源，所以解决这两个问题显得非常重要。可重构制造系统在重构粒度上表现出多尺度特征，为了辅助制造企业科学地对重构尺度进行选择，提出将可重构制造系统的性能解析为信号并用信号技术进行处理的方法。首先给出了可重构制造系统的构形性能的表达方法，然后采用小波分析的方法对该构形性能信号进行分解和重构，分别得到在车间层、单元层和机床层的构形性能信号。然后采用自回归预测模型方法对未来 RMS 在三个尺度上构形变化趋势进行预测，采用 AIC 准则确定模型的阶数，然后根据建立的模型计算出参数，由模型的递推预测公式可以得到未来一段时间内 RMS 在各个尺度上构形变化趋势，根据性能改善点判断未来需要进行的重构尺度和重构时间点。

……..

 

结论

 

制造系统可重构技术能够有效地提高企业响应速度并实现可持续发展。随着全球市场越来越不可预测，客户对产品的需求越来越个性化、多样化，而产品的品种也在不断地增加，制造企业正面临着市场变幻莫测、全球市场竞争不断增强等一系列问题。为了应对快速变化的市场需求，企业不仅需要快速设计出新产品，还需要根据新产品的特性动态调整制造系统。因此，如果合理地、科学地设计制造系统，使制造系统具有较高的柔性和动态调整的能力，以快速响应市场的需求，成为制造业亟需解决的问题。本文围绕可重构制造构形优化设计的角度出发，对可重构制造系统的理论技术、基于遗传算法的机床加工功能均衡分布、面向加工功能均衡分布的制造系统构形优化、可重构制造系统多尺度构形重构时间及重构尺度决策等方面进行了系统深入的研究和实践。论文的主要研究工作和结论总结如下：

1、总结了国内外可重构制造系统的研究现状，并结合本课题的研究背景对 RMS构形、单元化制造等方面进行了详细的分析研究，在此基础上指出当前 RMS 存在的一些问题，并将其作为本论文研究的依据。

2、总结目前 RMS 研究成果，阐述 RMS 的相关概念和具体内涵，并对 RMS 的定义、特征及实现的使能技术进行了全面的分析和总结。将 RMS 与先进制造系统和传统制造系统进行比较，揭示了 RMS 与先进制造系统的一些共性，并指出了 RMS 在匹配制造企业发展上面的优越性。对制造系统构形重构的尺度进行了深入的分析研究。

…………

参考文献（略）

 

1 绪论

 

1.1 冷锻技术的概况

目前，冷锻已经成为一门成熟的独立学科，其中冷锻模具学又是冷锻技术的核心技术。冷锻加工是由三个要素构造的，即材料、模具和设备。研究冷锻学也须从这三个方向入手。目前冷锻技术在加工行业，应用广泛，大多应用在汽车、机械、仪表、军工、船舶等行业，辅之以机加工工序，使得生产效率大大提高的同时，成本也大幅降低。其有以下优点：

（1）工艺流程简单，设备投资少。

（2）冷锻制品综合质量高，挤压变形可以改善金属材料组织，提高其力学性能。

（3）产品范围广。挤压加工不仅可以生产断面形状简单的零件，如管、棒及线材，而且可以生产断面形状非常复杂的零件、深孔薄壁件及实心零件和型材，在长度方向变化的变断面型材。挤压制品尺寸范围也很广，从断而外接直径达 500-1000mm 的超大型制品到断面极小的精密零件。

（4）生产灵活。该技术生产灵活性大，在同一台设备上只要更换相应的模具，即可生产出，不同尺寸，不同形状，不同类型的产品，并且更换模具简单，快速。

（5）提高金属变形能力。金属在挤压过程中，由于受到三向压应力，可以发挥其塑性性能，获得较大的变形量。比如铜在冷锻时的挤压比可达到 400，刚在冷锻时的挤压比在 40~50，而纯铝在冷锻时的挤压比则可达到 500。

（6）降低成本。由于冷锻是一种无切削加工工艺，生产高效的同时，可减少线材的损耗，使材料利用最大化。另外无切削工艺，也使得生产环境整洁度大大改善，更有利于工厂 3 定 5S 的实行。

…………

 

1.2 冷锻机发展概况

冷锻机是以冷墩为主专门用来批量生产螺母螺栓等紧固件的专用设备，世界上最早的冷锻机源自于德国.当时开发冷锻机的目的主要是为了二次大战时大量制造子弹壳。现代的冷锻机已经由过去的简单两工位增加至多工位目前国内较新的品种有 5 模 6模 6 模加长型冷锻机。有如下发展特点：

（1）曲轴与机体、冲击连杆的连接均采用高耐磨合金铜瓦连接，承载力大，使用寿命长，维修成本低。

（2）机体采用添加合金的球铁 500 铸造而成，抗拉强度高，耐磨性好。

（3）采用二级齿轮传动系统，传动效率高，传动力矩大。

（4）配备气动离合刹车器，降低电机功率能耗。

（5）切料系统采用导板驱动切刀杆，导板往复运动，切断力直线传送，力大稳定且动态平衡性好。

（6）挟钳系统可以 180 度翻转或平移。利于成型工艺安排。

（7）配备变频调速装置，可在一定范围内无极调速。

（8）配备故障检出器及安全保护装置，设备故障时自动停机，给予设备和工模具最大保护。

（9）送料箱安装止推装置，提高送料精度。

冷锻机发展历史悠久，在二战时期已用于武器的制造，起初只是进行镦粗，类似于螺钉打头的工序，目前国内基本还是这样的现状，大多工厂的工艺只是停留在实心杆件的镦粗加工。冷精锻工艺的生产率比切削加工要高几倍到几十倍，材料利用率达70%-80%。冷精锻件尺寸精度高、表面质量好、机械性能好，这是热锻所无法比拟的。国外已较普遍采用冷精锻工艺生产低碳钢、中碳钢和合金钢零件，重量由几克到 5 千多克。冷精锻件的形状多种多样，如齿轮、齿条、同步齿圈、花键轴等。采用冷精锻工艺成形小模数行星伞齿轮的技术也日趋成熟。

………..

 

2 冷锻工艺与传动螺母工艺分析

 

2.1 冷锻加工的各基本工序

冷挤压是通过设备施给的动力，轴向压缩金属胚料，使之从冲头或凹模的型腔孔或构成的间隙中挤出成形的一种冷锻加工方法[45]。现今在冷锻领域中对冷挤压的研究最为活跃，所取得的成果也是最多的，且冷挤压是冷锻的基础，其成形原理与受力等分析同样适用于别的类型的冷锻工艺，故为重点介绍。其可分为如下几种类型。正挤压：金属被模具挤出的方向与加压方向相同。如图 2.1（a）所示为正挤压件的情况，将胚料放入与外孔尺寸相当的凹模当中，通过凸模挤压，其挤压力是金属进入塑性变形状态，其从凹模小孔流出，根据模具型腔形状产生变化，从而制定出相应尺寸的零件，其可以加工出实心件，也可以如图 2.1（b）加工出空心件。反挤压：反挤压时金属流动方向与凸模方向相反，如图 2.2（a）所示，反挤压工艺可以制造出各种断面杯形件。复合挤压：一部分金属的挤出方向与加压方向相同，另一部分的金属挤出方向与加压方向相反，是正挤压与反挤压的复合成形，如图 2.2（b）所示。复合挤压可以制造出双坯式零件、杯-杆类零件、杆-杆类零件以及通孔件。本文所研究的零件的通孔成形部分，是利用复合成形工艺的一种体现。

………

 

2.2 EPB 传动螺母的冷锻工艺设计

如图 2.4（a）（b）所示为零件的二维图，是一个长 42.45mm，上下偏差 0.45mm，带有齿状头部，齿厚 3.6mm，周长为 32.1mm，上下偏差 0.15mm，头部带有功能斜面，作为施力面，其角度为 75o的传动螺母，该零件传动螺纹部分，在小孔部分，冷成型小孔深 12.7mm，直径为 7.6mm，上下偏差 0.1mm，台阶大孔，纵深 25.15mm，直径为 11mm的传动件。传动螺母工艺分析该零件采用 ML35B 调质冷镦钢，具有良好的韧性和强度配合，强度高于 ML25 与ML30 钢，主要用于制作丝杠、拉杆、螺钉、螺母等，以及承受较大载荷的紧固件。零件加工工序主要为：冷成形—机加工—热处理—研磨。其中原材料选择方面，主要考虑冷成形时零件的塑性变形能力，因零件形状复杂，变形程度较大，故选择韧性与强度配合良好的 ML35B 调质钢。传动螺母的成形工艺设计为六步完成：镦粗毛坯—反挤压大孔—反挤压小孔—冲底—正挤压头部—最终成形。各工位尺寸，通过各成形原则，检验变形程度和挤压力，并参考以往经验值得出初步尺寸。成形工艺部分因工位较多，书写量过大，故取具有代表性的五、六工位作计算详细分析，其余工位仅作原理分析。

……….

 

3 金属成形有限元理论基础....... 24

3.1 刚塑性有限元法..... 24

3.2 刚塑性有限元基本方程....... 24 

3.3 刚塑性有限元法的变分原理...... 26

3.4 金属塑性成形数值模拟软件简介..... 30

3.5 本章小结.......... 31

4 传动螺母成形仿真分析.... 33

4.1 成形方案探究......... 33

4.2 有限元仿真模型的建立....... 35

4.3 成形效果分析......... 38

4.4 各参数对挤压力结果的影响...... 43

4.5 本章小结.......... 47

5 冷锻成形模具设计..... 48

5.1 凸模设计.......... 48

5.2 凹模设计.......... 48

5.3 凹模的应力分析..... 49

5.4. 整体式凹模的有限元分析......... 53 

5.5 组合式凹模的有限元分析.......... 57

5.6 总模具结构...... 60

5.7 本章小结.......... 62

 

5 冷锻成形模具设计

 

5.1 凸模设计

空心件正挤压凸模在作业时，用于较软材质可使用一体式模具，但往往成形零件时采用组合式凸模加工，组成部分为凸模本体和芯棒。这种组合可以避免在成形过程中，应力集中问题。在金属的成形过程，芯棒直接作用于材料成形，所受的挤压力和拉力易于使其被拉断，在挤压件允许的条件下可以略微增加芯棒的锥度，但在此应用情况下，我们的产品内孔为圆柱孔，不可采用此方式。芯棒在挤压空心件时一般不作工作部件，在传动螺母芯棒作为重要的成形部件，其设计重要不言而喻。我们在设计时，采用凸模本体和芯棒单独工作的形式，根据零件的尺寸特征，使得两部分异步成形，在凸模本体先行一段后，芯棒再随时同时作用于坯料。凹模在冷锻成形工艺中，与凸模为互补作用，两部分共同完成冷锻成形的工艺。在成形工艺中，凸模担当活动挤压模具，通过将坯料挤入到固定形状的凹模中，施加挤压力使得金属按照凹模的尺寸规格流动，成形为符合要求的零件。在挤压过程中，凹模将承受所有用于成形件的附加力，其处于静态高压、强烈冲击和较大的摩擦作用下，其工作环境是一个复杂的多应力环境，凹模的合理设计对于模具寿命，产品质量保证具有重要意义，我们以凹模为例对模具设计进行探究。

………

 

结论

 

本文针对汽车电子驻车系统中的传动螺母工艺加以改进，考虑此为新型汽车零配件，生产工艺尚在初步阶段，遂根据实际生产企业的制作情况加以改进。针对这一新项目的生产，目前加工模式为冷锻为辅机加工为主。而机加工多废料，易损刀的工艺特点并不适合如此大批量的生产，且此产品精度要求并不高。故尝试改进工艺过程，使其冷锻为主机加工为辅。

（1）了解冷锻行业现状，其为传统行业，重大意义的科技变革鲜有。但就目前冷锻设备的长足发展，以及计算机辅助设计的完善，可以满足新工艺的要求。

（2）以“冷锻为主机加工为辅”的设计思想，首先需要设计出机加工件的毛坯尺寸，亦即冷锻工序的终制零件。参照套筒成形设计思路，拟用冷锻工序加工出，零件的台阶孔，而精减机加工 4 道工序。并以此倒推冷锻各工位过渡毛坯，因存在较大变形量，故选用六模六冲冷锻设备，来进行高效率生产。

（3）利用有限元分析来考虑工位受力成形情况。

（4）针对设计出的各种工艺方法，进行 Deform 数字模拟，对比有效应力应变，损伤，金属流向进行工艺优化，得出最终工艺。因篇幅有限，以工位五的成形作为分析模本见诸文章。确认出工艺过程的同时，成形速度，摩擦系数，线径材料等等客观影响因素我们也作了相应分析，以便于实际试生产阶段的投产参考。

（5）在成形工位参数确定的情况下，设计出相应的冷锻模具。对比整体式模具与组合式模具的优劣，以凹模为例，通过理论计算，探究两种模具的应力情况。再分别辅以有限元模拟，最终选用组合模具作为生产模具。参考通用工具书扩充凸凹模，作出完整模具简图。

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参考文献（略）